[发明专利]一种焊缝的倾斜穿孔实时检测装置及方法

说明书

本发明公开了一种焊缝的倾斜穿孔实时检测装置及方法，该装置包括相机、反光镜组和面光源；以相机的光轴为基准线；反光镜组绕基准线设置，各镜片的中心距基准线的距离相等；各镜片在基准线长度方向上两端对齐；单个镜片与基准线呈一定夹角；反光镜组用于将到达其表面的光线反射进相机镜头；反光镜组与面光源之间形成空隙，以供待测工件从中间穿过；面光源为正方形；相机、反光镜组和面光源的位置按照预设要求设置。该倾斜穿孔实时检测装置及方法可以在不增大背光光源尺寸的前提下，实现视觉传感器对大角度焊缝穿孔检测，降低对机器人工位集成的复杂性要求，保证了整车制造的安全性能。

技术领域

本发明涉及焊缝表面质量检测领域，具体涉及一种焊缝的倾斜穿孔实时检测装置及方法。

背景技术

目前焊接是汽车车身零件连接的最主要方式之一，其质量的优劣对汽车的整车性能有着重要影响，不仅关系到车身整车的美观性、防水性，而且还直接影响整个车身的强度，因此与人身安全休戚相关。由于焊接工艺设计与实际生产状况存在不可预料的差异性，比如存在板材含杂质、气体保护不充分、焊机参数的波动等问题，这些可能会导致出现穿孔、咬边、气孔、断焊、凹陷、裂纹等类型的焊接缺陷。其中，穿孔属于重大缺陷，它会大大降低焊缝的疲劳强度，易引起被焊零件从接口处破坏或断裂。因此，在汽车制造业中，焊缝的质量不管是用人工目检还是机器视觉检测，都要求做到不能漏掉焊缝穿孔缺陷，安全隐患是不允许的。如今汽车制造业的产能已经对焊缝质量的检测提出了极高的要求，不仅需要检测的项目多，而且检测时间也必须匹配生产节拍。因此，用机器视觉协助人工做焊缝质量检测，甚至在某些场景下完全取代人工，已经越来越多的被汽车制造的主机厂及其零部件厂所采用。这些焊接工艺包括气保焊、激光焊、搅拌摩擦焊等等。

对于穿孔检测，一般有两种光学方法：3D线结构光扫描检测和背光照明检测。3D线结构光扫描检测是指利用激光三角法原理，扫描并重建焊缝表面的3D轮廓，然后利用算法识别缺陷的检测方法。它在光束方向的测量精度很高，达到微米量级，装置也比较紧凑。但缺点是受激光三角法原理的影响，对于尺寸很小的穿孔是无法检测的，而且扫描速度较慢(50-100毫米/秒)，在焊缝较多较长情况下难以满足生产节拍的要求。另一种是采用背光照明检测，光源面向检测相机(通常为黑白相机)并置于相机视场范围内，而被测焊接件则可以置于光源和相机之间。当没有焊缝穿孔时，被测件完全遮挡背光光源的光线，因此被测件图片呈现完全黑色。而当有穿孔时，背光光源的光线穿过穿孔，被镜头收集并成像到相机上，于是黑色被测件图片上会呈现白色亮点，显示穿孔的存在。该方法的优点是，被测件和穿孔的图像是黑白对比，容易进行图像处理，且准确性很高。同时，由于高帧率相机(比如，每秒几百帧)的普及，零件可以在机器人夹持下快速通过相机视场，实现高速实时扫描(比如500毫米/秒)。

如果由于穿孔垂直但钢板倾斜(图1)或者穿孔本身就有倾斜度时(图2)，可检测的穿孔最大倾斜角度近似为穿孔方向的相机半视场角α以及钢板厚度t₁和穿孔尺寸t₂所决定，即最大倾斜角度β＝α+arctan(t₂/t₁)。其中，D为背光光源的尺寸，d为镜头光瞳直径，L为背光光源到镜头的距离。一般情况下，严格的质量要求即使是小到0.1毫米直径的穿孔也要求不能漏检，所以当t₂t₁时(比如穿孔尺寸为0.1毫米而钢板厚度为2毫米)，最大可检测倾斜角基本就是由相机的半视场角α所决定。也就是说，当穿孔的倾斜角度大于最大可探测倾斜角度时，背光光源的光线将被穿孔侧壁挡住，实现不了穿孔的有效检测，造成穿孔漏检。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种焊缝的倾斜穿孔实时检测装置及方法，可以在不增大背光光源尺寸的前提下，实现视觉传感器对大角度焊缝穿孔检测，降低对机器人工位集成的复杂性要求，保证了整车制造的安全性能。

为此，本发明的技术方案如下：

一种焊缝的倾斜穿孔实时检测装置，包括相机、反光镜组和面光源；

以所述相机的光轴为基准线；