專利名稱：用于跟蹤和檢查邊緣或者邊界的方法以及設備的制作方法
技術領域：
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，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，由一個相機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，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備，該設備包括一個用于產生多根橫跨邊緣延伸的光線的裝置、一個用于攝取光線圖像的攝像裝置以及一個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)并隨后進行成型處理是公知的技術。使用這種“特制坯件”的領域的一個例子是汽車工業(yè)。金屬坯件的相互焊接可以通過凸點焊接和激光焊接實現。由于焊縫要與坯件一起經過成型處理，因此整個焊縫必須具備良好的質量。
要焊接的坯件被送至焊接點，使要焊接在一起的邊緣相互接觸。重要的是，聚焦的激光光束應當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地引導。一種公知的裝置是這樣實現的橫跨邊緣投射一個恒定強度的光線圖形，這個圖形由一個相機攝像，所得到的圖像由計算機分析，以根據至少一根光線的軌跡獲取公共邊緣的軌跡或者此點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)域之前沿整個長度被跟蹤，在進行焊接時激光光束被相應地控制。
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，均會產生這樣的問題，即，金屬板坯件的反射率變化很大。各個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的動態(tài)范圍，導致光線成像太亮或者太暗，使得圖像難以識別或者甚至不能被識別。如果跟蹤一個邊緣，必須降低移動速率，否則可能產生焊接缺陷；如果檢查一個邊緣，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作缺陷。
因此，本發(fā)明試圖解決的問題是改進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。
根據本發(fā)明的第一方面，這是分別通過以下技術特征實現的，即將具有不同光強的光線投射至坯件上；和，光線產生裝置設置為可產生不同強度的光線，并且鑒定裝置設置為可選擇光線，以根據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別性。對于一個明亮的高反射坯件，鑒定單元可以采用一根低強度的正確成像光線來作出鑒定，而不考慮更高強度的過亮光線。對于一個暗的低反射坯件，具有最大強度的光線可以得到好的結果。按這種方式，在邊緣跟蹤和邊緣檢查時均可輕易獲得很好的結果。
各光線的光強可以是不同的，例如可以處在15％-100％之間；也可以采用等強度的光線。在一個優(yōu)選實施例中，采用了五根光線，它們具有的強度為25％(兩根光線)、50％(兩根光線)和100％(一根光線)。
根據本發(fā)明的另一方面，上述問題是分別通過以下技術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行曝光修正，如果需要，一個控制信號被發(fā)送至相機，以修正曝光；和，攝像裝置包括一個具有可控曝光控制的相機，尤其是一個具有可控CCD元件積分時間和/或可控快門速度的CCD相機，并且鑒定裝置設置為可輸出一個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；如果不是，則產生一個控制信號，此信號在下一次拍攝時對攝像裝置的曝光控制起作用，于是下一個像會更亮或更暗。也可以將本發(fā)明的這兩個方面結合起來，這樣，除了使用不同亮度的光線外，還根據剛剛觀察到的圖像結果對相機曝光進行控制。
根據本發(fā)明的第三方面，上述問題是分別通過以下技術特征解決的用于投射光線的投射器其光強是可控制的，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，一個控制信號被發(fā)送至投射器，以修正光強；和，產生光線的裝置包括一個光線投射器，此投射器具有一個用于控制光源光強的控制輸入并且，鑒定裝置設置為可輸出一個用于光線投射器的控制信號。
整個改變投射器的亮度和強度使得有可能對不同坯件的反射率進行補償。
下面將參照附圖詳細描述通過舉例給出的本發(fā)明的實施例，附圖中

圖1示意性地示出光線投射器和相機的基本結構；圖2是有一個邊緣跟蹤設備和兩個邊緣或焊接檢查設備的結構示意圖。
圖1示出兩個坯件6和7，它們并排放置并具有一個公共的邊緣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目的光線。在成像器3的視域內，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CCD(電荷耦合器件)相機。用于投射光線5的投射器2優(yōu)選地由一個激光光源形成，其前方設置一個衍射光柵，以使光線5作為衍射線而產生。由相機3攝取的圖像在一個圖像鑒定單元中被分析，以根據至少一根光線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示出這樣一種設備，其中裝有多個根據圖1的裝置，即，一個位于焊接區(qū)域前面的裝置1和兩個跟隨在焊接區(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，它們由一個輸送器件(未示出)在箭頭A方向上運送穿過該設備，并且被精確固定到位。一個具有滾柱8和9的金屬整形器械可設置在邊緣跟蹤裝置1之前。通過使較厚的坯件6變形，這個器械使坯件之間的任何間隙降至最小。隨后，正如已經描述的那樣，由邊緣跟蹤裝置1將一個光線圖形橫跨邊緣13投射，并通過相機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的相機得到的圖像通過一個鑒定單元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，位于焊縫上方設置有一個與圖1所示的裝置相同的裝置10，還在坯件下方設置有一個與圖1所示的裝置相同的裝置11。這兩個裝置也橫跨邊緣13、因此也橫跨焊縫投射光線。根據光線形成的圖像，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行焊接檢查，由于這種檢查是公知的，這里將不做詳細描述。鑒定單元16和17向控制單元14發(fā)送一個合適的信號，控制單元14可向高級控制部分19發(fā)送一個信號，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量要求。
