一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人制造技术

本发明专利技术公开了一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人，包括机器人本体、图像采集装置、吸附装置、探伤检测装置和控制系统，机器人本体包括机身框架与弹性连接结构，吸附装置安装于机身的下部，探伤检测装置安装于机身的前部，控制系统安装于机身的内部；图像采集装置采集焊缝特征，将采集的图像传给控制系统进行处理；控制系统接收图像采集装置采集的图像，通过识别容器壁面的焊缝进行中心线的提取，实现机器人按照中心线进行运动和检测的功能；本发明专利技术可实现机器人自主寻找壁面焊缝进行移动，同时对焊缝进行检测探伤，本发明专利技术可以代替人工进行高处作业，避免了人工操作的危险性，在金属壁面行动灵活，工作效率高。

【技术实现步骤摘要】
一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人
本专利技术属于工业特种机器人
，尤其涉及一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人。
技术介绍
随着工业水平的发展，尤其是在石油化工产业，越来越多的大型球罐钢制容器用于工业生产，球罐被用于储存各种易燃易爆的液体和气体原料。因此，对其安全性的要求也越来越高，大型球罐容器的生产是通过各个部分的焊接进行的，会出现很多焊缝，由于焊缝引发的事故有很多，为保证生产过程的安全性，需要对球罐容器的焊缝处进行检测，检查其内部是否存在缺陷。这种检测工作量大，人工检测效率低，需在高处进行作业，具有一定的危险性。随着机器人技术的发展，机器人被应用于各个领域，爬壁机器人可以吸附在壁面进行移动作业，用机器人代替人工完成高处作业是当前不可阻挡的趋势。无损检测通过不破坏被测物件的手段来对被测材料进行检测，通过相应的检测指标对材料进行评价。其中，超声波无损检测方法由于其安全性好、检测精度高被广泛应用，超声波探头发出的超声波经耦合剂传入被测物体，通过反射回来的回波来分析被测物体内部状态。
技术实现思路
针对目前工业生产中对球罐钢制容器焊缝的检测工作，本专利技术提出了一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人，实现对壁面焊缝进行寻迹导航并对焊缝进行超声波探伤检测。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案为：一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人，包括机器人本体、图像采集装置、吸附装置、探伤检测装置和控制系统；所述图像采集装置为工业相机，安装在机器人本体上，用于拍摄球罐钢制容器壁面焊缝，并将拍摄的图像传给控制系统进行处理，实现焊缝寻迹的功能。所述控制系统接收图像采集装置发送的球罐钢制容器壁面图像，并作如下处理：(1)对球罐钢制容器壁面图像进行各向异性滤波处理，具体如下：先计算图像在(m，n)点的梯度值，设I(m，n)为灰度值，(m，n)点四个方向的灰度梯度为：根据点(m，n)的梯度值计算点(m，n)对应的扩散函数：进行图像滤波，为扩散强度的常数，第m+1个点的像素值Im+1为：(2)图像的二值化处理：确定分割阈值，将高于阈值的点灰度值转化为255，低于阈值的点灰度值设为0；(3)使用图像处理中的Sobel算子进行边缘检测，提取图像的边缘信息；I(m，n)为图像上(m，n)点的灰度值，则点(m，n)的3*3邻域M为：Sobel算子通过两个3*3的矩阵算子和3*3邻域进行卷积运算，分别得到横向梯度值Gx和纵向梯度值Gy：点(m，n)处梯度值G为：设置一个阈值A，当G>A时，像素为0，当G<A时，像素为255；(4)对处理后的图像提取焊缝的中心线，根据中心线的位置自动调整电机的运转情况。所述机器人本体包括机身框架与弹性连接结构，机身框架包括前、中、后三个部分，三个部分依次通过弹性连接结构连接，每个部分均装有两个轮子，后部分安装的轮子为主动轮，前中两部分安装的轮子为从动轮，移动过程中通过主动轮的转动来带动机器人本体的运动。所述吸附装置为永磁体，在机身框架的底部安装五块铝镍钴系永磁合金，在前、中、后三个部分分别安装两块、两块、一块，确保机器人本体在钢制容器的导磁壁面上能够稳定吸附。