CN108513049A - 一种水下焊缝自动识别系统及其工作方法 - Google Patents

一种水下焊缝自动识别系统及其工作方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于水下焊接领域，具体涉及一种水下焊缝自动识别系统及其工作方法。其中本水下焊缝自动识别系统包括：遥控终端和水下焊缝识别单元；其中所述水下焊缝识别单元包括：水下摄像装置、与水下摄像装置相连的图像识别模块和由一控制模块控制的水下光源装置；所述水下摄像装置用于拍摄水下工件被焊接时的焊接图像；所述水下光源装置用于为所述水下摄像装置的水下拍摄提供光源；所述图像识别模块适于从焊接图像中识别出焊缝图像，并传输至控制模块；以及所述控制模块适于获取所述焊缝图像，并通过通信模块发送至遥控终端。

Description

一种水下焊缝自动识别系统及其工作方法
技术领域
本发明涉及水下焊接领域，具体涉及一种水下焊缝自动识别系统及其工作方法。
背景技术
水下焊接是水下工程结构的安装、维修施工中不可缺少的重要工艺手段。在水下焊接的过程中，由于水下工作环境的特殊性，施工方通常采用脱离水面的水上计算机控制系统对水下焊接设备进行控制，被焊接工件的焊缝识别非常关键，关系着焊接的精确度和焊接效果。
现有技术中水下焊缝识别方案仅仅是通过水下摄像机对被焊接工件整个图像进行拍摄，将拍摄后的工件图像整个压缩编码后实时传输给水上计算机控制系统，水上操作人员通过观看工件图像，凭借经验确定焊缝位置，操纵水下的焊接设备，按照焊缝位置进行焊接。但是，这种识别方式存在以下弊端：水下环境恶劣，远程传输过来的工件图像往往模糊不清，影响焊缝位置的判断；由于工件图像未经过图像处理即传输过来，传输的数据量偏大，而有效数据较少。
发明内容
本发明的目的是提供一种水下焊缝自动识别系统及其工作方法，以通过水下焊缝识别单元的控制模块适于将水下工件的焊缝照片发送至遥控终端，大大减小了数据的传输量，提高了有效数据的传输利用率。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种水下焊缝自动识别系统，包括：遥控终端和水下焊缝识别单元；其中所述水下焊缝识别单元包括：水下摄像装置、与水下摄像装置相连的图像识别模块和由一控制模块控制的水下光源装置；所述水下摄像装置用于拍摄水下工件被焊接时的焊接图像；所述水下光源装置用于为所述水下摄像装置的水下拍摄提供光源；所述图像识别模块适于从焊接图像中识别出焊缝图像，并传输至控制模块；以及所述控制模块适于获取所述焊缝图像，并通过通信模块发送至遥控终端。
进一步，所述水下摄像装置包括摄像透镜模块；所述摄像透镜模块由物侧至像侧依序包含光圈、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、光增亮片以及电子感光元件；第一透镜具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面，设有衍射图案；第二透镜具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面，且像侧面具有两个反曲点；第三透镜具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面为凹面，其像侧表面为凸面；第四透镜具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面为凸面，其像侧表面为凸面；第五透镜具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面为凹面，其像侧表面为凹面，且像侧面具有一个反曲点，物侧表面和像侧表面相胶合；第六透镜具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面为凸面，其像侧表面为凸面。
进一步，所述第一透镜L1至第六透镜L6的十二个表面S1～S12的曲率由以下等式定义：Zi＝CURViYi2/(1+(1-(1+Ki)CURVi2Yi2)1/2)+(Ai)Yi2+(Bi)Yi4+(Ci)Yi6+(Di)Yi8；且参数Mi＝1-(1+Ki)(CURVi)2(Ri)2；其中：i是表面编号(i＝S1～S12)；对于表面i，Zi是光轴上方高度为Yi的非球面表面上的点与一平面之间的距离，该平面在非球面表面与光轴的交点处与该非球面表面正切；Ki是常数，被称为表面i的圆锥常数；CURVi是表面i在该表面与光轴的交点处的曲率；Ai、Bi、Ci、Di分别是表面i的第二、四、六和八次非球面系数；Ri是表面i的孔径的有效半径。
