一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統的製作方法

2023-06-01 19:41:26

專利名稱：一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及精細焊縫跟蹤系統技術領域，具體指一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統。
背景技術：
當今，在焊縫自動化跟蹤技術中，帶有視覺傳感技術的焊縫跟蹤系統是研究重點和熱點。帶有視覺傳感技術的焊縫跟蹤系統就是通過視覺傳感器將焊縫的實時情況成像後，經相應的圖像處理將數據傳給控制處理器，控制處理器經過信號處理後，通過閉環控制電路控制電機以調整焊槍位置對準焊縫中心，以實現高質量的焊接。整個焊縫自動化跟蹤系統主要包括焊縫圖像信息採集和處理部分、實時信號處理控制部分、反饋控制電路部分、 動力傳動部分。
為了能夠實現對任何焊縫在各種情況下的自動跟蹤，這就要求跟蹤系統具有較高的智能，也就是要關鍵解決以下幾個問題1、焊縫識別和焊縫圖像信息提取；2、圖像實時處理和及時反饋；3、實時控制系統；4、動力控制和精度調整。
經對現有技術文獻檢索分析，發現現有的跟蹤系統，全都或是對大尺寸鋼板的焊縫進行跟蹤，或是跟蹤精度不高。孫乃文、丁培墦的「電子分布式焊縫跟蹤方法和裝置」(申請號86106386)中提出在電子束焊接的同時，使用兩塊相互軸對稱的電子傳感器製成的電子接收器接收在焊縫上方所產生的反射電子，根據反射電子的密度相對焊縫是否對稱來判斷電子束和焊縫是否對中，若不對稱，加以調整直至對稱，但該系統易受外界磁場和電場的影響，抗幹擾能力差，導致跟蹤有偏差。又，肖增文等人的「多結構光雙目複合視覺跟蹤方法及裝置」(申請號200910024758)提出用兩臺攝像機拍攝焊縫圖像信息，經處理計算得出焊槍當前理想位置，得到與實際位置的差值，並由控制器轉換成模擬信號或無線通信輸出， 控制焊槍糾偏電動機，實現焊縫自動跟蹤的目的，該系統採用兩臺攝像機，雖然跟蹤效果不錯，但是有資源浪費之嫌，文中也沒有提到該系統可以跟蹤超薄細結構件，相關技術也未見其他技術文獻披露。發明內容
本發明的目的在於克服現有技術的不足和缺失，提供一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，通過BOA智能相機，能夠實時識別和提取超薄細結構件(尺寸小於 O. Imm)的焊縫圖像信息；採用DSP處理器為控制中心，利用其強大數據處理能力和高運行速度來滿足整個系統的實時性要求；通過步進電機驅動板控制和驅動高精度電控平移臺， 實現焊槍的高精度反饋控制調整，調整精度高達IOum級。
本發明技術方案如下
一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，包括BOA智能相機、DSP處理器、第一電控平移臺和第二電控平移臺(兩者均由步進電機+滾珠絲杆平移臺組成)、擴展接口板、步進電機驅動板；擴展接口板外接電源，經過相應的變壓後分別給BOA智能相機、DSP處理器、第一電控平移臺和第二電控平移臺、步進電機驅動板供電；DSP處理器安裝在擴展接口板上；焊槍固定在第二電控平移臺的檯面上，BOA智能相機固定安裝在焊槍上； BOA智能相機，通過I/O PWR接口連接擴展接口板，通過LAMP接口經擴展接口板與DSP處理器相連，通過LAN接口與電腦主機相連，實現BOA智能相機各項參數的設置和建立圖像處理和通訊方案，隨後BOA智能相機即可與電腦主機斷開LAN接口的連接；第一電控平移臺和第二電控平移臺固定在工裝行走機構上；第一電控平移臺和第二電控平移臺通過導線連接步進電機驅動板，步進電機驅動板通過導線連接擴展接口板，接收DSP處理器的控制信號來驅動步進電機進而對焊槍進行對中調整。


圖I為本發明一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統結構之一示意圖2為本發明一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統結構之二示意圖3為本發明一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統的控制電路連接框圖。
