DD286664A5 - METHOD FOR THE OPTICAL PROFILE SCANNING OF WELDING WELDING - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Profilabtastung von Schweisznahtfugen, bei dem die nach dem Lichtschnittprinzip gewonnenen Bilder ueber alle relevanten Bereiche des Nahtprofiles einen hohen Informationsgehalt aufweisen und somit die Schweiszprofildaten sicherer, einfacher und auch schneller ableitbar sind. Erfindungsgemaesz erfolgt die optische Profilabtastung mittels einer Anordnung nach dem Lichtschnittprinzip dadurch, dasz die Beleuchtungseinrichtung nacheinander mindestens zwei Lichtstreifen erzeugt, welche das Schweisznahtprofil aus der gleichen Anzahl von bezueglich der Hauptbeobachtungsrichtung der Schweisznaht symmetrischen Richtungen beleuchtet, dasz fuer jede Beleuchtungsrichtung eine Profilaufnahme erfolgt und dasz die einzelnen Teillichtschnittbilder unter Beruecksichtigung der jeweiligen Beleuchtungs- und Aufnahmerichtung zu einem vollstaendigen Lichtschnittbild verknuepft werden. Fig. 2{Schweiszsensor; Lichtschnittechnik; Beleuchtung; optische Profilabtastung; CCD-Bildsensor; Schweisznahtfuge; Bildverarbeitung; Laser}The invention relates to a method for optical profiling of Schweisznahtfugen, in which the images obtained by the light section principle over all relevant areas of the seam profile have a high information content and thus the Schweiszprofildaten safer, easier and faster are derived. According to the invention, the optical profile scanning is carried out by means of a light intercepting arrangement in that the illuminating device sequentially generates at least two light strips which illuminate the weld seam profile from the same number of symmetrical directions with respect to the main observation direction of the weld seam, profiling for each illuminating direction and the individual ones Partial sectional images, taking into account the respective lighting and recording direction to a complete Lichtschnittbild be linked. Fig. 2 {welding sensor; Lichtschnittechnik; Lighting; optical profile scanning; CCD image sensor; Schweisznahtfuge; Image processing; Laser}
Description
Hierzu 4 Seiten ZeichnungenFor this 4 pages drawings
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur optischen Profilabtastung von Schweißnahtfugen, bei dem der Nahtprofilquerschnitt von Schweißnähten in Form von Lichtschnittbildern bereitgestellt wird und ist anwendbar zur Erzeugung von Lichtschnittbildinformationan über alle relevanten Bereiche des Schweißnahtprofiles, die für die Automatisierung von Schweißprozessen erforderlich sind.The invention relates to a method for optical profile scanning of welds, in which the seam profile cross section of welds in the form of light section images is provided and is applicable for generating light section image information on all relevant areas of the weld profile, which are required for the automation of welding processes.
Es ist bekannt, daß zum automatischen Führen von Schweißwerkzeugen entlang einor Schweißnaht Sensoren eingesetzt werden und daß dafür tendenziell steigend auf Grund ihrer Vorteile und technischen Realisierbarkeit optische Sensorprinzipe angewandt werden.It is known that sensors are used for the automatic guiding of welding tools along a weld seam and that optical sensor principles tend to be increasingly used on account of their advantages and technical feasibility.
Zur Erfassung der Nahtgoome'.rio arbeiten diese optischen Sensoren zumeist vorlaufend vor dem Schweißprozeß. Die Erfassung der Profilinformationen wird dabei durch optische Dreiecksmessung (Triangulation) vorgenommen, wobei die Palette der dieses Meßprinzip realisierenden Meßanordnungen eine sehr grc3o Vielfalt aufweist. Modifikationen gibt es dabei in der Art der Beleuchtung, der Art der optischen Abtastung und auch de: Art der Anordnung und Arbeitsweise der Beleuchtungs- und Abtastsysteme. Grundprinzip ist dabei immer, daß zwischen Beleuchtungs· und Aufnahmesystem ein bestimmter Winkel existiert, der eine Dreiecksmessung erlaubt und so eine Tiefenmessung bzw. angewandt auf den Nahtprofilquerschnitt eine goometrische Nahtprofilbestimmung erlaubt.To detect the Nahtgoome'.rio these optical sensors work mostly leading before the welding process. The acquisition of the profile information is carried out by optical triangulation (triangulation), wherein the range of this measuring principle realizing measuring arrangements has a very large variety. Modifications there while in the type of lighting, the type of optical scanning and de: type of arrangement and operation of lighting and scanning systems. The basic principle is always that between the illumination and recording system a certain angle exists, which allows a triangular measurement and thus allows a depth measurement or applied to the seam profile cross-section a goometric seam profile determination.
