KR100513111B1

KR100513111B1 - 용접이음선의광학검사를위한방법및장치

Info

Publication number: KR100513111B1
Application number: KR1019970051717A
Authority: KR
Inventors: 칼-게오르그 부리; 크리스타 부흐만
Original assignee: 엘파트로닉 아게
Priority date: 1996-10-10
Filing date: 1997-10-09
Publication date: 2005-10-25
Also published as: EP0836093A2; PT836093E; JPH10123057A; DE59711313D1; CA2214177C; EP0836093A3; ES2215208T3; MX9707782A; KR19980032678A; US5978090A; EP0836093B1; CA2214177A1

Abstract

금속판지의 블랭크들을 서로 용접하는데 있어서, 용접이음선을 가로질러 투영된 광선형태의 영상이 카메라(31)에 의하여 포착되고 이 용접이음선을 검사하기 위하여 평가된다. 개선된 검사를 위하여 용접이음선(26)을 측방에서 관찰한 영상이 상방으로부터의 관찰에 부가하여 예컨데 프리즘(30)에 의하여 얻어진다. 이것은 개선되고 더욱 정확한 용접이음선 검사를 제공한다.

Description

용접 이음선의 광학 검사를 위한 방법 및 장치 {METHOD AND ARRANGEMENT FOR OPTICAL INSPECTION OF A WELD SEAM}

본 발명은 청구범위 제1항의 도입부에 따르는 방법과 청구범위 제8항의 도입부에 따르는 장치에 관한 것이다.

금속 박판 블랭크(sheet-metal blank)를 서로 용접하여 보다 큰 구성부(소위 재단된 블랭크(tailored blank)) - 이러한 구성부는 이후 성형과정을 거친다 - 를 형성하는 것이 공지되어 있다. 이와 같은 재단된 블랭크들이 사용되는 분야의 한 예로는 자동차 산업을 들 수 있다. 블랭크들을 서로 용접하는 것은 매쉬 심용접(mash seam welding) 또는 레이져용접에 의하여 이루어질 수 있다. 용접이음선은 블랭크들과 함께 성형과정을 거치게 되므로, 전체 용접이음선이 양호한 품질이어야 하는 것은 필수적이다. 용접될 블랭크들은 접합될 단부가 병치되어 용접 스테이션으로 공급된다. 집속된 레이저 빔이 병치된 블랭크의 접합단부를 가능한 정확하게 따라가야만 하는 것이 중요하다. 이를 위해, 용접영역의 전방에서 접합단부의 정확한 궤도를 측정하여 용접이 이루어지는 동안에 레이저 빔이 이와 같이 측정된 궤도를 따라 안내될 수 있도록 하는 장치가 사용된다. 이러한 장치들 중 하나의 공지된 장치에서는 접합단부를 횡으로 가로지르는 일정한 광강도의 광선을 투영한다. 이러한 광선들은 카메라에 의해 촬영되고, 얻어진 영상(image)은 이러한 광선들 중 적어도 하나의 궤도로부터 접합단부 또는, 경우에 따라서는, 이 지점에 있는 블랭크들 사이의 간극의 궤적을 얻기 위하여 컴퓨터에 의해 분석된다. 이러한 방식으로, 접합단부들 및 간극은 용접영역의 전방에서 그 전체길이를 따라 탐지되고, 레이저 빔은 용접이 진행됨에 따라 상응하게 제어된다.

용접후 용접이음선을 광학적으로 검사하기 위하여 기본적으로 동일한 방법을 사용하는 것도 공지되어 있다. 이 경우에는, 하나 이상의 광선이 용접이음선을 가로질러(용접이음선에 직각으로 또는 비스듬히) 유사한 방식으로 투영되고, 투영된 광선들의 궤적의 영상을 상부에서 카메라로 촬영한다. 얻어진 상은, 광선들의 궤적을 교란시키는 용접이음선 내의 모든 결함들을 탐지하기 위하여, 공지된 영상처리 방법들을 사용하여 컴퓨터로 분석된다. 용접이음선의 형상, 블랭크들 간의 두께 및 이들의 반사율의 차이, 및 존재할 수도 있는 모든 용접결함의 특성에 따라서, 상술된 광학적 용접이음선 검사가 존재하는 결함을 명확히 인식하지 못하거나 또는 결함의 형태에 따라 분석과정에서 상대적으로 높은 불확실도가 나타날 가능성이 있다.

