CN115971364A - 高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，包括工控机，工控机上安装有图像识别软件，工控机控制机械手将料片投料到模具中，将冲压后的成形件取出，包括以下步骤：1)投料位置检测；2)双料检测，通过近红外相机和远红外热成像仪同时验证是否是双料，3)成形件取走检测。本发明利用可见光工业相机、近红外工业相机、远红外热成像仪拍摄以检测超高强刚热冲压生产线中热成形工件定位、双料、成形件是否被取出，自动实现效率高、准确性好，能够节省人力成本、降低劳动强度，避免现有技术由于放偏钢板被冲压损坏模具造成的模具损失、造成生产停机停线损失，减少残次品出现，提高产品质量，提高了生产效率。

Description

高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法

技术领域

本发明涉及汽车零部件热成形技术领域，特别涉及一种高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法。

背景技术

汽车工业是国民经济发展的支柱产业，具有很强的产业关联度，被视为一个国家经济发展水平的重要标志。冲压工艺是汽车四大工艺的重中之重，也是四大工艺之首。据不完全统计，轿车零部件中占40％以上的是金属板材冲压件。其中，超高强钢热冲压技术可制造出抗拉强度达1500MPa级的零件，具有实现汽车轻量化与提高安全性双重优势。热冲压零件的需求量保持快速上升趋势，广泛应用于汽车A柱、B柱、保险杠、顶盖纵梁等汽车零件的制造。市场需求的快速增长引发了国内热成形生产线的建设热潮。

热冲压过程中原材料料片即钢板温度在900℃，只能通过机械手将多个料片(1-5个)投料到模具中，压力机下压模具合模、保持压力10多秒同时通过模具内的循环水迅速降温到150℃以下。之后压力机举升模具打开，机械手将冲压后的成形件取出，然后循环生产。虽然在整个生产过程中自动化程度很高、模具内有很多定位限位的机械机构、但是仍然有5‰-10‰投料放偏，0.01‰双料片上下叠加，1‰左右的成形件不能准确取出。如果冲压过程中出现上面所述的三种情况轻则损坏模具，重则造成模具报废，模具造价很高，损失比较大。而且模具损坏需要停线处理，影响生产效率。

现在生产厂商通过操作者人工在压力机旁观察来保证生产正常进行。但是工人有疲惫的时候、尤其是在凌晨的时候特别容易出现观察不到位，出现异常的情况下依然执行了下压动作，造成生产停机。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法。本发明通过机器视觉的方式，自动的判断加热的原材料是否精确地放置到模具中准确的位置，自动的判断是否有上下两个料片叠加在一起，自动判断成形件是否被完全取走。如果没有以上三种情况正确生产正常进行，如果放置不正确，停止压力机，防止生产出次品、防止造成模具损坏，同时声电报警提醒现场的工人处理，异常处理后继续生产，降低劳动强度，提高生产效率，保证产品合格率，提高产品质量，避免模具损坏造成的损失，提高经济效益。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案包括以下三部分：

一种高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，包括工控机，工控机上安装有图像识别软件，工控机控制机械手将料片投料到模具中，将冲压后的成形件取出，包括以下步骤：

1)投料位置检测

通过工控机上的图像识别软件接收近红外工业相机拍摄的模区图片，判断料片是否放正，如果没有放正，压力机自动停机，操作者进行处理；

2)双料检测，通过近红外相机和远红外热成像仪同时验证是否是双料，包括：

A.通过工控机上的图像识别软件接收远红外热仪拍摄的模区图片，通过图片获取温度，跟进温度变化判断是否是双料片，如果是双料片，压力机自动停机，操作者进行处理；

B.通过工控机上的图像识别软件接收近红外工业相机拍摄的模区图片，判断是否是双料片，如果是双料片，压力机自动停机，操作者进行处理；

3)成形件取走检测,包括：

A.通过工控机上的图像识别软件接收可见光工业相机拍摄的取料台图片，判断成形件是否全部取出，如果没全部取出，压力机自动停机，操作者进行处理；

B.通过工控机上的图像识别软件接收远红外热仪拍摄的模区图片，通过图片获取温度，跟进温度变化判断成形件是否全部取出，如果没全部取出，压力机自动停机，操作者进行处理。

