[發(fā)明專利]基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統(tǒng)

無效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201510470968.5
• 申請(qǐng)日: 2015-08-04
• 公開（公告）號(hào): CN105160638A
• 公開（公告）日: 2015-12-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 劉杰
• 主分類號(hào): G06T5/00
• 分類號(hào): G06T5/00;G06T7/00;B23K37/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水下焊接領(lǐng)域，尤其涉及一種基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統(tǒng)。

背景技術(shù)

當(dāng)前，存在多種水下設(shè)備需要進(jìn)行水下焊接，焊接首先要尋找到焊縫位置，這決定了焊接的準(zhǔn)確性和焊接的質(zhì)量，在執(zhí)行水下焊接時(shí)，由于水下這一特殊的工作環(huán)境，對(duì)焊接人員的要求很高，現(xiàn)有技術(shù)中一般采用焊接人員目測(cè)的方式進(jìn)行焊縫的定位，然而，人工目測(cè)方式在水下執(zhí)行困難，定位焊縫并不理想，同時(shí)，焊接人員在水下無法執(zhí)行可持續(xù)焊接。

為此，需要一種高質(zhì)量的執(zhí)行水下焊縫定位的技術(shù)方案，采用水下機(jī)器人焊接的方式替代水下焊接人員焊接，并能夠自動(dòng)提供出準(zhǔn)確的焊縫位置，以方便水下機(jī)器人按照焊縫執(zhí)行焊接操作，提高焊接質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統(tǒng)，改造水下機(jī)器人的具體結(jié)構(gòu)和水下焊接設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，引入適合水下工作環(huán)境的水下設(shè)備定位技術(shù)和水下焊縫識(shí)別技術(shù)，以自動(dòng)識(shí)別和定位水下焊縫，進(jìn)而自動(dòng)完成水下焊接操作，使得水下焊接的智能化程度得到較大的提高。

根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統(tǒng)，所述跟蹤系統(tǒng)包括水下機(jī)器人主體、水下焊縫識(shí)別設(shè)備和電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備，所述水下焊縫識(shí)別設(shè)備和電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備都位于所述水下機(jī)器人主體上，所述水下焊縫識(shí)別設(shè)備用于確定水下焊縫位置，所述電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備與所述水下焊縫識(shí)別設(shè)備連接，用于基于所述水下焊縫位置驅(qū)動(dòng)電焊鉗。

