專利名稱：用于跟蹤和檢查邊緣或者邊界的方法以及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在將金屬板坯件沿其公共邊緣焊接在一起時(shí)，用于在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫的方法，其中，光以多根光線的形式投射至坯件上，光線橫跨邊緣延伸，由一個(gè)相機(jī)攝取的光線圖像被鑒定，本發(fā)明還涉及在將金屬板坯件沿公共邊緣焊接在一起時(shí)，用于在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫的設(shè)備，該設(shè)備包括一個(gè)用于產(chǎn)生多根橫跨邊緣延伸的光線的裝置、一個(gè)用于攝取光線圖像的攝像裝置以及一個(gè)用于鑒定圖像的鑒定裝置。
金屬板焊接在一起形成較大的部件(所謂的特制坯件，tailoredblanks)并隨后進(jìn)行成型處理是公知的技術(shù)。使用這種“特制坯件”的領(lǐng)域的一個(gè)例子是汽車工業(yè)。金屬坯件的相互焊接可以通過凸點(diǎn)焊接和激光焊接實(shí)現(xiàn)。由于焊縫要與坯件一起經(jīng)過成型處理，因此整個(gè)焊縫必須具備良好的質(zhì)量。
要焊接的坯件被送至焊接點(diǎn)，使要焊接在一起的邊緣相互接觸。重要的是，聚焦的激光光束應(yīng)當(dāng)盡可能精確地跟蹤并置的坯件的公共邊緣。為此，采用了確定在焊接區(qū)域之前的邊緣精確軌跡的裝置，由此在焊接過程中激光光束能夠被相應(yīng)地引導(dǎo)。一種公知的裝置是這樣實(shí)現(xiàn)的橫跨邊緣投射一個(gè)恒定強(qiáng)度的光線圖形，這個(gè)圖形由一個(gè)相機(jī)攝像，所得到的圖像由計(jì)算機(jī)分析，以根據(jù)至少一根光線的軌跡獲取公共邊緣的軌跡或者此點(diǎn)處坯件之間間隙的軌跡。按這種方式，邊緣和間隙在焊接區(qū)域之前沿整個(gè)長度被跟蹤，在進(jìn)行焊接時(shí)激光光束被相應(yīng)地控制。
在焊接區(qū)域之后，可以按照相同的方式確定焊縫的輪廓，從而可以檢查焊接缺陷。
在焊接之前跟蹤邊緣以及(尤其是)在焊接之后檢查邊緣或焊縫時(shí)，均會(huì)產(chǎn)生這樣的問題，即，金屬板坯件的反射率變化很大。各個(gè)坯件可能具有不同的表面涂層；有油膜或者沒有油膜，有光面或者無光面，有煙熏痕跡，等等。由這些因素造成的大的亮度差異可能超出所使用的相機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍，導(dǎo)致光線成像太亮或者太暗，使得圖像難以識(shí)別或者甚至不能被識(shí)別。如果跟蹤一個(gè)邊緣，必須降低移動(dòng)速率，否則可能產(chǎn)生焊接缺陷；如果檢查一個(gè)邊緣，在某些情況下可能難以檢查出缺陷，或者可能將沒有缺陷存在的地方當(dāng)作缺陷。
因此，本發(fā)明試圖解決的問題是改進(jìn)開始段落中所述類型的方法和/或開始段落中所述類型的設(shè)備，以便能夠毫無問題地分析攝取的圖像，即使是在不利的條件下。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，這是分別通過以下技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)的，即將具有不同光強(qiáng)的光線投射至坯件上；和，光線產(chǎn)生裝置設(shè)置為可產(chǎn)生不同強(qiáng)度的光線，并且鑒定裝置設(shè)置為可選擇光線，以根據(jù)散射或者反射輻射的亮度作出鑒定。投射至坯件上的不同亮度的光線提高了圖像的可識(shí)別性。對于一個(gè)明亮的高反射坯件，鑒定單元可以采用一根低強(qiáng)度的正確成像光線來作出鑒定，而不考慮更高強(qiáng)度的過亮光線。對于一個(gè)暗的低反射坯件，具有最大強(qiáng)度的光線可以得到好的結(jié)果。按這種方式，在邊緣跟蹤和邊緣檢查時(shí)均可輕易獲得很好的結(jié)果。
