机器视觉检测——工业自动化焊接检测

作者：admin　　时间：2019-06-13 15:05　　人气： ℃

工业自动化中的焊缝监测

在汽车工业中的现代底盘制造车间，传统的点焊技术已被激光焊接技术取代，预制底盘片材料的焊接使用的是激光焊接和锡/铜焊工艺。现代汽车业对产品质量的严格要求使其必须对生产中的激光焊接接头有极其严格一致的监测和工艺文档记录。采用一套能百分之百对所有激光焊接点进行检测的全自动化检测系统可满足此需求。焊接缺陷的检测中我们采用结合了三维激光三角测量和二维灰度值测量的三个并行处理：完成三维剖面分析，二维焊接结构分析（焊接纹理分析）和二维焊接气孔分析。

这套检测系统在缩短系统反应时间的同时有效的提高了焊接过程的安全性。按照设计目标，整套系统达到了德国汽车工业的高质量标准。同时，该系统也在对检测过的焊接点的结果存储和追踪等方面提供了一套更加有效的工艺文档记录方式，从而提高了整个底盘生产线的收益率。

基于应用的具体要求，选用了Photonfocus的MV-D1024E-80-CL的CMOS的相机。使用Photonfocus专利的LinLog®技术，相机在清晰拍摄到三角测量过程中的激光线图像同时拍摄了用于焊接气孔分析的2D灰度分布图。


图1：搭头焊接的纹理灰度图像。LinLog®技术能在不过度曝光的情况下同时拍摄到两条激光线	图2：探测头由三部分组成，分别是CMOS相机，线激光发射器，和环形频闪光源	图3：三维和二维相结合来分析激光焊接点，可检测到气孔直径为100微米

焊接过程监测

INESS项目（在激光焊接过程控制中集成光学测量技术）致力于为采用固体激光器的激光焊接过程开发一个焊接过程监测系统。

目前市面上已经有多种采用各种不同方法的用于激光焊接的监测系统。随着激光焊接技术应用在工业制造中的增长，新的焊接过程监测系统的需求正变得越来越迫切。现代工业生产中需要100%的质量控制，需要一套用于生产过程优化的可靠控制策略，和创新的过程检测结合起来以提高生产线的运转效率和效益。

这套创新的系统成功实现了对焊接过程事前、实时、事后同时进行观测，并且结构很紧凑。较小的尺寸是因为只采用了一个CMOS相机就可以同时记录和评估上述焊接的三个过程。

				事前处理：利用激光三角测量，对要焊接工件重叠的几何尺寸先测量确认，这样就能在焊接开始前校正好激光焊接点的位置。实时处理：拍摄熔池图像，测的焊接表面微孔的几何尺寸，可用于焊接参数优化和缺陷的相关分析。
图1: 焊接预处理，实时处理，事后处理的示意图
				事后处理：事后观测的同时，另一激光三角测量被用于检测焊接后的焊缝。
图2: 对激光焊接过程事前，实时，事后图像的持续获取

这套系统有很好的空间分辨率和很高的处理速度，这使过程监控变得非常容易。在该系统的样机评估阶段，监测系统的各种功能是在真实的焊接的部件上进行演示的。基于应用的具体需求，Photonfocus的MV-1024-TrackCam CMOS相机被选用。焊接过程检测应用一般都优先选择CMOS相机。Photonfocus的 CMOS相机因为其LinLog®专利技术而能达到超高的动态范围。另外，和CCD相机相比， CMOS相机所独有的开窗功能（Region of Interest）即只对相机视场中不同局部感兴趣区域进行读取的功能被证明是一项很重要的特性，它使图像获取的帧频有很大的提高。

焊缝缺陷检测

在自动化TIG（钨极氩弧焊）焊接工艺中，质量控制变得越来越重要。像焊缝气孔一类的缺陷会使得被焊接的部件在高负载工作中断裂或破损。焊接系统中的图像处理系统不仅是为了质量控制，还能够对整个焊接工艺过程进行记录和改进。在自动化TIG焊接系统中，对已完成的焊接部件进行人工的目测检查不仅成本高而且效率低。另外，要能可靠的检测出50微米大小的确缺陷，需要采用光学分辨率为10微米左右的检测系统。如果采用人工的目测检查，就需要配备放大镜或者显微镜之类的光学辅助设施。要达到以上这些技术要求，我们需要一套高分辨率的图像处理系统来完成质量检测。为跟上生产制造线上部件的生产周期，这套视觉监测系统也需要具有相匹配的高速度。

总部设在Neftenbach的瑞士公司Soutec开发出了一套用语焊缝缺陷检测的质量控制系统Souvis5000，与Photonfocus公司的MV-D1024E-80 CMOS相机集成到检测头中。使用这个检测头对激光焊接进行检测，结合2D和3D检测功能，系统可以在30m/min的速度下可靠检测出50微米的焊点瑕疵。

为满足这种高速的图像处理要求开发出了一个基于QNX实时操作系统的高速图像处理系统。这个系统中，Photonfocus的相机拥有特殊的优势：相机自带控制软件PFRemote2.0，该相机控制软件可与大多数的操作系统很好的兼容，QNX 也不例外。为了实现边焊接边检测，Souvis5000的检测头是直接安装在一个机器人上的，其可以迅速而准确的跟踪焊缝。同时该系统还使用了Photonfocus 的Digipeater模块作为cameralink®中继延长器，来确保数据可靠地从机器人传输到采集控制系统。

作为该系统最合适的相机，MV-D1024E-80拥有75帧/秒的帧速和百万像素的分辨率，这些特性使整个系统达到30m/min的检测速度。2D/3D检测过程中利用了 Photofocus专利的LinLog®技术的线性/对数传感器特性。 Souvis5000检测系统的探头被加载在一个机器人上用于快速的跟踪焊接过程。Photonfocus提供的Digipeater组件能够确保数据通过Cameralink®线在机器人和控制系统之间进行可靠的传输。


图1：有坏点的TIG焊接焊缝						图2：用Souvis 5000检测系统所获得的图像结果					图3：Souvis 5000微型探测头

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