CN108037134B - 一种核电厂bonna管道检测系统及方法 - Google Patents

一种核电厂bonna管道检测系统及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种核电厂BONNA管道检测系统及方法，该系统包括双臂机器人和上位机，所述双臂机器人和上位机连接，所述双臂机器人悬挂安装在管道上方的梁架上，所述双臂机器人包括两单轴机械臂且两单轴机械臂对称分布在管道侧面，所述每个单轴机械臂末端设有一图像采集模块；所述图像采集模块用于对管道进行全方位拍摄；所述双臂机器人用于根据运动路径进行运动，并将图片信息发送给上位机；所述上位机用于接收图片信息后，根据图片信息判断BONNA管道是否有缺陷，并在判断BONNA管道存有缺陷时，发出报警信息。本发明可通过双臂机器人自动检测BONNA管道，节约了人力、物力和时间成本，可广泛应用于检测技术领域。

Description

一种核电厂BONNA管道检测系统及方法
技术领域
本发明涉及管道检测技术领域，尤其涉及一种核电厂BONNA管道检测系统及方法。
背景技术
核岛重要生水系统(SEC)为一重要安全系统，其作用为在正常运行工况或事故工况下，将设备冷却水系统(RRI)传输的热量传到海水中，此系统又称为核岛的最终热阱。SEC系统管道主要由SEC衬胶管及BONNA管道组成。
随着运行时间的推移，BONNA管道的腐蚀会将管壁中间的密封钢板锈蚀穿孔，管道外壁产生裂缝、孔洞等缺陷，这些缺陷会造成管道渗水。日常需要专门对BONNA管道的渗水问题进行检查并处理。然而目前检测BONNA管道的方法仍为人力进行目视检查的方法，检查周期为每周进行一次跟踪检查。这些检查方法主要存在以下两点不足：(1)检查人员每周检查一次，对BONNA出现的渗水问题不能及时的发现，可能会发生渗水一周之后才能发现的情况出现；(2)、存在人力检查不到的区域，检查人员不可能将BONNA管道的任何部位都检查，尤其是接缝处，因此会有管道部位遗漏没有检查到的情况出现。因为如果发生渗水问题且没有及时发现并进行修补处理，将会对核安全产生严重的威胁，所以对渗水问题的及时发现与处理对核安全的保证非常重要的，然而目前还没有一种方案能够解决上述问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种自动的核电厂BONNA管道检测系统。
本发明的另一目的是提供一种自动的核电厂BONNA管道检测方法。
本发明所采用的技术方案是：
一种核电厂BONNA管道检测系统，包括双臂机器人和上位机，所述双臂机器人和上位机连接，所述双臂机器人可移动的悬挂安装在BONNA管道上方的梁架上，所述双臂机器人包括两单轴机械臂，且两单轴机械臂对称分布在BONNA管道侧面，所述每个单轴机械臂末端设有一图像采集模块；
所述图像采集模块用于跟随双臂机器人的运动对BONNA管道进行全方位拍摄；
所述双臂机器人用于根据预设的运动路径进行运动，并将图像采集模块拍摄到的图片信息发送给上位机；
所述上位机用于接收图片信息后，根据图片信息判断BONNA管道是否有缺陷，并在判断BONNA管道存有缺陷时，发出报警信息。
进一步，所述双臂机器人上设有下位机、运动马达、电机和无线通讯模块，所述下位机分别与运动马达、电机和无线通讯模块连接，所述无线通讯模块与上位机连接。
进一步，所述双臂机器人的各单轴机械臂包括4个机械关节和4个连杆，且两单轴机械臂共用第一个机械关节，所述4个连杆的坐标系共面，所述电机与机械关节连接。
进一步，还包括绳索，所述绳索与运动马达连接，所述绳索拉直固定在双臂机器人运动轨道上。
进一步，在每个管道基座两端均设置有光电传感器，所述光电传感器与上位机连接。
本发明所采取的另一技术方案是：
一种核电厂BONNA管道检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