Bekannt sind dabei einfache Meßanordnungen der Lichtschnittechnik (Technisches Messen; München 51 [1984], H.7/8, S.264-269) (Prozeßsteuerung in der Schweißtechnik. RWTH Aachon, Forschungsbericht 1986) und auch Anordnungen mit höherem technischen Aufwand (Technisches Messen; München 51 (1984), H.7/8, S.259-263).Known are simple measuring arrangements of the light-section technique (Technical Measurement, Munich 51 [1984], H.7 / 8, p.264-269) (process control in welding technology, RWTH Aachon, Research Report 1986) and also arrangements with higher technical complexity (Technical Messen, Munich 51 (1984), H.7 / 8, p.259-263).
Bekannt ist dabei seitens dar Beleuchtungstechnik die Beleuchtung mit Lichtstreifen, halbseitig dunklen Masken (DE 2711660) und die punktweise Beleuchtung, wobei letztere durch Bewegen quer zur Schweißnaht prinzipiell der Beleuchtung mittels eines Lichtstreifens entspricht (DD 158869) (Schweißen und Schneiden; Düsseldorf 39 [1937), H.4, S. 171-175). Gemeinsam ist allen Beleuchtungs- und Abtastprinzipen, daß die Beleuchtungs· und Abtastebene bei der optischen Dreiecksmessung senkrecht bzw. nahezu senkrecht bei ktoisförmiger Abtastung (z. B. Laserscanner) oder aber nur aus einer Vorzugsrichtung über der Werkstückoberfläche angeordnet sind und so das Lichtschnittverfahren in bekannter Weise aus einer Hauptbeobachtungsrichtung bezüglich der Schweißnaht angewandt wird. Das führt dazu, daß die einzelnen Bereiche des Nahtprofilquerschnittes je nach Schweißfugengeometrie das zur Beleuchtung benutzte Licht unterschiedlich reflektieren und absorbieren, auch abhängig davon, wie die Oberfläche einzelner lokaler Nahtprofiibereicho beschaffen ist und welcher WinkelKnown here is the lighting with light strips, half dark masks (DE 2711660) and the pointwise illumination, the latter in principle by moving transversely to the weld corresponds to the illumination by means of a light strip (DD 158869) (welding and cutting, Dusseldorf 39 [1937 ), H.4, pp. 171-175). Common to all lighting and scanning principles that the illumination and scanning plane in the optical triangulation are perpendicular or nearly perpendicular in ktoisförmiger scanning (eg., Laser scanner) or only from a preferred direction over the workpiece surface are arranged and so the light section method in known Way from a main observation direction with respect to the weld is applied. As a result, the individual areas of the seam profile cross section, depending on the geometry of the weld joint, reflect and absorb the light used for the illumination differently, also depending on how the surface of individual local seam profiles is provided and what angle
zur Beleuchtungseinrichtung vorhanden ist. Im Ergebnis entstehen Lichtschnittbilder, die auf dem benutzten Bildaufnehmer ein in der Intensität stark schwankendes Signal hervorrufen, bzw. die lokal übersteuert oder auch lückenhaft sind. Übersteuerungen treten dabei meist in Bereichen der Werkstückoberfläche auf, Lücken im Lichtschnittbild entstehen vorwiegend in Bereichen der Nahtflanken. Bosonders bei steilen Nahtflanken, d.h. bei kleinem Nahtöffnungswinkel macht sich dies sehr nachteilig bemerkbar.to the lighting device is present. The result is light slices, which cause a strongly fluctuating signal on the image sensor used, or which are locally overridden or even patchy. Overrides occur mostly in areas of the workpiece surface, gaps in the light section image arise mainly in areas of the seam edges. Bosonders at steep seam edges, i. At a small seam opening angle, this is very disadvantageous.
Der endliche Dynamikbereich der Bildaufnehmer erlaubt bei den.bekannten Lösungen immer nur Kompromißlösungen hinsichtlich der Stärke der Beleuchtung und der Empfindlichkeit der Bildaufnehmer mit dem Ziel, ein möglichst kontrastreiches Lichtschnittbild zu generieren. Über den gesamten Nahtprofilquerschnitt lückenlose und saubere sich auf Bildaufnehmern darstellende Lichtschnittbilder sind jedoch unter praktischen Bedingungen nicht bzw. nur bei enger Tolerierung der maßgeblichen Paramter, d. h. insbesondere der optischen Bedingungen möglich.The finite dynamic range of the Bildaufnehmer allowed in den.bekannte solutions only compromise solutions in terms of the strength of the illumination and the sensitivity of the image sensor with the aim to generate a high contrast as possible Lichtschnittbild. However, under the practical conditions, gap-free and clean light-section images representing image sensors on the entire seam profile cross-section are not or only with close tolerance of the relevant parameters, i. H. in particular the optical conditions possible.
