CN105446360A - 一种基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置，包括：图像采集装置、主控板和行走装置；所述图像采集装置，用于采集并发送包含有预设标记图像的采集图像；所述主控板，用于接收并根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；根据所述距离差值，发出调整所述图像采集装置的位置的调整指令；所述行走装置，用于接收并根据所述调整指令，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。该基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置，通过获得包含具备标识焊缝作用的预设标记图像的采集图像，能够自动沿着焊缝行走，进一步地为焊缝的自动探伤检测提供便利。

Description

一种基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置

技术领域

本发明涉及焊缝探伤检测技术领域，尤其涉及一种基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置。

背景技术

在对焊缝进行自动探伤检测的过程中，需要将检测探头对准焊缝的位置进行探伤扫查。在现有市场，进行探伤的扫查装置一般分为两类。一类扫查装置需要人工手动操作，不过该类扫查装置对准效果很差，在操作的过程中很难保证探头与焊缝之间相对固定的位置与姿态关系。而且检验的效果很容易受到现场检验人员的技术水平、疲劳程度、责任心、心理等客观和主观因素的影响，难以长时间保持检验工作的稳定性和准确性。进一步地，由于恶劣的工作条件，检验效果更加差强人意，愿意从事现场检验的工人也在逐渐减少。另一类扫查装置采用导轨式设计，导轨引导扫查装置沿焊缝扫查运动，导轨式自动扫查装置技术成熟，在焊缝检测中应用较广泛，但其结构一般都比较庞大，安装复杂，成本也较高，并且需要对导轨进行特殊的设计才能满足不同管径的需求，所以这种扫查装置具有很大的局限性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置，通过获得包含具备标识焊缝作用的预设标记图像的采集图像，能够自动沿着焊缝行走，进一步地为焊缝的自动探伤检测提供便利。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供一种基于焊缝的自动循迹方法，包括：

获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像，其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像；

根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；

根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。

特别地，所述预设标记位于焊缝的中部位置并围绕所述焊缝一周，且所述预设标记的颜色为焊缝颜色的明暗反差色。

特别地，所述获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像，包括：

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，则关闭所述图像采集装置的光源，并获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像；

当外界的光强度小于预设第一阈值，则启动所述图像采集装置的光源，并获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像。

特别地，所述获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值，包括：

对所述采集图像进行二值化处理，以便确定预设标识区域，对二值化的采集图像建立二维坐标系(x，y)，x方向对应采集图像的像素的行方向，y方向对应采集图像的像素的列方向；

在x方向，计算所述预设标记区域的每一行二值化数据的中心点的x坐标，并对所述中心点的x坐标做平均值计算，得出平均x坐标；

获得所述采集图像中所述图像像素位置对应的中心点x坐标；

计算所述平均x坐标与所述中心点x坐标的差值，所述差值为距离差值。

特别地，所述对所述采集图像进行二值化处理之前，还包括：对所述采集图像进行预处理。

特别地，所述对所述采集图像进行预处理，包括：采用中值滤波方法对所述采集图像去噪。

特别地，所述中心点的x坐标centroid的计算公式为： $centroid=(\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{X}_i\·i)/M;$

其中，i为预设标记区域的像素的列数，i＝1,2,3……m；X_i为二值化数据，当X_i位于预设标识区域，则X_i＝1，当X_i位于背景区域，则X_i＝0；M为对应X_i＝1的二值化数据的总个数；

所述平均x坐标centroid'的计算公式为：N为预设标记区域在y方向上centroid不为0的总列数；

设定所述图像像素位置为(P，Q),P为采集图像的行方向的像素个数，Q为采集图像的列方向的像素个数，所述中心点x坐标＝P/2；

所述距离差值＝centroid'-P/2。

特别地，所述对所述采集图像进行二值化处理，包括：

对所述采集图像进行RGB彩色图像灰度化，扫描所述采集图像的每个像素值；

若所述像素值小于预设第二阈值，则将对应的像素值设为0；

若所述像素值大于等于预设第二阈值，则将对应的像素值设为255。

特别地，所述预设第二阈值根据外界的光强度的变化而变化；

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，所述预设第二阈值为A值；

当外界的光强度小于预设第一阈值，所述预设第二阈值为B值，所述A值大于所述B值。

特别地，所述根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，包括：

根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，使调整后的距离差值小于等于预设第三阈值。

特别地，所述根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置之后，还包括：

基于调整后的所述图像采集装置的位置，对焊缝进行探伤检测。

第二方面，提供一种基于焊缝的自动循迹装置，包括：图像采集装置、主控板和行走装置，所述图像采集装置设置于所述行走装置，所述图像采集装置和行走装置分别与主控板电性连接；

所述图像采集装置，用于采集并发送包含有预设标记图像的采集图像，其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像；

所述主控板，用于接收并根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；根据所述距离差值，发出调整所述图像采集装置的位置的调整指令；

