[發(fā)明專利]雙DSP嵌入式焊接過程視覺反饋控制系統(tǒng)

無效

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• 申請日: 2007-12-27
• 公開（公告）號: CN101256399A
• 公開（公告）日: 2008-09-03
• 發(fā)明（設計）人: 孫振國;黃操;劉鵬飛;陳強;徐緒炯
• 申請（專利權）人: 清華大學;昆山市華恒焊接設備技術有限責任公司
• 主分類號: G05B19/048
• 分類號: G05B19/048;G05B19/418
• 代理公司: 北京眾合誠成知識產(chǎn)權代理有限公司
• 代理人: 朱印康

技術領域

本發(fā)明專利屬于焊接設備領域，具體涉及一種用于實現(xiàn)焊接過程自動化的焊接過程監(jiān)控、焊縫跟蹤和焊縫成形實時控制的雙DSP嵌入式焊接過程視覺反饋控制系統(tǒng)。

背景技術

基于工業(yè)CCD攝像機的視覺傳感器因其具有信息量大、測量精度高、與工件無接觸等特點，廣泛應用于焊接過程的圖像監(jiān)控、焊縫跟蹤與焊縫成形閉環(huán)控制。視覺傳感器在使用中不易受到磁偏吹或焊絲彎曲的影響，但需要克服焊接過程中弧光、煙塵、飛濺等干擾。此外，坡口、電弧、熔池等特征的模式識別及其實時性要求，對圖像處理的方法、精度和速度都提出了較高的要求。這就要求基于視覺傳感器的焊接過程反饋控制系統(tǒng)具有以下特點：

1、體系結構簡單、空間結構小、系統(tǒng)可達性好；

2、運算速度快、控制性能好，能夠快速準確地對焊接電弧這一非線性、時變負載的進行反饋控制；

3、能夠進行焊接過程監(jiān)控、焊縫跟蹤或焊縫成形反饋控制。

現(xiàn)有的焊接過程視覺反饋控制系統(tǒng)大多采用臺式工業(yè)控制計算機作為圖像處理機，用硬盤作為數(shù)據(jù)存儲介質，采用基于PCI總線的圖像采集卡將模擬視頻圖像數(shù)字化，通過DA轉換卡將電腦輸出的數(shù)字控制信號轉成模擬控制量或直接采用數(shù)字輸出給驅動器，并由此構成反饋控制系統(tǒng)。例如黃軍芬在《管道焊接視覺跟蹤控制系統(tǒng)研究》中介紹的焊縫跟蹤控制系統(tǒng)，采用Meteor-II/Standard圖像采集卡及CCD攝像頭實現(xiàn)焊縫區(qū)域圖像的采集，在計算機上利用焊縫圖像模式識別算法實時檢測焊槍頭與焊縫中心線的偏差，將此偏差量傳送給PLC系統(tǒng)實施跟蹤控制。劉嵩的《一種基于計算機視覺的螺旋管焊縫自動跟蹤系統(tǒng)》和閔慶凱，日野泰成《焊接機器人智能過程與控制》也都采用臺式工業(yè)控制計算機作為圖像處理機，來構建焊接過程反饋控制系統(tǒng)。這種反饋控制系統(tǒng)離不開龐大的臺式工業(yè)控制計算機，體系結構復雜，控制系統(tǒng)的可達性差，無法進行離線焊接控制。

隨著DSP技術的發(fā)展，也出現(xiàn)了一些基于DSP的焊接視覺反饋控制系統(tǒng)。從已公開發(fā)表的文獻資料來看，它們都采用一片DSP同時完成圖像處理和反饋控制兩項運算任務，例如左小波在《基于DSP的焊縫自動跟蹤系統(tǒng)》一文中介紹了一種基于DSP視覺傳感器的，用于無弧光干擾的埋弧焊的，焊縫自動跟蹤系統(tǒng)，其采用一片TMS320C6711型號DSP和一片前置型號為EPM71285的CPLD構成圖像采集處理及顯示模塊，其中DSP既用于圖像處理也用于控制信號輸出，難以使圖像處理和反饋控制全時并行工作，限制了系統(tǒng)的動態(tài)響應速度。

另外，現(xiàn)有的焊接視覺反饋控制系統(tǒng)由于受到空間、資源和接口的限制，未能將DSP圖像處理模塊、DSP反饋控制模塊、電源及復位模塊、視頻接口模塊、模擬視頻編碼模塊、USB控制模塊等集成為一體，未能同時實現(xiàn)模擬式和數(shù)字式視頻圖像信號的輸入、輸出，以及在單一反饋控制系統(tǒng)中同時實現(xiàn)焊接過程監(jiān)控、焊縫跟蹤和焊縫成形控制等多種功能。

綜上所述，現(xiàn)有焊接過程視覺傳感系統(tǒng)存在以下不足：(1)一般采用臺式工業(yè)控制計算機進行圖像采集與處理，體系結構復雜、可達性差：(2)采用單DSP運算體系結構，運算速度慢，在精度和速度上無法滿足高質量焊接過程反饋控制要求；(3)集成度小，功能單一，未能實現(xiàn)焊接過程監(jiān)控、焊縫跟蹤和焊縫成形實時控制等多種功能的集成。

發(fā)明內容

本發(fā)明的目的是為了克服已有技術的不足，采用雙DSP的嵌入式疊層積木式設計，不僅在系統(tǒng)結構上脫離計算機進行工作，而且將DSP圖像處理、焊接過程DSP實時反饋控制、視頻接口、模擬視頻編碼、USB接口控制等眾多功能模塊集成在較小空間內，提供了一種結構緊湊、集成多種功能模塊于一體的、基于雙DSP嵌入式焊接圖像處理的視覺反饋控制系統(tǒng)，在系統(tǒng)可達性、控制實時性和功能適用性等方面優(yōu)于現(xiàn)有技術，可以廣泛應用于CO₂、MIG、TIG等多種焊接工藝方法中的焊接過程監(jiān)控、焊縫跟蹤和焊縫成形實時控制。