[发明专利]基于主动视觉的水下湿法焊接跟踪系统

说明书

技术领域

本发明属于焊缝跟踪技术领域，尤其涉及一种基于主动视觉的水下湿法焊接跟踪系统。

背景技术

随着海洋石油的开发利用和潜水技术的发展，海底输油输气管线以及海洋工程结构日益增多。水下焊接技术应用日益广泛。目前，我国的水下焊接技术基本上还停留在手工焊接的水平，长期以来，都是潜水员潜入水底进行水下焊接。由于人的生理极限的限制，人类利用普通混合气体潜水最大深度为100m。人工焊接方式的缺点是受到潜水深度的限制，对人员素质和安全问题要求特别高。

近年来，基于特定用途的机器人得到迅猛发展，水下焊接机器人被认为是未来水下焊接自动化的发展方向。水下焊接机器人可以使潜水焊工不必在危险的水域进行焊接，减少或去除手工焊接所需的生命维持系统及安全保障系统，极大地提高工作效率，满足人们深水焊接的需要。因此，焊接设备由手工向水下焊接自动化的方向发展已成为必然的趋势。水下焊缝信息识别及焊缝跟踪智能控制技术是实现水下焊接自动化的关键。焊缝跟踪系统因为传感器的不同分为电弧传感器、接触传感器、超声波传感器、视觉传感器，其中视觉传感器具有信息量大、灵敏度高、测量精度高、响应快、抗电磁场干扰能力强、适合于各种坡口形状等优点，得到了广泛的应用。

将视觉传感器应用于水下焊接机器人进行焊缝跟踪，会出现各种各样陆地焊接所未遇到的问题，其中包括可见度差，水对光的吸收、反射和折射等影响，使得光在水中传播时减弱得很快。另外，焊接时电弧周围产生气泡和烟雾，使水下电弧的可见度非常低。在淤泥的海底和夹带泥沙的海域中进行水下焊接，水中可见度会更差。因此需要设计专用的水下焊接焊缝跟踪视觉传感器，以适应水下焊接的要求。经检索发现，江西省机器人与焊接自动化重点实验室的学者在《焊接生产应用》上发表的水下焊接机器人视觉传感器设计一文中，介绍了水下焊接机器人视觉传感系统的组成，但其在壳体的密封、激光调节的自动化及内部器件布局等方面还存在很大改进的余地。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于主动视觉的水下湿法焊接跟踪系统，旨在实现深水防漏，最大限度地排除弧光、气泡、泥沙干扰，采集清晰图像，处理图像，获取有效跟踪信息，保证焊接质量。

本发明是这样实现的，一种基于主动视觉的水下湿法焊接跟踪系统包括：密封盒、挡弧板、电缆外接密封接头、支撑结构、面阵CCD、激光器、舵机、供电控制和外部接口的电路。此系统安装固定在焊炬所在机械臂上。

所述的密封盒前端盖为凸台状钢化玻璃，与压紧盖配合，采用密封垫密封，后端盖和密封盒采用密封垫密封，并开有一个螺纹孔，与安装电缆密封接头的底座配合，采用“O”型圈密封，在盒体外部一侧开有方便安装固定的螺纹孔；所述的挡弧板通过固定片和螺丝安装固定在焊炬和传感器之间；所述的电缆外接密封接头与密封盒通过螺纹和“O”型圈密封连接，远端通过旋进压紧螺母纵向挤压电缆，使其发生横向变形，进而密封电缆出口，密封腔内有一颗航空插头；所述的支撑结构设计为“T”型板，横板通过螺丝紧固在密封盒后端盖上，CCD、舵机分别通过螺纹连接安装固定在立板两面；所述的激光器安装在舵机上；所述的传感器的电源线与信号线通过电缆密封接头内部的航空插头与外部连接，其中插座安装在电缆密封接头的底座上。

进一步，所述的密封盒具有水下密封和实现电源与信号与外部导通的功能；密封盒的材料必须为耐腐蚀，高强度材料，可以是铝合金、不锈钢、陶瓷、钢化玻璃或以上材料的组合。

进一步，挡弧板的材料必须为耐腐蚀，耐高温材料，可以是橡胶、碳纤维、塑料或者以上材料的组合；用于遮挡焊接时产生的弧光、飞溅、气泡，避免干扰图像采集；清扫焊缝上的泥沙，保证焊缝质量；使传感器免受高温飞溅的损坏。

进一步，所述的电缆密封接头用于实现密封盒和电缆的密封连接，它必须为耐腐蚀，高强度材料，可以是铝合金、不锈钢或以上材料的组合。

进一步，所述的支撑结构必须为轻质绝缘材料，可以是电木、塑料或者以上材料的组合，该设计结构紧凑，便于拆装，且避免在密封盒内部大量打孔，提高了密封性能。

进一步，所述的面阵CCD必须满足能在水中复杂环境下采集图像，满足条件的各种CCD均可，为了有效过滤焊接时的弧光，该传感器采用复合滤光，CCD镜头前方安装有与激光等波长的滤光片，与所采用的激光器结构光波长相符。

进一步，所述的基于主动视觉的水下湿法焊接跟踪系统采用定长一字型激光器提供主动光源，功率在200mw及以上均可，可安装在舵机上，由舵机调节激光器角度；水对光的吸收较大，若激光功率过小则导致图像采集困难；激光器体积尽可能小，方便安装固定和角度调节。