自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法及定位装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及电涡流检测技术领域，具体公开一种自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法及定位装置，该定位方法包括根据预设示教数据将携带双目视觉相机和电涡流探头的机械手臂移动至待检测焊缝区域附近；通过双目视觉相机采集当前位置的图像数据进行三维重建，获得当前三维信息；读取预设历史三维信息，将当前三维信息和历史三维信息进行配准求出变换矩阵；控制机械手臂按照变换矩阵在空间三个方向上的偏移量移动到焊缝区域表面，并按照平行于焊缝长度的方向进行扫查，实现了依托工业机器人及三维视觉定位技术完成自动化的构架焊缝缺陷的无损探伤。陷的无损探伤。陷的无损探伤。

【技术实现步骤摘要】
自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法及定位装置


[0001]本专利技术涉及电涡流检测
，具体涉及一种自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法及定位装置。

技术介绍

[0002]构架焊缝缺陷无损探伤是针对构架结构健康检测的技术之一，目前利用电涡流无损检测缺陷的方式主要是手持式便携检测。
[0003]从检测方式来看，传统的便携式电涡流手动检测无法实现自动化，且人工操作存在定位偏差，对于检测效率及检测精度来说都存在不利，因此，利用机器人搭载电涡流探头传感器实现特定焊缝位置的判伤是实现自动化检测的重要手段。
[0004]从视觉定位技术层面分析，传统的二维视觉定位方式需要较为复杂的准备工作：首先，需要借助棋盘格完成相机拍摄自动标定；其次，二维定位方式对于平面上低矮物体具有比较好的定位精度，且在相机整个视场范围内定位误差一致。平均误差大于理论误差2
‑
3mm(测试测量误差可能很大)；另外，对于稍微不平整的试件或结构体表面，轻微的不平整或翘起均会造成相机成像发生畸变，与原始参考物不匹配，致使定位失败，即使示教过程中使用最底面的特征，也是无法保证匹配的正常使用后，相对立体的目标物不宜使用二维定位，因此，为实现高效自动化的检测必须借助视觉定位系统，即视觉相机。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，由于系统中的构架固定位置存在差异，而电涡流探头的准确定位十分重要，本申请提供一种自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法，通过视觉定位技术可以很好地适应现场的检测工况及自动化需求。
[0006]为解决以上技术问题，本专利技术提供的技术方案是一种自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法，所述自动化涡流探伤系统包括机械手臂、搭载于机械手臂上的双目视觉相机和夹持在机械手臂末端的电涡流探头，所述定位方法包括：
[0007]根据预设示教数据将携带双目视觉相机和电涡流探头的机械手臂移动至待检测焊缝区域附近；
[0008]通过双目视觉相机采集当前位置的图像数据进行三维重建，获得当前三维信息；
[0009]读取预设历史三维信息，将当前三维信息和历史三维信息进行配准求出变换矩阵；
[0010]控制机械手臂按照变换矩阵在空间三个方向上的偏移量移动到焊缝区域表面，并按照平行于焊缝长度的方向进行扫查。
[0011]优选地，所述通过双目视觉相机采集当前位置的图像数据进行三维重建，获得当前三维信息的步骤包括：
[0012]获取双目视觉相机采集的左图I1和右图I2；
[0013]定义适用于每幅图中的像素点坐标(x，y)、匹配窗口U、以(x，y)为中心的水平偏移
量dx和竖直偏移量dy、以(x，y)为中心的水平距离像素数i和竖直距离像素数j；
[0014]进行左图I1和右图I2中像素点相位差的绝对值计算：
[0015]C
SAD
＝∑
(i，j∈U)
|I1(x+i，y+j)
‑
I2(x+d
x
+i，y+d
y
