激光制導自動跟蹤焊接系統

　　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的自動跟蹤焊接系統。

　　關鍵詞：激光制導;焊接;無刷直流電機

　　概念

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

　　每移動一個步長，攝像頭就會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。

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

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

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

　　實現

　　激光指針、攝像頭和焊槍都裝在小推車上，小推車沿焊接通道移動，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。因此，需要3臺電機才能實現這一點。

　　3臺無刷直流電機的移動均由通用計時器陣列(GPTA)控制，因為GPTA具備計時器、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。這種電機專為執行發動機、變速箱和電機控制應用等典型任務而優化，但也可用于生成其他工業應用所需的簡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，以實現更加精確的控制。

　　無刷直流電機(推車移動X軸)

　　在本項目中，無刷直流電機連接至控制推車沿X軸移動的車輪。GPTA0中的LTC用于實現三相整流電機。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)來改變線圈的平均電壓，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(推車移動距離反饋)

　　本項目使用了一個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個脈沖，這相當于每轉6臺無刷直流電機同步整流，無刷直流電機齒輪比為40:1(齒輪每轉240次整流)。所連接的車輪的直徑為75mm，車輪周長為235.62mm(π × d)。也就是說，每次整流的移動距離為0.98mm。演示模型采用了逆時針方向(CCW)移動，以便攝像頭在焊槍前面拍照。

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

　　圖像采集

　　攝像頭通過通用輸入/輸出端口連接至TC1797，以連接數據和控制并行總線。全局計時器0(GT0)和全局計時器單元0(GTC0)用于生成攝像頭主時鐘脈沖，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10kb的陣列中。平均而言，采集圖像耗時約200ms。