Контрольно-измерительное устройство и сварочное устройство
Заявленная группа изобретений относится к контрольно-измерительному устройству и сварочному устройству зоны лазерной сварки. Контрольно-измерительное устройство содержит формирователь изображения и процессор. Формирователь изображения получает данные первого изображения и данные второго изображения. Данные первого изображения представляют собой первую зону сварки, отображаемую с использованием первого условия. Первая зона сварки включает в себя первую область без сварного шва, вторую область без сварного шва и первую область сварного шва между первой областью без сварного шва и второй областью без сварного шва. Данные второго изображения относятся к первой зоне сварки, полученной с использованием второго условия. Первая проверка основана на результате обнаружения первой границы и результате обнаружения второй границы. Первую границу обнаруживают между первой областью без сварного шва и первой областью сварного шва на основе данных первого изображения. Вторую границу обнаруживают между первой областью сварного шва и второй областью без сварного шва на основе данных второго изображения. Технический результат – повышение точности контроля состояния сварного шва при лазерной сварке. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 13 ил.
Перекрестная ссылка на родственную заявку
Данная заявка основана на и испрашивает приоритет предварительной заявки на патент Японии №2020-050801, поданной 23 марта 2020 года, полное содержание которой включено в настоящее описание путем ссылки.
Область техники, к которой относится изобретение
Варианты осуществления изобретения относятся к контрольно-измерительному устройству и сварочному устройству.
Уровень техники
Сварка выполняется с использованием лазера или т.п. Желательно более тщательно проверять состояние сварного шва. Например, более подходящий сварной шов получается при надлежащем контроле состояния сварного шва.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - схематичный вид, иллюстрирующий конфигурацию контрольно-измерительного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 2A и 2B - схематичные виды сверху, иллюстрирующие объект проверки, проверяемый в контрольно-измерительном устройстве согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 3-6 - схематичные изображения, иллюстрирующие работу контрольно-измерительного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 7 - изображение, поясняющее обнаружение наличия отверстий или трещин в области сварного шва;
фиг. 8 - изображение, поясняющее обнаружение наличия смещения;
фиг. 9 - блок-схема, иллюстрирующая операцию обработки результатов проверки контрольно-измерительного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 10 - блок-схема, иллюстрирующая подробности операции обработки результатов проверки контрольно-измерительного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 11 - схема, иллюстрирующая конфигурацию аппаратных средств контрольно-измерительного устройства согласно первому варианту осуществления изобретения;
фиг. 12 - схематичный вид сварочного устройства согласно второму варианту осуществления изобретения; и
фиг. 13 - график, показывающий калибровочную кривую в примере зависимости между шириной сварного шва и выходной мощностью лазерного излучения сварочного устройства.
Подробное описание изобретения
Контрольно-измерительное устройство согласно варианту осуществления изобретения включает в себя формирователь изображения и процессор. Формирователь изображения получает данные первого изображения и данные второго изображения. Данные первого изображения представляют первую зону сварки, изображаемую с использованием первого условия. Данные второго изображения относятся к первой зоне сварки, полученной с использованием второго условия, отличного от первого. Первая зона сварки включает в себя первую область без сварного шва, вторую область без сварного шва и первую область сварного шва между первой областью без сварного шва и второй областью без сварного шва. Процессор выполняет по меньшей мере первую проверку первой зоны сварки. Первая проверка основана на результате обнаружения первой границы и результате обнаружения второй границы. Первая граница проходит между первой областью без сварного шва и первой областью сварного шва на основе данных первого изображения. Вторая граница проходит между первой областью сварного шва и второй областью без сварного шва на основе данных второго изображения.
Первое условие и второе условие представляют собой освещенность первой зоны сварки при формировании изображения формирователем изображения, при этом освещенность по первому условию меньше освещенности по второму условию.
Первая область без сварного шва предпочтительно меньше, чем вторая область без сварного шва.
Предпочтительно, формирователь изображения выполнен с возможностью получать данные третьего изображения и данные четвертого изображения, причем данные третьего изображения относятся ко второй зоне сварки, отображаемой с использованием третьего условия, и данные четвертого изображения относятся ко второй зоне сварки, отображаемой с использованием четвертого условия, отличного от третьего условия, при этом вторая зона сварки включает в себя третью область без сварного шва, четвертую область без сварного шва и вторую область сварного шва, расположенную между третьей областью без сварного шва и четвертой областью без сварного шва; процессор выполнен с возможностью проверять вторую зону сварки на основе результата обнаружения третьей границы между третьей областью без сварного шва и второй областью сварного шва на основе данных третьего изображения и результата обнаружения четвертой границы между второй областью сварного шва и четвертой областью без сварного шва на основе данных четвертого изображения, причем третье условие и/или четвертое условие отличаются от первого условия и второго условия.
Различные варианты осуществления изобретения описаны ниже со ссылкой на сопроводительные чертежи.
Чертежи являются схематичными и концептуальными; и соотношения между толщиной и шириной участков, пропорции размеров между участками и т.д. необязательно совпадают с фактическими значениями. Размеры и пропорции могут быть проиллюстрированы по-разному на разных чертежах, даже для идентичных участков. В описании и на чертежах компоненты, аналогичные тем, которые были описаны ранее или проиллюстрированы на предыдущем чертеже, отмечены одинаковыми ссылочными позициями, и при необходимости их подробное описание опущено.