所述行走装置，用于接收并根据所述调整指令，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。

特别地，所述预设标记为白色的磁性塑胶条，该磁性塑胶条吸附于焊缝的中部位置并围绕所述焊缝一周。

特别地，所述图像采集装置包括广角镜头、CMOS图像传感器和LED灯；

所述主控板，还用于：

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，则关闭所述LED灯，并接收由广角镜头采集和CMOS图像传感器发送的包含有预设标记图像的采集图像；

当外界的光强度小于预设第一阈值，则启动所述LED灯，并接收由广角镜头采集和CMOS图像传感器发送的包含有预设标记图像的采集图像。

特别地，所述LED灯的数量为两个，两个LED灯分别设置于所述广角镜头的两侧。

特别地，所述图像采集装置还包括偏振片，所述偏振片位于所述广角镜头的光线入射端。

特别地，所述自动循迹装置还包括遥控装置，所述遥控装置和所述主控板建立无线网络连接，所述主控板，用于通过无线网络连接，接收遥控装置发送的控制指令，并根据所述控制指令，发送调整行走装置的位置的调整指令。

特别地，所述获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值，包括：

对所述采集图像进行二值化处理，以便确定预设标识区域，对二值化的采集图像建立二维坐标系(x，y)，x方向对应采集图像的像素的行方向，y方向对应采集图像的像素的列方向；

在x方向，计算所述预设标记区域的每一行二值化数据的中心点的x坐标，并对所述中心点的x坐标做平均值计算，得出平均x坐标；

获得所述采集图像中所述图像像素位置对应的中心点x坐标；

计算所述平均x坐标与所述中心点x坐标的差值，所述差值为距离差值。

特别地，对所述采集图像进行二值化处理之前，还包括：对所述采集图像进行预处理；

其中，所述对所述采集图像进行预处理，包括：采用中值滤波方法对所述采集图像去噪；

其中，所述中心点的x坐标centroid的计算公式为： $centroid=(\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{X}_i\·i)/M;$

其中，i为预设标记区域的像素的列数，i＝1,2,3……m；X_i为二值化数据，当X_i位于预设标识区域，则X_i＝1，当X_i位于背景区域，则X_i＝0；M为对应X_i＝1的二值化数据的总个数；

所述平均x坐标centroid'的计算公式为：N为预设标记区域在y方向上centroid不为0的总列数；

设定所述图像像素位置为(P，Q),P为采集图像的行方向的像素个数，Q为采集图像的列方向的像素个数，所述中心点x坐标＝P/2；

所述距离差值＝centroid'-P/2；

其中，所述对所述采集图像进行二值化处理，包括：

对所述采集图像进行RGB彩色图像灰度化，扫描所述采集图像的每个像素值；

若所述像素值小于预设第二阈值，则将对应的像素值设为0；

若所述像素值大于等于预设第二阈值，则将对应的像素值设为255；

其中，所述预设第二阈值根据外界的光强度的变化而变化；

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，所述预设第二阈值为A值；

当外界的光强度小于预设第一阈值，所述预设第二阈值为B值，所述A值大于所述B值；

其中，所述根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，包括：

根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，使调整后的距离差值小于等于预设第三阈值。

特别地，所述行走装置包括双路电机驱动板和两个直流电机；所述行走装置，具体用于：

接收并根据所述调整指令，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；

把所述距离差值转化为对应的占空比，并根据该占空比发送调整两个直流电机的转速差的指令至所述双路电机驱动板，以便所述双路电机驱动板根据所述指令，调整两个直流电机的转速差。

特别地，所述主控板，还用于调节PID参数，使行走装置的行走轨迹稳定。

特别地，所述行走装置还包括两个主动轮和两个从动轮，所述两个主动轮分别与所述两个直流电机电性连接，所述两个从动轮受两个主动轮的带动进行转动。

特别地，所述两个主动轮和两个从动轮均为磁性轮。

特别地，所述自动循迹装置还包括用于供电的供电电路，所述供电电路包括12V锂电池。

特别地，所述自动循迹装置还包括用于进行焊缝探伤检测的探头，所述探头固定于所述行走装置，且所述探头设置于所述图像采集装置的正上方或正下方；

所述探头，用于基于调整后的所述图像采集装置的位置，对焊缝进行探伤检测。

本发明的有益效果在于：一种基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置，包括：图像采集装置、主控板和行走装置，所述图像采集装置设置于所述行走装置，所述图像采集装置和行走装置分别与主控板电性连接；所述图像采集装置，用于采集并发送包含有预设标记图像的采集图像，其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像；所述主控板，用于接收并根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；根据所述距离差值，发出调整所述图像采集装置的位置的调整指令；所述行走装置，用于接收并根据所述调整指令，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。可见，该基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置，通过获得包含具备标识焊缝作用的预设标记图像的采集图像，能够自动沿着焊缝行走，进一步地为焊缝的自动探伤检测提供便利。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的基于焊缝的自动循迹方法第一个实施例的方法流程图。