+j)|，其中U表示匹配时选择窗口的大小，(x，y)表示当前匹配像素点，I1(x+i，y+j)表示参考图以当前匹配点(x，y)为中心，水平距离为i个像素，竖直距离为j个像素的窗口范围内的像素点绝对相位值，I2(x+dx+i，y+dy+j)表示以待配图像素(x+dx，y+dy)为中心，水平距离为i个像素，竖直距离为j个像素窗口范围内的像素点绝对相位值，dx和dy表示左图I1和右图I2中相比较的像素点在水平方向和垂直方向的偏移量；
[0016]代入左图I1和右图I2的极限约束条件dy＝0，使得左图I1和右图I2中只存在水平方向上的偏移量dx，则输出立体匹配中需求的视场值，即当前三维信息。
[0017]优选地，所述读取预设历史三维信息，将当前三维信息和历史三维信息进行配准求出变换矩阵的步骤包括：
[0018]利用基于区域生长点云分割算法对当前三维信息的点云进行分割获得当前分割点云；
[0019]将当前分割点云与历史三维信息的点云进行配准，使用ICP配准算法去除掉异常点的干扰，同时融合全部点云配准结果；
[0020]对各个配准结果进行投影，按照预设投影规则分别投影到X，Y，Z平面，形成三个平面的二值化结果；
[0021]按照前面的三个步骤获取多次当前三维信息的点云与历史三维信息的点云的配准结果，选择三个平面的投影面积之和最小的配准结果，作为最终计算变换矩阵的配准结果；
[0022]将当前三维信息的点云与历史三维信息的点云求差，获得当前三维信息的点云与历史三维信息的点云三维偏差矩阵(x，y，z)，即变换矩阵。
[0023]优选地，所述根据预设示教数据将携带双目视觉相机和电涡流探头的机械手臂移动至待检测焊缝区域附近步骤前，还包括：生成预设示教数据和预设历史三维数据；
[0024]所述生成预设示教数据和预设历史三维数据的步骤包括：
[0025]通过人工示教的方式将机械手臂移动至待检测焊缝区域位置附近，获取预设示教数据；
[0026]利用双目视觉相机配合结构光对焊缝区域进行图像采集，获取原始的三维图像数据，即预设历史三维信息；
[0027]重复前面两个步骤获取机械手臂到达各个焊缝区域的预设示教数据和各个焊缝的预设历史三维信息。
[0028]优选地，所述通过人工示教的方式将机械手臂移动至待检测焊缝区域位置附近，获取预设示教数据的步骤包括：通过手眼标定获取机械手臂坐标系与双目视觉相机坐标系的位置关系；
[0029]所述通过手眼标定获取机械手臂坐标系与双目视觉相机坐标系的位置关系的步骤包括：
[0030]以当前机械手臂为原点，移动机械手臂，通过双目视觉相机拍照重建物体；
[0031]通过三维配准计算出物体当前位置与原点位置的位置变换关系，即记录B；
[0032]记录机械手臂移动前和移动后的位置变换关系，即记录A；
[0033]求解矩阵方程：AX＝XB，A是移动机械手臂前和移动机械手臂后双目视觉相机两次空间变换的齐次矩阵，B是移动机械手臂前和移动机械手臂后机械手臂坐标系两次变换的齐次矩阵，X为待求解的手眼矩阵，通过标定多组数据求解X，得到双目视觉相机相对机械手臂的位置关系。
[0034]本专利技术还提供一种自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位装置，所述自动化涡流探伤系统包括机械手臂、搭载于机械手臂上的双目视觉相机和夹持在机械手臂末端的电涡流探头，所述定位装置包括：
[0035]机械手臂移动模块，用于根据预设示教数据将携带双目视觉相机和电涡流探头的机械手臂移动至待检测焊缝区域附近；
[0036]三维信息获取模块，用于通过双目视觉相机采集当前位置的图像数据进行三维重建，获得当前三维信息；
[0037]变换矩阵获取模块，用于读取预设历史三维信息，将当前三维信息和历史三维信息进行配准求出变换矩阵；
[0038]机械手臂控制模块，用于控制机械手臂按照变换本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法，其特征在于，所述自动化涡流探伤系统包括机械手臂、搭载于机械手臂上的双目视觉相机和夹持在机械手臂末端的电涡流探头，所述定位方法包括：根据预设示教数据将携带双目视觉相机和电涡流探头的机械手臂移动至待检测焊缝区域附近；通过双目视觉相机采集当前位置的图像数据进行三维重建，获得当前三维信息；读取预设历史三维信息，将当前三维信息和历史三维信息进行配准求出变换矩阵；控制机械手臂按照变换矩阵在空间三个方向上的偏移量移动到焊缝区域表面，并按照平行于焊缝长度的方向进行扫查。