激光制导自动跟踪焊接系统

　　摘要：为了取代诸如桥面焊接等在巨型结构上实施的拱焊接传统工艺，确保焊接施工的精确、高效和安全，英飞凌公司提出了32位微控制器——TriCore TC1797的自动跟踪焊接系统。

　　关键词：激光制导;焊接;无刷直流电机

　　概念

　　基于TriCore TC1797的自动跟踪焊接系统由一个以固定步长(1mm)在斜坡滑道上移动的模块以及垂直激光束、摄像头和焊枪组成。

　　每移动一个步长，摄像头就会以待焊接的两片金属板的结合处附近为中心，对垂直激光束拍照。

　　这会在照片上形成1个缺口和2条断开的激光线(A和B)，图像处理算法将利用这些数据来计算所需的焊接坐标值(X、Y和Z)。

　　当模块在移动的同时，图像处理算法也会将计算得到的焊接坐标值保存到一个先入先出(FIFO)缓冲区中。焊接系统将利用该FIFO缓冲区，使焊枪移动至正确的位置。这个过程将不断重复，直至到达滑道末端。

　　这种方法能够补偿焊接过程中出现的任何位置错误，并且可以在不规则通道上实施焊接。

　　实现

　　激光指针、摄像头和焊枪都装在小推车上，小推车沿焊接通道移动，焊接通道即为X轴。要精确对准焊接坐标，可以将焊枪放置在Y轴和Z轴上的任何一点。因此，需要3台电机才能实现这一点。

　　3台无刷直流电机的移动均由通用计时器阵列(GPTA)控制，因为GPTA具备计时器、比较和捕获等功能，可以灵活地组合成信号测定单元和信号生成单元。这种电机专为执行发动机、变速箱和电机控制应用等典型任务而优化，但也可用于生成其他工业应用所需的简单的及复杂的信号波形。

　　除此之外，诸如温度传感器、气流传感器等等其他控制传感器也可连接至TC1797的模数转换器，以实现更加精确的控制。

　　无刷直流电机(推车移动X轴)

　　在本项目中，无刷直流电机连接至控制推车沿X轴移动的车轮。GPTA0中的LTC用于实现三相整流电机。通用输入/输出端口用于输入霍尔传感器输出的信号。利用脉宽调制(PWM)来改变线圈的平均电压，以控制速度。

　　速度范围设置为0至1(1表示电机全速运行，而0则表示电机停止运行)。

　　增量式编码器(推车移动距离反馈)

　　本项目使用了一个Kubler增量式编码器。滤波和预分频单元(FPC)、鉴相逻辑(PDL)和LTC用于测定距离和确定旋转方向。编码器每转输出4096个脉冲，这相当于每转6台无刷直流电机同步整流，无刷直流电机齿轮比为40:1(齿轮每转240次整流)。所连接的车轮的直径为75mm，车轮周长为235.62mm(π × d)。也就是说，每次整流的移动距离为0.98mm。演示模型采用了逆时针方向(CCW)移动，以便摄像头在焊枪前面拍照。

　　增量式编码器可为无刷直流电机提供反馈，以计算出无刷直流电机和相应的车轮转了多少圈。利用这些数据，可以计算出推车移动了多远距离。

　　图像采集

　　摄像头通过通用输入/输出端口连接至TC1797，以连接数据和控制并行总线。全局计时器0(GT0)和全局计时器单元0(GTC0)用于生成摄像头主时钟脉冲，以控制摄像头帧速率。

　　TriCore TC1797的通用输入/输出端口可支持的数据率约为296kHz，这表示100×100像素图像的理想帧速率为29.6fps(1字节/像素)。图像应保存在一个10kb的阵列中。平均而言，采集图像耗时约200ms。