Первый вариант осуществления изобретения
На фиг. 1 показан схематичный вид, иллюстрирующий конфигурацию контрольно-измерительного устройства согласно варианту осуществления изобретения. Контрольно-измерительное устройство проверяет одну точку сварки за один раз, несколько зон сварки, которые включены в проверяемый объект.
Как показано на фиг. 1, контрольно-измерительное устройство 10 включает в себя осветитель 11, формирователь 12 изображения, процессор 13 и блок 14 памяти.
Осветитель 11 освещает зону сварки проверяемого объекта M, размещенного на столике 15, для того чтобы формирователь 12 изображения формировал более четкое изображение. Например, в качестве осветителя 11 может использоваться многоугольное кольцевое освещение.
Формирователь 12 изображения поочередно формирует изображения нескольких зон сварки, которые включены в проверяемый объект M, размещенный на столике 15. Формирователь 12 изображения включает в себя, например, камеру, такую как CCD-датчик изображения, CMOS-датчик изображения и т.д. Формирователь 12 изображения включает в себя контроллер формирования изображения. Контроллер формирования изображения устанавливает условия формирования изображения камеры и управляет камерой.
Формирователь 12 изображения отображает зону сварки, освещаемую светом от осветителя по меньшей мере два раза с использованием различных условий формирования изображения. Таким образом, для одной зоны сварки получают данные по меньшей мере двух изображений (данные первого изображения и данные второго изображения), которые изображаются с использованием различных условий формирования изображения (первое условие и второе условие). Эти данные изображения хранятся в блоке 14 памяти. Условие формирования изображения включает в себя время экспозиции при формировании изображения формирователем изображения, освещенность зоны сварки и т.д. Подробности настройки условий формирования изображения описаны ниже.
Процессор 13 обнаруживает признаки наличия сварки в виде областей сварного шва в зонах сварки по данным по меньшей мере двух изображений, которые изображаются формирователем 12 изображения. Процессор 13 проверяет зону сварки на основе данных изображения области сварного шва. Таким образом, процессор 13 обнаруживает область сварного шва в зоне сварки путем обнаружения границы между областью сварного шва и областью без сварного шва.
Процессор 13 вычисляет значения яркости пикселей, включенных в изображение, для получения данных по меньшей мере двух изображений, отображаемых формирователем 12 изображения. В каждом изображении пиксели (на краю), которые имеют большое изменение яркости, обнаруживаются в качестве границы между областью сварного шва и областью без сварного шва. Таким образом, процессор 13 обнаруживает первую границу на основе данных первого изображения и обнаруживает вторую границу на основе данных второго изображения. Тем самым, основываясь на данных первого и второго изображений обнаруживается область сварного шва.
Процессор 13 проверяет качество зоны сварки на основе яркости пикселей, соответствующих области сварного шва в данных изображения. Проверка зоны сварки включает в себя, например, оценку, относящуюся к тому, является ли ширина сварного шва подходящей, и оценку, относящуюся к наличию отверстия, трещины, несоосности или подъема.
Подробности проверки и обработки изображения, такие как обнаружение области сварного шва и т.д., процессором 13 описаны ниже.
Блок 14 памяти хранит параметры, используемые при проверке процессором 13. В блоке 14 памяти хранятся изображения, полученные формирователем 12 изображения, результаты проверки процессора 13 и т.д.
Условия формирования изображения
На фиг. 2A и 2B показаны схематичные виды сверху электрического модуля, иллюстрирующие пример объекта проверки, проверяемого контрольно-измерительным устройством, согласно варианту осуществления изобретения. На фиг. 3 и 4 показаны изображения одной зоны сварки, включенной в электрический модуль, показанный на фиг. 2A и 2B, которые формирует формирователь изображения контрольно-измерительного устройства согласно варианту осуществления изобретения.
Как показано на фиг. 2A и 2B, электрический модуль, который является объектом M проверки, включает в себя зоны сварки в нескольких точках сварки (в примере, показанном на фиг. 2A и 2B, 48 точек). Как показано на фиг. 3 и 4, каждая зона сварки электрического модуля имеет кольцевую форму. Теперь, в качестве примера согласно варианту осуществления изобретения, будут описаны условия формирования изображения в случае, когда в качестве электрического модуля, показанного на фиг. 2A и 2B, проверяется объект M проверки. Как показано на фиг. 2B, числовые значения i заранее присваиваются множеству точек сварки объекта M проверки. При проверке с помощью контрольно-измерительного устройства 10 сформированные изображения, условия формирования изображений, результаты оценки, измеренные значения и т.д. хранятся в блоке 14 памяти, при этом они ассоциируются с числовыми значениями i точек сварки.
Формирователь 12 изображения формирует изображение одной зоны сварки по меньшей мере два раза с использованием различных условий формирования изображения (первое и второе условия) и получает данные по меньшей мере двух изображений (данные первого и второго изображения). В качестве примера условий формирования изображения согласно варианту осуществления изобретения формирователь 12 изображения формирует изображения несколько раз, используя разное время экспозиции.