图2是本发明提供的基于焊缝的自动循迹方法第二个实施例的方法流程图。

图3是本发明提供的采集图像。

图4是本发明提供的二值化的采集图像。

图5是在强光环境下，本发明提供的采集图像。

图6是当预设第二阈值为150时，本发明提供的二值化的采集图像。

图7是当预设第二阈值为180时，本发明提供的二值化的采集图像。

图8是当预设第二阈值为200时，本发明提供的二值化的采集图像。

图9是本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置第一个实施例的结构方框图。

图10是本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置第二个实施例的结构方框图。

图11是本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置第二个实施例的结构示意图。

图12是应用本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置进行焊缝探伤检测的结构示意图。

附图说明如下：

10-广角镜头；20-LED灯；30-主动轮；40-从动轮；50-磁性塑胶条；

60-被检焊缝；70-具备焊缝的钢铁管道。

具体实施方式

为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参考图1，其是本发明提供的基于焊缝的自动循迹方法第一个实施例的方法流程图。本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹方法，可应用于各种焊缝自动探伤检测的场景。

该基于焊缝的自动循迹方法，包括：

步骤S101、获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像，其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像。

钢铁管道焊接，有时需要将两个以上的基本钢铁管道，通过不同的方式焊接起来。焊接时会在两基本钢铁管道之间形成焊缝。焊缝的品质对钢铁管道的稳固性和持久性有很大的影响，所以我们需要对焊缝进行探伤检测，以提高具备焊缝的钢铁管道70的良品率。

其中，所述预设标记位于焊缝的中部位置并围绕所述焊缝一周，且所述预设标记的颜色为焊缝颜色的明暗反差色。

优选地，预设标记的颜色为白色，而焊缝的颜色为深色，两者形成鲜明的明暗反差色，有利于通过预设标记标识焊缝的位置。

步骤S102、根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值。

预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值，直接反映图像采集装置偏离预设标记的程度。获得该距离差值，就可以根据该距离差值调节图像采集装置的位置，以便图像采集装置沿着焊缝行走，不偏离预设标记，即不偏离预设轨道。

步骤S103、根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。

本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹方法，通过获得包含具备标识焊缝作用的预设标记图像的采集图像，能够自动沿着焊缝行走，进一步地为焊缝的自动探伤检测提供便利。

请参考图2，其是本发明提供的基于焊缝的自动循迹方法第二个实施例的方法流程图。本实施例与基于焊缝的自动循迹方法第一个实施例的主要区别在于，增加了基于焊缝的自动循迹方法的具体计算过程的说明。

该基于焊缝的自动循迹方法，包括：

步骤S201a、当外界的光强度大于等于预设第一阈值，则关闭所述图像采集装置的光源，并获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像。

步骤S201b、当外界的光强度小于预设第一阈值，则启动所述图像采集装置的光源，并获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像。

需要说明的地，步骤S201a和步骤S201b并没有先后顺序，两者择一实施。步骤S201a和步骤S201b分别说明了根据外界的明暗度智能控制光源的开闭的两种情况，以便图像采集装置获得更高质量的采集图像。

其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像。

请参考图3，其是本发明提供的采集图像。图中黑色虚线圈起的部分代表噪点。该噪点在后期的预处理过程中，可以消除。

步骤S202、根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值。

下面对基于焊缝的自动循迹方法的具体计算过程进行详细说明：

优选地，所述获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值，包括：

对所述采集图像进行二值化处理，以便确定预设标识区域，对二值化的采集图像建立二维坐标系(x，y)，x方向对应采集图像的像素的行方向，y方向对应采集图像的像素的列方向；

在x方向，计算所述预设标记区域的每一行二值化数据的中心点的x坐标，并对所述中心点的x坐标做平均值计算，得出平均x坐标；

获得所述采集图像中所述图像像素位置对应的中心点x坐标；

计算所述平均x坐标与所述中心点x坐标的差值，所述差值为距离差值。

图像二值化是图像分析与处理中最常见、最重要的处理手段之一，图像二值化的处理方法也非常多，越精准的方法计算量也越大。

优选地，所述对所述采集图像进行二值化处理之前，还包括：对所述采集图像进行预处理。

该预处理过程的目的是希望消除采集图像中的大部分噪点。

优选地，所述对所述采集图像进行预处理，包括：采用中值滤波方法对所述采集图像去噪。

中值滤波方法是基于排序统计理论的一种能有效抑制噪声的非线性信号处理方法。该方法的基本原理是把数字图像或数字序列中一点的值用该点的一个邻域中各点值的中值代替，让周围的像素值接近的真实值，从而消除孤立的噪声点。

