《自动焊接系统设计》.doc

PAGE  PAGE 25 自动焊接系统设计 系统概述 本系统实现的功能是钢板焊接，该系统由测量元件（CCD），执行元件（电机及其传动的机械部分），以及对电机进行控制的单片机组成，先由测量元件对钢板进行测量，然后单片机根据测量信号控制执行原件动作，对钢板实现焊接，即完成一块钢板的焊接依次重。系统可以对所能检测及处理处理钢板的大小，可以根据需要，选取适当的CCD及光学镜头。对于钢板裂缝，也可以适当调整CCD驱动参数，适应更小的裂缝。系统整体实现过程如下流程图所示： 图1 铁板从传送带到达预定位置固定好 单 片 机 开关放行 控制步进电机按存好的点行动并返回。 控制步进电机带动焊枪沿裂缝移动 单片机得到开始信号 线阵CDD按照预定位置扫描，并返回。 同时CCD处理电路开始处理信号 开环控制CCD的移动电机 单片机开始接受???处理二分值信号储存裂缝信息 实物模拟简图： 黑实线为丝杠 控制CCD的电机与机械传动机构 X轴向的电机与机械传动机构 线阵CCD 控制Y轴向的电机与机械传动机构 焊枪 机械机构横梁 传送平台(大长方体) 钢板裂缝检测 传感器分为接触式与非接触式，由于该系统产生大量的光和热，甚至有铁屑等产生，为了使传感器更为可靠与耐用，所以采用非接触式传感器更为合适，这里选用CCD作为钢板裂缝检测的工具，用CCD芯片与适当的光学镜头相配合，既可以实现对裂缝的检测。 CCD有线阵与面阵两种，这里采用线阵CCD对钢板进行检测。由于普通双沟道CCD输出信号含有脉冲成分，在对信号经行处理时，可能会有脉冲低电平对信号处理构成错误信息，因此，可以采用具有采样保持输出电路的CCD，这种CCD输出的信号较为光滑，从而可以减少对信号的错误判断。 皮带通过电机传动，将钢板带到指定位置，然后CCD及其配套镜头开始移动，对钢板进行裂缝检测。， 用CCD采集钢板表面信息设备图示如下: 例如待检测钢板最大面积为2x2m2，使CCD的横向分辨率为1mm，纵向分辨率0.5mm，那么需要CCD传感器总像元数位大于2000mm/1mm=2000个，假设CCD芯片及其相配套镜头以1000mm/s运行，（精度精确到毫米），则CCD的帧转移频率为f=1000m/s0.5mm=2000Hz,而对于这一指标，几乎所有的线阵CCD都可以满足。 在钢板处给适当光源照射，光源位置与钢板高度相差不大，从而使得光不照射进裂缝中，而只在钢板表面包括边沿部分有较强的光（光源放置可以按图2中光源位置放置，但是根据现成具体实验情况可以调整光源到更加合适的位置），适当调节背景的颜色使背景的反光也较强，而裂缝中光线较暗，则经过镜头及CCD后，使得输出信号只有在裂缝处以及少数其他缺陷处电压幅值较低，而其它位置处电压幅值较高，经CCD输出电压为模拟信号，将输出电压经过二值化处理，可以得到如图所示电信号波形。 例如CCD输出模拟信号波形如下图所示 经二值化处理后得到如下图所示的电信号波形 在t1至t2处以及在t3至t4处，为钢板上对应的裂缝以及其它缺陷处，根据电压的高低及时间，可以得到曲线出的水平坐标位置。 以下为具体实现方法。其中二值化电路实现下图所示， C1 C2 C4 R1 R3 R4 R5 R6 1k? R7 R8 R9 R10 Q1 U1 6 5 7 2 1 U2 6 5 7 2 1 U3 6 5 7 2 1 VCC VCC 3 1 0 0 R2 Key=A 9 1 11 6 4 7 13 VCC R11 VCC 8 0 0 输出信号 VCC 0 输入信号 图中最右侧放大器对CCD输出的信号进行放大，并滤去高频谐波 ,经过放大器U1后，再次滤波，波形更为平滑 对于CCD，选用具有采样保持输出类型的CCD，该类CCD器件加入采样脉冲信号后，可以去掉输出信号的脉冲成分，使信号变得光滑，从而更加可靠。如可以选用TCD1500C，它的像敏元件总长度为37..38mm,采用适当的光学镜头，可以实现对钢板的测量，对于该电路的驱动，由转移脉冲SH，复位脉冲RS，驱动脉冲CH1以及采样脉冲SP四路驱动脉冲组成，由于电路所需脉冲频率较低，因此，我们可以采用可编程逻辑器件实现各路脉冲，或者采用其他脉冲发生器，例如使用555搭建的脉冲发生器，例如采用555搭建的脉冲发生器，生成f0=FHz的脉冲，然后分别经过分频电路（如N位二进制计数器（N大于等于3））分频输出频率为f1=f0/2，f2=f0/4， f3=f0/8，的三路脉冲，然后将f2和f3通过与非门输出f4=f3的占空比为1/3的脉冲RS复位脉冲，将f2和f3通过另外两个与非门可以得到采样脉冲SP，