上位机采用逆运动学计算机器人沿预设的运动路径运动时，机器人的各个机械关节的转角参数，并将运动路径信息和转角参数信息发给下位机；
下位机根据运动路径信息和转角参数信息控制运动马达和电机在检测区域的工作状态，同时控制图像采集模块对BONNA管道进行拍摄，并将拍摄的图片信息传输给上位机；
上位机采用图片检测模型对拍摄的图片信息进行检测，判断BONNA管道是否存在缺陷，并在检测出管道存有缺陷时进行报警，同时显示缺陷点的坐标位置。
进一步，还包括预先设计运动路径的步骤，具体为：
根据BONNA管道模型将检测区域划分为常规检测区和避障检测区；
根据图像采集模块拍摄区域参数将常规检测区和避障检测区划分为多个拍摄单位面；
根据拍摄单位面规划双臂机器人在BONNA管道连续运动的轨迹。
进一步，还包括校准步骤，具体为：
光电传感器采集双臂机器人与BONNA管道的基座的位移信息，并将采集到的位移信息发给上位机；
上位机结合预设的运动路径和位移信息判断双臂机器人运动是否有偏差，并在判断出双臂机器人运动有偏差时，调整双臂机器人的运动。
进一步，还包括运动调转步骤，具体为：
上位机结合运动路径和光电传感器的位移信息判断双臂机器人是否已经到达路径的终端，并在判断到到达路径终端时，调转双臂机器人的运动方向后，控制双臂机器人继续运动。
进一步，所述图片检测模型采用二叉树支持向量机的SVM模型。
本发明系统的有益效果是：该系统通过双臂机器人、图像采集模块和上位机的结合，能够实时和全方位的对管道进行检测，代替人工对管道的检测，避免了人工检测的失误，同时极大的节约了人力、物力和时间成本，也提高了检测的效率和质量。
本发明方法的有益效果是：该方法通过上位机和双臂机器人代替了人工的巡查检测，减少了人力成本，同时图像采集模块能够对管道进行全方位的拍摄，避免了人工检测出现的检测盲区，提高了检测的质量，极大地节约了检测的成本。
附图说明
图1是本发明一种核电厂BONNA管道检测系统的示意图；
图2是BONNA管道的常规检测区示意图；
图3是BONNA管道的避障检测区示意图；
图4是一种核电厂BONNA管道检测方法的流程图；
图5是双臂机器人的示意图；
图6是本发明一种核电厂BONNA管道检测系统一具体实施例的结构框图。
具体实施方式
第一实施例
如图1所示，一种核电厂BONNA管道检测系统，包括双臂机器人2和上位机，所述双臂机器人2和上位机连接，所述双臂机器人2可移动的悬挂安装在BONNA管道1上方的梁架4上，所述双臂机器人2包括两单轴机械臂且两单轴机械臂对称分布在BONNA管道1侧面，所述每个单轴机械臂末端设有一图像采集模块；
所述图像采集模块用于跟随双臂机器人2的运动对BONNA管道1进行全方位拍摄；
所述双臂机器人2用于根据预设的运动路径进行运动，并将图像采集模块拍摄到的图片信息发送给上位机；
所述上位机用于接收图片信息后，根据图片信息判断BONNA管道1是否有缺陷，并在判断BONNA管道1存有缺陷时，发出报警信息。
上述检测系统的工作原理为：上位机根据预设的运动路径控制双臂机器人2运动，同时通过图像采集模块对BONNA管道1进行拍摄，并将拍摄到的图片信息发送给上位机，上位机根据图片信息判断BONNA管道1是否有缺陷，并在判断BONNA管道1存有缺陷时，发出报警信息和显示缺陷的坐标，工作人员能够根据警报信息及时对管道进行处理，进而保证管道安全。该系统能够实时和全方位的对管道进行检查，避免了人工检测的失误，通过该系统来取代人工检测，极大的节约了人力、物力和时间成本，提高了检测的效率和质量。
进一步作为优选的实施方式，所述双臂机器人2上设有下位机、运动马达、电机和无线通讯模块，所述下位机分别与运动马达、电机和无线通讯模块连接，所述无线通讯模块与上位机连接。
参照图5，进一步作为优选的实施方式，所述双臂机器人2的各单轴机械臂包括4个机械关节和4个连杆，且两单轴机械臂共用第一个机械关节，所述4个连杆的坐标系共面，且4个连杆所在的平面为BONNA管道1的横截面，所述电机与机械关节连接。
