CN102601512B

CN102601512B - 汽车车身点焊飞溅检测与控制装置及其方法

Info

Publication number: CN102601512B
Application number: CN201210095247.7A
Authority: CN
Inventors: 王克鸿; 刘敏; 王晓宇; 张春阳; 董春雨; 周琦; 江俊龙; 付扬帆
Original assignee: Nanjing University of Science and Technology
Current assignee: Nanjing University of Science and Technology
Priority date: 2012-03-31
Filing date: 2012-03-31
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2032-03-31
Also published as: CN102601512A

Abstract

本发明公开了一种汽车车身点焊飞溅检测与控制装置及其方法，包括焊钳、点焊焊钳下电极位置传感器、上电极臂、1号工业CCD、2号工业CCD、图像采集卡、工业计算机、上电极、下电极和下电极臂；焊钳、点焊焊钳下电极位置传感器、上电极臂、上电极、下电极、下电极臂组成汽车车身点焊焊接装置，利用该装置不仅可以在线的检测点焊飞溅，还可以通过对采集的飞溅图像进行处理，得出飞溅特征，并给出飞溅产生的方位，作出质量评判，实现高质量低能耗焊接的双重要求。

Description

汽车车身点焊飞溅检测与控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种汽车车身点焊装置和检测控制方法，特别是一种基于熔池视觉检测的汽车车身点焊飞溅检测控制方法和装置。

背景技术

电阻点焊是压力焊的一种，其原理是通过电极给焊件施加压力，利用电流通过接头的接触面及邻近区域所产生的电阻热进行焊接。与传统的弧焊工艺相比，点焊具有接头质量好，生产效率高、辅助工序少、无须填加焊接材料、便于实现自动化、清洁卫生等优点，在国防和国民生产领域得到了广泛的应用，尤其成为汽车制造业不可或缺的焊接工艺方法，且应用前景不断扩大。然而在车体领域的初期自主保养活动中，调查初期清扫的垃圾，几乎都是飞溅。这些飞溅，不仅浪费了清扫时间，附在车体上造成品质不良；另外生产过程中溶解电线或附在开关上等造成设备故障，引发生产中断。由此可见，汽车车身点焊质量与效率却一直受到飞溅的制约。所谓“飞溅”是在点焊中熔融状态的金属发生火花飞溅的现象。从焊接的板与板之间跳出来的称为中间飞溅；从连接电极的表面飞散出来的叫表面飞溅。

汽车壳体生产过程中急需要一种用于检测点焊飞溅的方法和装置，通过检测评判飞溅等级，寻找规律。

发明内容

本发明的目的在于提供一套汽车车身点焊飞溅的检测装置和控制方法，利用该装置不仅可以在线的检测点焊飞溅，还可以通过对采集的飞溅图像进行处理，得出飞溅特征，并给出飞溅产生的方位，作出质量评判，实现高质量低能耗焊接的双重要求。

附图一所示汽车车身点焊飞溅检测装置示意图。主要装置包括：焊钳；点焊焊钳下电极位置传感器；上电极臂； 1号工业CCD； 2号工业CCD；图像采集卡；工业计算机；上电极；下电极；下电极臂。焊钳、点焊焊钳下电极位置传感器、上电极臂、上电极、下电极、下电极臂组成汽车车身点焊焊接装置；技术解决方案为：1号工业CCD、2号工业CCD型号选用敏通1881EX型，配合启光公司的FS-LM2514型镜头，CCD镜头前端安装滤光片，1号工业CCD、2号工业CCD与滤光片组成图像采集系统；其特征在于：焊钳、点焊焊钳下电极位置传感器、上电极臂、上电极、下电极、下电极臂组成汽车车身点焊焊接装置；1号工业CCD、2号工业CCD安装在电焊焊机上电极臂上，1号工业CCD、2号工业CCD的镜头采像轴线与上电极轴线同平面；1号工业CCD、2号工业CCD镜头中心线延长线与上电极端面中心点相交于一点；1号工业CCD、2号工业CCD采集焊接过程飞溅图像，通过数据线与图像采集卡实现数据连接；图像经过数据采集卡由模拟信号转为数字信号传输至工业计算机。

附图2所示汽车车身点焊飞溅检测控制系统示意图。主要装置包括：焊钳；点焊焊钳下电极位置传感器；上电极臂； 1号工业CCD； 2号工业CCD；图像采集卡；工业计算机；上电极；下电极；下电极臂；数模转换接口；变频器；交流伺服电机。技术解决方案为：定义飞溅系数K=K1*s+K2*θ（K1,K2常数项系数；s飞溅面积，此处为处理后轮廓包含的像素数；θ飞溅轴线与标定线间角度）。

第一步，开启汽车车身点焊飞溅检测装置，工业CCD采集点焊焊接飞溅图像，通过数据线与图像采集卡实现数据连接；数据采集卡将飞溅图像由模拟信号转为数字信号传输至工业计算机；

