CN105474001B - 用于通过超声波控制焊缝的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制使用超声焊极、通过超声波焊接的两个热塑性零件之间的焊缝的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：通过破坏先前组装的这些零件在焊缝的附着区域的结合来将其分离，将配备有框住分开的焊接区域的开口的栅罩放置在这些零件中的一个之上，并且通过该栅罩、在受控的光照环境下产生所述区域的多个图像，数字处理这些图像从而量化地分析焊点质量。

Description

用于通过超声波控制焊缝的方法
技术领域
本发明涉及对在热塑性材料上通过超声波产生的焊缝的成像和图像处理控制。
背景技术
其目的是一种用于使用超声焊极、通过超声波焊接的两个热塑性零件之间的焊缝的控制方法。
优选地但非排他性地本发明使用在用于组装出用于机动车辆的塑料零件的场所，这些塑料零件由例如聚丙烯制成，如罩板。
在汽车行业，许多热塑性零件是使用超声焊极通过超声波焊接的。超声焊极是金属工具，该金属工具承受超声波并且该金属工具将所接收的振动能量释放给组装零件的物质。超声焊极在所述物质上的接触表面具有一个凹入的印记，该印记具有不同图案，例如四面体图案。
为了进行对两板状的元件的超声波焊接，使这些元件(面在面上地)在将进行焊接的区域接触。超声焊极位于第一零件的表面。在机械应力的作用下，它逐渐穿过其物质。承受振动(其频率在超声波范围(近似35kHz)内)的材料的温度升高。首先，物质在应力下变形。继续加热，直到达到材料的融化温度。在这个区域，液态物质的一部分变得被包围在这两个热塑性板之间。超声焊极穿过第一个板的厚度以便中止其在第二个板的厚度中的行进。然后，将其移除，在材料上留下其印记。
在使用超声焊极产生印记之后，融化并在这两个板的接口上移动的物质在其间通过冷却凝固创造了结合。
印记仅是在第一个板的表面上产生的。另一个板在相对的表面上不经受变形。一旦焊点具有与在机械拉伸测试过程中建立的规格表的要求相比更好的表现、并且只要第二零件的表面未因印记的形成而变形，穿透深度就是令人满意的。因此需要一种便于找到最优的超声焊极穿透深度的安排。
为了检查焊点状态和焊接参数条件，可以用张力试验机进行测试。这些测试是对通过超声波焊接的样本、或“测试件”执行的。从而确定了焊点所承受的最大力。然而，不可能对大型零件执行此类测试。如果零件是使用单个焊缝组装的，它们才是有利的。因此，这种控制方法难以融入汽车零件生产现场，尤其是当它们是使用若干焊缝组装的大型零件(如罩板)时。
另一方法是在将从生产线上采样的零件撕开之后对焊接区域进行视觉控制。这比上述方法更容易实现，但由于观察的主观性，不能保证其可靠性。
发明内容
本发明的目的是克服与组装线控制有关的困难。
为此，提出了通过在焊缝的附着区域破坏先前组装的零件的结合来将其分离，将配备有框住撕开的焊接区域的开口的栅罩定位于这些零件中的一个之上，以及在受控的光照环境下通过该栅罩产生此区域的多个图像，数字地处理这些图像从而量化地分析焊点质量。
优选地，为图像而选定的零件是超声焊极未从中穿过的零件，并且所分析的附着区域所在之处存在着能够通过在应力下的形变来区分的撕开的物质。
此方法是客观性的。可以使其与机械测试相联系从而评估焊点的表现，与上述测试的情况一样，这是在零件的设计和批准阶段、在其制造之前进行的。
附图说明
通过本发明的一个非限定性的实施例的以下说明并参见附图，本发明的其他特征和优点将清楚地显露，在附图中：
-图1是用于焊缝的拍摄设备的示意性实例，
-图2是图1中所拍摄的样本的放大图，
-图3强调了样本在其栅罩下的焊缝
-图4示出了具体类型的一组栅罩，
-图5是拍摄室，
-图6示出了栅罩的各种形状，并且
-图7描绘了照相受控的照明系统。
具体实施方式
对焊缝的扯裂强度取决于其尺寸。在设计和批准阶段，可以在机械测试过程中对焊缝的表现进行测试。然后将表现最小容差与表面最小容差相联系，比如从而检测劣质的焊接。在这些测试过程中对焊接的质量进行评估。这允许对制造过程中将生产的焊接表面的尺寸进行定义。
所提出的控制方法实施在装配厂或之后。它主要在于在通过将两个组装的零件撕开而分离之后产生焊接面的图像。所产生的图像是附着区域的图像。为这张图像而选定的组装零件优选地是超声焊极未完全穿过的零件。附着区域是存在可以在应力下通过其变形来区分的撕开的物质的地方。的确，如果比较具有或不具有附着的区域，即光滑表面和变形的表面，存在光的对比反射。在焊接区域内观察到灰度级变化。通过对破坏区域的图像的适当处理就考虑了这种区别。这种处理允许对附着表面和当被张紧时其表现的量化分析。总之，该方法主要包括以下步骤：
-通过在这些焊缝的附着区域破坏先前组装的零件的结合来将其分离，
-将配备有框住撕开的焊接区域的开口的栅罩定位于这些零件中的一个之上，并且
-通过该栅罩、在受控的光照环境下产生此区域的多个图像，数字处理这些图像从而量化地分析焊点质量。
可以用简单相机以“微距模式(macro mode)”产生这些照片。然而，为了使得存在不受控制的外界照明而导致的眩光效果最小化，有利的是在工作室(如图1和图5中所示的)内拍摄照片，在这里由于墙壁的不透明性并通过对展示板进行定向，工作室内的亮度条件可以是标准化的。
为了克服焊缝的实际尺寸和在对其进行后续分析的过程中图像比例，优选地通过各种形状的栅罩拍摄照片。这些可以是具有平面矩形几何形状、在中心不具有物质的(如图4中的那些)、或具有不同形状的白色塑料零件。栅罩允许克服对图像的放大率和失真度、尤其是零件的距离、放大率、和倾斜度有影响的拍摄条件。通过联系栅罩内部的总表面来选择焊点面积，这些参数变化不具有任何后果。当焊缝的曲线在零件上、在不同几何形状的各焊缝之间变化时，当这也同样适用。
栅罩是放置在焊接周围的在零件上的印记。在它框住焊接区域的同时对其拍照。图像是彩色或黑白拍摄的。在拍摄时可以对栅罩进行修整。然而，框住的区域必须的完整的。拍摄距离、装置的取向和放大率不是固定的。然而，优选的是采取不使用闪光的“微距”近景拍摄模式(比如)从而出于锐利度设定最优焦距、并且克服反光。更接近装置导致处理图像的分辨率和量化准确度的增大。总之，可以使用计算工具辅助的光学相机(如在成像库(计算机)上)、或使用常规相机拍摄照片。
在本发明的优选实施例中，以指定零件拍摄第一图像。照片的放大有利于样本的可跟踪性。至少两次拍摄图像，从而保证底片的清晰度。在选择之后，针对处理要求对图像进行编号。
然后通过各操作自动地处理图像，这些操作被嵌入图像处理软件。针对每张图像计算附着区域的表面与栅罩的内表面之比。若干图像处理操作是确定焊接附着区域所必需的，如黑白转换、灰度级范围选择、和感兴趣区域选择。这些操作通过消除光在物质上的反射所造成的干扰来改善结果的质量。为了使被分析样本与在组件制造之前的批准阶段进行的机械测试的结果相联系，可以使用这个比的值。
所有的数据被用于计算代表焊接面积的像素量。为了能够对栅罩内部的总表面上的像素进行量化，优选地选择灰度级范围和感兴趣区域。这些操作对于每张图像是完全相同的。编写循环来以自动化的方式对一系列试验进行图像处理。
所收集的数据被插入各种计算。一旦被分析的表面与设计/批准时的拉伸机械测试的结果有联系，就可以在认为样本的表现小于表面最小容差的条件下提供警告。
取决于所讨论的零件的尺寸或形状，可以使用各种类型的栅罩。然而，其内表面的尺寸必须一直保持恒定。因此，可以准备一系列编号的粘性标签板形式的栅罩，图6中对其外观进行了展示。这些栅罩直接贴在零件上以便产生图像，从而使得一旦被处理，数字就出现在照片上。因此，每个焊缝在零件上是易通过其编号识别的，这有利于故障焊缝的可跟踪性和检测。
还可以改变栅罩的内部面积，从而检测焊缝的附着区域非均匀性。为此，以具有不同开口尺寸的栅罩连续对同一区域拍摄若干照片。的确，在通过超声波焊接的过程中，物质在两个组装的零件之间的分布从一个边缘到另一边缘可以不同。相对于参考栅罩的值，使用附加栅罩(隐藏一半焊接(参见图4))提供了关于其同质性的信息。确定焊接的附着表面的方法允许使用不与量度学标准相联系的成像装置。
如上文所指出的，必须控制光暴露。工作室允许通过消除反射来控制亮度，并且根据所建立的标准将照明标准化。相对于光源倾斜的光暴露面的优点是强化光在破坏面上反射的改变。如图5中所示的工作室遮挡了外部光源。为了生产控制，此措施看起来是最合适的。不必在整个零件上照明。因此将光源置于离感兴趣区域适当位置处就足以拍摄焊缝的图像。
来自于定向在围绕相机的直径上相反的轴线上的若干光源的多重光暴露消除了反射和眩光。根据图7中的安排，系统可以是通过以带有三维移动的铰接臂来悬挂的支撑装置来支撑的。
总之，存在许多方法益处。所实施这种破坏性控制过程具体允许产生生产控制图表，从而相对于量化且非主观性标准保证焊接质量，这归功于在测试/批准阶段过程中与机械测试的联系。根据规格表的要求，最小容差阈值可以是事先固定的。

