一种基于机器视觉的气密性自主行走机器人的制作方法

2021-01-19 16:01:47|

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本发明属于机器人和机器视觉用于产品质量检验领域，具体涉及机器人、机器视觉和深度学习等人工智能技术，提供一种皂泡法机器视觉气密性检验的自主行走机器人。

背景技术：

气密性是换热器、制冷装置、压力容器等众多有密闭性要求的承压、真空等设备能否正常工作的关键技术指标。现有气密性检验的方法主要有：差压法、压力水检、卤素、氦质谱和氮氢法等，氦质谱检验等方法能够达到很高的漏率测量精度，却“只知泄漏存在，不知漏点何在”

皂泡法和压力水检法是迄今最传统、最常用的漏点定位方法，通常做法是：向被检设备内充入正压气体，将一定浓度的肥皂液涂刷在被检设备表面或将被检设备沉入水箱中，检验人员用肉眼观察被检设备表面是否有气泡产生，以此确定漏点位置。若泄压差足够、漏点较大，则气泡生成明显，漏点一目了然。皂泡法和压力水检法简单易行，安全可靠，能确定漏点所在。

气泡产生、长大和破裂的过程受漏点大小和压差等因素制约。若漏点微小，则气泡生长时间长、尺寸小、形成后容易破裂，人眼很难观察到。皂泡法检漏与皂液浓度、皂液表面张力和环境的温度、压力、相对湿度等复杂因素有关；压力水检法受到水箱静压力的影响。人眼的观察灵敏度有限、易于疲劳，从而导致漏检，检漏质量取决于检验人员的专业技术技能。

现有利用机器视觉检漏均采用压力水检法。其方法是：向被检对象充入一定正相压力的气体后将被检对象沉入水箱；当被检对象存在泄漏时，气体通过漏点压出，在水中形成气泡。

压力水检法由于气泡受到水的静压力、浮力、折射和浑浊度作用，会给机器视觉辨识气泡和漏点定位带来技术上的困难。

本发明采用皂泡检漏法，不需要定制专用水箱，不存在水对气泡生成的各种不利因素影响，为机器视觉辨识气泡和漏点精确定位创造了比压力水检法更优越的技术条件。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术的不足，提出一种气密性自主行走机器人。一种采用皂泡法检漏技术和机器视觉技术、专用于气密性检验的自主行走机器人。

一种气密性检验自主行走机器人，包括自主行走轮组c、步进电机f、控制器e、升降支架g、皂液涂刷装置b、工业相机a和计算机。

如图1所示，被检对象j置于检验台h上，本发明由自主行走轮组c，机器人可以通过自主行走轮组c在导轨上或者在地面上在被检对象的一周运动；两个步进电机f和一个控制器e设置在平台板上表面；两个步进电机f分别用于驱动机器人在被检对象的一周运动以及升降支架g的上下移动；从而带动工业相机和皂液涂刷装置的上下移动以及在被检对象的一周移动。

控制器e用于接收计算机发送的数据，根据计算机发送的数据对两个步进电机f进行控制，根据数据中的行走路径对自主行走轮组c和升降支架g进行控制使其运动；同时根据数据中的指令进一步控制皂液涂刷装置对被检对象的表面涂刷皂液，以及工业相机采集被喷皂液后的被检对象的图像，并将采集的图像发送给计算机；

进一步的，所述的升降支架g主要用于皂液涂刷装置和工业相机的上下移动；

进一步的，所述的皂液涂刷装置b设置在升降支架g上，主要用于向被检对象涂刷皂液；

进一步的，所述的工业相机a也设置在升降支架g上，主要用于采集被检对象的图像；

进一步的，所述的光学照明组件主要用于辅助工业相机a的拍摄，且光学照明组件可设置在升降支架g上，也可单独设置在升降支架g外。

进一步的，如图2所示，所述的控制器包括主控核心板、喷涂控制模块、显示出触摸模块、无线数据传输模块、数据采集模块、电机驱动模块、电源模块、通信模块以及多个接口；主控核心板与喷涂控制模块、显示出触摸模块、无线数据传输模块、数据采集模块、电机驱动模块、通信模块相连接；数据采集模块通过接口与工业相机a相连接；电机驱动模块与两个步进电机f相连接；显示出触摸模块用于显示当前下达的控制指令；无线数据传输模块用于将接收到的信息传输给计算机；电源模块为控制器的其他部分供电；

