基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，密封盒體前端蓋與壓緊蓋配合，后端蓋開有一個螺紋孔，與底座配合，在密封盒體外部一側(cè)開有螺紋孔；擋弧板安裝固定在焊炬和傳感器之間，電纜外接密封接頭與密封盒體連接，支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計為“T”型板，橫板緊固在密封盒體后端蓋上，CCD、舵機(jī)分別安裝固定在立板兩面，激光器安裝在舵機(jī)上。本發(fā)明中，傳感器密封良好，結(jié)構(gòu)輕便。“T”型板的設(shè)計使內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，各器件拆裝方便。電纜外接密封接頭使密封的薄弱環(huán)節(jié)密封良好。擋弧板的設(shè)計使圖像采集效果顯著增強(qiáng)。舵機(jī)的安裝使激光器的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化，調(diào)節(jié)方便準(zhǔn)確。
【專利說明】基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于焊縫跟蹤【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著海洋石油的開發(fā)利用和潛水技術(shù)的發(fā)展，海底輸油輸氣管線以及海洋工程結(jié)構(gòu)日益增多。水下焊接技術(shù)應(yīng)用日益廣泛。目前，我國的水下焊接技術(shù)基本上還停留在手工焊接的水平，長期以來，都是潛水員潛入水底進(jìn)行水下焊接。由于人的生理極限的限制，人類利用普通混合氣體潛水最大深度為100m。人工焊接方式的缺點(diǎn)是受到潛水深度的限制，對人員素質(zhì)和安全問題要求特別高。
[0003]近年來，基于特定用途的機(jī)器人得到迅猛發(fā)展，水下焊接機(jī)器人被認(rèn)為是未來水下焊接自動化的發(fā)展方向。水下焊接機(jī)器人可以使?jié)撍腹げ槐卦谖ｋU的水域進(jìn)行焊接，減少或去除手工焊接所需的生命維持系統(tǒng)及安全保障系統(tǒng)，極大地提高工作效率，滿足人們深水焊接的需要。因此，焊接設(shè)備由手工向水下焊接自動化的方向發(fā)展已成為必然的趨勢。水下焊縫信息識別及焊縫跟蹤智能控制技術(shù)是實(shí)現(xiàn)水下焊接自動化的關(guān)鍵。焊縫跟蹤系統(tǒng)因?yàn)閭鞲衅鞯牟煌譃殡娀鞲衅鳌⒔佑|傳感器、超聲波傳感器、視覺傳感器，其中視覺傳感器具有信息量大、靈敏度高、測量精度高、響應(yīng)快、抗電磁場干擾能力強(qiáng)、適合于各種坡口形狀等優(yōu)點(diǎn)，得到了廣泛的應(yīng)用。
[0004]將視覺傳感器應(yīng)用于水下焊接機(jī)器人進(jìn)行焊縫跟蹤，會出現(xiàn)各種各樣陸地焊接所未遇到的問題，其中包括可見度差，水對光的吸收、反射和折射等影響，使得光在水中傳播時減弱得很快。另外，焊接時電弧周圍產(chǎn)生氣泡和煙霧，使水下電弧的可見度非常低。在淤泥的海底和夾帶泥沙的海域中進(jìn)行水下焊接，水中可見度會更差。因此需要設(shè)計專用的水下焊接焊縫跟蹤視覺傳感器，以適應(yīng)水下焊接的要求。經(jīng)檢索發(fā)現(xiàn)，江西省機(jī)器人與焊接自動化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的學(xué)者在《焊接生產(chǎn)應(yīng)用》上發(fā)表的水下焊接機(jī)器人視覺傳感器設(shè)計一文中，介紹了水下焊接機(jī)器人視覺傳感系統(tǒng)的組成，但其在殼體的密封、激光調(diào)節(jié)的自動化及內(nèi)部器件布局等方面還存在很大改進(jìn)的余地。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，旨在實(shí)現(xiàn)深水防漏，最大限度地排除弧光、氣泡、泥沙干擾，采集清晰圖像，處理圖像，獲取有效跟蹤信息，保證焊接質(zhì)量。
