一种用于焊接火花飞溅检测的光电探测系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于焊接火花飞溅检测的光电探测系统，解决现有火花飞溅探测易造成网络拥塞和带宽受限、数据传输效率低，数据冗余、计算和存储压力大的问题。该系统包括滤光片、成像镜头和智能相机；成像镜头对经滤光片滤除后的火花飞溅进行光线汇聚形成影像；智能相机包括电源模块、CMOS传感器、FPGA、存储器Ⅰ、PCIE接口、中央处理器和存储器Ⅱ；电源模块向中央处理器提供电源，中央处理器向FPGA和CMOS传感器提供电源；FPGA根据焊机输出的同步信号，驱动CMOS传感器对影像进行解串、位对齐以及数据重组，获得火花飞溅图像数据，此后通过PCIE接口传输给中央处理器；中央处理器对火花飞溅图像数据进行数据流控制和数据处理，获得处理结果；存储器Ⅱ对处理结果存储。对处理结果存储。对处理结果存储。

【技术实现步骤摘要】
一种用于焊接火花飞溅检测的光电探测系统及方法


[0001]本专利技术涉及火花飞溅探测技术，具体涉及一种用于焊接火花飞溅检测的光电探测系统及方法。

技术介绍

[0002]随着自动化技术的发展，现代化工厂中的焊接环节已逐步被机器人焊接所取代，这一技术进步能够极大节省人力成本，并提高焊接质量的一致性。但由于工艺及设备原因，在自动焊机工作过程中经常会出现火花飞溅的情况。火花飞溅对焊接作业的影响主要包括：造成焊接现场安全隐患、对工件表面造成污染和损坏以及影响焊接质量。因此，目前工业自动化焊接过程中，急需对火花飞溅进行有效探测及实时监控，根据探测所获取的数据进行分析后，指导工艺的提升及焊机工作参数的调整。
[0003]由于火花飞溅探测需要对每个焊点单独进行监测，而自动化焊接中有成百上千个焊接工作点，因此需要大量的数据获取设备。现有数据获取设备一般成像后直接将数据通过网络发送至控制计算机中进行处理分析，然后将各个设备的处理结果再反馈至相对应的自动焊机。当各个工作点的数据获取设备将数据同时传给控制计算机时，易造成网络拥塞和带宽受限，而采用顺序传送数据的方式，则会造成数据传输效率降低的问题。此外，若数据集中送至控制计算机中进行处理，还存在数据冗余以及计算和存储压力增大等问题。这些问题都极大地影响了自动化作业流程和运行效率，这就需要一种更高效的探测技术来解决当前问题。

