瑞默生（北京）科技有限公司 劉翔宇 張澤

摘要：本設計是一種具有穩定的牽引力的X―Y移動的複合管道焊縫檢測機器人。
以DSP為核心開發基於機器視覺的嵌入式實時係統，用於完成高性能的管道焊縫的實時自動定位和檢測任務；介紹了機器人係統的工作原理
，係統結構；闡述了係統的焊縫識別算法和CCD圖像采集係統。
關鍵字：焊縫檢測
；DSP；CCD圖像采集係統

；識別算法

pipeline weld inspection robot based on DSP
Abstract:This design is a kind of stable traction compound X-Y moving pipe weld inspection robot.The embedded real-time machine vision-based system based on DSP was put forward to finish high quality tasks of real-time automatic positioning and detecting.
Keywords: weld inspection; DSP; CCD image capture system; recognition algorithm
0、引言：

    工業管道係統已經被廣泛應於化工
、石油及城市水暖供應等領域，焊縫質量是一種重要的工業管道內部潛在缺陷，它的好壞是管道運輸安全、可靠和使用壽命的一個決定性因素。 
    在(zai)國(guo)外(wai)一(yi)些(xie)發(fa)達(da)國(guo)家(jia)
，管(guan)道(dao)檢(jian)測(ce)機(ji)器(qi)人(ren)已(yi)經(jing)誕(dan)生(sheng)並(bing)投(tou)入(ru)使(shi)用(yong)，但(dan)是(shi)進(jin)口(kou)設(she)備(bei)昂(ang)貴(gui)
，並(bing)且(qie)維(wei)護(hu)費(fei)用(yong)高(gao)
，需(xu)要(yao)培(pei)訓(xun)才(cai)能(neng)正(zheng)確(que)使(shi)用(yong)。在(zai)我(wo)國(guo)，這(zhe)方(fang)麵(mian)的(de)研(yan)究(jiu)工(gong)作(zuo)起(qi)步(bu)較(jiao)晚(wan)。目(mu)前(qian)國(guo)內(nei)還(hai)沒(mei)有(you)成(cheng)型(xing)的(de)、商品化的產品問世
，故該項目的研發可以向產業化方向發展，加強工業管道的檢測和管理。
    機(ji)器(qi)人(ren)在(zai)管(guan)道(dao)外(wai)麵(mian)沿(yan)著(zhe)固(gu)定(ding)的(de)軌(gui)跡(ji)移(yi)動(dong)，操(cao)作(zuo)者(zhe)通(tong)過(guo)外(wai)部(bu)的(de)監(jian)視(shi)器(qi)監(jian)視(shi)機(ji)器(qi)人(ren)運(yun)行(xing)情(qing)況(kuang)。當(dang)監(jian)視(shi)器(qi)屏(ping)幕(mu)顯(xian)示(shi)焊(han)縫(feng)時(shi)，操(cao)作(zuo)者(zhe)控(kong)製(zhi)機(ji)器(qi)人(ren)點(dian)進(jin)和(he)點(dian)退(tui)以(yi)準(zhun)確(que)定(ding)位(wei)焊(han)縫(feng)。人(ren)工(gong)操(cao)作(zuo)定(ding)位(wei)準(zhun)確(que)率(lv)較(jiao)高(gao)，但(dan)效(xiao)率(lv)低(di)。為(wei)了(le)提(ti)高(gao)管(guan)道(dao)焊(han)縫(feng)檢(jian)測(ce)機(ji)器(qi)人(ren)的(de)自(zi)動(dong)化(hua)程(cheng)度(du)，本(ben)文(wen)采(cai)用(yong)了(le)一(yi)種(zhong)基(ji)於(yu)DSP的管道焊縫檢測機器人係統
，設計了一套焊縫檢測機器人係統

，可將機器人可靠
、準確、快速地牽引至焊縫處
，從而完成焊縫自動定位任務。由於該機器人可在X和Y方向移動，所以當發現焊縫時還可以多視角觀察焊縫，以確定焊縫的大小和形狀。
機器人外形如圖1所示：

圖1  機器人外形圖

1、管道焊縫檢測機器人係統的工作原理

    管道焊縫檢測機器人由移動小車、CCD圖像采集係統、圖像采集卡
、驅動設備和控製係統等部分組成。其中移動小車是檢測和控製部分的專業平台，所有的檢測與控製裝置都是由小車裝載。
係統工作原理：將機器人放入外部管道的固定軌道上，通過計算機發出指令讓機器人在管道中以一定速度運行
，這時驅動在機器人軸線上的CCD傳(chuan)感(gan)器(qi)采(cai)集(ji)信(xin)號(hao)與(yu)現(xian)有(you)計(ji)算(suan)機(ji)中(zhong)存(cun)儲(chu)的(de)缺(que)陷(xian)信(xin)號(hao)匹(pi)配(pei)時(shi)
，計(ji)算(suan)機(ji)發(fa)出(chu)指(zhi)令(ling)將(jiang)此(ci)時(shi)的(de)圖(tu)像(xiang)記(ji)錄(lu)下(xia)來(lai)，並(bing)傳(chuan)到(dao)人(ren)機(ji)界(jie)麵(mian)，利(li)用(yong)已(yi)編(bian)製(zhi)的(de)軟(ruan)件(jian)給(gei)出(chu)缺(que)陷(xian)的(de)位(wei)置(zhi)和(he)圖(tu)像(xiang)。這(zhe)樣(yang)運(yun)行(xing)下(xia)去(qu)，直(zhi)到(dao)計(ji)算(suan)機(ji)發(fa)出(chu)停(ting)止(zhi)命(ming)令(ling)為(wei)止(zhi)。工(gong)作(zuo)原(yuan)理(li)如(ru)圖(tu)2所示：

圖2  機器人工作原理圖

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、電機選型

    xuanzezhixingdianjiyaogenjubeikongduixiangdeyundongxingshi，yundongdebianhuaguilv，yundongfuzaidexingzhihejutishuliang
，yundonggongzuotizhi，jiehexitongdewendingxingnengzhibiaoyaoqiu，zuodingliangfenxi。benxitongxuanyongruimosen（北京）有限公司生產的ISMD036-5EI的75W伺服電機驅動器。該驅動器可對電機的參數進行自動識別和測試，包括：電機的極對數
、電機內阻、電感量、編碼器線數、霍爾的位置等參數。另外，電機的運動模式設置有位置模式、速度模式或轉矩模式。

    圖3 管道焊縫圖                 圖4 焊縫模板匹配圖

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、結束語

    在現代，無論是水力、火力發電站
，還是煤氣、自來水、工業用水和供熱係統等公共設施，以及石油、化工等工業生產係統，都有縱橫交錯的管道。焊縫質量是一種重要的工業管道內部潛在缺陷，它的好壞是管道運輸安全、可靠和使用壽命的一個決定性因素。本文介紹的以DSP為核心的外部管道焊縫檢測機器人
，將會帶來很好的經濟效益和社會效益。

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