CN105057843A - 采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，包括潜水器主体、清晰化图像处理设备和主控制器，所述清晰化图像处理设备和所述主控制器都位于所述潜水器主体上，所述清晰化图像处理设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下是否存在焊缝，所述主控制器与所述清晰化图像处理设备连接，用于在确定存在焊缝时发出相应的电焊钳驱动信号。通过本发明，能够在无人介入的情况下，潜水器自动完成焊缝的跟踪和焊接，提高了水下焊接的效率。

Description

采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台

技术领域

本发明涉及数字图像领域，尤其涉及一种采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台。

背景技术

随着人们对水下资源的开采进度不断加大，水下设备数量也越来越多，为了固定这些水下设备，需要进行水下焊接。

焊接首先要寻找到焊缝位置，这决定了焊接的准确性和焊接的质量，在执行水下焊接时，由于水下这一特殊的工作环境，如果采用人工焊接，焊接无法可持续进行，而且人工焊接方式对焊缝目测定位困难，定位焊缝并不理想，进而导致焊接质量不高。

为此，需要一种能够适应水下作业环境的机械化自动焊接方案，能够克服包括水下散射光干扰等水下环境干扰，能够自动提供出准确的焊缝位置，以方便机械按照焊缝执行焊接操作，增加水下设备的使用寿命。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，以潜水器为焊接设备的载体，采用去除水下散射光的清晰化处理设备，采用高精度的水下设备定位技术和水下焊缝识别技术，同时还改造了现有技术中潜水器和水下焊接设备的具体结构，使得水下自动、准确焊接成为可能。

根据本发明的一方面，提供了一种采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，所述焊接平台包括潜水器主体、清晰化图像处理设备和主控制器，所述清晰化图像处理设备和所述主控制器都位于所述潜水器主体上，所述清晰化图像处理设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下是否存在焊缝，所述主控制器与所述清晰化图像处理设备连接，用于在确定存在焊缝时发出相应的电焊钳驱动信号。

更具体地，在所述采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台中，还包括：电焊钳，用于固定焊条，所述焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；接地夹，被固定在待焊接工件上；电焊机，负极连接至所述电焊钳，正极接地；电焊钳驱动设备，与所述电焊钳连接，用于根据电焊钳驱动信号驱动所述电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；电焊钳驱动电机，为一直流电机，为所述电焊钳驱动设备对所述电焊钳的驱动提供动力；水下摄像机，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备、CCD视觉传感器和超声波测距子设备，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CCD视觉传感器，所述超声波测距子设备用于测量所述潜水器主体距离前方焊缝的距离，并作为第一相对距离输出，所述辅助照明子设备为所述CCD视觉传感器的水下拍摄提供辅助照明，所述CCD视觉传感器对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；所述潜水器主体包括支架、左压力克透明筒、右压力克透明筒、连接箍、储物台、机械臂、机械手、隔水密封筒、横向螺旋桨、竖向螺旋桨、纵向螺旋桨和三个直流电机，所述支架用于将所述潜水器主体固定在水下，所述连接箍与所述支架固定连接，所述储物台和所述机械臂与所述连接箍分别连接，所述机械手与所述机械臂连接，所述机械臂包括大臂和与大臂连接的小臂，所述三个直流电机分别带动所述横向螺旋桨、所述竖向螺旋桨和所述纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为潜水器主体提供6个自由度的推进动力；移动硬盘，预先存储了灰度化焊缝模版，所述灰度化焊缝模版为对基准焊缝进行拍摄所得到的焊缝图像执行灰度化处理而获得；水上浮标，设置在所述潜水器主体的上方水面上；供电设备，设置在所述水上浮标上，包括防水密封罩、太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述防水密封罩用于容纳所述太阳能供电器件、所述蓄电池、所述切换开关和所述电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池的剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；北斗星定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收北斗星卫星发送的北斗星定位数据；声纳探测设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于探测所述潜水器主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第二相对距离输出；所述清晰化图像处理设备包括灰度化处理子设备、图像分割子设备、背景估计子设备、背景剥离子设备、散射光滤除子设备和目标识别子设备；所述灰度化处理子设备与所述CCD视觉传感器连接，用于对所述水下图像执行灰度化处理以获得灰度化水下图像；所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备连接，基于所述灰度化水下图像的分辨率自适应地对所述灰度化水下图像进行分块，以获得各个分块图像；所述背景估计子设备与所述图像分割子设备连接，对每一个分块图像执行背景估计处理：基于每一个分块图像的各个像素的灰度值计算每一个分块图像的灰度平均值，将获得的灰度平均值作为被计算的分块图像的背景灰度值；所述背景剥离子设备与所述背景估计子设备连接，将每一个分块图像的各个像素的灰度值减去该分块图像对应的背景灰度值以获得每一个分块图像的去背景灰度子图像，并将所有分块图像的去背景灰度子图像合并以组成背景剥离图像；所述散射光滤除子设备与所述背景剥离子设备、所述超声波测距子设备和所述辅助照明子设备分别连接，以获得所述第二相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述第二相对距离和所述辅助照明亮度去除所述背景剥离图像中因为辅助照明子设备照射而在前方目标上形成的散射光成份，以获得清晰化背景剥离图像；所述目标识别子设备与所述散射光滤除子设备和所述移动硬盘连接，将所述清晰化背景剥离图像与灰度化焊缝模版匹配，匹配成功，则发出焊缝获取信号，将所述散射光滤除子设备中被匹配出的焊缝子图像分割并输出，匹配识别，则发出无焊缝信号；所述主控制器与所述水下摄像机、所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备、所述清晰化图像处理设备和所述三个直流电机分别连接，用于监视所述三个直流电机的工作状态，还用于在接收到所述焊缝获取信号时，启动所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备以接收所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离，基于所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离计算并输出焊缝定位数据，并通过电缆将所述焊缝定位数据传输到岸基处理设备；其中，所述主控制器在接收到所述焊缝获取信号时，基于所述焊缝子图像在所述水下图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。