第二步，工业计算机内基于VC++的图像处理程序对采集飞溅图像的实时处理，获取飞溅轮廓，提取飞溅大小与特征参数，得到飞溅系数K值；

第三步，工业计算机将获得的飞溅特征参数作为反馈经数模转换接口和变频器传输至交流伺服电机，伺服电机将反馈动作传给点焊焊钳下电极位置传感器，实现对下电极运动方式与施加力的大小及方向的控制；由1号工业CCD4、 2号工业CCD5采集汽车车身点焊飞溅图像，工业计算机处理图像获得获取飞溅轮廓，提取飞溅大小与特征参数，得到飞溅系数K值经数模转换接口和变频器传输至交流伺服电机，交流伺服电机将反馈动作传给点焊焊钳下电极位置传感器，实现对下电极运动方式与施加力的大小及方向的控制，从而实现汽车车身点焊飞溅检测控制的闭环控制。

附图3所示防“鬼像”滤光系统装置示意图。主要部位包括： CCD镜头套筒、滤光片套筒、挡飞溅玻璃片固定套筒、挡飞溅玻璃片。技术解决方案为：A区用于放置CCD镜头部分；B区用于放置滤光片，安装时将滤光片置于A区和B区之间的凸台上，再利用一个紧固螺环从右端拧入，将滤光片和减光片夹紧；C区用于放置挡飞溅用的玻璃片。为了方便及时更换玻璃片而尽量减小对减光片的影响，利用套筒结构将玻璃片外置，与左端的主体部分（A+B部分）进行螺纹连接，以保证CCD镜头和滤光片中心之间没有足够高的同心度。

本发明与现有技术装置相比，其显著优点是：

1、在现有的汽车车身点焊装置基础上增加了飞溅检测与处理装置，可以利用工业CCD采集飞溅图像，应用工业计算机处理飞溅图像，有效地观测、评判飞溅产生；

2、通过采集到的图像寻找飞溅产生规律，建立飞溅系数与焊接工艺参数之间的关系；

3、闭环控制，经工业计算机、数模转换接口将飞溅系数反馈到交流伺服电机，由交流伺服电机改变下电极运动方式与施加力的大小及方向；

4、最终图像处理与飞溅检测控制装置的速度依赖于工业计算机，只要提高工业计算机的使用性能，可以实现对汽车车身点焊飞溅的在线控制。

附图说明

图1汽车车身点焊飞溅检测装置示意图。

图2汽车车身点焊飞溅检测控制系统示意图。

图3防“鬼像”近红外滤光系统装置的结构图。

图4飞溅图像处理流程图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体结构以及使用方法作进一步详细实例描述。

结合附图1、2，本发明的汽车车身点焊飞溅检测控制方法和装置的使用过程包括以下步骤：

步骤1，安装防“鬼像”装置；所述1号工业CCD4、2号工业CCD5采用防“鬼像”装置，该装置安装顺序为CCD镜头、滤光片、挡飞溅玻璃；CCD镜头套筒内直径尺寸以1号工业CCD4、2号工业CCD5镜头外直径尺寸为依据，在CCD镜头套筒15前端加工凸台，开内螺纹，滤光片套筒16开外螺纹，CCD镜头套筒15和滤光片套筒16螺纹配合，在CCD镜头套筒15前端做成小直径凸台内安放滤光片，滤光片套筒16旋紧固定，凸台外侧开螺纹与挡飞溅玻璃片固定套筒17的内侧螺纹实现螺纹连接，挡飞溅玻璃片18安装在挡飞溅玻璃片固定套筒17内；保证CCD镜头和滤光片中心之间有足够高的同心度。

步骤2，将两套由敏通1881EX型1号工业CCD4、2号工业CCD5配合启光公司的FS-LM2514型镜头及1064nm滤光片组成的近红外图像采集系统用夹具分别固定在焊钳上臂的相对位置，两CCD轴线与电极轴线同平面；调整CCD镜头和滤光片中心线延长线与上电极端面中心点相交与一点，以达到良好的采集效果。

步骤3，开启点焊设备同时启动工业计算机，开启图像采集系统与同步图像处理系统，工业CCD4、5采集点焊焊接飞溅图像，通过数据线与图像采集卡6实现数据连接；数据采集卡6 将飞溅图像由模拟信号转为数字信号传输至工业计算机7。

步骤4，工业计算机7内基于VC++的图像处理程序对采集飞溅图像进行处理，具体步骤如下：获得原始图像；对原始图像进行灰度拉伸，对图像灰度值进行线性变化，有选择的拉伸灰度区间，提高重点关注的飞溅区域在整体图像中的对比度；图像平滑，利用均值滤波和中值滤波降低随机噪声对图像质量的影响；阈值分割将图像分割为二值化图像后进行图像；边缘检测，获取飞溅轮廓，提取飞溅大小与特征参数，得出飞溅系数K值；

