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附錄 A X 射線實(shí)時(shí)影象探傷管道機(jī)器人的關(guān)鍵技術(shù) 摘要 這篇論文介紹了一種檢查大口徑管道焊接連接的機(jī)器人系統(tǒng)，它被發(fā)展作為[自動(dòng)化平臺(tái)。該機(jī)器人在管道內(nèi)可以獨(dú)立尋找并確定焊接接縫位置，在同步控制技術(shù)的控制下可以完成對(duì)焊縫進(jìn)行質(zhì)量檢驗(yàn)的任務(wù)。該機(jī)器人系統(tǒng)安裝有一個(gè)小的焦點(diǎn)和具有定向波束的 此可以獲得清晰度較高的焊接接縫圖像。關(guān)于該機(jī)器人系統(tǒng)個(gè)別的關(guān)鍵技術(shù)也將被詳細(xì)說(shuō)明。它的結(jié)構(gòu)是（？） 。 關(guān)鍵詞： 時(shí)影象、機(jī)器人 0 介紹 與射線照相檢查方法（ 相比較， 許多優(yōu)勢(shì)，比如較高的效率、較低的成本，更容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和對(duì)焊接缺陷進(jìn)行即時(shí)評(píng)估。此外，最新的技術(shù)允許 并且這個(gè)方法的檢查品質(zhì)和 ， 2]是一樣的。因此，無(wú)損檢測(cè)設(shè)備，通常用于管道檢驗(yàn)的基于 要通過(guò)改造變成基于 使用 是為該目的而設(shè)計(jì)的。事實(shí)上，除了已經(jīng)被解決 [３ ]的涉 及 些集中在機(jī)器人的智能控制的關(guān)鍵技術(shù)也出現(xiàn)在這篇論文中。，例如，機(jī)器人在管道內(nèi)的獨(dú)立動(dòng)作，同步控制技術(shù)和在管道內(nèi)外之間信息交流配合，我們也將機(jī)器人的結(jié)構(gòu)（ ？ ）。 1 機(jī)器人的工作原理 這個(gè) 構(gòu)詳見(jiàn)圖 1。管道外的部分由圖像采集處理系統(tǒng)（ 8， 9， 10），管道外同步旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和它的驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（ 11， 12）組成。圖像擴(kuò)大器由管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)推動(dòng)并圍繞管道中心旋轉(zhuǎn)進(jìn)行采集焊接圖像及通過(guò)圖像采集卡將圖象信號(hào)傳達(dá)給圖像處理 計(jì)算機(jī)。管道內(nèi)的部分由管道內(nèi)電腦（ 1）、電源和換流器系統(tǒng)（２）、行走及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（３）、 ）、管道內(nèi)同步旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)及其驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)（５ ,6）和焊接接縫獨(dú)立尋找及定位系統(tǒng)（７）。 射線管由管道內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)推動(dòng)圍繞管道的中心旋轉(zhuǎn)。 圖 1 機(jī)器人主要工作原理說(shuō)明如下：在焊接接縫獨(dú)立尋找及定位系統(tǒng)的控制下管內(nèi)爬行器完成工作位置的定位，并在定位的位置上處于等待的狀態(tài)。當(dāng)它收到從管道外由低頻電磁波傳達(dá)的指令信號(hào)時(shí)，管道內(nèi)的電腦立即操縱 X 射線系統(tǒng)的控制器來(lái)實(shí)現(xiàn) 管道外的控制。管道內(nèi)和管道外的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由同步控制技術(shù)控制圍繞相同的管道中心旋轉(zhuǎn)并按旋轉(zhuǎn) 旋轉(zhuǎn)的方式完成焊接接縫檢查。 ２ 機(jī)器人的控制系統(tǒng) 與工藝步驟的工作原理相比， X 射線 控制系統(tǒng)主要由一些關(guān)鍵技術(shù)組成，例如以 X 射線圖象標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?yàn)榛A(chǔ)的同步控制技術(shù)和以數(shù)據(jù)合成及低頻電磁波傳遞為基礎(chǔ)的焊接接縫獨(dú)立尋找及定位技術(shù)。 管道內(nèi)和管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的同步控制技術(shù) 根據(jù) 為 ，機(jī)器人管道內(nèi)同管道外的部分是不可能的由電纜連接著的。如何在管道內(nèi)外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的控制系統(tǒng)之間實(shí)現(xiàn)同步信息通信，或如何實(shí)現(xiàn)同步控制，變成必須被解決的關(guān)鍵技術(shù)。 同步旋轉(zhuǎn)可以被描述為：當(dāng)管道內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)帶動(dòng) 角時(shí)，管道外的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)也帶動(dòng)圖像增強(qiáng)器同時(shí)繞同樣的中心旋轉(zhuǎn)到相同的角度（圖 2）。