多工位CT环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法与流程

本发明涉及一种工业检测领域，具体的说，是涉及一种多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法。

背景技术：

工业ct(或者称为ict)就是计算机层析照相或称工业计算机断层扫描成像。层析成像有关理论的有关数学理论早在1917年由j.radon提出，但只是在计算机出现后并与放射学科结合后才成为一门新的成像技术。在工业方面特别是在无损检测(ndt)与无损评价(nde)领域更加显示出其独特之处。因此，国际无损检测界把工业ct称为最佳的无损检测手段。进入80年代以来，国际上主要的工业化国家已把x射线或γ射线的工业ct用于航天、航空、军事、冶金、机械、石油、电力、地质、考古等部门的ndt和nde，上世纪90年代我国也已逐步把工业ct技术用于工业无损检测领域。

按扫描获取数据方式的不同，ct技术已发展经历了五个阶段(即五代ct扫描方式)：

第一代ct，使用单源(一条射线)单探测器系统，系统相对于被检物作平行步进式移动扫描以获得n个投影值，被检物则按m个分度作旋转运动。这种扫描方式被检物仅需转动180°即可。第一代ct机结构简单、成本低、图像清晰，但检测效率低，在工业ct中则很少采用。

第二代ct，是在第一代ct基础上发展起来的。使用单源小角度扇形射线束多探头。射线扇形束角小、探测器数目少，因此扇束不能全包容被检物断层，其扫描运动除被检物需作m个分度旋转外，射线扇束与探测器阵列架一道相对于被检物还需作平移运动，直至全部覆盖被检物，求得所需的成像数据为止。

第三代ct，它是单射线源，具有大扇角、宽扇束、全包容被检断面的扫描方式。对应宽扇束可以有n个探测器，保证一次分度取得n个投影计数，被检物仅作m个分度旋转运动。因此，第三代ct运动单一、好控制、效率高，理论上被检物只需旋转一周即可检测一个断面。

第四代ct，也是一种大扇角全包容，只有旋转运动的扫描方式，但它有相当多的探测器形成固定圆环，仅由辐射源转动实现扫描。其特点是扫描速度快、成本高。

第五代ct，是一种多源多探测器，用于实时检测与生产控制系统。源与探测器按120°分布，工件与源到探测器间不作相对转动，这种ct技术难度大，成本高但较其他几种ct效率有显著提高。

上述五种ct扫描方式，在工业ct机中用得最普遍的是第二代与第三代扫描，其中尤以第三代扫描方式用得最多。这是因为它运动单一，易于控制，适合于被检物回转直径不太大的中小型产品的检测，且具有成本低，检测效率高等优点，即：采用第三代扫描方式，大扇角、宽扇束、全包容的检测方式提高了检测效率同时兼顾成本。强大的图像处理功能能够准确的识别被检工件的多种缺陷，对各种缺陷进行分类标记和统计，防止操作人员因操作失误而引起的漏叛和误判。

其原理是基于从多个投影数据应用计算机重建图像的一种方法，现代断层成像过程中仅仅采集通过特定剖面(被检测对象的薄层，或称为切片的投影数据，用来重建该剖面的图像，因此也就从根本上消除了传统断层成像的“焦平面”以外其他结构对感兴趣剖面的干扰，“焦平面”内结构的对比度得到了明显的增强；同时断层图像中图像强度(灰度)数值能真正与被检对象材料的辐射密度产生对应的关系，发现被检对象内部辐射密度的微小变化。

工业ct机通常由射线源系统、机械扫描系统、探测器系统、计算机系统和屏蔽设施等部分组成，系统结构如图1所示，工作原理如图2所示。如上所述工业ct通常工作模式是射线源和探测器不动，工件或试件等在载物台上转动，射线源提供ct扫描成像的能量线束用以穿透工件或试件，根据射线在工件或试件内的衰减情况实现各点的衰减系数表征的ct图像重建。射线源常用x射线机和直线加速器，统称电子辐射发生器。

x射线机的峰值射线能量和强度都是可调的，实际应用的峰值射线能量范围可以从1～600kev；直线加速器的峰值射线能量一般不可调，实际应用的峰值射线能量范围从1～16mev，更高的能量主要仅用于实验。电子辐射发生器的共同优点是切断电源以后就不再产生射线，这种内在的安全性对于工业现场使用是非常有益的。电子辐射发生器的焦点尺寸为几微米到几毫米。

