汽车后挡玻璃加热线检测方法与流程

本发明属于汽车玻璃缺陷检测。具体为一种汽车后挡玻璃加热线检测方法。

背景技术：

1、汽车后挡玻璃通常布置有电加热线，用于在寒冷或潮湿天气下除霜除雾，保障驾驶员后方视野清晰。加热线多采用导电银浆通过丝网印刷工艺附着于玻璃内表面，经高温烧结形成导电薄膜。在生产过程中，由于丝网印刷模板的局部堵塞、玻璃表面微小划伤、银浆烧结温度不均匀或材料中夹杂气泡等原因，加热线可能出现横截面积局部减小但未完全断开的“高阻点”缺陷。此类缺陷在出厂时的通电测试中仍能正常导通，但在车辆实际使用过程中，因热应力反复作用，高阻点区域会逐渐氧化烧蚀，最终发展为完全断裂，导致加热功能失效。

2、目前，汽车后挡玻璃加热线的生产线检测主要采用电阻测量法或被动式红外热像法。电阻测量法通过测量加热线两端总电阻值判断其导电状态，但对于横截面积仅局部减小、电阻升高幅度在毫欧级的高阻点缺陷，其阻值变化极易被接触电阻和系统测量噪声掩盖，难以有效检出。被动式红外热像法对加热线通以恒定电流，待温度稳定后拍摄单帧热像图，通过观察热像图中加热线亮线的连续性判断通断状态。该方法对于完全断线具有一定检出能力，但对于高阻点缺陷，因其初期发热量微小、玻璃基底导热迅速抹平温差，加之玻璃表面红外反射特性易将周围环境热源复刻至热像图中形成背景干扰，使得虚断点信号在热像图中几乎不可见，漏检率较高。

3、此外，现有检测方法还面临以下问题。其一，玻璃对红外辐射具有高反射特性，检测现场的人体、灯具、邻接设备等热源极易在热像图中形成反射干扰图像，与加热线自身热信号叠加，增加判定难度。为抑制此类干扰，部分检测系统将检测工位置于专用暗室中，但暗室占用空间大、建设成本高，且无法完全消除玻璃自身反射导致的背景不均匀问题。其二，现有检测方法均聚焦于玻璃本体上的加热线，对于从车身线束到玻璃供电连接器、再到印刷母线的整个供电链路缺乏诊断能力。当供电连接器接触不良或印刷母线焊接点存在虚焊时，实际流入加热线的电流波形将发生畸变，直接导致基于热响应的检测结果不可靠。同时，当环境温度处于极端低温或高温工况时，热像仪的探测灵敏度和加热线的热响应特性均会发生变化，固定参数的检测方法在此类工况下易产生误判或漏判，而现有技术通常采用规定检测环境温度范围的被动规避方式，未能从检测方法本身进行适应性调整。

4、在涉及红外热像检测的现有技术中，公告号cn101065659a的中国专利文献公开了一种断线检查装置及方法，该装置通过红外热像仪获取通电后玻璃的温度分布图像，判断加热线是否存在断线。该方法在一定程度上实现了非接触式在线检测，但其检测原理仍基于通电后加热线产生的稳态温差，对于发热微弱的高阻虚断点难以有效识别，且未涉及环境热反射干扰的主动抑制以及供电链路健康状态的诊断。

技术实现思路

1、本发明的一个目的是针对现有汽车后挡玻璃加热线检测主要采用电阻测量法或被动式红外热像法。电阻测量法对横截面积仅局部减小、电阻升高幅度在毫欧级的高阻点缺陷无法有效检出，其阻值变化易被接触电阻和测量噪声掩盖。被动式红外热像法通过恒定直流通电后拍摄单帧热像图，依靠观察加热线亮线连续性判断通断状态，对于完全断线有一定检出能力，但对于初期发热量微小的高阻虚断点，因玻璃基底导热迅速抹平温差，加之玻璃表面红外反射易引入环境热源干扰，虚断点信号在热像图中几乎不可见，漏检率高。现有方法均未能有效解决高阻虚断缺陷的可靠识别问题。

