[發明專利]基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統

無效

• 申請號: 201310534177.5
• 申請日: 2013-11-04
• 公開（公告）號: CN103586565A
• 公開（公告）日: 2014-02-19
• 發明（設計）人: 陳波;李準;姜可可
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學(威海)
• 主分類號: B23K9/127
• 分類號: B23K9/127;B23K37/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于焊縫跟蹤技術領域，尤其涉及一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統。

背景技術

隨著海洋石油的開發利用和潛水技術的發展，海底輸油輸氣管線以及海洋工程結構日益增多。水下焊接技術應用日益廣泛。目前，我國的水下焊接技術基本上還停留在手工焊接的水平，長期以來，都是潛水員潛入水底進行水下焊接。由于人的生理極限的限制，人類利用普通混合氣體潛水最大深度為100m。人工焊接方式的缺點是受到潛水深度的限制，對人員素質和安全問題要求特別高。

近年來，基于特定用途的機器人得到迅猛發展，水下焊接機器人被認為是未來水下焊接自動化的發展方向。水下焊接機器人可以使潛水焊工不必在危險的水域進行焊接，減少或去除手工焊接所需的生命維持系統及安全保障系統，極大地提高工作效率，滿足人們深水焊接的需要。因此，焊接設備由手工向水下焊接自動化的方向發展已成為必然的趨勢。水下焊縫信息識別及焊縫跟蹤智能控制技術是實現水下焊接自動化的關鍵。焊縫跟蹤系統因為傳感器的不同分為電弧傳感器、接觸傳感器、超聲波傳感器、視覺傳感器，其中視覺傳感器具有信息量大、靈敏度高、測量精度高、響應快、抗電磁場干擾能力強、適合于各種坡口形狀等優點，得到了廣泛的應用。

將視覺傳感器應用于水下焊接機器人進行焊縫跟蹤，會出現各種各樣陸地焊接所未遇到的問題，其中包括可見度差，水對光的吸收、反射和折射等影響，使得光在水中傳播時減弱得很快。另外，焊接時電弧周圍產生氣泡和煙霧，使水下電弧的可見度非常低。在淤泥的海底和夾帶泥沙的海域中進行水下焊接，水中可見度會更差。因此需要設計專用的水下焊接焊縫跟蹤視覺傳感器，以適應水下焊接的要求。經檢索發現，江西省機器人與焊接自動化重點實驗室的學者在《焊接生產應用》上發表的水下焊接機器人視覺傳感器設計一文中，介紹了水下焊接機器人視覺傳感系統的組成，但其在殼體的密封、激光調節的自動化及內部器件布局等方面還存在很大改進的余地。

發明內容

本發明的目的在于提供一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統，旨在實現深水防漏，最大限度地排除弧光、氣泡、泥沙干擾，采集清晰圖像，處理圖像，獲取有效跟蹤信息，保證焊接質量。

本發明是這樣實現的，一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統包括：密封盒、擋弧板、電纜外接密封接頭、支撐結構、面陣CCD、激光器、舵機、供電控制和外部接口的電路。此系統安裝固定在焊炬所在機械臂上。

所述的密封盒前端蓋為凸臺狀鋼化玻璃，與壓緊蓋配合，采用密封墊密封，后端蓋和密封盒采用密封墊密封，并開有一個螺紋孔，與安裝電纜密封接頭的底座配合，采用“O”型圈密封，在盒體外部一側開有方便安裝固定的螺紋孔；所述的擋弧板通過固定片和螺絲安裝固定在焊炬和傳感器之間；所述的電纜外接密封接頭與密封盒通過螺紋和“O”型圈密封連接，遠端通過旋進壓緊螺母縱向擠壓電纜，使其發生橫向變形，進而密封電纜出口，密封腔內有一顆航空插頭；所述的支撐結構設計為“T”型板，橫板通過螺絲緊固在密封盒后端蓋上，CCD、舵機分別通過螺紋連接安裝固定在立板兩面；所述的激光器安裝在舵機上；所述的傳感器的電源線與信號線通過電纜密封接頭內部的航空插頭與外部連接，其中插座安裝在電纜密封接頭的底座上。

進一步，所述的密封盒具有水下密封和實現電源與信號與外部導通的功能；密封盒的材料必須為耐腐蝕，高強度材料，可以是鋁合金、不銹鋼、陶瓷、鋼化玻璃或以上材料的組合。

進一步，擋弧板的材料必須為耐腐蝕，耐高溫材料，可以是橡膠、碳纖維、塑料或者以上材料的組合；用于遮擋焊接時產生的弧光、飛濺、氣泡，避免干擾圖像采集；清掃焊縫上的泥沙，保證焊縫質量；使傳感器免受高溫飛濺的損壞。

進一步，所述的電纜密封接頭用于實現密封盒和電纜的密封連接，它必須為耐腐蝕，高強度材料，可以是鋁合金、不銹鋼或以上材料的組合。

進一步，所述的支撐結構必須為輕質絕緣材料，可以是電木、塑料或者以上材料的組合，該設計結構緊湊，便于拆裝，且避免在密封盒內部大量打孔，提高了密封性能。

進一步，所述的面陣CCD必須滿足能在水中復雜環境下采集圖像，滿足條件的各種CCD均可，為了有效過濾焊接時的弧光，該傳感器采用復合濾光，CCD鏡頭前方安裝有與激光等波長的濾光片，與所采用的激光器結構光波長相符。

進一步，所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統采用定長一字型激光器提供主動光源，功率在200mw及以上均可，可安裝在舵機上，由舵機調節激光器角度；水對光的吸收較大，若激光功率過小則導致圖像采集困難；激光器體積盡可能小，方便安裝固定和角度調節。