CN105081516B - 基于数据通信的潜水员水下焊接系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于数据通信的潜水员水下焊接系统，包括头顶固定平台、焊缝检测设备和水上处理设备，所述焊缝检测设备位于所述头顶固定平台上，用于检测水下是否存在焊缝，所述水上处理设备与所述焊缝检测设备连接，以接收所述焊缝检测设备的识别结果。通过本发明，能够帮助潜水员迅速对水下焊缝定位，减少人工操作。
Description
技术领域
本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于数据通信的潜水员水下焊接系统。
背景技术
水下设备的焊接质量一方面取决于水下焊接工艺，另一方面取决于焊缝的准确识别和定位，然而，由于水下环境的复杂性，凭借水下工作人员通过肉眼寻找焊缝，可靠性不高，间接导致水下焊接质量不稳定。
为此，需要一种水下潜水员能够佩戴的焊缝准确定位系统，在潜水员身上安装各种能够适应水下环境的焊缝定位装置乃至自动焊接装置，解放潜水员的焊接操作，保证水下设备的焊接稳固性。
发明内容
为了解决现有技术存在的技术问题，本发明提供了一种基于数据通信的潜水员水下焊接系统，在潜水员的头顶固定平台上安装包括Daubechies小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备的焊缝识别设备，同时改制水下焊接设备，实现水下自动焊接。
根据本发明的一方面，提供了一种基于数据通信的潜水员水下焊接系统，所述焊接系统包括头顶固定平台、焊缝检测设备和水上处理设备，所述焊缝检测设备位于所述头顶固定平台上，用于检测水下是否存在焊缝，所述水上处理设备与所述焊缝检测设备连接，以接收所述焊缝检测设备的识别结果。
更具体地，在所述基于数据通信的潜水员水下焊接系统中，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；水上浮标，设置在所述潜水员的上方水面上；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；格洛纳斯定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收格洛纳斯卫星发送的格洛纳斯定位数据；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，用于探测所述潜水员到所述水上浮标的相对距离，并作为第一相对距离输出；超声波测距设备，设置在所述头顶固定平台上，用于测量所述潜水员距离前方焊缝的距离，并作为第二相对距离输出；静态存储设备，预先存储了焊缝灰度范围和各类焊缝基准模版，所述焊缝灰度范围用于将图像中的焊缝与背景分离，所述各类焊缝基准模版为对各类基准焊缝预先进行拍摄所得到的各个图像；摄像设备，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，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CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的水下拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；所述焊缝检测设备包括Daubechies小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备；所述Daubechies小波滤波子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述水下图像采用基于2阶Daubechies小波基的小波滤波处理，以滤除所述水下图像中的高斯噪声，获得小波滤波图像；所述中值滤波子设备与所述Daubechies小波滤波子设备连接，用于对所述小波滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述小波滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子设备与所述中值滤波子设备连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子设备与所述尺度变换增强子设备连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述焊缝灰度范围内的所有像素组成焊缝子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述焊缝子图像与各类焊缝基准模版逐一匹配，输出匹配成功的焊缝基准模版对应的焊缝类型作为目标焊缝类型；飞思卡尔IMX6处理器，设置在所述头顶固定平台上，与所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距设备、所述水上处理设备和所述焊缝检测设备分别连接，用于在接收到所述目标焊缝类型时，启动所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备以接收所述格洛纳斯定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离，基于所述格洛纳斯定位数据、所述第一相对距离和所述第二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子图像、所述目标焊缝类型和所述焊缝定位数据传输到所述水上处理设备；其中，所述飞思卡尔IMX6处理器在接收到所述目标焊缝类型时，还根据焊缝子图像在增强图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。
更具体地，在所述基于数据通信的潜水员水下焊接系统中：所述飞思卡尔IMX6处理器在未接收到所述目标焊缝类型时，关闭所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备。
更具体地，在所述基于数据通信的潜水员水下焊接系统中：所述飞思卡尔IMX6处理器在接收到的目标焊缝类型为无法焊接类型时，向所述水上处理设备发送报警信号。