На фиг. 3 показан пример, в котором два изображения получены с использованием разного времени экспозиции. В частности, на фиг. 3 на верхнем снимке показан пример сформированного изображения (данные первого изображения), в котором время экспозиции составляет 1 мс (первое условие); и на нижнем снимке показан пример сформированного изображения (данные второго изображения), в котором время экспозиции составляет 2 мс (второе условие).
В примере, показанном на фиг. 3, область сварного шва является кольцеобразной; и различия в яркости, которые вызваны условиями формирования изображений (значениями времени экспозиции), возникают в области (в первой области без сварного шва) на внутренней стороне кольца и в области (во второй области без сварного шва) на внешней стороне кольца, так как в области сварного шва имеются мелкие неровности. Таким образом, изображение, которое является предпочтительным при измерении внутренней контурной линии (внутреннего диаметра) области сварного шва, и изображение, которое является предпочтительным при измерении внешней контурной линии (наружного диаметра) области сварного шва, различаются.
Например, как показано на фиг. 3, изображение, которое формируется за 1 мс, подходит для измерения внутренней контурной линии (внутреннего диаметра) области сварного шва, так как разница в яркости является большой, и граница между областью сварного шва и первой областью без сварного шва, которая находится с внутренней стороны области сварного шва (внутри кольца) (фиг. 3), является относительно четкой. С другой стороны, изображение, которое формируется за 1 мс, не подходит для измерения внешней контурной линии (внешнего диаметра) области сварного шва, так как на границе между областью сварного шва и второй областью без сварного шва, которая находится с внешней стороны области сварного шва (за пределами кольца) (стрелка A на фиг. 3), имеется размытый участок.
Изображение, которое формируется за 2 мс, подходит для измерения внешней контурной линии (внешнего диаметра) области сварного шва, так как разница в значениях яркости является большой, и граница между областью сварного шва и второй областью без сварного шва, которая находится с внешней стороны области сварного шва (за пределами кольца), является относительно четкой. С другой стороны, изображение, которое формируется за 2 мс, включает в себя участок, на котором граница является нечеткой, и яркость с внутренней стороны области сварного шва (внутри кольца) приблизительно равна яркости области сварного шва (стрелка B на фиг. 3). Соответственно, изображение, которое формируется за 2 мс, не подходит для измерения внутренней контурной линии (внутреннего диаметра) области сварного шва.
Таким образом, внутренний и наружный диаметры области сварного шва можно точно измерить, используя несколько изображений, которые формируются с использованием разного времени экспозиции. Таким образом, можно точно определить область сварного шва. При использовании различных условий формирования изображения, например, формирователь 12 изображения может формировать несколько изображений, используя разные уровни освещенности света, испускаемого осветителем 11.
Контрольно-измерительное устройство 1 поточечно отображает зону сварки и поточечно проверяет зону сварки при размещении электрического модуля на столике 15 (фиг. 1) и перемещении столика. Как показано на фиг. 2A и 2B, с четырех сторон электрического модуля предусмотрены элементы, выполненные в виде стенки. Таким образом, по сравнению с изображением зоны w1 сварки, которая находится на центральном участке электрического модуля, изображения зоны w2 сварки, которая находится сбоку, и зоны w3 сварки, которая находится в углу, являются более темными при условии, что используется одно и то же условие формирования изображения.
На верхних снимках на фиг. 4 показаны изображения электрического модуля, полученные при использовании времени экспозиции 1 мс. На верхних снимках на фиг. 4 показано изображение зоны w1 сварки в центральной части электрического модуля, изображение зоны w2 сварки сбоку и изображение зоны w3 сварки в углу в указанном порядке слева направо. По сравнению с изображением зоны w1 сварки в центральной части, как показано на фиг. 4, значения яркости являются низкими, и изображение является полностью темным для изображения зоны w2 сварки сбоку и изображения зоны w3 сварки в углу.
Соответственно, для формирователя 12 изображения предпочтительно, чтобы изображение формировалось при изменении условий формирования изображения в соответствии с положением зоны сварки в объекте М проверки. Таким образом, можно получить изображение, которое лучше всего подходит для обнаружения области сварного шва.
На нижних снимках на фиг. 4 показаны примерные изображения, полученные при изменении времени экспозиции в соответствии с положением зоны сварки. На левом нижнем снимке на фиг. 4 показан пример изображения, на котором зона w1 сварки в центральной части изображена при использовании времени экспозиции 1 мс. На центральном нижнем снимке на фиг. 4 показан пример изображения зоны w2 сварки на стороне, изображенной при использовании времени экспозиции 1,4 мс. На правом нижнем снимке на фиг. 4 показан пример изображения зоны w3 сварки в углу, полученного при использовании времени экспозиции 2 мс.
Таким образом, формирователь 12 изображения переключает условия формирования изображения в соответствии с положением зоны сварки на проверяемом объекте и получает данные по меньшей мере двух изображений путем формирования изображения зоны сварки, которую необходимо изобразить несколько раз, используя различные условия формирования изображения. Таким образом, можно получить изображение для обнаружения области сварного шва с высокой точностью.