2.根据权利要求1所述的自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法，其特征在于，所述通过双目视觉相机采集当前位置的图像数据进行三维重建，获得当前三维信息的步骤包括：获取双目视觉相机采集的左图I1和右图I2；定义适用于每幅图中的像素点坐标(x，y)、匹配窗口U、以(x，y)为中心的水平偏移量dx和竖直偏移量dy、以(x，y)为中心的水平距离像素数i和竖直距离像素数j；进行左图I1和右图I2中像素点相位差的绝对值计算：C
SAD
＝∑
(i,j∈U)
|I1(x+i,y+j)
‑
I2(x+d
x
+i,y+d
y
+j)|，其中U表示匹配时选择窗口的大小，(x，y)表示当前匹配像素点，I1(x+i，y+j)表示参考图以当前匹配点(x，y)为中心，水平距离为i个像素，竖直距离为j个像素的窗口范围内的像素点绝对相位值，I2(x+dx+i，y+dy+j)表示以待配图像素(x+dx，y+dy)为中心，水平距离为i个像素，竖直距离为j个像素窗口范围内的像素点绝对相位值，dx和dy表示左图I1和右图I2中相比较的像素点在水平方向和垂直方向的偏移量；代入左图I1和右图I2的极限约束条件dy＝0，使得左图I1和右图I2中只存在水平方向上的偏移量dx，则输出立体匹配中需求的视场值，即当前三维信息。3.根据权利要求1所述的自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法，其特征在于，所述读取预设历史三维信息，将当前三维信息和历史三维信息进行配准求出变换矩阵的步骤包括：利用基于区域生长点云分割算法对当前三维信息的点云进行分割获得当前分割点云；将当前分割点云与历史三维信息的点云进行配准，使用ICP配准算法去除掉异常点的干扰，同时融合全部点云配准结果；对各个配准结果进行投影，按照预设投影规则分别投影到X，Y，Z平面，形成三个平面的二值化结果；按照前面的三个步骤获取多次当前三维信息的点云与历史三维信息的点云的配准结果，选择三个平面的投影面积之和最小的配准结果，作为最终计算变换矩阵的配准结果；将当前三维信息的点云与历史三维信息的点云求差，获得当前三维信息的点云与历史三维信息的点云三维偏差矩阵(x，y，z)，即变换矩阵。4.根据权利要求1所述的自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法，其特征在于，所述根据预设示教数据将携带双目视觉相机和电涡流探头的机械手臂移动至待检测焊缝区域附近步骤前，还包括：生成预设示教数据和预设历史三维数据；
所述生成预设示教数据和预设历史三维数据的步骤包括：通过人工示教的方式将机械手臂移动至待检测焊缝区域位置附近，获取预设示教数据；利用双目视觉相机配合结构光对焊缝区域进行图像采集，获取原始的三维图像数据，即预设历史三维信息；重复前面两个步骤获取机械手臂到达各个焊缝区域的预设示教数据和各个焊缝的预设历史三维信息。5.根据权利要求4所述的自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位方法，其特征在于，所述通过人工示教的方式将机械手臂移动至待检测焊缝区域位置附近，获取预设示教数据的步骤包括：通过手眼标定获取机械手臂坐标系与双目视觉相机坐标系的位置关系；所述通过手眼标定获取机械手臂坐标系与双目视觉相机坐标系的位置关系的步骤包括：以当前机械手臂为原点，移动机械手臂，通过双目视觉相机拍照重建物体；通过三维配准计算出物体当前位置与原点位置的位置变换关系，即记录B；记录机械手臂移动前和移动后的位置变换关系，即记录A；求解矩阵方程：AX＝XB，A是移动机械手臂前和移动机械手臂后双目视觉相机两次空间变换的齐次矩阵，B是移动机械手臂前和移动机械手臂后机械手臂坐标系两次变换的齐次矩阵，X为待求解的手眼矩阵，通过标定多组数据求解X，得到双目视觉相机相对机械手臂的位置关系。6.一种自动化涡流探伤系统的焊缝检测定位装...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯，梁斌，高春良，谢利明，王峰，汪永恒，
申请(专利权)人：成都盛锴科技有限公司，
类型：发明
国别省市：