[0006]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)包括:密封盒、擋弧板、電纜外接密封接頭、支撐結(jié)構(gòu)、面陣CCD、激光器、舵機(jī)、供電控制和外部接口的電路。此系統(tǒng)安裝固定在焊炬所在機(jī)械臂上。
[0007]所述的密封盒前端蓋為凸臺狀鋼化玻璃，與壓緊蓋配合，采用密封墊密封，后端蓋和密封盒采用密封墊密封，并開有一個螺紋孔，與安裝電纜密封接頭的底座配合，采用“O”型圈密封，在盒體外部一側(cè)開有方便安裝固定的螺紋孔；所述的擋弧板通過固定片和螺絲安裝固定在焊炬和傳感器之間；所述的電纜外接密封接頭與密封盒通過螺紋和“O”型圈密封連接，遠(yuǎn)端通過旋進(jìn)壓緊螺母縱向擠壓電纜，使其發(fā)生橫向變形，進(jìn)而密封電纜出口，密封腔內(nèi)有一顆航空插頭；所述的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計為“T”型板，橫板通過螺絲緊固在密封盒后端蓋上，CCD、舵機(jī)分別通過螺紋連接安裝固定在立板兩面；所述的激光器安裝在舵機(jī)上；所述的傳感器的電源線與信號線通過電纜密封接頭內(nèi)部的航空插頭與外部連接，其中插座安裝在電纜密封接頭的底座上。
[0008]進(jìn)一步，所述的密封盒具有水下密封和實(shí)現(xiàn)電源與信號與外部導(dǎo)通的功能；密封盒的材料必須為耐腐蝕，高強(qiáng)度材料，可以是鋁合金、不銹鋼、陶瓷、鋼化玻璃或以上材料的組合。
[0009]進(jìn)一步，擋弧板的材料必須為耐腐蝕，耐高溫材料，可以是橡膠、碳纖維、塑料或者以上材料的組合；用于遮擋焊接時產(chǎn)生的弧光、飛濺、氣泡，避免干擾圖像采集；清掃焊縫上的泥沙，保證焊縫質(zhì)量；使傳感器免受高溫飛濺的損壞。
[0010]進(jìn)一步，所述的電纜密封接頭用于實(shí)現(xiàn)密封盒和電纜的密封連接，它必須為耐腐蝕，高強(qiáng)度材料，可以是鋁合金、不銹鋼或以上材料的組合。
[0011]進(jìn)一步，所述的支撐結(jié)構(gòu)必須為輕質(zhì)絕緣材料，可以是電木、塑料或者以上材料的組合，該設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，便于拆裝，且避免在密封盒內(nèi)部大量打孔，提高了密封性能。
[0012]進(jìn)一步，所述的面陣CCD必須滿足能在水中復(fù)雜環(huán)境下采集圖像，滿足條件的各種CCD均可，為了有效過濾焊接時的弧光，該傳感器采用復(fù)合濾光，CCD鏡頭前方安裝有與激光等波長的濾光片，與所采用的激光器結(jié)構(gòu)光波長相符。
[0013]進(jìn)一步，所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)采用定長一字型激光器提供主動光源，功率在200mw及以上均可，可安裝在舵機(jī)上，由舵機(jī)調(diào)節(jié)激光器角度；水對光的吸收較大，若激光功率過小則導(dǎo)致圖像采集困難；激光器體積盡可能小，方便安裝固定和角度調(diào)節(jié)。
[0014]進(jìn)一步，所述的舵機(jī)采用較小體積舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)激光中點(diǎn)與焊縫對準(zhǔn)的自動調(diào)節(jié)。
[0015]進(jìn)一步，所述的供電控制和外部接口的電路用于電源的供應(yīng)和信號的傳輸，傳感器的電源線與信號線通過電纜密封接頭內(nèi)部的九芯航空插頭與外部連接，其中九芯插座安裝在電纜密封接頭的底座上。
