一种带视频监控的管道焊接控制器制造技术

技术编号:18877579 阅读:50 留言:0更新日期:2018-09-08 04:40
本发明专利技术公开了一种带视频监控的管道焊接控制器,其包含下位机和平板上位机,二者之间通过wifi视频采集模块实现数据通信;下位机主要由STM32F429VET6微控制器和与之相连的数字隔离芯片、RS232通信芯片、RS485模块、SD卡和数字陀螺仪组成。提供运行在windows系统计算机平台的上位机软件与之配合使用。本发明专利技术可实现对焊接面的实时视频采集,并根据实时视频通过人工遥控焊接设备,实现管道焊接操作,具有可远程观测焊接熔池、劳动强度低、安全性高等优点。

A pipe welding controller with video monitoring

The invention discloses a pipeline welding controller with video surveillance, which comprises a slave computer and a slab upper computer, between which data communication is realized by a WiFi video acquisition module; the slave computer is mainly composed of a STM32F429VET6 microcontroller and a digital isolation chip, a RS232 communication chip, a RS485 module, an SD card and a digital gyroscope connected with it. Screw instrument. To provide the upper computer software running on the windows system computer platform. The invention can realize real-time video acquisition of welding surface, and realize pipeline welding operation by manual remote control welding equipment according to real-time video. It has the advantages of remote observation of welding pool, low labor intensity and high safety.

