CN115219503A - 一种用于辅助判断焊缝内部质量的装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于辅助判断焊缝内部质量的装置，包括转盘、夹具、高频感应钎焊系统以及机器视觉系统，转盘上端径向均布安装有六组夹具，在转盘的径向一侧为焊接工位，焊接工位的立架上安装高频感应钎焊系统，在高频感应钎焊系统一侧的立架上安装工业相机CCD，工业相机CCD通过数据线连接机器视觉系统。本发明采用机器视觉系统辅助判断焊缝内部熔化、润湿、流布、焊合等情况，可以解决高频钎焊中受外界因素导致的焊接质量的不稳定，机器视觉系统能随参数的变化而自适应变化，形成闭环控制，消除了外界因素变化的影响，保证了产品焊接质量的稳定性与一致性。

Description

一种用于辅助判断焊缝内部质量的装置

技术领域

本发明属于金属加工技术领域，应用于低压电器触点与联接板高频感应钎焊过程中的焊接质量控制，具体是一种用于辅助判断焊缝内部质量的装置。

背景技术

目前，当前低压电器触点与联接板的焊接采用手工或半自动高频感应钎焊的方式焊接，即通过手工提前设定好电流、焊接时间及保温时间等参数进行焊接。电流加热及保温时间等是通过大量的工艺试验来确定的，是经验参数。现有技术的缺陷在于：由于高频感应加热属于非接触式加热，需要高频感应器与工件之间的耦合，所以通过大量工艺试验确定的工艺参数在焊接过程中反映到工件上并不是定值，其容易受感应器的形状、尺寸、位置、夹具温度等的影响而产生变化，而这种变化会影响到焊接质量，造成造成产品质量的不稳定，甚至导致产品的报废。另外，固定工件的夹具温度也会变化。以上所有这些变化都会影响触点与联接板之间的焊片的熔化、润湿及流布，进而影响到焊接的质量。触点与联接板之间添加的钎料焊片熔化的越充分，润湿及流布越好，那么触点与联接板之间的焊合越好，反之情况则相反。判断焊合情况的参数是钎着率，低压电器的产品一般要求钎着率在85％以上。

高频感应器多采用手工制作，焊接低压电器触点与联接板时，感应器常采用多匝，一般为手工绕制而成。手工制作的感应圈不能做到节距、形状、大小等的一致；感应器是传递感应电流的部件，感应圈设计的好坏对加热影响极大。对多匝感应器来说，节距可使加热形态发生变化。节距小时，加热宽度小，加热深度大；节距大时，正好相反，但节距不能过大。感应器与工件的耦合对加热影响也比较明显。原则上说，感应器与工件的耦合，愈紧愈好，这时加热效率最高，加热均匀程度也比较好，改变感应器形状与节距，也能改变加热形态，如增加感应器中间圈的直径或采用不等的节距。感应器在更换后，人工需从新指定工艺参数，从而导致产品的浪费和时间的浪费。

根据大量工艺试验，由于感应器、夹具等的影响最佳的焊接电流、焊接时间等参数会变化，直接影响的是触点与联接板之间的焊片的熔化润湿及流布，最终影响的是产品的焊接质量。例如夹具在开始工作时为室温状态，在工作一段时间后才能达到温度的热平衡，人工很难保证循环的一致性，故会产生焊接温度低或高的状态，不能很好保证焊接质量。

焊片是夹在触点与联接板之间的，非肉眼可见，所以必须要有一种方式和装置来通过外部的表现来判断触点与联接板之间的情况。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种提升质量、提升效率、可靠性高、节约人工的用于辅助判断焊缝内部质量的装置。

本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种用于辅助判断焊缝内部质量的装置，其特征在于：包括转盘、夹具、高频感应钎焊系统以及机器视觉系统，转盘上端径向均布安装有六组夹具，在转盘的径向一侧为焊接工位，焊接工位的立架上安装高频感应钎焊系统，在高频感应钎焊系统一侧的立架上安装工业相机CCD，工业相机CCD通过数据线连接机器视觉系统。

而且，夹具由支架、压紧机构、定位机构、工件定位自锁机构以及下支撑机构组成，支架固装在转盘上，在支架上竖直安装有压紧机构，用于从上方压紧工件；在压紧机构的横向两侧对称安装有定位机构，定位机构的驱动气缸均与竖直方向成45°夹角带动两侧边定位夹斜向移动，从两侧限位固定工件；压紧机构下方的支架径向延伸安装下支撑机构，从下方定位工件。

