基于视觉的管道焊缝内表面检测技术研究
发布时间：2020-12-16 00:16
焊接工程质量评定中,焊缝外观质量能反应出焊工的技术水平,同时也作为初步判定焊缝质量的依据,因此焊缝外观质量检测在焊接质量评定中具有重要的地位。其中,管道焊缝内表面不仅在一定程度上反映了焊接质量,而且与流体直接接触,能够改变流体流型,影响管道运行的稳定性。本文提出了一种基于视觉的管道焊缝内表面检测与焊缝质量判定方法,完成的主要工作与成果如下:（1）综合管道内的特殊环境与焊缝内表面质量检测要求,完成了系统总体设计,分为管道机器人对焊缝内表面图像的实时监测和基于视觉检测技术的焊缝质量判定。检测人员通过WiFi控制管道机器人在管道内部运动至焊缝处拍摄图像,并通过WiFi把实时图像传输到管道外部的手机或电脑端,实现了管道焊缝内表面的实时监测;利用视觉检测技术得到管道内焊缝表面轮廓的三维信息,实现对管道焊缝内表面质量进行检测。（2）完成了管道机器人的软硬件设计。检测人员通过WiFi控制管道机器人的电机、灯光和相机云台,实现了机器人的准确定位、实时图像的拍摄与传输。通过编码器记录机器人的运动距离保证了对机器人的准确定位;通过调整电机转速保证管道机器人车身水平;通过调整云台高度和旋转角度保证了相机在管...
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管道机器人系统框图
第3章管道机器人系统设计12图3-2管道机器人硬件框架示意图Fig3-2Pipelinerobothardwareframeworkdiagram根据设计要求，图像采集系统不经过单片机，直接把图像传输给通信系统，以减少图像传输时间，减轻单片机负担，通信系统会把上位机发送的控制指令传递给单片机系统，单片机根据指令对动力系统、图像采集系统和辅助光源系统进行控制，同时单片机会采集动力系统的信息，再通过通信系统传递给上位机，电源系统为管道机器人提供能量。3.1.1通信系统上位机与管道机器人之间的通信数据包括控制指令、图像信息和状态数据，数据量比较大，为了减少通信时间并保证机器人工作范围，应选择传输速率较大、通信距离远的无线传输方式。常见的无线通信方式有WiFi、Bluetooth、ZigBee、IrDA、RFID等。这五种通信方式中，WiFi、Bluetooth和IrDA速率较大，并且WiFi和ZigBee通信距离较长[8]，因此本课题采用WiFi无线通信方式进行管道机器人通信系统设计。课题利用无线路由器提供WiFi信号。目前，路由器主流固件有三种：DD-WRT、Tomato、OpenWrt，其中OpenWRT是扩展性最好的固件。OpenWRT是一个高度模块化的嵌入式Linux系统，能够给用户提供一个可读可写的完全自定的操作环境，应用程序由框架来构建，允许自定义设备，以适应应用程序[9]。支持OpenWrt的路由器可以当做一个服务器，不仅可以实现路由器的基本功能，还能方便用户对其功能进行拓展以满足个性化需求，因此课题利用支持OpenWrt的路由器提供无线网络，进行上位机与管道机器人之间的数据传输。课题选择型号为GL-iNet6416A的无线路由器，实物如下图3-3所示。图像采集系统通信系统单片机控制系统动力系统辅助光源系统电源系统
中国石油大学（华东）硕士学位论文13图3-3GL-iNet6416A无线路由器Fig3-3GL-iNet6416AwirelessrouterGL-iNet6416A无线路由器尺寸只有58mm*58mm*22mm，重量仅有42g，功率小于1w，具有体积孝重量轻、功耗小的优点，不会给车身增加负担，特别适合管道机器人携带。同时，路由器有一个可以外接摄像头的USB免驱动视频接口，支持MJPEG和YUV格式。视频接口连接网络高清摄像头后，图像数据可以通过路由器的WiFi信号直接传输到上位机，提高了运行效率。另外，路由器有TTL串口模块，可以与单片机进行通信。当上位机通过路由器发送控制指令时，路由器通过TTL串口把指令传输给单片机，单片机对指令进行解码，最后会控制管道机器人做出相应动作，单片机也可以通过TTL串口把机器人状态数据发送给路由器，然后通过WiFi传输给上位机。GL-iNet6416A相关参数指标如下表3-1所示。表3-1GL.iNet6416A无线路由器参数Table3-1TheparametersofGL.iNet6416Awirelessrouter模块型号GL.iNet6416ACPUATheorsAR9331400MHZ内存/闪存内存：DDR64MB闪存：16MB功率小于1W视频接口USB接口免驱动、支持MJPG或YUV格式指令接口TTL插针尺寸58mm*58mm*22mm此外，管道会屏蔽WiFi信号，只能在管道口接收到微弱的信号，为了方便上位机与管道机器人通信，课题在管道口处安装WiFi中继器对WiFi信号进行放大。课题选择FX-AP450中继器，该中继器拥有面板式大功率天线，接受信号能力强，并能够对WiFi信号进行增强，增强后的信号在空旷地带最远可以覆盖600m范围，FX-AP450中继器如下图3-4所示：