Проверка, выполняемая процессором
Теперь будет описана обработка результатов проверки процессора 13.
Проверка зоны сварки, которая выполняется процессором 13, включает в себя, например, проверку, связанную с тем, выполняется или нет сварка, или является или нет подходящей ширина сварного шва, и проверку на предмет наличия отверстия, трещины, перекоса или подъема. Теперь будет описан процесс проверки.
Проверка дефекта "несваренный участок"
На фиг. 5 показан пояснительный чертеж проверки того, выполнена или нет сварка в зоне сварки.
Процессор 13 определяет данные одного изображения, используемого для проверки того, выполнена или нет сварка в зоне сварки, из данных нескольких изображений, полученных формирователем 12 изображения. Например, в данном документе используются данные первого изображения, которые отображаются при использовании короткого времени экспозиции. Процессор 13 устанавливает начальную окружность в данных первого изображения таким образом, чтобы в нее была включена зона сварки, подлежащая измерению. Процессор 13 вычисляет значения яркости пикселей, включенных в начальную окружность, установленную в данных первого изображения, и вычисляет площадь поверхности или объем (площадь поверхности × среднее значение яркости) зон с высокой яркостью, имеющих значения яркости, которые не меньше порогового значения.
Процессор 13 оценивает зону сварки, подлежащую сварке, когда площадь поверхности или объем участков с высокой яркостью больше заданного значения. С другой стороны, зона сварки оценивается как несваренная, когда площадь поверхности или объем зон с высокой яркостью меньше заданного значения. Несваренное пятно оценивается как место, которое необходимо сварить. Результаты оценки хранятся в блоке 14 памяти.
(2) Проверка, которая относится к ширине области сварного шва (узкая/поднимающаяся)
Процессор 13 вычисляет значения яркости пикселей, включенных в изображение, для двух изображений, которые формируются формирователем 12 изображения. Когда область сварного шва имеет форму кольца, как описано выше, одно изображение (первое изображение) из двух изображений, которое сформировано с использованием относительно короткого времени экспозиции, используется для измерения внутреннего диаметра области сварного шва. Другое изображение (второе изображение), которое сформировано с использованием более длительного времени экспозиции, используется для измерения наружного диаметра области сварного шва.
На фиг. 6 показан пояснительный чертеж измерения значений ширины линии 41 контура внутреннего диаметра и линии 42 контура внешнего диаметра области сварного шва. Процессор 13 вычисляет центр области сварного шва и устанавливает начальную окружность в области сварного шва, используя центр. Процессор 13 оценивает края области сварного шва путем поиска пикселей (краев) вдоль радиальных направлений от центра начальной окружности, которые имеют большие изменения яркости. Более конкретно, линия 41 контура внутреннего диаметра и линия 42 контура внешнего диаметра области сварного шва оцениваются по евклидовым расстояниям от координат центра начальной окружности до координат краев области сварного шва. Таким образом, процессор 13 определяет область сварного шва.
Процессор 13 вычисляет, в качестве ширины (ширины сварного шва) при каждом угле, значение разности между линией 42 контура внешнего диаметра и линией 41 контура внутреннего диаметра через каждые 0,5 градуса относительно центра начальной окружности. Процессор 13 вычисляет среднее значение разницы значений по углам для линии 42 контура внешнего диаметра и линии 41 контура внутреннего диаметра в общей сложности 720 точек по всей окружности и сохраняет среднее значение в блоке 14 памяти в качестве ширины d области сварного шва.
Процессор 13 оценивает ширину d области сварного шва как подходящую тогда, когда вычисленная ширина d области сварного шва находится в пределах заданного диапазона значений. Когда ширина d области сварного шва имеет значение, выходящее за пределы заданного диапазона, ширина d области сварного шва оценивается как неподходящая. Результаты оценки хранятся в блоке 14 памяти. Измеренная ширина d области сварного шва хранится в блоке 14 памяти, при этом она ассоциируется с числовыми значениями i сварных точек, независимо от того, является ли она подходящей или неподходящей.
Когда ширина d области сварного шва является неподходящей, процессор 13 выполняет оценку того, является ли область сварного шва слишком узкой или слишком широкой.
Процессор 13 оценивает, является ли область сварного шва слишком узкой или слишком широкой, путем определения того, находятся или нет максимальные и минимальные значения расчетной ширины сварного шва для каждого угла из 720 точек сварки в пределах заданного диапазона. В частности, процессор 13 оценивает область сварного шва как слишком узкую тогда, когда максимальное значение или минимальное значение меньше значений заданного диапазона, и оценивает, что область сварного шва является слишком широкой тогда, когда максимальное значение или минимальное значение больше, чем значения из заданного диапазона.
Когда область сварного шва является слишком узкой, считается, что необходима повторная сварка. С другой стороны, когда область сварного шва является слишком широкой, считается, что необходима визуальная проверка рабочим.
Процессор 13 также может оценить, является или нет ширина d области сварного шва подходящей, слишком узкой, слишком широкой и т.д., используя среднее значение, максимальное значение и минимальное значение расстояний между точками от центра начальной окружности до линии 41 контура внутреннего диаметра или линии 42 контура внешнего диаметра.
