CN216486422U - 一种嵌入式焊接系统图像通信装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种嵌入式焊接系统图像通信装置。所述装置包括CPU核心电路板、焊接通信板、扩展隔离IO板和触摸屏模块；CPU核心电路板连接焊接通信板；焊接通信板包括RS485驱动电路、RS232驱动电路和隔离IO接口，焊接通信板通过扩展隔离IO接口连接扩展隔离IO板；RS485驱动电路外接焊接图像处理上位机，实时获取焊接图像处理上位机得到的熔池特征信息；RS232驱动电路连接触摸屏模块，将获取的熔池特征信息发送至触摸屏模块，由触摸屏模块显示熔池的特征信息。本实用新型实现了焊接过程图像检测和焊接控制器的分离，降低了对控制器的性能要求和成本，可通过该装置实时显示熔池特征信息。
Description
技术领域
本实用新型涉及智能焊接技术领域，具体涉及一种基于嵌入式焊接系统图像通信装置。
背景技术
在智能焊接技术领域，对焊缝以及熔池的图像识别和特征提取过程中需要对相机采集的图像进行处理，其实时性和性能要求较高，往往需要在专用的视觉PC机进行处理，但是传统PC机作为视觉处理上位机时，其外接IO和通讯接口数量少，难以满足在焊接应用场合中多从机控制需求。一般智能焊接应用中需要和焊接电源、焊接机器人、触摸屏等从机设备协同控制。视觉PC机不适用于工业环境，在焊接过程中容易受到电磁干扰，可靠性不足，且单一视觉PC机作为主控端时，各模块的程序耦合度高，更换模块时需要重写视觉PC机的控制程序，给企业和操作人员带来不便，需要花费大量时间和精力去重新开发。在智能焊接应用中，针对焊接过程中出现的剧烈电磁干扰，在与各从机通讯过程中的线缆较为容易受到干扰，会出现从机通讯错误，导致焊接过程中无法正常控制而焊接失败，成为了影响正常焊接的重要因素。
现有技术中采用工业计算机作为焊接视觉处理的终端，工业计算机处理后的图像结果仍需要操作人员输入到机器人的控制系统中(视觉系统在焊接生产中的应用研究[J].工业控制计算机,2019,32(12):76-77)，其过程不能实现完全自动化，仍需要操作人员进行操作，没有建立起图像处理信息与控制器的通信链路，难以满足现代智能焊接要求。
实用新型内容
为了解决上述存在的问题，本实用新型提供一种基于嵌入式焊接系统图像通信装置，结合了视觉PC机的高性能处理焊接图像能力，其抗干扰能力强、体积小、成本低，且拓展接口丰富，满足智能焊接场合中需要与多台从机协同控制的要求。采用基于RS485和RS232的通讯接口和Modbus RTU协议有效提高了该装置的抗扰能力，提高了焊接过程的可靠性，同时实现了焊接过程图像检测和焊接控制器的分离，降低了对控制器的性能要求和开发成本，可通过该装置实时显示熔池特征信息，对焊接过程进行控制。
本实用新型的目的至少通过如下技术方案之一实现。
一种嵌入式焊接系统图像通信装置，包括CPU核心电路板、焊接通信板、扩展隔离IO板和触摸屏模块；
CPU核心电路板连接焊接通信板；
焊接通信板包括RS485驱动电路和RS232驱动电路，RS485驱动电路和RS232驱动电路都包括有扩展隔离IO接口电路，焊接通信板通过扩展隔离IO接口电路连接扩展隔离IO板；
RS485驱动电路外接焊接图像处理上位机，实时获取焊接图像处理上位机得到的熔池特征信息；
RS232驱动电路连接触摸屏模块，将获取的熔池特征信息发送至触摸屏模块，由触摸屏模块显示熔池的特征信息。
进一步地，CPU核心电路板采用STM32单片机作为主控单元；CPU核心电路板上设有电源电路、EMMC存储电路和1000M网络电路；
电源电路分别连接主控单元、EMMC存储电路和1000M网络电路进行供电；
EMMC存储电路连接主控单元，用于存储操作系统以及文件系统；
主控单元连接1000M网络电路；
主控单元、电源电路、EMMC存储电路和1000M网络电路连接至BTB板对板连接器，通过BTB板对板连接器连接焊接通信板。
进一步地，扩展隔离IO接口提供对应的电源接口，用于给扩展隔离IO板供电。
