CN107941914A - 机器人超声检测系统位置与超声数据高速同步采集的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种用于机器人超声检测系统位置与超声数据高速同步采集的方法，该方法适用于机器人超声检测系统中位置与超声数据高速同步采集。通过设计位置采集卡，实时获取机器人末端的位置，并判断机器人末端位置的改变量，每隔一个距离输出脉冲，触发信号采集卡采集超声信号，并将位置数据和超声数据分别存储在两个内存中，互相匹配的两组数据在内存中占据相同的位置，快捷准确的应用于后处理模块。

Description

机器人超声检测系统位置与超声数据高速同步采集的方法

一、技术领域

本发明提出了一种用于机器人超声检测系统位置与超声数据高速同步采集的方法，该方法适用于机器人超声检测系统中位置与超声数据高速同步采集。

二、背景技术

机器人被广泛引入超声检测系统中，提高了超声检测的效率和准确度，机器人超声系统应用于生产链中，自动检测产品是否存在制造缺陷，保证产品的百分百优良性能。对于存在缺陷的产品进行缺陷评估，有的通过特殊处理可以减少或消除缺陷，达到可应用的指标，所以确定缺陷位置尤为重要。机器人位置的数据与超声信号的数据的采集是独立的，很容易产生两者无法准确匹配的问题，造成缺陷位置的误判，产品的缺陷无法得到有效评估和消除。

现在，机器人位置和超声信号的匹配通常由软件触发超声采集卡，即用时间触发。由于机器人未给使用者预留位置输出接口，对于位置的获取，一般通过基础位置、运动速度和运动时间获得，但是对于关节轴电机，实际转动过程中存在加速和减速阶段，所以计算得到的位置与实际位置存在无法确定大小的误差，获得的缺陷位置不准确，对于精密检测系统，这种方法不能满足精度要求。

本文提出的是一种基于FPGA技术，读取机器人当前位置，并触发超声采集卡采集超声数据，实现位置与超声数据的高速同步采集。

三、发明内容

本发明的目的是提供一种用于机器人超声检测系统的位置与超声数据高速同步采集的方法，用来高速同步采集位置与超声数据，使后处理过程更简单快捷。

本发明的具体技术方案如下：

(1)基于FPGA技术设计高速位置采集卡，直接处理机器人各关节轴编码器信号，实现机器人末端位置的实时高速获取和存储。

(2)位置采集卡根据位置变化输出信号，触发信号采集卡采集超声数据。

(3)通过对机器人末端位置和超声数据顺序编号，准确快速的应用到后处理模块。

四、附图说明

图1关节编码器输出的差分信号示意图

图2位置采集卡触发信号采集卡采集示意图

图3机器人位置与超声数据的存储示意图

五、具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式进行详细说明：

1、获取机器人末端位置

机器人末端位置可以通过关节轴的编码器和机器臂等参数获得。因为机器臂的参数是固定的，只需获得所有编码器的角度θ₁、θ₂、θ₃、θ₄、θ₅、θ₆...，即可得到末端位置，模型如下。

(x，y，z)＝f(θ₁，θ₂，θ₃，θ₄，θ₅，θ₆，...)

编码器输出两组差分信号，一组是编码器时钟信号，另一组是编码器角度信号，如图1所示。利用FPGA技术，对时钟信号和角度信号进行分析处理，实时得到关节轴的角度，从而获得机器人末端的位置。

2、位置采集卡触发信号采集卡采集超声数据

每段超声信号对应着唯一的采集位置，为保证一一对应的关系，选择利用位置触发信号采集卡采集信号的方法。假设位置采集卡每隔一小段距离Δl输出一个脉冲，脉冲信号高电平为3V，低电平为0V，宽度为3μs，而实际运动距离Δl′与x，y，z的关系如下所示。

其中，Δx、Δy和Δz表示当前位置与上一次触发时位置的变化量，即

Δx＝x_当前-x_{上一次触发位置}

Δy＝y_当前-y_{上一次触发位置}

Δz＝z_当前-z_{上一次触发位置}

只有当Δl′＞Δl，即实际运动距离大于设定触发距离时，才会输出触发信号。信号采集卡被触发后，开始采集超声信号的数据，模型如图2所示。根据采样率和采样深度，采集到固定数目的数据。

3、机器人位置数据和超声信号数据的顺序存储

机器人位置数据和超声信号数据在后处理模块中是重要的组成部分，两者能否正确对应决定了超声检测的准确性。每组机器人位置数据包括x，y，z三个数据，每组超声信号数据的数目由采样率和采样深度确定，为完整保存这些数据，分别将两者依次保存在n×3和n×m的内存中，如图3所示。其中，m表示每组超声信号数据的数目，n的设定必须满足可能的最大的数据量。这样对应关系的位置数据和超声数据在内存中位置一致，便于后处理的读取操作，极大的缩短了读取时间。

Claims (3)

1.本发明提出了一种用于机器人超声检测系统位置与超声数据高速同步采集的方法，其特征在于它包括：FPGA技术、位置采集卡、位置触发方式、顺序存储。基于FPGA技术，设计了用于实时获取机器人位置的采集卡，并可以输出脉冲信号，触发超声信号采集卡开始采集超声信号，并将位置和超声信号分别存储在两块内存的相同位置，用于后处理模块的读取和操作。

2.根据权利要求1所述的固体中功率超声的声场强度分布的测量方法，其特征在于，利用FPGA技术创新性的设计开发位置采集卡，通过采集和处理关节轴编码器输出的两组差分信号，得到关节轴的旋转角度，再根据机械臂的几何参数，计算出机器人末端的位置。

3.根据权利要求1所述的机器人超声检测系统位置与超声数据高速同步采集的方法，本发明创新性的实现位置触发的功能，位置采集卡实时采集机器人的位置信号，计算出机器人末端当前位置，并且每经过一个设定的触发间距Δl，位置采集卡会输出一个高电平为3V、低电平为0V、宽度为3μs的脉冲信号，设定信号采集卡为外触发方式，这样脉冲信号会触发超声采集卡开始采集超声信号，实现了位置触发信号采集卡采集超声信号，然后将位置信息和超声信息分别存储在两块内存的相同位置中，非常方便的用于后处理模块的读取和操作，避免了读取误差。