更具体地，在所述采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台中：所述主控制器在接收到所述无焊缝信号时，关闭所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备。

更具体地，在所述采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台中：所述岸基处理设备位于水上船舶或岸边位置，通过电缆与所述主控制器连接。

更具体地，在所述采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台中：所述灰度化处理子设备、所述图像分割子设备、所述背景估计子设备、所述背景剥离子设备、所述散射光滤除子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上。

更具体地，在所述采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台中：所述主控制器为AT89C51单片机。

附图说明

以下将结合附图对本发明的实施方案进行描述，其中：

图1为根据本发明实施方案示出的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台的结构方框图。

附图标记：1潜水器主体；2清晰化图像处理设备；3主控制器

具体实施方式

下面将参照附图对本发明的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台的实施方案进行详细说明。

为了提高水下设备的稳定性，一般采用水下焊接方式来固定水下设备，焊缝的寻找决定了焊接的质量，而焊接质量好坏直接决定了水下设备的牢固度，然而，由于水下散射光干扰严重，而且水下作业环境特殊，现有技术中尚不存在能够替代人工焊接操作并完全自动实现水下焊接的技术方案。

为了克服上述不足，本发明搭建了一种采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，以潜水器为设备固定平台，增加各种适应水下作业环境的焊接设备，以准确定位焊缝，自动完成焊接。

图1为根据本发明实施方案示出的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台的结构方框图，所述焊接平台包括潜水器主体、清晰化图像处理设备和主控制器，所述清晰化图像处理设备和所述主控制器都位于所述潜水器主体上，所述清晰化图像处理设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下是否存在焊缝，所述主控制器与所述清晰化图像处理设备连接，用于在确定存在焊缝时发出相应的电焊钳驱动信号。

接着，继续对本发明的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台的具体结构进行进一步的说明。

所述焊接平台还包括：电焊钳，用于固定焊条，所述焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；接地夹，被固定在待焊接工件上；电焊机，负极连接至所述电焊钳，正极接地；电焊钳驱动设备，与所述电焊钳连接，用于根据电焊钳驱动信号驱动所述电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；电焊钳驱动电机，为一直流电机，为所述电焊钳驱动设备对所述电焊钳的驱动提供动力。

所述焊接平台还包括：水下摄像机，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备、CCD视觉传感器和超声波测距子设备，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CCD视觉传感器，所述超声波测距子设备用于测量所述潜水器主体距离前方焊缝的距离，并作为第一相对距离输出，所述辅助照明子设备为所述CCD视觉传感器的水下拍摄提供辅助照明，所述CCD视觉传感器对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像。

所述潜水器主体包括支架、左压力克透明筒、右压力克透明筒、连接箍、储物台、机械臂、机械手、隔水密封筒、横向螺旋桨、竖向螺旋桨、纵向螺旋桨和三个直流电机，所述支架用于将所述潜水器主体固定在水下，所述连接箍与所述支架固定连接，所述储物台和所述机械臂与所述连接箍分别连接，所述机械手与所述机械臂连接，所述机械臂包括大臂和与大臂连接的小臂，所述三个直流电机分别带动所述横向螺旋桨、所述竖向螺旋桨和所述纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为潜水器主体提供6个自由度的推进动力。

