機(jī)器視覺智能機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)分析

郭孟杰 崔凱源 田向田

摘要：無損檢測工作開展中，依靠大量的人工操作存在檢測結(jié)果精度差和效率低等問題。在設(shè)計(jì)過程中，通過工業(yè)機(jī)器人無損檢測能夠?qū)崿F(xiàn)無損檢測系統(tǒng)的優(yōu)化與升級，全面提升檢測的精度和效率。新時期打造智能機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)能夠?qū)θS空間立體檢測，增強(qiáng)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。本文從機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)入手，討論無損檢測系統(tǒng)，最后提出控制系統(tǒng)的工作方法和智能控制技術(shù)，希望對相關(guān)研究帶來幫助。

關(guān)鍵詞：機(jī)器視覺;智能機(jī)器人;無損檢測系統(tǒng)

無損檢測就是在不損壞試件的基礎(chǔ)上，通過物理方法或者化學(xué)方法檢測試件內(nèi)部和表面的結(jié)構(gòu)性質(zhì)。在科技飛速發(fā)展的背景下，多種無損檢測技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，其中包括X射線檢測以及超聲波檢測。借助機(jī)器代替人工檢測，并且把檢測的試件轉(zhuǎn)化成數(shù)字符號，然后對信息計(jì)算和處理就是機(jī)器視覺系統(tǒng)，由此全面提升自動化程度和生產(chǎn)柔性，以下進(jìn)行相關(guān)分析。

一、機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

當(dāng)前智能機(jī)器人廣泛應(yīng)用紅外傳感器、位置傳感器、紅外技術(shù)傳感器、激光定位傳感器、壓力傳感器，可以進(jìn)行產(chǎn)品的溫度、壓力、位移、磁力、紅外光、信號等數(shù)據(jù)采集，將高性能運(yùn)動控制卡安裝在機(jī)器人當(dāng)中，之后結(jié)合交流伺服系統(tǒng)，由此控制機(jī)器人，確保其靈活運(yùn)動，之后在機(jī)器人旋轉(zhuǎn)軸底端進(jìn)行無損檢測部件安裝，操控上機(jī)位，最終形成機(jī)器人系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。整個工作流程依次為人機(jī)交互系統(tǒng)、控制系統(tǒng)驅(qū)動系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)系統(tǒng)到最后的機(jī)器人環(huán)境交互系統(tǒng)。為了立體檢測三維空間，需要在X軸、Y軸、Z軸三個不同方向直線運(yùn)動，并且讓檢測頭朝著W方向旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，根據(jù)無損檢測設(shè)備需要選擇檢測系統(tǒng)，選取高強(qiáng)度的鋁制材料。在機(jī)器人系統(tǒng)中作為直線運(yùn)動單元，并且在不同的伺服電機(jī)中配備精密衛(wèi)星，確保提升機(jī)器人的負(fù)載能力和性能發(fā)揮。此外，為了讓機(jī)器人適應(yīng)不同工作環(huán)境，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中可采取龍門式或者掛壁式，這樣能夠減少人工操作，有效提升檢測精度和效率[1]。

二、無損檢測系統(tǒng)

無損檢測系統(tǒng)類型眾多，其中涵蓋X射線檢測、超聲波檢測以及磁粉檢測。在多種檢測系統(tǒng)當(dāng)中超聲波檢測憑借檢測對象廣泛、穿透能力強(qiáng)、檢測速度快、檢測成本低等優(yōu)勢應(yīng)用最為廣泛。數(shù)字化超聲波探傷儀是一種利用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)把回播轉(zhuǎn)換和數(shù)字化處理的儀器，其優(yōu)勢在于檢測材料缺陷，比如裂紋、分層、氣孔、夾渣、縮孔、疏松、粘接、白點(diǎn)、釬焊。在機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)當(dāng)中，借助便攜式超聲探傷儀然后和RS232通信口交換數(shù)據(jù)，由此提升數(shù)據(jù)獲取的精確性。X射線探傷儀是無損檢測重要設(shè)備，通過X射線穿透物質(zhì)能夠讓光物感光或者發(fā)出熒光，不過隨著射線穿透物質(zhì)一定的能量開始消散，并且部分能量轉(zhuǎn)化成化學(xué)能以及熱能，能量的衰減主要是受透照厚度、原子量、射線波長的長度影響。借助X射線探傷儀可以對多種材料零部件無損檢測，分析是否存在缺陷。目前我國部分企業(yè)依然采取手工為主的方式進(jìn)行設(shè)備無損檢測，不僅勞動強(qiáng)度大，檢測效率也較低，通過機(jī)器視覺智能機(jī)器人無損檢測能夠解決以上問題[2]。