【技术实现步骤摘要】
一种带视频监控的管道焊接控制器
本专利技术涉及自动化焊接设备,是一种集嵌入式微处理器、RS232通信接口、网络摄像头、MODBUS-RTU以及多种通信芯片于一体的管道外圆自动焊接机控制器。
技术介绍
目前,管道外圆自动焊接设备多采用手工焊接或近距离观察方式的半自动焊接,其遥控装置简陋,操控复杂,同时焊接质量和效率较低。本专利技术通过MODBUS-RTU接口控制数字化的焊接电源、PWM定时操作高度可控的数字步进电机和数字舵机,保证了焊接质量和效率。同时,本专利技术采用网络摄像头远程采集焊接熔池图像并实时发送到上位机显示,上位机采用图形化界面,提供按键和触摸等方式操控,供工人远距离操作和观测,从而降低了劳动强度和危险性。这种新型的管道外圆自动焊接机控制器安装简单,操控方便,安全性和可靠性更好,适用于野外长距离油气管道焊接施工。
技术实现思路
本专利技术所要解决的主要技术问题是:提供一种带视频监控的管道焊接控制器,该控制器可实现对管道外圆焊接机机械装置的焊接动作的精准控制,同时可通过采集焊接熔池图像远程观测,通过图形化的上位机远程控制。本专利技术解决其技术问题采用以下的技术方案:本专利技术提供的带视频监控的管道焊接控制器,包含下位机和平板上位机,二者之间通过wifi视频采集模块实现数据通信;下位机主要由微控制器和与之相连的数字隔离芯片、RS232通信芯片、RS485模块、SD卡和数字陀螺仪组成。本专利技术通过wifi视频采集模块TCP连接转TTL串口作为上位机和下位机通信手段,上位机通过TCP连接设置所述控制器的运行参数和模式,同时通过网络摄像头实时显示焊接熔池成型效果图。所述数字陀螺仪采用MPU6050陀螺仪,其采集机械臂姿态角度信息,根据俯仰角设定对应的焊接电流大小,并将角度信息反馈给上位机;该陀螺仪通过数据线与RS232通信芯片的串口相连。本专利技术由STM32F429VET6芯片作为主控MCU,以网络摄像头转TTL串口、RS232串口、MODBUS-RTU作为外围通信接口,以光耦隔离芯片和双电源数字隔离芯片作为信号隔离装置;以定时器PWM脉冲作为电机控制信号;以图形化的上位机软件作为操作界面;以SD卡存储各项参数信息。本专利技术通过MODBUS-RTU接口与气保焊焊接电源设备通信,从而控制焊接电源大小和引弧模式等焊接参数。本专利技术使用光耦隔离芯片4N30以及ISO7240双电源隔离芯片作为控制器与电机驱动器之间的信号隔离。本专利技术采用STM32F429VET6片上集成的带有PWM功能的定时器产生步进电机和舵机控制信号。本专利技术采用焊接熔池图像采集专用摄像头采集焊接熔池的实时图像,摄像头与无线视频模块之间采用USB接口连接,视频通过wifi视频模块的WiFi远程传输视频给上位机。所述平板上位机采用windows平台的图形化上位机操控,通过两个TCP连接分别接收图像和收发命令;采用opencv库的直方图均衡化算法对图像进行处理。本专利技术采用SDIO接口的SD卡作为存储器,采用FATfs文件系统对存储器进行读写。本专利技术提供的上述带视频监控的管道焊接控制器,其通过控制4个步进电机分别实现管道焊接机的前后、左右、上下及左右摆动等焊接动作;控制1个舵机实现相机遮光器的开关。本专利技术与现有技术相比,具有以下主要的优点:1.采用步进电机控制动作,因此动作精度更高、稳定性更好、操控更方便。2.具有9轴数字陀螺仪作为姿态检测传感器,可实现姿态自动检测并根据姿态角实时调整焊接参数。3.结合配套的焊接机机械装置和电源系统,可以作为大口径管道野外焊接的专用设备。4.带有视频传输功能,使得焊接操作无需由焊接工人戴作面罩,直接在工作面上进行焊接操作,而是改由操作人员对着屏幕画面,远离焊接面,控制焊接机进行焊接。大大降低了焊接工人的劳动强度,提高工作效率。5.带有数字陀螺仪,能准确的测量机械臂的方位,可为智能焊接提供依据。总之,本专利技术具有可远程观测焊接熔池、劳动强度低、安全性高等优点。附图说明图1为本专利技术下位机电路原理方框示意图。图2为本专利技术系统应用方法结构示意图。图3为上位机操作界面图。图4是焊接动作路线示意图。图中:1.储气罐,2.焊接电源箱,3.送丝机,4.焊接小车,5.无线视频模块WiFi天线,6.下位机机箱,7.熔池摄像机,8.紧固链条,9.管道,10.上位机,11.焊枪导管。具体实施方式一.结构设计:本专利技术提供的带视频监控的管道焊接控制器,包含下位机和平板上位机两部分,其中:下位机硬件结构如图1所示,由微处理器和与该微处理器相连的数字隔离芯片、RS232通信芯片、RS485模块、SD卡等组成。下位机可通过WiFi无线视频采集模块连接上位机,实现无线远程控制和视频采集。所述微处理器为基于ARMCortex-M4内核的STM32F429VET6芯片(主控芯片),其内核带有浮点运算单元,可加快数据处理速度;同时其功能强大的PWM定时器外设可以为电机控制提供控制信号;其众多的USART接口提供了各种控制信号接口。所述的数字隔离芯片为双电源数字隔离芯片,采用ISO7240芯片,能够完全隔离主控芯片和电机之间的相互影响,并对电机提供波形规整的控制信号。其与主控芯片之间采用GPIO接口实现连接。所述RS232通信模块可以采用MAX3232芯片,用于数字陀螺仪的姿态数据采集。所述MAX3232芯片其一端与主控芯片之间采用USART接口相连,其另一端采用平行线连接数字陀螺仪模块,实现对焊接机姿态角的检测。所述RS485模块采用串口转RS485模块芯片,其与主控芯片之间采用USART接口相连,从而实现ModBus总线的硬件连接。其另一端与焊接机电源相连,实现对数字电源的智能化控制。所述SD卡采用微型安全数字存储卡,其上运行Fatfs文件系统,用于存储焊接机控制器各项控制参数。其与主控芯片之间采用SDIO接口相连。下面结合实施及附图对本专利技术作进一步说明,但不限定本专利技术。如图1所示为管道焊接机控制器的下位机硬件结构框图,它由主控芯片STM32F429VET6、数字隔离芯片ISO7240、RS232通信芯片MAX3232、RS485通信模块、SD卡等模块构成。主控芯片的片上定时器输出PWM脉冲信号,经过隔离芯片隔离放大后输出至外部的步进电机驱动板,从而精确控制步进电机运行。RS232通信接口连接外部的MPU6050串口数字陀螺仪模块,实现对管道焊接位置的姿态角数据的采集。基于RS485模块接口实现了MODBUS-RTU总线协议,用于控制气保焊焊接电源系统的各项参数。用基于fatFS文件系统的SD存储卡通过SDIO接口与主控芯片相连,实现焊接数据和预设工艺参数的的保存。Wifi视频采集模块和下位机硬件主板之间采用UART串口连接通信,其和下位机一起安装在焊接小车上。如图2所示为整个焊接机系统,其包括安装在焊接小城上的下位机和人工手持的上位机以及气保焊焊接电源系统的机箱。由windows平台的图形化软件构成其上位机,图3为上位机设计的界面。上位机通过WIFI连接无线视频采集模块,既可以接收焊接熔池的实时视频,也可以和下位机通信。本管道自动焊接机控制器通过和机械装置以及焊接电源系统的有机结合,可以完成野外长输管道的高质量高效焊接任务。图4为管道焊接时焊枪的摆动动作示意,焊枪在焊缝内行走本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种带视频监控的管道焊接控制器,其特征在于该控制器包含下位机和平板上位机,二者之间通过wifi视频采集模块实现数据通信;下位机主要由STM32F429VET6型号的微控制器和与之相连的数字隔离芯片、RS232通信模块、RS485模块、SD卡和数字陀螺仪组成。

【技术特征摘要】
1.一种带视频监控的管道焊接控制器,其特征在于该控制器包含下位机和平板上位机,二者之间通过wifi视频采集模块实现数据通信;下位机主要由STM32F429VET6型号的微控制器和与之相连的数字隔离芯片、RS232通信模块、RS485模块、SD卡和数字陀螺仪组成。2.根据权利要求1所述的带视频监控的管道焊接控制器,其特征是通过wifi视频采集模块提供的无线转串口功能实现上位机与下位机的双向通信。wifi视频采集模块通过USB接口与焊接熔池监控专用相机相连。3.根据权利要求1所述的带视频监控的管道焊接控制器,其特征在于数字陀螺仪采用MPU6050陀螺仪,其可采集管道焊接位置姿态角度信息,并根据姿态角自动调整对应的焊接电流、电压等参数;该陀螺仪通过RS232通信接口与下位机相连。4.根据权利要求4所述的带视频监控的管道焊接控制器,其特征在于该控制器通过MODBUS-RTU总线接口与气保焊焊接电源设备通信,从而控制焊接电源的电流、电压大小和引弧模式等焊接参数。5.根据权利要求4所述的带视频监控的管道焊接控制器,其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员:沈维聪陈凯鑫陈帅帅王绪国
申请(专利权)人:武汉理工大学
类型:发明
国别省市:湖北,42

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