Der Anteil des für die Ermittlung der relevanten Nahtprofilinformationen erforderlichen Aufwandes verlagert sich deshalb zu einem erheblichen Teil in die nachfolgende Bildauswertung, was technisch und zeitlich aufwent. j ist. Da Schweißsensorsysteme immer Echtzeitforderungen genügen müssen, bedarf die Lichtschnittbilciauswertung der mit den bekannten Verfahren generierten Lichtschnittbilder eines großen rechentechnischen Aufwandes.The proportion of the effort required to determine the relevant seam profile information therefore shifts to a considerable extent in the subsequent image analysis, which is technically and time consuming. j is. Since welding sensor systems always have to meet real-time requirements, the light-section analysis of the light-section images generated by the known methods requires a great computational effort.
Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines Verfahrens zur optischen Profilabtastung von Schweißnahtfugen, mit dem das Nahtprofil mit optischer Bildaufnahmetechnik sicherer erkannt werden kann und bei dem sich der rechentechnis- he Aufwand für die Bildauswertung vereinfacht ur.1 verringert.The aim of the invention is the provision of a method for optical profiling of weld seams, with which the seam profile can be detected more reliably with optical image recording technology and in which the computational effort for the image evaluation simplified ur.1 is reduced.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur optischen Profilabtastung von Schweißnahtfugen zu entwickeln, mit dem es gelingt, über alle relevanten Bereiche des Nahtprofilquerschnittes (Werkstückoberkante, Ecken, Nahtflanken, eingebrachte Schweißlagen) einen kontrastreichen Lichtstreifon zu erzeugen und auch auf dem den Lichtstreifen als Lichtschnitt abtastenden Aufnahmesystem ein in der Intensität nahezu homogenes Abbild zu generieren. Relevante Bereiche des Nahtprofiles, wie z. B. die Nahtflanken, sollen im Aufnahmesyr.tem trotz ungünstiger Win' ollage dieser Oberflächenabschnitte und damit verbundenen sich ändernden Reflexions· und Absorbtionseigenschaften nahezu gleiche Intensitäten aufweisen wie Bereiche der Werkstückoberkante oder bereits in das Nahtprofil eingebrachte Schweißlagen. Die Bildaufnahme- und Bildverarbeitungstechnik zur Lichtschnittbildauswertung soll dadurch von dor mehrstufigen Quantisierung großer Stufenzahl zu geringer Stufenzahl bzw. bis hin zur Binarisierung reduziert werden können, so dander Aufwand zur Lichtschnittbildauswertung wesentlich vereinfacht wird.The invention has for its object to develop a method for optical profiling of weld joints, with which it is possible to produce over all relevant areas of the seam profile cross section (workpiece top, corners, seam flanks, welding layers introduced) a high-contrast light stripe and also on the light strip as Light-scanning scanning system to generate an almost homogeneous image in intensity. Relevant areas of the seam profile, such. B. the seam flanks are in Aufnahmesyr.tem despite unfavorable Win 'ollage these surface sections and the associated changing reflection and Absorbtionseigenschaften have almost the same intensities as areas of the workpiece top edge or already introduced into the seam profile welds. The image acquisition and image processing technique for light section image analysis should thereby be able to be reduced from dor multilevel quantization of large number of steps to low number of stages or up to Binarisierung, so dander effort for light section image analysis is greatly simplified.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß unter Nutzung von Technik für das Lichtschnittverfahren, bestehend aus Beleuchtungseinrichtung, Bildaufnahmetechnik und Technik für die Bildauswertung, die Beleuchtungseinrichtung mindestens zwei einzelne Lichtstreifen erzeugt, die das Schweißnahtprofil aus einer gleichen Anzahl von Richtungen beleuchtet. Die Beleuchtungsrichtungen sind dabei für jeden einzelnen Lichtstreifen verschieden, sie sind jedoch symmetrisch zur Hauptbeobachtungsrichtung der Schweißnaht, d.h. zu der Richtung, aus der die meisten Informationen gowinnbar sind. Das entspricht der Blickrichtung des Schweißers auf die Nahtfuge bei Handschweißung. Für jeden einzelnen erzeugten Lichtstreifen bzw. für jede Beleuchtungsrichtung erfolgt weiterhin eine Bildaufnahme, und die derart erzeugten Teilbilder werden orrfindungsgemäß unter Berücksichtigung der jeweiligen Beleuchtungs- und Aufnahmerichtung zu einem vollständigen Lichtschnittbild verknüpft.According to the invention the object is achieved in that, using technology for the light section method consisting of lighting device, image recording technology and technology for image analysis, the illumination device generates at least two individual light strips that illuminates the weld profile from an equal number of directions. The illumination directions are different for each individual light strip, but they are symmetrical to the main observation direction of the weld, i. to the direction from which most information is available. This corresponds to the perspectives of the welder on the seam joint during manual welding. Image capturing continues to take place for each individual generated light strip or for each illumination direction, and the partial images generated in this way are linked in accordance with the invention, taking into account the respective illumination and recording direction, to form a complete light sectional image.
