機(jī)器視覺智能機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)初探-

機(jī)器視覺智能機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)初探孫昕周德旭甘子?xùn)|

摘

要：當(dāng)前，在無損檢測的過程中，需要進(jìn)行大量的人工操作，導(dǎo)致檢測結(jié)果精度較低，檢測效率低下。因此，在設(shè)計的過程中，就可以通過利用工業(yè)機(jī)器人進(jìn)行無損檢測，從而實現(xiàn)整個無損檢測系統(tǒng)的優(yōu)化與升級，提高無損檢測的精度和效率。所設(shè)計的機(jī)器人系統(tǒng)具有四個自由度，在檢測的過程中，可以對整個三維空間進(jìn)行全面立體的檢測，同時還具有較高的適應(yīng)性。同時，通過利用多種先進(jìn)的技術(shù)來完善整個系統(tǒng)，從而增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高系統(tǒng)的精度和效率。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺;人工智能;機(jī)器人;無損檢測

1

緒論

當(dāng)代對于無損檢測的定義就是：在不損壞試件的前提之下，以物理或化學(xué)方法為手段，通過利用先進(jìn)的技術(shù)和設(shè)施等，對試件的內(nèi)部及外表的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)狀態(tài)進(jìn)行檢查和檢測。隨著社會科學(xué)技術(shù)的快速開展，產(chǎn)生了許多無損檢測的手段。比方，通過利用X射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測等等。通過利用機(jī)器來代替人眼進(jìn)行檢測，將所檢測的試件轉(zhuǎn)化為數(shù)字符號，再利用圖像系統(tǒng)對這些信息進(jìn)行運(yùn)算，從而進(jìn)行控制，這就是機(jī)器視覺系統(tǒng)。機(jī)器視覺的最大特點(diǎn)就是自動化程度較高，具有較高的生產(chǎn)柔性，在我國許多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。在無損檢測的過程中，通過將機(jī)器人與機(jī)器視覺相結(jié)合，從而使機(jī)器人擁有視覺，能夠極大地提高機(jī)器人的檢測效率，同時還能夠拓寬監(jiān)測的范圍，具有廣闊的市場前景。

2

機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

通過在機(jī)器人中安裝高性能運(yùn)動控制卡，再加上交流伺服系統(tǒng)，從而實現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動控制，保證機(jī)器人能夠靈活地進(jìn)行運(yùn)動，同時在機(jī)器人的旋轉(zhuǎn)軸的底端，安裝無損檢測的部件，再通過上位機(jī)進(jìn)行操控，如下圖所示。

機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

為了能夠?qū)崿F(xiàn)三維空間的立體檢測，需要使機(jī)器人在xyz三個方向上進(jìn)行直線運(yùn)動，同時使檢測頭在w方向進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，并且根據(jù)無損檢測設(shè)備的需要進(jìn)行檢測系統(tǒng)的選擇。在機(jī)器人系統(tǒng)之中，采用高強(qiáng)度高直線度的鋁型材作為直線運(yùn)動單元，在每個軸伺服電機(jī)中配備NEUGART精密衛(wèi)星，從而有效地提高機(jī)器人的負(fù)載能力，保證機(jī)器人的性能。為了能夠適應(yīng)各種不同的工作環(huán)境，在進(jìn)行機(jī)器人系統(tǒng)安裝設(shè)計時，可以采用龍門式或掛壁式的方式。采用機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)，能夠有效地減少人工操作，提高檢測的效率和精準(zhǔn)度。

3

無損檢測系統(tǒng)

無損檢測系統(tǒng)具有多種，包括X射線檢測、磁粉檢測、超聲波檢測等，其中，超聲波檢測具有檢測對象廣泛，具有較強(qiáng)的穿透能力、檢測速度較快、檢測本錢較低等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用，數(shù)字化超聲波探傷儀利用計算機(jī)系統(tǒng)，通過將所接受的回波進(jìn)行轉(zhuǎn)換，進(jìn)而實現(xiàn)數(shù)字化的處理，這種檢測方式，可以對材料的缺陷進(jìn)行檢測，獲得精準(zhǔn)的評估。在機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)之中，可以通過采用便攜式超聲探傷儀進(jìn)行檢測，利用RS232通信口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而獲得準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。X射線探傷儀也是無損檢測工作的重要設(shè)備之一，通過利用X射線的性質(zhì)，將射線透過物質(zhì)，可以使光物感光或者發(fā)生熒光。但是，當(dāng)射線穿過物質(zhì)之后，會導(dǎo)致一定能量的消散，同時還有一些能量要轉(zhuǎn)化為熱能和化學(xué)能，能量的衰減會受到物質(zhì)的原子量和透照厚度以及射線波長的長度影響。利用X射線探傷儀，能夠?qū)υS多材料的零部件進(jìn)行無損檢測，從而確保材料內(nèi)部是否具有缺陷，在我國許多領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用。當(dāng)前，在我國許多企業(yè)中，一些設(shè)備的無損檢測還是采用手工為主，具有很大的弊端，檢測效率低下，勞動強(qiáng)度較大，因此，通過利用機(jī)器視覺智能機(jī)器人無損檢測的方式，能夠有效的降低勞動強(qiáng)度，提高檢測的精度和效率。

