機器視覺智能機器人無損檢測系統(tǒng)初探

沈英杰 李贊 朱旭晨

摘要：當代對于無損檢測的定義就是：在不損壞試件的前提之下，以物理或化學方法為手段，通過利用先進的技術(shù)和設(shè)施等，對試件的內(nèi)部及表面的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)狀態(tài)進行檢查和檢測。隨著社會科學技術(shù)的快速發(fā)展，產(chǎn)生了許多無損檢測的手段。比如，通過利用X射線檢測、超聲波檢測、磁粉檢測等等。通過利用機器來代替人眼進行檢測，將所檢測的試件轉(zhuǎn)化為數(shù)字符號，再利用圖像系統(tǒng)對這些信息進行運算，從而進行控制，這就是機器視覺系統(tǒng)。機器視覺的最大特點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)域都有廣泛應用。在無損檢測的過程中，通過將機器人與機器視覺相結(jié)合，從而使機器人擁有視覺，能夠極大地提高機器人的檢測效率，同時還能夠拓寬監(jiān)測的范圍，具有廣大的市場前景。

關(guān)鍵詞：機器視覺;機器人;無損檢測

1 機器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

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

為了能夠?qū)崿F(xiàn)三維空間的立體檢測，需要使機器人在xyz三個方向上進行直線運動，同時使檢測頭在w方向進行旋轉(zhuǎn)運動，并且根據(jù)無損檢測設(shè)備的需要進行檢測系統(tǒng)的選擇。在機器人系統(tǒng)之中，采用高強度高直線度的鋁型材作為直線運動單元，在每個軸伺服電機中配備NEUGART精密衛(wèi)星，從而有效地提高機器人的負載能力，保證機器人的性能。為了能夠適應各種不同的工作環(huán)境，在進行機器人系統(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度。

2 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，具有較強的穿透能力、檢測速度較快、檢測成本較低等優(yōu)點，得到了廣泛的應用，數(shù)字化超聲波探傷儀利用計算機系統(tǒng)，通過將所接受的回波進行轉(zhuǎn)換，進而實現(xiàn)數(shù)字化的處理，這種檢測方式，可以對材料的缺陷進行檢測，獲得精準的評估。在機器人無損檢測系統(tǒng)之中，可以通過采用便攜式超聲探傷儀進行檢測，利用RS232通信口進行數(shù)據(jù)交換，從而獲得準確的數(shù)據(jù)。

3 控制系統(tǒng)的工作方式和智能控制技術(shù)

3.1 控制系統(tǒng)的工作方式

控制系統(tǒng)是整個機器人系統(tǒng)中最重要的部分之一，控制著機器人系統(tǒng)的運動和操作，通過實現(xiàn)機器人系統(tǒng)的多種插補操作的運動，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。在機器人系統(tǒng)之中，通過利用高級語音對機器人進行命令發(fā)送，從而實現(xiàn)機器人的多軸插補運動或者各軸獨立運動，利用控制卡進行電壓的輸出，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。對于整個機器人系統(tǒng)中的控制卡，可以采用多種命令方式進行控制環(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)機器人的運動軌跡設(shè)計，從而完成整個控制系統(tǒng)的工作，如果運動軌跡位置，那么可以先手動的使機器人進行檢測位置的確定，之后再進行編程的設(shè)計，從而實現(xiàn)整個控制系統(tǒng)的工作。

3.2 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)相機進行圖像獲取，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)則庫的建立和解模糊三個部分構(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)量的模糊輛進行關(guān)聯(lián)，輸入量在被模糊化之后，采用建立規(guī)則庫的方式，對所模糊化的數(shù)據(jù)建立規(guī)則庫，通過利用IF…THEN…規(guī)則，完善整個規(guī)則庫的規(guī)則。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)。

4 圖像處理算法及軟件設(shè)計

4.1 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進行線性變換，從而得出為彩色映射。之后需要對彩色圖像進行區(qū)域分割，從而便于對整個圖像進行檢測，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。

4.2 自適應區(qū)域生長圖像分割算法

根據(jù)預先所定義的生長準則，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，以這一點為開始進行區(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)值進行統(tǒng)計，便于直觀的進行觀察，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)域進行合并，最終得出一個自適應區(qū)域生長圖像。

4.3 軟件設(shè)計

在機器人無損檢測系統(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)中必不可少的一部分，控制功能能夠?qū)崿F(xiàn)對機器人的運動控制，而操作功能能夠進行圖像顯示和處理。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，從而對全局進行把控。

5 結(jié)語

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

參考文獻

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