따라서 기본적으로 본 발명의 목적은 발생할 수 있는 모든 용접결함들을 보다 나은 그리고 보다 확실하게 탐지하는 용접이음선의 광학적인 검사를 제공하는 것이다.

이는 상기한 방법에 있어서는 청구범위 제1항의 특징에 의하여, 상기한 장치에 있어서는 청구범위 제8항의 특징에 의하여 달성된다.

광선의 패턴(pattern)과 함께 추가로 용접이음선 영역의 측방을 관찰하고 분석함으로써 결함들의 탐지가 상당히 향상될 수 있다. 용접이음선의 완벽한 광학적인 검사가 이루어질 수 있게 된다. 용접이음선의 가파르게 경사진 영역이 상방에서 관찰할 때는 충분하게 식별되지 않았기 때문에, 지금까지 이러한 완벽한 광학적 검사는 불가능했었다. 추가적으로 측방을 관찰함으로써, 블랭크들 간에 큰 두께차가 존재하는 경우에도 결함들이 쉽게 탐지될 수 있게 된다. 또한 상방에서 관찰할 때에는 매우 어둡게 나타나는 용접이음선들도 측면으로부터의 관찰을 통해 보다 우수하게 분석될 수 있다. 일반적으로, 용접이음선의 형상 및 블랭크들의 두께와 관계없이, 때때로는 중복적인, 상방과 측방으로부터의 관찰을 평가함으로써 보다 신뢰할 수 있는 양질의 광학검사가 이루어질 수 있게 된다.

본 발명을 실행하는데 있어서, 보조 카메라에 의해 측방관찰이 이루어져서 이들 두 개의 카메라로부터 촬영된 영상이 개별적으로 분석되거나 또는 단일한 상으로 전자적으로 결합되어 함께 분석될 수 있다.

그러나 본 발명의 바람직하게 실시하기 위해서는, 상부로부터의 관찰과 측방으로부터의 관찰이 동일한 카메라에 의해 촬영되어, 이들 두 개의 관찰된 상들이 동일한 영상처리 및/또는 분석장치에 의하여 연속적으로 또는 동시에 용이하게 분석되는 것이 바람직하다.

바람직하게는 이들 두 개의 영상이, 용접이음선 연직 상방에 통상적으로 위치하고 프리즘, 반사경, 또는 광섬유 장치(optical fiber unit)와 같은 광학부재 중 하나 이상에 의해서 측방에서 관찰된 영상이 전달되는 단일 카메라에 의하여, 촬영되는 것이 좋다. 본원발명의 다른 바람직한 실시예에서는, 광학부재 또는 광학부재들에 의하여 광선이 용접이음선상에 투영될 수도 있다. 또한 서로 다른 광강도를 갖는 다수의 광선들을 사용하는 것도 가능하다. 이는 금속시트 표면의 반사율에 변화가 있는 경우의 분석에 있어 유용하다.

본 발명의 실시예들은 지금서부터 예를 통해, 그리고 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명되어 질 것이다.