Vorzugsweise wird dabei die Bildaufnahme unter Boachtung dos Lichtschnittprinzipos aus, in gleicher Weise symmetrisch zur Hauptbeobachtungsrichtung der Schweißnahtfuge liegenden, den jeweiligen Beleuchtungsrichtungen zugeordneten Richtungen vorgenommen. Die Anzahl der Bildaufnehmer kann dabei der Anzahl der Bildaufnahmerichtungon entsprechen, unter Nutzung von Spiegeln für die Abtastung aus verschiedenen Richtungen ist auch die Verwendung nur eines Bildaufnehmers sinnvoll möglich. Prädestiniert für eine derartige) Verfahrensrealisierung ist das Zugrundelegon der Abtastung dar Nahtfugengeometrie mittels Scannor, d.h., daß die Beleuchtung durch eine quer zur Schwel., .iaht bewegte Punktlichtquolle (z. B. Laser) erfolgt und daß mittels einem sich in gleicher Weise bewegenden, senkrecht zur Abtastrichtung angeordneten zellenförmigen Bildaufnehmer eine Abstands- bzw. Tiefenvermessung punktweise erfolgt. Durch symmetriscl. zur Hauptbeobachtungsrichtung der Nahtfugo angeordnete Spiegel wird verfahrensgemäß erreicht, daß nacheinander direkt und indirekt über diese Spiegel aus verschiedenen Richtungen das Schwoißprofil beleuchtet und auch abgetastet wird. Durch die Wahl der Anzahl der Bolouchtungs- und Aufnahmerichtungen und deren konkrete Winkel symmetrisch zur Hauptbeobachtungsrichtung der Schweißnaht kann eine Anpassung an die Schweißnahtgeometrie der zu schweißenden Werkstücke vorgenommen werden.In this case, the image acquisition is preferably carried out under the illumination of the light-section principle, in the same way symmetrically to the main observation direction of the weld seam joint, and assigned to the respective illumination directions. The number of image sensors can correspond to the number of Bildaufnahichtichtungon, using mirrors for scanning from different directions, the use of only one image sensor is useful possible. Predestined for such a process realization is the basis for scanning the seam geometry by means of a scanner, that is to say that the illumination takes place by means of a point light bulge (for example laser) moved transversely to the light, and that by means of a movement in the same way, a distance or depth measurement is performed pointwise perpendicular to the scanning direction arranged cell-shaped image pickup. By symmetriscl. The mirror arranged to the main observation direction of the seam contour is achieved according to the method in that the shadow profile is illuminated and also scanned successively directly and indirectly via these mirrors from different directions. By choosing the number of Bolouchtungs- and Aufnahichtichtungen and their concrete angle symmetrical to the main observation direction of the weld an adaptation to the weld geometry of the workpieces to be welded can be made.
Für die relevanten Nahtprofilabschnitte ergeben sich durch die erfindungsgemäße Beleuchtung und Bildaufnahme jeweils gleichwertige optische Verhältnisse bezüglich der Reflexions- und Absorbtionseigenschafton, so daß diese mit einem hohem Informationsgehalt orfaßt werden können. Das aus den einzelnen Teilbildern zu einom in sich geschlossenen Profilverlauf zusammengesetzte Lichtschnittbild ist entsprechend so beschaffen, daß die Extraktion relevanter Nahtprofilinformationen mittels angepaßter Bildauswerteverfahren wesentlich vereinfacht werden kann.For the relevant seam profile sections resulting from the illumination and image recording according to the invention in each case equivalent optical conditions with respect to the reflection and Absorbtionseigenschafton so that they can be orgestaßt with a high information content. The light sectional image composed of the individual partial images into a closed profile profile is correspondingly such that the extraction of relevant suture profile information by means of adapted image evaluation methods can be substantially simplified.