附圖標記號說明
I-DSP處理器2-擴展接口板3-步進電機驅動板4_第一電控平移臺5_第二電控平移臺6-工裝行走機構7-工裝裝卡平臺8-B0A智能相機9-焊槍10-超薄細結構件具體實施方案
以下結合附圖和實施例對本發明作進一步描述
本發明提出的一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，採用DSP處理器I為控制中心，通過BOA智能相機8獲取超薄細結構件焊縫圖像信息，經處理後得到焊縫中心坐標，經LAMP接口異步串口通訊給DSP處理器1，DSP處理器I經過相應計算，輸出脈衝給步進電機驅動板3，步進電機根據脈衝攜帶的偏向和偏距信息轉動，帶動焊槍9進行微調，使微束等離子弧對中超薄細結構件10焊縫中心。所述DSP處理器I為TMS320DSPF2812 最小系統板。
根據現有工裝系統的實際情況，BOA智能相機8安裝在經過特定設計的6mm厚的膠木板上，6_厚的膠木板經過一個特定設計的帶環形類似「K」形的鋁合金件固定在焊槍9 上，焊槍9固定在第二電控平移臺5上；BOA智能相機8採用M1280，解析度為1280X960， 像元大小為3. 7um,完全能夠對超薄細結構件焊縫清晰成像；Β0Α智能相機8在電腦上除了驅動程序無需安裝任何圖像處理軟體，在設置時通過乙太網LAN線與電腦主機相連，通過網絡瀏覽器，啟動內置iNspectExpress應用程式對BOA智能相機8進行快速設置和建立圖像處理及通訊方案，完成後，BOA智能相機8即可與電腦主機斷開LAN接口連接；DSP處理器 I安裝在擴展接口板2上，BOA智能相機8與DSP處理器I通過LAMP線經擴展接口板2相連，通過I/O PWR接口接收DSP處理器I發送過來的觸發信號運行方案開始檢測。BOA智能相8內置分別負責優化算法、管理應用、管理圖像傳感器功能的數位訊號處理器、中央處理器和現場可編程門陣列三個處理器，可對其編程來實現所要的功能。
BOA智能相機8將超薄細結構件的焊縫圖像信息處理得到的數據通過LAMP線異步串口通訊給DSP處理器1，DSP處理器I根據接收的BOA智能相機8反饋的數據，經過計算， 輸出控制步進電機的旋轉方向和角度的脈衝信號經步進電機驅動板3控制步進電機旋轉； 步進電機控制驅動板3，不僅可完成一般驅動板的功能，還設計了細分電路，能夠實現電控平移臺更高精度的調整。
擴展接口板2外接電源，經過相應的變壓後分別給BOA智能相機8、DSP處理器I、 第一電控平移臺4和第二電控平移臺5、步進電機驅動板3供電；Β0Α智能相機8和DSP處理器I間的模擬信號和數據通訊以及DSP處理器I給步進電機驅動板3的脈衝都通過擴展接口板2的光電隔離模塊。
第一電控平移臺4和第二電控平移臺5交叉垂直組裝在一起，安裝時要求第一電控平移臺4和第二電控平移臺5的底座平面與工裝裝卡平臺7的工作檯面垂直，可以實現 X、Y 二維方向的步進運動，能帶動焊槍進行微調以對準超薄細焊件的焊縫中心。當第一電控平移臺4和第二電控平移臺5的水平中心負載相同時，兩者任意一個水平放置或垂直放置都無所謂，都能滿足系統負載的要求；但當第一電控平移臺4和第二電控平移臺5的水平中心負載和垂直中心負載不同時，假設第一電控平移臺4的水平中心負載大於第二電控平移臺5的水平中心負載，組裝第一電控平移臺4和第二電控平移臺5的時候還要注意組裝時把水平中心負載大的第一電控平移臺4的底座水平固定在工裝行走機構6上，第二電控平移臺5垂直固定在第一電控平移臺4的檯面上；焊槍9與第二電控平移臺5的臺面連接固定，BOA智能相機8固定在焊槍上，固定位直可調，保證BOA智能相機8在焊槍抬起和壓下時成像清晰。該超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統選用的第一電控平移臺4 和第二電控平移臺5為同一型號華維浩潤A023，且第一電控平移臺4和第二電控平移臺5 分別設置有兩個極限位置開關。
本發明創新性地實現了 BOA智能相機8與DSP控制器I的實時任務分配和數據通訊。能很好地實現對超薄(O. Imm不鏽鋼薄板、O. 05mm鈦箔)、超細(O. 2mm及以下絲徑的絲網)無間隙高精度裝配時其對接間隙尺寸在28 86 μ m,其跟蹤精度為5 μ m結構件的高質量焊接，控制精度高，工作穩定可靠。