优选地，所述中心点的x坐标centroid的计算公式为： $centroid=(\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{X}_i\·i)/M;$

其中，i为预设标记区域的像素的列数，i＝1,2,3……m；X_i为二值化数据，当X_i位于预设标识区域，则X_i＝1，当X_i位于背景区域，则X_i＝0；M为对应X_i＝1的二值化数据的总个数；

所述平均x坐标centroid'的计算公式为：N为预设标记区域在y方向上centroid不为0的总列数；

设定所述图像像素位置为(P，Q),P为采集图像的行方向的像素个数，Q为采集图像的列方向的像素个数，所述中心点x坐标＝P/2；

所述距离差值＝centroid'-P/2。

优选地，所述对所述采集图像进行二值化处理，包括：

对所述采集图像进行RGB彩色图像灰度化，扫描所述采集图像的每个像素值；

若所述像素值小于预设第二阈值，则将对应的像素值设为0；

若所述像素值大于等于预设第二阈值，则将对应的像素值设为255。

特别地，所述预设第二阈值为127，该二值化方法简单、计算量少且速度快。

优选地，所述预设第二阈值根据外界的光强度的变化而变化；

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，所述预设第二阈值为A值；

当外界的光强度小于预设第一阈值，所述预设第二阈值为B值，所述A值大于所述B值。

步骤S203、根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，使调整后的距离差值小于等于预设第三阈值，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。

优选地，所述预设第三阈值为0。在软件模拟的环境下，我们可以将预设第三阈值设定为0,。但是在实际应用过程中，由于机械零件之间的磨损和发热，预设第三阈值不能为0，只能无限接近0。

步骤S204、基于调整后的所述图像采集装置的位置，对焊缝进行探伤检测。

以下结合上述具体计算过程，进行实际实施流程的说明：

1、图像预处理：图像采集装置采集到的原始图像往往含有大量的噪点，这些噪点会对采集图像的计算产生一定的影响，所以图像预处理就是减少采集的大量噪声信息，增强采集图像的特征信息。这里采用基于中值滤波方法对采集图像进行运算，中值滤波方法对于焊缝探伤检测类型的随机噪声处理具有非常理想的降噪能力。

2、图像分割：图像分割是通过选择适当的预设第二阈值，把图像分割成各具特征的区域并提取某些特征。由于焊缝表面贴上了人工的预设标识，预设标识的白色区别于焊缝的深色，所以这里采用的图像分割方法是图像的二值化方法。通过二值化将预设标识图像对应的区域设定为前景(用数字1表示)，将预设标识图像以外的区域设定为背景(用数字0表示)。请参考图4，其是本发明提供的二值化的采集图像。由图4可以看出，经二值化分割处理后，采集图像的前景和背景的图像区别明显，该前景对应预设标识区域。

3、动态阈值设置：由于自动焊缝探伤检测都是在室外作业，室外的光强度时刻变化，例如扫查装置在钢管绕对接焊缝上运动时，运动到向光面处，光线较亮，运动到背光面处，光线较弱。光强度的大小对采集图像的清晰度有很大影响，所以需要动态调整阈值(即预设第二阈值)，找到一个合适的阈值能够准确实时地区分出前景(预设标识区域)和背景(预设标识区域以外的区域)。请参考图5，其是在强光环境下，本发明提供的采集图像。由图5可以看出，在强光下，预设第二阈值需要作适应性调整，否则获得的采集图像的质量很低。请参考图6、图7和图8，其分别是当预设第二阈值为150、180和200时，本发明提供的二值化的采集图像。由该三幅图的对比可以看出，当预设第二阈值在150或180时，采集图像存在大量的噪点。当预设第二阈值调整到200时，采集图像的分割效果较为理想。所以动态地调节阈值可以提高图像二值化的分割效果。

4、图像质心提取：通过计算采集图像的矩，找到采集图像中前景部分图像的质心。由于采集到的图像像素为320×240，即一副采集图像有240行，每行有320列。分别计算出每一行的前景部分的质心x轴坐标(前景时，Xi＝1，背景时，Xi＝0)，然后取质心x轴坐标的均值，计算得到平均x坐标centroid＇。

5、计算偏差量：该偏差值为预设标识区域的质心与图像像素的中心点的距离差值，图像像素位置的中心点的像素坐标为(160,120)，故偏差量为error＝centroid＇－160。

本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹方法，是一种在焊缝探伤检测过程中，借助简单人工标志(预设标识)实现对焊缝自动循迹、自动探伤的方法。该自动循迹方法实现了对焊缝的自动探伤，步骤简单，成本低，且灵活性高，而且大大降低了人工手动操作过程中所出现的不必要的误差，提高了焊缝探伤检测的准确性，使用效果良好，便于推广使用。

本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹方法，成本低、灵活性高，安装方便，自动探伤检测效果良好，并且稳定性高，适用于各种对接焊缝或平面焊缝的检验，有效地解决了现有的两类应用于焊缝探伤的扫查装置所存在的问题。