进一步，所述摄像透镜模块还满足条件：
2＜(MS1+MS2+MS3+MS4)/(MS5+MS6)＜5，
0.6＜(MS9+MS10)/(MS7+MS8+MS11+MS12)＜0.9。
进一步，所述光圈紧贴第一透镜的物侧表面。
进一步，所述摄像透镜模块的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，且满足下列条件：
f2/f3＝-0.56；f4/f5＝1.66；以及|f/f3|+|f/f6|＝0.34。
进一步，所述摄像透镜模块还满足条件：55≥(V4d-V5d)≥41，其中V4d代表第四透镜的阿贝系数Vd，V5d代表第五透镜的阿贝系数Vd。
进一步，光学总长TL为18.5132mm，最大半视角θm为90度；第一透镜的焦距为-3.804mm，第一透镜像侧的表面的曲率半径L1R2为2.7506mm，第一透镜物侧的半径L1R1s为5.798mm，有效焦距或镜头总焦距f为1.641mm；第四透镜的阿贝系数V4d为68.62；以及第五透镜的阿贝系数V5d为24。
进一步，所述第一透镜的像侧表面与第二透镜的物侧表面在光轴上的间距为1.4421mm；以及第三透镜的像侧表面与第四透镜的物侧表面在光轴上的间距为2.1134mm。
又一方面，本发明还提供了一种水下焊缝自动识别系统的工作方法，包括：遥控终端和水下焊缝识别单元；所述水下焊缝识别单元的控制模块适于将水下工件的焊缝照片发送至遥控终端。
本发明的有益效果是，本发明的水下焊缝自动识别系统通过水下光源装置为水下拍摄提供光源，提高了拍摄效果；通过图像识别模块自动识别焊缝图像，并发送至遥控终端，大大减小了数据的传输量，提高了有效数据的传输利用率；同时也解决了远程传输带来工件图像模糊不清，影响焊判断的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的水下焊缝自动识别系统的原理框图；
图2是本发明的摄像透镜模块的结构示意图；
图3是本发明的摄像透镜模块的纵向球差、像散和畸变图；
图中：光圈AP，第一透镜L1，第一透镜的物侧表面1，第一透镜的像侧表面2，第二透镜L2，第二透镜的物侧表面3，第二透镜的像侧表面4，第三透镜L3，第三透镜的物侧表面5，第三透镜的像侧表面6，第四透镜L4，第四透镜的物侧表面7，第四透镜的像侧表面8，第五透镜L5，第五透镜的物侧表面9，第五透镜的像侧表面10，第六透镜L6，第六透镜的物侧表面11，第六透镜的像侧表面12，光增亮片IF，电子感光元件LG。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
图1为本发明的水下焊缝自动识别系统的原理框图。
如图1所示，本实施例1提供了一种水下焊缝自动识别系统，包括：遥控终端和水下焊缝识别单元；其中所述水下焊缝识别单元包括：水下摄像装置、与水下摄像装置相连的图像识别模块和由一控制模块控制的水下光源装置；所述水下摄像装置用于拍摄水下工件被焊接时的焊接图像；所述水下光源装置用于为所述水下摄像装置的水下拍摄提供光源；所述图像识别模块适于从焊接图像中识别出焊缝图像，并传输至控制模块；以及所述控制模块适于获取所述焊缝图像，并通过通信模块发送至遥控终端。具体的，所述水下焊缝识别单元中的各部件之间的连接均为密闭连接，以防止水进入其内部，损坏电路。
可选的，所述遥控终端例如但不限于PC机。
可选的，所述控制模块例如嵌入式处理器，可以通过相应的驱动电路控制水下光源装置进行工作。
所述通信模块可以采用有线传输，也可以通过3G模块或4G模块将焊缝图像发送至遥控终端。
本实施例1的水下焊缝自动识别系统通过水下光源装置为水下拍摄提供光源，提高了拍摄效果；通过图像识别模块自动识别焊缝图像，并发送至遥控终端，大大减小了数据的传输量，提高了有效数据的传输利用率；同时也解决了远程传输带来工件图像模糊不清，影响焊判断的问题。
图2是本发明的摄像透镜模块的结构示意图。
作为摄像透镜模块的一种可选的实施方式。
见图2，所述水下摄像装置包括摄像透镜模块；所述摄像透镜模块由物侧至像侧依序包含光圈AP、第一透镜L1、第二透镜L2、第三透镜L3、第四透镜L4、第五透镜L5、第六透镜L6、光增亮片IF以及电子感光元件LG。
第一透镜L1具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面1为凸面，其像侧表面2为凹面，设有衍射图案。
第二透镜L2具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面3为凸面，其像侧表面4为凹面，且像侧面4具有两个反曲点。
