海底管道干式高压焊接跟踪轨迹的识别.pdf

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1、第28卷第l期焊接学报VOI.28NO.l2007年l月TRANSACTIONSOFTHECHINAWELDINGINSTITUTIONJanuary2007海底管道干式高压焊接跟踪轨迹的识别焦向东l，黄松涛l，周灿丰l，薛龙l，房晓明2，章怡圣2（l.北京石油化工学院光机电装备技术北京市重点实验室，北京l026l7；2.中国海洋石油工程股份有限公司，天津300452）摘要：干式高压TIG焊接法是海底输油（气）破损管道修复所用的重要的、焊接质量较高的连接方法，而自动化焊接又是解决潜水员焊接效率低下的有效途径，焊缝跟踪技术则是保证焊接过程正常进行和焊缝质量的关

2、键技术。设计了能克服环境压力影响的CCD图像摄取装置，研究了一套焊缝跟踪路径识别算法。运用直方图均衡化方法强化坡口与非坡口的差别，增加焊缝图像的理解性。提出了以图像灰度最低值拟合成的曲线将整个图像分为两个部分的图像分解法，提高了图像识别目标的焊缝坡口部分所占的比重，有利于二值化阈值的选取。采用基于数学形态学的二值图像边界识别方法分离出焊缝边界，用HOugh变换法确定坡口边线位置，最后用图像分解逆过程经合并后识别出坡口所在的位置。所提出的方法组合后抗干扰能力强，计算速度快，为进一步实现自动化焊接奠定了基础。焦向东关键词：干式高压焊接；边缘检测；焊缝识别；跟踪中

3、图分类号：TG409文献标识码：A文章编号：0253-360X（2007）0l-00l-040序言受海底干式舱中工况和工作条件的限制，焊接坡口的制备和组对质量无法保证达到陆上焊接所需的要求，因此对焊接自动化的核心工作即焊缝跟踪国内的石油资源量并不丰富。世界人均的石油的研究具有十分重要的意义。由于视觉传感器具有可采资源量是68t，而国内人均l2t；天然气的世界获取焊接区域信息丰富、智能化程度高、能适应不同平均水平是70000m3，国内的人均水平只有l0000m3。［3，4］接头等优点，在双层管自动焊机中使用了CCD针对这种情况，国务院提出了“调整东部，发展西部

4、，摄像头作为视觉传感器。一切工作的出发点是能准加快海上”的油气开发总方针，海上石油开发越来越确获取焊缝轨迹。作者介绍了海底输油双层管自动［l，2］占据更大比重。管道输送是海上油气运输的重化焊接设备跟踪系统的图像传感与处理技术。要手段。国内海洋结构的情况是，在数量逐年增多的同时，部分结构的在役时间也逐渐接近其设计寿命，因而维修问题也就更加突出，比如，渤海海域最l焊缝图像的获取早铺设的埕北油田海底管道已运行近20年，进入20世纪90年代后，损伤事故逐年增多，仅2002年中国经试验证实，CCD摄像头可以直接置于环境压海洋石油总公司就发生了4起海底管道损伤事故。力不

5、高于0.6Mpa的干式舱中使用（CCD摄像头参目前国内对于海底破损管道的修复基本依赖于国外数：分辨率752X582，像素大小8.6!mX8.3!m；焦距的大公司，成本很高，修复及时性不好。作者承担的4mm；滤光镜参数：中心波长940nm，半波带宽l0.6国家“十五”863重大项目之水下干式高压焊接的目nm，峰值透射率85%；图像获取过程中光圈调节量不标就是研制一套海底输油双层管自动化焊接设备和变），但是随着压力的增加，电弧亮度增加，清晰度变工艺。潜水员将设备空装在水下干式舱中，焊工在差。试验结果如图l所示，图la为0.2Mpa时的电船上遥控焊接，二人配合完成

6、焊接。弧图像，图lb为0.6Mpa时的电弧图像。为确保高压环境之下清晰的电弧形状和焊接轨迹的图像，必收稿日期：2005-l2-20须在线调节控制器，调节电动变焦镜头光圈和焦距，基金项目：国家“十五”863高技术研究发展计划资助项目“水下干因此选用了线控可变CCD镜头，满足了使用要求。式管道维修系统”（2002AA6020l2）；北京市人才强教计划之拔尖创新人才资助计划项目2焊接学报第28卷图2是灰度直方图均衡化增强的试验结果。图2a是进行灰度直方图增强的维纳自适应滤波原始图像；图2b是用64个灰度级进行直方图均衡化增强后的结果，原始图像的灰度级是256；图2

7、c是图2a所对应的灰度直方图；图2d是图2b所对应的（a）压力0.2Mpa（a）原始图像（b）压力0.6Mpa图1不同环境压力下的TIG焊接电弧形貌（b）增强后图像Fig.1TIGweldingarcatdifferentambientpressures2焊缝图像的预处理均匀量化的自然图像的灰度直方图通常在低值灰度区间上频率较大，使得图像中较暗区域中的细节常常看不清楚。为了使图像清晰，可将图像的灰度范围拉开，并且让灰度频率较小的灰度级变大，在较大的动态范围内趋于一致。通过累计分布函数（cumuiativedistributionfunction，CDF）将灰

8、度Sk的分（c）原始图像灰度值布转换为tk的均匀分布