4

控制系統(tǒng)的工作方式和智能控制技術(shù)

4.1

控制系統(tǒng)的工作方式

控制系統(tǒng)是整個機(jī)器人系統(tǒng)中最重要的局部之一，控制著機(jī)器人系統(tǒng)的運(yùn)動和操作，通過實現(xiàn)機(jī)器人系統(tǒng)的多種插補(bǔ)操作的運(yùn)動，從而實現(xiàn)三維空間的立體檢測，能夠極大地提高檢測的精度和效率。在機(jī)器人系統(tǒng)之中，通過利用高級語音對機(jī)器人進(jìn)行命令發(fā)送，從而實現(xiàn)機(jī)器人的多軸插補(bǔ)運(yùn)動或者各軸獨(dú)立運(yùn)動，利用控制卡進(jìn)行電壓的輸出，在通過電壓驅(qū)動伺服放大器，實現(xiàn)賜福放大器的工作，再由電機(jī)頂端的編碼器將位置發(fā)送為控制卡之中，最終實現(xiàn)整個系統(tǒng)操作過程的控制。對于整個機(jī)器人系統(tǒng)中的控制卡，可以采用多種命令方式進(jìn)行控制環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)置。同時，通過利用編程等操作技術(shù)，實現(xiàn)機(jī)器人的運(yùn)動軌跡設(shè)計，從而完成整個控制系統(tǒng)的工作，如果運(yùn)動軌跡位置，那么可以先手動的使機(jī)器人進(jìn)行檢測位置確實定，之后再進(jìn)行編程的設(shè)計，從而實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的工作。

4.2

控制系統(tǒng)的智能控制技術(shù)

在檢測的過程中，由于所檢測的材料外形不一，為了能夠提高檢測的準(zhǔn)確性，減少不必要的檢測次數(shù)，在工件外形檢測的過程中，就需要引入神經(jīng)模糊算法進(jìn)行分類，從而減少檢測的示范次數(shù)，有效地提高檢測的效率。在獲取材料圖像的過程中，想要提高檢測系統(tǒng)整體的檢測速度，就可以采用工業(yè)相機(jī)進(jìn)行圖像獲取，并且將分辨率調(diào)為640×480的灰度圖像，從而有效地提高簡單的效率。神經(jīng)模糊算法需要利用模糊系統(tǒng)，在模糊系統(tǒng)中，主要是由模糊化、規(guī)那么庫的建立和解模糊三個局部構(gòu)成，首先需要將材料的參數(shù)精確的輸入其中，再由數(shù)量轉(zhuǎn)化為模糊變量，然后將每個輸入量與不同數(shù)量的模糊輛進(jìn)行關(guān)聯(lián)，輸入量在被模糊化之后，采用建立規(guī)那么庫的方式，對所模糊化的數(shù)據(jù)建立規(guī)那么庫，通過利用IF…THEN…規(guī)那么，完善整個規(guī)那么庫的規(guī)那么。解模糊是將模糊量轉(zhuǎn)化為精確量的過程，在獲得模糊量之后，就可以利用解模糊的方式，將所得到的模糊量轉(zhuǎn)化為精確量，從而得出數(shù)據(jù)。同時，利用神經(jīng)模糊算法，除了利用模糊系統(tǒng)之外，還需要與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，通過利用樣品數(shù)據(jù)對模糊系統(tǒng)進(jìn)行訓(xùn)練，在機(jī)械視覺智能機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)中，采用自適應(yīng)模糊推理系統(tǒng)ANFIS來實現(xiàn)，通過利用這個模糊推理系統(tǒng)，對所需要檢測的材料進(jìn)行匹配，對待結(jié)構(gòu)相類似的材料，就可以采用相類似的檢測方法，同時也可以采用相同的檢測點(diǎn)，從而不必逐一進(jìn)行試教工作，通過利用這一系統(tǒng)，只需要調(diào)用歷史檢測路徑和檢測點(diǎn)，從而提高檢測工作的效率，實現(xiàn)整個機(jī)器人系統(tǒng)的智能檢測。