所述探伤检测装置通过支架安装在机身框架的前部，探伤检测装置包括涂抹耦合剂装置和超声探伤仪探头，涂抹耦合剂装置安装于最前端，其次为超声探伤仪探头，工作过程中，首先通过涂抹耦合剂装置对壁面涂抹耦合剂，接着使用超声探伤仪探头进行壁面的检测探伤工作；进一步地，支架通过度舵机安装在机身框架的前部，通过舵机的转动改变探伤的位置。所述控制系统包括单片机控制系统和上位机控制系统，单片机控制系统包括控制芯片、电机驱动器、电机、电源和无线通信模块，所述控制芯片和电机驱动器安装在机身框架的中部，所述电源安装在机身框架的前部，所述电机安装在机身框架的后部，与主动轮连接；通过电源给各个部件供电，通过控制芯片给电机驱动器发出控制信号，电机驱动器根据接收到的控制信号驱动电机进行运转，实现机器人整体的前进、后退和转向功能；所述上位机控制系统用C#软件进行搭建，通过TCP通讯协议实现上位机与单片机控制系统间的通讯。本专利技术具有以下优点：1.本专利技术可以代替人工进行高处作业，避免了人工操作的危险性。2.本专利技术在金属壁面行动灵活，工作效率高。3.本专利技术可通过远程计算机进行通讯控制，控制简单方便。4.本专利技术除了用于大型球罐钢制容器的检测外还可用于其他领域，例如搜救、探险等。附图说明图1为本专利技术超声波探伤机器人整体结构示意图；图2为本专利技术超声波探伤机器人的轮子、电机、永磁体的安装示意图；图3为本专利技术超声波探伤机器人的控制芯片、电源、电机驱动器的安装示意图；图4为本专利技术控制单元硬件框图；图5为本专利技术硬件部分电路图；图6为本专利技术控制单元上位机界面框图；图7为本专利技术超声波探伤机器人越障过程示意图；图8为本专利技术超声波探伤机器人跨越直角壁面结构示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步的详细说明。参照图1，本专利技术提供的一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人，包括机器人本体、图像采集装置、吸附装置、探伤检测装置和控制系统；机器人本体包括机身框架与弹性连接结构，吸附装置安装于机身的下部，探伤检测装置安装于机身的前部，控制系统安装于机身的内部；图像采集装置为工业相机，安装在机器人本体上，用于拍摄球罐钢制容器壁面焊缝，并将拍摄的图像传给控制系统进行处理，实现焊缝寻迹的功能。控制系统接收图像采集装置发送的球罐钢制容器壁面图像，并作如下处理：(1)对球罐钢制容器壁面图像进行各向异性滤波处理，具体如下：先计算图像在(m，n)点的梯度值，设I(m，n)为灰度值，(m，n)点四个方向的灰度梯度为：根据点(m，n)的梯度值计算点(m，n)对应的扩散函数：进行图像滤波，为扩散强度的常数，第m+1个点的像素值Im+1为：(2)图像的二值化处理：确定分割阈值，将高于阈值的点灰度值转化为255，低于阈值的点灰度值设为0；(3)使用图像处理中的Sobel算子进行边缘检测，提取图像的边缘信息；I(m，n)为图像上(m，n)点的灰度值，则点(m，n)的3*3邻域M为：Sobel算子通过两个3*3的矩阵算子和3*3邻域进行卷积运算，分别得到横向梯度值Gx和纵向梯度值Gy：点(m，n)处梯度值G为：设置一个阈值A，当G>A时，像素为0，当G<A时，像素为255；(4)对处理后的图像提取焊缝的中心线，根据中心线的位置自动调整电机的运转情况。参照图2，所述机器人本体包括机身框架1与弹性连接结构2，机身框架1包括前、中、后三个部分，三个部分依次通过弹性连接结构2连接，每个部分均装有两个轮子，后部分安装的轮子为主动轮1-1，前中两部分安装的轮子为从动轮1-2，移动过程中通过主动轮1-1的转动来带动机器人本体的运动。所述吸附装置为永磁体1-4，在机身框架1的底部安装五块铝镍钴系永磁合金，在前、中、后三个部分分别安装两块、两块、一块，确保机器人本体在钢制容器的导磁壁面上能够稳定吸附。