第三透镜L3具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面5为凹面，其像侧表面6为凸面。
第四透镜L4具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面7为凸面，其像侧表面8为凸面。
第五透镜L5具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面9为凹面，其像侧表面10为凹面，且像侧面10具有一个反曲点，物侧表面9和像侧表面8相胶合。
第六透镜L6具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面11为凸面，其像侧表面12为凸面。
另外，光圈AP位于第一透镜L1的物侧表面1上，并且尽量靠近外侧，使得透镜系统实现像方远心，同时改善了像面照度，光圈AP愈靠近透镜组，像质会愈好。
本实施方式的摄像透镜模块采用负正相间隔的光焦度分配，使物方主面向前推移、像方主面向后推移，可实现摄像透镜模块两侧同时具有长工作距；选用光学晶体材料MgF2和紫外光学石英玻璃作为不同的透镜相配合，通过计算机光学辅助设计和优化校正了光学镜头的各种像差和畸变，使镜头实现近紫外波段高分辨率、大通光量、广角、远心的性能，提高了水下摄像的图像质量。
图3是本发明的摄像透镜模块的纵向球差、像散和畸变图；其中，
图(3a)示出了摄像透镜模块的纵向球差与焦点偏移量之间的对应关系；
图(3b)示出了摄像透镜模块的像散角度与焦点偏移量之间的对应关系；
图(3b)示出了摄像透镜模块的畸变角度与畸变百分比之间的对应关系。
具体的，第一透镜L1至第六透镜L6的十二个表面S1～S12的曲率由以下等式定义：
Zi＝CURViYi2/(1+(1-(1+Ki)CURVi2Yi2)1/2)+(Ai)Yi2+(Bi)Yi4+(Ci)Yi6+(Di)Yi8；
且参数Mi＝1-(1+Ki)(CURVi)2(Ri)2；
其中：i是表面编号(i＝S1～S12)；对于表面i，Zi是光轴上方高度为Yi的非球面表面上的点与一平面之间的距离，该平面在非球面表面与光轴的交点处与该非球面表面正切；Ki是常数，被称为表面i的圆锥常数；CURVi是表面i在该表面与光轴的交点处的曲率；Ai、Bi、Ci、Di分别是表面i的第二、四、六和八次非球面系数；Ri是表面i的孔径的有效半径。
进一步，摄像透镜模块的焦距为f，第一透镜L1的焦距为f1，第二透镜L2的焦距为f2，第三透镜L3的焦距为f3，第四透镜L4的焦距为f4，第五透镜L5的焦距为f5，第六透镜L6的焦距为f6，其满足下列条件：f2/f3＝-0.56；f4/f5＝1.66；以及|f/f3|+|f/f6|＝0.34。
进一步，所述摄像透镜模块还满足条件：
2＜(MS1+MS2+MS3+MS4)/(MS5+MS6)＜5，
0.6＜(MS9+MS10)/(MS7+MS8+MS11+MS12)＜0.9。
进一步，所述摄像透镜模块还满足条件：55≥(V4d-V5d)≥41，其中V4d代表第四透镜L4的阿贝系数Vd，V5d代表第五透镜L5的阿贝系数Vd。
进一步，光学总长TL为18.5132mm，最大半视角θm为90度，第一透镜L1的焦距为-3.804mm，第一透镜L1像侧的表面的曲率半径L1R2为2.7506mm，第一透镜L1物侧的半径L1R1s为5.798mm，有效焦距或镜头总焦距f为1.641mm，第四透镜L4的阿贝系数V4d为68.62，第五透镜L5的阿贝系数V5d为24。
进一步，第一透镜L1的像侧表面2与第二透镜L2的物侧表面3在光轴上的间距为1.4421mm，第三透镜L3的像侧表面6与第四透镜L4的物侧表面7在光轴上的间距为2.1134mm。
综上所述，本实施例1的水下焊缝自动识别系统通过水下光源装置为水下拍摄提供光源，提高了拍摄效果；通过图像识别模块自动识别焊缝图像，并发送至遥控终端，大大减小了数据的传输量；通过摄像透镜模块能够有效缩短镜头总长、提升镜头分辨率，同时提高视角并有效修正像差，高效利用近紫外波段光，形成成像远心结构，提高水下像图的质量，有效解决了水下环境恶劣引起的图像模糊不清等问题，提高了图像识别模块对焊缝图像的识别度。
实施例2
在实施例1的基础上，本实施例2提供了一种水下焊缝自动识别系统的工作方法，包括：遥控终端和水下焊缝识别单元；所述水下焊缝识别单元的控制模块适于将水下工件的焊缝照片发送至遥控终端。
关于水下焊缝自动识别系统的具体结构及实施过程参见实施例1的相关论述，此处不再赘述。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (10)