机械扫描系统实现ct扫描时工件或试件等做旋转或平移，以及射线源——工件或试件——探测器空间位置的调整，它包括机械实现部分及电气控制系统。探测器系统用来测量穿过试件的射线信号，经放大和模数转换后由计算机进行图象重建。工业ct机一般使用数百个到上千个探测器排列成面板。探测器数量越多，每次采样的点数也就越多，有利于缩短扫描时间、提高图像分辨率。计算机系统用于扫描过程控制、参数调整、图像重建、显示及处理等。

工业ct使用场景通常在工厂内，环境、空间、安装条件等都相对较好可控并且为固定使用，工作时源系统和探测器系统不动，工件或试件等在载物台上随载物台转动，实现ct环形扫描并通过计算机重构立体成像。特定工况条件如户外、隧道中、通道中等，环境、空间、安装条件等都相对很差，工件或试件原位固定不可动，工作时需要工业ct源系统和探测器系统围绕工件或试件平稳转动，实现ct环形或有限角度扫描并通过计算机重构立体成像，其工作原理与工业ct通用工作原理正好相反；同时要求工业ct可移动，要求特定工况条件下工业ct机构的设计及操作要满足多种工位环形或有限角度扫描的要求，并通过计算机重构立体成像进行无损检测。

技术实现要素：

针对上述现有技术中的不足，本发明提供一种能够在有限范围内行走，实现机器人行走和检测同步的多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法。

本发明所采取的技术方案是：

一种多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人，包括行走机体；行走机体上设置有支撑机体，其特征在于：