-3- 286 664 Ausführungsbeispiel Die Ei findung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles und der dargestellten Figuren erläutert werden. Es zeigen-3- 286 664 Embodiment The egg is to be explained below with reference to an embodiment and the figures shown. Show it
Fig. 1: Darstellung der Beleuchtungvariante einer Schweißnahtfuge aus drei verschiedenen RichtungenFig. 1: Illustration of the lighting variant of a weld joint from three different directions
Fig. 2: Darstellung der Technikzur Lichtschnittbildauswertung mit Beleuchtungsvariante nach Figur 1 und der BildaufnahmeFig. 2: representation of the technique for light section image evaluation with illumination variant of Figure 1 and the image recording
aus einer Richtung mittels eines Bildaufnehmers 8 Fig. 3: Darstellung der Anordnung von drei Bildaufnehmern 11,12,13 symmetrisch zur Hauptbeobachtungsrichtung derfrom one direction by means of an image recorder 8 Fig. 3: Representation of the arrangement of three image pickups 11,12,13 symmetrical to the main observation direction of
Schweißnahtfüge entsprechend den Beleuchtungsrichtungen nach Figur 1 Fig. 4 a; Darstellung der Teillichtschnittbilder 14,15,16, die bei der Bildaufnahme mit den entsprechend Figur 3 angeordnetenWeld joint according to the illumination directions according to FIG. 1 FIG. 4 a; Representation of the partial light sectional images 14,15,16, which arranged in the image recording with the corresponding figure 3
Bildaufnehmern 11,12,13 entstehen Fig.4 b: Darstellung der Teillichtschnittbilder 17,18,19, die bei der Bildaufnahme mit dem entsprechend Figur 2 angeordnetenFIG. 4 b: Representation of the partial light sectional images 17, 18, 19 arranged in the image recording with the correspondingly FIG. 2
Bildaufnehmer 8 entstehen Fig. 4c: Darstellung des vollständigen Lichtschnittbildes 20 im Ergebnis der Verknüpfung der Teillichtschnittbilder 14,15,16 bzw. 17,18,19.Imager 8 arise Fig. 4c: representation of the complete light section image 20 as a result of the linkage of the partial light sectional images 14,15,16 and 17,18,19.
Die optische Profilabtastung bei Schweißnahtfugen wird auf der Basis des Lichtschnittverfahrens durchgeführt. DiesesThe optical profile scanning at weld joints is performed on the basis of the light-section method. This
Verfahren eignet sich für die Erfassung des Schweißnahtfugenprofilquerschnittes. Das Meßprinzip besteht darin, daß Licht in Form eines definierten Musters (Lichtstreifen, halbseitig dunkle Maske, punktweise Beleuchtung) auf das Schweißfugenprofil projiziert wird und dieses definierte Muster mit einer, in einem bestimmten Winkel zur Beleuchtungseinrichtung angeordneten Bildaufnahmeeinrichtung optisch abgetastet wird. Das entstehende Lichtschnittbild enthält die Profilinformationen derMethod is suitable for detecting the weld seam profile cross-section. The measuring principle is that light in the form of a defined pattern (light stripe, half mask dark, pointwise illumination) is projected onto the weld joint profile and this defined pattern is scanned optically with a, arranged at a certain angle to the illumination device image pickup device. The resulting light section image contains the profile information of the
Schweißfuge.Weld.
Die das Lichtschnittverfahren realisierenden technischen Realisierungsvarianten sind sehr vielfältig. Realisiert wird daboi immer eine optische Dreiecksmessung (Triangulation), die eine Tiefenmessung bzw. angewandt auf den Nahtprofilquerschnitt eineThe technical realization variants realizing the light-section method are very diverse. Daboi is always realized by an optical triangulation (triangulation), which is a depth measurement or applied to the seam profile cross-section
geometrische Nahtprofilbestimmung erlaubt.geometric seam profile determination allowed.
Das das Lichtschnittprinzip benutzende erfindungsgemäße Verfahren soll im vorliegenden Ausführungsbeispiel anhand derThe method according to the invention using the light-section principle is intended, in the present exemplary embodiment, to be described with reference to FIG
Beleuchtung und der Bildaufnahme aus drei verschiedenen Richtungen nähir erläutert werden.Lighting and image pickup can be explained from three different directions.