如图1所示，计算机将被检对象j的被检面的长度和高度发送给控制器，控制器根据当前所在的位置以及被检对象的尺寸采用prm路径规划算法规划路径，规划好路径后机器人根据路径前进的同时控制器中的喷涂控制模块控制皂液涂刷装置向被检对象涂刷皂液。涂刷皂液后控制器中的数据采集模块控制工业相机在光学照明组件的辅助下，拍摄被喷涂皂液后被检对象表面的图像，控制器在工业相机拍摄好图像后通过无线数据传输模块将图像发送给计算机，计算机根据控制器传来的图像，运行图像处理软件检测出气泡，并定位漏点。

一种气密性检验自主行走机器人的实现方式，包括如下步骤：

步骤(1)路径规划：

计算机将被检对象的尺寸发送给控制器，控制器根据计算机传来的被检对象的尺寸进行路径规划；若被检对象的寸尺小于等于设定尺寸阈值，则不需要规划路径，否则通过prm路径规划算法规划机器人的行走路径；

步骤(2)喷涂皂液以及照片的拍摄：

将皂液倒入行走机器人的皂液喷射装置，皂液喷射装置根据规划路径将皂液均匀的喷涂在被检对象的表面；机器人会根据被检对象的尺寸自动选择皂液的涂刷方式；

若被检对象的尺寸大于设定尺寸阈值，受限于ccd相机的分辨率，一次拍摄不能将被检对象的全部信息都清晰的包含进来，需要多次拍摄，每次仅拍摄被检对象的一个指定区域,具体的：

根据规划路径，每前进一步到达指定区域后停顿，控制器通过喷涂控制模块控制皂液涂刷装置向被检对象的指定区域涂刷皂液；然后控制器中的数据采集模块控制工业相机在光学照明组件的辅助下，拍摄被喷涂皂液后被检对象表面指定区域的图像，拍摄前工业相机进行自定对焦；控制器在工业相机拍摄好图像后通过无线数据传输模块将图像发送给计算机；

步骤(3)目标图像的检测：

将二值化图像与目标数据集进行匹配，若在目标数据集中找到相匹配的图像，则在二值化图像中将对应位置进行标记；

步骤(4)定位漏点：

选择透视矫正算法建立图像的每个像素点与实际被测对象物理位置一一对应的关系；当在图像中检测到皂泡之后会反映到实际的物理位置上，从而达到了漏点的定位；

进一步的，步骤1具体实现如下：

若被检对象的寸尺小于等于设定尺寸阈值，则一次性将被检对象表面的全部区域涂刷皂液，然后将被检对象的表面拍摄成清晰的照片；

若被检对象的寸尺大于设定尺寸阈值，则需多次涂刷才能将被检对象的表面全部区域涂刷皂液，此时需要根据对象的寸尺通过prm路径规划算法规划机器人的行走路径，且选择自上而下后在自左向右的方式涂刷皂液。

进一步的，步骤1具体实现如下：

由于被检对象的尺寸大于设定尺寸阈值，受限于工业相机的分辨率，不能一次性的将被检对象的表面拍摄成清晰的照片，控制器根据被检对象的尺寸自动计算出每次拍摄的被检对象的区域面积，即将被检对象拆分成若干等份，每次只拍摄其中的一份区域，并设定每次拍摄前的驻留时间，留给相机自动对焦，然后采用自上而下后再自左向右的方式拍摄照片，拍摄完毕后将照片传送到电脑。

进一步的，步骤2具体实现如下：

若被检对象的尺寸大于设定尺寸阈值，机器人会将皂液涂刷装置先移动到被检对象的左上方，喷涂固定宽度的皂液，完成喷涂后进行照片拍摄并上传；接着向下机器人根据规划路径向下移动喷涂皂液，完成喷涂后继续进行照片拍摄并上传；当涂刷至被检对象的左下方且完成照片拍摄并上传后，机器人根据规划路径向右移动指定宽度，接着向上喷涂皂液且完成照片拍摄上传；每次向右移动的指定宽度恰好为喷涂皂液的宽度，周而复始直至被检对象的表面均被涂刷皂液且完成照片拍摄上传。

进一步的，步骤2具体实现如下：

若被检对象的尺寸大于设定尺寸阈值需要拍摄多幅图片，则机器人根据被检对象的尺寸将被检对象划分为若干个大小相同的区域，并将划分的区域按照从上到下从左到由的顺序编号，机器人将工业相机运动到被检对象的左上方，开始向下移动，移动到第一个编号区域的中心，在完成对焦之后拍摄第一幅图像；控制器在工业相机拍摄好图像后对图像进行编序；然后通过无线数据传输模块将图像发送给计算机，图片的序号为被检对象区域划分的序号；接着机器人将工业相机运动到被检对象的拍摄第二个区域，直至被检对象的区域全部拍摄完毕。