支撑机体上设置有伸缩机构、控制装置、人工智能系统；伸缩机构上设置有支撑连接机构；

所述伸缩机构设置在支撑机体上，伸缩机构是支撑机体与支撑连接机构的连接装置；

伸缩机构前方通过第一旋转体及配合面、第二旋转体及配合面与整体支撑机构相连接，后端由第二电动缸推动前后移动；

所述支撑机体与行走机体通过四组第一电动缸相连接；

第一电动缸为支撑机体设置在行走机体上的支撑和升降机构。

所述支撑连接机构包括：第一转动机构、第二转动机构、摆动机构；

支撑连接机构上设置有环形支架；环形支架上设置有可伸缩扫描机构、可伸缩探测器机构和电动推杆机构。

第一转动机构包括第一转动电机、第一齿轮组及齿圈，三者共同构成环形支架的转动机构；

第二转动机构包括第二转动电机、第二齿轮组、伸缩机构及第一旋转体，四者共同构成支撑连接机构、环形支架及附属机构的转动机构；

摆动机构包括第三转动电机、第三齿轮组、第二旋转体及支撑连接机构，四者共同构成支撑连接机构、环形支架及附属机构的摆动机构。

所述支撑连接机构上设置有环形支架、第一转动电机、第一齿轮组、第二转动电机、第二齿轮组、第三转动电机、第三齿轮组、第一旋转体和第二旋转体；

伸缩机构前端设置有第二转动电机；

第二转动电机通过第二齿轮组驱动第一旋转体围绕中心轴c-c转动；

驱动第一旋转体设置有第二旋转体、支撑连接机构及环形支架；

驱动第一旋转体、第二旋转体、支撑连接机构及环形支架一同围绕中心轴转动；

第三转动电机通过第三齿轮组驱动第二旋转体围绕轴线b-b左右摆动；

驱动第二旋转体上设置有支撑连接机构及环形支架；

驱动第二旋转体、支撑连接机构及环形支架一同围绕轴线b-b左右摆动；

第一转动电机通过第一齿轮组驱动环形机构转动。

所述环形支架上设置有可伸缩扫描机构、可伸缩探测器机构、电动推杆机构及齿圈；

齿圈套装在环形支架上并同步运动；

环形支架与支撑连接机构配合连接；

第一转动电机通过第一齿轮组和套装在环形支架上的齿圈驱动整个环形支架及附属机构一同转动。

可伸缩扫描机构为电动滑台组合结构；

可伸缩扫描机构包括滑台，滑台上设置有伺服电机与滚珠丝杆螺母付相连接；

螺母付上设置有安装座；

安装座上设置有射线源。

伺服电机通过减速器、滚珠丝杆和安装座带动射线源上下位置可调，实现环形扫描半径可调。

可伸缩探测器机构为电动滑台组合结构；

可伸缩探测器机构包括滑台，滑台上设置有伺服电机与滚珠丝杆螺母付相连接；

螺母付上设置有安装座；

安装座上设置有探测器。

伺服电机通过减速器、滚珠丝杆和安装座带动探测器上下位置可调，实现环形扫描半径可调。

可伸缩扫描机构与可伸缩探测器机构在环形支架上对称分布，彼此形成一组；

可伸缩扫描机构上的射线源发射射线，可伸缩探测器机构上的探测器接收射线源的射线，通过光电转换形成信号，从而建立图像并经过图像重构形成需要的立体图像。

电动推杆机构包括：电动推杆主体、电动推杆伸缩杆；电动推杆主体与环形支架通过第一转动连接转轴相连接；

环形支架主体与环形支架打开部通过第二转动连接转轴相连接；

电动推杆伸缩杆与环形支架打开部通过第三转动连接转轴相连接；

环形支架打开部自由端与环形支架(5)主体开口端相适配；

环形支架主体与环形支架打开部斜面搭接；

环形支架打开部一端通过转轴与环形支架主体转动连接，一端与环形支架主体斜面搭接；

环形支架打开部一端通过转轴与环形支架主体转动连接，一端与环形支架主体斜面搭接；电动推杆机构安装在环形支架上，电动推杆机构一端通过转轴与环形支架主体转动连接，一端通过转轴与环形支架打开部通过转轴转动连接，电动推杆前伸或后缩拉动环形支架打开部动作，电动推杆前伸推动环形支架打开部与环形支架主体部分紧密搭接，电动推杆后缩拉动环形支架打开部与环形支架主体部分打开，使得被检测工件或部件可以进入环形支架扫描空间内，电动推杆随同环形支架(5)环形转动或有限角度转动。

电动推杆机构安装在环形支架上，一端通过螺栓与环形支架转动连接，一端通过楔口与环形支架搭接，套装在环形支架上的环形齿圈断开随同进行连接。

一种多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法，以高压电缆通道内电缆检测和石油、天然气管道检测为例：

通道内电缆和石油、天然气管道呈“线状”延长布置；

多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人运抵工作现场后，机器人可以沿需要检测的装置(电缆或管道)延长线方向行走检测；

在某一工位机器人支撑臂工作固定工作位；

机器人行走至某一检测工作位后，操作控制系统使四个支撑臂电动缸动作，电动缸稳固支撑地面，保证机器人成平稳状态，支撑臂根据需要可以设计成旋出伸缩结构，旋出结构非工作状态支撑臂旋至机体底部节省空间，工作状态时旋出机体底部同时支撑臂伸缩结构调整支撑点距离，旋出伸缩结构支撑臂可以使支撑范围扩大，旋出和伸缩均由电机驱动；