При вычислении ширины сварного шва при каждом угле процессор 13 может установить, что часть из 720 точек сварки составляют область измерения, неподходящую для оценки ширины сварного шва. Как показано на фиг. 6, существуют случаи, когда нельзя точно измерить линию 41 контура внутреннего диаметра или линию 42 контура внешнего диаметра, когда имеется область сварного шва, которая выступает за пределы кольцевой области сварного шва. Таким образом, как показано на фиг. 6, может быть определена область 45, которая является не соответствующей требованиям для измерений, и процессор 13 не может вычислить ширину сварного шва в области 45, не соответствующей требованиям измерений.
При проверке, относящейся к суженности, описанной выше, процессор 13 проверяет, произошел или нет подъем зоны сварки для зоны сварки, которая оценена как слишком узкая.
Процессор 13 определяет данные одного изображения, которые должны использоваться для проверки наличия подъема на основе данных нескольких изображений формирователя 12 изображения. Например, в данном документе используются данные первого изображения, которое отображается с использованием короткого времени экспозиции. Процессор 13 устанавливает начальную окружность в данных первого изображения, чтобы включить в нее зону сварки, подлежащую измерению. Процессор 13 вычисляет значения яркости пикселей, включенных в начальную окружность, установленную в данных первого изображения, и вычисляет площадь поверхности областей с низкой яркостью, имеющих значения яркости, не превышающие порогового значения. Зона сварки оценивается как имеющая подъем тогда, когда площадь поверхности областей с низкой яркостью больше заданного значения.
(3) Проверка на наличие отверстий/трещин.
На фиг. 7 показан иллюстративный материал, поясняющий обнаружение наличия отверстий или трещин в зоне сварного шва.
Процессор 13 позволяет начертить окружность 51 среднего радиуса для контура внутреннего диаметра и окружность 52 среднего радиуса для контура внешнего диаметра на основе линии 41 контура внутреннего диаметра и линии 42 контура внешнего диаметра области сварного шва, которые измеряются при вычислении ширины d области сварного шва. При этом окружность 51 среднего радиуса для контура внутреннего диаметра представляет собой окружность, начерченную с радиусом, который на заданную константу А больше среднего радиуса линии 41 контура внутреннего диаметра. Окружность среднего радиуса 52 для контура внешнего диаметра равна окружности, начерченной с радиусом, который на заданную константу B больше среднего радиуса линии 42 контура внешнего диаметра. Как окружность 51 среднего радиуса контура внутреннего диаметра, так и окружность 52 среднего радиуса контура внешнего диаметра начерчены с использованием в качестве центра координат центра масс линии 42 контура внешнего диаметра.
Процессор 13 вычисляет значения яркости пикселей, включенных в кольцевую область между средним радиусом 51 контура внутреннего диаметра и средним радиусом 52 контура внешнего диаметра, и вычисляет площадь поверхности частичных областей с низкой яркостью, имеющих значения яркости, не превышающие пороговое значение. Если площадь частичной области превышает заданное пороговое значение, эта частичная область определяется как отверстие, углубление или трещина. При наличии отверстия, углубления или трещины, считается, что необходима повторная сварка. Результаты оценки сохраняются в блоке 14 памяти.
(4) Проверка на наличие перекоса
На фиг. 8 показан иллюстративный материал, поясняющий обнаружение наличия несоосности.
Процессор 13 использует центр масс линии 42 контура внешнего диаметра в качестве положения центра масс области сварного шва и измеряет смещение относительно идеального положения центра масс. В качестве идеального положения центра масс используется положение центра масс линии контура внешнего диаметра предварительно зарегистрированного эталонного изображения хорошей части. Если евклидово расстояние между двумя положениями центра масс не меньше, чем заданное значение, процессор 13 оценивает положение области сварного шва как смещенное; и процессор 13 сохраняет результаты оценки в блоке 14 памяти.
Теперь будет описана обработка результатов проверки контрольно-измерительного устройства, имеющего такую конфигурацию, с использованием блок-схем, показанных на фиг. 9 и 10.
На фиг. 9 показана блок-схема, иллюстрирующая операцию обработки результатов проверки контрольно-измерительного устройства согласно варианту осуществления изобретения. На фиг. 10 показана блок-схема, иллюстрирующая подробности операции обработки результатов проверки контрольно-измерительного устройства согласно варианту осуществления изобретения.
Как показано на фиг. 9, когда объект M проверки размещается на столике 15 устройства 10 проверки, начинается проверка множества точек сварки, включенных в объект M проверки, по одной точке за один раз. На этапе S101 процессор 13 перемещает столик 15 таким образом, чтобы проверяемая зона сварки была включена в поле зрения формирователя 12 изображения.
Например, на этапе S102 осветитель 11 испускает свет таким образом, чтобы область сварного шва на изображении в зоне сварки становилась светлой, а другие части темными. Формирователь 12 изображения формирует по меньшей мере два изображения зоны сварки, подлежащей проверке, с использованием различных условий формирования изображения. В частности, формирователь 12 изображения формирует первое изображение, на котором зона сварки отображается при использовании первого условия формирования изображения (например, время экспозиции составляет 1 мс), и второе изображение, на котором зона сварки отображается при использовании второго условия формирования изображения (например, время экспозиции 2 мс).
