CN112692418A - 一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及电阻点焊应用技术领域，尤其涉及一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置及方法，该装置包括被焊工件、点焊电极、电极杆、工业方形电源和动态机器视觉监测***，所述点焊电极形成于所述电极杆的端部，所述被焊工件设置于两个所述点焊电极之间；所述工业方形电源设置于所述被焊工件的一端外侧，所述动态机器视觉监测***设置于所述被焊工件的另一端外侧；该方法包括获取与电阻点焊过程相关联的数据，从获取的数据中检测与飞溅相关联的参数，分析检测的参数，并用高速工业相机拍摄点焊期间的飞溅情况，采用图像处理确定产生的飞溅数量、飞溅形貌及飞溅方向，建立数据库，以监测电阻点焊过程的飞溅产生事件。

Description

一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置及方法
技术领域
本发明涉及电阻点焊应用技术领域，尤其涉及一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置及方法。
背景技术
电阻点焊是将被焊工件压紧于两电极之间，并通以电流，利用电流流经工件接触面及临近区域产生的电阻热将其加热到熔化状态，使之形成金属结合的一种方式。电阻点焊因其成本低、生产效率高和易于实现自动化的优点，在汽车、轨道交通、航空航天、低压电器、家电、电池等领域得到了广泛应用。特别是在汽车行业，超过90％的车身装配工作是由电阻点焊完成的。
然而在电阻点焊过程中，不可避免的会产生飞溅。产生飞溅事件的根本原因是由于塑性环形成不完整或者破裂，使其失去对熔池金属的包容作用。在各行业中，伴随飞溅事件所焊接的工件会被认为是质量差的特征。在大批量、快节拍的车身安装生产过程中，通常伴随着电极磨损、装配间隙、工件表面污染等干扰状况，这些不确定因素增加了焊接过程的不稳定性，导致塑性环形成不完整或破裂的概率增大，继而引发飞溅等焊接质量问题，降低焊点的可靠性。为了保证焊点质量，国内外车企普遍采用“焊后人工抽检+离线工业调整”的策略，通过超声探伤或者解剖实验等人工质检手段对焊点质量进行评测，再根据统计的合格率进行焊接工艺参数的离线反馈调节。此类质检方法效率低，质量反馈时效性差，不能满足快节拍的生产需求，无法保证100％焊点的检验，企业只能通过增加焊点数量来保证质量，这就势必会造成成本增加、效率降低。因此，本发明提出了一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法与装置。通过监测点焊过程中飞溅事件情况，并与数据库中的数据进行分析对比，判断该飞溅事件产生的缘由，从而判断焊点质量并调整工艺参数。
正是基于上述原因，本发明提供了一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置及方法。
发明内容
本发明的目的在于为了改进现有技术的缺陷，提供一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置及方法，能够通过监测焊接飞溅情况判断电阻点焊焊点质量。
为了实现本发明的目的,本发明采用的技术方案为：
本发明公开了一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置，包括被焊工件、点焊电极、电极杆、工业方形电源和动态机器视觉监测***，所述点焊电极形成于所述电极杆的端部，所述被焊工件设置于两个所述点焊电极之间，所述电极杆与所述被焊工件外壁之间的夹角为90°；所述工业方形电源设置于所述被焊工件的一端外侧，所述动态机器视觉监测***设置于所述被焊工件的另一端外侧。
所述工业方形电源通过光源固定架与光源触发模拟器连接，所述光源固定架呈倒“L”形结构，所述光源触发模拟器与所述工业方形电源电连接，其上设有控制器开关和亮度调节钮。
所述动态机器视觉监测***与所述被焊工件的端面之间设有保护玻璃。
本发明公开了一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法，包括如下步骤，
步骤910，获取与电阻点焊过程相关联的数据；
步骤920，从获取的数据中分析检测与飞溅相关联的参数；
步骤930，分析检测的参数；
步骤940，高速工业相机拍摄点焊期间的飞溅情况；
步骤950，采用图像处理确定产生的飞溅数量、飞溅形貌及飞溅方向；
步骤957，建立数据库，以监测电阻点焊过程的飞溅产生事件。