1.一种水下焊缝自动识别系统，其特征在于，包括：
遥控终端和水下焊缝识别单元；其中
所述水下焊缝识别单元包括：水下摄像装置、与水下摄像装置相连的图像识别模块和由一控制模块控制的水下光源装置；
所述水下摄像装置用于拍摄水下工件被焊接时的焊接图像；
所述水下光源装置用于为所述水下摄像装置的水下拍摄提供光源；
所述图像识别模块适于从焊接图像中识别出焊缝图像，并传输至控制模块；以及
所述控制模块适于获取所述焊缝图像，并通过通信模块发送至遥控终端。
2.根据权利要求1所述的水下焊缝自动识别系统，其特征在于，
所述水下摄像装置包括摄像透镜模块；
所述摄像透镜模块由物侧至像侧依序包含光圈、第一透镜、第二透镜、第三透镜、第四透镜、第五透镜、第六透镜、光增亮片以及电子感光元件；
第一透镜具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面，设有衍射图案；
第二透镜具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面为凸面，其像侧表面为凹面，且像侧面具有两个反曲点；
第三透镜具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面为凹面，其像侧表面为凸面；
第四透镜具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面为凸面，其像侧表面为凸面；
第五透镜具有负屈折力，且为光学晶体材料MgF2，其物侧表面为凹面，其像侧表面为凹面，且像侧面具有一个反曲点，物侧表面和像侧表面相胶合；
第六透镜具有正屈折力，且为紫外光学石英玻璃，其物侧表面为凸面，其像侧表面为凸面。
3.根据权利要求2所述的水下焊缝自动识别系统，其特征在于，
所述第一透镜L1至第六透镜L6的十二个表面S1～S12的曲率由以下等式定义：
Zi＝CURViYi2/(1+(1-(1+Ki)CURVi2Yi2)1/2)+(Ai)Yi2+(Bi)Yi4+(Ci)Yi6+(Di)Yi8；
且参数Mi＝1-(1+Ki)(CURVi)2(Ri)2；
其中：
i是表面编号(i＝S1～S12)；
对于表面i，Zi是光轴上方高度为Yi的非球面表面上的点与一平面之间的距离，该平面在非球面表面与光轴的交点处与该非球面表面正切；
Ki是常数，被称为表面i的圆锥常数；
CURVi是表面i在该表面与光轴的交点处的曲率；
Ai、Bi、Ci、Di分别是表面i的第二、四、六和八次非球面系数；
Ri是表面i的孔径的有效半径。
4.根据权利要求3所述的水下焊缝自动识别系统，其特征在于，
所述摄像透镜模块还满足条件：
2＜(MS1+MS2+MS3+MS4)/(MS5+MS6)＜5，
0.6＜(MS9+MS10)/(MS7+MS8+MS11+MS12)＜0.9。
5.根据权利要求2所述的水下焊缝自动识别系统，其特征在于，
所述光圈紧贴第一透镜的物侧表面。
6.根据权利要求2所述的水下焊缝自动识别系统，其特征在于，
所述摄像透镜模块的焦距为f，第一透镜的焦距为f1，第二透镜的焦距为f2，第三透镜的焦距为f3，第四透镜的焦距为f4，第五透镜的焦距为f5，第六透镜的焦距为f6，且满足下列条件：
f2/f3＝-0.56；f4/f5＝1.66；以及|f/f3|+|f/f6|＝0.34。
7.根据权利要求2至6所述的水下焊缝自动识别系统，其特征在于，
所述摄像透镜模块还满足条件：
55≥(V4d-V5d)≥41，
其中V4d代表第四透镜的阿贝系数Vd，V5d代表第五透镜的阿贝系数Vd。
8.根据权利要求7所述的水下焊缝自动识别系统，其特征在于，
光学总长TL为18.5132mm，最大半视角θm为90度；
第一透镜的焦距为-3.804mm，第一透镜像侧的表面的曲率半径L1R2为2.7506mm，第一透镜物侧的半径L1R1s为5.798mm，有效焦距或镜头总焦距f为1.641mm；
第四透镜的阿贝系数V4d为68.62；以及
第五透镜的阿贝系数V5d为24。
9.根据权利要求8所述的水下焊缝自动识别系统，其特征在于，
所述第一透镜的像侧表面与第二透镜的物侧表面在光轴上的间距为1.4421mm；以及
第三透镜的像侧表面与第四透镜的物侧表面在光轴上的间距为2.1134mm。
10.一种水下焊缝自动识别系统的工作方法，其特征在于，包括：
遥控终端和水下焊缝识别单元；
所述水下焊缝识别单元的控制模块适于将水下工件的焊缝照片发送至遥控终端。
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