一种基于机器视觉的LNG船-船接驳软管法兰自动对接方法技术

一种基于机器视觉的LNG船

【技术实现步骤摘要】
一种基于机器视觉的LNG船
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船接驳软管法兰自动对接方法


[0001]本专利技术涉及一种基于机器视觉的LNG船
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船接驳软管法兰自动对接方法，其属于机器视觉对接的


技术介绍

[0002]LNG作为一种特殊货物，装卸作业时对操作流程，现场环境等条件要求十分严格。传统的LNG转接驳平台与LNG船舶的管系连接主要是靠LNG船端的吊具将转接驳平台上的软管吊至LNG船舶货舱卸料口端并人工与之对接。
[0003]此方法操作起来流程复杂，管口对接与法兰螺栓口对接精确度低。若对接不紧密会造成LNG气体的泄露。若操作不规范，可能会对船上设备以及现场操作人员的安全造成伤害。若在没有吊具存在的情况下，则全程都需要人工操作，会带来更多隐患。
[0004]人工操作吊具进行对准工作，不但准确性低，而且操作复杂，若软管法兰与LNG 转接驳平台端法兰贴合不紧密会造成气体泄漏。同时人工操作若不规范，会对平台设备与现场工作人员造成伤害。若无吊具，则需人工搬动，劳动强度大。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供一种基于机器视觉的LNG船
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船接驳软管法兰自动对接方法，主要解决的是LNG转接驳平台工作时，LNG船舶传输软管端法兰与转接驳平台一端法兰连接问题；以提高管口对接以及法兰螺栓口对接的准确性，简化操作流程，实现全程自动化，解放人力，保证工作人员的安全，增加操作的安全性。
[0006]本专利技术采用的技术方案为：一种基于机器视觉的LNG船
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船接驳软管法兰自动对接方法，采用的步骤如下：
[0007]S1.将机械臂调整至LNG转接驳平台舷侧正对LNG接驳端平台法兰，使用工业相机拍摄LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的照片；两个相机各拍摄一个LNG转接驳平台端法兰螺栓孔；
[0008]S2.对工业相机进行标定，标定得到的机械臂末端软管法兰两个螺栓孔在对应图像中的位置：
[0009]机械臂末端软管法兰运动至LNG转接驳平台的舷侧位置，进行械臂末端软管法兰螺栓孔的成像定位标定：
[0010]两个工业相机均进行成像，每幅图像中仅包含一个螺栓孔；以能够包含螺栓孔的最小矩形框选图像中的机械臂末端软管法兰螺栓孔区域，得到该距离下的机械臂末端软管法兰螺栓孔模板，最小矩形的长宽即为模板图的长宽；每个矩形的中心点坐标即为螺栓孔在图像中的标定位置；
[0011]将机械臂末端软管法兰移动到LNG转接驳平台舷侧与LNG转接驳平台端法兰螺栓孔距离的一半，重复进行械臂末端软管法兰螺栓孔的成像定位标定，得到此距离下械臂末端软管法兰螺栓孔模板和螺栓孔标定位置；
[0012]将机械臂末端软管法兰调整至距离LNG转接驳平台端法兰螺栓孔前10cm处，重复进行械臂末端软管法兰螺栓孔的成像定位标定，得到此距离下械臂末端软管法兰螺栓孔模板和螺栓孔标定位置；
[0013]经过上面步骤后，在机械臂末端软管法兰处于三个距离处，均得到了螺栓孔模板以及螺栓孔标定位置；
[0014]S3.标定结束，进行正常工作时的自动对位；读取机械臂的电控信息，对工业相机采集的实时视频进行处理，即将两个相机拍摄的视频当前帧转为灰度图像；采用模板匹配算法实现螺栓孔的自动检测，得到两个LNG转接驳平台端法兰螺栓孔在实时图像中的坐标位置，具体为：
[0015]机械臂末端软管法兰调整至LNG转接驳平台舷侧时，选择对应相机机械臂末端软管法兰螺栓孔模板图T和相机实时拍摄图像S；将模板图T叠放在实时拍摄图像S上逐像素进行平移，模板覆盖的实时图为S
i，j
,S
i，j
(m，n)和T(m，n)分别表示实时图和模板(m，n)图处的图像灰度值，匹配的相似程度计算公式为：
[0016][0017]逐像素遍历整幅实时图后，当D(i，j)大于预设阈值时，则认为模板覆盖的实时图区域为LNG转接驳平台端法兰螺栓孔区域，即成功检测出螺栓孔；
[0018]得到两个LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的实时检测坐标位置；
[0019]机械臂末端软管法兰螺栓孔处于LNG转接驳平台舷侧与LNG转接驳平台端法兰螺栓孔距离的一半时，重复模板匹配算法，得到该距离时两个LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的实时检测坐标位置；
[0020]机械臂末端调整至距离LNG转接驳平台端法兰螺栓孔前10cm处，重复模板匹配算法，得到该距离时两个LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的实时检测坐标位置； S4.根据LNG转接驳平台端法兰两个螺栓孔的实时检测坐标位置与标定得到的机械臂末端软管法兰螺栓孔对应标定位置，计算机械臂末端软管法兰螺栓孔与 LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的相对位置偏差：