环形扫描机构根据工作需要，左向或右向摆动打开，电动推杆打开部分环形支架，将需要检测的装置(电缆或管道)套入环形支架内；

环形支架的高度、前后位置或任意工位角度通过相关电机驱动调整；

电动滑台电机驱动丝杆带动滚珠座及安装在上面的射线源和探测器移动，找到合适焦点；

电机驱动环形支架带动射线源扫描机构和探测器接收机构转动对电缆或管道进行扫描；

扫描图像经图像处理和图像重构形成需要的立体图像，立体图像能够人为辨识或将立体图像与数据库中图像信息和图像表征信息进行比对，进行智能辨识。

一种多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法的智能辨识系统，

将工件或试件图像及数据特征表征信息建立成数据库，计算机重构的立体图像信息与数据库进行比对，从而实现智能辨识；

人工智能信息采集是通过工业ct、dr或cr在实验室内对工件或试件等进行大数据量测试采集；

将工件或试件测试到的大量特征表征数据汇集成数据库存储于数据中心或云端；

智能辨识就是通过现场工况条件下工业ct、dr或cr将扫描工件或部件的特征表征数据信息与存储于数据中心或云端的数据库信息进行比对，实现智能辨识。

为了提高现场工况条件下的工作效率，在满足需求的情况下可以选择用工业dr或cr进行检测，工业ct适用于要求更高的场所，现场工况条件下进行的工业ct、dr或cr检测数据经人工确认后可上传至数据中心或数据云，以充盈数据中心或数据云的数据样本量。

本发明相对现有技术的有益效果：

本发明多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法，实现了特定工况条件下工业用立位、水平位、多工位ct环形或有限角度扫描立体成像；实现了可有限范围内行走，使得机器人可以沿着工件或试件等平行的方向行走；实现了环形扫描机构行走方向可左、右摆动到扫描工位，实现了机器人行走和检测的同步；通过建立的表征数据库，实现了智能辨识功能。

附图说明

图1是现有技术的工业ct机系统结构示意图；

图2现有技术的工业ct机系统结构原理示意图；

图3是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的主视结构示意图；

图4是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的俯视结构示意图；

图5是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的支撑接机构主视结构示意图；

图6是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的支撑接机构侧视结构示意图；

图7是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的环形扫描机构左、右摆动工位结构示意图；

图8是图7的摆动轴剖视结构示意图；

图9是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的环形扫描机构立位、水平位、任意角度工位结构示意图；

图10是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的机架连接机构的示意图；

图11是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人射线源和探测器伸缩机构与环形支架连接左视图结构示意图；

图12是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的环形支架与可伸缩探测器机构和可伸缩扫描机构结构的连接结构示意图；

图13是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的可伸缩探测器机构的俯视结构示意图；

图14是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的可伸缩探测器机构的主视结构示意图；

图15是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的可伸缩扫描机构结构的俯视结构示意图；

图16是多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人的可伸缩扫描机构结构的主视结构示意图；

图17是人工智能信息采集、信息存储和智能辨识原理示意图；

图18是电动推杆连接打开装置的环形支架开口打开状态主视结构示意图；

图19是电动推杆连接打开装置的环形支架开口封闭状态主视结构示意图；

图20是电动推杆连接打开装置与环形支架连接结构示意图。

附图中主要部件符号说明：

图中：

1、行走机体2、支撑机体

3、伸缩机构4、支撑连接机构

5、环形支架6、可伸缩扫描机构

7、可伸缩探测器机构8、电动推杆机构

9、转动机构10、转动机构

11、摆动机构12、控制装置

13、人工智能系统14、行走机构

15、行走转向机构16、支撑臂、

17、内置电源18、外连接电源

19、配重20、电动缸

51、射线源

52、滑台

53、伺服电机

54、安装座

55、射线出口

56、螺母付

57、丝杠

58、环形支架主体斜面

75、螺母付

76、丝杠

81、电动推杆主体

82、电动推杆伸缩杆

83、第一转动连接转轴

84、环形支架打开部

85、第二转动连接转轴

86、第三转动连接转轴

88、环形支架打开部斜面

91、第一转动电机

92、齿轮组

93、齿圈

101、第二转动电机

102、第二齿轮组

103、第一旋转体

111、第三转动电机

112、第三齿轮组

113、第二旋转体。

具体实施方式

以下参照附图及实施例对本发明进行详细的说明：

附图1-20可知，一种多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人，包括行走机体1；行走机体1上设置有支撑机体2，

