一种基于红外视觉的焊接质量分析装置及分析方法
【技术领域】
[0001]本发明属于红外视觉监测焊接装置领域，更具体地，涉及一种基于红外视觉的焊接质量分析装置及分析方法。
【背景技术】
[0002]随着传统工业水平要求的提升，在焊接领域(如TIG焊、MIG焊、CO2气保焊、手工电弧焊、高频电阻焊、激光焊等)，为了保证焊接件的力学性能、使用性能和安全性能达标，焊接质量要求也不断严格。而受环境、材料、设备等因素影响，焊接缺陷在所难免，这使得重要的焊接件都要经过质量检测确保合格。据调查，在焊管领域，我国焊接钢管年产量已达5000万吨，但其中因焊接缺陷导致的报废品约占5.4%，在汽车领域，每年约有8000万块汽车板需要拼焊，此外在其他船舶、航天、建筑、特征材料等特殊焊接领域，其对焊接的高质量保证要求更高。
[0003]而目前在焊接质量分析领域，常见非破坏性检测方法有超声波探伤，电磁探伤以及射线探伤等，这些探伤方法费用都比较昂贵、工作量大且均在焊接件成形后检测。此时焊接缺陷已形成，产品如不合格只能报废，这极易造成损失浪费。因此，工业上亟须一种可以进行智能识别焊接缺陷实时监测焊接质量的装置，即可以在焊接过程中实时把关，一旦识别出了缺陷，立即警报并反馈采取措施的装置。
[0004]在焊接过程传感中，视觉传感尤其是红外传感(将视觉传感与温度传感集合)具有可靠性强、信息量丰富等特点。以此作为实时评判焊接质量的依据较为可行。目前，现有技术中关于实时监测的焊接质量相关装置可分为4种:1)焊缝熔池特性相关法；2)焊接电流电压相关法；3)只针对激光焊接等工艺；4)焊缝位置追踪法。如专利申请号为201010105629的一项专利一种视觉检测传感装置”，其使用机器人激光焊接过程中视觉传感获取焊后表面形貌质量，跟踪焊前焊缝路线和实时监测激光焊接熔池变化，起到了一定的作用，但只局限于焊接中的熔池变化，在焊接质量方面主要是普通视觉处理，没有用到富含温度信息的红外视觉。焊接质量监测方式也只针对激光焊接。又如专利申请号为201310133509的一项专利申请机器人焊接质量视觉检测装置及其检测方法”，其将视觉枪连接在焊接臂上跟随焊枪头运动，将其扫描的图片与数据库里数据进行对比，并反馈控制，有一定的效果，但该专利中视觉枪采用普通视觉枪，固定方式只提到与焊接臂相连，对于手工焊接或其他无焊接臂的情况较难满足，在图像处理方面更偏向于与原数据库的比对，并不是实时的智能识别对原数据库里没有的缺陷缺少判断，另外其反馈控制系统较为模糊。另外再如专利文献基于红外视觉传感的窄间隙焊接监控及焊缝偏差检测方法”，使用了红外视觉，但其应用只局限于窄间隙焊接，对焊接过程的监控也只是针对于焊缝偏差监测，没有考虑其它焊接缺陷的监测。另一方面还有使用电流电压法相关性分析焊接质量的装置，由于焊接过程中的材料、环境、人为因素的影响，该数据不能完全反映焊接质量的变化，因而分析的结果具有准确度低、可靠性差、随机性大等缺点。
【发明内容】
[0005]针对现有技术的以上不足或改进需求，本发明提供了一种基于红外视觉的焊接质量分析装置及分析方法，可应用于TIG焊、MIG焊、CO2气保焊、激光焊、电阻焊等主流焊接生产领域，其目的在于通过对以往焊接质量检测装置的重大改进即使用基于红外视觉的实时智能化识别手段代替低效、单一、可靠性低的检测手段，由此解决焊接全过程的实时完整监测的技术问题，并且提供精度高且准确的焊接质量分析与反馈措施。