所述投料位置检测包括以下步骤：

利用近红外工业相机从料片的斜上方摄出炉温度在850摄氏度料片，具体实施方法如下：

1)拍照正常放置的料片位置图像，将图像传输到工控机上的定位程序，程序通过视觉算法找到图像中关键位置点位置信息，将位置信息保存到配方模板中，作为一个定位模板；

2)生产过程中更换配方时，PLC将配方信息传输给工控机上的定位程序，程序根据配方信息调取定位模板信息备用，机械手每次将850℃的料片放置到模具中的时候，同时给定位程序发信号，定位程序读取当前近红外相机上的图像信息，定位程序通过视觉算法找到关键位置信息,跟定位模板上的关键位置信息做比对,如果相识度小于一定范围即为料片放偏；

3)工控机上的定位软件将料片的位置信息传输到压力机的PLC，压力机的PLC根据定位软件传来的信号控制是否下压，当PLC得到的信号是放正时压机下压继续生产，当PLC得到的信号是放偏时停止生产，声光报警指示灯提醒操作者介入将放偏的料片取出，料片取出后继续生产。

所述步骤2)的关键位置信息包括两部分：

2.1)定位模板创建时划定的位置区域，生产投料后如果料片中任何一个部分超过划定的位置区域即为料片放偏，反之即为放正；

2.2)定位模板创建时的定位销，生产投料后如果可以找到定位销的顶部即料片放正，反之即为放偏。

所述双料检测包括以下步骤：

1)通过远红外热成像仪检测双料的方法，是工控机上的双料检测软件获取PLC上发送的料片到料信息→热成像仪拍照→双料检测软件通过轮廓发现算法分离出料片→计算分离出来的料片平均温度→跟设定的平均温度比对，如果超过或者低于设定参数范围即为双料；

2)通过近红外工业相机检测双料的方法是，工控机上的双料检测软件获取PLC上发送的料片到料信息→近红外工业相机拍照→双料检测软件轮廓分离出料片→计算分离出来的料片平均亮度→跟设定的平均亮度比对，如果超过或者低于设定参数范围即为双料。

所述步骤2)双料检测软件轮廓分离方法如下：

1.1)通过双料检测软件中值滤波算法对每一像素点的灰度值设置于该点某邻域窗口内的所有像素点灰度值的中值，消除图像中噪声点；

1.2)将灰度过高或者灰度过低的图片进行修正，增强对比度，边缘增强；

1.3)计算梯度找寻一幅图相中灰度强度变化最强的位置，灰度强度变化最强，即指梯度方向在获得梯度的方向和大小之后，应该对整幅图像做一个扫描，去除那些非边界上的点，找出图像中料片的完整轮廓；

1.4)将轮廓内的图像和原图像做逻辑与运算，将料片从背景中分离出来。

所述成形件取走检测包括以下步骤：

1)通过热成像仪测量模腔内的温度，通过测量特定时间的模腔温度可以判断成形件是否被取走，料片没被取走的情况下比正常取走的时候高50-100摄氏度；

2)通过可见光工业相机检测：相机拍摄成形件的完整图片，将图片传输到工控机上，视觉处理程序接受图片。

通过所述步骤2)视觉处理程序进行以下操作：

2.1)图像增强：通过低通滤波，得到灰度值中梯度变换较大的部分和原始灰度值叠加，做加法运算，突出图像中梯度变换较大的部分；

2.2)去除噪声对图像中每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到一个数值，再把这个值赋予原像素值；

2.3)对图像做canny边缘检测；

2.4)查找轮廓，通过轮廓面积、外接矩形、长宽等关键因素查找，找出成形件数量，跟预先设定的数量比对，如果小于预先设定的数量，就能判断成形件是否被完全取走；成形件如果没有完全取出，就停止压力机，报警指示声光报警提升现场工人取出。

本发明有益效果

本发明利用可见光工业相机、近红外工业相机、远红外热成像仪拍摄以检测超高强刚热冲压生产线中热成形工件定位、双料、成形件是否被取出，能够节省人力成本、降低劳动强度。现有技术中原来每个压力机前要有操作者员工24小时三班倒值班，相当于节省了三个工人的劳动成本；由于热成形线原材料温度是900℃，现场工况非常差，影响操作者的身心健康，采用本发明后不用操作者一直在现场值班，降低劳动强度，有利于操作者身体健康，特别适用于超高强刚热冲压生产线中热成形工件定位检测，避免了现有技术存在的由于放偏的钢板被冲压损坏模具造成的模具损失、造成生产停机停线损失，减少残次品出现，提高产品质量，提高了生产效率。

另外，在生产过程中对料片投料位置检测、对双料片检测、对成形件是否全部取出的检测，都是通过计算机用人工智能的方式自动实现效率高、准确性好。

2.本发明提高了整线的生产效率，通过自动定位每条热成形线，每天平均提高1.5个小时的开动时间，提高了企业经济效益。每分钟冲压3次每次综合产出是400元，同时每条热成形线每分钟的综合产出是1200元，相当于平均每个生产线每天增加了9万多元的经济效益。