所述探伤检测装置通过支架安装在机身框架1的前部，探伤检测装置包括涂抹耦合剂装置4和超声探伤仪探头3，涂抹耦合剂装置4安装于最前端，其次为超声探伤仪探头3，工作过程中，首先本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人，其特征在于，包括机器人本体、图像采集装置、吸附装置、探伤检测装置和控制系统；所述机器人本体包括机身框架(1)与弹性连接结构(2)，机身框架(1)包括前、中、后三个部分，三个部分依次通过弹性连接结构(2)连接，每个部分均装有两个轮子，后部分安装的轮子为主动轮(1‑1)，前中两部分安装的轮子为从动轮(1‑2)，移动过程中通过主动轮(1‑1)的转动来带动机器人本体的运动；所述图像采集装置安装在机身框架(1)上，用于拍摄球罐钢制容器壁面焊缝，并将拍摄的图像传给控制系统；所述吸附装置为永磁体(1‑4)，在机身框架(1)的底部安装五块铝镍钴系永磁合金，在前、中、后三个部分分别安装两块、两块、一块，确保机器人本体在钢制容器的导磁壁面上能够稳定吸附；所述探伤检测装置通过支架安装在机身框架(1)的前部，探伤检测装置包括涂抹耦合剂装置(4)和超声探伤仪探头(3)，涂抹耦合剂装置(4)安装于最前端，其次为超声探伤仪探头(3)，工作过程中，首先通过涂抹耦合剂装置(4)对壁面涂抹耦合剂，接着使用超声探伤仪探头(3)进行壁面的检测探伤工作；所述控制系统接收图像采集装置发送的球罐钢制容器壁面图像，根据图像提取焊缝的中心线，根据中心线的位置自动调整机器人本体的运动，实现焊缝寻迹功能；控制系统包括单片机控制系统和上位机控制系统；所述单片机控制系统包括控制芯片(2‑1)、电机驱动器(2‑3)、电机(1‑3)、电源(2‑2)和无线通信模块，所述控制芯片(2‑1)和电机驱动器(2‑3)安装在机身框架(1)的中部，所述电源(2‑2)安装在机身框架(1)的前部，所述电机(1‑3)安装在机身框架(1)的后部，与主动轮(1‑1)连接；通过电源(2‑2)给各个部件供电，通过控制芯片(2‑1)给电机驱动器(2‑3)发出控制信号，电机驱动器(2‑3)根据接收到的控制信号驱动电机(1‑3)进行运转，实现机器人整体的前进、后退和转向功能；所述上位机控制系统通过TCP通讯协议实现上位机与单片机控制系统间的通讯。...

【技术特征摘要】
1.一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人，其特征在于，包括机器人本体、图像采集装置、吸附装置、探伤检测装置和控制系统；所述机器人本体包括机身框架(1)与弹性连接结构(2)，机身框架(1)包括前、中、后三个部分，三个部分依次通过弹性连接结构(2)连接，每个部分均装有两个轮子，后部分安装的轮子为主动轮(1-1)，前中两部分安装的轮子为从动轮(1-2)，移动过程中通过主动轮(1-1)的转动来带动机器人本体的运动；所述图像采集装置安装在机身框架(1)上，用于拍摄球罐钢制容器壁面焊缝，并将拍摄的图像传给控制系统；所述吸附装置为永磁体(1-4)，在机身框架(1)的底部安装五块铝镍钴系永磁合金，在前、中、后三个部分分别安装两块、两块、一块，确保机器人本体在钢制容器的导磁壁面上能够稳定吸附；所述探伤检测装置通过支架安装在机身框架(1)的前部，探伤检测装置包括涂抹耦合剂装置(4)和超声探伤仪探头(3)，涂抹耦合剂装置(4)安装于最前端，其次为超声探伤仪探头(3)，工作过程中，首先通过涂抹耦合剂装置(4)对壁面涂抹耦合剂，接着使用超声探伤仪探头(3)进行壁面的检测探伤工作；所述控制系统接收图像采集装置发送的球罐钢制容器壁面图像，根据图像提取焊缝的中心线，根据中心线的位置自动调整机器人本体的运动，实现焊缝寻迹功能；控制系统包括单片机控制系统和上位机控制系统；所述单片机控制系统包括控制芯片(2-1)、电机驱动器(2-3)、电机(1-3)、电源(2-2)和无线通信模块，所述控制芯片(2-1)和电机驱动器(2-3)安装在机身框架(1)的中部，所述电源(2-2)安装在机身框架(1)的前部，所述电机(1-3)安装在机身框架(1)的后部，与主动轮(1-1)连接；通过电源(2-2)给各个部件供电，通过控制芯片(2-1)给电机驱动器(2-3)发出控制信号，电机驱动器(2-3)根据接收到的控制信号驱动电机(1-3)进行运转，实现机器人整体的前进、后退和转向功能；所述上位机控制系统通过TCP通讯协议实现上位机与单片机控制系统间的通讯。2.根据权利要求1所述的一种针对大型球罐钢制容器的超声波探伤机器人，其特征在于，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：舒俊健，王强，谷小红，朱凯，吴琳琳，
申请(专利权)人：中国计量大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33