以下为本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置实施例。基于焊缝的自动循迹装置实施例与上述的基于焊缝的自动循迹方法实施例属于同一构思，基于焊缝的自动循迹装置实施例中未详尽描述的细节内容，可以参考上述基于焊缝的自动循迹方法实施例。

请参考图9，其是本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置第一个实施例的结构方框图。

该基于焊缝的自动循迹装置，包括：图像采集装置、主控板和行走装置，所述图像采集装置设置于所述行走装置，所述图像采集装置和行走装置分别与主控板电性连接；

所述图像采集装置，用于采集并发送包含有预设标记图像的采集图像，其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像；

所述主控板，用于接收并根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；根据所述距离差值，发出调整所述图像采集装置的位置的调整指令；

所述行走装置，用于接收并根据所述调整指令，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。

本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹装置，通过获得包含具备标识焊缝作用的预设标记图像的采集图像，能够自动沿着焊缝行走，进一步地为焊缝的自动探伤检测提供便利。

请参考图10，其是本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置第二个实施例的结构方框图。本实施例与基于焊缝的自动循迹装置第一个实施例的主要区别在于增加了基于焊缝的自动循迹装置的具体计算过程的说明。

该基于焊缝的自动循迹装置，包括：图像采集装置、主控板和行走装置，所述图像采集装置设置于所述行走装置，所述图像采集装置和行走装置分别与主控板电性连接；

所述图像采集装置，用于采集并发送包含有预设标记图像的采集图像，其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像；

所述主控板，用于接收并根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；根据所述距离差值，发出调整所述图像采集装置的位置的调整指令；

所述行走装置，用于接收并根据所述调整指令，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。

优选地，所述预设标记为白色的磁性塑胶条50，该磁性塑胶条50吸附于焊缝的中部位置并围绕所述焊缝60一周。

磁性塑胶条50具有磁性，可以很好地吸附于焊缝，且设置、拆卸方便。

优选地，所述图像采集装置包括广角镜头10、CMOS图像传感器和LED灯20；

所述主控板，还用于：

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，则关闭所述LED灯20，并接收由广角镜头10采集和CMOS图像传感器发送的包含有预设标记图像的采集图像；

当外界的光强度小于预设第一阈值，则启动所述LED灯20，并接收由广角镜头10采集和CMOS图像传感器发送的包含有预设标记图像的采集图像。

优选地，所述LED灯20的数量为两个，两个LED灯20分别设置于所述广角镜头10的两侧。

两个LED灯20的设置，有利于获得亮度均匀的采集图像，提高采集图像的质量。

优选地，所述图像采集装置还包括偏振片，所述偏振片位于所述广角镜头10的光线入射端。

优选地，所述自动循迹装置还包括遥控装置，所述遥控装置和所述主控板建立无线网络连接，所述主控板，用于通过无线网络连接，接收遥控装置发送的控制指令，并根据所述控制指令，发送调整行走装置的位置的调整指令。

优选地，所述获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值，包括：

对所述采集图像进行二值化处理，以便确定预设标识区域，对二值化的采集图像建立二维坐标系(x，y)，x方向对应采集图像的像素的行方向，y方向对应采集图像的像素的列方向；

在x方向，计算所述预设标记区域的每一行二值化数据的中心点的x坐标，并对所述中心点的x坐标做平均值计算，得出平均x坐标；

获得所述采集图像中所述图像像素位置对应的中心点x坐标；

计算所述平均x坐标与所述中心点x坐标的差值，所述差值为距离差值。

优选地，对所述采集图像进行二值化处理之前，还包括：对所述采集图像进行预处理；

其中，所述对所述采集图像进行预处理，包括：采用中值滤波方法对所述采集图像去噪；

其中，所述中心点的x坐标centroid的计算公式为： $centroid=(\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{X}_i\·i)/M;$

其中，i为预设标记区域的像素的列数，i＝1,2,3……m；X_i为二值化数据，当X_i位于预设标识区域，则X_i＝1，当X_i位于背景区域，则X_i＝0；M为对应X_i＝1的二值化数据的总个数；

所述平均x坐标centroid'的计算公式为：N为预设标记区域在y方向上centroid不为0的总列数；

设定所述图像像素位置为(P，Q),P为采集图像的行方向的像素个数，Q为采集图像的列方向的像素个数，所述中心点x坐标＝P/2；

所述距离差值＝centroid'-P/2；

其中，所述对所述采集图像进行二值化处理，包括：

对所述采集图像进行RGB彩色图像灰度化，扫描所述采集图像的每个像素值；

若所述像素值小于预设第二阈值，则将对应的像素值设为0；

若所述像素值大于等于预设第二阈值，则将对应的像素值设为255；

其中，所述预设第二阈值根据外界的光强度的变化而变化；

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，所述预设第二阈值为A值；

当外界的光强度小于预设第一阈值，所述预设第二阈值为B值，所述A值大于所述B值；

其中，所述根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，包括：

根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，使调整后的距离差值小于等于预设第三阈值。

优选地，所述行走装置包括双路电机驱动板和两个直流电机；所述行走装置，具体用于：

接收并根据所述调整指令，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；

把所述距离差值转化为对应的占空比，并根据该占空比发送调整两个直流电机的转速差的指令至所述双路电机驱动板，以便所述双路电机驱动板根据所述指令，调整两个直流电机的转速差。

