基于圖像處理的水下焊縫跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]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)】
[0002]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(wú)法執(zhí)行可持續(xù)焊接。
[0003]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】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問(wèn)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。
[0005]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。
[0006]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(kāi)關(guān)，其負(fù)極導(dǎo)線(xiàn)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(yáng)能供電器件、蓄電池、切換開(kāi)關(guān)和電壓轉(zhuǎn)換器，所述防水密封罩用于容納所述太陽(yáng)能供電器件、所述蓄電池、所述切換開(kāi)關(guān)和所述電壓轉(zhuǎn)換器，所述切換開(kāi)關(guān)與所述太陽(yáng)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(yáng)能供電器件以由所述太陽(yáng)能供電器件供電，所述電壓轉(zhuǎn)換器與所述切換開(kāi)關(guān)連接，以將通過(guò)切換開(kāi)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(guò)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(guò)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(guò)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