进一步作为优选的实施方式，还包括绳索，所述绳索与运动马达连接，所述绳索拉直固定在双臂机器人2运动轨道上。
进一步作为优选的实施方式，在每个管道基座3两端均设置有光电传感器，所述光电传感器与上位机连接。
第二实施例
如图6所示，一种核电厂BONNA管道检测系统，包括双臂机器人和上位机，所述双臂机器人和上位机连接，所述双臂机器人可移动的悬挂安装在BONNA管道上方的梁架上，所述双臂机器人包括两单轴机械臂，且两单轴机械臂对称分布在BONNA管道侧面，所述每个单轴机械臂末端设有一图像采集模块；
所述图像采集模块用于跟随双臂机器人的运动对BONNA管道进行全方位拍摄；
所述双臂机器人用于根据预设的运动路径进行运动，并将图像采集模块拍摄到的图片信息发送给上位机；
所述上位机用于接收图片信息后，根据图片信息判断BONNA管道是否有缺陷，并在判断BONNA管道存有缺陷时，发出报警信息；
所述双臂机器人上设有下位机、运动马达、电机和无线通讯模块，所述下位机分别与运动马达、电机和无线通讯模块连接，所述无线通讯模块与上位机连接；
所述双臂机器人的各单轴机械臂包括4个机械关节和4个连杆，且两单轴机械臂共用第一个机械关节，所述4个连杆的坐标系共面，所述电机与机械关节连接；
还包括绳索，所述绳索与运动马达连接，所述绳索拉直固定在双臂机器人运动轨道上；
在每个管道基座两端均设置有光电传感器，所述光电传感器与上位机连接。
上述系统的工作原理为：上位机将运动路径信息和转角参数信息发给下位机，下位接根据运动路径信息和转角参数信息控制马达和电机的工作状态，马达控制双臂机器人在管道的轴向方向运动，电机通过控制机械关节来控制双臂机器人在管道横截面上的运动。图像采集模块随着双臂机器人的运动对BONNA管道进行全方位的拍摄，并将拍摄的图片信息发送至上位机，上位机根据图片信息判断BONNA管道是否有缺陷，并在判断BONNA管道存有缺陷时，发出报警信息和缺陷的坐标。工作人员可以根据报警和提示信息及时的对管道缺陷进行处理，从而确保BONNA管道的安全。该系统能够实时和全方位的对管道进行检查，避免了人工检测的失误，通过该系统来取代人工检测，极大的节约了检测的成本，同时也提高了检测的质量。
另外，由于双臂机器人固定在梁架上，梁架承受了双臂机器人的重力，通过绳索来牵引上臂机器人在轴向方向运动，这样可以减轻马达承受的负担，提高双臂机器人的工作效率。上位机与光电传感器连接，通过光电传感器采集的信息获取双臂机器人的运动情况，形成一个闭环反馈，提高该系统的精准度。
第三实施例
如图4所示，一种核电厂BONNA管道检测方法，包括以下步骤：
上位机采用逆运动学计算机器人沿预设的运动路径运动时，机器人的各个机械关节的转角参数，并将运动路径信息和转角参数信息发给下位机；
下位机根据运动路径信息和转角参数信息控制运动马达和电机在检测区域的工作状态，同时控制图像采集模块对BONNA管道进行拍摄，并将拍摄的图片信息传输给上位机；
上位机采用图片检测模型对拍摄的图片信息进行检测，判断BONNA管道是否存在缺陷，并在检测出管道存有缺陷时进行报警，同时显示缺陷点的坐标位置。
进一步作为优选的实施方式，还包括预先设计运动路径的步骤，具体为：
根据BONNA管道模型将检测区域划分为常规检测区和避障检测区；
根据图像采集模块拍摄区域参数将常规检测区和避障检测区划分为多个拍摄单位面；
根据拍摄单位面规划双臂机器人在BONNA管道连续运动的轨迹。
进一步作为优选的实施方式，还包括校准步骤，具体为：
光电传感器采集双臂机器人与BONNA管道的基座的位移信息，并将采集到的位移信息发给上位机；
上位机结合预设的运动路径和位移信息判断双臂机器人运动是否有偏差，并在判断出双臂机器人运动有偏差时，调整双臂机器人的运动。
