焊接質(zhì)量實(shí)時(shí)在線圖像檢測(cè)相機(jī)選擇

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焊接質(zhì)量實(shí)時(shí)在線圖像檢測(cè)相機(jī)選擇

1.        背景

自動(dòng)化焊接是當(dāng)今工業(yè)自動(dòng)化的重要組成部分，而焊接過(guò)程中的實(shí)時(shí)質(zhì)量檢測(cè)與控制則是技術(shù)重點(diǎn)和難點(diǎn)。焊接在線實(shí)時(shí)檢測(cè)就是邊焊接邊檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量問(wèn)題，可立即采取相應(yīng)措施。

   2.  焊接熔池成像關(guān)鍵技術(shù)要求和視覺系統(tǒng)分類介紹

    焊接是在要焊件的工件表面形成局部高溫，形成熔池，熔池冷卻固化完成焊接。整個(gè)焊接區(qū)域的不同部位發(fā)光特性相差很大，焊接中心溫度通常非常高，會(huì)形成發(fā)出耀眼強(qiáng)光的等離子體，其邊緣是材料熔化后的熔池，熔池溫度較低，只有很弱的光輻射，這使視覺傳感器觀測(cè)區(qū)域不同部位的光強(qiáng)差異很大，通常大于100dB。焊接在線實(shí)時(shí)檢測(cè)中焊接圖像通常用數(shù)字工業(yè)相機(jī)來(lái)攝取，獲得清晰熔池圖像面臨的最大困難是要克服焊接等離子體形成的強(qiáng)光干擾。一般，如果不采取措施，焊接實(shí)時(shí)檢測(cè)圖像獲取系統(tǒng)的入射光強(qiáng)會(huì)超過(guò)工業(yè)相機(jī)傳感器的響應(yīng)上限，

會(huì)使一般工業(yè)相機(jī)的所有或大部分感光單元在其曝光的短時(shí)間內(nèi)達(dá)到光照飽和，從而使相機(jī)感光單元的輸出達(dá)到電飽和，無(wú)法重現(xiàn)焊接熔池中心及邊緣部分的圖像細(xì)節(jié)，熔池圖像的細(xì)節(jié)會(huì)完全丟失。

    要獲得在強(qiáng)光等離子體條件下的焊接熔池中心及邊緣部分的清晰圖像，對(duì)焊接實(shí)時(shí)檢測(cè)的圖像獲取系統(tǒng)中的關(guān)鍵部件數(shù)字工業(yè)相機(jī)提成了一些獨(dú)特的技術(shù)要求，后續(xù)幾個(gè)部分我們將討論不同數(shù)字工業(yè)相機(jī)特性差異，并介紹一特別適合焊接實(shí)時(shí)檢測(cè)圖像獲取系統(tǒng)的工業(yè)相機(jī)。

3.      工業(yè)相機(jī)特性介紹及其差異

    當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的數(shù)字工業(yè)相機(jī)有CCD數(shù)字工業(yè)相機(jī)和CMOS數(shù)字工業(yè)相機(jī)兩大類。

l  CCD數(shù)字工業(yè)相機(jī)

        CCD是電荷藕合器件（Charge Coupled Device）的簡(jiǎn)稱，它是應(yīng)用最廣泛的圖像傳感器之一。一個(gè)CCD圖像傳感器是成像像元為X-Y縱橫矩陣排列，每個(gè)成像像元由一個(gè)光電二極管和其控制的一個(gè)相鄰電荷存儲(chǔ)區(qū)組成。光強(qiáng)增大時(shí)，因?yàn)殡姾纱鎯?chǔ)區(qū)已存儲(chǔ)了很多光生電荷，由光生電荷產(chǎn)生的電場(chǎng)會(huì)妨礙像元按線性繼續(xù)積累電荷，CCD便進(jìn)入了飽和區(qū)。如果光強(qiáng)進(jìn)一步增大，電荷存儲(chǔ)勢(shì)阱將填滿電子，而過(guò)剩的電子會(huì)向外溢出。CCD圖像傳感器存在讓圖像質(zhì)量嚴(yán)重劣化的“Blooming”和“Smear”效應(yīng)。

l  CMOS數(shù)字工業(yè)相機(jī)

    CMOS是Complimentary Metal Oxide Semiconductor (互補(bǔ)型金屬氧化半導(dǎo)體)的簡(jiǎn)稱，CMOS和CCD傳感器一樣，是在Si（硅）半導(dǎo)體材料上制作的。新一代CMOS采用有源像素設(shè)計(jì)，每個(gè)像元由一個(gè)能夠?qū)⒐庾愚D(zhuǎn)化成電子的光電二極管、一個(gè)電荷/電壓轉(zhuǎn)換器、一個(gè)重置和一個(gè)選取晶體管，以及增益放大器組成。

在焊接應(yīng)用中，觀測(cè)區(qū)域輻射光強(qiáng)的差異很大，光強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍通常大于100dB。對(duì)這種光強(qiáng)變化劇烈的應(yīng)用，CMOS因?yàn)闆]有“Blooming”，“Smear”效應(yīng)，通過(guò)設(shè)定像元放大器增益特性盡可能擴(kuò)展其動(dòng)態(tài)范圍，獲取焊接熔池的清晰圖像有了可能。下圖是用數(shù)字CCD工業(yè)相機(jī)和Photonfocus的數(shù)字CMOS工業(yè)相機(jī)拍攝的激光焊接的焊點(diǎn)圖像：

4.        特別適合焊接實(shí)時(shí)圖像檢測(cè)的PhotonfocusCMOS相機(jī)技術(shù)介紹

l LinLogTM技術(shù)

