表面缺陷檢測(cè)機(jī)器1037602選SICK編碼器DFS60A-S4CM16384戶需求設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的功能及性能指標(biāo),設(shè)計(jì)系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖,對(duì)系統(tǒng)的主要單元進(jìn)行了對(duì)比分析,提出了本文的設(shè)計(jì)思路。接著,設(shè)計(jì)了線纜表面圖像采集單元。采用了三相機(jī)360°環(huán)繞線纜圓柱曲面的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)線纜表面全景圖像的采集,同時(shí),對(duì)本系統(tǒng)的相機(jī)、光源、計(jì)數(shù)和同步模塊及其連接方案進(jìn)行了設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該圖像采集單元能夠采集到清晰的線纜表面圖,通過(guò)針對(duì)圖像背景的改進(jìn)方案,使得圖像背景干擾小,降低了缺陷檢測(cè)算法的設(shè)計(jì)難度。然后,研究并實(shí)現(xiàn)了線纜表面缺陷檢測(cè)算法。在對(duì)比了不同的設(shè)計(jì)方案后,針對(duì)本文的實(shí)際需求,設(shè)計(jì)了適用于本系統(tǒng)的檢測(cè)流程,主要步驟分為線纜表面圖像預(yù)處理、線纜區(qū)域提取、線纜表面缺陷標(biāo)記、線纜表面缺陷特征提取與識(shí)別。對(duì)三張線纜圖的拼接、缺陷連通域標(biāo)記方法做了對(duì)比分析,采用訓(xùn)練支持向量機(jī)識(shí)別線纜表面針眼與灰塵。后,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試。在完成了圖像采集單元功能、算法代碼的實(shí)現(xiàn)和界面的設(shè)計(jì)后,分別對(duì)系統(tǒng)功能及性能指標(biāo)、大采集速度、小檢測(cè)缺陷尺寸和檢測(cè)直徑精度及范圍進(jìn)行測(cè)試,得出本系統(tǒng)的功能及性能指標(biāo)。經(jīng)測(cè)試,系統(tǒng)大檢測(cè)速度達(dá)到了124.8米/分,小檢測(cè)缺陷面積為0.1mm2,檢測(cè)直徑范圍在1mm-33.3mm之間,系統(tǒng)對(duì)線纜表面缺陷大類的檢測(cè)率達(dá)到了100%,對(duì)表面針眼的識(shí)別率達(dá)到了70%,總體性能接近Taymer SI3100,滿足工業(yè)生產(chǎn)的實(shí)際需求。 構(gòu)和數(shù)學(xué)模型出發(fā)、同時(shí)闡述施耐德變頻器控制永磁同步電機(jī)的模型和控制機(jī)理,并就施耐德新一代重磅推出的御卓系列ATV340變頻器為實(shí)例,以此來(lái)論述變頻器分別以開(kāi)環(huán)和閉環(huán)電機(jī)控制方式來(lái)驅(qū)動(dòng)永磁同步電機(jī)的原理和實(shí)踐調(diào)試方法。并對(duì)施耐德變頻器控制同步電機(jī)的實(shí)際效果進(jìn)行客觀評(píng)估,實(shí)踐調(diào)試方法注意事項(xiàng)的分享以及新老產(chǎn)品的性能比較。 撞產(chǎn)生的高能粒子的能量。ATLAS合作組計(jì)劃利用2018年LHC二期長(zhǎng)停機(jī)期間對(duì)液氬量能器進(jìn)行Phase-Ⅰ升級(jí)。為了能讓ATLAS液氬量能器工作在LHC Run-3 （2018-2019年）期間3倍于當(dāng)前亮度的環(huán)境下,液氬量能器Phase-Ⅰ升級(jí)的重點(diǎn)就是研發(fā)數(shù)字化觸發(fā)系統(tǒng),借此抑制背景噪聲,以高效的從背景中篩選出有效事件。更高的探測(cè)能量、亮度和讀出電子學(xué)更高的粒度都引起了數(shù)據(jù)傳輸量的顯著擴(kuò)增,因此光纖鏈路在ATLAS液氬量能器觸發(fā)讀出系統(tǒng)高速、海量數(shù)據(jù)的傳輸中起到了至關(guān)重要的作用。本文的主要研究工作是提出了光纖數(shù)據(jù)鏈路發(fā)送器芯片LOCx2中關(guān)鍵的編碼方案,并在SoS 0.25μm CMOS工藝下實(shí)現(xiàn)了核心模塊編碼器,設(shè)計(jì)了低延時(shí)的鏈路后端數(shù)據(jù)接收器FPGA固件,且利用GBT-Link實(shí)現(xiàn)了對(duì)整個(gè)鏈路系統(tǒng)的有效監(jiān)控。