优选地，所述主控板，还用于调节PID参数，使行走装置的行走轨迹稳定。

PID(proportion-比例、integration-积分、differentiation微分)参数调节是工业生产中最常用的一种控制方式，PID调节仪表也是工业控制中最常用的仪表之一，PID参数调节的使用，只需设定三个参数(Kp、Ti和Td)即可。适用于需要进行高精度测量控制的系统，可根据被控对象自动演算出最佳PID控制参数。

优选地，所述行走装置还包括两个主动轮30和两个从动轮40，所述两个主动轮30分别与所述两个直流电机电性连接，所述两个从动轮40受两个主动轮30的带动进行转动。

优选地，所述两个主动轮30和两个从动轮40均为磁性轮。

磁性轮具有磁性，可以很好地吸附于焊缝，不易掉落且可在焊缝上行走。

优选地，所述自动循迹装置还包括用于供电的供电电路，所述供电电路包括12V锂电池。

优选地，所述自动循迹装置还包括用于进行焊缝探伤检测的探头，所述探头固定于所述行走装置，且所述探头设置于所述图像采集装置的正上方或正下方；

所述探头，用于基于调整后的所述图像采集装置的位置，对焊缝进行探伤检测。

请参考图11，其是本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置第二个实施例的结构示意图。

以下结合图11，具体说明本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置进行自动循迹探伤的操作步骤：

步骤一、将广角镜头10、偏振片、CMOS图像传感器和LED灯20组成一个专用的工业摄像头。广角镜头10用于扩大该工业摄像头的视野，使工业摄像头摄入尽可能多的图像信息，偏振片用于过滤掉某个方向上的反射光，以减少反射光对该工业摄像头的影响。

步骤二、在光线充足的情况下，关闭LED灯20；在光线较暗的情况下，打开LED灯20。调整工业摄像头(内嵌LED灯)的位置(当然也可以通过手动或自动的方式调整工业摄像头的姿态或角度)，使之LED灯20的照明区域覆盖广角镜头10的拍摄范围。LED灯20的作用是使工业摄像头能够在弱光条件下也拍摄到清晰的图像。

步骤三、在焊缝的位置上贴上一根简易的预设标识(白色的磁性塑胶条50)，绕对接焊缝一周，该磁性塑胶条50的宽度视被检焊缝60的宽度做适当调整，并且磁性塑胶条50为白色，以便与深色的焊缝相区别。

步骤四、将该基于焊缝的自动循迹装置放到具备焊缝的钢铁管道70上，通过遥控装置控制行走装置的初始位置，还可以调整自动循迹装置的姿态或角度，使焊缝路径映入广角镜头10的视野。遥控装置产生脉冲信号，主控板捕捉脉冲信号进而控制行走装置的前进、后退，左转、右转等动作。

步骤五、采用专用的工业摄像头拍摄设置了预设标识待循迹焊缝的图像并将该采集图像传送到主控板。

步骤六、主控板应用本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹方法对采集图像进行分析，获得偏差值error。

步骤七、将该偏差量error转化为对应的占空比加在两直流电机上，使两个直流电机形成转速差。两个直流电机的转速差可以反映自动循迹装置偏离图像中心位置的情况。主控板通过控制两直流电机的转速差来实现对自动循迹装置针对焊缝路径的自动循迹运动。探头设置于该工业摄像头的正上方或正下方，当自动循迹装置针对焊缝路径做自动循迹运动，相当于探头也针对焊缝路径的做自动循迹运动，以实现自动循迹、自动探伤检测的目的。

步骤八、调节PID参数，使自动循迹装置的运动稳定性达到最佳、动态误差达到最小。最终使自动循迹装置夹持的探头与焊缝保持固定的相对位置和姿态运动，以实现对焊缝的自动探伤检测。

请参考图12，其是应用本发明提供的基于焊缝的自动循迹装置进行焊缝探伤检测的结构示意图。

本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹装置，主要包括：1，用于提取预设标识图像信息的内嵌广角镜头10并且添加偏振片、COMS图像传感器的工业摄像头；2，用于处理数据并控制执行机构的主控板；3，用于驱动直流电机运动的双路电机驱动板；4，用于实现循迹运动的4个吸附磁性轮，其中两个为主动轮30并由直流电机带动，另外两个为从动轮40；5，用于实现对自动循迹装置位置调整的无线遥控器；6，用于标记焊缝的预设标识，该预设标识为白色的磁性塑胶条50；7，用于改善光照度的LED灯20，LED灯20内嵌于工业摄像头；8，用于给工业摄像头、主控板、直流电机供电的直流电源，该直流电源包括12V锂电池。