各光線的光強(qiáng)可以是不同的，例如可以處在15％-100％之間；也可以采用等強(qiáng)度的光線。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，采用了五根光線，它們具有的強(qiáng)度為25％(兩根光線)、50％(兩根光線)和100％(一根光線)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，上述問題是分別通過以下技術(shù)特征解決的鑒定裝置具有可控的可變曝光控制，并且作為每一次成像鑒定的一部分，要確定是否需要為下一次成像進(jìn)行曝光修正，如果需要，一個(gè)控制信號被發(fā)送至相機(jī)，以修正曝光；和，攝像裝置包括一個(gè)具有可控曝光控制的相機(jī)，尤其是一個(gè)具有可控CCD元件積分時(shí)間和/或可控快門速度的CCD相機(jī)，并且鑒定裝置設(shè)置為可輸出一個(gè)用于攝像裝置的控制信號。
在這種情況下，每一次成像分析可確定光線的亮度是否處于規(guī)定的限制范圍內(nèi)；如果不是，則產(chǎn)生一個(gè)控制信號，此信號在下一次拍攝時(shí)對攝像裝置的曝光控制起作用，于是下一個(gè)像會(huì)更亮或更暗。也可以將本發(fā)明的這兩個(gè)方面結(jié)合起來，這樣，除了使用不同亮度的光線外，還根據(jù)剛剛觀察到的圖像結(jié)果對相機(jī)曝光進(jìn)行控制。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，上述問題是分別通過以下技術(shù)特征解決的用于投射光線的投射器其光強(qiáng)是可控制的，并且作為每一次成像的鑒定的一部分，要確定是否需要為下一次成像修正光線亮度，如果需要，一個(gè)控制信號被發(fā)送至投射器，以修正光強(qiáng)；和，產(chǎn)生光線的裝置包括一個(gè)光線投射器，此投射器具有一個(gè)用于控制光源光強(qiáng)的控制輸入并且，鑒定裝置設(shè)置為可輸出一個(gè)用于光線投射器的控制信號。
整個(gè)改變投射器的亮度和強(qiáng)度使得有可能對不同坯件的反射率進(jìn)行補(bǔ)償。
下面將參照附圖詳細(xì)描述通過舉例給出的本發(fā)明的實(shí)施例，附圖中

圖1示意性地示出光線投射器和相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)；圖2是有一個(gè)邊緣跟蹤設(shè)備和兩個(gè)邊緣或焊接檢查設(shè)備的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖1示出兩個(gè)坯件6和7，它們并排放置并具有一個(gè)公共的邊緣13。這些坯件沿邊緣13連接在一起，例如通過激光焊接方式。為了跟蹤此邊緣的軌跡和/或檢查焊縫，公知的技術(shù)是將多根光線5橫跨邊緣13投射至所述的邊緣以及這兩個(gè)坯件的相鄰區(qū)域上。在所示出的例子中，僅僅繪出了三根光線，但可以采用一些其它數(shù)目的光線。在成像器3的視域內(nèi)，光線與邊緣13成90°角或者成斜角延伸，特別地成像器3可以是一個(gè)CCD(電荷耦合器件)相機(jī)。用于投射光線5的投射器2優(yōu)選地由一個(gè)激光光源形成，其前方設(shè)置一個(gè)衍射光柵，以使光線5作為衍射線而產(chǎn)生。由相機(jī)3攝取的圖像在一個(gè)圖像鑒定單元中被分析，以根據(jù)至少一根光線5的軌跡確定坯件6和7之間沿邊緣13的間隙軌跡，或者，根據(jù)具體情況，在坯件被焊接后確定焊縫的軌跡。