Verwendet wird eine zeilen- bzw. streifenförmige Beleuchtungseinrichtung, deren Lichtstreifen zu einem Teil aus de: A line or strip-shaped illumination device is used, the light strip of which is partly made of de:
Hauptbeobachtungsrichtung bezogen auf die Schweißfuge und zu zwei woiteren Teilen jeweils seitlich und symmetrisch zurMain observation direction with respect to the weld joint and to two other parts laterally and symmetrically to the weld joint
Hauptbeobachtungsrichtung der Schweißfuge diese beleuchtet. Unter Hauptbeobachtungsrichtung soll dabei dio RichtungMain observation direction of the welding joint illuminates these. Under main observation direction should thereby dio direction
verstanden werden, aus der die meisten Informationen gewinnbar sind. Das entspricht der Blickrichtung des Schweißers auf die Schweißnahtfuge bei Handschweißung. Bei dem Schweißen des Werkstückes 7 ist diese Hauptbeobachtungsrichtungfrom which most information can be obtained. This corresponds to the perspectives of the welder on the weld joint at manual welding. In the welding of the workpiece 7, this is the main observation direction
entsprechend die Orthogonale über der Werkstückoberfläche, beim Schweißen von Längsnähten an runden Behältern dieaccording to the orthogonal over the workpiece surface, when welding longitudinal seams on round containers the
Orthogonale bezogen auf die Tangente im Beroich der Schweißfuge und bei Kehlnähten zum Beispiel die Winkelhalbierende des Nahtöffnungswinkels der Cchweißfuge.For example, orthogonal refer to the tangent in the area of the weld joint and fillet welds to the angle bisector of the weld opening angle of the weld joint.
Die seitliche Beleuchtung kann dabei realisiert werden, indem dio äußeren Boreiche des Lichtstreifens über Spiegelsysteme 6 abgelenkt werden. Figur 1 zeigt eine derartige Beleuchtungsvarianto. Dabei wird der Lichtstreifen durch eine Punktlichtquelle 4 erzeugt, deron Lichtpunkt mittels eines Drehspiegels 5 quer zur Schweißfuge abgelenkt wird.The lateral illumination can be realized by deflecting the outer Boreiche of the light strip on mirror systems 6. FIG. 1 shows such a lighting variable. In this case, the light strip is generated by a point light source 4, deron point of light by means of a rotating mirror 5 is deflected transversely to the weld joint.
Während dieser Ablenkung über das Werkstück 7 wird in einem ersten Beleuchtungsbereich 1 der Lichtstrahl über dasDuring this deflection over the workpiece 7, in a first illumination area 1, the light beam is transmitted via the workpiece
Spiegelsystem 6 so abgelenkt, daß eine seitliche Beleuchtung des Workstückes 7, jedoch bezogen auf die den betreffendenMirror system 6 deflected so that a lateral illumination of the work piece 7, but based on the concerned
Spiegeln gegenüberliegende Nahtflanke nahezu senkrechtu Beleuchtung erfolgt. In einem zweiten Beleuchtungsbereich 2 wird der Lichtstrahl direkt zur Beleuchtung genutzt. Dies bewirkt, daß dieser Lichtstrahl seitlich der Nahtflanken liegende Bereiche der Werkstückoberfläche und Bereiche von bereits in die Schweißfuge eingebrachten Schweißnähten nahezu senkrecht beleuchtet.Mirroring opposite edge of the seam is almost vertical lighting. In a second illumination area 2, the light beam is used directly for illumination. This has the effect that this light beam illuminates regions of the workpiece surface which lie laterally of the seam flanks and regions of weld seams which have already been introduced into the welding joint.
Entsprechend dem ersten Beleuchtungsberoich 1 erfolgt in einem dritten Beleuchtungsbereich 3 wiederum eine seitlicheCorresponding to the first illumination area 1, a lateral illumination area 3 is again provided in a third illumination area 3
Beleuchtung für die entsprechend gegenüberliegende Nahtflanke.Lighting for the corresponding opposite edge of the seam.
In Unkenntnis der genauen Lage der Schweißnaht, was ja den Einsatz eines Sensorsystems bedingt, überlappen sich die dreiUnaware of the exact position of the weld, which requires the use of a sensor system, the three overlap
Beleuchtungsbereiche 1, 2 und 3. Das heißt, aus jener Beleuchtungsrichtung werden auch Bereiche der WerkstückoberflächeLighting areas 1, 2 and 3. That is, from that lighting direction are also areas of the workpiece surface
beleuchtet, die nicht nahezu senkrecht zur Beleuchtungsrichtung angeordnet sind, so daß auf diese Boreiche der genannteilluminated, which are not arranged nearly perpendicular to the illumination direction, so that on this Boreiche said
Nachteil dor veränderten Reflexions- und Absorbtionsoigonschafton zutrifft. Eben diese Bereiche werdon jedoch aus den jeweils anderen Richtungen nahezu optimal beleuchtet.Disadvantage of the changed reflection and Absorbtionsoigonschafton applies. But just these areas werdon illuminated almost optimally from the other directions.