Claims (10)

1.一种用于使用超声焊极、通过超声波焊接的两个热塑性零件之间的焊缝的控制方法，其特征在于，它包括以下步骤：
-通过破坏先前组装的这些零件在焊缝的附着区域的结合来将其分离，
-将配备有框住撕开的焊接区域的开口的栅罩定位于这些零件中的一个之上，并且
-通过该栅罩、在受控的光照环境下产生此区域的多个图像，数字处理这些图像从而量化地分析焊点质量。
2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，针对该图像而选定的该零件并未使超声焊极从中穿过。
3.如权利要求1或2所述的控制方法，其特征在于，针对能够通过在应力下保持的形变来区分出撕开的物质之处的附着区域进行了分析。
4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，对该焊接区域内的灰度变化进行了分析。
5.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，拍摄是在亮度标准化的工作室内进行的。
6.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，拍摄是通过定位成定向在围绕照相机的直径上相反的轴线上的若干光源来进行的。
7.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，针对每张图像计算了附着区域的表面与栅罩的内表面之比。
8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，该附着区域的表面与栅罩的内表面之比的值用于将所分析的样本与在制造组件之前进行的机械测试的结果相联系。
9.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，以具有不同的开口尺寸的多个栅罩相继拍摄同一区域的多张照片。
10.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，使用了直接粘在被拍照的零件上的粘着性栅罩。
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