На этапе S103 процессор 13 проверяет зону сварки, используя два изображения, которые формируются формирователем 12 изображения. Операции обработки результатов проверки подробно описаны ниже.
Когда проверка зоны сварки закончена, процессор 13 определяет на этапе S104, закончена или нет проверка для всех точек сварки (всех позиций), включенных в проверяемый объект M; описанная выше обработка повторяется до тех пор, пока не будет закончена проверка всех точек сварки. Обработка результатов проверки заканчивается тогда, когда проверка завершена для всех точек сварки.
Как показано на фиг. 6, процессор 13 проводит проверку с использованием данных первого и второго изображений, полученных формирователем 12 изображения. При проверке состояние точки сварки классифицируется по трем типам, то есть "сварка завершена", "NG1" и "NG2". В частности, "сварка завершена" означает, что состояние сварки является подходящим. "NG1" означает, что состояние сварного шва не является подходящим, и обработку с использованием сварки необходимо выполнить повторно для этой точки сварки. "NG2" означает, что состояние сварного шва является неподходящим; и необходима проверка этой точки сварки работником.
Процессор 13 выполняет обработку результатов проверки в соответствии с блок-схемой, показанной на фиг. 10. Сначала, как показано на фиг. 10, процессор 13 проверяет, является или нет проверяемая зона сварки непроваром (этап S201). Когда в ходе проверки определяется, что зона сварки является непроваром, процесс переходит к NG1 этапа S208; результаты оценки сохраняются в блоке 14 памяти; и проверка зоны сварки завершается. Когда зона сварки оценивается как сваренная, процесс переходит к следующему этапу S202.
На этапе S202 область сварного шва обнаруживается из зоны сварки; измеряется ширина обнаруженной области сварного шва; и оценивается, является или нет ширина области сварного шва «хорошей» (подходящей). Когда ширина области сварного шва не является подходящей, процесс переходит к этапу S203; когда ширина области сварного шва является подходящей, процесс переходит к этапу S205. Результаты запоминаются в блоке 14 памяти независимо от того, является ли ширина области сварного шва подходящей или неподходящей.
На этапе S203 проводится оценка того, является ли ширина узкой или широкой по отношению к подходящей ширине области сварного шва. Когда ширина области сварного шва является слишком узкой, процесс переходит к этапу S204. Когда ширина области сварного шва является слишком широкой, процесс переходит к NG2 этапа S209. На этапе S204 процессор 13 проверяет, произошел ли подъем области сварного шва. Когда происходит подъем области сварного шва, процессор 13 переходит к NG2 этапа S209; когда нет подъема области сварного шва, процессор 13 переходит к NG1 этапа S208. В любом случае процессор 13 сохраняет результаты оценки области сварного шва в блоке 14 памяти и завершает проверку области сварного шва.
На этапе S205 процессор 13 проверяет наличие отверстия или трещины в области сварного шва. Когда в области сварного шва имеется отверстие, трещина и т.п., процессор 13 переходит к NG1 этапа S208 и заканчивает проверку области сварного шва. Когда в области сварного шва отсутствуют отверстия, трещины и т.д., процессор 13 переходит к этапу S206.
На этапе S206 процессор 13 осуществляет проверку того, имеется или нет «несоосность» (смещение) области сварного шва. Когда имеется смещение области сварного шва, процессор 13 переходит к NG2 этапа S209 и заканчивает проверку области сварного шва. Когда нет смещения области сварного шва, процессор 13 переходит к этапу S207.
На этапе S207 проверяемая зона сварки оценивается процессором 13 как подходящая во всех проверках на этапах S201-S206. Соответственно, процессор 13 сохраняет в блоке 14 памяти результат оценки «сварка завершена» (выполнена успешно) для зоны сварки и завершает проверку.
На фиг. 11 показан схематичный вид, иллюстрирующий конфигурацию аппаратных средств контрольно-измерительного устройства согласно варианту осуществления изобретения.
Контрольно-измерительное устройство, описанное выше, включает в себя центральный процессор (CPU) 111, устройство 112 ввода, устройство 113 вывода, ROM (постоянное запоминающее устройство) 114, RAM (оперативное запоминающее устройство) 115, устройство 116 памяти, устройство 117 связи и шину 118. Компоненты соединены шиной 118.
CPU 111 включает в себя схему обработки. CPU 111 выполняет различную обработку во взаимодействии с различными программами, предварительно сохраненными в ROM 114 или устройстве 116 памяти, и полностью управляет операциями устройства 10 проверки. Таким образом, осуществляется функционирование процессора 13 контрольно-измерительного устройства, описанного выше. При обработке CPU 111 использует заданную область RAM 115 в качестве рабочей области. CPU 111 реализует устройство 112 ввода, устройство 113 вывода, устройство 117 связи и т.д. во взаимодействии с программами, предварительно сохраненными в ROM 114 или устройстве 116 памяти.