更具體地，在所述基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統(tǒng)中，還包括：電焊鉗，用于固定焊條，所述焊條為濕法涂料焊條，材料為低碳鋼；安全開關(guān)，其負(fù)極導(dǎo)線連接到所述電焊鉗；接地夾，被固定在待焊接工件上；電焊機(jī)，負(fù)極連接至所述電焊鉗，正極接地；電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備，與所述電焊鉗連接，用于根據(jù)電焊鉗驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)所述電焊鉗前往待焊接工件的焊縫位置；電焊鉗驅(qū)動(dòng)電機(jī)，為一直流電機(jī)，為所述電焊鉗驅(qū)動(dòng)設(shè)備對(duì)所述電焊鉗的驅(qū)動(dòng)提供動(dòng)力；水上浮標(biāo)，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體的上方水面上；供電設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，包括防水密封罩、太陽能供電器件、蓄電池、切換開關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述防水密封罩用于容納所述太陽能供電器件、所述蓄電池、所述切換開關(guān)和所述電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開關(guān)與所述太陽能供電器件和所述蓄電池分別連接，根據(jù)蓄電池的剩余電量決定是否切換到所述太陽能供電器件以由所述太陽能供電器件供電，所述電壓轉(zhuǎn)換器與所述切換開關(guān)連接，以將通過切換開關(guān)輸入的5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V電壓；GPS定位設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，由所述供電設(shè)備提供電力供應(yīng)，用于接收GPS衛(wèi)星發(fā)送的GPS定位數(shù)據(jù)；聲納探測(cè)設(shè)備，設(shè)置在所述水上浮標(biāo)上，由所述供電設(shè)備提供電力供應(yīng)，用于探測(cè)所述水下機(jī)器人主體到所述水上浮標(biāo)的相對(duì)距離，并作為第一相對(duì)距離輸出；超聲波測(cè)距設(shè)備，設(shè)置在所述水下機(jī)器人主體上，用于測(cè)量所述水下機(jī)器人主體距離前方遺體的距離，并作為第二相對(duì)距離輸出；靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，預(yù)先存儲(chǔ)了黑白閾值和像素?cái)?shù)閾值，所述黑白閾值用于對(duì)圖像執(zhí)行二值化處理，所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備還預(yù)先存儲(chǔ)了灰度化焊縫模版，所述灰度化焊縫模版為對(duì)基準(zhǔn)焊縫進(jìn)行拍攝所得到的焊縫圖像執(zhí)行灰度化處理而獲得；攝像設(shè)備，位于所述水下機(jī)器人主體上，包括半球形防水透明罩、輔助照明子設(shè)備和CMOS攝像頭，所述半球形防水透明罩用于容納所述輔助照明子設(shè)備和所述CMOS攝像頭，所述輔助照明子設(shè)備為所述CMOS攝像頭的水下拍攝提供輔助照明，所述CMOS攝像頭對(duì)前方目標(biāo)拍攝以獲得包含前方目標(biāo)的水下圖像；水上處理設(shè)備，用于接收所述水下機(jī)器人主體通過電纜傳送的水下信息，所述水上處理設(shè)備位于水上船舶或岸邊位置；所述水下機(jī)器人主體包括驅(qū)動(dòng)設(shè)備、電纜和嵌入式處理器，所述電纜將所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備和所述嵌入式處理器分別與所述水上處理設(shè)備連接以建立通信，所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備包括驅(qū)動(dòng)控制器、左舷直流減速電機(jī)、右舷直流減速電機(jī)、沉浮電機(jī)、正螺旋槳、反螺旋槳、附帶螺旋槳和聯(lián)軸器，所述左舷直流減速電機(jī)、所述右舷直流減速電機(jī)和所述沉浮電機(jī)分別通過所述聯(lián)軸器與所述正螺旋槳、所述反螺旋槳和所述附帶螺旋槳連接，所述驅(qū)動(dòng)控制器接收所述水上處理設(shè)備發(fā)送的驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)，以根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)所述左舷直流減速電機(jī)和所述右舷直流減速電機(jī)以分別控制所述正螺旋槳和所述反螺旋槳，驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人主體實(shí)現(xiàn)前進(jìn)、后退和左右動(dòng)作，還用于根據(jù)所述驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)的內(nèi)容驅(qū)動(dòng)所述沉浮電機(jī)以控制所述附帶螺旋槳，驅(qū)動(dòng)水下機(jī)器人主體實(shí)現(xiàn)上升與下潛動(dòng)作；所述水下焊縫識(shí)別設(shè)備包括圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測(cè)子設(shè)備、行邊緣檢測(cè)子設(shè)備、目標(biāo)分割子設(shè)備和目標(biāo)識(shí)別子設(shè)備，所述圖像預(yù)處理子設(shè)備與所述CMOS攝像頭連接，以對(duì)所述水下圖像依次執(zhí)行自適應(yīng)邊緣增強(qiáng)和小波濾波處理，以獲得預(yù)處理水下圖像；所述二值化處理子設(shè)備與所述圖像預(yù)處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述預(yù)處理水下圖像的每一個(gè)像素的亮度與所述黑白閾值分別比較，當(dāng)像素的亮度大于所述黑白閾值時(shí)，將像素記為白色像素，當(dāng)像素的亮度小于所述黑白閾值時(shí)，將像素記為黑色像素，從而獲得二值化水下圖像；所述列邊緣檢測(cè)子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，用于對(duì)所述二值化水下圖像，計(jì)算每列黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素?cái)?shù)閾值的列記為邊緣列；所述行邊緣檢測(cè)子設(shè)備與所述二值化處理子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，用于對(duì)所述二值化水下圖像，計(jì)算每行黑色像素的數(shù)目，將黑色像素的數(shù)目大于等于所述像素?cái)?shù)閾值的行記為邊緣行；所述目標(biāo)分割子設(shè)備與所述列邊緣檢測(cè)子設(shè)備和所述行邊緣檢測(cè)子設(shè)備分別連接，將邊緣列和邊緣行交織的區(qū)域作為目標(biāo)存在區(qū)域，并從所述二值化水下圖像中分割出所述目標(biāo)存在區(qū)域以作為目標(biāo)子圖像輸出；所述目標(biāo)識(shí)別子設(shè)備與所述目標(biāo)分割子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，將所述目標(biāo)子圖像與所述灰度化焊縫模版匹配，匹配成功，則輸出存在焊縫信號(hào)，匹配失敗，則輸出不存在焊縫信號(hào)；其中，所述嵌入式處理器與所述GPS定位設(shè)備、所述聲納探測(cè)設(shè)備、所述超聲波測(cè)距設(shè)備、所述水上處理設(shè)備、所述水下焊縫識(shí)別設(shè)備和所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備分別連接，用于監(jiān)視所述驅(qū)動(dòng)設(shè)備的驅(qū)動(dòng)狀態(tài)，還用于在接收到所述存在焊縫信號(hào)時(shí)，啟動(dòng)所述GPS定位設(shè)備、所述聲納探測(cè)設(shè)備和所述超聲波測(cè)距設(shè)備以接收所述GPS定位數(shù)據(jù)、所述第一相對(duì)距離和所述第二相對(duì)距離，基于所述GPS定位數(shù)據(jù)、所述第一相對(duì)距離和所述第二相對(duì)距離計(jì)算并輸出焊縫GPS定位數(shù)據(jù)，并通過電纜將所述預(yù)處理水下圖像和所述焊縫GPS定位數(shù)據(jù)傳輸?shù)剿鏊咸幚碓O(shè)備；所述嵌入式處理器在接收到所述存在焊縫信號(hào)時(shí)，基于所述目標(biāo)子圖像在所述水下圖像的相對(duì)位置確定電焊鉗驅(qū)動(dòng)信號(hào)。