三、控制系統(tǒng)的工作方法和智能控制技術(shù)

（一）控制系統(tǒng)的工作方法

控制系統(tǒng)在機(jī)器人系統(tǒng)中是重要組成，直接對機(jī)器人系統(tǒng)的操作和運(yùn)動加以控制。在機(jī)器人系統(tǒng)的多種插補(bǔ)操作運(yùn)動下能夠立體檢測三維空間，全面提升檢測的精度與效率，并且機(jī)器人系統(tǒng)通過高級語音命令機(jī)器人，由此實(shí)現(xiàn)多軸插補(bǔ)運(yùn)動和各軸獨(dú)立運(yùn)動。此外，借助控制卡輸出電壓，然后電壓輸出伺服放大器，再次通過電機(jī)頂端編碼器，把位置發(fā)送到控制卡，由此對整個操作系統(tǒng)控制。在機(jī)器人系統(tǒng)當(dāng)中控制卡可以采取多種命令方式設(shè)置控制環(huán)調(diào)節(jié)器參數(shù)，并且借助編程等操作技術(shù)，設(shè)計(jì)機(jī)器人運(yùn)動軌跡由此實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的控制。如果需要確定運(yùn)動軌跡位置可以先采取手動的方法讓機(jī)器人確定檢測位置，之后通過編程設(shè)計(jì)完成整個和系統(tǒng)控制。

（二）控制系統(tǒng)的智能控制技術(shù)

由于檢測期間所用的檢測材料大小、形狀存在差異，為了提升檢測精確性和減少檢測次數(shù)，需要將神經(jīng)模糊算法引入工件外形檢測，獲取材料圖像期間通過工業(yè)相機(jī)獲取圖像能夠提升檢測系統(tǒng)的檢測速度。神經(jīng)模糊算法還需要借助模糊化、建立模糊庫以及解模糊構(gòu)成的模糊系統(tǒng)。整個智能控制流程如下：其一：把材料參數(shù)準(zhǔn)確輸入，然后通過數(shù)量轉(zhuǎn)化成模糊變量，之后關(guān)聯(lián)每個輸入量和數(shù)量模糊量，并建立規(guī)則庫，進(jìn)一步完善規(guī)則庫的規(guī)則;其二，解模糊。把模糊量轉(zhuǎn)化為精確量，由此得到數(shù)據(jù);其三，需要讓神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和模糊系統(tǒng)結(jié)合，之后借助樣品數(shù)據(jù)訓(xùn)練。ANFIS在機(jī)器視覺智能機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)當(dāng)中匹配需要檢測的材料，然后采取相近的檢測方法或者相同檢測點(diǎn)，由此提升檢測效率[3]。

四、圖像處理算法和軟件設(shè)計(jì)