进一步地，RS485驱动电路基于Modbus RTU协议与焊接图像处理上位机进行通信，并且以嵌入式焊接系统图像通信装置作为主站，焊接图像处理上位机作为从机，以25Hz～60Hz的频率进行熔池特征信息的更新，实时获取焊接图像处理上位机得到的熔池特征信息，最后通过串口发送到CPU核心电路板。
进一步地，RS485驱动电路包括RS485驱动芯片，RS485驱动芯片为MAX3485EESA，RS485驱动芯片以串口方式通过BTB板对板连接器连接到CPU核心电路板。
进一步地，RS232驱动电路将从焊接图像处理上位机发送的熔池特征信息实时发送到触摸屏模块，由触摸屏模块显示熔池的特征信息，如熔池宽度、熔池长度、熔池面积、锁孔宽度、锁孔长度和锁孔面积；
同时RS232驱动电路接收来自触摸屏模块的输入，通过串口发送到CPU核心电路板。
进一步地，触摸屏模块中设置有控制焊接熔池图像识别启动以及停止的虚拟按钮。
进一步地，RS232驱动电路包括RS232驱动芯片，RS232驱动芯片为MAX3232ESE，RS232驱动芯片以串口方式通过BTB连接器连接到CPU核心电路板。
进一步地，扩展隔离IO板包括数字量输入电路和数字量输出电路；
数字量输入电路和数字量输出电路都通过多路光耦将信号隔离，数字量输入电路连接控制焊接熔池图像识别启动以及停止的实体按钮；数字量输出电路连接工作状态指示灯，显示工作状态；
扩展隔离IO板通过扩展IO接口电路连接到焊接通信板，由焊接通信板的BTB板对板连接器将信号隔离后的IO信号送入CPU核心电路板。
进一步地，CPU核心电路板中的电源电路采用双电源芯片降压的方式，基于LM2596S-5和TLV62090RGT同时得到5V和3.3V的最大3A电流的直流电压输出，给嵌入式焊接系统的图像通信装置的CPU核心电路板、焊接通信板和扩展隔离IO板提供稳定直流电源。
相比于现有技术，本实用新型的优点在于：
本实用新型的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，采用基于RS485和RS232的通讯接口和Modbus协议，方便与焊接控制器进行连接控制，提高了焊接图像通信的抗扰能力，提高焊接可靠性，同时实现了焊接过程图像检测和焊接控制器的分离，降低了对控制器的性能要求和开发成本，可通过本实用新型实时显示熔池特征信息。
附图说明
图1为本实用新型实施例中的嵌入式焊接系统图像通信装置的结构框图。
图2为本实用新型实施例中的RS485电路电路图。
图3为本实用新型实施例中的RS232电路电路图。
图4为本实用新型实施例中的数字量输出电路图。
图5为本实用新型实施例中的数字量输入电路图。
图6为本实用新型实施例中的电源电路电路图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施对本实用新型的技术方案进行详细说明。需要指出的是，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
实施例：
一种嵌入式焊接系统图像通信装置，如图1所示，包括CPU核心电路板、焊接通信板、扩展隔离IO板和触摸屏模块；
CPU核心电路板连接焊接通信板；
焊接通信板包括RS485驱动电路和RS232驱动电路，RS485驱动电路和RS232驱动电路都包括有扩展隔离IO接口电路，焊接通信板通过扩展隔离IO接口电路连接扩展隔离IO板；
RS485驱动电路外接焊接图像处理上位机，实时获取焊接图像处理上位机得到的熔池特征信息；
RS232驱动电路连接触摸屏模块，将获取的熔池特征信息发送至触摸屏模块，由触摸屏模块显示熔池的特征信息。
本实施例中，CPU核心电路板采用STM32单片机作为主控单元，具体型号为STM32MP157DAA1；CPU核心电路板上设有电源电路、EMMC存储电路和1000M网络电路；
电源电路分别连接主控单元、EMMC存储电路和1000M网络电路进行供电；
EMMC存储电路连接主控单元，具体型号为KLM8G1GETF，用于存储操作系统以及文件系统；
主控单元连接1000M网络电路；
