一种用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置

技术领域

本发明属于视觉检测装置，具体地说是一种用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置。

背景技术

随着人口急剧膨胀、陆地资源日益枯竭、环境不断恶化，世界各国聚焦蕴藏着丰富的石油、天然气资源以及矿产资源的海洋。海洋绞车是水面支持系统中关键的甲板机械装备，主要依托母船广泛地应用于海洋资源勘探与开发装备的收放及其在深海作业过程中的固定。近年来，海洋资源勘查与开发逐渐从近海向深海转移，随着装备作业深度的不断加大，要求海洋绞车缆绳超长，甚至达到10000米。在绞车运行中，缆绳从卷筒中放出以便海洋装备入海作业，回放海洋装备时缆绳又有序排列并储存于卷筒之中。但是，在缆绳超长、复杂多变海况、工况条件等影响下，绞车有时出现乱缆（空槽、咬缆、背缆）、夹缆现象，从而导致海洋装备收放作业停顿、甚至失败；乱缆、夹缆引发相互挤压容易损坏缆绳，而海洋绞车缆绳一般为脐带缆，不仅具有牵引、吊装功能，并且具有深海供电、控制和通讯功能；缆绳问题轻则海洋装备不能预期作业，重则不能收回装备，成为海洋绞车运行、海洋装备作业的安全隐患。

目前，绞车有机械式、电控式两种自动排缆方式。机械式自动强排缆方法属于间接驱动方式，采用链传动、齿轮传动（减速器）、齿轮齿条传动、带传动以及双向牙嵌式离合器（换向器）等装置将储缆卷筒主轴与排缆丝杆连接，以储缆卷筒动力源驱动排缆机构，采用机械传动比强制储缆卷筒主轴与排缆丝杠协同运动进行自动排缆。电控式自动排缆方法主要有两类，一类是通过检测卷筒转速、丝杆转速或位移，按照卷筒旋转一周排缆机构沿卷筒轴向方向平移一个缆径位移量的原理，以丝杆转速或位移作为反馈，控制丝杆转速与转向，使导缆轮与储缆卷筒之间协调运动，实现自动排缆；另一类是通过检测缆绳偏角，控制丝杆转速与转向，保持缆绳在收放过程中与导缆轮零偏角，使排缆机构与储缆卷筒协同运动，实现自动排缆。缆绳排列密实整齐主要是通过机械传动关系（机械式强排缆）、检测卷筒与丝杆转速或缆绳偏角（电控式排缆）并进行相应控制来间接保证。由于没有检测直接表征排缆质量的物理量，且在自动排缆过程中存在摩擦磨损、检测误差、信号干扰，一旦排缆出现偏差，排缆控制器无从知晓，不能实现自动纠偏，只能人为观察并干预，实行手动纠偏。这对海洋绞车运行、海洋装备造成潜在安全隐患。因此，发明一种用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置来获得直接表征排缆质量的缆绳间隙，将此间隙大小作为反馈控制量来进行自动排缆，是十分必要的。

发明内容

为了克服现有绞车排缆技术上的不足，本发明提供一种结构简单、自适应性好的用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置。

本发明解决上述问题的技术方案是：一种用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置，它包括视觉检测相机、导轨、齿轮齿条装置、相机伺服电机、相机伺服驱动器、图像采集与处理模块、光源组，用于图像采集与处理、视觉检测相机动态标定、缆绳间隙测量。

在本发明中，所述的用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置，其特征在于，所述导轨固定端安装在导缆轮上，所述视觉检测相机固定安装在导轨滑动端上，视觉检测相机、导轨与导缆轮一起随丝杆正反转而往返运动，实现视觉检测相机与缆绳缠绕到储缆卷筒卷入轴向位置相对不变，保证在排缆过程中视觉检测相机的拍摄镜头一直对准缆绳缠绕到储缆卷筒上的卷入位置。

在本发明中，所述的用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置，其特征在于，所述相机伺服电机通过齿轮齿条装置与导轨滑动端相连，所述相机伺服驱动器与相机伺服电机通过电缆连接，根据缆绳缠绕层数控制器控制相机伺服驱动器驱动相机伺服电机，并通过齿轮齿条装置带动导轨滑动端运动，自动调节视觉检测相机与储缆卷筒最上层缆绳之间的距离，使两者径向距离保持相对不变。

在本发明中，所述的用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置，其特征在于，所述图像采集与处理模块与视觉检测相机、控制器相连，采集视觉检测相机拍摄图像，并进行相应的图像处理得到缆绳间隙测量值送至控制器，作为自动排缆控制反馈量。

在本发明中，所述的用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置，其特征在于，所述分布式光源组包括N个光源，光源的个数由储缆卷筒的长度而定，并均匀分布安装，增强储缆卷筒全长范围内被检测缆绳的光照亮度，提高缆绳间隙视觉检测成像效果以及检测精度。