2、为实现上述的目的，本发明的提供的一种汽车后挡玻璃加热线检测方法，包括以下步骤：向汽车后挡玻璃上的加热线施加周期性变化的电流激励，使得加热线在电流作用下产生周期性变化的热量，并在玻璃表面形成随时间变化的热波；在施加电流激励的过程中，通过红外热像仪采集玻璃表面预定区域的序列热图像，序列热图像包含多个时间帧；对序列热图像进行处理，提取每个像素点对应位置的温度随时间变化的信号，并计算每个像素点的温度信号相对于电流激励的相位延迟量和幅值；将各像素点的相位延迟量和幅值分别与预先设定的正常阈值范围进行比较，将相位延迟量超出正常阈值范围或幅值低于正常阈值范围的像素点所在位置判定为加热线存在高阻点缺陷的位置。

3、优选地，周期性变化的电流激励由第一激励阶段和第二激励阶段组成：第一激励阶段施加频率为0.5hz至2hz、幅值使加热线表面温升不超过0.1℃的第一方波电流，持续时间为3至5个完整周期，用于在玻璃表面建立稳态热波场；第二激励阶段施加频率为8hz至10hz、幅值使加热线表面温升不超过0.05℃的第二方波电流，持续时间为8至12个完整周期，用于在所述稳态热波场的基础上叠加高频热波分量；其中，红外热像仪在第二激励阶段的持续时间内同步采集序列热图像。

4、优选地，红外热像仪采集序列热图像的步骤包括：在第二激励阶段开始之前，红外热像仪预先进入连续采集状态，连续采集多帧预热图像，比较相邻两帧预热图像中预定加热线区域的像素灰度值变化量，当变化量小于预设稳定阈值时，判定图像已稳定，开始正式采集序列热图像；红外热像仪的采集帧率设定为第二激励阶段中方波电流频率的整数倍，且不小于该频率的4倍；在采集序列热图像的过程中，对每一帧热图像中的坏元进行替换处理，坏元位置预先标定并存储，替换处理时以坏元周围正常像元的灰度平均值或中值作为坏元位置的替代值。

5、优选地，对序列热图像进行处理并计算每个像素点的相位延迟量和幅值的步骤，包括：从序列热图像中提取每一条加热线对应的像素点集合，该提取依据预先获取的玻璃设计图纸中加热线的走向和宽度信息进行，提取后对每一条加热线建立独立的像素点索引列表；对于每一条加热线对应的像素点集合，沿加热线延伸方向将该像素点集合划分为多个连续的分析窗口，相邻分析窗口之间具有重叠区域，每个分析窗口的长度为加热线宽度的3至5倍；对每个分析窗口内的各像素点的时间-温度信号分别进行傅里叶变换，提取与第二激励阶段方波电流频率相同的基频分量，获得各像素点的相位延迟量初始值；对于同一分析窗口内的所有像素点，计算其相位延迟量初始值的均值和标准差，将偏离均值超过两倍标准差的像素点标记为异常像素点并予以剔除，以剩余像素点的相位延迟量初始值的平均值作为该分析窗口的相位延迟量代表值；将同一条加热线上各分析窗口的相位延迟量代表值按空间位置顺序排列，形成该加热线的相位延迟量沿程分布曲线，将该沿程分布曲线与预先存储的该型号玻璃加热线的标准相位分布曲线进行逐点比较，将相位延迟量偏离标准值超过预设阈值的分析窗口所在位置判定为存在高阻点缺陷的位置。

6、优选地，将相位延迟量偏离标准值超过预设阈值的分析窗口判定为存在高阻点缺陷的位置的步骤，包括：获取预先存储的该型号玻璃加热线的标准相位分布曲线，该标准相位分布曲线是在与检测相同激励和采集条件下，对不少于30片已知完好的同型号玻璃进行检测后，统计每个分析窗口位置的相位延迟量平均值和标准差而建立；对于被测玻璃的任一分析窗口，计算其相位延迟量代表值与该分析窗口对应位置的标准相位延迟量平均值之间的偏差量，将该偏差量除以该分析窗口对应位置的标准差，得到该分析窗口的标准化偏差值；将标准化偏差值超过2.5至3.0的分析窗口判定为存在高阻点缺陷的分析窗口；对于被判定为存在高阻点缺陷的分析窗口，进一步获取该分析窗口内各像素点在计算相位延迟量初始值时同步获得的幅值，计算该分析窗口内所有像素点幅值的平均值，当该平均幅值低于该分析窗口对应位置的标准幅值下限时，确认该分析窗口存在高阻点缺陷，否则判定为疑似缺陷并予以记录。