主控单元、电源电路、EMMC存储电路和1000M网络电路连接至BTB板对板连接器，通过BTB板对板连接器连接焊接通信板，本实施例中，BTB板对板连接器具体采用双列双排1000.8mm间距引脚进行连接。
扩展隔离IO接口提供对应的电源接口，用于给扩展隔离IO板供电。
如图2所示，本实施例中，RS485驱动电路包括指示串口通讯工作状态的LED指示灯，RS485驱动电路基于Modbus RTU协议与焊接图像处理上位机进行通信，RS485通讯建立，LED指示灯会产生闪烁，操作人员直接通过观察LED指示灯即可判断RS485通讯的工作状态，包括RS485驱动电路输出的TVS二极管，保证了在RS485通讯过程中不受静电而损坏电路；
并且以嵌入式焊接系统图像通信装置作为主站，焊接图像处理上位机作为从机，以25Hz～60Hz的频率进行熔池特征信息的更新，实时获取焊接图像处理上位机得到的熔池特征信息，最后通过串口发送到CPU核心电路板。
本实施例中，RS485驱动电路包括RS485驱动芯片，RS485驱动芯片为MAX3485EESA，RS485驱动芯片以串口方式通过BTB板对板连接器连接到CPU核心电路板。
如图3所示，RS232驱动电路将从焊接图像处理上位机发送的熔池特征信息实时发送到触摸屏模块，由触摸屏模块显示熔池的特征信息，如熔池宽度、熔池长度、熔池面积、锁孔宽度、锁孔长度和锁孔面积；
同时RS232驱动电路接收来自触摸屏模块的输入，通过串口发送到CPU核心电路板。
本实施例中，触摸屏模块中设置有控制焊接熔池图像识别启动以及停止的虚拟按钮。
本实施例中，RS232驱动电路包括RS232驱动芯片，RS232驱动芯片为MAX3232ESE，RS232驱动芯片以串口方式通过BTB连接器连接到CPU核心电路板。
如图4和图5所示，扩展隔离IO板包括数字量输入电路和数字量输出电路；
本实施例中，数字量输入电路和数字量输出电路都通过多路光耦TLP521-4将信号隔离，数字量输入电路连接控制焊接熔池图像识别启动以及停止的实体按钮；数字量输出电路连接工作状态指示灯，显示工作状态；
扩展隔离IO板通过扩展IO接口电路连接到焊接通信板，由焊接通信板的BTB板对板连接器将信号隔离后的IO信号送入CPU核心电路板。
如图6所示，CPU核心电路板中的电源电路采用双电源芯片降压的方式，基于LM2596S-5和TLV62090RGT同时得到5V和3.3V的最大3A电流的直流电压输出，给嵌入式焊接系统的图像通信装置的CPU核心电路板、焊接通信板和扩展隔离IO板提供稳定直流电源；
其中TLV62090RGT引入PWR_ONRST信号作为3.3V的开关信号，在系统上电过程中保证在5V电压稳定后，3.3V才会工作，保证STM32MP157芯片内部的上电时序正确，避免5V刚上电时的电压不稳定导致的系统启动失败
本实施例中，嵌入式焊接系统图像通信装置的工作流程为，首先焊接图像处理上位机和嵌入式焊接系统图像通信装置上电，各自进行系统初始化工作，当焊接图像处理上位机和嵌入式焊接系统图像通信装置准备就绪时，将各自的通讯就绪位置1，此时基于Modbus RTU的RS485通讯建立成功，通讯过程中由CRC校验保证信息的完整性和正确性，当CRC校验失败时，嵌入式焊接系统图像通信装置将沿用上一周期的熔池特征信息，并重新发送更新指令，保证焊接过程控制不受干扰影响，保证焊接正常工作，嵌入式焊接系统图像通信装置作为主站，对焊接图像处理上位机进行轮询更新信息，信息包括系统就绪状态、熔池有效位、熔池宽度、熔池长度、熔池面积、锁孔宽度、锁孔长度和锁孔面积。
嵌入式系统图像通信装置将上面信息通过RS232通讯电缆发送到触摸屏模块中，由触摸屏模块实时显示出焊接过程中的熔池特征信息，提供给操作人员观察与操作的界面，操作人员可通过实体按钮的启动和停止按钮，用于在焊接过程中操作焊接熔池图像识别的启动与停止。
Claims (10)
1.一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，包括CPU核心电路板、焊接通信板、扩展隔离IO板和触摸屏模块；
CPU核心电路板连接焊接通信板；