支撑机体2上设置有伸缩机构3、控制装置12、人工智能系统13；伸缩机构3上设置有支撑连接机构4；

所述伸缩机构3设置在支撑机体2上，伸缩机构3是支撑机体2与支撑连接机构4的连接装置；

伸缩机构3前方通过第一旋转体103及配合面、第二旋转体113及配合面与整体支撑机构4相连接，后端由第二电动缸41推动前后移动；

所述支撑机体2与行走机体1通过四组第一电动缸相连接；

第一电动缸为支撑机体2设置在行走机体1上的支撑机构。

所述支撑连接机构4包括：第一转动机构9、第二转动机构10、摆动机构11；

支撑连接机构4上设置有环形支架5；环形支架5上设置有可伸缩扫描机构6、可伸缩探测器机构7和电动推杆机构8。

第一转动机构9包括第一转动电机91、第一齿轮组92及齿圈93，三者共同构成环形支架5的转动机构；

第二转动机构10包括第二转动电机101、第二齿轮组102、伸缩机构3及第一旋转体103，四者共同构成支撑连接机构4、环形支架5及附属机构的转动机构；

摆动机构11包括第三转动电机111、第三齿轮组112、第二旋转体113及支撑连接机构4，四者共同构成支撑连接机构4、环形支架5及附属机构的摆动机构。

所述支撑连接机构4上设置有环形支架5、第一转动电机91、第一齿轮组92、第二转动电机101、第二齿轮组102、第三转动电机111、第三齿轮组112、第一旋转体103和第二旋转体113；

