[发明专利]双DSP嵌入式焊接过程视觉反馈控制系统

说明书

技术领域

本发明专利属于焊接设备领域，具体涉及一种用于实现焊接过程自动化的焊接过程监控、焊缝跟踪和焊缝成形实时控制的双DSP嵌入式焊接过程视觉反馈控制系统。

背景技术

基于工业CCD摄像机的视觉传感器因其具有信息量大、测量精度高、与工件无接触等特点，广泛应用于焊接过程的图像监控、焊缝跟踪与焊缝成形闭环控制。视觉传感器在使用中不易受到磁偏吹或焊丝弯曲的影响，但需要克服焊接过程中弧光、烟尘、飞溅等干扰。此外，坡口、电弧、熔池等特征的模式识别及其实时性要求，对图像处理的方法、精度和速度都提出了较高的要求。这就要求基于视觉传感器的焊接过程反馈控制系统具有以下特点：

1、体系结构简单、空间结构小、系统可达性好；

2、运算速度快、控制性能好，能够快速准确地对焊接电弧这一非线性、时变负载的进行反馈控制；

3、能够进行焊接过程监控、焊缝跟踪或焊缝成形反馈控制。

现有的焊接过程视觉反馈控制系统大多采用台式工业控制计算机作为图像处理机，用硬盘作为数据存储介质，采用基于PCI总线的图像采集卡将模拟视频图像数字化，通过DA转换卡将电脑输出的数字控制信号转成模拟控制量或直接采用数字输出给驱动器，并由此构成反馈控制系统。例如黄军芬在《管道焊接视觉跟踪控制系统研究》中介绍的焊缝跟踪控制系统，采用Meteor-II/Standard图像采集卡及CCD摄像头实现焊缝区域图像的采集，在计算机上利用焊缝图像模式识别算法实时检测焊枪头与焊缝中心线的偏差，将此偏差量传送给PLC系统实施跟踪控制。刘嵩的《一种基于计算机视觉的螺旋管焊缝自动跟踪系统》和闵庆凯，日野泰成《焊接机器人智能过程与控制》也都采用台式工业控制计算机作为图像处理机，来构建焊接过程反馈控制系统。这种反馈控制系统离不开庞大的台式工业控制计算机，体系结构复杂，控制系统的可达性差，无法进行离线焊接控制。

随着DSP技术的发展，也出现了一些基于DSP的焊接视觉反馈控制系统。从已公开发表的文献资料来看，它们都采用一片DSP同时完成图像处理和反馈控制两项运算任务，例如左小波在《基于DSP的焊缝自动跟踪系统》一文中介绍了一种基于DSP视觉传感器的，用于无弧光干扰的埋弧焊的，焊缝自动跟踪系统，其采用一片TMS320C6711型号DSP和一片前置型号为EPM71285的CPLD构成图像采集处理及显示模块，其中DSP既用于图像处理也用于控制信号输出，难以使图像处理和反馈控制全时并行工作，限制了系统的动态响应速度。

另外，现有的焊接视觉反馈控制系统由于受到空间、资源和接口的限制，未能将DSP图像处理模块、DSP反馈控制模块、电源及复位模块、视频接口模块、模拟视频编码模块、USB控制模块等集成为一体，未能同时实现模拟式和数字式视频图像信号的输入、输出，以及在单一反馈控制系统中同时实现焊接过程监控、焊缝跟踪和焊缝成形控制等多种功能。

综上所述，现有焊接过程视觉传感系统存在以下不足：(1)一般采用台式工业控制计算机进行图像采集与处理，体系结构复杂、可达性差：(2)采用单DSP运算体系结构，运算速度慢，在精度和速度上无法满足高质量焊接过程反馈控制要求；(3)集成度小，功能单一，未能实现焊接过程监控、焊缝跟踪和焊缝成形实时控制等多种功能的集成。

发明内容

本发明的目的是为了克服已有技术的不足，采用双DSP的嵌入式叠层积木式设计，不仅在系统结构上脱离计算机进行工作，而且将DSP图像处理、焊接过程DSP实时反馈控制、视频接口、模拟视频编码、USB接口控制等众多功能模块集成在较小空间内，提供了一种结构紧凑、集成多种功能模块于一体的、基于双DSP嵌入式焊接图像处理的视觉反馈控制系统，在系统可达性、控制实时性和功能适用性等方面优于现有技术，可以广泛应用于CO₂、MIG、TIG等多种焊接工艺方法中的焊接过程监控、焊缝跟踪和焊缝成形实时控制。