焊接通信板包括RS485驱动电路、RS232驱动电路和隔离IO接口，焊接通信板通过扩展隔离IO接口连接扩展隔离IO板；
RS485驱动电路外接焊接图像处理上位机，实时获取焊接图像处理上位机得到的熔池特征信息；
RS232驱动电路连接触摸屏模块，将获取的熔池特征信息发送至触摸屏模块，由触摸屏模块显示熔池的特征信息。
2.根据权利要求1所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，CPU核心电路板采用STM32单片机作为主控单元；CPU核心电路板上设有电源电路、EMMC存储电路和1000M网络电路；
电源电路分别连接主控单元、EMMC存储电路和1000M网络电路进行供电，还通过BTB板对板连接器对焊接通信板供电；
EMMC存储电路连接主控单元，用于存储操作系统以及文件系统；
主控单元连接1000M网络电路；
主控单元、电源电路、EMMC存储电路和1000M网络电路连接至BTB板对板连接器，通过BTB板对板连接器连接焊接通信板。
3.根据权利要求1所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，扩展隔离IO接口提供对应的电源接口，用于给扩展隔离IO板供电。
4.根据权利要求1所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，RS485驱动电路基于Modbus RTU协议与焊接图像处理上位机进行通信，并且以嵌入式焊接系统图像通信装置作为主站，焊接图像处理上位机作为从机，以25Hz～60Hz的频率进行熔池特征信息的更新，实时获取焊接图像处理上位机得到的熔池特征信息，最后通过串口发送到CPU核心电路板。
5.根据权利要求4所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，RS485驱动电路包括RS485驱动芯片，RS485驱动芯片为MAX3485EESA，RS485驱动芯片以串口方式通过BTB板对板连接器连接到CPU核心电路板。
6.根据权利要求1所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，RS232驱动电路将从焊接图像处理上位机发送的熔池特征信息实时发送到触摸屏模块，由触摸屏模块显示熔池的特征信息；
同时RS232驱动电路接收来自触摸屏模块的输入，通过串口发送到CPU核心电路板。
7.根据权利要求6所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，触摸屏模块中设置有控制焊接熔池图像识别启动以及停止的虚拟按钮。
8.根据权利要求6所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，RS232驱动电路包括RS232驱动芯片，RS232驱动芯片为MAX3232ESE，RS232驱动芯片以串口方式通过BTB连接器连接到CPU核心电路板。
9.根据权利要求1所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，扩展隔离IO板包括数字量输入电路和数字量输出电路；
数字量输入电路和数字量输出电路都通过多路光耦将信号隔离，数字量输入电路连接控制焊接熔池图像识别启动以及停止的实体按钮；数字量输出电路连接工作状态指示灯，显示工作状态；
扩展隔离IO板通过扩展IO接口电路连接到焊接通信板，由焊接通信板的BTB板对板连接器将信号隔离后的IO信号送入CPU核心电路板。
10.根据权利要求1～9任一项所述的一种嵌入式焊接系统图像通信装置，其特征在于，CPU核心电路板中的电源电路采用双电源芯片降压的方式，基于LM2596S-5和TLV62090RGT同时得到5V和3.3V的最大3A电流的直流电压输出，给CPU核心电路板、焊接通信板和扩展隔离IO板提供直流电源。
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