一種基于激光圖像處理的水下焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于激光圖像處理的水下焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水下設(shè)備的質(zhì)量很大程度由水下焊接質(zhì)量確定，而水下焊接的首要要塞是對(duì)焊縫定位準(zhǔn)確，現(xiàn)有技術(shù)中，由于水下作業(yè)環(huán)境特殊，水下成像技術(shù)很難控制，導(dǎo)致成像效果不佳，無法進(jìn)行焊縫識(shí)別。
[0003]為此，需要一種基于高質(zhì)量激光圖像的焊縫識(shí)別方案，能夠精確控制水下激光成像器的快門開關(guān)，能夠準(zhǔn)確識(shí)別出激光圖像中的焊縫位置，并進(jìn)而能夠進(jìn)行自動(dòng)焊接，從而延長水下設(shè)備的壽命。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)，利用焊接平臺(tái)主體架構(gòu)作為水下焊接設(shè)備載體，利用聲納和聲納圖像處理設(shè)備確定水下激光成像設(shè)備的快門觸發(fā)時(shí)間，采用有針對(duì)性的圖像識(shí)別技術(shù)和圖像定位技術(shù)準(zhǔn)確確定焊縫位置，以基于焊縫位置實(shí)施自動(dòng)焊接。
[0005]根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供了一種基于激光圖像處理的水下焊接方法，該方法包括:1)提供一種基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)，所述焊接平臺(tái)包括激光成像設(shè)備和焊縫跟蹤設(shè)備，所述激光成像設(shè)備基于聲納圖像處理結(jié)果啟動(dòng)對(duì)水下激光圖像的拍攝，所述焊縫跟蹤設(shè)備與所述激光成像設(shè)備連接，對(duì)所述水下激光圖像進(jìn)行激光圖像處理以確定焊縫相關(guān)信息；2)運(yùn)行所述平臺(tái)。
[0006]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)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；安全開關(guān)，其負(fù)極導(dǎo)線連接到所述電焊鉗；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；靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，預(yù)先存儲(chǔ)了亮度閾值上限和亮度閾值下限，還用于預(yù)先存儲(chǔ)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；聲納設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，用于對(duì)水下目標(biāo)執(zhí)行聲納圖像采集，以獲得聲納圖像；聲納圖像處理設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，與所述聲納設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，包括第一檢測子設(shè)備、第二檢測子設(shè)備和目標(biāo)距離檢測子設(shè)備，所述第一檢測子設(shè)備與所述聲納設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，用于采用亮度閾值上限遍歷聲納圖像以分割出核心目標(biāo)區(qū)域；所述第二檢測子設(shè)備與所述第一檢測子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，用于以所述核心目標(biāo)區(qū)域的邊緣點(diǎn)作為種子點(diǎn)，利用亮度閾值下限對(duì)核心目標(biāo)區(qū)域附近的像素點(diǎn)進(jìn)行亮度判斷，以獲得并分割出最終目標(biāo)區(qū)域；所述目標(biāo)距離檢測子設(shè)備與所述第二檢測子設(shè)備連接，計(jì)算最終目標(biāo)區(qū)域的中心點(diǎn)到聲納圖像檢測原點(diǎn)的距離并作為目標(biāo)距離輸出；激光成像設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，包括激光器、探測器和微控制器，所述激光器對(duì)水下目標(biāo)發(fā)出激光束，以在所述激光束被水下目標(biāo)反射到所述探測器時(shí)，便于所述探測器的拍攝，所述微控制器與所述聲納圖像處理設(shè)備、所述激光器和所述探測器分別連接，基于目標(biāo)距離和激光在水下傳播速度確定所述探測器快門的選通時(shí)間，并在選通時(shí)間到達(dá)時(shí)，選通所述探測器的快門，觸發(fā)所述探測器對(duì)水下目標(biāo)進(jìn)行拍攝，以獲得水下激光圖像；所述焊縫跟蹤設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，與所述激光成像設(shè)備連接，包括圖像預(yù)處理子設(shè)備、二值化處理子設(shè)備、列邊緣檢測子設(shè)備、行邊緣檢測子設(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)備與所述激光成像設(shè)備連接，以對(duì)所述水下激光圖像依次執(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子設(shè)備和所述行邊緣檢測子設(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)；數(shù)字信號(hào)處理器，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，與所述焊縫跟蹤設(shè)備連接，用于在接收到所述存在焊縫信號(hào)時(shí)，將所述目標(biāo)子圖像執(zhí)行MPEG-4壓縮編碼以獲得壓縮圖像，并將所述壓縮圖像和所述存在焊縫信號(hào)通過水下電纜傳送到水上焊接處理中心；其中，所述數(shù)字信號(hào)處理器在接收到所述存在焊縫信號(hào)時(shí)，根據(jù)焊縫子圖像在水下圖像的相對(duì)位置確定電焊鉗驅(qū)動(dòng)信號(hào)。