（一）彩色圖像分割算法

采用無損檢測系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)檢測期間受條件限制導(dǎo)致獲取的圖像主要為灰度圖，盡管人們?nèi)庋勰軌蜃R別的顏色可達(dá)百萬種，不過只包括了部分灰度色顏色，無損檢測結(jié)果當(dāng)中的灰度圖覆蓋了大量的灰度色顏色，人也難以識別，并且以往利用人工無損檢測技術(shù)期間存在精度誤差，這就需要應(yīng)用無損檢測技術(shù)期間把灰度圖轉(zhuǎn)化成彩色圖像，然后借助為彩色映射技術(shù)把灰度顏色轉(zhuǎn)化成彩色，讓人眼視覺分辨率提升。利用彩色映射方法時需要單獨(dú)線性變換灰度圖像的RGB彩色空間分量，由此實(shí)現(xiàn)彩色映射，接下來區(qū)域分割彩色圖像，由此對整個圖像檢測，并根據(jù)分割區(qū)域提取具有缺憾的焊接區(qū)實(shí)現(xiàn)整個檢測流程。在實(shí)施過程中分割完圖像后需要進(jìn)行部分缺陷區(qū)域的提取，平均其中的顏色，然后進(jìn)行預(yù)估，按照相同方法再次提取和劃分其它區(qū)域。圖像分割主要是分類RGB像素，讓該區(qū)域沒有顏色或者只有一種顏色[4]。

（二）自適應(yīng)區(qū)域生長圖像分割算法

依據(jù)生長規(guī)則把像素和子區(qū)域集合成為較大的區(qū)域，然后實(shí)現(xiàn)區(qū)域生長，先選取一組種子點(diǎn)，然后以該點(diǎn)區(qū)域生長，再把其他區(qū)域中相近的種子區(qū)域特征附加到不同的種子當(dāng)中，采取區(qū)域生長圖像分割算法可以提升計(jì)算精確性。在焊縫缺陷區(qū)域當(dāng)中像素含有較大的數(shù)字值，所以需要采取直方圖的統(tǒng)計(jì)方法統(tǒng)計(jì)全部像素?cái)?shù)值，進(jìn)而進(jìn)行直觀觀察，然后再選取灰度圖像當(dāng)中直方圖的第一個主位置和最大值差值，再將區(qū)域合并得到自適應(yīng)區(qū)域生長圖像[5]。

（三）軟件設(shè)計(jì)

機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)當(dāng)中主要是把軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)成控制功能、軟件設(shè)計(jì)以及操作功能軟件設(shè)計(jì)。在整個系統(tǒng)當(dāng)中控制功能以及操作功能不可或缺，控制功能的主要作用在于運(yùn)動控制機(jī)器人，而操作功能可以顯示和處理圖像，在系統(tǒng)當(dāng)中借助舉例技術(shù)可以整體分析把功能相近區(qū)域劃分為一個整體，進(jìn)而進(jìn)行全局把控。

結(jié)束語：

綜上所述，智能機(jī)器人可以精確識別產(chǎn)品中存在的缺陷，將其用于無損檢測工作中可以發(fā)揮巨大價值，主要表現(xiàn)為檢測速度快、精確高。目前已經(jīng)用于醫(yī)療、軍事、物流以及極端環(huán)境等特殊領(lǐng)域，在今后的社會發(fā)展中智能機(jī)器人還將繼續(xù)發(fā)揮其作用。

參考文獻(xiàn)：

[1]志偉.論構(gòu)筑物在園林景觀設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].藝術(shù)與設(shè)計(jì)：理論版，2019，11（9）：48-50.

[2]孫昕，周德旭，甘子?xùn)|.機(jī)器視覺智能機(jī)器人無損檢測系統(tǒng)初探[J].科技風(fēng)，2021，22（13）：18-19.

[3]于尚君，朱旭輝，尹祺，等.管道無損檢測與注漿修復(fù)一體化智能機(jī)器人的設(shè)計(jì)與開發(fā)[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2020，17（14）：98-99.

[4]付苗苗，沈紅偉.激光測距無損檢測機(jī)器人電機(jī)轉(zhuǎn)矩控制[J].激光雜志，2020，41（10）：121-124.

[5]易強(qiáng)，宋子瑜.基于卡爾曼濾波算法的自平衡機(jī)器人檢測分析[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2021，18（9）：67-70.