基于视觉传感的局部干法水下坡口激光填丝焊接装置及方法

本发明涉及水下焊接，尤其是涉及一种基于视觉传感的局部干法水下坡口激光填丝焊接装置及方法。

背景技术：

1、目前，核设施中有很多水下设备和构件，长时间在复杂工况的服役，设备和构件的主材或焊缝容易产生各类缺陷或损伤，需在水下进行必要的现场修复工作，保证核设施的安全稳定运行。

2、公开号为cn115319464a的发明专利公开了一种核辐射环境水下修复系统及方法，提出了水下定位、水下检测、水下坡口成形、水下焊接增材、水下打磨吸尘全流程系统性的修复流程，满足对水下设施的检测和修复需求。

3、公开号为cn108701498a的发明专利公开了用于水下修复核反应堆部件的孔洞的设备和方法，使用修复设备对孔洞进行再加工，修复设备可以实现切削任务同时可以完成刨屑的抽吸，避免刨屑对现场环境产生影响。

4、公开号为cn208231072u的实用新型专利公开了基于主动视觉的水下湿法激光焊接跟踪装置，通过设置的顶板、风机和摄像头,可以跟踪焊接过程，可以排除焊接时产生的水泡,保证视野的清晰。

5、公开号为cn102699534b的发明专利公开基于扫描式激光视觉传感的厚板窄间隙深坡口激光自动化多层焊焊接方法，它涉及一种焊接方法，以解决现有基于结构光视觉传感的焊接方法只能用于简单的浅坡口激光焊缝跟踪任务,用于厚板窄间隙深坡口的焊缝焊接时，易出现遮蔽现象、坡口设别精度较低以及只能实现实时焊缝对中校准,不能实现窄间隙深坡口的激光多层焊焊道规划和焊接的问题。

6、公开号为cn113042886a的发明专利公开一种变间隙预扫描激光自熔与填丝交互焊接方法，该方法采用激光视觉传感系统,针对激光焊接过程中焊缝间隙的几何特征实时观察检测激光焊接中间隙尺寸,通过高效算法补偿运算，反馈运算结果。根据结果选择采用激光自熔焊还是激光填丝焊,并在激光填丝焊过程中根据焊缝间隙调节激光功率、送丝速度等工艺参数，最终实现激光焊接的变间隙焊缝成形控制，并能实现自动焊接在线实时反馈控制,解决自动焊接过程中焊缝成形不良的问题。

7、公开号为cn115488499a的发明专利公开一种水下激光填丝焊接装置及方法，确保水下激光焊接用丝量同时实现了水下执行机构的小型化及轻量化,提升了水下激光焊接覆盖工作覆盖范围，减少了焊接死区，为水下激光焊接作业提供便捷。

8、公开号为cn105057884b的发明专利公开一种基于激光图像处理的水下焊接平台，采用激光成像设备基于声纳图像处理结果启动对水下激光图像的拍摄,所述焊缝跟踪设备与所述激光成像设备连接,对所述水下激光图像进行激光图像处理以确定焊缝相关信息，能够以高质量的激光图像为识别基础,及时定位水下焊缝位置。

9、公开号为cn116372368a的发明专利公开一种水下激光焊接装置及焊接修复方法，该装置通过沿着激光头的轴向逐级布设的吸附单元对水下激光焊接产生的飞溅烟尘形成有效吸附提高了对激光头的防护性,提升了水下焊接的修复作业效果。

10、公开号为cn112355440a的发明专利公开一种水下焊缝超声跟踪系统及算法，针对水下焊缝缺陷检测或湿法焊接，在水下自动爬行机构上位于检测探头或焊枪的前方设置一个用于焊缝跟踪的超声波探头。通过向水下爬行机构的方向调节机构发出控制信号，以调节其跟踪方向。

