管道焊缝识别方法研究与焊缝超声扫查装置的设计

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1、分类号TP273学校代码10590UDC621密级公开深圳大学硕士学位论文管道焊缝识别方法研究与焊缝超声扫查装置的设计严滔学位类别工程硕士专业学位专业名称控制工程学院（系、所）机电与控制工程学院指导教师费跃农教授深圳大学学位论文原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文管道焊缝识别方法研究与焊缝超声扫查装置的设计是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品或成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人承

2、担。论文作者签名：日期：年月日管道焊缝识别方法研究与焊缝超声扫查装置的设计摘要工业管道是现代工业建设的基本设备,但由于其安装、应用工况条件苛刻，管道焊缝中不可避免地存在着不同程度的缺陷。所以对管道进行超声检验则显得至关重要，并且检验的过程中，检验的效果和可靠度高度依赖现场工作人员的责任心和技术水平。所以开发结构简单、稳定性好且能降低对现场工作人员依赖的管道焊缝自动扫查装置具有重大的实际意义。对管道进行超声检验的前提是焊缝的准确跟踪，而焊缝跟踪的关键则是焊缝的识别及其位置的确定。故本文从焊缝识别这一难点问题入手，首先提出了添加人工导航标志的焊缝识别方法。通过

3、在焊缝上添加表示焊缝区域的人工导航标志来区分焊缝和母材区域，通过图像处理得出了可以提取偏移量的焊缝二值化图像。然后，基于模块化思想，结合该识别方法设计了扫查装置的运动控制系统，对主控制器、电源电路、驱动电路、摄像头模块、遥控模块等进行了设计和选型，搭建了控制系统的硬件电路，并对控制系统进行了软件设计。经多次实地测试，该扫查器满足工业检验的要求。其次，本文通过一组对比图像指出焊缝区域与周围母材区域的灰度差异并不明显，焊缝边缘没有明显的灰度梯度，故不能通过简单的图像处理方法来识别出焊缝的位置。进而结合焊缝图像的纹理特征参数提出了“一边学习，一边纠正”的识别方法

4、，该方法不需添加导航标志，识别成功率高，能有效确定焊缝的位置。然后，在焊缝图像纹理特征参数的基础上，结合BP人工神经网络构建了神经网络模型，将四维纹理特征参数作为输入，设计了网络的输入层、输出层、传递函数、训练函数、隐含层和网络参数等。该网络模型收敛效果好，可作为焊缝识别过程中的分类器，通过试验得出，BP网络模型进一步提高了焊缝识别的成功率。最后，提出了扫查系统的改进方案，最后选用基于BP神经网络和图像纹理的方法，设计了改进的扫查流程和焊缝识别算法，为扫查装置的进一步完善奠定了基础。关键词：焊缝扫查装置；焊缝识别；运动控制；纹理特征；BP神经网络IRese

5、archonIdentificationMethodofPipelineWeldandDesignofWeldUltrasonicScanningEquipmentAbstractIndustrypipelineisthebasicequipmentofmodernindustry,butbecauseofitsinstallationandapplicationconditions,therearedifferentdegreesofdefectsinpipelineweldingline.Soitisveryimportanttotestthepipe

6、line.Intheprocessofpipelineinspection,thereliabilityofthetestresultsishighlydependentontheresponsibilityoffieldstaffandtechnicallevels,duetostrict-installationrequirementsandstringent-applicationconditions,differentdegreeofdefectsinevitablyexistinbuttgirthweldsofpipeline.Therefore

7、,developinganautomaticdetectiondeviceofthepipelineweldwithasimplestructure,goodstability,convenientinstallation,whichcanatthesametimereducethedependencyonfieldstaffhasasignificantpracticalmeaning.Thetrackingofweldingseamisthepreconditionofultrasonicinspectiontopipeline,andthekeyis

8、therecognitionofweldingseamandthe