專利名稱：探測坡口形狀的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種探測坡口形狀的設(shè)備，更確切地說，它涉及的探測坡口形狀的設(shè)備處理由成象裝置形成的圖象影象。
一種公知的探測焊接部分的設(shè)備已在下述的日本專利申請公開154771/86號中披露。
(a)使用一種光學觀測系統(tǒng)觀測電弧;
(b)線會聚光束在電弧焊點形成之前照射到電弧焊點附近的坡口表面上;
(c)光學觀測系統(tǒng)這樣安置，使得當觀測電弧時，上述光學觀測系統(tǒng)能夠同時地觀測到線會聚光的反射光;和(d)電弧圖象和照射到坡口上的截光束形成的圖象在二維方向上處于探測光束位置的探測器范圍內(nèi)，從而能夠使用一種簡單的結(jié)構(gòu)同時探測到電弧圖象和射到坡口上的截光束形成的圖象。
然而，這種公知的探測焊接位置的設(shè)備存在一些缺點，其中所需要的照明光源使設(shè)備的結(jié)構(gòu)繁瑣而且調(diào)節(jié)困難。此外，還存在由光源發(fā)射的照明光和由焊接引起的弧光相混合的可能性。這樣會造成照明不均勻并且導(dǎo)致不能令人滿意的探測結(jié)果。
本發(fā)明的目的是提供一種高精度探測坡口形狀的設(shè)備，該設(shè)備不需要特殊的照明光源并能防止電弧的不良影響。
為了完成上述目的，本發(fā)明提供了一種探測坡口形狀的設(shè)備，該設(shè)備包括被焊接的金屬工件坡口和坡口表面的成象裝置;
存儲裝置，在由上述成象裝置形成的圖象影象的各象素上存儲信息，它以二維方式構(gòu)成;
積分裝置，在上述存儲裝置中存儲器的一個預(yù)定方向上對存儲在上述存儲裝置中的各象素上的信息進行積分;
微分裝置，在與該存儲器預(yù)定方向垂直的方向上對積分的信息進行微分;和探測裝置，根據(jù)在各象素上微分的信息探測坡口和坡口表面的形狀信息。
在下面結(jié)合附圖進行的詳細描述中，將會明顯地看到本發(fā)明的目的和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明所述用于探測坡口形狀的設(shè)備的外形輪廓透視圖;
圖2是本發(fā)明的焊炬和成象裝置位置關(guān)系的側(cè)視圖;
圖3是按照本發(fā)明所述信號處理裝置的結(jié)構(gòu)方框圖;
圖4是本發(fā)明所述探測坡口形狀的設(shè)備的工作流程圖;
圖5表示根據(jù)本發(fā)明所述被焊接的金屬工件的坡口視圖;
圖6表示當由本發(fā)明的成象裝置形成坡口圖象時的典型圖象視圖;
圖7表示在與本發(fā)明焊接線垂直方向上亮度的分布圖;
圖8表示按照本發(fā)明在與焊接線垂直的方向上積分亮度的分布圖;
圖9表示通過對積分亮度的分布進行微分所得微分亮度的分布圖;
圖10用于解釋本發(fā)明的積分;和圖11用于解釋本發(fā)明的微分。
參照圖1和圖2說明本發(fā)明所述探測坡口形狀的設(shè)備的整體結(jié)構(gòu)。
圖1表示本發(fā)明所述探測坡口形狀的設(shè)備外形輪廓透視圖。圖2表示本發(fā)明所述焊炬和成象裝置位置關(guān)系的側(cè)視圖。將二維成象裝置12置于箭頭符號FA所示焊炬10的運動方向上。把一個熄弧濾光器設(shè)置在成象裝置12的光束入射一側(cè)。成象裝置12所處的位置應(yīng)能使該裝置形成被焊接金屬工件16的坡口18和坡口表面20的影象，所述工件位于熔池前10-30毫米處剛好在焊炬10的下方。由于成象時用弧光照明，因此不需要任何特殊的照明裝置。空氣噴咀22置于焊炬10和成象裝置12之間?？諝鈬娋?2的端部朝著成象裝置12的成象區(qū)域開著。焊接時產(chǎn)生的煙塵被空氣噴咀22吹出的空氣驅(qū)散。結(jié)果，能夠形成一幅良好的影象。成象裝置12的成象輸出是圖象影象信號，它被輸入到信號處理裝置24中。信號處理裝置24由微型計算機26和存儲器28組成。在信號處理裝置24中，進行特定區(qū)域的預(yù)定影象處理并探測焊線位置、坡口中心和根部縫隙的寬度。將信號處理裝置24中的處理結(jié)果延遲對應(yīng)圖2所示距離L的一段時間后輸入到焊接控制裝置30中。焊接控制裝置30控制焊接電流、弧電壓、焊著量和焊接速度等等。
