[发明专利]基于图像处理的水下焊缝跟踪系统

说明书

技术领域

本发明涉及水下焊接领域，尤其涉及一种基于图像处理的水下焊缝跟踪系统。

背景技术

当前，存在多种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，对焊接人员的要求很高，现有技术中一般采用焊接人员目测的方式进行焊缝的定位，然而，人工目测方式在水下执行困难，定位焊缝并不理想，同时，焊接人员在水下无法执行可持续焊接。

为此，需要一种高质量的执行水下焊缝定位的技术方案，采用水下机器人焊接的方式替代水下焊接人员焊接，并能够自动提供出准确的焊缝位置，以方便水下机器人按照焊缝执行焊接操作，提高焊接质量。

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图像处理的水下焊缝跟踪系统，改造水下机器人的具体结构和水下焊接设备的具体结构，引入适合水下工作环境的水下设备定位技术和水下焊缝识别技术，以自动识别和定位水下焊缝，进而自动完成水下焊接操作，使得水下焊接的智能化程度得到较大的提高。

根据本发明的一方面，提供了一种基于图像处理的水下焊缝跟踪系统，所述跟踪系统包括水下机器人主体、水下焊缝识别设备和电焊钳驱动设备，所述水下焊缝识别设备和电焊钳驱动设备都位于所述水下机器人主体上，所述水下焊缝识别设备用于确定水下焊缝位置，所述电焊钳驱动设备与所述水下焊缝识别设备连接，用于基于所述水下焊缝位置驱动电焊钳。

更具体地，在所述基于图像处理的水下焊缝跟踪系统中，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，设置在所述水下机器人主体的上方水面上；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；GPS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GPS卫星发送的GPS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，用于探测所述水下机器人主体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，设置在所述水下机器人主体上，用于测量所述水下机器人主体距离前方遗体的距离，并作为第二相对距离输出；静态存储设备，预先存储了黑白阈值和像素数阈值，所述黑白阈值用于对图像执行二值化处理，所述静态存储设备还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；摄像设备，位于所述水下机器人主体上，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；水上处理设备，用于接收所述水下机器人主体通过电缆传送的水下信息，所述水上处理设备位于水上船舶或岸边位置；所述水下机器人主体包括驱动设备、电缆和嵌入式处理器，所述电缆将所述驱动设备和所述嵌入式处理器分别与所述水上处理设备连接以建立通信，所述驱动设备包括驱动控制器、左舷直流减速电机、右舷直流减速电机、沉浮电机、正螺旋桨、反螺旋桨、附带螺旋桨和联轴器，所述左舷直流减速电机、所述右舷直流减速电机和所述沉浮电机分别通过所述联轴器与所述正螺旋桨、所述反螺旋桨和所述附带螺旋桨连接，所述驱动控制器接收所述水上处理设备发送的驱动控制信号，以根据所述驱动控制信号的内容驱动所述左舷直流减速电机和所述右舷直流减速电机以分别控制所述正螺旋桨和所述反螺旋桨，驱动水下机器人主体实现前进、后退和左右动作，还用于根据所述驱动控制信号的内容驱动所述沉浮电机以控制所述附带螺旋桨，驱动水下机器人主体实现上升与下潜动作；所述水下焊缝识别设备包括图像预处理子设备、二值化处理子设备、列边缘检测子设备、行边缘检测子设备、目标分割子设备和目标识别子设备，所述图像预处理子设备与所述CMOS摄像头连接，以对所述水下图像依次执行自适应边缘增强和小波滤波处理，以获得预处理水下图像；所述二值化处理子设备与所述图像预处理子设备和所述静态存储设备分别连接，将所述预处理水下图像的每一个像素的亮度与所述黑白阈值分别比较，当像素的亮度大于所述黑白阈值时，将像素记为白色像素，当像素的亮度小于所述黑白阈值时，将像素记为黑色像素，从而获得二值化水下图像；所述列边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每列黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的列记为边缘列；所述行边缘检测子设备与所述二值化处理子设备和所述静态存储设备分别连接，用于对所述二值化水下图像，计算每行黑色像素的数目，将黑色像素的数目大于等于所述像素数阈值的行记为边缘行；所述目标分割子设备与所述列边缘检测子设备和所述行边缘检测子设备分别连接，将边缘列和边缘行交织的区域作为目标存在区域，并从所述二值化水下图像中分割出所述目标存在区域以作为目标子图像输出；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，将所述目标子图像与所述灰度化焊缝模版匹配，匹配成功，则输出存在焊缝信号，匹配失败，则输出不存在焊缝信号；其中，所述嵌入式处理器与所述GPS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、所述水下焊缝识别设备和所述驱动设备分别连接，用于监视所述驱动设备的驱动状态，还用于在接收到所述存在焊缝信号时，启动所述GPS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GPS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GPS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GPS定位数据，并通过电缆将所述预处理水下图像和所述焊缝GPS定位数据传输到所述水上处理设备；所述嵌入式处理器在接收到所述存在焊缝信号时，基于所述目标子图像在所述水下图像的相对位置确定电焊钳驱动信号。