激光焊接及激光釬焊已越來越多地應用于汽車工業(yè)的白車身焊裝及零部件生產(chǎn)中。由于人工檢查焊縫質(zhì)量缺乏可靠性與穩(wěn)定性，因此，有必要采用可靠性高、效能先進的質(zhì)量監(jiān)控裝置，實現(xiàn)對焊縫質(zhì)量參數(shù)的全程、同步、無間斷的精確檢測。為了適應這種需求，Soudronic 汽車系統(tǒng)有限公司開發(fā)出第二代激光焊接及激光釬焊焊縫質(zhì)量監(jiān)控系統(tǒng)——“SOUVIS(r) 5000”。該系統(tǒng)采用新型光學取像與激光感應技術，可實現(xiàn)對焊縫三維形面參數(shù)與焊縫表面均勻性參數(shù)進行同步檢測，且兩種檢測功能有機地集成于一個獨立的感應裝置里。
在汽車工業(yè)中，較早采用激光焊接技術且已實現(xiàn)大批量生產(chǎn)的為不等厚板的激光拼焊技術。Soudronic汽車系統(tǒng)有限公司（以下簡稱“Soudronic”）系全球領先的激光拼焊設備與系統(tǒng)供應商。據(jù)統(tǒng)計，2004年全球的激光拼焊板產(chǎn)量為1.8億張，預計2005年將增漲到 2.5億張。由于激光拼焊板對于焊縫質(zhì)量要求特別嚴格，因此，Soudronic 較早開發(fā)出了基于光學成像與激光感應技術的用于拼焊板焊縫質(zhì)量監(jiān)控的第一代在線實時監(jiān)控系統(tǒng)，并將該系統(tǒng)應用于其激光拼焊設備與激光焊管設備上。該系統(tǒng)的采用極大地提高了Soudronic 在激光拼焊領域的技術競爭力，同時通過與拼焊板供應商及汽車制造商的不斷交流，Soudronic開發(fā)出了新一代更加簡易可靠的可視式焊縫質(zhì)量檢測系統(tǒng)—— “SOUVIS(r) 5000”（SOUdronic VIsion System）。由于該系統(tǒng)獨到的技術特點及杰出的檢測性能，可廣泛應用于汽車制造工業(yè)的激光焊接中，如轎車白車身激光焊接與激光釬焊及燃油噴射系統(tǒng)與變速箱齒輪焊接等。
焊接工藝及其技術局限性
在工業(yè)應用中，激光焊接的工藝控制非常關鍵，這主要是因為：
* 待焊接工件的精度、工件焊接組合的重復定位與夾緊精度有一定限度，焊接前的間隙必須控制在一定精度內(nèi)；
* 對于有些焊接形面，激光聚焦點跟蹤整個焊接縫隙軌跡（長度可達2m以上）的精度要求不超出激光光束直徑的10%；
* 有時待焊接工件表面會有金屬涂層（如鍍鋅板），而金屬涂層由于其材料熔點較低常常會造成焊接氣孔。
在汽車工業(yè)中的大批量生產(chǎn)應用中，激光焊接多采用“深入焊”或“透焊”工藝。但是，即便對縫間隙控制得再好，也無法避免出現(xiàn)焊接缺陷。從其表面來看，焊縫缺陷可主要分為兩大類：焊縫幾何形面缺陷和隨機缺陷，前者一般通過對一段焊縫進行觀察即可發(fā)現(xiàn)，后者指出現(xiàn)在不可預知位置的局部缺陷。
“SOUVIS(r) 5000”的圖像處理系統(tǒng)
“SOUVIS(r) 5000”的硬件平臺為一臺功能強大的工業(yè)電腦，內(nèi)置有圖像處理系統(tǒng)與實時操作系統(tǒng)。感應頭為一個CMOS 攝像頭，攝像頭具有自適應反饋特點及特殊的閃光技術。該系統(tǒng)可集成到TCP/IP網(wǎng)絡中進行數(shù)據(jù)交換，也可通過母線（CAN，INTERBUS）與PLC連接進行外部控制。該系統(tǒng)也可與遠程服務器連接，實現(xiàn)遠程質(zhì)量監(jiān)控及系統(tǒng)故障自診。系統(tǒng)的圖像處理電腦也能夠?qū)崿F(xiàn)部分功能直接控制（I/O‘s）。
圖像獲取