本发明的有益效果：

该方法可以替代现有人工检漏作业，减轻检验人员劳动强度，降低检验人员专业技能要求，防止漏检和误检现象发生。

本发明使用工业相机代替检验人员来检验被检对象的气密性。工业相机可以将微小的漏点图像放大几十、数百甚至数千倍后，仍然可以获得清晰的图像，实现漏点尤其是人眼难以发现的微小漏点的超高灵敏度探测和精确定位。

本发明利用高像素ccd相机所采集的图像，经漏点图像特征辨识，实现漏点的精确定位和漏率估算，从而代替传统人工气密性检验作业，减少对检测人员专业技能要求，防止漏检和误检现象发生，实现气密性检验的自动化、数字化和智能化。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明控制器示意图；

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的分析。

如图1和2所示，一种基于机器视觉的气密性自主行走机器人，包括自主行走轮组c、步进电机f、控制器e、升降支架g、皂液涂刷装置b、工业相机a和计算机。

如图1所示，本发明由自主行走轮组c在导轨上或者在地面上在被检对象的一周运动；两个步进电机f和一个控制器e设置在平台板上表面，平台板下表面与自主行走轮组c固定连接；两个步进电机f分别用于驱动机器人在被检对象的一周以及升降支架g的上下移动；从而带动工业相机和皂液涂刷装置的上下左右移动。

控制器e用于接收计算机发送的数据，根据计算机发送的数据对两个步进电机f进行控制，根据数据中的行走路径对自主行走轮组c和升降支架g的移动；同时根据数据中的指令进一步控制皂液涂刷装置对被检对象的表面涂刷皂液，以及工业相机采集被喷皂液后的被检对象的图像，并将采集的图像发送给计算机；

进一步的，所述的升降支架g主要用于皂液涂刷装置和工业相机的上下移动；

进一步的，所述的皂液涂刷装置b设置在升降支架g上，主要用于向被检对象涂刷皂液；

进一步的，所述的工业相机a也设置在升降支架g上，主要用于采集被检对象的图像；

进一步的，所述的光学照明组件主要用于辅助工业相机a的拍摄，且光学照明组件可设置在升降支架g上，也可单独设置在升降支架g外。

进一步的，如图2所示，所述的控制器包括主控核心板、喷涂控制模块、显示出触摸模块、无线数据传输模块、数据采集模块、电机驱动模块、电源模块、rs232模块以及多个接口；主控核心板与喷涂控制模块、显示出触摸模块、无线数据传输模块、数据采集模块、电机驱动模块、rs232模块相连接；数据采集模块通过接口与工业相机a相连接；电机驱动模块与两个步进电机f相连接；显示出触摸模块用于显示当前下达的控制指令；无线数据传输模块用于将接收到的信息传输给计算机；电源模块为控制器的其他部分供电；

如图1所示，计算机将被检对象k的被检面的长度和高度发送给控制器，控制器根据当前所在的位置以及被检对象的尺寸采用prm路径规划算法规划路径，规划好路径后机器人根据路径前进的同时控制器中的喷涂控制模块控制皂液涂刷装置向被检对象涂刷皂液。涂刷皂液后控制器中的数据采集模块控制工业相机在光学照明组件的辅助下，拍摄被喷涂皂液后被检对象表面的图像，控制器在工业相机拍摄好图像后通过无线数据传输模块将图像发送给计算机，计算机根据控制器传来的图像，运行图像处理软件检测出气泡，并定位漏点。

一种气密性检验自主行走机器人，包括如下步骤：

步骤(1)路径规划：

步骤(2)喷涂皂液以及照片的拍摄：

步骤(3)目标图像检测：

将图像与目标数据集进行匹配，若在目标数据集中找到相匹配的图像，则在图像中将对应位置进行标记；

步骤(4)定位漏点：

进一步的，步骤1具体实现如下：

若被检对象的寸尺小于等于设定尺寸阈值，则一次性将被检对象表面的全部区域涂刷皂液，然后将被检对象的表面拍摄成清晰的照片；

进一步的，步骤1具体实现如下：

进一步的，步骤2具体实现如下：

经过上述4个步骤已经定位了漏点，现需要对漏点进行修复。根据检验对象的材质和工艺，选择相应的修复方法，以消除漏点。修复漏点之后需要再用步骤(1)～步骤(4)进行验证，直至所有的漏点修复完毕。

以上内容是结合具体实例给出的实施方式，对本发明的进一步说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。对于本发明所属技术领域的技术人员而言，在不脱离发明构思的前提下，还可以做出一定程度的简单推演或者替换，都应当视为属于本发明的保护范围。