3.本发明能够降低模具损坏，降低了维护和生产成本，提高工作效率和经济效益。每次原材料(钢板)放置不正的冲压都会造成模具的极大损坏，每个模具的成本大约100万左右，本发明可以最大限度的减少模具损坏。

4.本发明通过视觉识别软件自动判断高强钢生产过程中的意外情况并能够实现自动停机。这样现场操作工人就可以不用靠近压力机观察生产，能够有效避免因设备意外造成的人员伤害，也可以有效避免粉尘、噪声等造成职业的伤害，有显著的社会效益。

附图说明

图为本发明的工艺流程示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

结合图，一种高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，包括工控机，工控机通过通信模块将匹配率信息发送到PLC上，工控机上安装有图像识别软件，工控机控制机械手将料片投料到模具中，将冲压后的成形件取出，包括以下步骤：

1)投料位置检测

通过工控机上的图像识别软件接收近红外工业相机拍摄的模区图片，判断料片是否放正，如果没有放正，压力机自动停机，操作者进行处理；

2)双料检测，即上下两个料片叠加在一起检测，包括：

A.通过工控机上的图像识别软件接收远红外热仪拍摄的模区图片，通过图片获取温度，跟进温度变化判断是否是双料片，如果是双料片，压力机自动停机，操作者进行处理；

B.通过工控机上的图像识别软件接收近红外工业相机拍摄的模区图片，判断是否是双料片，如果是双料片，压力机自动停机，操作者进行处理；

通过近红外相机和远红外热成像仪同时验证是否是双料。

3)成形件取走检测,包括：

A.通过工控机上的图像识别软件接收可见光工业相机拍摄的取料台图片，判断成形件是否全部取出，如果没全部取出，压力机自动停机，操作者进行处理；

B.通过工控机上的图像识别软件接收远红外热仪拍摄的模区图片，通过图片获取温度，跟进温度变化判断成形件是否全部取出，如果没全部取出，压力机自动停机，操作者进行处理。

以上在生产过程中对料片投料位置检测、对双料片检测、对成形件是否全部取出的检测，都是通过计算机用人工智能的方式自动实现效率高、准确性好。

一.所述投料位置检测包括以下步骤：

利用近红外工业相机从料片的斜上方(正上方有压机滑块无法安装相机)摄出炉温度在850摄氏度料片。根据维恩位移定律λmaxT＝2897.6其中T是绝对温度，850摄氏度约等于绝对温度1125K，推导出λmax＝2.57微米属于近红外波段(0.75～3微米)，所以选用近红外相机可以呈现清晰的图像，而且受环境光影响很小，具体实施方法如下：

1)拍照正常放置的料片位置图像，将图像传输到工控机上的定位程序，程序通过视觉算法找到图像中关键位置点位置信息，将位置信息保存到配方模板中，(配方是热成形生产工艺中的名称及一种工件生产的工艺数据，例如一种汽车的A柱生产的工艺数据及一个配方)，作为一个定位模板；

2)生产过程中更换配方时，PLC将配方信息传输给工控机上的定位程序。程序根据配方信息调取定位模板信息备用。机械手每次将850℃的料片放置到模具中的时候，同时给定位程序发信号，定位程序读取当前近红外相机上的图像信息。定位程序通过视觉算法找到关键位置信息,跟定位模板上的关键位置信息做比对,如果相识度小于一定范围即为料片放偏。

所述关键位置信息包括两部分：

2.1)定位模板创建时划定的位置区域。生产投料后如果料片中任何一个部分超过划定的位置区域即为料片放偏，反之即为放正；

2.2)定位模板创建时标注出定位销(定位销是热成形生产过程中的一种工艺，可以理解为料片上有两个以上的孔，分别串入对应的两个以上竖起来的细金属短杆)，生产投料后如果可以找到定位销的顶部即料片放正，反之即为放偏。

3)工控机上的定位软件将料片的位置信息传输到压力机的PLC(可编程逻辑控制器)上。压力机的PLC根据定位软件传来的信号控制是否下压，当PLC得到的信号是放正时压机下压继续生产，当PLC得到的信号是放偏时停止生产，声光报警指示灯提醒现场操作者介入将放偏的料片取出，料片取出后继续生产。

