[發明專利]一種基于機器視覺的深水鉆井隔水管自動對接位姿檢測方法

有效

• 申請號: 201710110455.2
• 申請日: 2017-02-28
• 公開（公告）號: CN106885514B
• 公開（公告）日: 2019-04-30
• 發明（設計）人: 劉桂華;王玉玫;張華;楚紅雨;康含玉;吳倩;牛乾;王靜強
• 申請（專利權）人: 西南科技大學
• 主分類號: G01B11/00
• 分類號: G01B11/00;G01B11/26
• 代理公司: 成都正華專利代理事務所(普通合伙) 51229
• 代理人: 何凡

本發明涉及一種基于機器視覺的隔水管自動對接位姿檢測方法，針對隔水管自動對接安裝中鉆井隔水管、注水端裝置、封堵端裝置三者位姿的識別，以及引導自由度調節系統完成位姿調節所需的對接安裝偏差的計算，以隔水管與注水端裝置之間的對接安裝為例，提出一種基于機器視覺的隔水管自動對接位姿檢測方法。該方法可幫助實現隔水管檢測檢驗過程中隔水管對接安裝的自動化，提高隔水管檢測檢驗效率，減少操作人員勞動強度，提高隔水管檢驗檢測的安全性。

技術領域

本發明涉及一種基于機器視覺的隔水管自動對接位姿檢測方法，具體涉及鉆井隔水管檢驗檢測過程中鉆井隔水管、注水端裝置和封堵端裝置三者位姿的檢測，以及引導自由度調節系統完成注水端裝置和封堵端裝置上封堵法蘭位姿調節所需的對接安裝偏差的計算，屬于機器視覺領域。

背景技術

由于世界各國對石油需求的不斷增加，因此人們開始對深水和超深水油田進行勘探和開發，其中鉆井隔水管是海上石油勘探開發的重要工具，其安全性能至關重要。因此鉆井隔水管在投入到海上進行石油勘探前，都必須將其安裝到隔水管檢驗檢測裝置上對其組件的六根壓力管子進行內壓強度和密封性能檢測試驗。

隔水管檢驗檢測裝置用于完成鉆井隔水管產品出廠前的內壓強度和密封性能檢測，整個裝置能同時對隔水管組件的六根壓力管子進行試驗，該裝置包括注水端裝置、封堵端裝置和循環用水系統，注水端裝置和封堵端裝置包括底座和封堵法蘭以及自由度調節系統，自由度調節系統安裝在底座上，封堵法蘭安裝在自由度調節系統上并通過自由度調節系統調節空間位置，自由度調節系統由X軸旋轉機構、Y軸平移機構、Y軸旋轉機構、Z軸平移機構以及Z軸旋轉機構組成。由于采用了自由度調節系統，因此封堵法蘭可通過上述機構在空間任意調節，使得封堵法蘭能夠與任意位姿的隔水管組件法蘭相對應對接，從而可以使六根壓力管子同時進行試驗。在鉆井隔水管檢驗檢測中，首先依靠人眼判斷鉆井隔水管、注水端裝置、封堵端裝置三者的大概位姿，估算它們之間的對接安裝偏差，并手動操作自由度調節系統完成注水端裝置和封堵端裝置上封堵法蘭的位姿調節，然后將鉆井隔水管對接安裝在注水端裝置和封堵端裝置之間，最后使用循環用水系統通過注水端裝置向待檢測的鉆井隔水管組件的六根壓力管子中注水加壓以實現對鉆井隔水管組件的六根壓力管子的內壓強度及密封性能檢測。在整個鉆井隔水管檢驗檢測中，由于注水端裝置和封堵端裝置上封堵法蘭的位姿調節環節需要人員反復操作完成，人工操作工作量大并且效率十分低下，這嚴重的影響了鉆井隔水管的檢驗檢測進度。基于以上缺點，本文提出使用機器視覺，利用計算機技術，模仿人眼的視覺機理，通過圖像捕捉和處理，檢測鉆井隔水管、注水端裝置、封堵端裝置三者的位姿，并計算出引導自由度調節系統完成注水端裝置和封堵端裝置上封堵法蘭位姿調節所需的對接安裝偏差，解決注水端裝置和封堵端裝置上封堵法蘭位姿調節環節人工反復操作、效率低下的問題。

隨著電子技術的發展，機器視覺在對接位姿檢測方面的應用也日益增多，國外在研究航天器的交會對接時，使用機器視覺的相關技術來實現快速對接。比如飛機組裝過程中大型部件自動化對接平臺，其主要特點是：依靠自動定位控制系統，協調多個機械傳動裝置共同運動，能夠按預定的方式準確且平穩的操縱飛機部件；以及自動充電機器人系統，該系統由一個機械臂，一個激光距離傳感器，一個標準網絡攝像頭和一個變焦攝像機實現，機械臂開始掃描一定區域試圖找到一個電源插座，一旦識別出插座，3D坐標就被發送給機器人，機器人將自動移動到離插座充分近的地方。國內有將機器視覺用于混凝土加料對接中，使用圖像二值化和soble邊緣提取算法對混凝土裝載機進行成品料卸料前的出料口位置視覺校準；基于機器視覺的AUV水下對接，使用前視聲吶相機拍攝聲吶圖像，根據其圖像特征對AUV和水下對接目標進行相對位置的檢測；基于機器視覺的V型坡口對接焊接，使用激光和相機的拍照方式凸顯V型坡口，提取V坡口中的特征點確定其相對位置；基于機器視覺的大型軌道對接測量，結合標靶和特征圓圓心坐標提取實現大型導軌的對接測量。上述研究成果均具有很強的指導意義，但由于場景和對象的制約，上述方法并不適用于隔水管自動對接安裝中鉆井隔水管、注水端裝置、封堵端裝置三者位姿的檢測，以及引導自由度調節系統完成位姿調節所需的對接安裝偏差的計算。

發明內容