| dc.description.abstract | Denne masteroppgaven tar for seg utviklingen, implementeringen og ytelsen av en IBVS metode basert på B-mode ultralydbilder. Det utviklede systemet er tiltenkt brukt på RIT roboten. Denne roboten klamrer seg til og roterer rundt tverrstag på offshore plattformer for å inspisere sveiseskjøter for sprekker. Roboten har et hode som kan bevege seg vertikalt, aksialt og rotere om gir- og stampvinklene. Målet har vært å kontrollere disse autonomt i den hensikt å oppnå en konstant avstand, så vel som sentrering av ultralydsonden, relativt til sveiseskjøten. Oppgaven har blitt skrevet med vekt på bruk til inspeksjon av Ekofisk 2/4 C plattformen. Dette vil være den første planlagte bruken av roboten.
Visuell oppfatning ved bruk av ultralyd ble valgt på grunn av høy oppløsning og at avstander blir målt direkte. Ettersom penetrasjonsdybde ikke var en begrensende faktor ble harmonisk avbildning valgt. Ultralydbildene viste seg å inneholde prominente artefakter som i hovedsak knyttes til stålets glatte overflate og høye refleksjonsevne. De mest betydelige var sidelobe-artefakter, speiling and multiple ekko. I tillegg genererte luftbobler i vannet tydelige refleksjoner og var en betydelig kilde til støy i ultralydbildet.
En bildesegmenteringsmetode basert på Sobel-operatoren og Hough-transformen har blitt presentert med gode resultater. På grunn av kurven til sveisen ble detektering av denne ved bruk av Hough-linjer ikke en robust løsning. Dette ga derimot gode resultater ved detektering av plattformen og tverrstag. En kombinasjon av Sobel-operatoren og Hough-transformen har derfor blitt utarbeidet i denne oppgaven med god nøyaktighet og støyavvisning. Ulempen med denne metoden er at den baserer seg på eksisterende kunnskap om geometrien til sveiseskjøten, noe som gjør metoden mindre fleksibel og sårbar for feilkalibereing. En EOP algoritme ble utledet og brukt til å generere en posisjoneringsfeil fra ultralydbildet.
Til sist ble et EKF basert på eksisterende kunnskap om geometrien til plattformnodene utarbeidet. Ettersom RIT roboten er utrustet med en AHRS, som inneholder et gyroskop for å registrere rotasjonen om tverrstaget, kan et a-priori estimat av avstanden og vinkelen til sveisen bli generert. Denne modellen er basert på teoretiske data, så praktisk verifisering av nøyaktigheten trengs.
Innledende testing antydet metoden å være robust med oppløsning godt innenfor det aksepterte kriteriet på 1 mm. Den nødvendige maskinvaren for det utarbeidede systemet er funnet å ha lavere vekt, størrelse og pris enn den nåværende situasjonen med bruk av flere sub-sea kamera. | |
| dc.description.abstract | This thesis describes the deriving, implementation and resulting performance of an image based visual servoing scheme based on B-mode ultrasound imaging. The intended system is designed for the RIT robot. This robot clamps onto, and rotates around, the brace of an offshore jacket to inspect welds for fractures. The robot has a head which can move vertically, axially and rotate the yaw and pitch angle. The aim has been to control these autonomously in order to obtain a constant distance, as well as centring, of the ultrasound probe relative to a tubular weld surface. The thesis has been written with an emphasis on application to the inspection of the Ekofisk 2/4 C platform, which is the first planned project for the RIT.
Perception using arrayed ultrasound was chosen due to the high resolution and the nice property of obtaining the distances to the objects in the image directly. As penetration depth was not an issue, second harmonic imaging was chosen. The images were however found to contain prominent artefacts, mainly due to the steel surface being highly reflective and specular. The most significant being secondary lobe artefacts, mirroring and reverberation artefacts. In addition, air bubbles in the water proved to generate significant reflections and were a prominent source of noise in the B-mode image.
An image segmentation scheme based on the Sobel operator and Hough transform was proposed with good results. Because of the curvature of the weld face, detecting the weld using a Hough line was not a robust option. However, the jacket and brace surface were suitable candidates for Hough line detection. A combination of the Sobel operator and Hough transform has been derived in this thesis yielding accurate detection and good noise rejection. The downside is that this method utilises pre-existing knowledge of the weld making it less flexible and vulnerable for wrongful calibration. An extended orthogonal Procrustes algorithm was derived and used to generate a positioning error from the ultrasound image.
Lastly, an Extended Kalman Filter based on the pre-existing knowledge of the geometry of the offshore nodes has been generated. Since the RIT is equipped with an AHRS, containing a gyroscope which registers the orientation of the robot about the brace, an a-priori estimate of the distance to the weld is obtained. The model is purely theoretical, and practical verification of the accuracy is needed.
Initial testing of the proposed VS scheme proved to be robust and provide a high resolution, well within the acceptance criterion of 1 mm. The necessary hardware for the proposed system is found to yield a lower weight, size and cost than the current situation using multiple sub sea cameras. | |