更具体地，在所述基于数据通信的潜水员水下焊接系统中：所述飞思卡尔IMX6处理器与所述焊缝检测设备集成在一块集成电路板上。
更具体地，在所述基于数据通信的潜水员水下焊接系统中，所述焊接系统还包括：移动通信接口，与所述水上处理设备连接，用于建立所述水上处理设备与水上救援中心之间的无线数据连接。
更具体地，在所述基于数据通信的潜水员水下焊接系统中：所述移动通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。
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基于数据通信的潜水员水下焊接系统的结构方框图。
附图标记：1头顶固定平台；2焊缝检测设备；3水上处理设备
具体实施方式
下面将参照附图对本发明的基于数据通信的潜水员水下焊接系统的实施方案进行详细说明。
潜水员在进行水下设备焊接时，由于水下特殊环境，最为困难的是焊缝的定位，然而，现有技术中并没有能够安装在潜水员身上为潜水员提供辅助焊接的技术方案。
为了克服上述不足，本发明搭建了一种基于数据通信的潜水员水下焊接系统，为潜水员增加头顶固定平台，以安放各类能够适应水下工作环境的辅助设备，从而提高水下焊接的质量。
图1为根据本发明实施方案示出的基于数据通信的潜水员水下焊接系统的结构方框图，所述焊接系统包括头顶固定平台、焊缝检测设备和水上处理设备，所述焊缝检测设备位于所述头顶固定平台上，用于检测水下是否存在焊缝，所述水上处理设备与所述焊缝检测设备连接，以接收所述焊缝检测设备的识别结果。
接着，继续对本发明的基于数据通信的潜水员水下焊接系统的具体结构进行进一步的说明。
所述焊接系统还包括：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。
所述焊接系统还包括：水上浮标，设置在所述潜水员的上方水面上。
所述焊接系统还包括：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。
所述焊接系统还包括：格洛纳斯定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收格洛纳斯卫星发送的格洛纳斯定位数据；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，用于探测所述潜水员到所述水上浮标的相对距离，并作为第一相对距离输出；超声波测距设备，设置在所述头顶固定平台上，用于测量所述潜水员距离前方焊缝的距离，并作为第二相对距离输出。
所述焊接系统还包括：静态存储设备，预先存储了焊缝灰度范围和各类焊缝基准模版，所述焊缝灰度范围用于将图像中的焊缝与背景分离，所述各类焊缝基准模版为对各类基准焊缝预先进行拍摄所得到的各个图像。
所述焊接系统还包括：摄像设备，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，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CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的水下拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像。
所述焊缝检测设备包括Daubechies小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备；所述Daubechies小波滤波子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述水下图像采用基于2阶Daubechies小波基的小波滤波处理，以滤除所述水下图像中的高斯噪声，获得小波滤波图像；所述中值滤波子设备与所述Daubechies小波滤波子设备连接，用于对所述小波滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述小波滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子设备与所述中值滤波子设备连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子设备与所述尺度变换增强子设备连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述焊缝灰度范围内的所有像素组成焊缝子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述焊缝子图像与各类焊缝基准模版逐一匹配，输出匹配成功的焊缝基准模版对应的焊缝类型作为目标焊缝类型。
所述焊接系统还包括：飞思卡尔IMX6处理器，设置在所述头顶固定平台上，与所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距设备、所述水上处理设备和所述焊缝检测设备分别连接，用于在接收到所述目标焊缝类型时，启动所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备以接收所述格洛纳斯定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离，基于所述格洛纳斯定位数据、所述第一相对距离和所述第二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子图像、所述目标焊缝类型和所述焊缝定位数据传输到所述水上处理设备；其中，所述飞思卡尔IMX6处理器在接收到所述目标焊缝类型时，还根据焊缝子图像在增强图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。
可选地，在所述基于数据通信的潜水员水下焊接系统中：所述飞思卡尔IMX6处理器在未接收到所述目标焊缝类型时，关闭所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备；所述飞思卡尔IMX6处理器在接收到的目标焊缝类型为无法焊接类型时，向所述水上处理设备发送报警信号；所述飞思卡尔IMX6处理器与所述焊缝检测设备集成在一块集成电路板上；所述焊接系统还包括：移动通信接口，与所述水上处理设备连接，用于建立所述水上处理设备与水上救援中心之间的无线数据连接；以及，所述移动通信接口为GPRS移动通信接口、3G移动通信接口和4G移动通信接口中的一种。
