焊缝检测与焊枪伺服机构研究

论文摘要

视觉传感焊缝跟踪一直是焊缝跟踪技术领域中的一个十分活跃的课题。随着微电子技术、超大规模集成电路技术的不断发展,采用DSP、FPGA、CPLD等先进的嵌入式处理器对现有焊缝跟踪设备进行整体地升级改造具有开创性意义。在新型焊缝跟踪器的研制过程中,焊缝信息处理硬件系统开发周期较长,在其完成前如何有效地进行焊缝检测算法的研究是一个值得注意的问题,而新型焊缝跟踪器中的焊枪伺服机构的研制必须从伺服电机、控制器等方面进行精心选择和设计,以达到焊枪伺服机构的特殊要求。在焊缝检测算法的研究过程中,提出了在PC机上面向DSP/FPGA平台算法开发和选择的三个标准:易移植性、有效性、时间空间复杂度。开源视觉库OpenCV的应用很好地解决了跨平台算法程序的易移植性问题,降低了算法开发的难度,是一个理想的焊缝检测算法开发工具。在建立的VC++和OpenCV的算法快速开发环境中,对实际焊缝图像分步骤进行了处理,每步均从算法的有效性和时间空间复杂度两方面对各种算法进了分析和对比,最终开发出一套易移植性好、时间空间复杂度相对较低的有效算法,为DSP/FPGA焊缝信息处理平台提供了有力的代码支持。在焊枪伺服机构控制部分,选择了快速可靠、可控性好的无刷直流电动机作为焊枪伺服电机,设计了无刷直流伺服电机的DSP+CPLD控制器方案,根据DSP、CPLD各自的特点进行了功能划分,通过功率驱动电路设计、CPLD数字电路设计、DSP接口电路设计和DSP程序设计,实现了无刷直流伺服电机的启动、正反转、转速计算和PWM调速。实验证明无刷直流伺服电机的DSP+CPLD控制器是一种先进可靠的方案,为焊枪伺服机构的继续深入研究打下了良好的基础。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 本课题研究的背景、内容和意义
• 1.1 研究背景
• 1.2 新型焊缝跟踪器的研制
• 2 焊缝检测
• 2.1 焊缝检测算法选择标准的确定
• 2.2 开源视觉库 OpenCV 的应用
• 2.3 总体设计
• 2.4 图像去噪
• 2.5 二值化
• 2.6 光带提取
• 2.7 中心线的提取
• 2.8 特征点及偏差量计算
• 2.8.1 特征点提取算法的选择与设计
• 2.8.2 拐点估计
• 2.8.3 分段拟合与特征点计算
• 2.8.4 偏差量计算
• 2.9 小结
• 3 焊枪伺服机构研究
• 3.1 焊枪伺服机构组成
• 3.2 无刷直流电动机的特点及控制原理
• 3.2.1 无刷直流电动机的特点
• 3.2.2 无刷直流电动机控制原理
• 3.3 DSP、CPLD 在控制器中的应用
• 3.4 DSP+CPLD 控制器设计
• 3.4.1 DSP、CPLD 芯片的选择及其特点
• 3.4.2 DSP+CPLD 控制器功能划分与方案设计
• 3.5 无刷直流伺服电机驱动电路设计
• 3.5.1 功率驱动电路设计
• 3.5.2 CPLD 数字电路设计
• 3.5.3 DSP 接口电路设计
• 3.6 DSP 程序设计
• 3.6.1 给定速度ADC 转换
• 3.6.2 转速计算
• 3.6.3 PWM 调速
• 3.6.4 IQmath Library 的应用
• 3.7 实验结果与分析
• 3.8 小结
• 4 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