针对红外焊接的热成像检测系统，能够及时在生产线中发现有问题的焊缝，并通知相关人员做出响应。

图1：红外焊接的零件的热图像。

MoviTherm公司开发了一种用于红外焊接的热成像检测系统。

红外焊接是一种使用红外辐射将物体连接在一起的方法。红外辐射产生热量并将热量高度集中，聚集的热量能够熔化物体上的指定表面，以在不影响物体结构强度的情况下，将物体连接或融合在一起。

实现这个焊接过程，需要将被焊接的物体放置在焊接夹具中来完成。焊接夹具用于对被焊接的物体进行固定、定位，然后对红外热源（发射器）进行定位，以便热量可以集中在两个被焊接对象之间的最佳点。发射器安装在一个滚筒设备上，然后将其定位在待焊接的物体之间，并为焊接提供最佳温度。

红外发射器是由石英玻璃制成的灯泡。它们产生热量并将热量聚集，以满足执行焊接对热量的需求。发射器可以产生3300°F~4400°F之间的热能，并可以在1s内达到这样的工作温度。一旦被焊接物体上的指定区域熔化（这一过程通常需要几秒钟），物体就会被机械地挤压在一起以实现连接。

红外焊接特别适用于连接热塑性材料。与其他焊接/固定方法相比，红外焊接具有以下重要优势：

需要更少的能源，从而降低能源成本；

是一种非接触、无颗粒的焊接过程；

可以实现密封焊接；

可以焊接各种不同材料；

对轮廓分型线没有限制。

红外焊接面临的挑战

MoviTherm公司业务发展副总裁David Bursell表示，红外焊接虽然非常有用、有效且节能，但它也面临一些挑战。

首先，红外焊接对反射材料没有那么有效，即使是肉眼看不出反光的材料。保持强焊接的最佳热水平，是焊接过程的重要组成部分。例如，如果发射器断电，焊缝中可能会有一个“冷点”，这会削弱焊缝的连接质量。

另一个挑战是保持材料的均匀性。这是一个出乎意料、但却非常重要的发现。MoviTherm公司的一位客户在一个生产批次中遭遇了焊缝质量的急剧下降——事实上，是焊接质量检测让他们发现了这种情况。经过从焊接完的产品到原材料的过程追溯，最终发现该生产批次使用的原材料被存放在了与平时不同的地方——它们被存放在了温度不可控的环境中，结果导致材料在焊接前的初始温度发生了变化，进而导致了焊缝质量下降。

客户意识到这个问题后，随即将原材料存放在了温度可控的环境中，以保持适当的、可重复的均匀温度，从而确保可重复的最佳焊接效果。

设计检测系统

MoviTherm公司大约五年前首次推出了热成像红外检测系统。这个系统从一个连接到计算机的热成像相机开始演进。连接到计算机系统的热成像相机系统，本质上是每个版本演进的基础。

与工作在可见光波段的传统相机不同，热成像相机可以通过捕获不同水平的红外光来探测红外辐射（热量）；这些红外光肉眼不可见，但可以被感知到热量，感知到的热量强弱取决于红外光的水平和强度。

所有物体都会发射某种类型和某种水平的红外辐射。但是，热成像相机并不是测量温度，而是通过分析热特征来计算温度。例如，使用热成像相机，消防部门可以发现并消除不透明的厚墙壁后面电线过热等潜在危险，因为热成像相机不仅可以看到墙壁表面本身的热特征，还可以看到并区分隐藏在墙壁后面、人眼或可见光相机看不见的过热电线，或更强烈的热量特征。

用于塑料焊接的MoviTherm TSI检测系统应用了同样的技术。MoviTherm与HA Industries公司合作开发的这套交钥匙型在线解决方案，能够提供热测量功能，以确保整个焊接表面保持合适的温度。

该检测系统通常包含至少四台相机、一台工业计算机和触摸屏。相机采用的是MoviTherm的A700 Smart Sensor FLIR相机，具有640×480热像素分辨率，测量精度为±2°C，精确电动聚焦，兼容PoE和GenICam协议。

图2：红外热成像检测系统。

检测系统是如何工作的？

该检测系统可以根据客户要求进行配置，但目标基本相同：在焊接完成后、焊缝冷却前，尽可能快地（最好是在1s内）进行检测。

Bursell说：“这关乎时间、视线和距离。我们希望有尽可能多的像素落在物体上。必须有一条清晰的路径去到相机正在扫描的任何物体。我们希望在尽可能接近焊接完成的地方拍摄图像，并且希望相机在尽可能靠近的地方能够正常工作。”

焊接完成后，热成像相机扫描被焊接的物体，并将图像传送到计算机，计算机持续从相机捕获15位数据流，并使用MoviTherm公司编写和开发的软件分析这些数据。

质量参数取决于被焊接物。利用MoviTherm软件，计算机会确定焊缝是否符合参数要求。如果不符合，则可以对系统进行设置，以提醒现场操作员。该系统还可以设置为连接到云，通过电子邮件、文本或语音消息向场外的个人发送警报。如果需要，该系统甚至可以被编程来停止焊接过程，以防止问题得到纠正之前，继续进行不合格的焊接。

测量结果存储在检测系统中，该系统具有FTP传输能力，可以将检测结果卸载到网络或服务器。Bursell说，该系统能够实时执行所有这些功能。

未来前景

目前，该检测系统只是检测焊缝本身；接下来发展的下一步可能是增加双重检测功能，例如实时监测发射器功率的能力，以帮助更早地检测出故障的发射器，并自动调整功率，以增强热量生成。虽然客户很可能已经在监测功率水平，并且功率损失可以从检测结果中反推出来，例如探测冷点的增加或不良焊缝的扩散，但将所有这些功能自动化的能力将是一种进步，这无疑也是可能实现的。

“发射器发生任何变化（例如发射器因达到寿命终点而停止工作），都可能在焊缝中产生冷点，从而导致焊接质量问题。”Bursell说，“因此，如果能够更早地发现有问题的焊缝，将能为公司节省数千美元开销。虽然我们还没有做到这一点，但我们相信这是可以做到的。”

文章来源：  ACT视觉系统设计 

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