伸缩机构3前端设置有第二转动电机101；

第二转动电机通过第二齿轮组102驱动第一旋转体103围绕中心轴c-c转动；

驱动第一旋转体103设置有第二旋转体113、支撑连接机构4及环形支架5；

驱动第一旋转体103、第二旋转体113、支撑连接机构4及环形支架5一同围绕中心轴转动；

第三转动电机111通过第三齿轮组112驱动第二旋转体113围绕轴线b-b左右摆动；

驱动第二旋转体113上设置有支撑连接机构4及环形支架5；

驱动第二旋转体、支撑连接机构4及环形支架5一同围绕轴线b-b左右摆动；

第一转动电机通过第一齿轮组驱动环形机构5转动。

所述环形支架5上设置有可伸缩扫描机构6、可伸缩探测器机构7、电动推杆机构8及齿圈；

齿圈套装在环形支架5上并同步运动；

环形支架5与支撑连接机构4配合连接；

第一转动电机91通过第一齿轮组92和套装在环形支架5上的齿圈驱动整个环形支架5及附属机构一同转动。

可伸缩扫描机构6为电动滑台组合结构；

可伸缩扫描机构6包括滑台52，滑台52上设置有伺服电机53与滚珠丝杆螺母付相连接；

螺母付上设置有安装座54；

安装座上设置有射线源51。

伺服电机通过减速器、滚珠丝杆和安装座带动射线源51上下位置可调，实现环形扫描半径可调。

可伸缩探测器机构7为电动滑台组合结构；

可伸缩探测器机构7包括滑台72，滑台72上设置有伺服电机73与滚珠丝杆螺母付相连接；

螺母付上设置有安装座74；

安装座上设置有探测器71。

伺服电机通过减速器、滚珠丝杆和安装座带动探测器71上下位置可调，实现环形扫描半径可调。

可伸缩扫描机构6与可伸缩探测器机构7在环形支架5上对称分布，彼此形成一组；

可伸缩扫描机构6上的射线源发射射线，可伸缩探测器机构7上的探测器接收射线源的射线，通过光电转换形成信号，从而建立图像并经过图像重构形成需要的立体图像。

电动推杆机构8包括：电动推杆主体81、电动推杆伸缩杆82；电动推杆主体81与环形支架(5)通过第一转动连接转轴83相连接；

环形支架(5)主体与环形支架打开部84通过第二转动连接转轴85相连接；

电动推杆伸缩杆82与环形支架打开部84通过第三转动连接转轴86相连接；

环形支架打开部自由端与环形支架5主体开口端相适配；

环形支架5主体与环形支架打开部斜面88搭接；

环形支架打开部一端通过转轴与环形支架5主体转动连接，一端与环形支架主体斜面58搭接。

环形支架打开部一端通过转轴与环形支架5主体转动连接，一端与环形支架5主体斜面搭接；电动推杆机构8安装在环形支架5上，电动推杆机构8一端通过转轴与环形支架5主体转动连接，一端通过转轴与环形支架打开部通过转轴转动连接，电动推杆前伸或后缩拉动环形支架打开部动作，电动推杆前伸推动环形支架打开部与环形支架5主体部分紧密搭接，电动推杆后缩拉动环形支架打开部与环形支架5主体部分打开，使得被检测工件或部件可以进入环形支架5扫描空间内，电动推杆随同环形支架5环形转动或有限角度转动。

电动推杆机构8安装在环形支架5上，一端通过螺栓与环形支架5转动连接，一端通过楔口与环形支架5搭接，套装在环形支架5上的环形齿圈断开随同进行连接。

一种多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法，以高压电缆通道内电缆检测和石油、天然气管道检测为例：

通道内电缆和石油、天然气管道呈“线状”延长布置；

多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人运抵工作现场后，机器人可以沿需要检测的装置(电缆或管道)延长线方向行走检测；

在某一工位机器人支撑臂工作固定工作位；机器人行走至某一检测工作位后，操作控制系统使四个支撑臂电动缸动作，电动缸稳固支撑地面，保证机器人成平稳状态，支撑臂根据需要可以设计成旋出伸缩结构，旋出结构非工作状态支撑臂旋至机体底部节省空间，工作状态时旋出机体底部同时支撑臂伸缩结构调整支撑点距离，旋出伸缩结构支撑臂可以使支撑范围扩大，旋出和伸缩均由电机驱动。

环形扫描机构根据工作需要，左向或右向摆动打开，电动推杆打开部分环形支架，将需要检测的装置(电缆或管道)套入环形支架内；

环形支架的高度、前后位置或任意工位角度通过相关电机驱动调整；

电动滑台电机驱动丝杆带动滚珠座及安装在上面的射线源和探测器移动，找到合适焦点；

电机驱动环形支架带动射线源扫描机构和探测器接收机构转动对电缆或管道进行扫描；

扫描图像经图像处理和图像重构形成需要的立体图像，立体图像能够人为辨识或将立体图像与数据库中图像信息和图像表征信息进行比对，进行智能辨识。

一种多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法的智能辨识系统，

将工件或试件等特征表征数据建立成数据库，计算机重构的立体图像信息与数据库进行比对，从而实现智能辨识；

人工智能信息采集是通过工业ct或dr在实验室内对工件或试件等进行大数据量测试采集；

将工件或试件测试到的大量特征表征数据汇集成数据库存储于数据中心或云端；

智能辨识就是通过现场工况条件下工业ct、dr或cr将扫描工件或部件的特征表征数据信息与存储于数据中心或云端的数据库信息进行比对，实现智能辨识。

为了提高现场工况条件下的工作效率，在满足需求的情况下可以选择用工业dr或cr进行检测，工业ct适用于要求更高的场所，现场工况条件下进行的工业ct、dr或cr检测数据经人工确认后可上传至数据中心或数据云，以充盈数据中心或数据云的数据样本量。

本发明多工位ct环形扫描行走无损检测智能机器人及控制方法，实现了特定工况条件下工业用立位、水平位、多工位ct环形或有限角度扫描立体成像；实现了可有限范围内行走，使得机器人可以沿着工件或试件等平行的方向行走；实现了环形扫描机构行走方向可左、右摆动到扫描工位，实现了机器人行走和检测的同步；通过建立的表征数据库，实现了智能辨识功能。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明的结构作任何形式上的限制。凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明的技术方案范围内。