[0007]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)中:所述數(shù)字信號(hào)處理器在接收到所述不存在焊縫信號(hào)時(shí)，將所述不存在焊縫信號(hào)通過水下電纜傳送到水上焊接處理中心。
[0008]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)中，所述焊接平臺(tái)還包括:GPS定位設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上方的水面浮標(biāo)上，與所述數(shù)字信號(hào)處理器連接，用于在接收到所述存在焊縫信號(hào)時(shí)，將接收到的GPS定位數(shù)據(jù)發(fā)送到水上焊接處理中心。
[0009]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)中:所述GPS定位設(shè)備包括太陽能光伏板，用于為所述GPS定位設(shè)備提供電力供應(yīng)。
[0010]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)中:所述數(shù)字信號(hào)處理器為TI公司的DSP芯片。
[0011]更具體地，在所述基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)中:所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備為SDRAM0
【附圖說明】
[0012]以下將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施方案進(jìn)行描述，其中:
[0013]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)的結(jié)構(gòu)方框圖。
[0014]附圖標(biāo)記:1激光成像設(shè)備；2焊縫跟蹤設(shè)備
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面將參照附圖對(duì)本發(fā)明的基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)的實(shí)施方案進(jìn)行詳細(xì)說明。
[0016]現(xiàn)有技術(shù)中，由于水下作業(yè)的特殊環(huán)境，水下焊接難度較大，其激光成像時(shí)機(jī)難以控制，而且缺乏適應(yīng)水下環(huán)境的圖像識(shí)別技術(shù)和定位技術(shù)，導(dǎo)致水下焊縫難以識(shí)別和定位。
[0017]為了克服上述不足，本發(fā)明搭建了一種基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)，通過改造水下焊接設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)，引入一系列適合水下操作的電子輔助設(shè)備，使得自動(dòng)識(shí)別焊縫、實(shí)施焊接成為可能。
[0018]圖1為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案示出的基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)的結(jié)構(gòu)方框圖，所述焊接平臺(tái)包括激光成像設(shè)備和焊縫跟蹤設(shè)備，所述激光成像設(shè)備基于聲納圖像處理結(jié)果啟動(dòng)對(duì)水下激光圖像的拍攝，所述焊縫跟蹤設(shè)備與所述激光成像設(shè)備連接，對(duì)所述水下激光圖像進(jìn)行激光圖像處理以確定焊縫相關(guān)信息。
[0019]接著，繼續(xù)對(duì)本發(fā)明的基于激光圖像處理的水下焊接平臺(tái)的具體結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的說明。
[0020]所述焊接平臺(tái)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；安全開關(guān)，其負(fù)極導(dǎo)線連接到所述電焊鉗；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。
[0021]所述焊接平臺(tái)還包括:靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，預(yù)先存儲(chǔ)了亮度閾值上限和亮度閾值下限，還用于預(yù)先存儲(chǔ)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。
[0022]所述焊接平臺(tái)還包括:聲納設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，用于對(duì)水下目標(biāo)執(zhí)行聲納圖像采集，以獲得聲納圖像。
[0023]所述焊接平臺(tái)還包括:聲納圖像處理設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，與所述聲納設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，包括第一檢測子設(shè)備、第二檢測子設(shè)備和目標(biāo)距離檢測子設(shè)備，所述第一檢測子設(shè)備與所述聲納設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，用于采用亮度閾值上限遍歷聲納圖像以分割出核心目標(biāo)區(qū)域；所述第二檢測子設(shè)備與所述第一檢測子設(shè)備和所述靜態(tài)存儲(chǔ)設(shè)備分別連接，用于以所述核心目標(biāo)區(qū)域的邊緣點(diǎn)作為種子點(diǎn)，利用亮度閾值下限對(duì)核心目標(biāo)區(qū)域附近的像素點(diǎn)進(jìn)行亮度判斷，以獲得并分割出最終目標(biāo)區(qū)域；所述目標(biāo)距離檢測子設(shè)備與所述第二檢測子設(shè)備連接，計(jì)算最終目標(biāo)區(qū)域的中心點(diǎn)到聲納圖像檢測原點(diǎn)的距離并作為目標(biāo)距離輸出。
[0024]所述焊接平臺(tái)還包括:激光成像設(shè)備，設(shè)置在所述焊接平臺(tái)主體架構(gòu)上，包括激光器、探測器和微控制器，所述激光器對(duì)水下目標(biāo)發(fā)出激光束，以在所述激光束被水下目標(biāo)反射到所述探測器時(shí)，便于所述探測器的拍攝，所述微控制器與所述聲納圖像