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附錄 A X 射線實時影象探傷管道機器人的關(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器人系統(tǒng)，它被發(fā)展作為[自動化平臺。該機器人在管道內(nèi)可以獨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焊縫進行質(zhì)量檢驗的任務(wù)。該機器人系統(tǒng)安裝有一個小的焦點和具有定向波束的 此可以獲得清晰度較高的焊接接縫圖像。關(guān)于該機器人系統(tǒng)個別的關(guān)鍵技術(shù)也將被詳細(xì)說明。它的結(jié)構(gòu)是（？） 。 關(guān)鍵詞： 時影象、機器人 0 介紹 與射線照相檢查方法（ 相比較， 許多優(yōu)勢，比如較高的效率、較低的成本，更容易實現(xiàn)自動化和對焊接缺陷進行即時評估。此外，最新的技術(shù)允許 并且這個方法的檢查品質(zhì)和 ， 2]是一樣的。因此，無損檢測設(shè)備，通常用于管道檢驗的基于 要通過改造變成基于 使用 是為該目的而設(shè)計的。事實上，除了已經(jīng)被解決 [３ ]的涉 及 些集中在機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，機器人在管道內(nèi)的獨立動作，同步控制技術(shù)和在管道內(nèi)外之間信息交流配合，我們也將機器人的結(jié)構(gòu)（ ？ ）。 1 機器人的工作原理 這個 構(gòu)詳見圖 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)機構(gòu)和它的驅(qū)動系統(tǒng)（ 11， 12）組成。圖像擴大器由管道外旋轉(zhuǎn)機構(gòu)來推動并圍繞管道中心旋轉(zhuǎn)進行采集焊接圖像及通過圖像采集卡將圖象信號傳達給圖像處理 計算機。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)動系統(tǒng)（３）、 ）、管道內(nèi)同步旋轉(zhuǎn)機構(gòu)及其驅(qū)動系統(tǒng)（５ ,6）和焊接接縫獨立尋找及定位系統(tǒng)（７）。 射線管由管道內(nèi)的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)推動圍繞管道的中心旋轉(zhuǎn)。 圖 1 機器人主要工作原理說明如下：在焊接接縫獨立尋找及定位系統(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的指令信號時，管道內(nèi)的電腦立即操縱 X 射線系統(tǒng)的控制器來實現(xiàn) 管道外的控制。管道內(nèi)和管道外的旋轉(zhuǎn)機構(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)檢查程序為基礎(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)的焊接接縫獨立尋找及定位技術(shù)。 管道內(nèi)和管道外旋轉(zhuǎn)機構(gòu)的同步控制技術(shù) 根據(jù) 為 ，機器人管道內(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)機構(gòu)的控制系統(tǒng)之間實現(xiàn)同步信息通信，或如何實現(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)機構(gòu)帶動 角時，管道外的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)也帶動圖像增強器同時繞同樣的中心旋轉(zhuǎn)到相同的角度（圖 2）。因為金屬管道的遮擋作用和無線的特征，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)機構(gòu)旋轉(zhuǎn) α角時，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)機構(gòu)同步動作可以被實現(xiàn)。 試驗 和模擬證明以上同步控制技術(shù)是正確的。這種同步動作滿足 這種方法以 道內(nèi)和管道外的旋轉(zhuǎn)機構(gòu)同步動作信息通過 而執(zhí)行同步動作 圖 2 同步旋轉(zhuǎn)機構(gòu) 圖 3 ⒉２焊接接縫的獨立尋找及定位技術(shù) 獨立尋找并定位意味著在管道內(nèi)機器人沒有任何其他干涉僅借助于傳感器自動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器人是否可以實現(xiàn)在管道內(nèi)獨立行動有直接關(guān)系。如果這個系統(tǒng)是無效的，機器人將在管道中 “死亡 ”或 “迷路 ”[6]。 大略地說，檢測焊接位置接縫方法如下：（ 1）利用編碼器或圓弧測定器；（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射線信號源）； （５）利用觀測；（６）利用低頻電磁波。 因為這種方法受許多因素的影響，例如：行進時剎車、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 ,即每個焊接接縫的間距大約 12m,和各種位置檢測方法優(yōu)點和缺點 ,以多種成象設(shè)備為基礎(chǔ)的焊接接縫獨立尋找及定位系統(tǒng)被提出來改善和提高精確度、效率和可靠性的局限。多種成象設(shè)備由圓弧測定器、 統(tǒng)的框圖如圖 4。 圖 4 焊接接縫獨立尋找并定位系統(tǒng) 系統(tǒng)采用定位反饋來提高定位的效率。反饋成像構(gòu)成的視覺反饋系統(tǒng)實現(xiàn)精確的定位。 合成數(shù)據(jù)以三種測量數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，圓弧測定器的數(shù)據(jù)、低頻電磁波以及圖象，使用優(yōu)先估計算法處理數(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 個焊接接縫的間距是 12m。那么，三種測量數(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用圓弧測定器是為了提高定位效率，并且機器人在管道內(nèi)以高速移動；當(dāng)數(shù)據(jù) 00制器變 成低頻電磁波，并且讓機器人以低速度移動；當(dāng)焊接接縫進入這圖象范圍時，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