Устройство 112 ввода включает в себя, например, клавиатуру, мышь или сенсорную панель. Устройство 112 ввода принимает информацию, вводимую пользователем, в качестве командных сигналов и выводит командные сигналы в CPU 111. Устройство 113 вывода представляет собой, например, монитор. Устройство 113 вывода визуально выводит различную информацию на основе сигналов, выводимых из CPU 111.
В ROM 114 без возможности перезаписи хранятся программы, используемые для управления контрольно-измерительным устройством 10, различная информация о настройках и т.д. RAM 115 представляет собой энергозависимый носитель информации, такой как SDRAM (синхронное динамическое запоминающее устройство с произвольной выборкой) и т.д. RAM 115 функционирует в качестве рабочей области CPU 111. В частности, RAM 115 функционирует как буфер, временно хранящий различные переменные, параметры и т.п., используемые контрольно-измерительным устройством 10 и т.д.
Устройство 116 памяти представляет собой перезаписываемое записывающее устройство, такое как полупроводниковый носитель информации, такой как флэш-память или т.п., магнитный или оптический записываемый носитель информации и т.д. Устройство 116 памяти хранит программы, используемые для управления контрольно-измерительным устройством 10, различную информацию о настройках и т.д. Устройство 117 связи используется для передачи и приема информации путем взаимодействия с внешними устройствами.
Второй вариант осуществления
Выходной мощностью лазерного излучения сварочного устройства, которое выполняет лазерную сварку, можно управлять, путем передачи по обратной связи результатов проверки контрольно-измерительного устройства, описанного выше.
На фиг. 12 показан схематичный вид сварочного устройства согласно варианту осуществления изобретения. Как показано на фиг. 12, сварочное устройство 20 включает в себя блок 22 вывода лазерного излучения, который испускает лазерное излучение на свариваемый объект 25, размещенный на столике 21, контроллер 23, который управляет блоком 22 вывода лазерного излучения, и блок 24 памяти. Контроллер 23 вычисляет выходную мощность блока 22 вывода лазерного излучения и величину калибровки для коррекции выходной мощности.
На фиг. 13 показан график, иллюстрирующий калибровочную кривую примера взаимосвязи между шириной сварного шва и выходной мощностью лазерного излучения сварочного устройства 20. Сварочное устройство 20 предварительно сохраняет калибровочную кривую в блоке 24 памяти и т.д. и выполняет сварку с использованием выходной мощности лазерного излучения на основе калибровочной кривой. Как показано на фиг. 13, калибровочная кривая представлена как D = aP, где D - ширина сварного шва, P - мощность лазерного излучения, а - постоянная величина.
Величину калибровки лазера можно определить следующим образом. Сначала вычисляется средняя ширина D сварного шва, которая является средней величиной для значений ширины d нескольких зон сварного шва, включенных в объект M проверки, полученных контрольно-измерительным устройством 10. Величина ΔP калибровки мощности лазерного излучения рассчитывается из разницы между подходящей шириной Dtarget сварного шва и средней шириной D сварного шва.
Контрольно-измерительное устройство 10 может вычислить калибровочную величину лазерного излучения.
Таким образом, согласно варианту осуществления изобретения данные по меньшей мере двух изображений проверяемой зоны сварки отображаются при использовании различных условий формирования изображения; и внутренние и внешние контурные линии области сварного шва измеряются путем выборочного использования изображений, соответствующих контурным линиям области сварного шва. Таким образом, так как измерение ширины области сварного шва выполняется на основе измеренных контурных линий области сварного шва, ширина области сварного шва может быть измерена с высокой точностью, и может быть точно проверено состояние сварного шва. При выполнении сварки выходную мощность лазерного излучения можно откалибровать до подходящего значения на основе ширины области сварного шва, которая измеряется с высокой точностью.
Согласно вариантам осуществления изобретения, описанным выше, можно точно проверить состояние сварного шва в зоне сварки, и можно скорректировать параметры в процессе сварки.
Вышеупомянутые варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на конкретные примеры. Однако настоящее изобретение не ограничивается этими конкретными примерами. Например, специалист в данной области техники может аналогичным образом применить изобретение на практике, соответствующим образом выбрав конкретные конфигурации компонентов, включенных в контрольно-измерительное устройство, из известного уровня техники; такая практика находится в пределах объема изобретения в той степени, в которой могут быть получены аналогичные эффекты.
Комбинации любых двух или более компонентов конкретных примеров в пределах технической осуществимости также находятся в пределах объема изобретения в той степени, в которой он включен в сущность изобретения.
Кроме того, все контрольно-измерительные устройства, которые могут быть осуществлены на практике путем соответствующей модификации конструкции специалистом в данной области техники на основе контрольно-измерительных устройств, описанных выше как варианты осуществления изобретения, также находятся в пределах объема изобретения в той мере, в какой включена сущность изобретения.
Кроме того, различные модификации и изменения в пределах сущности изобретения будут очевидны специалистам в данной области техники; и все такие модификации и изменения также следует рассматривать как находящиеся в пределах объема изобретения.