所述步骤920中，检测与飞溅相关联的参数包括检测焊接电流、检测电极压力、检测焊接时间、检测焊接板材状态、检测电极磨损程度、检测电极杆的垂直度、检测焊点的位置。
所述步骤930中，分析检测的参数包括确定焊接电流大于等于何值时会产生飞溅、确定电极压力小于等于何值时会产生飞溅、确定焊接时间在何时间段会产生飞溅、确定点焊电极磨损程度与飞溅的关系、确定电极杆与被焊工件之间角度与焊接飞溅之间的关系、焊点处于被焊工件边缘焊的程度与焊接飞溅之间的关系。
所述步骤940中，采用高速工业相机拍摄点焊期间的飞溅情况包括步骤920中所述的与飞溅相关联的参数分别设置在点焊过程中所产生飞溅的图片及视频。
所述拍摄点焊期间的飞溅情况包括将大于阈值的焊接电流、小于阈值的电极压力、大于阈值时间的焊接时间、板材的表面状态及匹配状态、电极磨损程度、电极杆与工件之间的垂直度以及焊点位置分别作为单一变量设置于电阻点焊过程中，拍摄并保存由各变量引起的点焊飞溅过程的图片及视频。
步骤950中，采用图像处理确定产生的飞溅数量、飞溅形貌及飞溅方向包括，使用差分进化算法计算飞溅事件产生的飞溅数量，使用图像处理分析飞溅事件产生的飞溅形貌及飞溅方向。
步骤957中，建立数据库包括将步骤930中所述的图像处理后的飞溅图片及视频与其产生飞溅事件的变量相对应，统一保存，建立可调用的数据库。
本发明的有益效果在于：
1.本发明提出的基于动态机器视觉的点焊质量监测装置能够通过监测焊接飞溅情况判断电阻点焊焊点质量。
2.本发明提出的基于动态机器视觉的点焊质量监测装置可以对电阻点焊过程进行实时监控，通过图像处理、对比数据库中的数据便可以得知飞溅事件产生的原因，并通过调节焊接参数来完善焊接工艺，效率高。
3.本发明提出的基于动态机器视觉的点焊质量监测装置搭建非常简单，且所需的硬件成本低。
4.本发明提出的基于动态机器视觉的点焊质量监测装置中的数据库，由8个子数据库组成，且每个子数据库对应着一种发生电阻点焊飞溅事件的原因，8个子数据库包含了所有可能产生电阻点焊飞溅事件的原因，因此建立的数据库内容丰富，覆盖面广，具有较强的说服力。
附图说明
图1是本发明的基于动态机器视觉的点焊质量监测装置的结构示意图；
图2是根据本发明的方面示出用于采用高速工业相机拍摄点焊期间的飞溅情况的流程图。
图3是根据本发明的方面示出用于采用图像处理确定产生的飞溅与焊点之间的距离、飞溅形貌及飞溅方向并建立数据库的流程图。
图4是以“焊接电流”为变量建立的子数据库方框图
图5是根据本发明的方面使用于将板材匹配状态作为变量应用于点焊过程中的实施例简图。
图6是根据本发明的方面使用于将电极帽磨损程度作为变量应用于点焊过程中的实施例简图。
图7是根据本发明的方面使用于将电极杆垂直度作为变量应用于点焊过程中的实施例简图。
图8是根据本发明的方面使用于将焊点位置作为变量应用于点焊过程中的实施例简图。
图9根据本发明的方面使用于基于动态机器视觉的点焊质量监测方法的实施例流程图。
图10是根据本发明的用于在实际工业生产中基于动态机器视觉的点焊质量。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
参见图1-10。
本发明公开了一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置，如图1所示，被焊工件100置于两个完全一样的点焊电极200之间，电极杆300与被焊工件100之间的垂直度为90°，保证了最佳的点焊角度并且熔核位置400处于工件的正中心位置，以此保证点焊过程中对被焊工件100所施加的压力是均匀的。工业方形光源500平行于被焊工件100的右侧，工业方形光源500可提供高亮高均匀照射光线并通过光源固定架600固定，保持稳定。光源触发模拟器700与工业方形光源500连接在一起，并且光源触发模拟器700可以通过控制器开关701来控制工业方形光源500的打开和关闭，亮度调节钮702根据实际需要可以通过旋转来调节工业方形光源500的亮度，顺时针旋转是增加亮度，逆时针旋转是降低亮度。保护玻璃800与动态机器视觉监测***900位于与工业方形光源500相反的一次，保护玻璃800置于动态机器视觉监测***900与被焊工件100之间，它可以保护动态机器视觉监测***900不被点焊过程中的飞溅所破坏。