     LinLogTM技術(shù)是瑞士PhotonFocus公司在工業(yè)CMOS傳感器開發(fā)中創(chuàng)新的專利技術(shù)。CMOS傳感器工作在線性響應(yīng)模式時(shí)，和CCD一樣，動(dòng)態(tài)范圍較小，傳感器很快會(huì)飽和。對(duì)數(shù)響應(yīng)模式時(shí)，CMOS相機(jī)有非常大的動(dòng)態(tài)范圍，但其在低照度時(shí)靈敏度會(huì)降低，低照度區(qū)域圖像的對(duì)比度嚴(yán)重降低，該區(qū)域圖像會(huì)有一種灰蒙蒙的感覺。LinLogTM技術(shù)只壓縮圖像接近飽和及飽和區(qū)域的響應(yīng)，保留在圖像低照度區(qū)域響應(yīng)的靈敏度和線性，所以既擴(kuò)展了整個(gè)傳感器的動(dòng)態(tài)范圍，又保證了低照度區(qū)域圖像的質(zhì)量。下圖示出線性響應(yīng)、傳統(tǒng)對(duì)數(shù)響應(yīng)與LinLogTM響應(yīng)曲線的區(qū)別。

    實(shí)測(cè)效果：

l ROI（Region Of Interest）技術(shù)

    CMOS圖像傳感器的類似計(jì)算機(jī)內(nèi)存DRAM的簡(jiǎn)單X-Y尋址的信號(hào)讀出方式，允許CMOS從整個(gè)排列、部分甚至單個(gè)像元中讀出信號(hào)，這是一個(gè)非常有用的特點(diǎn)，它允許CMOS相機(jī)通過(guò)設(shè)置感興趣區(qū)域(Region Of Interest以下簡(jiǎn)稱ROI)來(lái)獲取相機(jī)視場(chǎng)內(nèi)的有效信息，CCD相機(jī)無(wú)法提供ROI功能。ROI是在成像應(yīng)用中，在CMOS相機(jī)傳感器分辨范圍內(nèi)定義一個(gè)或多個(gè)感興趣的窗口區(qū)域，僅對(duì)這些窗口內(nèi)的圖像信息進(jìn)行讀出，只獲取該局部區(qū)域的圖像。

     5        結(jié)論

在焊接在線實(shí)時(shí)質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用中，機(jī)器視覺系統(tǒng)觀測(cè)區(qū)域光強(qiáng)變化非常劇烈，要求相機(jī)動(dòng)態(tài)范圍盡可能的大。在這種的應(yīng)用中，CCD相機(jī)因?yàn)橛小?font face="Times New Roman">Blooming”，“Smear”效應(yīng)導(dǎo)致圖像質(zhì)量劣化以及較小的動(dòng)態(tài)范圍而不是很適合。Photonfocus的CMOS工業(yè)相機(jī)采用專利的CMOS傳感器技術(shù)：LinLogTM技術(shù)或Linlog2技術(shù)，完全克服了CCD相機(jī)的不足，在保證低照度區(qū)域圖像對(duì)比度的同時(shí)盡可能的擴(kuò)展相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，最高可達(dá)120dB的動(dòng)態(tài)范圍；獨(dú)特的整體（Globel）快門技術(shù)保證了很短曝光時(shí)間（最小10微秒）的很容易實(shí)現(xiàn)；高速的ROI技術(shù)使高速焊接在線實(shí)時(shí)質(zhì)量檢測(cè)中上千赫茲對(duì)焊接熔池進(jìn)行監(jiān)測(cè)成為可能。Photonfocus的CMOS工業(yè)相機(jī)是針對(duì)焊接在線實(shí)時(shí)質(zhì)量檢測(cè)應(yīng)用優(yōu)化的CMOS相機(jī)，是獲取焊接熔池的清晰圖像，避免焊接等離子體輻射湮沒焊接熔池的邊緣等細(xì)節(jié)信息的重要保證。

Photonfocus的Hurricane-40-U2相機(jī)采用USB2.0接口，即插即用，不需專門的采集卡，性價(jià)比很高。MV-D1024系列相機(jī)的全分辨率為1024×1024，適合焊接檢測(cè)應(yīng)用的高速需求。MV-D1024-75-CL在全分辨率為1024×1024時(shí)最高幀速為每秒75幀，MV-D1024-160-CL在全分辨率為1024×1024時(shí)最高幀速為每秒150幀。目前日本的高速激光焊接機(jī)都是采用MV-D1024-160-CL來(lái)做在線質(zhì)量檢測(cè)的。

互通有無(wú)

有實(shí)用的成熟的設(shè)備嗎？多少錢，我是做焊管設(shè)備的，看看有沒有使用價(jià)值。

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互通有無(wú) 發(fā)表于 2011-8-17 10:13
有實(shí)用的成熟的設(shè)備嗎？多少錢，我是做焊管設(shè)備的，看看有沒有使用價(jià)值。

! I3 D! M. S( f: t& v已經(jīng)很成熟了，之前焊接方面做過(guò)很多項(xiàng)目了，我們可以提供整套集成設(shè)備。價(jià)格的話得看具體哪套系統(tǒng)。有興趣的話，去我們的官網(wǎng)看看吧 www.rocketech.cc。我們用的是高速相機(jī)來(lái)檢測(cè)的，所以不會(huì)損傷到器件�？梢宰鋈诘螜z測(cè)、焊縫檢測(cè)、焊接電流電壓監(jiān)控等。