激光制導自動(dòng)跟蹤焊接系統

　　摘要：為了取代諸如橋面焊接等在巨型結構上實(shí)施的拱焊接傳統工藝，確保焊接施工的精確、高效和安全，英飛凌公司提出了32位微控制器——TriCore TC1797的自動(dòng)跟蹤焊接系統。

　　關(guān)鍵詞：激光制導;焊接;無(wú)刷直流電機

　　概念

　　基于TriCore TC1797的自動(dòng)跟蹤焊接系統由一個(gè)以固定步長(cháng)(1mm)在斜坡滑道上移動(dòng)的模塊以及垂直激光束、攝像頭和焊槍組成。

　　每移動(dòng)一個(gè)步長(cháng)，攝像頭就會(huì )以待焊接的兩片金屬板的結合處附近為中心，對垂直激光束拍照。

　　這會(huì )在照片上形成1個(gè)缺口和2條斷開(kāi)的激光線(xiàn)(A和B)，圖像處理算法將利用這些數據來(lái)計算所需的焊接坐標值(X、Y和Z)。

　　當模塊在移動(dòng)的同時(shí)，圖像處理算法也會(huì )將計算得到的焊接坐標值保存到一個(gè)先入先出(FIFO)緩沖區中。焊接系統將利用該FIFO緩沖區，使焊槍移動(dòng)至正確的位置。這個(gè)過(guò)程將不斷重復，直至到達滑道末端。

　　這種方法能夠補償焊接過(guò)程中出現的任何位置錯誤，并且可以在不規則通道上實(shí)施焊接。

　　實(shí)現

　　激光指針、攝像頭和焊槍都裝在小推車(chē)上，小推車(chē)沿焊接通道移動(dòng)，焊接通道即為X軸。要精確對準焊接坐標，可以將焊槍放置在Y軸和Z軸上的任何一點(diǎn)。因此，需要3臺電機才能實(shí)現這一點(diǎn)。

　　3臺無(wú)刷直流電機的移動(dòng)均由通用計時(shí)器陣列(GPTA)控制，因為GPTA具備計時(shí)器、比較和捕獲等功能，可以靈活地組合成信號測定單元和信號生成單元。這種電機專(zhuān)為執行發(fā)動(dòng)機、變速箱和電機控制應用等典型任務(wù)而優(yōu)化，但也可用于生成其他工業(yè)應用所需的簡(jiǎn)單的及復雜的信號波形。

　　除此之外，諸如溫度傳感器、氣流傳感器等等其他控制傳感器也可連接至TC1797的模數轉換器，以實(shí)現更加精確的控制。

　　無(wú)刷直流電機(推車(chē)移動(dòng)X(jué)軸)

　　在本項目中，無(wú)刷直流電機連接至控制推車(chē)沿X軸移動(dòng)的車(chē)輪。GPTA0中的LTC用于實(shí)現三相整流電機。通用輸入/輸出端口用于輸入霍爾傳感器輸出的信號。利用脈寬調制(PWM)來(lái)改變線(xiàn)圈的平均電壓，以控制速度。

　　速度范圍設置為0至1(1表示電機全速運行，而0則表示電機停止運行)。

　　增量式編碼器(推車(chē)移動(dòng)距離反饋)

　　本項目使用了一個(gè)Kubler增量式編碼器。濾波和預分頻單元(FPC)、鑒相邏輯(PDL)和LTC用于測定距離和確定旋轉方向。編碼器每轉輸出4096個(gè)脈沖，這相當于每轉6臺無(wú)刷直流電機同步整流，無(wú)刷直流電機齒輪比為40:1(齒輪每轉240次整流)。所連接的車(chē)輪的直徑為75mm，車(chē)輪周長(cháng)為235.62mm(π × d)。也就是說(shuō)，每次整流的移動(dòng)距離為0.98mm。演示模型采用了逆時(shí)針?lè )较?CCW)移動(dòng)，以便攝像頭在焊槍前面拍照。

　　增量式編碼器可為無(wú)刷直流電機提供反饋，以計算出無(wú)刷直流電機和相應的車(chē)輪轉了多少圈。利用這些數據，可以計算出推車(chē)移動(dòng)了多遠距離。

　　圖像采集

　　攝像頭通過(guò)通用輸入/輸出端口連接至TC1797，以連接數據和控制并行總線(xiàn)。全局計時(shí)器0(GT0)和全局計時(shí)器單元0(GTC0)用于生成攝像頭主時(shí)鐘脈沖，以控制攝像頭幀速率。

　　TriCore TC1797的通用輸入/輸出端口可支持的數據率約為296kHz，這表示100×100像素圖像的理想幀速率為29.6fps(1字節/像素)。圖像應保存在一個(gè)10kb的陣列中。平均而言，采集圖像耗時(shí)約200ms。