所述焊接平台还包括：移动硬盘，预先存储了灰度化焊缝模版，所述灰度化焊缝模版为对基准焊缝进行拍摄所得到的焊缝图像执行灰度化处理而获得；水上浮标，设置在所述潜水器主体的上方水面上。

所述焊接平台还包括：供电设备，设置在所述水上浮标上，包括防水密封罩、太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述防水密封罩用于容纳所述太阳能供电器件、所述蓄电池、所述切换开关和所述电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池的剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压。

所述焊接平台还包括：北斗星定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收北斗星卫星发送的北斗星定位数据。

所述焊接平台还包括：声纳探测设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于探测所述潜水器主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第二相对距离输出。

所述清晰化图像处理设备包括灰度化处理子设备、图像分割子设备、背景估计子设备、背景剥离子设备、散射光滤除子设备和目标识别子设备；所述灰度化处理子设备与所述CCD视觉传感器连接，用于对所述水下图像执行灰度化处理以获得灰度化水下图像；所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备连接，基于所述灰度化水下图像的分辨率自适应地对所述灰度化水下图像进行分块，以获得各个分块图像；所述背景估计子设备与所述图像分割子设备连接，对每一个分块图像执行背景估计处理：基于每一个分块图像的各个像素的灰度值计算每一个分块图像的灰度平均值，将获得的灰度平均值作为被计算的分块图像的背景灰度值；所述背景剥离子设备与所述背景估计子设备连接，将每一个分块图像的各个像素的灰度值减去该分块图像对应的背景灰度值以获得每一个分块图像的去背景灰度子图像，并将所有分块图像的去背景灰度子图像合并以组成背景剥离图像；所述散射光滤除子设备与所述背景剥离子设备、所述超声波测距子设备和所述辅助照明子设备分别连接，以获得所述第二相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述第二相对距离和所述辅助照明亮度去除所述背景剥离图像中因为辅助照明子设备照射而在前方目标上形成的散射光成份，以获得清晰化背景剥离图像；所述目标识别子设备与所述散射光滤除子设备和所述移动硬盘连接，将所述清晰化背景剥离图像与灰度化焊缝模版匹配，匹配成功，则发出焊缝获取信号，将所述散射光滤除子设备中被匹配出的焊缝子图像分割并输出，匹配识别，则发出无焊缝信号。

所述主控制器与所述水下摄像机、所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备、所述清晰化图像处理设备和所述三个直流电机分别连接，用于监视所述三个直流电机的工作状态，还用于在接收到所述焊缝获取信号时，启动所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备以接收所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离，基于所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离计算并输出焊缝定位数据，并通过电缆将所述焊缝定位数据传输到岸基处理设备；其中，所述主控制器在接收到所述焊缝获取信号时，基于所述焊缝子图像在所述水下图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。

可选地，在所述采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台中：所述主控制器在接收到所述无焊缝信号时，关闭所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备；所述岸基处理设备位于水上船舶或岸边位置，通过电缆与所述主控制器连接；所述灰度化处理子设备、所述图像分割子设备、所述背景估计子设备、所述背景剥离子设备、所述散射光滤除子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上；所述主控制器为AT89C51单片机。

采用本发明的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，针对现有技术中无法准确定位焊缝的技术问题，针对水下特殊环境，通过一系列有针对性的识别设备、定位设备、焊接设备替代所有的人工操作，实现水下焊接操作的完全机械化。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (6)

1.一种采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，所述焊接平台包括潜水器主体、清晰化图像处理设备和主控制器，所述清晰化图像处理设备和所述主控制器都位于所述潜水器主体上，所述清晰化图像处理设备用于对水下图像执行清晰化处理，并检测水下是否存在焊缝，所述主控制器与所述清晰化图像处理设备连接，用于在确定存在焊缝时发出相应的电焊钳驱动信号。

2.如权利要求1所述的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，其特征在于，所述焊接平台还包括：

电焊钳，用于固定焊条，所述焊条为湿法涂料焊条，材料为低碳钢；

安全开关，其负极导线连接到所述电焊钳；

接地夹，被固定在待焊接工件上；

电焊机，负极连接至所述电焊钳，正极接地；

电焊钳驱动设备，与所述电焊钳连接，用于根据电焊钳驱动信号驱动所述电焊钳前往待焊接工件的焊缝位置；

电焊钳驱动电机，为一直流电机，为所述电焊钳驱动设备对所述电焊钳的驱动提供动力；

水下摄像机，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备、CCD视觉传感器和超声波测距子设备，所述半球形防水透明罩用于容纳所述辅助照明子设备和所述CCD视觉传感器，所述超声波测距子设备用于测量所述潜水器主体距离前方焊缝的距离，并作为第一相对距离输出，所述辅助照明子设备为所述CCD视觉传感器的水下拍摄提供辅助照明，所述CCD视觉传感器对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；