一般来说，能够发生点焊过程飞溅事件的因素主要有焊接电流过大、电极压力过小、焊接时间过长、电极的磨损、被焊工件即板材的表面清洁状态及板材的匹配度、焊点的位置以及电极杆与工件之间的垂直度。图2将上述产生点焊过程飞溅事件的因素分别作为单一变量应用到拍摄飞溅事件的过程中，即设置大于阈值电流的三组电流，其余变量选择最佳值应用到点焊过程中，采集在三组大于阈值电流下点焊过程的飞溅图片及视频941；设置小于阈值电压的三组电极压力，其余变量选择最佳值应用到点焊过程中，采集在三组小于阈值电极压力下点焊过程的飞溅图片及视频942；设置大于阈值时间的三组焊接时间，其余变量选择最佳值应用到点焊过程中，采集在三组大于阈值焊接时间下点焊过程的飞溅图片及视频943；设置标准电极200、轻微磨损电极201、严重磨损电极202其余变量选择最佳值分别应用到点焊过程中，其余变量选择最佳值，采集在三种电极下点焊过程的飞溅图片及视频944；设置板材完全匹配100、板材间隙度较小101、板材间隙度较大102的三种板材匹配方式分应用到点焊过程中，其余变量选择最佳值，采集在三种板材匹配方式下点焊过程的飞溅图片及视频945；设置中心焊点位置400、大约形成三分之二熔核的焊点位置401、大约形成二分之一熔核的焊点位置402、大约形成三分之一熔核的焊点位置403分别应用到点焊过程中，其余变量选择最佳值采集不同焊点位置下点焊过程的飞溅图片及视频946；设置电极杆与工件之间的垂直度为90°300、电极杆与工件之间的垂直度较大但小于90°301、电极杆与工件之间的垂直度较小302分别应用到点焊过程中，其余变量选择最佳值采集电极杆与工件之间的不同垂直度下点焊过程的飞溅图片及视频947；设置板材表面状态良好(油污、氧化物为0)、板材表面状态一般(油污、氧化物较少)、板材表面状态较差(油污、氧化物较多)分别应用于点焊过程中，其余变量选择最佳值采集不同板材表面状态下点焊过程飞溅图片及视频948，将上述所有的图片及视频进行筛选即通过对比同一个变量下产生飞溅事件的图片和视频，确定在该变量下飞溅情况最为严重的图片进行保存，并和其所对应的变量共同存档949，例如假设阈值电流为7KA,分别采用8KA、9KA、10KA的飞溅电流设置于点焊过程中并采集其飞溅图片及视频，将8KA电流下的飞溅视频进行慢放截取其中飞溅情况最为严重的两个图片，并将从视频中所截取的图片与直接通过高速工业相机采集的图片进行对比，准确的找出8KA电流下飞溅情况最严重的图片，将该图片与8KA共同存档，命名为“事件A1”，可将9KA与其产生的飞溅事件图片命名为“事件A2”，以此类推。
将949中所获得的各个图片进行处理，计算图片中的飞溅与焊点之间的距离。虚化图片的背景颜色，(在此我们假定白色为前景色，黑色为背景色)，将前景中的像素的值转化为该点到达最近的背景点的距离952，
Figure BDA0002874209600000051
|X|为点(x2+y2)到原点的欧氏距离。即以焊点为原点建立二维直角坐标系，标定每一个飞溅点的位置(xi+yi)(i＝1.2.3......)，分别计算最远飞溅点和最近飞溅点与焊点之间的距离，并将由同种变量引起的飞溅事件的飞溅与焊点之间的距离进行整理、存档953，例如，焊接电流为8KA时飞溅与焊点之间的距离为“1”，焊接电流为9KA时的飞溅与焊点之间的距离为“2”，焊接电流为10KA时的飞飞溅与焊点之间的距离为“3”，且焊接电流8KA时的最远飞溅点与焊点之间的距离小于焊接电流9KA时的最远飞溅点与焊点之间的距离小于焊接电流10KA时的最远飞溅点与焊点之间的距离、焊接电流8KA时的最近飞溅点与焊点之间的距离小于焊接电流9KA时的最近飞溅点与焊点之间的距离小于焊接电流10KA时的最近飞溅点与焊点之间的距离，那么由焊接电流引起的飞溅与焊点之间的距离可排序“8KA<9KA<10KA”，并将距离“1”与焊接电流8KA共同存档，命名为“事件A1.1”、将距离“2”与焊接电流9KA共同存档，命名为“事件A2.1”，将距离“3”与焊接电流10KA共同存档，命名为“事件A3.1”以此类推。将949中所获得的各个图片进行处理，使用图像处理软件对图片进行数字化图像处理可以得到飞溅的形貌及轮廓，并且飞溅的方向也可以在图像处理后更准确的得出，将处理后所得到的数据和图片与其所对应的参数共同存档954，例如使用图像处理软件处理焊接电流为8KA时的飞溅事件图片，得到飞溅形貌命名为“T1”，得到的飞溅方向为“D1”,将“T1”与“D1”共同存档，命名为“事件A1.2”。将处理后的数据进行整理，由同种变量引起的飞溅事件作为一个子数据库956，将所有的子数据库合并得到总数据库957。例如，由焊接电流引起的飞溅事件为一个子数据库并命名为“I”，且“I”中包括焊接电流8KA时产生的“事件A1”且“事件A1”包含“事件A1.1”和“事件A1.2”；“I”中也包括焊接电流为9KA时产生的“事件A2”且“事件A2”包含“事件A2.1”和“事件A2.2”。