Im Ergebnis eines kompletten Beleuchtungszyklus, d. h. des Durchlaufens aller drei Beleuchtungsbereichc 1,2,3 wird auch unter praktischen Bedingungen ein Lichtschnittbild generiert, was über den gesamten Nahtprofilquerschnitt durch eine nahezuAs a result of a complete lighting cycle, i. H. the passage of all three Beleuchtungsbereichc 1,2,3, a light section image is generated under practical conditions, which over the entire seam profile cross-section through a nearly
gleichmäßige Ausleuchtung charakterisiert ist.uniform illumination is characterized.
Um auch seitons der Bildaufnahme für dio drei Boleuchtungsbereicho 1,2,3 nahezu gleiche optische Bedingungen zu schaffen, wird dio Bildaufnahme durch drei Bildaufnehmer 11,12,13 jrvi Beispiel CCD-Matrixbildempfänger) vorgenommen, die unter Beibehaltung des Lichtschnittprinzipes die droi Beleuchtung bcreiclie 1, 2, 3 aus den Richtungen abtasten, aus denen dioIn order to create almost the same optical conditions for the three image illumination areas 1, 2, 3, the image acquisition is performed by three image sensors 11, 12, 13, for example CCD matrix image receiver, which, while maintaining the light-section principle, selects the illumination 1 , 2, 3 from the directions from which dio
Beleuchtung erfolgt. Figur 3 zeigt eine derartige Anordnung di. Pildaufnehmmer 11,12 und 13.Lighting is done. Figure 3 shows such an arrangement di. Pildaufnehmmer 11,12 and 13.
Die Bildaufnahme wird dabei nicht nur örtlich, sondern auch zeitlich den Beleuchtungsbereichen 1, 2, 3 zugeordnet, daß heißt, jeder der Bildaufnehmer 11,12,13 tastet seinen zugeordneten Bildbereich in der Zeit ab, in der dieser beleuchtet wird.The image recording is not only locally, but also temporally associated with the illumination areas 1, 2, 3, that is to say, each of the image sensors 11, 12, 13 scans its assigned image area in the time in which it is illuminated.
Im Ergebnis dieser Bildauf nahmen ontstehen drei Bilder. Jodes diosor Bilder repräsentiert nur oin Toillichtschnittbild 14,15,16 dos gesamten Lichtschnittes 10 (Figur 3). Bedingt durch die gemäß der Beleuchtung zugeordneten Winkellagen derAs a result of this image acquisition, there are three images. Jodes diosor images represents only oill toillichtschnittbild 14,15,16 dos the entire light section 10 (Figure 3). Due to the assigned according to the lighting angle layers of
Bildaufnehmer 11,12,13 symmetrisch zur Hauptbeobachtungsrichtung der Schweißnah! ist bei dieser Ausführung einoImager 11,12,13 symmetrical to the main observation direction of the weld! is in this embodiment eino
geometrische Korrektur der beiden Teillichtschnittbildor 14 und 16 der seitlich angeordneten Bildaufnehmer 11 und 13geometric correction of the two partial light section image 14 and 16 of the laterally disposed image pickup 11 and 13th
notwendig. Unter Beachtung dieser Korrektur werden die Teillichtschnittbilder 14,15,16 bzw. 17,18,19 zu einem vollständigen Lichtschnittbild 20 vorknüpft (Figur 4). Die Verknüpfungsoporation vereinfacht sich bei Vorwendung nur eines Pildaufnehmers 8.necessary. Taking this correction into account, the partial light sectional images 14, 15, 16 and 17, 18, 19 are pre-tied into a complete light sectional image 20 (FIG. 4). The linkage doping is simplified when only one piling receiver 8 is used.
Figur 2 zeigt eine entsprechende Anordnung mit zugehörigem Beleuchtungssystem 9. Eine geometrische Korrektur mitFigure 2 shows a corresponding arrangement with associated illumination system 9. A geometric correction with
rotatorischen Komponenten ist bei dieser Abtastvariante nicht notwendig.Rotational components is not necessary in this sample variant.