二.所述双料检测包括以下步骤：

双料是高强钢热冲压生产过程中必须严格避免的事故。双料会把模具打碎造成整线停产至少一天，而且会造成模具的不可修复的损坏。停机一分钟的损失大约是1200元，这样计算停机一天的损失大约十几万元。模具损失100多万。根据现场工艺，双料的形成有两个原因，1、料片入加热炉时投了两个料片，两个料片叠加到一起了。这种情况投料到模具里的料片温度比非双料的温度要高的多。2、料片入加热炉时是单料片，出炉后机械手在投料的时候把上次未能正常取走的料片叠加到一起了，这种情况投料到模具里的料片温度比非双料的温度要低的多。

通过近红外相机和远红外热成像仪同时验证是否是双料：

1)通过远红外热成像仪检测双料的方法，是工控机上的双料检测软件获取PLC上发送的料片到料信息→热成像仪拍照→双料检测软件通过轮廓查找算法分离出料片→计算分离出来的料片平均温度→跟设定的平均温度比对，如果超过或者低于设定参数范围即为双料；其中双料检测软件做轮廓分离方法如下：

1.1)通过双料检测软件的中值滤波算法，对每一像素点的灰度值设置为该点某邻域窗口内的所有像素点灰度值的中值，消除图像中噪声点；

1.2)将灰度过高或者灰度过低的图片进行修正，增强对比度，边缘增强；

1.3)计算梯度找寻一幅图相中灰度强度变化最强的位置。所谓灰度强度变化最强，指梯度方向在获得梯度的方向和大小之后，应该对整幅图像做一个扫描，去除那些非边界上的点，找出图像中料片的完整轮廓；

1.4)将轮廓内的图像和原图像做逻辑与运算，将料片从背景中分离出来。

2)通过近红外工业相机检测双料的方法是，工控机上的双料检测软件获取PLC上发送的料片到料信息→近红外工业相机拍照→双料检测软件通过轮廓查找算法分离出料 片→计算分离出来的料片平均亮度→跟设定的平均亮度比对，如果超过或者低于设定参数范围即为双料；其中双料检测软件通过轮廓分离方法与远红外热成像仪的双料检测软件做轮廓分离方法相同。

三：成形件取走检测包括以下步骤：

成形件如果没有及时取走，新的料片投入到模具内冲压就会打坏模具，造成整线停产至少一天，而且会造成模具的不可修复的损坏。停机一分钟的损失大约是1200元，这样计算停机一天的损失大约几十万元，模具损失100多万，更有甚至会造成人员伤害。所以需要严格避免成形件不能及时取走的问题发生。

通过可见光相机和远红外热成像仪同时验证成形件是否是取走：

1)通过热成像仪测量模腔内的温度，通过测量特定时间的模腔温度可以判断成形件是否被取走，料片没被取走的情况下比正常取走的时候高50-100摄氏度；

2)通过可见光工业相机检测，相机拍摄成形件的完整图片，将图片传输到工控机上的安装的，视觉定位程序上。需要同时安装照明光源。相机安装在下料台正上方3.5米。视觉处理程序做一下操作：

2.1)图像增强：通过低通滤波，得到灰度值梯度变换大的部分跟原始灰度值做加法运算，这样可以突出图像中梯度变换较大的部分；

2.2)去除噪声对图像中每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到一个数值，再把这个值赋予原像素值；

2.3)对图像做canny边缘检测；

2.4)查找轮廓，通过轮廓面积、外接矩形、长宽等关键因素查找，找出成形件数量，跟预先设定的数量比对，如果小于预先设定的数量，这样就能判断成形件是否被完全取走。成形件如果没有完全取出，就停止压力机，报警指示声光报警提升现场工人取出。

上述实施例仅例示性地说明本发明专利的原理及其功效，而非用于限制本发明专利，任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明专利的精神及范畴下，对上述施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中有通常知识者在未脱离本发明专利所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍由本发明专利的权利要求所涵盖。

Claims (7)

1.一种高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，包括工控机，工控机上安装有图像识别软件，工控机控制机械手将料片投料到模具中，将冲压后的成形件取出，其特征是，包括以下步骤：

1)投料位置检测

通过工控机上的图像识别软件接收近红外工业相机拍摄的模区图片，判断料片是否放正，如果没有放正，压力机自动停机，操作者进行处理；

2)双料检测，通过近红外相机和远红外热成像仪同时验证是否是双料，包括：

A.通过工控机上的图像识别软件接收远红外热仪拍摄的模区图片，通过图片获取温度，跟进温度变化判断是否是双料片，如果是双料片，压力机自动停机，操作者进行处理；

B.通过工控机上的图像识别软件接收近红外工业相机拍摄的模区图片，判断是否是双料片，如果是双料片，压力机自动停机，操作者进行处理；

3)成形件取走检测,包括：

A.通过工控机上的图像识别软件接收可见光工业相机拍摄的取料台图片，判断成形件是否全部取出，如果没全部取出，压力机自动停机，操作者进行处理；

B.通过工控机上的图像识别软件接收远红外热仪拍摄的模区图片，通过图片获取温度，跟进温度变化判断成形件是否全部取出，如果没全部取出，压力机自动停机，操作者进行处理。