[0021]计算位置偏差平均值：Δx
n
为LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的实时检测坐标位置横坐标与机械臂末端软管法兰螺栓孔对应标定位置横坐标差值和的平均值；Δy
n
为LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的实时检测坐标位置横坐标与机械臂末端软管法兰螺栓孔对应标定位置纵坐标差值和的平均值；
[0022][0023][0024]n＝1时，计算机械臂末端软管法兰螺栓孔处于机械臂末端与LNG转接驳平台端法兰正对位置时与LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的位置偏差的平均值；Δ x1>0表示机械臂末
端位置偏右，Δy1>0表示机械臂末端位置偏上；将所述相对位置偏差接入机械臂控制系统实现机械臂末端与LNG转接驳平台端法兰正对位置时机械臂的自动对位；
[0025]n＝2时，计算机械臂末端软管法兰螺栓孔处于LNG转接驳平台舷侧与LNG 转接驳平台端法兰螺栓孔距离的一半时与LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的位置偏差的平均值：将所述相对位置偏差接入机械臂控制系统，实现机械臂的自动对位；
[0026]n＝3时，计算机械臂末端软管法兰螺栓孔处于机械臂末端调整至距离LNG 转接驳平台端法兰螺栓孔前10cm处时与LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的位置偏差的平均值；将机械臂末端与螺栓孔在相距不同的位置偏差Δx3和Δy3反馈至机械臂电控系统，控制机械臂自动对位并连接法兰螺栓，至此对接结束。
[0027]本专利技术的有益效果为：通过相机标定以及将两个相机拍摄的视频当前帧转为灰度图像，采用模板匹配算法实现螺栓孔的自定检测，得到LNG转接驳平台端法兰螺栓孔的坐标。通过相机拍摄的图像中检测螺栓孔，得到2个机械臂末端软管法兰螺栓孔的实时检测坐标位置，计算机械臂末端软管法兰螺栓孔位置与 LNG转接驳平台端法兰螺栓孔位置偏差。通过计算机械臂末端软管法兰螺栓孔位置与LNG转接驳平台端法兰螺栓孔位置偏差，将偏差传入机械臂电控系统，实现机械臂自动调整位置，实现对位。该方法不但提高了工作效率，还可实现精准定位管口法兰位置，自动实现管口对接与法兰连接，极大地解放了人力，保证了操作人员的安全。
[0028]本专利主要实现了全程无人化，解放了人力，保障了工作人员安全。同时基于机器视觉，提高了本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于机器视觉的LNG船
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船接驳软管法兰自动对接方法，其特征在于：采用的步骤如下：S1.将机械臂(5)调整至LNG转接驳平台(4)舷侧正对LNG接驳端平台法兰(6)，使用工业相机(3)拍摄LNG转接驳平台端法兰(6)螺栓孔的照片；两个相机各拍摄一个LNG转接驳平台端法兰(6)螺栓孔；S2.对工业相机(3)进行标定，标定得到的机械臂末端软管法兰(2)两个螺栓孔在对应图像中的位置：机械臂末端软管法兰(2)运动至LNG转接驳平台(4)的舷侧位置，进行械臂末端软管法兰(2)螺栓孔的成像定位标定：两个工业相机(3)均进行成像，每幅图像中仅包含一个螺栓孔；以能够包含螺栓孔的最小矩形框选图像中的机械臂末端软管法兰(2)螺栓孔区域，得到该距离下的机械臂末端软管法兰(2)螺栓孔模板，最小矩形的长宽即为模板图的长宽；每个矩形的中心点坐标即为螺栓孔在图像中的标定位置；将机械臂末端软管法兰(2)移动到LNG转接驳平台(4)舷侧与LNG转接驳平台端法兰(6)螺栓孔距离的一半，重复进行械臂末端软管法兰(2)螺栓孔的成像定位标定，得到此距离下械臂末端软管法兰(2)螺栓孔模板和螺栓孔标定位置；将机械臂末端软管法兰(2)调整至距离LNG转接驳平台端法兰(6)螺栓孔前10cm处，重复进行械臂末端软管法兰(2)螺栓孔的成像定位标定，得到此距离下械臂末端软管法兰(2)螺栓孔模板和螺栓孔标定位置；经过上面步骤后，在机械臂末端软管法兰(2)处于三个距离处，均得到了螺栓孔模板以及螺栓孔标定位置；S3.标定结束，进行正常工作时的自动对位；读取机械臂(5)的电控信息，对工业相机(3)采集的实时视频进行处理，即将两个相机拍摄的视频当前帧转为灰度图像；采用模板匹配算法实现螺栓孔的自动检测，得到两个LNG转接驳平台端法兰(6)螺栓孔在实时图像中的坐标位置，具体为：机械臂末端软管法兰(2)调整至LNG转接驳平台(4)舷侧时，选择对应相机机械臂末端软管法兰(2)螺栓孔模板图T和相机实时拍摄图像S；将模板图T叠放在实时拍摄图像S上逐像素进行平移，模板覆盖的实时图为S
i，j
,S
i，j
(m，n)和T(m，n)分别表示实时图和模板(m，n)图处的图像灰度值，匹配的相似程度计算公式为：逐像素遍历整幅实时图后，当D(i，j)大于预设阈值时，则认为...

【专利技术属性】
技术研发人员：夏华波，时光志，韦晓强，刘剑楠，吴昊，孙恪成，黄国良，朱崇远，兰庆世，李牧，李鹏，牛志刚，杨静，谢小波，郑坤，
申请(专利权)人：中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，
类型：发明
国别省市：