權利要求
1.一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，包括擴展接口板(2)、步進電機驅動板(3)、第一電控平移臺(4)和第二電控平移臺(5)、工裝行走機構(6)及工裝裝卡平臺(7)，其特徵在於，還包括固定在焊槍(9)上BOA智能相機(8)和安裝在擴展接口板(2)上的DSP處理器⑴； 所述BOA智能相機⑶內設分別負責優化算法、管理應用、管理圖像傳感器功能的，結合內嵌圖形化圖像處理軟體iNspectExpress —並完成對超薄、超細精密結構件焊縫圖像信息的採集和處理以及實現與DSP處理器(I)異步串口通訊的數位訊號處理器、中央處理器和現場可編程門陣列三個處理器； 所述BOA智能相機⑶的串口引腳RX、TX經LAMP線與DSP處理器⑴異步串口通訊連接，DSP處理器(I)經I/O PffR線與BOA智能相機進行高低電平的輸入輸出； 所述BOA智能相機(8)採用M1280，解析度為1280 X 960，像元大小為3. 7um ； 所述BOA智能相機(8)在工作時與電腦主機斷開LAN 口連接，獨立運行； 所述DSP處理器(I)採用DSP控制晶片TMS320DSPF2812最小系統板。
2.如權利要求I所述的一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，其特徵在於，所述第一電控平移臺(4)和第二電控平移臺(5)交叉垂直安裝，其中第一電控平移臺(4)水平放置安裝在工裝行走機構(6)上，第二電控平移臺(5)垂直放置安裝在第一電控平移臺(4)的檯面上，且第一電控平移臺(4)和第二電控平移臺(5)的臺面與工裝裝卡平臺(7)的工作檯面垂直； 所述第一電控平移臺(4)和第二電控平移臺(5)均由步進電機和滾珠絲杆組成，採用北京華維浩潤A023型； 所述第一電控平移臺(4)和第二電控平移臺(5)分別設置有兩個極限位置開關。
3.如權利要求I所述的一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，其特徵在於，所述擴展接口板(2)外接電源，經過相應的變壓後分別給BOA智能相機(8)、DSP處理器(I)、第一電控平移臺(4)和第二電控平移臺(5)、步進電機驅動板(3)供電；DSP處理器(I)安裝在所述擴展接口板(2)上；Β0Α智能相機(8)和DSP處理器(I)間的模擬信號和數據通訊以及DSP處理器(I)給步進電機驅動板(3)的脈衝都通過所述擴展接口板(2)的光電隔離模塊；
4.如權利要求I所述的一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，其特徵在於，所述步進電機驅動板(3) —端經擴展接口板(2)與DSP處理器(I)連接，另一端與第一電控平移臺⑷和第二電控平移臺(5)連接； 所述步進電機驅動板(3)設置有能夠實現電控平移臺更高精度調整的細分電路。
5.如權利要求I所述的一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，其特徵在於，所述精細跟蹤的對象為超薄、超細精密結構件，超薄、超細精密結構件的尺寸小於等於O.1mm，無間隙高精度裝配時其對接間隙尺寸在28 86μπι，其跟蹤精度為5μπι。
全文摘要
本發明涉及一種超薄細結構件的微束等離子弧焊精細跟蹤系統，包括擴展接口板2、步進電機驅動板3、第一電控平移臺4、第二電控平移臺5、工裝行走機構6、工裝裝卡平臺7，其特點還包括固定在焊槍9上的BOA智能相機8、安裝在擴展接口板2上的DSP處理器1；擴展接口板2給BOA智能相機8、DSP處理器1、第一電控平移臺4和第二電控平移臺5、步進電機驅動板3供電；焊槍9固定在第二電控平移臺5上，第一電控平移臺4和第二電控平移臺5交叉垂直組裝。該系統創新性地實現了BOA智能相機8與DSP控制器1的實時分配和數據通訊，實現對超薄、超細結構件的高質量焊接，高精度的控制，工作穩定可靠。
文檔編號B23K10/02GK102922114SQ20121038090
公開日2013年2月13日 申請日期2012年10月9日 優先權日2012年10月9日
發明者何建萍, 房加強, 王付鑫, 任磊磊, 黃晨 申請人:上海工程技術大學