总数据库完成后，便可进行实践生产。图10即为实际工业生产中基于动态机视觉的点焊质量监测方法的实施例流程图。随着电阻点焊过程的开始1，便开始拍摄点焊过程2判断是否有飞溅生产3，如果该过程无飞溅事件发生，即可认为该焊点质量良好3.1，若发生飞溅事件则需对采集到的图片和视频进行图像处理，得到此次飞溅事件的最远飞溅点、最近飞溅点与焊点之间的距离、飞溅形貌及飞溅方向3.2，调取数据库中的子数据，将本次点焊过程的数据与子数据进行参考对比，若对比结果吻合度高即飞溅轮廓相同、飞溅方向相同且飞溅与熔核之间的距离相同，便可以得到本次飞溅事件所属的子数据库4，找到此子数据库所对应的变量5，便可通过调节此变量来改善点焊工艺6，例如，若实际生产所得到的飞溅事件数据与子数据库“I”中的数据相吻合，即最远飞溅点、最近飞溅点与焊点之间的距离介于“事件A1.1”和“事件A2.1”之间，飞溅形貌与“事件A”相同且飞溅方向与“事件A”也相同，便可确认此次飞溅事件是由焊接电流过大所引起，通过调节工艺参数即减小焊接电流便可获得性能良好的焊点。
所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置，其特征在于：包括被焊工件、点焊电极、电极杆、工业方形电源和动态机器视觉监测***，所述点焊电极形成于所述电极杆的端部，所述被焊工件设置于两个所述点焊电极之间，所述电极杆与所述被焊工件外壁之间的夹角为90°；
所述工业方形电源设置于所述被焊工件的一端外侧，所述动态机器视觉监测***设置于所述被焊工件的另一端外侧。
2.根据权利要求所述的一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置，其特征在于：所述工业方形电源通过光源固定架与光源触发模拟器连接，所述光源固定架呈倒“L”形结构，所述光源触发模拟器与所述工业方形电源电连接，其上设有控制器开关和亮度调节钮。
3.根据权利要求所述的一种基于动态机器视觉的点焊质量监测装置，其特征在于：所述动态机器视觉监测***与所述被焊工件的端面之间设有保护玻璃。
4.一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法，其特征在于：包括如下步骤，
步骤910，获取与电阻点焊过程相关联的数据；
步骤920，从获取的数据中分析检测与飞溅相关联的参数；
步骤930，分析检测的参数；
步骤940，高速工业相机拍摄点焊期间的飞溅情况；
步骤950，采用图像处理确定产生的飞溅数量、飞溅形貌及飞溅方向；
步骤957，建立数据库，以监测电阻点焊过程的飞溅产生事件。
5.根据权利要求4所述的一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法，其特征在于：所述步骤920中，检测与飞溅相关联的参数包括检测焊接电流、检测电极压力、检测焊接时间、检测焊接板材状态、检测电极磨损程度、检测电极杆的垂直度、检测焊点的位置。
6.根据权利要求5所述的一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法，其特征在于：所述步骤930中，分析检测的参数包括确定焊接电流大于等于何值时会产生飞溅、确定电极压力小于等于何值时会产生飞溅、确定焊接时间在何时间段会产生飞溅、确定点焊电极磨损程度与飞溅的关系、确定电极杆与被焊工件之间角度与焊接飞溅之间的关系、焊点处于被焊工件边缘焊的程度与焊接飞溅之间的关系。
7.根据权利要求4所述的一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法，其特征在于：所述步骤940中，采用高速工业相机拍摄点焊期间的飞溅情况包括步骤920中所述的与飞溅相关联的参数分别设置在点焊过程中所产生飞溅的图片及视频。
8.根据权利要求7所述的一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法，其特征在于：所述拍摄点焊期间的飞溅情况包括将大于阈值的焊接电流、小于阈值的电极压力、大于阈值时间的焊接时间、板材的表面状态及匹配状态、电极磨损程度、电极杆与工件之间的垂直度以及焊点位置分别作为单一变量设置于电阻点焊过程中，拍摄并保存由各变量引起的点焊飞溅过程的图片及视频。
9.根据权利要求4所述的一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法，其特征在于：步骤950中，采用图像处理确定产生的飞溅数量、飞溅形貌及飞溅方向包括，使用差分进化算法计算飞溅事件产生的飞溅数量，使用图像处理分析飞溅事件产生的飞溅形貌及飞溅方向。
10.根据权利要求9所述的一种基于动态机器视觉的点焊质量监测方法，其特征在于：步骤957中，建立数据库包括将步骤930中所述的图像处理后的飞溅图片及视频与其产生飞溅事件的变量相对应，统一保存，建立可调用的数据库。
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