技术实现思路

[0004]为了解决现有火花飞溅探测的工作方式是将各工作点数据同时传给控制计算机，易造成网络拥塞和带宽受限，而采用顺序传送数据，造成数据传输效率低；以及数据集中送至计算机处理，存在数据冗余、计算和存储压力大的技术问题，本专利技术提供了一种用于焊接火花飞溅检测的光电探测系统及方法，以实现对焊接过程中产生的火花飞溅进行自动探测。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供的技术方案是：
[0006]一种用于焊接火花飞溅检测的光电探测系统，其特殊之处在于：包括滤光片、成像镜头和智能相机；
[0007]所述滤光片用于滤除焊接现场的背景光；
[0008]所述成像镜头对经滤光片滤除后的火花飞溅进行光线汇聚，在焦点处形成清晰的影像；成像镜头的波长范围为400nm
‑
1500nm；
[0009]所述智能相机包括电源模块、CMOS传感器、FPGA、存储器Ⅰ、PCIE接口、中央处理器和存储器Ⅱ；
[0010]所述电源模块与中央处理器相连，用于向中央处理器提供电源，中央处理器向FPGA和CMOS传感器提供电源；
[0011]所述FPGA包括传感器驱动及配置单元、数据接收及重组单元、存储控制单元和PCIE接口控制单元；
[0012]所述中央处理器通过PCIE接口与FPGA中的PCIE接口控制单元连接，实现FPGA和中央处理器之间的交互与通信；
[0013]所述PCIE接口控制单元通过传感器驱动及配置单元与CMOS传感器相连；传感器驱动及配置单元用于对CMOS传感器进行驱动控制及寄存器参数配置，其通过PCIE接口控制单元接收中央处理器发送的指令，并根据指令译码结果对CMOS传感器进行参数设置；CMOS传感器在焊接现场焊机输出的同步信号和传感器驱动及配置单元控制下对成像镜头获得的影像进行光电探测与模数转换，输出LVDS信号；
[0014]所述数据接收及重组单元与CMOS传感器的输出信号线相连，对LVDS信号进行解串、位对齐以及数据重组，获得规整的火花飞溅图像数据；
[0015]所述存储控制单元将数据接收及重组单元输出的火花飞溅图像数据缓存至存储器Ⅰ中，以及将存储器Ⅰ中存储的火花飞溅图像数据传输至PCIE接口控制单元；
[0016]所述PCIE接口控制单元通过PCIE接口将火花飞溅图像数据传从FPGA传输至中央处理器；
[0017]所述中央处理器包括ARM控制器和GPU处理器，ARM控制器对FPGA输出的火花飞溅图像数据进行数据流控制和数据处理，同时GPU处理器对火花飞溅图像数据进行加速处理，获得火花飞溅目标位置、面积大小以及火花运动轨迹等处理结果；
[0018]所述存储器Ⅱ与ARM控制器相连，用于火花飞溅处理结果的本地存储。
[0019]进一步地，所述滤光片采用可见光波段滤光片；
[0020]所述成像镜头的波长范围为400nm
‑
1500nm。
[0021]进一步地，所述智能相机还包括与ARM控制器分别连接的外设接口和以太网接口。
[0022]进一步地，所述存储器Ⅰ的存储容量为128G，存储器Ⅱ的存储容量为256G。
[0023]进一步地，所述PCIE接口采用PCIE2.0协议，数据通道数为4。
[0024]进一步地，所述传感器驱动及配置单元与焊机通过信号同步线连接。
[0025]同时，本专利技术提供了一种用于焊接火花飞溅检测的光电探测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤，包括以下步骤：
[0026]1)上电复位
[0027]电源模块给中央处理器上电，然后通过中央处理器控制FPGA和CMOS传感器上电；
[0028]2)系统初始化
[0029]使FPGA处于默认工作参数下，FPGA中的传感器驱动及配置单元向CMOS传感器输出驱动信号，CMOS传感器在驱动信号作用下输出LVDS信号；FPGA中的数据接收及重组单元接收CMOS传感器输出的LVDS信号数据，对LVDS信号数据进行解串、位对齐及数据重组，获得默认参数下的图像数据；间隔一定时间，使FPGA工作在触发采集模式下；
[0030]3)火花飞溅的采集
[0031]3.1)当FPGA检测到焊机发出同步信号传输时，CMOS传感器对成像镜头获得的影像进行光电探测与模数转换，并将转换后的输出结果LVDS信号传输给FPGA；
[0032]3.2)FPGA中的数据接收及重组单元对CMOS传感器输出的LVDS信号进行解串、位对齐以及数据重组，获得规整的火花飞溅图像数据；
[0033]3.3)存储控制单元将数据接收及重组单元输出的火花飞溅图像数据缓存至存储器Ⅰ中，以及将存储器Ⅰ中存储的火花飞溅图像数据传输至PCIE接口控制单元；
[0034]3.4)PCIE接口控制单元通过PCIE接口将火花飞溅图像数据传输至中央处理器；
[0035]4)图像存储与处理
[0036]中央处理器中的ARM控制器对FPGA输出的火花飞溅图像数据进行数据流控制和数据处理，同时GPU处理器对火花飞溅图像数据进行加速处理，获得火花飞溅处理结果。
[0037]进一步地，步骤1)中，CMOS传感器上电具体如下：
[0038]CMOS传感器先进行1.8V电压上电，然后进行3.3V电压上电，最后进行像素电压上电。
[0039]与现有技术相比，本专利技术的优点是：
[0040]1、本专利技术探测系统包括FPGA和中央处理器，通过PCIE接口连接FPGA和中央处理器，可以实现图像采集和处理的一体化，能够实现本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于焊接火花飞溅检测的光电探测系统，其特征在于：包括滤光片(1)、成像镜头(2)和智能相机(3)；所述滤光片(1)用于滤除焊接现场的背景光；所述成像镜头(2)对经滤光片(1)滤除后的火花飞溅进行光线汇聚，形成清晰的影像；成像镜头(2)的波长范围为400nm
‑
1500nm；所述智能相机(3)包括电源模块、CMOS传感器、FPGA、存储器Ⅰ、PCIE接口、中央处理器和存储器Ⅱ；所述电源模块与中央处理器相连，用于向中央处理器提供电源，中央处理器向FPGA和CMOS传感器提供电源；所述FPGA包括传感器驱动及配置单元、数据接收及重组单元、存储控制单元和PCIE接口控制单元；所述中央处理器通过PCIE接口与FPGA中PCIE接口控制单元连接，实现FPGA和中央处理器之间的交互与通信；所述PCIE接口控制单元通过传感器驱动及配置单元与CMOS传感器相连；传感器驱动及配置单元用于对CMOS传感器进行驱动控制及寄存器参数配置，其通过PCIE接口控制单元接收中央处理器发送的指令，并根据指令译码结果对CMOS传感器进行参数设置；CMOS传感器在焊机输出的同步信号和传感器驱动及配置单元控制下对成像镜头(2)获得的影像进行光电探测与模数转换，输出LVDS信号；所述数据接收及重组单元与CMOS传感器的输出信号线相连，对LVDS信号进行解串、位对齐以及数据重组，获得规整的火花飞溅图像数据；所述存储控制单元将数据接收及重组单元输出的火花飞溅图像数据缓存至存储器Ⅰ中，以及将存储器Ⅰ中存储的火花飞溅图像数据传输至PCIE接口控制单元；所述PCIE接口控制单元通过PCIE接口将火花飞溅图像数据从FPGA传输至中央处理器；所述中央处理器包括ARM控制器和GPU处理器，ARM控制器对FPGA输出的火花飞溅图像数据进行数据流控制和数据处理，同时GPU处理器对火花飞溅图像数据进行加速处理，获得火花飞溅处理结果；所述存储器Ⅱ与ARM控制器相连，用于火花飞溅处理结果的本地存储。2.根据权利要求1所述用于焊接火花飞溅检测的光电探测系统，其特征在于：所述滤光片(1)采用可见光波段滤光片；所述成像镜头(2)的波长范围为400nm
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1100nm。3.根据权利要求2所述用于焊接火花飞溅检测的光电探...

【专利技术属性】
技术研发人员：寇经纬，范尧，刘青，张伟刚，达争尚，齐文博，
申请(专利权)人：中国科学院西安光学精密机械研究所，
类型：发明
国别省市：