本文的具體研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)主要表現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：1. ATLAS液氬量能器要求光纖數(shù)據(jù)鏈路的前端具備耐輻照能力、功耗≤100mW/Gbps、延遲≤75ns,整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路的延遲≤150ns。目前業(yè)界僅有CERN開(kāi)發(fā)的GBT-Link可工作于輻照環(huán)境,但其它指標(biāo)均不滿足要求。因此,SMU光電實(shí)驗(yàn)室為ATLAS合作組開(kāi)發(fā)了一款符合要求的數(shù)據(jù)鏈路。該鏈路的前端包括數(shù)據(jù)發(fā)送器芯片LOCx2和激光驅(qū)動(dòng)芯片LOCld2。它們都采用SoS 0.2μm CMOS工藝設(shè)計(jì)而成,該工藝使用藍(lán)寶石作為絕緣襯底,對(duì)單事件閉鎖免疫,具有天然的抗輻照特性。LOCx2中的編碼器模塊是數(shù)據(jù)鏈路前端低延遲、低編碼開(kāi)銷、低功耗的關(guān)鍵模塊。主要研究工作體現(xiàn)在以下三點(diǎn)：①提出了全新的"LOCic編碼”,創(chuàng)造性的將12位的BCID （Bunch Cross Identification）信息編碼到了4位字段之中,傳輸每幀112位的載荷數(shù)據(jù)相比于8B10B編碼來(lái)說(shuō)編碼開(kāi)銷從33.9%降至了14.3%,大大降低了鏈路的功耗。該編碼簡(jiǎn)潔的編碼過(guò)程也易于實(shí)現(xiàn)低延遲的編碼器。②編碼器版圖采用人工計(jì),且通過(guò)優(yōu)化數(shù)字器件閾值電壓和時(shí)鐘樹(shù)、使用流水線技術(shù)等方法將編碼器的工作頻率從該工藝庫(kù)的極限100MHz提升至320MHz,進(jìn)一步降低了延遲。③設(shè)計(jì)三時(shí)鐘FIFO用以連接編碼器與前端兩ADC芯片,且使其容忍兩個(gè)ADC芯片輸出信號(hào)之間3.125ns的相位不定性。IOCx2芯片有兩個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送通道,每個(gè)通道的輸出速率為5.12Gbps,測(cè)試表明LOCx2的功耗僅為843mW,整個(gè)芯片的延遲≤27.2ns,其中IOCic編碼器帶來(lái)的延遲≤21ns,各指標(biāo)達(dá)到ATLAS液氬量能器的需求。2.除了低延遲的編碼器之外,為了降低整個(gè)數(shù)據(jù)鏈路的低延遲還需要設(shè)計(jì)低延遲的數(shù)據(jù)接收器。數(shù)據(jù)接收器由串并轉(zhuǎn)換器和構(gòu)成,采用商用FPGA實(shí)現(xiàn)：①通過(guò)優(yōu)化串行收發(fā)器IP核,使其能夠接收5.12Gbps的高速串行數(shù)據(jù),恢復(fù)出高速時(shí)鐘,對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣并終完成串并轉(zhuǎn)換。②采用簡(jiǎn)潔的解碼過(guò)程并且讓運(yùn)行在盡量高的頻率320MHz下,使延遲降到了③根據(jù)單粒子翻轉(zhuǎn)導(dǎo)致鏈路同步丟失時(shí)數(shù)據(jù)的特點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了鏈路的快速再同步功能。光纖數(shù)據(jù)鏈路的測(cè)試表明,數(shù)據(jù)接收器可以成功實(shí)現(xiàn)鏈路的同步,恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)和BCID信息,并通過(guò)CRC校驗(yàn)。鏈路的位差錯(cuò)率<10-12,延遲≤74.25ns,遠(yuǎn)低于150ns。3.為了保證基于LOCx2芯片的光纖數(shù)據(jù)鏈路能夠正常工作,本文采用GBT-Link實(shí)現(xiàn)了對(duì)應(yīng)的控制系統(tǒng),給光纖數(shù)據(jù)鏈路提供時(shí)鐘、控制信號(hào)并監(jiān)控系統(tǒng)的工作狀態(tài)?？刂奇溌吩诤蠖说腇PGA上實(shí)現(xiàn)了GBT-Link協(xié)議、HDLC協(xié)議和通道命令協(xié)議收發(fā)器,以此完成與前端GBTx和GBT-SCA芯片的雙向通訊,并終利用GBTx和GBT-SCA芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的控制。測(cè)試表明在該控制鏈路的控制下,光纖數(shù)據(jù)鏈路能夠穩(wěn)定可靠的傳輸數(shù)據(jù).