5

圖像處理算法及軟件設(shè)計

5.1

彩色圖像分割算法

再利用無損檢測系統(tǒng)檢測的過程中，由于條件的限制性，所得到的圖像大多數(shù)以灰度圖為主，但是對于人類來說，人眼所能識別的顏色可多達(dá)上百萬種，但是只包含了少量的灰度色顏色，而無損檢測結(jié)果的灰度圖中所覆蓋的灰度色顏色較多，很難為人眼所識別，因此在過去利用人工無損檢測的過程中，會產(chǎn)生一定的精度誤差。因此，在無損檢測的過程中，就需要將灰度圖轉(zhuǎn)變?yōu)椴噬珗D像，通過利用偽彩色映射技術(shù)，將灰度顏色轉(zhuǎn)變?yōu)椴噬伾?，從而提高人眼的視覺分辨率。在采用為彩色映射的方法時，需要對灰度圖像的RGB彩色空間中的分量單獨(dú)進(jìn)行線性變換，從而得出為彩色映射。之后需要對彩色圖像進(jìn)行區(qū)域分割，從而便于對整個圖像進(jìn)行檢測，再根據(jù)所分割的區(qū)域提取出具有缺憾的焊接區(qū)，完成整個檢測的過程。首先，在圖像分割完之后，提取一局部缺陷的區(qū)域，在對其中的顏色進(jìn)行平均，根據(jù)所獲得的平均顏色進(jìn)行估計，之后再對其他的區(qū)域進(jìn)行提取劃分。進(jìn)行圖像分割的主要目的是對RGB像素進(jìn)行分類，從而使在這個區(qū)域內(nèi)能夠只有一種顏色或者沒有顏色，便于進(jìn)行區(qū)分。

5.2

自適應(yīng)區(qū)域生長圖像分割算法

根據(jù)預(yù)先所定義的生長準(zhǔn)那么，將像素和子區(qū)域集合成較大的區(qū)域，從而實現(xiàn)區(qū)域生長。首先選取一組種子點(diǎn)，以這一點(diǎn)為開始進(jìn)行區(qū)域生長，再將其他區(qū)域中具有類似種子區(qū)域特點(diǎn)的領(lǐng)域像素附加到每個種子之上。采用區(qū)域生長的圖像分割算法，能夠獲得一個更好的結(jié)果，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性。在焊縫缺陷區(qū)域中，其中的像素往往具有一些較大的數(shù)字值，因此，通過采用直方圖的統(tǒng)計方式，對所有的像素數(shù)值進(jìn)行統(tǒng)計，便于直觀的進(jìn)行觀察，然后在選取灰度圖像中的直方圖中最大值和第一個主位置之間的差值，將這些區(qū)域進(jìn)行合并，最終得出一個自適應(yīng)區(qū)域生長圖像。

5.3

軟件設(shè)計

在機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)中，主要將軟件系統(tǒng)設(shè)計分為控制功能軟件設(shè)計和操作功能軟件設(shè)計，控制功能和操作功能是整個系統(tǒng)中必不可少的一局部，控制功能能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)器人的運(yùn)動控制，而操作功能能夠進(jìn)行圖像顯示和處理。在系統(tǒng)中，通過利用舉例技術(shù)，實行整體分析，將一些功能較為相近的區(qū)域劃分到一體中，從而對全局進(jìn)行把控。

6

結(jié)語

通過設(shè)計一種基于機(jī)器視覺的機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)，能夠有效地降低工作人員的勞動強(qiáng)度，提高無損檢測的精度和效率，具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，未來必將得到廣泛的應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

【1】余卓雨.基于視頻的行人檢測綜述[J].電子世界，2021〔24〕：4950.

【2】王子為，王國良，郝凱亮，劉廷旭，崔星禹，王澳.輸油管道無損檢測機(jī)器人設(shè)計[J].電子世界，2021〔24〕：5152.

【3】中國核工業(yè)集團(tuán).中核集團(tuán)成功自主研制窄間隙氬弧焊接機(jī)器人[J].軍民兩用技術(shù)與產(chǎn)品，2021〔12〕：64.

【4】付苗苗，沈紅偉.激光測距無損檢測機(jī)器人電機(jī)