Хотя выше были описаны некоторые варианты осуществления, эти варианты осуществления были представлены только в качестве примера и не предназначены для ограничения объема идей изобретения. Действительно, описанные в данном документе новые варианты осуществления могут быть воплощены во множестве других форм; кроме того, различные пропуски, замены и изменения в форме вариантов осуществления, описанных в данном документе, могут быть сделаны без отступления от сущности изобретения. Сопроводительная формула изобретения и ее эквиваленты предназначены для охвата таких форм или модификаций, которые подпадают под объем и сущность изобретения.
1. Контрольно-измерительное устройство зоны лазерной сварки, содержащее
формирователь изображения, получающий данные первого изображения и данные второго изображения, причем данные первого изображения относятся к первой зоне сварки, отображаемой с использованием первого условия, данные второго изображения относятся к первой зоне сварки, отображаемой с использованием второго условия, отличного от первого условия, причем первая зона сварки включает в себя
первую область без сварного шва,
вторую область без сварного шва и
первую область сварного шва между указанными первой областью без сварного шва и второй областью без сварного шва; и
процессор, выполненный с возможностью выполнять по меньшей мере первую проверку первой зоны сварки на основе
результата обнаружения первой границы между первой областью без сварного шва и первой областью сварного шва на основе данных первого изображения и
результата обнаружения второй границы между первой областью сварного шва и второй областью без сварного шва на основе данных второго изображения.
2. Устройство по п. 1, в котором
первая область сварного шва находится с внешней стороны первой зоны без сварного шва, а
вторая зона без сварного шва находится с внешней стороны первой области сварного шва.
3. Устройство по п. 1, в котором
указанные первое условие и второе условие представляют собой время экспозиции при формировании изображения формирователем изображения, и
время экспозиции по первому условию меньше времени экспозиции по второму условию.
4. Устройство по п. 1, в котором
первое условие и второе условие представляют собой освещенность первой зоны сварки при формировании изображения формирователем изображения, и
освещенность по первому условию меньше освещенности по второму условию.
5. Устройство по п. 1, в котором первая область без сварного шва меньше, чем вторая область без сварного шва.
6. Устройство по п. 1, в котором
процессор дополнительно выполнен с возможностью выполнять вторую проверку первой зоны сварки на основе
первого распределения яркостей пикселей, соответствующих первой области сварного шва в данных первого изображения, и/или
второго распределения яркостей пикселей, соответствующих первой области сварного шва в данных второго изображения.
7. Устройство по п. 6, в котором процессор выполнен с возможностью вычислять размер первой области сварного шва на основе первого распределения и/или второго распределения и оценивать первую область сварного шва как область без сварного шва в случае, если указанный размер не превышает первое пороговое значение.
8. Устройство по п. 1, в котором процессор выполнен с возможностью вычислять ширину первой области сварного шва на основе указанных первой и второй границ.
9. Устройство по п. 8, в котором процессор выполнен с возможностью оценивать первую область сварного шва как дефект сварки в случае, если указанная ширина выходит за пределы заданного диапазона значений.
10. Устройство по п. 1, в котором формирователь изображения выполнен с возможностью получать данные третьего изображения и данные четвертого изображения, причем данные третьего изображения относятся ко второй зоне сварки, отображаемой с использованием третьего условия, и данные четвертого изображения относятся ко второй зоне сварки, отображаемой с использованием четвертого условия, отличного от третьего условия, при этом
вторая зона сварки включает в себя
третью область без сварного шва,
четвертую область без сварного шва и
вторую область сварного шва, расположенную между третьей областью без сварного шва и четвертой областью без сварного шва;
процессор выполнен с возможностью проверять вторую зону сварки на основе
результата обнаружения третьей границы между третьей областью без сварного шва и второй областью сварного шва на основе данных третьего изображения и
результата обнаружения четвертой границы между второй областью сварного шва и четвертой областью без сварного шва на основе данных четвертого изображения,
причем третье условие и/или четвертое условие отличаются от первого условия и второго условия.
11. Устройство по п. 10, в котором
первая зона сварки и вторая зона сварки включены в проверяемый объект, и
положение первой зоны сварки в проверяемом объекте отличается от положения второй зоны сварки в проверяемом объекте.
12. Сварочное устройство, содержащее
блок вывода лазерного излучения для воздействия лазерным излучением на свариваемый объект,
контроллер для управления блоком вывода лазерного излучения и
контрольно-измерительное устройство зоны лазерной сварки по любому из пп. 1-11, при этом
контроллер выполнен с возможностью управления выходной мощностью лазерного излучения на основе информации, полученной от первой границы и второй границы с использованием указанного контрольно-измерительного устройства зоны лазерной сварки,
при этом первая граница обнаруживается на основе данных первого изображения первой зоны сварки, отображаемой с использованием первого условия, и
вторая граница обнаруживается на основе данных второго изображения первой зоны сварки, отображаемой с использованием второго условия, отличного от первого условия,
первая зона сварки включает в себя
первую область без сварного шва,
вторую область без сварного шва и
первую область сварного шва, расположенную между первой областью без сварного шва и второй областью без сварного шва,
первая граница проходит между первой областью без сварного шва и первой областью сварного шва, а
вторая граница проходит между первой областью сварного шва и второй областью без сварного шва.