本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹装置，其借助简单的预设标识实现超声无损探伤装置对焊缝的自动循迹运动，在自动探伤检测的过程中，可以实现TOFD和PAUT(相控阵)检测探头保持与焊缝有一个固定的相对位置和姿态，使得探伤检测效果得到大幅度提升。

本发明实施例提供的基于焊缝的自动循迹装置，是一种在焊缝探伤检测过程中，借助简单人工标志(预设标识)实现对焊缝自动循迹、自动探伤的装置。该自动循迹方法实现了对焊缝的自动探伤，步骤简单，成本低，且灵活性高，而且大大降低了人工手动操作过程中所出现的不必要的误差，提高了焊缝探伤检测的准确性，使用效果良好，便于推广使用。

一种基于焊缝的自动循迹方法和自动循迹装置，通过获得包含具备标识焊缝作用的预设标记图像的采集图像，能够自动沿着焊缝行走，进一步地为焊缝的自动探伤检测提供便利。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括存储器、磁盘或光盘等。

以上内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (25)

1.一种基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，包括：

获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像，其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像；

根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；

根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。

2.根据权利要求1所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述预设标记位于焊缝的中部位置并围绕所述焊缝一周，且所述预设标记的颜色为焊缝颜色的明暗反差色。

3.根据权利要求1或2所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像，包括：

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，则关闭所述图像采集装置的光源，并获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像；

当外界的光强度小于预设第一阈值，则启动所述图像采集装置的光源，并获得由图像采集装置采集的包含有预设标记图像的采集图像。

4.根据权利要求2所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值，包括：

对所述采集图像进行二值化处理，以便确定预设标识区域，对二值化的采集图像建立二维坐标系(x，y)，x方向对应采集图像的像素的行方向，y方向对应采集图像的像素的列方向；

在x方向，计算所述预设标记区域的每一行二值化数据的中心点的x坐标，并对所述中心点的x坐标做平均值计算，得出平均x坐标；

获得所述采集图像中所述图像像素位置对应的中心点x坐标；

计算所述平均x坐标与所述中心点x坐标的差值，所述差值为距离差值。

5.根据权利要求4所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述对所述采集图像进行二值化处理之前，还包括：对所述采集图像进行预处理。

6.根据权利要求5所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述对所述采集图像进行预处理，包括：采用中值滤波方法对所述采集图像去噪。

7.根据权利要求4所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述中心点的x坐标centroid的计算公式为：

其中，i为预设标记区域的像素的列数，i＝1,2,3……m；X_i为二值化数据，当X_i位于预设标识区域，则X_i＝1，当X_i位于背景区域，则X_i＝0；M为对应X_i＝1的二值化数据的总个数；

所述平均x坐标centroid'的计算公式为：N为预设标记区域在y方向上centroid不为0的总列数；

设定所述图像像素位置为(P，Q),P为采集图像的行方向的像素个数，Q为采集图像的列方向的像素个数，所述中心点x坐标＝P/2；

所述距离差值＝centroid'-P/2。

8.根据权利要求4所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述对所述采集图像进行二值化处理，包括：

对所述采集图像进行RGB彩色图像灰度化，扫描所述采集图像的每个像素值；

若所述像素值小于预设第二阈值，则将对应的像素值设为0；

若所述像素值大于等于预设第二阈值，则将对应的像素值设为255。

9.根据权利要求8所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述预设第二阈值根据外界的光强度的变化而变化；

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，所述预设第二阈值为A值；

当外界的光强度小于预设第一阈值，所述预设第二阈值为B值，所述A值大于所述B值。

10.根据权利要求1所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，包括：

根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，使调整后的距离差值小于等于预设第三阈值。

11.根据权利要求1所述的基于焊缝的自动循迹方法，其特征在于，所述根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置之后，还包括：

基于调整后的所述图像采集装置的位置，对焊缝进行探伤检测。

12.一种基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，包括：图像采集装置、主控板和行走装置，所述图像采集装置设置于所述行走装置，所述图像采集装置和行走装置分别与主控板电性连接；

所述图像采集装置，用于采集并发送包含有预设标记图像的采集图像，其中，所述采集图像包括预设标记图像位置的信息和图像像素位置的信息，所述预设标记图像为针对焊缝进行标识的预设标记的图像；

所述主控板，用于接收并根据所述采集图像，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；根据所述距离差值，发出调整所述图像采集装置的位置的调整指令；