本文编号：2919158
【文章来源】：中国石油大学(华东)山东省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
管道机器人系统框图
第3章管道机器人系统设计12图3-2管道机器人硬件框架示意图Fig3-2Pipelinerobothardwareframeworkdiagram根据设计要求，图像采集系统不经过单片机，直接把图像传输给通信系统，以减少图像传输时间，减轻单片机负担，通信系统会把上位机发送的控制指令传递给单片机系统，单片机根据指令对动力系统、图像采集系统和辅助光源系统进行控制，同时单片机会采集动力系统的信息，再通过通信系统传递给上位机，电源系统为管道机器人提供能量。3.1.1通信系统上位机与管道机器人之间的通信数据包括控制指令、图像信息和状态数据，数据量比较大，为了减少通信时间并保证机器人工作范围，应选择传输速率较大、通信距离远的无线传输方式。常见的无线通信方式有WiFi、Bluetooth、ZigBee、IrDA、RFID等。这五种通信方式中，WiFi、Bluetooth和IrDA速率较大，并且WiFi和ZigBee通信距离较长[8]，因此本课题采用WiFi无线通信方式进行管道机器人通信系统设计。课题利用无线路由器提供WiFi信号。目前，路由器主流固件有三种：DD-WRT、Tomato、OpenWrt，其中OpenWRT是扩展性最好的固件。OpenWRT是一个高度模块化的嵌入式Linux系统，能够给用户提供一个可读可写的完全自定的操作环境，应用程序由框架来构建，允许自定义设备，以适应应用程序[9]。支持OpenWrt的路由器可以当做一个服务器，不仅可以实现路由器的基本功能，还能方便用户对其功能进行拓展以满足个性化需求，因此课题利用支持OpenWrt的路由器提供无线网络，进行上位机与管道机器人之间的数据传输。课题选择型号为GL-iNet6416A的无线路由器，实物如下图3-3所示。图像采集系统通信系统单片机控制系统动力系统辅助光源系统电源系统
中国石油大学（华东）硕士学位论文13图3-3GL-iNet6416A无线路由器Fig3-3GL-iNet6416AwirelessrouterGL-iNet6416A无线路由器尺寸只有58mm*58mm*22mm，重量仅有42g，功率小于1w，具有体积孝重量轻、功耗小的优点，不会给车身增加负担，特别适合管道机器人携带。同时，路由器有一个可以外接摄像头的USB免驱动视频接口，支持MJPEG和YUV格式。视频接口连接网络高清摄像头后，图像数据可以通过路由器的WiFi信号直接传输到上位机，提高了运行效率。另外，路由器有TTL串口模块，可以与单片机进行通信。当上位机通过路由器发送控制指令时，路由器通过TTL串口把指令传输给单片机，单片机对指令进行解码，最后会控制管道机器人做出相应动作，单片机也可以通过TTL串口把机器人状态数据发送给路由器，然后通过WiFi传输给上位机。GL-iNet6416A相关参数指标如下表3-1所示。表3-1GL.iNet6416A无线路由器参数Table3-1TheparametersofGL.iNet6416Awirelessrouter模块型号GL.iNet6416ACPUATheorsAR9331400MHZ内存/闪存内存：DDR64MB闪存：16MB功率小于1W视频接口USB接口免驱动、支持MJPG或YUV格式指令接口TTL插针尺寸58mm*58mm*22mm此外，管道会屏蔽WiFi信号，只能在管道口接收到微弱的信号，为了方便上位机与管道机器人通信，课题在管道口处安装WiFi中继器对WiFi信号进行放大。课题选择FX-AP450中继器，该中继器拥有面板式大功率天线，接受信号能力强，并能够对WiFi信号进行增强，增强后的信号在空旷地带最远可以覆盖600m范围，FX-AP450中继器如下图3-4所示：
本文编号：2919158
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