7、优选地，在通过红外热像仪采集所述玻璃表面预定区域的序列热图像之前，还包括以下步骤：在红外热像仪与汽车后挡玻璃之间设置遮罩，遮罩的内表面覆盖有发射率不大于0.1的金属箔层，所述遮罩将所述红外热像仪的视场范围与外部环境隔离；在遮罩内部、位于所述汽车后挡玻璃侧方且不处于所述红外热像仪视场范围内的位置，设置至少一个温度可控的均温板，均温板的表面温度在检测过程中维持恒定，且所述均温板的表面朝向所述汽车后挡玻璃；在第二激励阶段的方波电流处于低电平期间，控制所述红外热像仪采集至少一帧环境背景图像，环境背景图像的采集时刻与所述第二激励阶段的方波电流的上升沿和下降沿之间均间隔预设的延迟时间，延迟时间不小于所述方波电流周期的十分之一；将采集到的环境背景图像从序列热图像中逐帧减去，得到差分序列热图像，以所述差分序列热图像替代序列热图像用于后续的相位延迟量和幅值计算。

8、优选地，在所述向汽车后挡玻璃上的加热线施加周期性变化的电流激励之前，还包括以下步骤：获取所述汽车后挡玻璃所处环境的环境温度值；当所述环境温度值低于5℃或高于40℃时，将所述第一激励阶段中第一方波电流的幅值调整为使加热线表面温升不超过0.3℃，并将所述第二激励阶段的持续时间延长至15至20个完整周期；在所述汽车后挡玻璃的供电连接器处接入一个辅助测量回路，所述辅助测量回路包括串联在供电回路中的采样电阻，所述采样电阻的阻值不超过所述加热线在常温下标称阻值的百分之一；在所述第一激励阶段和所述第二激励阶段的持续时间内，同步采集所述采样电阻两端的电压波形，根据所述电压波形和所述采样电阻的阻值计算流经所述加热线的实时电流波形；从序列热图像中提取对应于印刷母线与加热线交接区域的多个像素点，获取该多个像素点的平均温度随时间变化的温度波形；将所述实时电流波形与所述温度波形进行互相关分析，计算所述实时电流波形与所述温度波形之间的时间延迟量；将所述时间延迟量与预先测定的正常时间延迟范围进行比较，所述正常时间延迟范围是在供电连接器与印刷母线均处于正常接触状态下、在与检测相同激励和采集条件下预先测定获得的；当所述时间延迟量超出所述正常时间延迟范围时，判定所述供电连接器或所述印刷母线存在接触异常，并中止对加热线高阻点缺陷的判定或将当次检测结果标记为无效；当所述时间延迟量处于所述正常时间延迟范围内时，继续执行对加热线高阻点缺陷的判定。

