焊接質(zhì)量實時在線圖像檢測相機(jī)選擇

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焊接質(zhì)量實時在線圖像檢測相機(jī)選擇

1.        背景

自動化焊接是當(dāng)今工業(yè)自動化的重要組成部分，而焊接過程中的實時質(zhì)量檢測與控制則是技術(shù)重點和難點。焊接在線實時檢測就是邊焊接邊檢測，發(fā)現(xiàn)有質(zhì)量問題，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。焊接在線實時檢測中焊接圖像通常用數(shù)字工業(yè)相機(jī)來攝取，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，焊接實時檢測圖像獲取系統(tǒng)的入射光強(qiáng)會超過工業(yè)相機(jī)傳感器的響應(yīng)上限，

會使一般工業(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，對焊接實時檢測的圖像獲取系統(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時檢測圖像獲取系統(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）的簡稱，它是應(yīng)用最廣泛的圖像傳感器之一。一個CCD圖像傳感器是成像像元為X-Y縱橫矩陣排列，每個成像像元由一個光電二極管和其控制的一個相鄰電荷存儲區(qū)組成。光強(qiáng)增大時，因為電荷存儲區(qū)已存儲了很多光生電荷，由光生電荷產(chǎn)生的電場會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，電荷存儲勢阱將填滿電子，而過剩的電子會向外溢出。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，每個像元由一個能夠?qū)⒐庾愚D(zhuǎn)化成電子的光電二極管、一個電荷/電壓轉(zhuǎn)換器、一個重置和一個選取晶體管，以及增益放大器組成。

在焊接應(yīng)用中，觀測區(qū)域輻射光強(qiáng)的差異很大，光強(qiáng)動態(tài)范圍通常大于100dB。對這種光強(qiáng)變化劇烈的應(yīng)用，CMOS因為沒有“Blooming”，“Smear”效應(yīng)，通過設(shè)定像元放大器增益特性盡可能擴(kuò)展其動態(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圖像：

4.        特別適合焊接實時圖像檢測的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，和CCD一樣，動態(tài)范圍較小，傳感器很快會飽和。對數(shù)響應(yīng)模式時，CMOS相機(jī)有非常大的動態(tài)范圍，但其在低照度時靈敏度會降低，低照度區(qū)域圖像的對比度嚴(yán)重降低，該區(qū)域圖像會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)展了整個傳感器的動態(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)對數(shù)響應(yīng)與LinLogTM響應(yīng)曲線的區(qū)別。

    實測效果：

l ROI（Region Of Interest）技術(shù)

    CMOS圖像傳感器的類似計算機(jī)內(nèi)存DRAM的簡單X-Y尋址的信號讀出方式，允許CMOS從整個排列、部分甚至單個像元中讀出信號，這是一個非常有用的特點，它允許CMOS相機(jī)通過設(shè)置感興趣區(qū)域(Region Of Interest以下簡稱ROI)來獲取相機(jī)視場內(nèi)的有效信息，CCD相機(jī)無法提供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)定義一個或多個感興趣的窗口區(qū)域，僅對這些窗口內(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

在焊接在線實時質(zhì)量檢測應(yīng)用中，機(jī)器視覺系統(tǒng)觀測區(qū)域光強(qiáng)變化非常劇烈，要求相機(jī)動態(tài)范圍盡可能的大。在這種的應(yīng)用中，CCD相機(jī)因為有“Blooming”，“Smear”效應(yīng)導(dǎo)致圖像質(zhì)量劣化以及較小的動態(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)域圖像對比度的同時盡可能的擴(kuò)展相機(jī)的動態(tài)范圍，最高可達(dá)120dB的動態(tài)范圍；獨(dú)特的整體（Globel）快門技術(shù)保證了很短曝光時間（最小10微秒）的很容易實現(xiàn)；高速的ROI技術(shù)使高速焊接在線實時質(zhì)量檢測中上千赫茲對焊接熔池進(jìn)行監(jiān)測成為可能。Photonfocus的CMOS工業(yè)相機(jī)是針對焊接在線實時質(zhì)量檢測應(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，性價比很高。MV-D1024系列相機(jī)的全分辨率為1024×1024，適合焊接檢測應(yīng)用的高速需求。MV-D1024-75-CL在全分辨率為1024×1024時最高幀速為每秒75幀，MV-D1024-160-CL在全分辨率為1024×1024時最高幀速為每秒150幀。目前日本的高速激光焊接機(jī)都是采用MV-D1024-160-CL來做在線質(zhì)量檢測的。

互通有無

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

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

已經(jīng)很成熟了，之前焊接方面做過很多項目了，我們可以提供整套集成設(shè)備。價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)來檢測的，所以不會損傷到器件�？梢宰鋈诘螜z測、焊縫檢測、焊接電流電壓監(jiān)控等。