圖2示出這樣一種設(shè)備，其中裝有多個(gè)根據(jù)圖1的裝置，即，一個(gè)位于焊接區(qū)域前面的裝置1和兩個(gè)跟隨在焊接區(qū)域之后的裝置10和11。從圖2可以看出，坯件6和7，例如可在焊接方向上長2m，它們由一個(gè)輸送器件(未示出)在箭頭A方向上運(yùn)送穿過該設(shè)備，并且被精確固定到位。一個(gè)具有滾柱8和9的金屬整形器械可設(shè)置在邊緣跟蹤裝置1之前。通過使較厚的坯件6變形，這個(gè)器械使坯件之間的任何間隙降至最小。隨后，正如已經(jīng)描述的那樣，由邊緣跟蹤裝置1將一個(gè)光線圖形橫跨邊緣13投射，并通過相機(jī)觀測和鑒定此光線圖形，間隙的精確軌跡被確定。例如，可以由投射器橫跨邊緣投射5根平行光線。由裝置1的相機(jī)得到的圖像通過一個(gè)鑒定單元18，此單元確定間隙的精確軌跡。鑒定單元18向一個(gè)控制單元14發(fā)送控制信號，然后控制單元14控制激光光源15，以使用于焊接坯件6和7的激光光束(僅示意性地繪出)沿邊緣13精確地跟蹤間隙的軌跡。
在焊接區(qū)域之后(即在輸送方向上)，并且在激光光束后面，位于焊縫上方設(shè)置有一個(gè)與圖1所示的裝置相同的裝置10，還在坯件下方設(shè)置有一個(gè)與圖1所示的裝置相同的裝置11。這兩個(gè)裝置也橫跨邊緣13、因此也橫跨焊縫投射光線。根據(jù)光線形成的圖像，鑒定單元16和17能夠確定焊縫的軌跡，并因此可對各種缺陷進(jìn)行焊接檢查，由于這種檢查是公知的，這里將不做詳細(xì)描述。鑒定單元16和17向控制單元14發(fā)送一個(gè)合適的信號，控制單元14可向高級控制部分19發(fā)送一個(gè)信號，以指示由被焊接坯件6和7組成的合成板是否滿足或者不滿足質(zhì)量要求。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，光線5是按照這樣的方式投射的，即，不同的光線具有不同的光強(qiáng)。例如，在圖1所示的三根光線中，最亮的光線可具有100％的光強(qiáng)，第二根光線可具有60％的光強(qiáng)，而第三根光線可具有30％的光強(qiáng)。在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，五根光線是作為衍射線投射的。在這個(gè)實(shí)施例中，中心的零級衍射線具有例如100％的光強(qiáng)。在第一衍射線兩側(cè)的每根一級衍射線具有50％的光強(qiáng)，而外側(cè)的每根二級衍射線具有25％的光強(qiáng)。能夠滿足所述要求的帶有激光器和衍射光柵的光線投射器，例如由LASIRIS公司(3549 Ashby，Quebec，Canada)制造的。
由于光線5有不同光強(qiáng)，由相機(jī)3攝取的圖像可以提供對至少一根光線的良好檢測能力，即使沿邊緣13坯件表面具有不同的反射率，并且，在由鑒定單元選擇了一根或者多根合適的光線之后，就可以提供圖像的良好鑒定。按這種方式，間隙的軌跡或者焊縫的軌跡可以被精確地確定，即使是在金屬板的表面難以反射光線的條件下。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，各個(gè)相機(jī)接收一個(gè)曝光控制信號20，如圖2所示，該信號由控制單元14發(fā)送，但這個(gè)信號也可以由相關(guān)的鑒定單元18，或者根據(jù)具體情況，由16或17直接發(fā)送至相機(jī)。控制信號20包含這樣的信息，即，當(dāng)相機(jī)攝取下一圖像時(shí)應(yīng)當(dāng)選擇是長于、短于還是等于前一圖像的曝光時(shí)間。如果所用的相機(jī)是CCD相機(jī)，控制信號可以調(diào)整CCD元件的積分(integration)時(shí)間，而不是曝光時(shí)間。根據(jù)光線5的前一次成像太暗或者太亮的信息，在下一次拍攝時(shí)有關(guān)相機(jī)的曝光得到修正。因此，這種能力還提高了對所獲得的圖像中的投射光線的識(shí)別力。優(yōu)選地，無論移動(dòng)速率如何，積分總是在相同的邊緣或者焊縫長度上進(jìn)行。