9、优选地，所述将实时电流波形与温度波形进行互相关分析，计算实时电流波形与温度波形之间的时间延迟量，包括以下步骤：以所述第二激励阶段开始时刻作为时间零点，对所述实时电流波形和所述温度波形分别进行去直流处理，得到去直流后的电流波形i(t)和去直流后的温度波形t(t)，其中t为时间变量；对i(t)和t(t)分别进行幅值归一化处理，得到归一化电流波形i_norm(t)和归一化温度波形t_norm(t)，所述归一化电流波形i_norm(t)的最大幅值为1，所述归一化温度波形t_norm(t)的最大幅值为1；计算i_norm(t)与t_norm(t)的互相关函数r(τ)，其中τ为时间偏移量，τ的取值范围为0至所述第二激励阶段中方波电流周期的2倍；判断所述互相关函数r(τ)在所述τ的取值范围内的最大值是否大于预设的相关性阈值，当所述最大值小于或等于所述相关性阈值时，判定所述温度波形受干扰严重，并中止对加热线高阻点缺陷的判定或发出重新检测提示；当所述最大值大于所述相关性阈值时，在所述τ的取值范围内搜索使r(τ)取得所述最大值的τ值，记为τ_max；对所述互相关函数r(τ)在τ_max的相邻采样点处进行抛物线插值，以插值抛物线顶点对应的τ值作为所述实时电流波形与所述温度波形之间的时间延迟量；其中，所述去直流处理、所述幅值归一化处理、所述互相关函数r(τ)的计算、所述相关性阈值的判断、所述τ值的搜索以及所述抛物线插值，均在所述第二激励阶段的持续时间内完成。

10、优选地，在通过红外热像仪采集所述玻璃表面预定区域的序列热图像之前，还包括以下步骤：获取被测汽车后挡玻璃的型号信息，根据所述型号信息从预先建立的车型参数数据库中调取对应的三维曲面方程、加热线布局图纸以及标准相位分布曲线；在所述汽车后挡玻璃被放置在检测工位后，通过设置在检测工位上方的至少三个激光测距传感器或结构光传感器测量所述玻璃表面多个预定测量点的空间坐标，将测量得到的空间坐标与所述三维曲面方程进行匹配，计算所述玻璃在检测工位上的实际位姿相对于标准位姿的偏移量和偏转角；根据所述偏移量和偏转角，将所述加热线布局图纸中的每条加热线位置映射至所述红外热像仪的图像坐标系中，生成与当前被测玻璃的实际位姿相对应的像素点索引列表；根据所述三维曲面方程计算所述玻璃表面各位置的法向量，对于所述像素点索引列表中每一个像素点对应的玻璃表面位置，计算该位置的法向量与所述红外热像仪光轴之间的夹角；当夹角超过预设的第一角度阈值时，根据预先标定的发射率随角度变化的修正曲线，对该像素点对应的温度信号进行发射率角度修正，使经修正后的温度信号对应于该像素点位置在法向观测条件下的等效温度值。

11、本发明至少具有以下有益效果：

12、第一，本发明采用周期性变化的电流激励替代恒定直流通电，在加热线和玻璃基底之间建立随时间变化的热波场，通过红外热像仪采集序列热图像并提取各像素点温度信号相对于电流激励的相位延迟量和幅值，以相位延迟量超出正常阈值范围或幅值低于正常阈值范围作为高阻点缺陷的判定依据。与现有电阻测量法相比，电阻测量法对毫欧级的微小阻值变化不敏感，而本方法通过热波相位分析将高阻点引起的微弱热传导异常转化为可测量的相位偏移，即使缺陷尚未产生显著温差也能被有效检出。与现有被动式红外热像法相比，被动式红外热像法仅观察单帧热像图中的温度分布，虚断点发热量微小且被玻璃导热迅速抹平，漏检率高；本方法通过周期性激励和序列图像采集，捕获的是温度变化的动态规律而非绝对温度高低，虚断点的相位异常在频域中被凸显，显著提高了早期微缺陷的检出可靠性。

13、第二，本发明将周期性电流激励分为第一激励阶段和第二激励阶段，第一阶段采用较低频率和较高幅值的方波电流建立稳态热波场，第二阶段采用较高频率和较低幅值的方波电流叠加高频热波分量，红外热像仪在第二激励阶段同步采集序列热图像。第一阶段的低频激励使热波穿透深度足够，能够充分浸润加热线与玻璃的界面区域，将虚断点的热传导异常特征完整加载至热波场中，解决了单一高频激励对浅层微缺陷不敏感的问题。第二阶段的高频激励周期短，仅需采集数个周期即可获得足够的傅里叶分析数据，大幅压缩了检测时间，解决了单一低频激励与产线节拍不兼容的问题。两阶段分频激励策略在检测深度与检测速度之间取得了平衡，在不显著增加单件检测时间的前提下保障了虚断点相位信号的稳定提取