Durch die erfindungsgemäße Beleuchtung und Bildaufnahme ist das vollständige Lichtschnittbild 20 durch eine nahezu homogene Intensitätsverteilung charakterisiert, was einer Arbeit mit e'ner geringen Zahl von Quantisierungsstufen bis hin zu nur oinerQuantisierungsstufe (Binarisierung) bei der rechentechnischen Aufbereitung der Bildinformationen sehr entgegenkommt. Im Ergebnis des erfindungsgemäßen Verfahrens liegen somit Lichtschnittbildinformationen über den Schweißnahtprofilverlauf vor, die einen hohen Informationsgehalt bei reduzierter Informationsmenge besitzen, so daß der Aufwand für eine nachfolgende rechentechnische Bildauswertung mit dem Ziel drr Extraktion relevanter Nahtprofilinformationen wesentlich vereinfacht wird. Anstelle mehrerer Bildaufnehmer 11,12,13 ist auch nur der Einsatz eines, senkrecht zur Abtastrichtung angeordneten, zellenförmigen Bildaufnehmers sinnvoll möglich, wenn dieser in gleicher Weise wie die punktförmig arbeitende Beleuchtungseinrichtung quer zur Schweißnaht mitbewegt wird.As a result of the illumination and image recording according to the invention, the complete light sectional image 20 is characterized by a nearly homogenous intensity distribution, which very much accommodates a work with a small number of quantization levels up to only an oin quantization step (binarization) in the computational processing of the image information. As a result of the method according to the invention, there are light-section image information about the weld profile that has a high information content with a reduced amount of information, so that the effort for a subsequent computational image analysis with the goal drr extraction relevant seam profile information is significantly simplified. Instead of a plurality of image sensors 11, 12, 13, only the use of a cell-shaped image sensor arranged perpendicularly to the scanning direction is meaningfully possible if it is moved along the weld seam in the same way as the punctiform illumination device.
Technische Realisierungen für eine derartige Abtastvariante gibt es in Form von Laserscannern zur Schweißfugenprofilbestimmung. Die erfindungsgemäße Beleuchtung und Abtastung der Schweißfuge wird dabei durch symmetrisch zur Hauptbeobachtungsrichtung der Nahtfuge angeordnete Spiegelsysteme 6 realisiert (siehe Figur 1). Während einer Scannerperiode wird die Schweißfuge aus den beschriebenen Richtungen punktweise beleuchtet und auch über das Spiegelsystem 6, das bedeutet, aus den gleichen Winkeln wieder abgetastet. Die so entstehenden drei Teilbilder müssen gemäß den Abtastrichtungen und den Entfernungen zwischen Objekt- und Bildebene geometrisch korrigiert und zu einem vollständigen Lichtschnittbild 20 verknüpft werden.There are technical implementations for such a scanning variant in the form of laser scanners for welding joint profile determination. The lighting and scanning of the welding joint according to the invention is thereby realized by mirror systems 6 arranged symmetrically to the main observation direction of the seam joint (see FIG. 1). During a scanning period, the welding joint is illuminated pointwise from the directions described and also scanned again via the mirror system 6, that is, from the same angles. The resulting three sub-images must be geometrically corrected according to the scanning directions and the distances between object and image plane and combined to form a complete light section image 20.
Durch die Wahl der Anzahl der Beleuchtungsrichtungen und der Richtungen der Bildaufnahme sowie deren konkrete Winkel symmetrisch zur Hauptbeobachtungsrichtung der Schweißnaht kann eine Anpassung an die konkrete Nahtprofilform mit dem Ziel einer hohen Effizienz des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgenommen werden. Diese ist gegeben, wenn alle relevanten lokalon Nahtprofilabschnitte aus nahezu dem gleichen Winkel beleuchtet und auch optisch abgetastet werden. Bei Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens beim Schweißen mit offenem Lichtbogen ist vorzugsweise eine monochromatische Beleuchtung und eine entsprechend selektive Empfindlichkeit der Bildaufnehmer 8,11,12 und 13 bezüglich der Wellenlänge durch Vorsatz entsprechender Filter vorzunehr.-,6/).By selecting the number of illumination directions and the directions of image acquisition and their concrete angle symmetrical to the main observation direction of the weld, an adaptation to the concrete seam profile shape with the aim of high efficiency of the method can be made. This is the case if all relevant lokalon seam profile sections are lit from almost the same angle and also optically scanned. When using the method according to the invention in open-arc welding, preferably a monochromatic illumination and a correspondingly selective sensitivity of the image sensors 8, 11, 12 and 13 with respect to the wavelength are intentionally preferred by appropriate filters (6, 6).
Claims (3)
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