本發(fā)明的這兩個(gè)方面還可以結(jié)合使用。不同強(qiáng)度的光線可以橫跨邊緣13投射，并且除此之外，可以采取措施修正各個(gè)相機(jī)的曝光。合適的相機(jī)，尤其是CCD相機(jī)，是商業(yè)上可以獲得的，因此不需要在這里詳細(xì)描述。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，投射光線的總亮度是可以控制的。在這種情況下，由鑒定單元的信號要修正的，不是相機(jī)的曝光時(shí)間或者CCD元件的積分時(shí)間，而是光線投射器的亮度。這種情況可以與前述的兩個(gè)方面之一或者兩者結(jié)合。這樣，投射相同強(qiáng)度光線的光線投射器的亮度是可以控制的，或者，產(chǎn)生不同強(qiáng)度光線的光線投射器的亮度是可以控制的，如上所述。亮度控制還可以與曝光時(shí)間或積分時(shí)間的控制相結(jié)合，在這種情況下，控制單元輸出兩個(gè)控制信號，一個(gè)用于投射器，另一個(gè)用于相機(jī)。
本發(fā)明的三個(gè)方面可以表示如下步驟效果1.由投射器投射不同強(qiáng)橫跨邊緣或焊縫的反射度的光線。率局部差異可以補(bǔ)償。
2.修正相機(jī)CCD元件的 曝光得以調(diào)整，并且因此積分時(shí)間或快門速度圖像總是有相同亮度，(優(yōu)選地總是在相同的 優(yōu)選地?zé)o論移動(dòng)速率如何總邊緣或焊縫長度上 具有恒定的分辨率，進(jìn)行積分)。
3.控制光線投射器的 無論金屬板坯件的總體反基本輸出強(qiáng)度。射特性如何，總可以得到相同亮度的散射或反射光。
權(quán)利要求
1.一種方法，該方法在將金屬板坯件(6，7)沿其公共邊緣(13)焊接在一起時(shí)，用于在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫，其中，光以多根光線(5)的形式投射至坯件(6，7)上，光線橫跨邊緣延伸，由一個(gè)相機(jī)(3)攝取的光線的圖像被鑒定，其特征在于具有不同光強(qiáng)的光線(5)被投射至坯件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，其特征在于光線具有的光強(qiáng)在100％-5％之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的方法，其特征在于附加光線被投射，這些光線光強(qiáng)的與所述不同光強(qiáng)的光線中相應(yīng)的光線光強(qiáng)相等。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的方法，其特征在于有五根光線被投射，一根光線具有100％的強(qiáng)度，兩根光線具有50％的強(qiáng)度，而另兩根光線具有25％的強(qiáng)度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的方法，其特征在于五根光線是由一個(gè)衍射光柵產(chǎn)生的，零級衍射的中心線具有100％的強(qiáng)度，位于中心線的兩側(cè)的一級衍射線具有50％的強(qiáng)度，而更外側(cè)的二級衍射線具有25％的強(qiáng)度。
6.一種設(shè)備，該設(shè)備在將金屬板坯件(6，7)沿公共邊緣(13)焊接在一起時(shí)，用于在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫，該設(shè)備包括一個(gè)裝置(2)，用于產(chǎn)生多根橫跨邊緣延伸的光線；一個(gè)攝像裝置(3)，用于攝取光線(5)的圖像；以及一個(gè)鑒定裝置(14)，用于鑒定圖像，其特征在于光線產(chǎn)生裝置(2)設(shè)置為可產(chǎn)生不同強(qiáng)度的光線，并且鑒定裝置(14)設(shè)置為可選擇光線，以根據(jù)散射或者反射輻射的亮度作出鑒定。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于光線產(chǎn)生裝置包括一個(gè)激光光源和一個(gè)衍射光柵。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的設(shè)備，其特征在于所述裝置設(shè)計(jì)為可產(chǎn)生五根衍射光線，零級衍射線具有100％的強(qiáng)度，一級衍射線具有約50％的強(qiáng)度，二級衍射線具有約25％的強(qiáng)度。