2.如权利要求1所述的高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，其特征是，所述投料位置检测包括以下步骤：

利用近红外工业相机从料片的斜上方摄出炉温度在850摄氏度料片，具体实施方法如下：

1)拍照正常放置的料片位置图像，将图像传输到工控机上的定位程序，程序通过视觉算法找到图像中关键位置点位置信息，将位置信息保存到配方模板中，作为一个定位模板；

2)生产过程中更换配方时，PLC将配方信息传输给工控机上的定位程序，程序根据配方信息调取定位模板信息备用，机械手每次将850℃的料片放置到模具中的时候，同时给定位程序发信号，定位程序读取当前近红外相机上的图像信息，定位程序通过视觉算法找到关键位置信息,跟定位模板上的关键位置信息做比对,如果相识度小于一定范围即为料片放偏；

3)工控机上的定位软件将料片的位置信息传输到压力机的PLC，压力机的PLC根据定位软件传来的信号控制是否下压，当PLC得到的信号是放正时压机下压继续生产，当PLC得到的信号是放偏时停止生产，声光报警指示灯提醒操作者介入将放偏的料片取出，料片取出后继续生产。

3.如权利要求2所述的高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，其特征是，所述步骤2)的关键位置信息包括两部分：

2.1)定位模板创建时划定的位置区域，生产投料后如果料片中任何一个部分超过划定的位置区域即为料片放偏，反之即为放正；

2.2)定位模板创建时的定位销，生产投料后如果可以找到定位销的顶部即料片放正，反之即为放偏。

4.如权利要求1所述的高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，其特征是，所述双料检测包括以下步骤：

1)通过远红外热成像仪检测双料的方法，是工控机上的双料检测软件获取PLC上发送的料片到料信息→热成像仪拍照→双料检测软件通过轮廓查找算法分离出料片→计算分离出来的料片平均温度→跟设定的平均温度比对，如果超过或者低于设定参数范围即为双料；

2)通过近红外工业相机检测双料的方法是，工控机上的双料检测软件获取PLC上发送的料片到料信息→近红外工业相机拍照→双料检测软件轮廓分离出料片→计算分离出来的料片平均亮度→跟设定的平均亮度比对，如果超过或者低于设定参数范围即为双料。

5.如权利要求4所述的高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，其特征是，所述步骤2)双料检测软件轮廓分离方法如下：

1.1)通过双料检测软件中值滤波算法对每一像素点的灰度值设置为该点某邻域窗口内的所有像素点灰度值的中值，消除图像中噪声点；

1.2)将灰度过高或者灰度过低的图片进行修正，增强对比度，边缘增强；

1.3)计算梯度找寻一幅图相中灰度强度变化最强的位置，灰度强度变化最强，即指梯度方向在获得梯度的方向和大小之后，应该对整幅图像做一个扫描，去除那些非边界上的点，找出图像中料片的完整轮廓；

1.4)将轮廓内的图像和原图像做逻辑与运算，将料片从背景中分离出来。

6.如权利要求1所述的高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，其特征是，所述成形件取走检测包括以下步骤：

1)通过热成像仪测量模腔内的温度，通过测量特定时间的模腔温度可以判断成形件是否被取走，料片没被取走的情况下比正常取走的时候高50-100摄氏度；

2)通过可见光工业相机检测，相机拍摄成形件的完整图片，将图片传输到工控机上的视觉处理程序上，视觉处理程序接受图片。

7.如权利要求6所述的高强钢热冲压生产线中模区安全检测方法，其特征是，通过所述步骤2)视觉处理程序进行以下操作：

2.1)图像增强，通过低通滤波，得到灰度值中梯度变换较大的部分和原始灰度值叠加，做加法运算，突出图像中梯度变换较大的部分；

2.2)去除噪声对图像中每一个像素点的值，都由其本身和邻域内的其他像素值经过加权平均后得到一个数值，再把这个值赋予原像素值；

2.3)对图像做canny边缘检测；

2.4)查找轮廓，通过轮廓面积、外接矩形、长宽等关键因素查找，找出成形件数量，跟预先设定的数量比对，如果小于预先设定的数量，就能判断成形件是否被完全取走；成形件如果没有完全取出，就停止压力机，报警指示声光报警提升现场工人取出。

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