论文部分内容阅读
概念
基于TriCore TC 1797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TCl797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7Smm，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O(GTO)和全局计时器单元O(GTCO)用于生成摄像头主时钟脉冲，以控制摄像头帧速率。
TriCore TCl797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。
采用大津方法处理图像
采用大津阈值法来处理所采集的图像，以自动计算出在变化不定的照明条件下的最优阈值。利用大津方法，我们尽一切可能找到能最大限度地降低类内方差值(即，两个类的方差的加权总和)的阈值：
δ2w＝w1(t)δ2t)1+w2(t)δ2t)2(t)
权数ww1是被阈值t分隔开的两个类的概率，δ2t)1是这两个类的方差。
大津法表明，最大限度地降低类内方差值，等同于最大限度地提高类间方差值：
δ2w＝w1(t)δ2t)1+w2(t)δ2t)2(t)
其中，w1是类概率，u1是类平均数，相应地，这个值可以迭代更新。这种方法产生了一个简单而又有效的算法：
1 计算各个亮度条件下的直方图和概率。
2 设置初始w1(0)和u1(0)。
3 逐一计算所有可能的阈值t=1…最高亮度：更新w1和u1；计算。
4 对应于最大的理想阈值。
采用上述算法，处理所保存的图像。经处理的图像将保存到另一个10kb阵列中。确定最优阈值后，计算出中线(单像素宽线)。下一步是从中线中找到结合点。由此得到的坐标值将被输出至先入先出堆栈。处理每帧图像的平均用时约为65ms。
先入先出缓冲区
利用先入先出循环缓冲区来保存图像处理模块计算得到的坐标值。然后，伺服电机模块将利用这些坐标值来将焊枪移动至相应的位置。摄像头的初始坐标值是0，而焊枪的初始坐标值则是CIRCULAR BUF SIZE-1。根据摄像头与焊枪之间的步数，在汇编时决定先入先出缓冲区的大小。
伺服电机(焊枪移动Y和Z轴)
利用GPTA0和GPTAI中的LTC，生成脉宽调制信号。利用两个HS－5645MG伺服电机来控制焊枪的水平(Y轴)和垂直(z轴)移动。将根据先入先出缓冲区中保存的坐标值。计算出伺服电机需要移动的距离。
根据先入先出缓冲区中保存的y坐标值，调节伺服电机0(水平方向)。伺服电机0的步数范围是70-65(移动距离为63mm)。伺服电机的步长精度为136／63=0.46mm。负值表示朝靠近金属板方向移动，正值表示朝远离金属板方向移动。
伺服电机1(垂直方向)的步数范围是－85～59(移动距离为67.5mm)。伺服电机的步长精度为67.5／145=0.46mm。负值表示焊枪向下移动，正值表示焊枪向上移动。
通过将金属板放置在已知距离上，并使焊枪移动至图像处理计算得到的坐标值，用实验方法得出映射值，然后计算出平均值。在当前的演示模型中，伺服电机1的步长相当于1.43像素。
基于TriCore TC 1797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TCl797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7Smm，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O(GTO)和全局计时器单元O(GTCO)用于生成摄像头主时钟脉冲，以控制摄像头帧速率。
TriCore TCl797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。
采用大津方法处理图像
采用大津阈值法来处理所采集的图像，以自动计算出在变化不定的照明条件下的最优阈值。利用大津方法，我们尽一切可能找到能最大限度地降低类内方差值(即，两个类的方差的加权总和)的阈值：
δ2w＝w1(t)δ2t)1+w2(t)δ2t)2(t)
权数ww1是被阈值t分隔开的两个类的概率，δ2t)1是这两个类的方差。
大津法表明，最大限度地降低类内方差值，等同于最大限度地提高类间方差值：
δ2w＝w1(t)δ2t)1+w2(t)δ2t)2(t)
其中，w1是类概率，u1是类平均数，相应地，这个值可以迭代更新。这种方法产生了一个简单而又有效的算法：
1 计算各个亮度条件下的直方图和概率。
2 设置初始w1(0)和u1(0)。
3 逐一计算所有可能的阈值t=1…最高亮度：更新w1和u1；计算。
4 对应于最大的理想阈值。
采用上述算法，处理所保存的图像。经处理的图像将保存到另一个10kb阵列中。确定最优阈值后，计算出中线(单像素宽线)。下一步是从中线中找到结合点。由此得到的坐标值将被输出至先入先出堆栈。处理每帧图像的平均用时约为65ms。
先入先出缓冲区
利用先入先出循环缓冲区来保存图像处理模块计算得到的坐标值。然后，伺服电机模块将利用这些坐标值来将焊枪移动至相应的位置。摄像头的初始坐标值是0，而焊枪的初始坐标值则是CIRCULAR BUF SIZE-1。根据摄像头与焊枪之间的步数，在汇编时决定先入先出缓冲区的大小。
伺服电机(焊枪移动Y和Z轴)
利用GPTA0和GPTAI中的LTC，生成脉宽调制信号。利用两个HS－5645MG伺服电机来控制焊枪的水平(Y轴)和垂直(z轴)移动。将根据先入先出缓冲区中保存的坐标值。计算出伺服电机需要移动的距离。
根据先入先出缓冲区中保存的y坐标值，调节伺服电机0(水平方向)。伺服电机0的步数范围是70-65(移动距离为63mm)。伺服电机的步长精度为136／63=0.46mm。负值表示朝靠近金属板方向移动，正值表示朝远离金属板方向移动。
伺服电机1(垂直方向)的步数范围是－85～59(移动距离为67.5mm)。伺服电机的步长精度为67.5／145=0.46mm。负值表示焊枪向下移动，正值表示焊枪向上移动。
通过将金属板放置在已知距离上，并使焊枪移动至图像处理计算得到的坐标值，用实验方法得出映射值，然后计算出平均值。在当前的演示模型中，伺服电机1的步长相当于1.43像素。