圖3是本發(fā)明信號處理裝置的結(jié)構(gòu)方框圖。成象裝置12的圖象影象信號輸入到控制部分32中?？刂撇糠?2分別與存儲器28和處理部分34相連接。處理部分34由積分裝置36、微分裝置38、探測裝置40和計算裝置42組成。
控制部分32具有在圖象影象信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后將輸入的圖象影象信號存儲在存儲器28中的功能，而且還具有從存儲器28讀出預(yù)定區(qū)域的數(shù)據(jù)和延遲輸出數(shù)據(jù)到焊接控制裝置30中的功能。延遲的時間對應(yīng)于圖2所示的距離L。存儲器28以二維方式構(gòu)成。光亮度或光量通過指定坐標值X和Y被探測出來。
在積分裝置36中，通過累加排列在存儲器28的預(yù)定方向上的各象素的亮度進行積分。進行積分處理的原因是為了減少由于調(diào)整圖象影象的輪廓而引起的噪聲影響。
微分裝置38的任務(wù)是通過對積分的圖象影象進行微分取出圖象影象的輪廓。
探測裝置40和計算裝置42的目的在于從微分的圖象影象獲得坡口18的形狀信息。探測裝置40設(shè)有限制器44。設(shè)置限制器44是為了控制由于探測錯誤引起探測位置的大的變動。
在最佳實施例中，使用弧光作為照明光源。因此，成象裝置12的對象-坡口18的光強是不穩(wěn)定的和不斷變化的。由于這個原因，圖象影象不采用二進制(binalizing)處理方式，而采用積分和微分處理。
接下來參考圖4至圖11對本發(fā)明所述用于探測坡口形狀的設(shè)備的工作過程進行說明。
圖4是本發(fā)明所述用于探測坡口形狀的設(shè)備的工作流程圖。
步驟A(初始調(diào)整)進行初始調(diào)整，使坡口18進入成象裝置的范圍內(nèi)。在成象裝置12中，對應(yīng)于圖5所示被焊金屬工件16的坡口18獲得如圖6所示的圖象影象。
步驟B(圖象影象的輸入)由成象裝置12形成的坡口18的圖象影象信號由控制部分進行A/D轉(zhuǎn)換，再存儲到存儲器28中。在控制部分32中，僅僅把用虛線限定的區(qū)域作為處理區(qū)域。把該區(qū)域中的象素數(shù)據(jù)從存儲器28讀出并接著進行信號處理。
步驟C(積分)相對于各象素的亮度，用積分裝置36進行位置積分。圖7表示每個象素在相應(yīng)的坐標值X處的亮度數(shù)據(jù)。如圖7所示，在開口表面20處亮度高，而在其它位置亮度低。然而，由于光噪聲的影響，要想滿意地探測根部縫隙的邊緣GA和GB以及肩部KA和KB是困難的。因此，進行了如圖10所示的位置積分。圖10解釋了本發(fā)明的積分，這種積分是通過在X方向上相同的Y坐標處疊加亮度數(shù)據(jù)進行的。例如，象素Q1的積分值是通過累加各象素Q11到Q15的亮度而得到的。各象素Q2、Q3、Q4……的積分值也能以相同方式得到。X方向的位置積分是在相對于圖6中虛線標出的指定區(qū)域進行的，而且得到圖8所示亮度的積分數(shù)據(jù)。這種積分能夠相對于X方向調(diào)整圖象影象輪廓并相對降低了光學噪聲級。
步驟D(微分)通過微分裝置38對上述積分數(shù)據(jù)進行微分。如圖11所示，微分是通過找出兩個象素(QA、QB)間的亮度差(QA-QB)來進行的，這兩個象素之一位于某一選定的象素的左邊第二個位置上;而另一個象素位于該象素的右邊第二個位置上。這樣，QA和QB之間的差就成為QD。以上述方式得到的微分數(shù)據(jù)如圖9所示。對應(yīng)根部縫隙的邊緣GA和GB以及肩部KA和KB有多個尖峰被清晰地指示出來。
步驟E(探測、測量)以上述方式得到的微分亮度數(shù)據(jù)為準，可探測到根部縫隙邊緣GA和GB以及肩部KA和KB的位置，并可測量出根部縫隙的寬度。也就是說，找到各象素的位置，它們的積分值指示對應(yīng)于圖6中虛線所示區(qū)域的最大值，并且探測出根部縫隙的邊緣GA和GB以及肩部KA和KB的位置。設(shè)置限制器44以便使微分值最大的各象素能對應(yīng)根部縫隙邊緣GA和GB以及肩部KA和KB的位置，而且被探測位置不存在大的變動。即使最大值象素被損傷也無妨。限制器44預(yù)定一個被測位置的范圍并吸收超出設(shè)定值位置的變動。然后，基于根部縫隙邊緣GA和GB的位置測量出根部縫隙的寬度。