另外，CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive PixelSensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS)。
被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor，简称PPS)，又叫无源式像素传感器，他由一个反向偏置的光敏二极管和一个开关管构成。光敏二极管本质上是一个由P型半导体和N型半导体组成的PN结，他可等效为一个反向偏置的二极管和一个MOS电容并联。当开关管开启时，光敏二极管与垂直的列线(Column bus)连通。位于列线末端的电荷积分放大器读出电路(Charge integrating amplifier)保持列线电压为一常数，当光敏二极管存贮的信号电荷被读出时，其电压被复位到列线电压水平，与此同时，与光信号成正比的电荷由电荷积分放大器转换为电荷输出。
主动式像素传感器(Active Pixel Sensor，简称APS)，又叫有源式像素传感器。几乎在CMOS PPS像素结构发明的同时，人们很快认识到在像素内引入缓冲器或放大器可以改善像素的性能，在CMOS APS中每一像素内都有自己的放大器。集成在表面的放大晶体管减少了像素元件的有效表面积，降低了“封装密度”，使40％～50％的入射光被反射。这种传感器的另一个问题是，如何使传感器的多通道放大器之间有较好的匹配，这可以通过降低残余水平的固定图形噪声较好地实现。由于CMOS APS像素内的每个放大器仅在此读出期间被激发，所以CMOS APS的功耗比CCD图像传感器的还小。
采用本发明的基于数据通信的潜水员水下焊接系统，针对现有技术中潜水员焊接困难的技术问题，通过改造水下焊接设备的具体结构，增加各种能够适应水下作业环境的电子辅助设备，完成对潜水员人工焊接操作的机械化焊接替换，保证了被焊接的水下设备的稳固性。
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 (1)
1.一种基于数据通信的潜水员水下焊接系统，所述焊接系统包括头顶固定平台、焊缝检测设备和水上处理设备，所述焊缝检测设备位于所述头顶固定平台上，用于检测水下是否存在焊缝，所述水上处理设备与所述焊缝检测设备连接，以接收所述焊缝检测设备的识别结果；
其特征在于，所述焊接系统还包括：
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；
水上浮标，设置在所述潜水员的上方水面上；
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；
格洛纳斯定位设备，设置在所述水上浮标上，由所述供电设备提供电力供应，用于接收格洛纳斯卫星发送的格洛纳斯定位数据；
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，用于探测所述潜水员到所述水上浮标的相对距离，并作为第一相对距离输出；
超声波测距设备，设置在所述头顶固定平台上，用于测量所述潜水员距离前方焊缝的距离，并作为第二相对距离输出；
静态存储设备，预先存储了焊缝灰度范围和各类焊缝基准模版，所述焊缝灰度范围用于将图像中的焊缝与背景分离，所述各类焊缝基准模版为对各类基准焊缝预先进行拍摄所得到的各个图像；
摄像设备，包括半球形防水透明罩、辅助照明子设备和CMOS摄像头，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CMOS摄像头，所述辅助照明子设备为所述CMOS摄像头的水下拍摄提供辅助照明，所述CMOS摄像头对前方目标拍摄以获得包含前方目标的水下图像；
所述焊缝检测设备包括Daubechies小波滤波子设备、中值滤波子设备、尺度变换增强子设备、目标分割子设备和目标识别子设备；所述Daubechies小波滤波子设备与所述CMOS摄像头连接，用于对所述水下图像采用基于2阶Daubechies小波基的小波滤波处理，以滤除所述水下图像中的高斯噪声，获得小波滤波图像；所述中值滤波子设备与所述Daubechies小波滤波子设备连接，用于对所述小波滤波图像执行中值滤波处理，以滤除所述小波滤波图像中的水粒子散射成分，获得中值滤波图像；所述尺度变换增强子设备与所述中值滤波子设备连接，用于对所述中值滤波图像执行尺度变换增强处理，以增强图像中目标与背景的对比度，获得增强图像；所述目标分割子设备与所述尺度变换增强子设备连接，将所述增强图像中像素灰度值在所述焊缝灰度范围内的所有像素组成焊缝子图像；所述目标识别子设备与所述目标分割子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述焊缝子图像与各类焊缝基准模版逐一匹配，输出匹配成功的焊缝基准模版对应的焊缝类型作为目标焊缝类型；
飞思卡尔IMX6处理器，设置在所述头顶固定平台上，与所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备、所述超声波测距设备、所述水上处理设备和所述焊缝检测设备分别连接，用于在接收到所述目标焊缝类型时，启动所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备以接收所述格洛纳斯定位数据、所述第一相对距离和所述第二相对距离，基于所述格洛纳斯定位数据、所述第一相对距离和所述第二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子图像、所述目标焊缝类型和所述焊缝定位数据传输到所述水上处理设备；
其中，所述飞思卡尔IMX6处理器在接收到所述目标焊缝类型时，还根据焊缝子图像在增强图像的相对位置确定电焊钳驱动信号；
所述飞思卡尔IMX6处理器在未接收到所述目标焊缝类型时，关闭所述格洛纳斯定位设备、所述声纳探测设备和所述超声波测距设备；
所述飞思卡尔IMX6处理器在接收到的目标焊缝类型为无法焊接类型时，向所述水上处理设备发送报警信号。
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