探伤机器人作为探伤设备的载体，需要携带探伤仪器在需要工作的位置上保持双侧同步，满足设备正常工作的需要。探伤机器人的设计和同步跟踪控制系统将是探伤机器人控制系统的核心内容。
图9-32为携带X射线机和数字平板的谭山机器人在壁面两侧进行探伤工作的原理图。一对探伤机器人分别携带数字平板探测器和射线源并运行在罐壁的两侧，通过无线通信由远程计算机来发送相应的运动和位置命令。探伤机器人双侧同步精度保持在10 mm以内，需要满足数字平板探测器和射线源对中的精度要求，确保探伤设备获取更加全面的焊缝图像。
图9-32 探伤机器人工作原理
1.双侧视觉同步定位系统的组成和原理
机器人双侧视觉同步定位方案主要是利用工业摄像头完成对机器人工作面两侧的图像获取和识别，并计算机器人的位置。图像识别技术具有快速性、实时传送、简易化的特点，通过图像传感器进行图像和标记识别具有探测距离远、信号范围宽、获取信息完整等优点。利用图像视觉对双侧机器人位置定位和计算，能够较好地满足定位和同步跟踪要求。
图9-33所示为探伤机器人的双侧视觉同步定位装置示意图，探伤机器人分别位于罐壁的内外两侧，视觉同步定位系统使用的两台工业摄像机位于两侧对称位置，分别捕捉机器人的位置图像。图像处理器通过连接工业摄像机获取图像，在进行图像识别和处理后把两个机器人的位置坐标数据发送给远端控制中心，远端控制中心对位置数据处理后控制机器人2的运动使其和机器人1位置同步。
图9-33 双侧视觉同步定位装置示意图
在图像识别过程中，为了确定机器人在壁面上的位置，需要有既定的标记点或者标记线来作为参考，然后根据标记点来建立坐标系，通过机器人在坐标系的位置来确认机器人的位置。由于不能单纯地把机器人图像直接作为图像来识别，在机器人顶端加装识别用的罐体色盖板，并且在机器人中心位置贴上机器人标签代表机器人所处位置。图9-34显示了内外壁面标记点和机器人标记点。
图9-34 内外壁面标记点和机器人标记点
标记点设定需要保证内外两侧点处于相对位置，以焊缝为参考测量出参考点的距离位置来保证内外点尽可能对称布置；标记点作为双侧视觉同步定位的简单参考方式，可以较容易实现对位置的识别，但也存在人为测量误差；由于焊缝本身为内外对称，在进一步的研究和设计中使用深度学习、神经网络完成对焊缝的提取和识别，以焊缝作为内外坐标参考，可减少标记点的设置带来的误差并增加定位精度。
图9-35是机器人双侧视觉同步定位的流程图，其中循迹系统安装在机器人1上，用于对焊缝的识别并提供给机器人1的路径信息。机器人1作为主动机器人，实现对焊缝的循迹运行，机器人2作为同步机器人完成和机器人1位置的同步。远程计算机用于对机器人的控制和通信。探伤机器人通过对焊缝识别使机器人位于焊缝上方工作位置，并通过双侧视觉同步定位系统完成机器人双侧同步，进而实现探伤工作。(www.xing528.com)
图9-35 机器人双侧视觉同步定位流程图
2.双侧激光跟踪定位的原理和方法
激光跟踪定位系统通过视觉跟踪和激光测距的方法获取机器人位置坐标，相比纯视觉定位方案而言，跟踪距离更加远，在罐体内部甚至可以达到360度跟踪定位，并且实时改变跟踪姿态完成对机器人的捕捉和测量。
图9-36是激光跟踪定位系统原理图，激光跟踪定位系统包括云台、跟踪相机、激光测距仪、跟踪处理器单元、电机控制单元等。跟踪相机用来捕捉机器人，并反馈给跟踪处理器；跟踪处理器处理并计算机器人位置偏差，电机控制单元控制云台在水平面360度的旋转角度和在竖直方向180度的角度的调整，实现跟踪相机对机器人进行跟随，确保机器人在图像的中心位置；激光测距仪用来获取机器人和定位系统之间的距离。
图9-36 激光跟踪定位系统原理图
跟踪相机连接到跟踪处理器上，跟踪处理器使用PC机完成对数据的处理，图像经过在Microsoft Visual Studio平台的程序处理，完成对机器人中心点的确定并计算在图像中的偏离像素点。
云台由两组步进电机分别控制水平方向和垂直方向的转角。电机控制单元由STM32控制板和电机驱动器组成，主要用于对步进电机的控制，并且携带编码器实时返回步进电机角度值。根据跟踪处理器反馈的数据，电机控制单元实时调整云台的位置角度，确保机器人位于图像的中心位置，并且获取当前云台的水平旋转角度α以及垂直升降角度β。激光测距仪获取机器人和云台距离L。远端控制中心根据水平旋转角度α、垂直升降角度β、距离L计算当前机器人位置。
通过内外两侧的激光跟踪定位系统对机器人位置跟踪和计算，并对机器人实际位置差进行换算后，远端控制中心控制机器人2实现和机器人1的位置同步。一对激光跟踪定位系统可以实现对两侧探伤机器人的跟踪和位置计算，相比于双侧视觉定位的方式，激光跟踪定位的工作范围更大，理论上激光跟踪可以实现水平方向180度和垂直上下180度的跟踪。
探伤机器人双侧激光跟踪同步工作的总体方案主要包括以下组成部分：机器人1、机器人2、循迹系统、激光跟踪定位系统1、激光跟踪定位系统2、远端控制中心。循迹系统完成对焊缝的识别并发送路径信息给机器人1，远端控制中心通过路由器和其他设备通信。图9-37为利用双侧激光跟踪同步方案实现两侧机器人同步运行的流程图。
图9-37 双侧激光跟踪定位同步流程图
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