步骤5，工业计算机7将步骤3得到的飞溅系数K值作为反馈由经数模转换接口12和变频器13传输至交流伺服电机14，伺服电机将反馈动作传给点焊焊钳下电极位置传感器2，实现对下电极9运动方式与施加力的大小及方向的控制。汽车车身点焊飞溅图像经工业计算机7处理图像获得获取飞溅轮廓，提取飞溅大小与特征参数，得到飞溅系数K值经数模转换接口12和变频器13传输至交流伺服电机14，交流伺服电机14将反馈动作传给点焊焊钳下电极位置传感器2控制对下电极9运动方式与施加力的大小及方向的，从而实现汽车车身点焊飞溅检测控制的闭环控制。

Claims

1.一种汽车车身点焊飞溅检测与控制装置，该装置包括焊钳[1]、点焊焊钳下电极位置传感器[2]、上电极臂[3]、1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]、图像采集卡[6]、工业计算机[7]、上电极[8]、下电极[9]、下电极臂[10]、数模转换接口[12]、变频器[13]、交流伺服电机[14]；焊钳[1]、点焊焊钳下电极位置传感器[2]、上电极臂[3]、上电极[8]、下电极[9]、下电极臂[10]组成汽车车身点焊焊接装置；1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]型号选用敏通1881EX型，配合启光公司的FS-LM2514型镜头，CCD镜头前端安装滤光片，1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]与滤光片组成图像采集系统；其特征在于： 1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]安装在电焊焊机上电极臂[3]上，1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]的镜头采像轴线与上电极[8]轴线同平面；1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]镜头中心线延长线与上电极[8]端面中心点相交于一点；1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]]采集焊接过程飞溅图像，通过数据线与图像采集卡[6]实现数据连接；图像经过图像采集卡[6]由模拟信号转为数字信号传输至工业计算机[7]。

2.根据权利要求1所述的汽车车身点焊飞溅检测与控制装置，其特征在于：所述1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]采用防“鬼像”装置，该装置安装顺序为CCD镜头、滤光片、挡飞溅玻璃；CCD镜头、滤光片、挡飞溅玻璃依次安放在套筒内；CCD镜头套筒内直径尺寸以1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]镜头外直径尺寸为依据，在CCD镜头套筒[15]前端加工凸台，开内螺纹，滤光片套筒[16]开外螺纹，CCD镜头套筒[15]和滤光片套筒[16]螺纹配合，在CCD镜头套筒[15]前端做成小直径凸台内安放滤光片，滤光片套筒[16]旋紧固定，凸台外侧开螺纹与挡飞溅玻璃片固定套筒[17]的内侧螺纹实现螺纹连接，挡飞溅玻璃片[18]安装在挡飞溅玻璃片固定套筒[17]内；保证CCD镜头和滤光片中心之间有足够高的同心度。

3.一种汽车车身点焊飞溅检测控制方法，其特征在于包括以下步骤：

第一步，开启汽车车身点焊飞溅检测装置，1号工业CCD[4]、2号工业CCD[5]采集点焊焊接飞溅图像，通过数据线与图像采集卡[6]实现数据连接；图像采集卡[6] 将飞溅图像由模拟信号转为数字信号传输至工业计算机[7]；

第二步，工业计算机[7]内基于VC++的图像处理程序对采集飞溅图像的实时处理，获取飞溅轮廓，提取飞溅大小与特征参数，得到飞溅系数K值；

第三步，工业计算机[7]将获得的飞溅特征参数作为反馈经数模转换接口[12]和变频器[13]传输至交流伺服电机[14]，交流伺服电机[14]将反馈动作传给点焊焊钳下电极位置传感器[2]，实现对下电极运动方式与施加力的大小及方向的控制；由1号工业CCD[4]、 2号工业CCD[5]采集汽车车身点焊飞溅图像，工业计算机[7]处理图像获得获取飞溅轮廓，提取飞溅大小与特征参数，得到飞溅系数K值经数模转换接口[12]和变频器[13]传输至交流伺服电机[14]，交流伺服电机[14]将反馈动作传给点焊焊钳下电极位置传感器[2]，实现对下电极运动方式与施加力的大小及方向的控制，从而实现汽车车身点焊飞溅检测控制的闭环控制。

4.根据权利要求3所述的一种汽车车身点焊飞溅检测控制方法，其特征在于：工业计算机[7]运用VC++程序对采集到的飞溅图像进行处理的方法如下：

第一步，获得原始图像；

第二步，对原始图像进行灰度拉伸，对图像灰度值区间进行线性变化，提高飞溅区域在整体图像中的对比度；

第三步，利用均值滤波和中值滤波降低随机噪声对图像质量的影响，使图像得到平滑；

第四步，通过阈值分割将图像分割为二值化图像；

第五步，利用边缘检测获取飞溅轮廓，提取飞溅大小与特征参数，得到飞溅系数K值。