本发明的有益效果在于：本发明通过视觉检测相机采集排缆过程中缠绕到储缆卷筒上缆绳之间的间隙，将此间隙大小作为反馈控制量来进行自动排缆；本发明的视觉检测相机可跟随丝杆正反转而轴向往返运动，确保视觉检测相机拍摄镜头在排缆过程实时对准缆绳缠绕到储缆卷筒卷入位置，同时可通过相机伺服电机驱动齿轮齿条装置，根据缆绳缠绕层数自动调节视觉检测相机径向位置，保证视觉检测相机与储缆卷筒最上层缆绳之间的距离相对不变，通过轴向、径向两个维度上的自适应调节，实现视觉检测相机的拍摄视角和拍摄距离不变，有效解决了视觉检测相机在排缆运动过程中的动态标定问题，提高了缆绳间隙视觉检测精度，有效确保自动排缆控制，避免排缆过程中出现乱缆、夹缆现象，提高缆绳使用寿命和海洋绞车运行、海洋装备作业的安全性。

附图说明

图1为本发明的总体结构框图。

具体实施方案

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见附图，图1是本发明的总体结构框图，一种用于电驱动海洋绞车自动排缆的视觉检测装置，它包括视觉检测相机A1、导轨A2、齿轮齿条装置A3、相机伺服电机A4、相机伺服驱动器A5、图像采集与处理模块A6、分布式光源组A7，用于图像采集与处理、视觉检测相机动态标定、缆绳间隙测量。

所述导轨A2固定端安装在导缆轮B2上，所述视觉检测相机A1固定安装在导轨A2滑动端上，视觉检测相机A1、导轨A2与导缆轮B2一起随丝杆B1正反转而往返运动，实现视觉检测相机A1与缆绳缠绕到储缆卷筒C1卷入轴向位置相对不变，使视觉检测相机A1的拍摄镜头在排缆过程中一直对准缆绳缠绕到储缆卷筒C1上的卷入位置，从而保证视觉检测相机A1的拍摄视角不变。

所述相机伺服电机A4通过齿轮齿条装置A3与导轨A2滑动端相连，所述相机伺服驱动器A5与相机伺服电机A4、控制器D1通过电缆连接，根据缆绳缠绕层数控制器D1控制相机伺服驱动器A5驱动相机伺服电机A4，并通过齿轮齿条装置A3带动导轨A2滑动端运动，自动调节视觉检测相机A4与储缆卷筒C1最上层缆绳之间的距离，使两者径向距离在排缆过程中保持相对不变，保证视觉检测相机A1的拍摄距离不变，有效解决相机伺服电机B4在排缆运动过程中的动态标定问题。

所述图像采集与处理模块A6与视觉检测相机A1、控制器D1相连，采集视觉检测相机A1拍摄图像，并进行相应的图像处理得到缆绳C2间隙测量值送至控制器D1，作为自动排缆控制反馈量。

所述分布式光源组A7包括N个光源，光源的个数由储缆卷筒的长度而定，并均匀分布安装，增强储缆卷筒C1全长范围内被检测缆绳C2的光照亮度，提高缆绳C2间隙视觉检测成像效果以及检测精度。

本发明的工作原理如下：根据海洋绞车收放海洋作业装备E1时储缆卷筒C1正反转运动，控制器D1控制丝杆伺服驱动器B3驱动丝杆B1正反转，带动导缆轮B2在丝杆B1上往返运动进行自动排缆，在排缆过程中，视觉检测相机A1与导缆轮B2一起跟随丝杆B1旋转而进行轴向平移运动，视觉检测相机A1拍摄镜头一直对准缆绳C2缠绕到储缆卷筒卷C1入位置，保证视觉检测相机A1的拍摄视角不变；根据缆绳C1缠绕层数相机伺服电机A4驱动齿轮齿条装置A3带动导轨A2滑动端移动，自动调节视觉检测相机A1径向位置，使视觉检测相机A1与储缆卷筒C1最上层缆绳之间的距离相对不变，保证视觉检测相机A1的拍摄距离不变；通过轴向、径向两个维度上的自适应调节，实现视觉检测相机A1的拍摄视角和拍摄距离不变，有效解决了视觉检测相机A1在排缆运动过程中的动态标定问题，提高了缆绳间隙视觉检测精度；在排缆过程中缆绳每绕一圈，视觉检测相机A1拍摄一张图像，通过图像采集与处理模块A6采集图像并进行相应的图像处理得到缆绳间隙测量值，然后送至控制器D1，将此间隙测量值作为反馈控制量来进行自动排缆；在排缆过程中分布式光源组在储缆卷筒C1全长范围内提供强亮度光照，提高缆绳C2间隙视觉检测成像效果以及检测精度；由于缆绳间隙的大小能直接表征排缆紧密有序性，因此把缆绳间隙作为反馈来控制排缆，有效避免排缆过程中出现乱缆、夹缆现象，从而提高缆绳使用寿命和海洋绞车运行、海洋装备作业的安全性。