[0016]本發(fā)明中，傳感器密封良好，結(jié)構(gòu)輕便?！癟”型板的設(shè)計使，內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊湊，各器件拆裝方便。電纜外接密封接頭則使密封的薄弱環(huán)節(jié)密封良好。擋弧板的設(shè)計使圖像采集效果顯著增強(qiáng)，對焊縫的清掃更是提高了焊接的質(zhì)量。舵機(jī)的安裝使激光器的調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)自動化，調(diào)節(jié)方便準(zhǔn)確。該傳感器適用于基于主動視覺的水下濕法焊接焊縫跟蹤。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)傳感器裝配示意圖；
[0018]圖2是與密封盒體后端蓋相連的電纜密封接頭組成示意圖；
[0019]圖3是基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)工作流程圖；
[0020]圖4是基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)跟蹤折線，斜線等形狀焊縫的流程圖；[0021]圖中:1、密封盒；2、擋弧板固定片；3、擋弧板；4、緊壓蓋；5、螺絲；6、后端蓋；7、舵機(jī)；8、激光器；9、支撐結(jié)構(gòu)；10、面陣CXD ;11、鋼化玻璃；12、壓緊螺母；13、密封橡膠圈；14、電纜密封接頭殼體；15、九芯航空插座；16、九芯航空插頭；17、電纜密封接頭螺紋；18、防水電纜
【具體實(shí)施方式】
[0022]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0023]本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)包括:密封盒體1、擋弧板2、電纜外接密封接頭14、支撐結(jié)構(gòu)9、面陣CCD10、激光器8、舵機(jī)7、供電控制和外部接口的電路18。
[0024]如圖1所示的是基于主動視覺的水下濕法焊接傳感器。I為密封盒體，材料為鋁合金。2為擋弧板固定片，材料為鋁合金，用于實(shí)現(xiàn)擋弧板3和密封盒體I連接。3為擋弧板，材質(zhì)為氟橡膠。4為緊壓凸臺玻璃的緊壓蓋，通過螺絲5與密封墊實(shí)現(xiàn)與密封盒體I的緊密連接。6為后端蓋，后開有一個螺紋孔，實(shí)現(xiàn)和電纜密封接頭的連接。8為定長一字型紅外激光器，波長662nm。支撐結(jié)構(gòu)9為“T”型支撐板，材料為電木。10為面陣CCD，前加有662nm的濾光片。
[0025]如圖2所示的是與傳感器后端蓋相連的電纜密封接頭。該接頭為自主加工設(shè)計。12為壓緊螺母。13為密封橡膠圈，壓緊螺母12通過旋緊，壓緊電纜和密封橡膠圈13，使達(dá)到緊密連接。14為電纜密封接頭的殼體。15為九芯航空插座。16為九芯航空插頭。17為電纜密封接頭螺紋部分，它和后端蓋6、電纜密封接頭殼體14均通過壓緊“O”型圈實(shí)現(xiàn)緊壓。
[0026]傳感器的安裝順序從右到左的如下:
[0027]將密封墊、凸臺狀鋼化玻璃、密封墊、壓緊蓋4依次放入前端蓋的凹槽內(nèi)，通過8顆螺絲5將壓緊蓋4壓緊鋼化玻璃實(shí)現(xiàn)密封連接。
[0028]將擋弧板3通過螺絲5安裝在密封盒體I上。
[0029]面陣CXDlO通過螺絲5安裝固定在“T”型板一側(cè)。激光器安裝在舵機(jī)上，舵機(jī)固定在“ T ”型板上。
[0030]航空插頭的插座固定在電纜外接密封接頭底座上。支撐結(jié)構(gòu)9 “ T ”型板通過螺絲5固定在后端蓋6上。舵機(jī)的電源線、信號線，激光器8的電源線、面陣CCDlO的電線、信號線，與九芯航空插頭16相連。
[0031]后端蓋6通過螺絲5安裝在密封盒體I上，用密封墊實(shí)現(xiàn)密封。將九芯航空插頭16插在九芯航空插座15上。接著，將電纜外接密封接頭腔體旋緊在底座上，用“O”型圈實(shí)現(xiàn)密封。
[0032]旋緊壓緊螺母12縱向擠壓“O”型密封墊圈，在壓緊螺母12的壓力下，與電纜緊密接觸，實(shí)現(xiàn)密封。
[0033]進(jìn)一步，所述的密封盒體I具有水下密封和實(shí)現(xiàn)電源與信號與外部導(dǎo)通的功能；密封盒體I的材料必須為耐腐蝕，高強(qiáng)度材料，可以是鋁合金、不銹鋼、陶瓷、鋼化玻璃或以上材料的組合。