根據本發(fā)明的一個方面，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。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，第二根光線可具有60％的光強，而第三根光線可具有30％的光強。在一個優(yōu)選實施例中，五根光線是作為衍射線投射的。在這個實施例中，中心的零級衍射線具有例如100％的光強。在第一衍射線兩側的每根一級衍射線具有50％的光強，而外側的每根二級衍射線具有25％的光強。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，由相機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。
根據本發(fā)明的另一方面，各個相機接收一個曝光控制信號20，如圖2所示，該信號由控制單元14發(fā)送，但這個信號也可以由相關的鑒定單元18，或者根據具體情況，由16或17直接發(fā)送至相機。控制信號20包含這樣的信息，即，當相機攝取下一圖像時應當選擇是長于、短于還是等于前一圖像的曝光時間。如果所用的相機是CCD相機，控制信號可以調整CCD元件的積分(integration)時間，而不是曝光時間。根據光線5的前一次成像太暗或者太亮的信息，在下一次拍攝時有關相機的曝光得到修正。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別力。優(yōu)選地，無論移動速率如何，積分總是在相同的邊緣或者焊縫長度上進行。
本發(fā)明的這兩個方面還可以結合使用。不同強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相機的曝光。合適的相機，尤其是CCD相機，是商業(yè)上可以獲得的，因此不需要在這里詳細描述。
根據本發(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，不是相機的曝光時間或者CCD元件的積分時間，而是光線投射器的亮度。這種情況可以與前述的兩個方面之一或者兩者結合。這樣，投射相同強度光線的光線投射器的亮度是可以控制的，或者，產生不同強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間或積分時間的控制相結合，在這種情況下，控制單元輸出兩個控制信號，一個用于投射器，另一個用于相機。
本發(fā)明的三個方面可以表示如下步驟效果1.由投射器投射不同強橫跨邊緣或焊縫的反射度的光線。率局部差異可以補償。
2.修正相機CCD元件的 曝光得以調整，并且因此積分時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)選地無論移動速率如何總邊緣或焊縫長度上 具有恒定的分辨率，進行積分)。
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度。射特性如何，總可以得到相同亮度的散射或反射光。
權利要求
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，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，由一個相機(3)攝取的光線的圖像被鑒定，其特征在于具有不同光強的光線(5)被投射至坯件上。
2.根據權利要求1的方法，其特征在于光線具有的光強在100％-5％之間。
3.根據權利要求1或2的方法，其特征在于附加光線被投射，這些光線光強的與所述不同光強的光線中相應的光線光強相等。
4.根據權利要求3的方法，其特征在于有五根光線被投射，一根光線具有100％的強度，兩根光線具有50％的強度，而另兩根光線具有25％的強度。
5.根據權利要求4的方法，其特征在于五根光線是由一個衍射光柵產生的，零級衍射的中心線具有100％的強度，位于中心線的兩側的一級衍射線具有50％的強度，而更外側的二級衍射線具有25％的強度。
6.一種設備，該設備在將金屬板坯件(6，7)沿公共邊緣(13)焊接在一起時，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，該設備包括一個裝置(2)，用于產生多根橫跨邊緣延伸的光線；一個攝像裝置(3)，用于攝取光線(5)的圖像；以及一個鑒定裝置(14)，用于鑒定圖像，其特征在于光線產生裝置(2)設置為可產生不同強度的光線，并且鑒定裝置(14)設置為可選擇光線，以根據散射或者反射輻射的亮度作出鑒定。
7.根據權利要求6的設備，其特征在于光線產生裝置包括一個激光光源和一個衍射光柵。
8.根據權利要求7的設備，其特征在于所述裝置設計為可產生五根衍射光線，零級衍射線具有100％的強度，一級衍射線具有約50％的強度，二級衍射線具有約25％的強度。
9.根據權利要求6的設備，其特征在于攝像裝置包括至少一個CCD相機。
10.一種方法，該方法在將金屬板坯件(6，7)沿一個公共邊緣(13)焊接在一起時，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，由一個相機(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行曝光修正，如果需要，一個控制信號被發(fā)送至相機，以修正曝光。
11.根據權利要求10的方法，其特征在于采用一個CCD相機，并且曝光是通過改變CCD元件的積分時間或相機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恒定、任選的長度上進行。
12.一種設備，該設備用于在將金屬板坯件(6，7)沿一個公共邊緣(13)焊接在一起時，在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫，該設備包括一個裝置(2)，用于產生多根橫跨邊緣延伸的光線；一個攝像裝置(3)，用于攝取光線(5)的圖像；以及一個鑒定裝置(14)，用于鑒定圖像，其特征在于攝像裝置包括一個具有可控曝光控制的相機(3)，尤其是一個具有可控CCD元件積分時間和/或可控快門速度的CCD相機，并且鑒定裝置設置為可輸出一個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)沿一個公共邊緣(13)焊接在一起時，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，由一個相機(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投射器其光強是可控制的，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，一個控制信號被發(fā)送至投射器，以修正光強。
14.一種設備，該設備用于在將金屬板坯件(6，7)沿一個公共邊緣(13)焊接在一起時，在焊接之前跟蹤邊緣和/或在焊接之后檢查邊緣或焊縫，該設備包括一個裝置(2)，用于產生多根橫跨邊緣延伸的光線；一個攝像裝置(3)，用于攝取光線(5)的圖像；以及一個鑒定裝置(14)，用于鑒定圖像，其特征在于產生光線的裝置包括一個光線投射器，此投射器具有一個用于控制光源光強的控制輸入，并且，鑒定裝置設置為可輸出一個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金屬板坯件(6,7)之間的公共邊緣(13),一個光線圖形由一個投射器(2)橫跨邊緣(13)投射,并由一個相機(3)成像。攝取的圖像被分析,以從光線的軌跡中獲取關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的光線。當處理所攝取的圖像時,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