由兩根等幅激光線按一定角度投射到待檢測焊縫上來獲取焊縫的三維數(shù)據(jù)，即焊縫幾何形面數(shù)據(jù)。 同時在一個閃光裝置持續(xù)20μs的閃光瞬間，CMOS攝像頭拍攝待檢測焊縫區(qū)的灰底照片（見圖3）。為獲取上述兩種方式在圖像上的最大對比度，攝像頭既有自適應光學特點，也可通過專用軟件設定，因此，系統(tǒng)最終獲取的單一圖像中可反映出待檢測焊縫區(qū)的全部信息。系統(tǒng)獲取的標準圖像尺寸為10 mm×10 mm，分辨率為10μm。在實際生產(chǎn)過程中，感應頭或待檢測工件需在連續(xù)運動中取像，系統(tǒng)的取像觸發(fā)裝置可保證連續(xù)取像的兩個相鄰圖像有一定重疊，從而實現(xiàn)無間斷取像檢測。受限于攝像頭取像速度及數(shù)據(jù)傳輸速度，系統(tǒng)的檢測速度為30m/min。由于系統(tǒng)取像與檢測速度快，因此，在實際應用中，影響檢測速度的瓶頸往往是其他生產(chǎn)裝置，如焊接機器人、工件穿梭裝置等。
焊縫特征提取分析
激光焊接的焊縫質(zhì)量檢測主要取決于兩方面的數(shù)據(jù)特征：焊縫幾何形面的絕對測量值和焊縫表面的均勻性。焊縫的局部缺陷會對焊縫強度及表面視覺美觀產(chǎn)生影響，因此，“SOUVIS(r) 5000”采用如下3種方式同步探測焊縫局部缺陷：焊縫形面三維數(shù)據(jù)分析、焊縫組織結(jié)構(gòu)分析和針孔分析。
焊縫組織結(jié)構(gòu)一般通過一個決定性的、隨機的、非均質(zhì)的纖維性結(jié)構(gòu)來反映，即"魚骨形" 結(jié)構(gòu)。為了對焊縫結(jié)構(gòu)進行分析，系統(tǒng)根據(jù)纖維結(jié)構(gòu)的斜度、方向及多像素方式生成焊縫結(jié)構(gòu)特征。這些結(jié)構(gòu)特征可以僅通過少量的數(shù)字來反映焊縫表面質(zhì)量與平滑均勻性等特征。如果在每個焊縫區(qū)這些結(jié)構(gòu)特征數(shù)據(jù)變化很大，則說明焊縫出現(xiàn)局部焊接缺陷，比如由于等離子保護造成的溶燒深入不足或者由于工件表面涂層造成的孔隙或焊坑。細小的焊接缺陷（如針孔）通過這種方式無法探測，因此，該系統(tǒng)利用第3種分析算法來發(fā)現(xiàn)小于幾百μm的細小焊接缺陷，如在激光釬焊焊縫上探測直徑僅為200μm的針孔，這種方法稱為針孔分析法。
當前應用實例
“SOUVIS(r) 5000”已經(jīng)在歐洲幾家汽車制造商的白車身焊裝生產(chǎn)線上裝配應用，用以檢測轎車車頂激光釬焊焊縫質(zhì)量及地板總成激光焊接焊縫質(zhì)量。其中一個主要應用實例為德國的奧迪汽車。1年多以前，奧迪就在其A3與新A6白車身焊裝線上安裝了該焊縫質(zhì)量在線實時監(jiān)控系統(tǒng)（見圖7）。值得一提的是，奧迪不但采用該系統(tǒng)檢測頂蓋激光釬焊的焊縫質(zhì)量，而且有選擇地檢測噴底漆后的焊縫質(zhì)量，后者可進一步保證奧迪轎車的頂級制造質(zhì)量。
在整車制造商逐步采用了“SOUVIS(r) 5000”后，部分一級部件供應商也計劃在其激光焊接設備上裝配該系統(tǒng)。
結(jié)論
憑借在焊接質(zhì)量同步可視監(jiān)控領域10多年的經(jīng)驗，Soudronic開發(fā)出了具有獨到技術的“SOUVIS(r) 5000”焊縫質(zhì)量在線實時監(jiān)控系統(tǒng)，用于檢測激光焊接或激光釬焊的焊縫質(zhì)量。由于采用了激光感應與μm級高分辨率取像技術，該系統(tǒng)具有杰出的探測與分辨功能。整個系統(tǒng)集成于一個單元中，便于其在焊接生產(chǎn)設備上安裝，并可通過遠程服務器進行系統(tǒng)故障診斷。該在線實時監(jiān)控系統(tǒng)具有操作界面友好、要求設置參數(shù)少、操作簡單方便等優(yōu)點，同時該系統(tǒng)硬件堅固，可完全滿足車間環(huán)境3班連續(xù)生產(chǎn)的要求。
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