[0034]進(jìn)一步，所述的擋弧板2的材料必須為耐腐蝕，耐高溫材料，可以是橡膠、碳纖維、塑料或者以上材料的組合；用于遮擋焊接時產(chǎn)生的弧光、飛濺、氣泡，避免干擾圖像采集；清掃焊縫上的泥沙，保證焊縫質(zhì)量；使傳感器免受高溫飛濺的損壞。
[0035]進(jìn)一步，所述的電纜密封接頭用于實(shí)現(xiàn)密封盒和電纜的密封連接，它必須為耐腐蝕，高強(qiáng)度材料，可以是鋁合金、不銹鋼或以上材料的組合。
[0036]進(jìn)一步，所述的支撐結(jié)構(gòu)9必須為輕質(zhì)絕緣材料，可以是電木、塑料或者以上材料的組合，該設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，便于拆裝，且避免在密封盒內(nèi)部大量打孔，提高了密封性能。
[0037]進(jìn)一步，所述的面陣CXDlO必須滿足能在水中復(fù)雜環(huán)境下采集圖像，滿足條件的各種CCD均可，為了有效過濾焊接時的弧光，該傳感器采用復(fù)合濾光，CCD鏡頭前方安裝有與激光等波長的濾光片，與所采用的激光器結(jié)構(gòu)光波長相符。
[0038]進(jìn)一步，所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)采用定長一字型激光器提供主動光源，功率在200mw及以上均可，可安裝在舵機(jī)上，由舵機(jī)調(diào)節(jié)激光器角度；水對光的吸收較大，若激光功率過小則導(dǎo)致圖像采集困難；激光器體積盡可能小，方便安裝固定和角度調(diào)節(jié)。
[0039]進(jìn)一步，所述的舵機(jī)采用較小體積舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)激光中點(diǎn)與焊縫對準(zhǔn)的自動調(diào)節(jié)。
[0040]進(jìn)一步，所述的供電控制和外部接口的電路用于電源的供應(yīng)和信號的傳輸，傳感器的電源線與信號線通過電纜密封接頭內(nèi)部的九芯航空插頭16與外部連接，其中九芯插座15安裝在電纜密封接頭的底座上。
[0041]將組裝好的傳感器安裝在機(jī)械臂上或其他伺服機(jī)構(gòu)上。
[0042]如圖4所示，為基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)工作流程圖。其中的圖像處理，轉(zhuǎn)彎處理等均包含在所編寫的軟件內(nèi)。
[0043]焊槍對準(zhǔn)焊縫。通過VC++編寫的實(shí)驗(yàn)控制平臺調(diào)節(jié)焊接參數(shù)。然后，開啟圖像采集模塊，經(jīng)過圖像處理，計算激光中點(diǎn)與焊縫的偏移量，舵機(jī)執(zhí)行偏移量，實(shí)現(xiàn)激光中點(diǎn)自動對中焊縫。
[0044]開始焊接過程。實(shí)時采集、處理圖像，計算出當(dāng)前焊槍位置，焊縫位置，從而得出偏移量。偏移量傳回焊接控制上位機(jī)，上位機(jī)根據(jù)偏移量控制伺服電機(jī)運(yùn)動跟蹤焊縫。在沒有遇到轉(zhuǎn)彎時，一直進(jìn)行斜線或直線焊接，不用進(jìn)行特殊處理。當(dāng)遇到轉(zhuǎn)彎時，執(zhí)行轉(zhuǎn)彎處理。
[0045]焊接完成。
[0046]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行了描述，但并非對本發(fā)明保護(hù)范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性的勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)包括:密封盒體、擋弧板、電纜外接密封接頭、支撐結(jié)構(gòu)、面陣CCD、激光器、舵機(jī)、供電控制和外部接口的電路。