14、第三，本发明在红外热像仪采集序列热图像之前，预先使热像仪进入连续采集状态，通过比较相邻帧预热图像的像素灰度值变化量判断图像是否稳定，达到稳定阈值后方开始正式采集。这一预热稳定性判断消除了热像仪启动初期探测器热平衡过程和激励阶段切换时热波场过渡过程所引入的暂态数据，确保用于相位分析的序列图像均处于稳态。本发明将采集帧率设定为第二激励阶段方波电流频率的整数倍，消除了因采样位置在不同激励周期中漂移而引起的频谱泄漏，提高了相位延迟量的计算精度。本发明在采集过程中对每一帧热图像进行坏元替换处理，以坏元周围正常像元的灰度平均值或中值作为替代值，避免了探测器坏元在序列图像各帧中持续输出异常值经傅里叶变换后产生的虚假相位信号，降低了因坏元导致的误报风险。上述采集环节的精细化控制从数据源头保障了序列热图像的质量。

15、第四，本发明依据玻璃设计图纸中加热线的走向和宽度信息从序列热图像中提取每条加热线对应的像素点集合，仅对加热线区域进行分析，避免了将玻璃基底噪声信号纳入计算导致的虚假相位异常。本发明沿加热线延伸方向将像素点集合划分为多个具有重叠区域的分析窗口，窗口长度为线宽的3至5倍，在窗口内进行异常像素点统计剔除后以平均值作为该窗口代表值。重叠窗口划分保证了虚断点热影响区的完整覆盖，窗口内统计剔除抑制了探测器噪声和个别异常像素点对判定结果的干扰。本发明将同一条加热线各分析窗口的相位延迟量代表值形成沿程分布曲线，与预先存储的同型号玻璃标准相位分布曲线进行逐点比较。标准曲线基于不少于30片完好样品统计建立，包含每个窗口位置的平均值和标准差。本发明以标准化偏差值替代绝对偏差量作为判据，消除了加热线不同位置因正常波动幅度差异导致的判定灵敏度不一致问题，使检测方法在加热线全长范围内具有均匀的缺陷检出能力。本发明在相位判定基础上引入幅值二次确认，虚断点既引起相位滞后又导致发热功率降低，利用双重物理特征交叉验证，有效排除了环境干扰或偶然性相位波动引起的虚假报警。

16、第五，本发明在供电连接器处接入包含采样电阻的辅助测量回路，同步采集流经加热线的实时电流波形，从序列热图像中提取印刷母线与加热线交接区域的温度波形，通过互相关分析计算两者之间的时间延迟量。当时间延迟量超出正常范围时判定供电连接器或印刷母线存在接触异常，并中止虚断判定或将结果标记为无效。该方案将检测边界从玻璃本体加热线延伸至供电连接器和印刷母线，实现了覆盖全链路的系统性诊断，避免了因链路接触异常导致电流畸变进而引发虚断误判的问题。本发明在互相关分析前对电流波形和温度波形进行去直流和幅值归一化预处理，消除了直流偏置对相关函数曲线形态的畸变影响以及两路信号幅值悬殊对相似性度量的干扰；将时间偏移量搜索范围限定为0至2倍激励周期，覆盖链路正常与异常状态下时间延迟的全部可能取值，避免在更大范围内将噪声相关峰误判为真实延迟；通过抛物线插值将时间延迟量测量精度提升至亚采样间隔级别，为早期链路接触异常的识别提供了必要分辨率。本发明在检测开始前获取环境温度值，当环境温度低于5℃或高于40℃时自动上调第一激励阶段电流幅值并延长第二激励阶段持续时间。低温工况下增大激励能量确保热波达到可探测水平，高温工况下增强激励以弥补加热线与玻璃基底温差减小导致的热波对比度下降，延长采集时间确保极端温度下热波达到充分稳态。上述环境温度自适应调整使检测方法在宽温度范围内保持一致的检测灵敏度，避免了因环境温度导致的误判或漏判。

17、本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。