[0006]为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种基于红外视觉的焊接质量分析装置，其特征在于，该装置包括红外视觉采集部、视觉信息转换与传输部、视觉信息处理部以及反馈控制部，其特点是所述红外视觉采集部用于采集焊接过程中焊接物表面熔池或熔池附近的视觉信息，经所述视觉信息转换与传输部转换后传输至所述视觉信息处理部，所述视觉信息处理部处理上述视觉信息并将处理信息结果传送于所述反馈控制部，所述反馈控制部根据上述处理信息结果进行警报和/或对所述现场焊接设备(5)进行调整控制。
[0007]进一步地，所述红外视觉采集部可单独固定或与所述现场焊接设备可调节固定。
[0008]进一步的，所述红外视觉采集部设置于机箱内，所述机箱内部固定有可调节承载所述红外视觉采集部的基板，所述机箱底部靠近所述现场焊接装设备的外侧设置有防溅保护装置，所述机箱底面设置有可开关的箱盖。
[0009]进一步地，所述红外视觉采集部与所述现场焊接设备之间的所述可调节单元为多柄铰接支架，其一端固定所述机箱，一端可调节固定于所述现场焊接设备，一端作为支撑端。
[0010]本发明还提出了一种基于红外视觉的焊接质量分析装置来进行焊接质量分析的方法，其特征在于，该方法包括如下步骤:
[0011](I)固定所述机箱，打开测试所述红外视觉采集部，并且调试至视觉信息处理部视野清晰；
[0012](2)所述视觉信息处理部设置焊接缺陷检测标准和流程，在接收所述红外视觉采集部的数据之后，按照上述设置好的检测标准和流程来进行缺陷判断；
[0013](3)若缺陷判断未超标，则所述视觉信息处理部发送继续监测的命令于所述红外视觉采集部，若缺陷判断超标，则所述视觉信息处理部根据超标量反馈控制所述现场焊接设备进行焊接调整。
[0014]进一步地，所述步骤(2)中的所述视觉信息处理部设置的焊接缺陷检测流程如下:
[0015](2-1)焊缝形状检测:a)对优良焊缝的边缘、中心线、形状、宽度进行定义并建立专家数据库；b)对采集图像的边缘特征、形状特征、图像宽度特征进行缺陷判定，并与专家数据库进行比对计算缺陷等级；
[0016](2-2)焊缝温度场检测:a)对优良焊缝的温度场进行阀值定义并建立专家数据库山)将采集的红外图像的彩色、灰度、像素等根据标定提取出温度信息并建立温度场，分析温度场的分布合理性，并与专家库进行比对计算缺陷等级；
[0017](2-3)对所述步骤(2-1)中的焊缝形状检测和步骤(2-2)中的焊缝温度场检测进行进一步地分析，进行焊穿、未焊透、热输入不稳定或气孔缺陷的比对检测。
[0018]进一步地，所述步骤(3)中的反馈控制调整如下:
[0019]若焊穿缺陷超标，则所述反馈控制部发出警报信息并控制现场焊接设备停止焊接并调整，焊穿缺陷若未超标，则所述反馈控制部根据划分的焊穿等级控制所述现场焊接装置对其焊接速度、电流或电压进行调整；
[0020]若缺陷被判定为热输入不稳定，则所述反馈控制部控制所述现场焊接设备对其电压、电流波动和送丝情况进行调整；
[0021]若气孔缺陷超标，则所述反馈控制部发出警报信息并控制所述现场焊接设备停止焊接并调整，气孔缺陷若未超标，则所述反馈控制部调节现场焊接设备对其焊接保护气体的流量进行调节。
[0022]总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果:
[0023]能够在焊接过程中对焊接件质量进行全过程实时把关，智能识别出较全面的焊接缺陷和焊缝位置并及时警报和反馈给焊接装置进行相应的调整，最大程度降低缺陷的再生，减少损失:A)用实时的全过程监测代替焊后检测；B)动态追踪焊缝，智能识别缺陷，并及时警报、反馈焊接设备减少无用功；C)追溯焊接全过程，评估并间接提高焊接质量；D)代替人工节约劳动力，可应用于TIG焊、MIG焊、C02气保焊、激光焊、电阻焊等主流焊接生产领域，能够提高工业自动化水平；
【附图说明】
[0024]图1是按照本发明实现的基于红外视觉的焊