도 1 및 도 2는 나란히 배치되어 공통의 접합단부(13)를 가지는 두 개의 블랭크(blank; 6,7)를 도시하고 있다. 이들 블랭크들은 예를 들어 레이져 용접에 의하여 접합단부(13)를 따라 서로 접합된다. 접합단부의 궤도를 추적하기 위하여, 또는 본 경우에 있어서 처럼 용접이음선을 검사하기 위해서 두 개의 블랭크들의 상기한 접합단부 및 인접한 영역상으로 접합단부(13)를 가로지르도록 다수의 광선(5)들을 투영하는 것이 공지되어 있다. 도시된 예에서는, 단지 세 개의 광선들이 도시되고 있지만, 다른 수의 광선들을 투영할 수도 있다. 광선들은, 영상장치(3)의 촬영 영역 내에서, 접합단부(13)에 대해 90° 또는 비스듬한 각도로 연장되며, 여기서 상기 영상장치는 CCD 카메라 일 수도 있다. 광선(5)들을 투영하기 위한 광선투영기(2)는 레이저 광원에 의해 형성되는 것이 바람직하며, 상기 레이저 광원의 전방에는 회절선인 광선(5)들을 생성시키기 위하여 회절격자가 배치되어 있다. 영상장치(3)로 포착된 영상은, 광선(5)들 중 적어도 하나의 광선의 궤적으로부터 블랭크(6,7) 사이에서 접합단부(13)를 따라 존재하는 간극의 궤도 또는 본 경우에서와 같이 블랭크들의 용접된 후 용접이음선의 궤도 및 상태를 판단하기 위하여, 영상평가장치(image evaluation device)에서 분석된다.

도 2는 도 1에서 도시된 바와 같이 선행기술에 따른 여러 광학 장치들, 즉 용접영역 전방에 있는 접합단부추적장치(1)와 용접영역을 추적하는 또 다른 두 개의 광학장치(10,11)가 제공되어 있는 기구를 도시하고 있다. 도 2로부터 알 수 있는 바와 같이, 예를 들어 용접방향을 따른 길이가 2m인 블랭크(6,7)가 이송장치(도시되지 않음)에 의하여 그 위치가 정확히 배치된 상태로 화살표 A의 방향으로 기구를 통하여 운반된다. 롤러(8,9)를 구비하는 금속변형장치(metal reforming device)가 접합단부 추적장치(1)의 전방에 제공될 수 있다. 이 금속변형장치는 보다 두꺼운 블랭크(6)를 변형시킴으로써 블랭크들 사이의 간극을 최소로 감소시킨다. 이후 접합단부추적장치(1)에 의하여, 상술한 바와 같이, 접합단부(13)를 가로지르는 광선을 투영하고, 카메라에 의하여 이러한 광선의 패턴(pattern)을 기록하여 이 패턴을 평가함으로써, 간극의 정확한 궤도가 측정된다. 예를 들어 다섯 개의 평행한 광선들이 투영장치에 의하여 접합단부를 가로질러 투영될 수 있다. 접합단부추적장치(1)에 있는 카메라로부터 얻은 영상은 간극의 정확한 궤도를 결정하는 평가장치(18)로 전송된다. 이 평가장치(18)는 제어장치(14)로 제어신호를 전송하며, 계속해서 상기 제어장치는 블랭크(6,7)를 용접시키기 위한 레이저 빔(개략적으로 도시됨)이 접합단부(13)를 따라 간극의 궤도를 정확히 따르도록 레이저 광원(15)을 제어한다.