所述行走装置，用于接收并根据所述调整指令，调整所述图像采集装置的位置，以便所述图像采集装置沿着所述焊缝行走并采集所述采集图像。

13.根据权利要求12所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述预设标记为白色的磁性塑胶条，该磁性塑胶条吸附于焊缝的中部位置并围绕所述焊缝一周。

14.根据权利要求12或13所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述图像采集装置包括广角镜头、CMOS图像传感器和LED灯；

所述主控板，还用于：

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，则关闭所述LED灯，并接收由广角镜头采集和CMOS图像传感器发送的包含有预设标记图像的采集图像；

当外界的光强度小于预设第一阈值，则启动所述LED灯，并接收由广角镜头采集和CMOS图像传感器发送的包含有预设标记图像的采集图像。

15.根据权利要求14所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述LED灯的数量为两个，两个LED灯分别设置于所述广角镜头的两侧。

16.根据权利要求14所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述图像采集装置还包括偏振片，所述偏振片位于所述广角镜头的光线入射端。

17.根据权利要求12所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述自动循迹装置还包括遥控装置，所述遥控装置和所述主控板建立无线网络连接，所述主控板，用于通过无线网络连接，接收遥控装置发送的控制指令，并根据所述控制指令，发送调整行走装置的位置的调整指令。

18.根据权利要求13所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值，包括：

对所述采集图像进行二值化处理，以便确定预设标识区域，对二值化的采集图像建立二维坐标系(x，y)，x方向对应采集图像的像素的行方向，y方向对应采集图像的像素的列方向；

在x方向，计算所述预设标记区域的每一行二值化数据的中心点的x坐标，并对所述中心点的x坐标做平均值计算，得出平均x坐标；

获得所述采集图像中所述图像像素位置对应的中心点x坐标；

计算所述平均x坐标与所述中心点x坐标的差值，所述差值为距离差值。

19.根据权利要求18所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，对所述采集图像进行二值化处理之前，还包括：对所述采集图像进行预处理；

其中，所述对所述采集图像进行预处理，包括：采用中值滤波方法对所述采集图像去噪；

其中，所述中心点的x坐标centroid的计算公式为： $centroid=(\underset{i=1}{\overset{m}{\mathrm{\Σ}}}{X}_i\·i)/M;$

其中，i为预设标记区域的像素的列数，i＝1,2,3……m；X_i为二值化数据，当X_i位于预设标识区域，则X_i＝1，当X_i位于背景区域，则X_i＝0；M为对应X_i＝1的二值化数据的总个数；

所述平均x坐标centroid'的计算公式为：N为预设标记区域在y方向上centroid不为0的总列数；

设定所述图像像素位置为(P，Q),P为采集图像的行方向的像素个数，Q为采集图像的列方向的像素个数，所述中心点x坐标＝P/2；

所述距离差值＝centroid'-P/2；

其中，所述对所述采集图像进行二值化处理，包括：

对所述采集图像进行RGB彩色图像灰度化，扫描所述采集图像的每个像素值；

若所述像素值小于预设第二阈值，则将对应的像素值设为0；

若所述像素值大于等于预设第二阈值，则将对应的像素值设为255；

其中，所述预设第二阈值根据外界的光强度的变化而变化；

当外界的光强度大于等于预设第一阈值，所述预设第二阈值为A值；

当外界的光强度小于预设第一阈值，所述预设第二阈值为B值，所述A值大于所述B值；

其中，所述根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，包括：

根据所述距离差值，调整所述图像采集装置的位置，使调整后的距离差值小于等于预设第三阈值。

20.根据权利要求18所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述行走装置包括双路电机驱动板和两个直流电机；所述行走装置，具体用于：

接收并根据所述调整指令，获得所述预设标记图像位置的中心点与图像像素位置的中心点的距离差值；

把所述距离差值转化为对应的占空比，并根据该占空比发送调整两个直流电机的转速差的指令至所述双路电机驱动板，以便所述双路电机驱动板根据所述指令，调整两个直流电机的转速差。

21.根据权利要求20所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述主控板，还用于调节PID参数，使行走装置的行走轨迹稳定。

22.根据权利要求20或21所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述行走装置还包括两个主动轮和两个从动轮，所述两个主动轮分别与所述两个直流电机电性连接，所述两个从动轮受两个主动轮的带动进行转动。

23.根据权利要求22所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述两个主动轮和两个从动轮均为磁性轮。

24.根据权利要求12所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述自动循迹装置还包括用于供电的供电电路，所述供电电路包括12V锂电池。

25.根据权利要求12所述的基于焊缝的自动循迹装置，其特征在于，所述自动循迹装置还包括用于进行焊缝探伤检测的探头，所述探头固定于所述行走装置，且所述探头设置于所述图像采集装置的正上方或正下方；

所述探头，用于基于调整后的所述图像采集装置的位置，对焊缝进行探伤检测。