此系統(tǒng)安裝固定在焊炬所在機(jī)械臂上； 所述的密封盒體前端蓋為凸臺狀鋼化玻璃，與壓緊蓋配合，采用密封墊密封，后端蓋和密封盒采用密封墊密封，并開有一個螺紋孔，與安裝電纜密封接頭的底座配合，采用“O”型圈密封，在密封盒體外部一側(cè)開有方便安裝固定的螺紋孔；所述的擋弧板通過固定片和螺絲安裝固定在焊炬和傳感器之間；所述的電纜外接密封接頭與密封盒通過螺紋和“O”型圈密封連接，遠(yuǎn)端通過旋進(jìn)壓緊螺母縱向擠壓電纜，使其發(fā)生橫向變形，進(jìn)而密封電纜出口，密封腔內(nèi)有一顆航空插頭；所述的支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計為“T”型板，橫板通過螺絲緊固在密封盒后端蓋上，CCD、舵機(jī)分別通過螺紋連接安裝固定在立板兩面；所述的激光器安裝在舵機(jī)上；所述的傳感器的電源線與信號線通過電纜密封接頭內(nèi)部的航空插頭與外部連接，其中插座安裝在電纜密封接頭的底座上。
2.如權(quán)利要求1所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的密封盒體具有水下密封和實(shí)現(xiàn)電源與信號與外部導(dǎo)通的功能；密封盒的材料必須為耐腐蝕，高強(qiáng)度材料，可以是鋁合金、不銹鋼、陶瓷、鋼化玻璃或以上材料的組合。
3.如權(quán)利要求1所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的擋弧板的材料必須為耐腐蝕，耐高溫材料，可以是橡膠、碳纖維、塑料或者以上材料的組合；用于遮擋焊接時產(chǎn)生的弧光、飛濺、氣泡，避免干擾圖像采集；清掃焊縫上的泥沙，保證焊縫質(zhì)量；使傳感器免受高溫飛濺的損壞。
4.如權(quán)利要求1所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的電纜密封接頭用于實(shí)現(xiàn)密封盒和電纜的密封連接，它必須為耐腐蝕，高強(qiáng)度材料，可以是鋁合金、不銹鋼或以上材料的組合。
5.如權(quán)利要求1所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的支撐結(jié)構(gòu)必須為輕質(zhì)絕緣材料，可以是電木、塑料或者以上材料的組合，該設(shè)計結(jié)構(gòu)緊湊，便于拆裝，且避免在密封盒內(nèi)部大量打孔，提高了密封性能。
6.如權(quán)利要求1所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的面陣CCD必須滿足能在水中復(fù)雜環(huán)境下采集圖像，滿足條件的各種CCD均可，為了有效過濾焊接時的弧光，該傳感器采用復(fù)合濾光，CCD鏡頭前方安裝有與激光等波長的濾光片，與所采用的激光器結(jié)構(gòu)光波長相符。
7.如權(quán)利要求1所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)采用定長一字型激光器提供主動光源，功率在200mw及以上均可，可安裝在舵機(jī)上，由舵機(jī)調(diào)節(jié)激光器角度；水對光的吸收較大，若激光功率過小則導(dǎo)致圖像采集困難；激光器體積盡可能小，方便安裝固定和角度調(diào)節(jié)。
8.如權(quán)利要求1所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的舵機(jī)采用較小體積舵機(jī)，實(shí)現(xiàn)激光中點(diǎn)與焊縫對準(zhǔn)的自動調(diào)節(jié)。
9.如權(quán)利要求1所述的基于主動視覺的水下濕法焊接跟蹤系統(tǒng)，其特征在于，所述的供電控制和外部接口的電路用于電源的供應(yīng)和信號的傳輸，傳感器的電源線與信號線通過電纜密封接頭內(nèi)部的九芯航空插頭與外部連接，其中九芯插座安裝在電纜密封接頭的底座上。
【文檔編號】B23K37/00GK103586565SQ201310534177
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月4日
【發(fā)明者】陳波, 李準(zhǔn), 姜可可 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)（威海）