因?yàn)榻饘俟艿赖恼趽踝饔煤蜔o(wú)線的特征，現(xiàn)有的通信手段很難完成在管道內(nèi)外控制信息的通信（４ ,5）。根據(jù) 們提出這同步控制方案如下：將一個(gè)垂直于焊接接縫的標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€設(shè)置在 的照射窗上；當(dāng) 準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€也在管道外的電腦上成像。只要管道內(nèi)和管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)處于同步的位置，即 α=0）（圖 2），標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€成像在電腦屏幕的中心位置。 標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€的成像和標(biāo)準(zhǔn)檢查程序的中心線重合，看圖3。當(dāng)管道內(nèi)旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn) α角時(shí)，在屏幕上標(biāo)準(zhǔn)檢查程序?qū)Ь€的成像偏離標(biāo)準(zhǔn)檢查程序中心線，距離為 H 。距離 為零或小于指定值，管道外旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作可以被實(shí)現(xiàn)。 試驗(yàn) 和模擬證明以上同步控制技術(shù)是正確的。這種同步動(dòng)作滿足 這種方法以 道內(nèi)和管道外的旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步動(dòng)作信息通過(guò) 而執(zhí)行同步動(dòng)作 圖 2 同步旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 圖 3 ⒉２焊接接縫的獨(dú)立尋找及定位技術(shù) 獨(dú)立尋找并定位意味著在管道內(nèi)機(jī)器人沒(méi)有任何其他干涉僅借助于傳感器自動(dòng)地決定哪里是工作位置 智能控制 ”。尋找及定位系 統(tǒng)的精確度和可靠性與機(jī)器人是否可以實(shí)現(xiàn)在管道內(nèi)獨(dú)立行動(dòng)有直接關(guān)系。如果這個(gè)系統(tǒng)是無(wú)效的，機(jī)器人將在管道中 “死亡 ”或 “迷路 ”[6]。 大略地說(shuō)，檢測(cè)焊接位置接縫方法如下：（ 1）利用編碼器或圓弧測(cè)定器；（２）利用焊接接縫表面伸出凹面變化的位移所引起位移；（３）利用焊縫表面接縫導(dǎo)電；（４）利用放射性同位素（比如 γ射線信號(hào)源）； （５）利用觀測(cè)；（６）利用低頻電磁波。 因?yàn)檫@種方法受許多因素的影響，例如：行進(jìn)時(shí)剎車、管道內(nèi)的環(huán)境、人為的因素、放射性的傷害、定位的精確度和效率，僅僅使用一 種方法是不能獲得滿意效果的。 考慮到焊接接縫的規(guī)則排列 ,即每個(gè)焊接接縫的間距大約 12m,和各種位置檢測(cè)方法優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn) ,以多種成象設(shè)備為基礎(chǔ)的焊接接縫獨(dú)立尋找及定位系統(tǒng)被提出來(lái)改善和提高精確度、效率和可靠性的局限。多種成象設(shè)備由圓弧測(cè)定器、 統(tǒng)的框圖如圖 4。 圖 4 焊接接縫獨(dú)立尋找并定位系統(tǒng) 系統(tǒng)采用定位反饋來(lái)提高定位的效率。反饋成像構(gòu)成的視覺(jué)反饋系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)精確的定位。 合成數(shù)據(jù)以三種測(cè)量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，圓弧測(cè)定器的數(shù)據(jù)、低頻電磁波以及圖象，使用優(yōu)先估計(jì)算法處理數(shù) 據(jù)。根據(jù)三種定位法的特征，上述數(shù)據(jù)在不同的范圍分別地有效。如果 個(gè)焊接接縫的間距是 12m。那么，三種測(cè)量數(shù)據(jù)的有效作用范圍如下： x∈ [1 ,12m]； [1m]； [0最后的定位目標(biāo)是 距離 00用圓弧測(cè)定器是為了提高定位效率，并且機(jī)器人在管道內(nèi)以高速移動(dòng)；當(dāng)數(shù)據(jù) 00制器變 成低頻電磁波，并且讓機(jī)器人以低速度移動(dòng)；當(dāng)焊接接縫進(jìn)入這圖象范圍時(shí)，采用圖象伺服系統(tǒng)獲得精確的定位。 數(shù)據(jù)合成規(guī)律可以表示為： X = 如果（ - 10）且（ - 10) 10) , = is of of is ±3 of is to is is in of of So is to to 3 ey of to If a of no of it be to at is a of“ is an to a s of s of of on be in of 660 ～ ? 1400, is km is 8m/ is a an of be in 1 ] Z, C. 2001 , 12(12) : 530 [2 ] C. 2000 , 22(7) : 328 [3 ] Y. on 2 [ . 2001 [4 ] , , of on 6 1994. 225 [5 ] in 1990 , 28(5) :77 [6 ] J , , . of a n2 1990 1990. 187