上位机根据光电传感器采集的位移信息来校准双臂机器人的运动，避免双臂机器人运动出现误差，撞到基座。
进一步作为优选的实施方式，还包括运动调转步骤，具体为：
上位机结合运动路径和光电传感器的位移信息判断双臂机器人是否已经到达路径的终端，并在判断到到达路径终端时，调转双臂机器人的运动方向后，控制双臂机器人继续运动。
该步骤判断双臂机器人是否运动至路径的终端，并在运动至终端时，调转运动方向后继续双臂机器人的运动。双臂机器人对管道一直重复来回巡检，极大地确保了BONNA管道的安全。
进一步作为优选的实施方式，所述图片检测模型采用二叉树支持向量机的SVM模型。
经过分析，使用该模型能够更加精确的判断出BONNA管道缺陷。
第四具体实施例
一种核电厂BONNA管道检测方法，包括以下步骤：
S1、设计运动路径。
其中，S1包括步骤S11～S13：
S11、根据BONNA管道模型将检测区域划分为常规检测区和避障检测区。
S12、根据图像采集模块拍摄区域参数将常规检测区和避障检测区划分为多个拍摄单位面。
S13、根据拍摄单位面规划双臂机器人在BONNA管道连续运动的轨迹。
参照图2至图3对设计运动路径做详细的解释，因为BONNA管道存有基座，根据基座将将检测区域划分为常规检测区和避障检测区，如图2所示为常规检测区，如图3所示为避障检测区。根据采集模块拍摄区域参数在常规检测区和避障检测区划分多个拍摄单位面，所述拍摄区域参数为采集模块每次拍摄的图片覆盖范围，将这些拍摄单位面连续的串联起来作为双臂机器人的运动路径，因为在避障检测区中有基座，机器人需要绕开基座。
S2、上位机采用逆运动学计算机器人沿预设的运动路径运动时，机器人的各个机械关节的转角参数，并将运动路径信息和转角参数信息发给下位机。
S3、下位机根据运动路径信息和转角参数信息控制运动马达和电机在检测区域的工作状态，同时控制图像采集模块对BONNA管道进行拍摄，并将拍摄的图片信息传输给上位机。
S4、上位机采用图片检测模型对拍摄的图片信息进行检测，判断BONNA管道是否存在缺陷，并在检测出管道存有缺陷时进行报警，同时显示缺陷点的坐标位置。所述图片检测模型采用二叉树支持向量机的SVM模型。
对S2中采用逆运动学计算各个机械关节的转角参数进一步解释。因为双臂机器人的两单轴机械臂结构相同，所以分析一单轴机械臂的工作原理即可。因为4个连杆在一个平面上运动，所以单轴机械臂的D-H参数如表1：
表1
Figure BDA0001532849890000061
Figure BDA0001532849890000071
表1中连杆长度li为已知参数，设坐标系{0}为固定坐标系(也即单轴机械臂的末端为基座标系)，{i}为连杆i的坐标系。连杆坐标系{i}相对于{i-1}的变换
Figure BDA0001532849890000072
为连杆变换矩阵，连杆变换矩阵
Figure BDA0001532849890000073
与αi-1、li-1、di和θi这四个参数的关系如下：
Figure BDA0001532849890000074
根据预设的运动路径可以获得单轴机械臂的末端的位姿，再结合上矩阵可依次通过逆运动学求解出关节角变量θ1、θ2、θ3和θ4的值，得到关节角变量即可控制单轴机械臂的运动。此处的逆运动学有很多种方法，本实施例采用代数法。
上述方法能够自动的检测BONNA管道是否出现缺陷，并在检测到缺陷时，发出报警，和显示管道缺陷的坐标，从而方便工作人员及时的处理管道的缺陷。通过该方法自动对管道进行检测，节约了人工检测的成本，也避免了人工检测的失误，同时能够实时和全方位的检测，提高了检测的质量。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (10)

1.一种核电厂BONNA管道检测系统，其特征在于，包括双臂机器人和上位机，所述双臂机器人和上位机连接，所述双臂机器人可移动的悬挂安装在BONNA管道上方的梁架上，所述双臂机器人包括两单轴机械臂，且两单轴机械臂对称分布在BONNA管道侧面，所述每个单轴机械臂末端设有一图像采集模块；