而且，所述工业相机CCD斜向安装在立架侧边上部，安装角度能够通过压紧机构与定位机构之间的空隙捕捉到焊接加工位置的图像；工业相机CCD与工件的加工位置间隔设置，保持有效距离防止高频感应加热产生的强磁场干扰视觉系统；

而且，工业相机CCD与工件距离500mm。

而且，工业相机CCD采用长距离的镜头，红外摄像头，利用高频加热工件自身产生的光作为光源。

而且，机器视觉系统包括镜头模块、处理器模块、电源模块、以及配套的显示模块，镜头模块，能够在一定范围内调整焦距，获取最佳清晰度的图像；

处理器模块，是开关量输出的模块，输出的开关量信号直接传输给PLC，提供对图形的分析处理功能以及分析结果的输出功能；

电源模块，为系统提供24V直流电源；

显示模块，便于操作者在出现错误报警后，能够及时准确的发现错误的原因。

而且，转盘下端同轴安装有水冷盘。

本发明的优点和积极效果是：

本发明采用机器视觉系统辅助判断焊缝内部熔化、润湿、流布、焊合等情况，可以解决高频钎焊中受外界因素导致的焊接质量的不稳定，机器视觉系统能随参数的变化而自适应变化，形成闭环控制，消除了外界因素变化的影响，保证了产品焊接质量的稳定性与一致性。经过实际每天60件产品，连续20天的产品实测，未出现误判。降低了产品因焊接质量导致产品报废。

附图说明

图1是本装置的结构示意图(仅显示一套夹具)；

图2是图1的左视图；

图3是图1的俯视图；

图4是本装置的立体结构示意图；

图5是焊料流出焊缝视觉检测。

具体实施方式

下面结合附图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。

为了便于清楚叙述结构，本实施例以附图1所示方向进行描述。本设备的加工工件为触点联接板，下文简称为联接板。

一种用于辅助判断焊缝内部质量的装置，包括转盘5、夹具、高频感应钎焊系统8以及机器视觉系统，转盘5上端径向均布安装有六组夹具，夹具由支架、压紧机构2、定位机构4、工件定位自锁机构3以及下支撑机构7组成，支架固装在转盘上，在支架上竖直安装有压紧机构，用于从上方压紧工件；在压紧机构的横向两侧对称安装有定位机构，定位机构的驱动气缸均与竖直方向成45°夹角带动两侧边定位夹斜向移动，从两侧限位固定工件；压紧机构下方的支架径向延伸安装下支撑机构，从下方定位工件。转盘5下端同轴安装有水冷盘6，水冷盘直径大于转盘直径，本实施例水冷盘为正六边形结构。

在转盘的径向一侧为焊接工位，焊接工位的立架上安装高频感应钎焊系统8，在高频感应钎焊系统一侧的立架上安装工业相机CCD1,工业相机CCD斜向安装在立架侧边上部，安装角度能够通过压紧机构与定位机构之间的空隙捕捉到焊接加工位置的图像；

工业相机CCD与工件的加工位置间隔设置，保持有效距离防止高频感应加热产生的强磁场干扰视觉系统；本实施例的工业相机CCD安装在距离工件500mm的位置，工业相机CCD采用长距离的镜头，红外摄像头；

工业相机CCD通过数据线连接机器视觉系统，将采集的图像实时传送到机器视觉系统。

工件包括联接板和触点，焊接后触点焊接在联接板的预定位置上。转盘旋转到焊接工位，下支撑机构上升顶住待加工的联接板，压紧机构的陶瓷压头从上方压住触点，感应器通电加热，进行焊接；机器视觉系统的工业相机CCD同时实时检测焊接过程，CCD检测钎料熔化溢出焊缝光学瞬间捕捉，从而停止高频感应器停止加热。

机器视觉系统采用实时检测运行模式，不使用外部光源进行补光，利用高频加热工件自身产生的光，这样可以避免外部光源对视觉系统的干扰，同时为机器视觉系统的防错增加保证。

机器视觉运行原理：机器视觉系统依靠摄像头采集目标的图形数据，再通过相应图形学算法处理，最终获得所需要的检查结果。机器视觉系统包括镜头模块、处理器模块、电源模块、以及配套的显示模块。