表面缺陷檢測(cè)機(jī)器1037602選SICK編碼器DFS60A-S4CM16384步電機(jī)控制系統(tǒng)中,采用的低線數(shù)光電編碼器不但影響速度和位置的檢測(cè)精度,而且影響電機(jī)解耦算法的準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)。課題組根據(jù)間接轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)定向控制算法,設(shè)計(jì)了基于位置而非速度的轉(zhuǎn)子磁鏈角觀測(cè)模塊,規(guī)避了速度計(jì)算誤差的干擾;提出了一種基于加速度在線辨識(shí)的轉(zhuǎn)子位置角預(yù)測(cè)算法。該方案通過(guò)前一時(shí)刻的轉(zhuǎn)子位置,結(jié)合轉(zhuǎn)動(dòng)慣量辨識(shí)和負(fù)載觀測(cè)器計(jì)算得出加速度,從而對(duì)轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置進(jìn)行估算,并在光電編碼器的位置更新點(diǎn)進(jìn)行修正,提高了位置精度。仿真和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:在車(chē)用異步電機(jī)矢量控制系統(tǒng)中,該方案能夠有效提高低線數(shù)光電編碼器電機(jī)控制系統(tǒng)的解耦精度,改善加速性能。 構(gòu)簡(jiǎn)單、重復(fù)精度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)快等優(yōu)點(diǎn)而在機(jī)械加工、物品搬運(yùn)、PCB焊接等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。但因機(jī)械臂工況的特殊性,機(jī)械臂對(duì)其關(guān)節(jié)永磁交流伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)提出了更高精度、更快響應(yīng)速度等能指標(biāo)要求,這是目前國(guó)內(nèi)現(xiàn)有通用永磁交流伺服系統(tǒng)及技術(shù)所不能滿足的,這成為了國(guó)內(nèi)機(jī)械臂研發(fā)的瓶頸問(wèn)題之一。對(duì)此,為了滿足機(jī)械臂的高速高精度驅(qū)動(dòng),本文從如何提高伺服系統(tǒng)的定位精度和響應(yīng)速度兩個(gè)關(guān)鍵技術(shù)展開(kāi)研究。首先,從SCARA機(jī)械臂整體設(shè)計(jì)出發(fā),在調(diào)研和分析了國(guó)內(nèi)外諸多廠家設(shè)計(jì)方案的基礎(chǔ)上,結(jié)合應(yīng)用場(chǎng)合提出了一種電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、光電編碼器和機(jī)械臂本體一體化高度集成的SCARA機(jī)械臂設(shè)計(jì)方案。該方案具有光機(jī)電集成度高、成本低、體積較小等優(yōu)點(diǎn)。其次,針對(duì)SCARA機(jī)械臂的應(yīng)用工況,在傳統(tǒng)的基于空間矢量調(diào)制算法的三閉環(huán)控制策略的基礎(chǔ)上提出了一種適合SCARA機(jī)械臂的高速高精度驅(qū)動(dòng)定位控制策略:,為了獲得較大的啟動(dòng)力矩來(lái)實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)啟動(dòng),將高頻注入法引入到電機(jī)的初始位置檢測(cè)中,采用外差法提取轉(zhuǎn)子的位置信息,并設(shè)計(jì)了一個(gè)零滯后且零穩(wěn)態(tài)誤差的位置跟蹤器。第二,為了獲得機(jī)械臂關(guān)節(jié)的初始位置并提高位置定位控制的精度,提出了一種新的特殊規(guī)律的混合式編碼器設(shè)計(jì)方法,并基于此提出了一種基于混合式雙編碼器集成的SCARA機(jī)械臂關(guān)節(jié)實(shí)時(shí)位置檢查方法。第三,為了減小擾動(dòng)對(duì)伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)定位性能造成的影響,采用自抗擾思想設(shè)計(jì)了位置速度一體控制的二階自抗擾控制器取代傳統(tǒng)的PI控制。后,集成這三種控制算法的優(yōu)勢(shì),設(shè)計(jì)了具備高響應(yīng)高精度驅(qū)動(dòng)特點(diǎn)的機(jī)械臂關(guān)節(jié)位置伺服驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。然后,為了驗(yàn)證方案的可行性,基于Matlab/Simulik搭建了內(nèi)埋式永磁同步電機(jī)、基于高頻注入法的位置觀測(cè)器等仿真模型,并進(jìn)行了仿真分析。由仿真結(jié)果知,在零速情況下轉(zhuǎn)子位置估算誤差在1.8度（電角度）以內(nèi);在低速情況下轉(zhuǎn)子位置估算誤差在10度（電角度）以內(nèi)。因此,采用高頻信號(hào)注入法,能夠有效實(shí)現(xiàn)電機(jī)在零速和低速情況下轉(zhuǎn)子位置的自檢測(cè)。后,本文結(jié)合控制算法設(shè)計(jì)了驅(qū)動(dòng)器樣機(jī),它由控制核心及其外圍電路、PWM隔離驅(qū)動(dòng)電路、電流采樣電路、位置檢測(cè)電路和通信電路等電路組成。基于此,以SCARA機(jī)械臂的X軸關(guān)節(jié)為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,分別進(jìn)行了電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置檢測(cè)、機(jī)械臂關(guān)節(jié)初始位置檢測(cè)、機(jī)械臂關(guān)節(jié)定位控制和機(jī)械臂關(guān)節(jié)抗擾動(dòng)實(shí)驗(yàn)。由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,電機(jī)轉(zhuǎn)子初始位置估算誤差在8度（電角度）以內(nèi);機(jī)械臂關(guān)節(jié)初始位置檢測(cè)結(jié)果與人為給定的初始位置一致;基于混合式雙編碼器集成的機(jī)械臂關(guān)節(jié)實(shí)時(shí)位置檢測(cè)精度比單編碼器檢測(cè)方法提高95%以上.