步驟F(計算)在利用預(yù)定轉(zhuǎn)換公式測得根部縫隙寬度的基礎(chǔ)上，通過計算裝置42處理得出焊接電流指令值和焊接速度。
步驟G(輸出)焊接電流指令值、焊接速度等數(shù)據(jù)，一經(jīng)被存入存儲器28之后，并延遲一段時間從控制部分32輸出到焊接控制裝置30中。成象位置和焊接位置間的距離差值L被消除。因此，對應(yīng)焊炬10正下方的根部縫隙發(fā)出焊接電流指令和焊接速度指令。
步驟H(完成焊接)當所有的焊接完成時，重復(fù)并完成步驟A-G的操作。
下面將描述本發(fā)明的最佳實施例的效果。
(a)由于形成的圖象影象在它們的預(yù)定范圍內(nèi)進行處理，因而能獲得處理形成的圖象影象的快速和穩(wěn)定性。
(b)利用焊弧作為坡口部分的照明光。然而，由于信號處理采用了積分和微分從而減少噪聲的影響，并且能夠探測到根部縫隙和肩部的位置。
(c)在根部縫隙和肩部位置的探測中，不可能出現(xiàn)大的誤差，這是由于根部縫隙和肩部的位置是在其預(yù)定范圍內(nèi)探測和限定的。
(d)由于數(shù)據(jù)的輸入已考慮到影象形成的位置和焊接位置之間的差異，因此焊接條件能很好地與根部縫隙的寬度相適應(yīng)。
本發(fā)明將不受上述最佳實施例的限制。例如，作為一種積分，鄰近各象素亮度的位置積分可同時進行。然而，也可以對各相同的象素隨時間進行積分。此外，上述信號處理也可以通過使用計算機軟件來完成。然而，該信號處理要借助專用電路組成的硬件來實施。
權(quán)利要求
1.一種探測坡口形狀的設(shè)備，它包括使用焊弧作為照明光源，形成被焊金屬工件坡口和坡口表面圖象影象的裝置；存儲裝置，在上述圖象影象形成裝置的圖象影象的各象素上存儲信息，它以二維方式構(gòu)成；積分裝置，在上述存儲裝置中的存儲器的一個預(yù)定方向上，對存儲在上述存儲裝置中的各象素上的信息進行積分；微分裝置，在與存儲器預(yù)定方向垂直的方向上，對積分信息進行微分；探測裝置，根據(jù)各象素上的微分信息探測出坡口和坡口表面形狀的信息。
2.按照權(quán)利要求1所述的探測坡口形狀的設(shè)備，其特征在于上述積分包括在焊線方向上對各象素的亮度進行積分。
3.按照權(quán)利要求1所述的探測坡口形狀的設(shè)備，其特征在于上述積分包括僅對儲存在上述存儲裝置中存儲器預(yù)定方向上的根部縫隙和肩部部分的各象素上的信息進行積分。
4.按照權(quán)利要求1所述的探測坡口形狀的設(shè)備，其特征在于上述微分包括在垂直于焊線方向上對積分的各象素亮度進行微分。
5.按照權(quán)利要求1所述的探測坡口形狀的設(shè)備，其特征在于上述探測包括探測有最大微分值的各象素作為根部縫隙和肩部的位置。
6.按照權(quán)利要求5所述的探測坡口形狀的設(shè)備，其特征在于上述的被探測的根部縫隙和肩部的位置包括受限制器的限制。
7.按照權(quán)利要求1所述的探測坡口形狀的設(shè)備，其特征在于還包括根據(jù)坡口和坡口表面形狀的信息計算焊接電流指令值和焊接速度指令值的裝置。
8.按照權(quán)利要求1所述的探測坡口形狀的設(shè)備，其特征在于上述成象裝置具有一個開口朝向成象區(qū)域的空氣噴咀。
全文摘要
探測坡口形狀的設(shè)備包括使用焊弧作為照明光形成被焊接金屬工件的坡口和其表面的圖象影象裝置；存儲裝置，在成象影象裝置形成圖象的各象素上存儲信息；積分裝置，對存儲在存儲裝置中存儲器的預(yù)定方向上的各象素的信息積分；微分裝置，在與存儲器預(yù)定方向垂直的方向上，對積分信息微分；和探測裝置，根據(jù)各象素上的微分信息探測坡口和其表面形狀。及一處理裝置，得出焊接電流和速度的指令值；一開口朝向成象區(qū)的空氣噴嘴。
文檔編號B23K9/127GK1040943SQ88107579
公開日1990年4月4日 申請日期1988年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月9日
發(fā)明者杉谷祐司, 勘定義弘, 西村隆則 申請人:日本鋼管株式會社