11、本技术人发现现有技术至少存在以下技术问题：

12、现有的基于视觉传感的局部干法水下激光填丝焊接技术方面，只对焊接过程进行监测，未涉及焊缝跟踪以及焊道排布。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于视觉传感的局部干法水下坡口激光填丝焊接装置及方法，以解决现有技术中存在的现有的局部干法水下坡口激光填丝焊接装置，缺乏对焊缝坡口数据采集功能的技术问题。本发明提供的诸多技术方案中的优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

2、为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

3、本发明提供的一种基于视觉传感的局部干法水下坡口激光填丝焊接装置，包括排水模块、激光焊接模块以及机器视觉模块，其中，所述排水模块上形成焊接安装位以及视觉安装位且所述视觉安装位位于所述焊接安装位的前侧，所述激光焊接模块以及所述机器视觉模块分别设置于所述焊接安装位和所述视觉安装位，所述激光焊接模块以及所述机器视觉模块均与所述排水模块密封配合，所述机器视觉模块用于采集焊缝信息以便于规划焊道的排布。

4、进一步地，所述机器视觉模块包括壳体、工业相机以及线激光器，所述工业相机和所述线激光器设置在所述壳体内，所述壳体的底部形成相机窗口和线激光窗口，所述相机窗口和所述线激光窗口的上方分别对应所述工业相机和所述线激光器，所述壳体的底部设置有机玻璃以覆盖所述相机窗口和线激光窗口，所述壳体上设置有分别与所述工业相机和所述线激光器相连接的防水航空插头；所述视觉安装位上形成有安装孔，所述壳体与所述排水模块相连接且所述安装孔正对所述有机玻璃。

5、进一步地，所述工业相机与所述壳体的内侧面相连接，所述工业相机的高度可调节；所述线激光器与所述壳体的内侧面相连接，所述工业相机的高度和/或角度可调节。

6、进一步地，所述排水模块包括下盖体、上盖体以及连接盖板，所述上盖体设置在下盖体的顶面且两者的内部相连通，所述视觉安装位形成在所述下盖体的顶面上且位于所述上盖体的一侧，所述连接盖板设置在所述上盖体的顶面上，所述连接盖板上形成所述焊接安装位。

7、进一步地，所述连接盖板上设置进气接头且该所述进气接头沿所述焊接安装位的周向设置；所述下盖体上设置进气接头且该所述进气接头沿所述视觉安装位的周向方向设置；所述焊接安装位以及所述视觉安装位的附近还设置有水下照明灯，所述水下照明灯固定在所述下盖体和所述连接盖板；所述连接盖板上还设置穿板送丝管，所述排水模块内设置与所述穿板送丝管相连接的送丝管结构。

8、进一步地，所述焊接装置还包括气刀模块，所述气刀模块设置在所述排水模块内且与所述排水模块内侧顶面相连接，所述气刀模块与所述激光焊接模块相配合；所述气刀模块的侧面以及所述排水模块上设置有气刀进气接头，两个所述气刀进气接头通过管道相连接。

9、进一步地，所述激光焊接模块包括焊接壳体、水下激光头、相机壳体、水下工业相机以及光纤接头，所述相机壳体设置在所述焊接壳体的一侧且两者相连接，所述水下激光头设置在所述焊接壳体内，所述水下工业相机设置在所述相机壳体内，所述水下激光头的顶部连接所述光纤接头。

10、本发明提供一种采用所述的基于视觉传感的局部干法水下坡口激光填丝焊接装置进行焊接的方法，其特征在于，包括以下内容：定位焊接坡口的位置；扫描焊接坡口并对坡口进行三维模型重建；依据坡口三维模型规划焊道排布；控制进行熔丝焊接操作并监控焊接过程。

11、本发明优选技术方案至少可以产生如下技术效果：本发明提供的局部干法水下坡口激光填丝焊接装置，增加了机器视觉模块，机器视觉模块可采集焊缝信息，并将数据传送给水上焊接系统的控制装置，可以完成局部干法水下激光填丝焊接过程的焊缝定位和跟踪，对焊缝信息采集以对坡口三维模型重建，通过坡口三维模型规划焊道的排布。