9.根據(jù)權(quán)利要求6的設(shè)備，其特征在于攝像裝置包括至少一個(gè)CCD相機(jī)。
10.一種方法，該方法在將金屬板坯件(6，7)沿一個(gè)公共邊緣(13)焊接在一起時(shí)，用于在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫，其中，光以多根光線(5)的形式投射至坯件(6，7)上，光線橫跨邊緣延伸，由一個(gè)相機(jī)(3)攝取的光線的圖像被鑒定裝置(14)鑒定，其特征在于鑒定裝置(14)具有可控的可變曝光控制，并且作為每一次成像鑒定的一部分，要確定是否需要為下一次成像進(jìn)行曝光修正，如果需要，一個(gè)控制信號被發(fā)送至相機(jī)，以修正曝光。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其特征在于采用一個(gè)CCD相機(jī)，并且曝光是通過改變CCD元件的積分時(shí)間或相機(jī)快門的快門速度來控制的，在所有情況下，積分優(yōu)選地在邊緣或焊縫的一個(gè)恒定、任選的長度上進(jìn)行。
12.一種設(shè)備，該設(shè)備用于在將金屬板坯件(6，7)沿一個(gè)公共邊緣(13)焊接在一起時(shí)，在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫，該設(shè)備包括一個(gè)裝置(2)，用于產(chǎn)生多根橫跨邊緣延伸的光線；一個(gè)攝像裝置(3)，用于攝取光線(5)的圖像；以及一個(gè)鑒定裝置(14)，用于鑒定圖像，其特征在于攝像裝置包括一個(gè)具有可控曝光控制的相機(jī)(3)，尤其是一個(gè)具有可控CCD元件積分時(shí)間和/或可控快門速度的CCD相機(jī)，并且鑒定裝置設(shè)置為可輸出一個(gè)用于攝像裝置的控制信號(20)。
13.一種方法，該方法在將金屬板坯件(6，7)沿一個(gè)公共邊緣(13)焊接在一起時(shí)，用于在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫，其中，光以多根光線(5)的形式投射至坯件(6，7)上，光線橫跨邊緣延伸，由一個(gè)相機(jī)(3)攝取的光線的圖像被鑒定，其特征在于用于所述光線投射的一個(gè)投射器其光強(qiáng)是可控制的，并且作為每一次成像鑒定的一部分，要確定是否需要為下一次成像修正光線亮度，如果需要，一個(gè)控制信號被發(fā)送至投射器，以修正光強(qiáng)。
14.一種設(shè)備，該設(shè)備用于在將金屬板坯件(6，7)沿一個(gè)公共邊緣(13)焊接在一起時(shí)，在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫，該設(shè)備包括一個(gè)裝置(2)，用于產(chǎn)生多根橫跨邊緣延伸的光線；一個(gè)攝像裝置(3)，用于攝取光線(5)的圖像；以及一個(gè)鑒定裝置(14)，用于鑒定圖像，其特征在于產(chǎn)生光線的裝置包括一個(gè)光線投射器，此投射器具有一個(gè)用于控制光源光強(qiáng)的控制輸入，并且，鑒定裝置設(shè)置為可輸出一個(gè)用于光線投射器的控制信號(20)。
全文摘要
為了跟蹤和檢查要被焊接在一起的兩個(gè)金屬板坯件(6,7)之間的公共邊緣(13),一個(gè)光線圖形由一個(gè)投射器(2)橫跨邊緣(13)投射,并由一個(gè)相機(jī)(3)成像。攝取的圖像被分析,以從光線的軌跡中獲取關(guān)于坯件之間的間隙或者邊緣軌跡的信息。投射的圖形具有多根不同光強(qiáng)的光線。當(dāng)處理所攝取的圖像時(shí),即使金屬板坯件的反射特性存在變化,也可以在所獲得的圖像中選擇一根既不太暗也不太亮的光線,因此該光線可用于合理的分析。
文檔編號B23K9/127GK1175687SQ9711548
公開日1998年3月11日 申請日期1997年7月29日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月29日
發(fā)明者D·維爾曼, C·布赫曼 申請人:埃爾帕特朗尼股份公司