所述图像采集模块用于跟随双臂机器人的运动对BONNA管道进行全方位拍摄；
所述双臂机器人用于根据预设的运动路径进行运动，并将图像采集模块拍摄到的图片信息发送给上位机；
所述上位机用于接收图片信息后，根据图片信息判断BONNA管道是否有缺陷，并在判断BONNA管道存有缺陷时，发出报警信息；
所述上位机采用逆运动学计算机器人沿预设的运动路径运动时双臂机器人的各个机械关节的转角参数，并将运动路径信息和转角参数信息发给双臂机器人；
所述双臂机器人根据运动路径信息和转角参数信息控制两单轴机械臂在检测区域的工作状态，以使图像采集模块全方位的拍摄BONNA管道侧面。
2.根据权利要求1所述的一种核电厂BONNA管道检测系统，其特征在于，所述双臂机器人上设有下位机、运动马达、电机和无线通讯模块，所述下位机分别与运动马达、电机和无线通讯模块连接，所述无线通讯模块与上位机连接。
3.根据权利要求2所述的一种核电厂BONNA管道检测系统，其特征在于，所述双臂机器人的各单轴机械臂包括4个机械关节和4个连杆，且两单轴机械臂共用第一个机械关节，所述4个连杆的坐标系共面，所述电机与机械关节连接。
4.根据权利要求2所述的一种核电厂BONNA管道检测系统，其特征在于，还包括绳索，所述绳索与运动马达连接，所述绳索拉直固定在双臂机器人运动轨道上。
5.根据权利要求1-4任一项所述的一种核电厂BONNA管道检测系统，其特征在于，在每个管道基座两端均设置有光电传感器，所述光电传感器与上位机连接。
6.一种核电厂BONNA管道检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
上位机采用逆运动学计算机器人沿预设的运动路径运动时，机器人的各个机械关节的转角参数，并将运动路径信息和转角参数信息发给下位机；
下位机根据运动路径信息和转角参数信息控制运动马达和电机在检测区域的工作状态，同时控制图像采集模块对BONNA管道进行拍摄，并将拍摄的图片信息传输给上位机；
上位机采用图片检测模型对拍摄的图片信息进行检测，判断BONNA管道是否存在缺陷，并在检测出管道存有缺陷时进行报警，同时显示缺陷点的坐标位置；
其中，所述机器人为双臂机器人，所述双臂机器人和上位机连接，所述双臂机器人可移动的悬挂安装在BONNA管道上方的梁架上，所述双臂机器人包括下位机和两单轴机械臂，且两单轴机械臂对称分布在BONNA管道侧面，所述每个单轴机械臂末端设有一图像采集模块。
7.根据权利要求6所述的一种核电厂BONNA管道检测方法，其特征在于，还包括预先设计运动路径的步骤，具体为：
根据BONNA管道模型将检测区域划分为常规检测区和避障检测区；
根据图像采集模块拍摄区域参数将常规检测区和避障检测区划分为多个拍摄单位面；
根据拍摄单位面规划双臂机器人在BONNA管道连续运动的轨迹。
8.根据权利要求6所述的一种核电厂BONNA管道检测方法，其特征在于，还包括校准步骤，具体为：
光电传感器采集双臂机器人与BONNA管道的基座的位移信息，并将采集到的位移信息发给上位机；
上位机结合预设的运动路径和位移信息判断双臂机器人运动是否有偏差，并在判断出双臂机器人运动有偏差时，调整双臂机器人的运动。
9.根据权利要求8所述的一种核电厂BONNA管道检测方法，其特征在于，还包括运动调转步骤，具体为：
上位机结合运动路径和光电传感器的位移信息判断双臂机器人是否已经到达路径的终端，并在判断到到达路径终端时，调转双臂机器人的运动方向后，控制双臂机器人继续运动。
10.根据权利要求6-9任一项所述的一种核电厂BONNA管道检测方法，其特征在于，所述图片检测模型采用二叉树支持向量机的SVM模型。
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