镜头模块，可以在一定范围内调整焦距，获取最佳清晰度的图像。

处理器模块，提供了对图形的分析处理功能以及分析结果的输出功能，此次选择的是开关量输出的模块，输出的开关量信号直接传输给PLC。

电源模块，为系统提供24V直流电源。

显示模块的作用是为操作者提供一个友好的人机环境，便于操作者在出现错误报警后，能够及时准确的发现错误的原因。

产品因素：

本实施例加工的产品为银触点和铜联接板，银触点为银白色，反光效果好。

环境因素：

环境为普通生产车间，设备内部有灯光照明，上述原因造成光源复杂。

摄像头选择：

摄像头的分辨率和视野，取决于产品的尺寸、需要识别部分的尺寸、识别精度，以及产品和摄像头的距离。

机器视觉的参数设定:为了防止外部光源对视觉系统的误判，在加热前期设定一定范围的亮度检测。在进入亮度检测范围内后，将触点与连接板接触外侧设置区域检测条框，当焊料熔化流出焊缝后进入条框填充，达到设定值后，机器视觉系统通过I/O模块输出开关量信号给PLC,PLC接收到信号后停止高频的加热。

外部光源：本机器视觉系统采用的光源是取自工件受热后自身的发光。

机器视觉系统安装距离：高频感应加热的特点是工件周围会产生强磁场，这对视觉系统有干扰。通过试验确定视觉系统的安装最佳距离，这个距离既可以保证能检测到熔化的钎料溢出形成的焊缝，又能不被磁场所干扰。

测光：为防止外部环境光的影响，设有亮度检测，以确保在视觉系统的有效亮度范围内。

本技术创新原理在于：

夹在触点与联接板之间的钎料焊片在高频感应加热下熔化并润湿及流布，还会渗出，在触点的四周会渗出熔化后的钎料形成肉眼可见的外部焊缝，根据大量的试验及经验，在触点周围因钎料熔化而渗出形成的焊缝越完整越饱满，则意味着焊缝内部熔化月充分、润湿及流布越好。本装置就是利用这一原理，采用机器视觉来观察并检测渗出的钎料的形状及尺寸等来判断触点与联接板之间的钎料焊片的熔化、润湿、流布及焊合情况的。

通过机器视觉实时检测焊接过程中钎料熔化后溢出形成的焊缝的形状及尺寸等，对外部夹具温度、感应器的改变等进行自主的调节焊接参数，形成闭环控制，从而满足产品质量稳定、一致性好的技术要求。

机器视觉本身的图像采集及图像分析技术已经成熟完善，采用现有的图像及计算机技术结合在高频感应钎焊技术中是本发明的创新点所在，本文对于机器视觉不作详细描述。

尽管为说明目的公开了本发明的实施例和附图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和附图所公开的内容。

Claims (7)

1.一种用于辅助判断焊缝内部质量的装置，其特征在于：包括转盘、夹具、高频感应钎焊系统以及机器视觉系统，转盘上端径向均布安装有六组夹具，在转盘的径向一侧为焊接工位，焊接工位的立架上安装高频感应钎焊系统，在高频感应钎焊系统一侧的立架上安装工业相机CCD，工业相机CCD通过数据线连接机器视觉系统。

2.根据权利要求1所述的用于辅助判断焊缝内部质量的装置，其特征在于：夹具由支架、压紧机构、定位机构、工件定位自锁机构以及下支撑机构组成，支架固装在转盘上，在支架上竖直安装有压紧机构，用于从上方压紧工件；在压紧机构的横向两侧对称安装有定位机构，定位机构的驱动气缸均与竖直方向成45°夹角带动两侧边定位夹斜向移动，从两侧限位固定工件；压紧机构下方的支架径向延伸安装下支撑机构，从下方定位工件。

3.根据权利要求1所述的用于辅助判断焊缝内部质量的装置，其特征在于：所述工业相机CCD斜向安装在立架侧边上部，安装角度能够通过压紧机构与定位机构之间的空隙捕捉到焊接加工位置的图像；工业相机CCD与工件的加工位置间隔设置，保持有效距离防止高频感应加热产生的强磁场干扰视觉系统。

4.根据权利要求3所述的用于辅助判断焊缝内部质量的装置，其特征在于：工业相机CCD与工件距离500mm。

5.根据权利要求1所述的用于辅助判断焊缝内部质量的装置，其特征在于：工业相机CCD采用长距离的镜头，红外摄像头，利用高频加热工件自身产生的光作为光源。

6.根据权利要求1所述的用于辅助判断焊缝内部质量的装置，其特征在于：机器视觉系统包括镜头模块、处理器模块、电源模块、以及配套的显示模块，

镜头模块，能够在一定范围内调整焦距，获取最佳清晰度的图像；

处理器模块，是开关量输出的模块，输出的开关量信号直接传输给PLC，提供对图形的分析处理功能以及分析结果的输出功能；

电源模块，为系统提供24V直流电源；

显示模块，便于操作者在出现错误报警后，能够及时准确的发现错误的原因。

7.根据权利要求1所述的用于辅助判断焊缝内部质量的装置，其特征在于：转盘下端同轴安装有水冷盘。

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