所述潜水器主体包括支架、左压力克透明筒、右压力克透明筒、连接箍、储物台、机械臂、机械手、隔水密封筒、横向螺旋桨、竖向螺旋桨、纵向螺旋桨和三个直流电机，所述支架用于将所述潜水器主体固定在水下，所述连接箍与所述支架固定连接，所述储物台和所述机械臂与所述连接箍分别连接，所述机械手与所述机械臂连接，所述机械臂包括大臂和与大臂连接的小臂，所述三个直流电机分别带动所述横向螺旋桨、所述竖向螺旋桨和所述纵向螺旋桨，以通过螺旋桨的正反转，为潜水器主体提供6个自由度的推进动力；

移动硬盘，预先存储了灰度化焊缝模版，所述灰度化焊缝模版为对基准焊缝进行拍摄所得到的焊缝图像执行灰度化处理而获得；

水上浮标，设置在所述潜水器主体的上方水面上；

供电设备，设置在所述水上浮标上，包括防水密封罩、太阳能供电器件、蓄电池、切换开关和电压转换器，所述防水密封罩用于容纳所述太阳能供电器件、所述蓄电池、所述切换开关和所述电压转换器，所述切换开关与所述太阳能供电器件和所述蓄电池分别连接，根据蓄电池的剩余电量决定是否切换到所述太阳能供电器件以由所述太阳能供电器件供电，所述电压转换器与所述切换开关连接，以将通过切换开关输入的5V电压转换为3.3V电压；

北斗星定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收北斗星卫星发送的北斗星定位数据；

声纳探测设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于探测所述潜水器主体到所述水上浮标的相对距离，并作为第二相对距离输出；

所述清晰化图像处理设备包括灰度化处理子设备、图像分割子设备、背景估计子设备、背景剥离子设备、散射光滤除子设备和目标识别子设备；所述灰度化处理子设备与所述CCD视觉传感器连接，用于对所述水下图像执行灰度化处理以获得灰度化水下图像；所述图像分割子设备与所述灰度化处理子设备连接，基于所述灰度化水下图像的分辨率自适应地对所述灰度化水下图像进行分块，以获得各个分块图像；所述背景估计子设备与所述图像分割子设备连接，对每一个分块图像执行背景估计处理：基于每一个分块图像的各个像素的灰度值计算每一个分块图像的灰度平均值，将获得的灰度平均值作为被计算的分块图像的背景灰度值；所述背景剥离子设备与所述背景估计子设备连接，将每一个分块图像的各个像素的灰度值减去该分块图像对应的背景灰度值以获得每一个分块图像的去背景灰度子图像，并将所有分块图像的去背景灰度子图像合并以组成背景剥离图像；所述散射光滤除子设备与所述背景剥离子设备、所述超声波测距子设备和所述辅助照明子设备分别连接，以获得所述第二相对距离和所述辅助照明亮度，并基于所述第二相对距离和所述辅助照明亮度去除所述背景剥离图像中因为辅助照明子设备照射而在前方目标上形成的散射光成份，以获得清晰化背景剥离图像；所述目标识别子设备与所述散射光滤除子设备和所述移动硬盘连接，将所述清晰化背景剥离图像与灰度化焊缝模版匹配，匹配成功，则发出焊缝获取信号，将所述散射光滤除子设备中被匹配出的焊缝子图像分割并输出，匹配识别，则发出无焊缝信号；

所述主控制器与所述水下摄像机、所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备、所述清晰化图像处理设备和所述三个直流电机分别连接，用于监视所述三个直流电机的工作状态，还用于在接收到所述焊缝获取信号时，启动所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备以接收所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离，基于所述北斗星定位数据、所述第二相对距离和所述第一相对距离计算并输出焊缝定位数据，并通过电缆将所述焊缝定位数据传输到岸基处理设备；

其中，所述主控制器在接收到所述焊缝获取信号时，基于所述焊缝子图像在所述水下图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。

3.如权利要求2所述的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，其特征在于：

所述主控制器在接收到所述无焊缝信号时，关闭所述北斗星定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距子设备。

4.如权利要求2所述的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，其特征在于：

所述岸基处理设备位于水上船舶或岸边位置，通过电缆与所述主控制器连接。

5.如权利要求2所述的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，其特征在于：

所述灰度化处理子设备、所述图像分割子设备、所述背景估计子设备、所述背景剥离子设备、所述散射光滤除子设备和所述目标识别子设备集成在一块集成电路板上。

6.如权利要求2所述的采用清晰化处理的潜水器自动焊接平台，其特征在于：

所述主控制器为AT89C51单片机。