운송방향으로 용접영역을 지나 레이저 빔 후방에는, 도 1에 도시된 것과 유사한 광학장치(10,11)가 용접이음선 위와 블랭크 아래에 각각 배치되어 있다. 이 두 개의 광학장치들 역시 접합단부(13)를 가로지르도록, 즉 용접이음선을 가로지르도록 광선을 투영한다. 평가장치(16,17)는 상기 광선의 영상으로부터 용접이음선의 궤도를 측정할 수 있고, 따라서 공지된 바와 같이 여러종류의 결함들에 대하여 용접이음선의 광학적 검사를 수행할 수 있다. 평가장치(16,17)는 제어장치(14)로 적절한 신호를 전송하고, 이 제어장치는 용접된 블랭크(6,7)에 의해 형성된 복합판넬이 품질에 관한 요구조건들을 만족하는지 아닌지를 표시하도록 보다 상위 등급의 제어부(19)로 신호를 전송한다. 물론 이와 같은 두 개의 평가장치(16,17) 대신에 하나의 공동 평가장치가 제공될 수도 있고, 또는 제어장치(14) 내에 이러한 평가기능이 통합될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 이러한 광학장치(10,11)는 용접이음선을 상부에서뿐만 아니라 측방으로부터 관찰할 수 있게 한다. 이러한 구성이 도 3에 상당히 개략적으로 도시되어 있는데, 여기서 블랭크(6,7)는 부분적으로 도시되어 있으며, 용접된 상태의 단면이 도시되고 있다. 카메라(23)와 광선투영기(24)가 블랭크(6,7)의 상부에 배치되어 있다. 또한, 이 실시예에서는, 용접이음선(26)을 측면에서 관찰할 수 있는 보조 카메라(25)가 제공되어 있다. 보조 카메라(25)는 블랭크 면에 대하여, 예를 들어 45°의 각도로 기울어져 있다. 상기 두 개의 카메라들로부터 얻은 영상들은 평가장치(27)에서 분석된다. 용접이음선에 대한 상기 두 개의 영상들은 평가를 위해 단일한 영상으로 전자적으로 결합된다. 관찰각도는 45°가 아니어도 무방한데, 예를 들어 0 ~ 85°의 범위 내에 놓일 수 있다. 바람직하게는, 보조 카메라가 용접이음선상의 카메라와 동일한 지점상에, 즉 투영된 광선들상에 조준되는 것이 좋다. 물론 보조 카메라는 용접이음선상의 다른 지점상에 조준될 수도 있는데, 이러한 경우에는 이러한 지점에 제 2 의 광선들을 발생시키도록 추가적인 광선투영기가 제공되어야 할 것이다. 또한, 평가하는데 있어서는, 상기 두 개의 영상들이 용접이음선상의 동일한 지점에서 관측된 것이 아니라는 점을 고려되어야 한다.

도 4는 두 방향에서 관찰된 영상이 하나의 카메라에 의하여 단일상으로서 수신되는 다른 실시예를 도시하고 있다. 여기서도 마찬가지로, 블랭크(6,7)는 부분적으로 단면이 도시되고 있으며, 용접이음선은 도면부호(26)로 표시되어 있다. 광학부재(30)(본 실시예의 경우는 프리즘)는 블록(block)으로서 개략적으로 도시되어 있는 카메라(31)와 블랭크(6,7) 사이에 위치하며, 고정된 지지대(도시되지 않음)를 구비하고 있다. 이 도면에서 광선투영기는 도시하지 않았다. 카메라(31)는 광학부재(30)를 통하여 연직 하방으로 용접이음선 및 상기 용접이음선상에 투영된 광선들을 관찰하고 있다. 이는 광학경로(32)로써 표시되어 있다. 동시에 카메라(31)는 광학부재(30)의 경사면(33)을 통하여 약 62°의 각도의 측방에서 용접이음선(26)을 관찰한다(광학경로(34)). 이러한 두 개의 관측은 동일한 카메라 영상으로 포착되고, 평가장치(도시되지 않음)에 의하여 함께 평가될 수 있다. 여기서는 또한, 적절한 형태의 광학부재를 사용함으로써 다른 관측 각도를 적용하는 것도 물론 가능하다.

또한 도 5, 도 6, 도 7, 및 도 8는 각각 단일한 카메라(35)를 구비하며, 광학부재로서는 반사경을 갖는 실시예들을 도시하고 있다. 각각의 경우에 있어서, 광선투영기 및 평가장치는 도면의 단순화를 위하여 생략되어 있다. 도 5에서는, 측방관측(광학경로(39))을 위하여 하나의 반사경(36)이 제공되고, 상방으로부터의 관측(광학경로(40))을 위하여 반사경(37,38)이 제공된다. 도 6에서는, 반사경(43,44)에 의하여 용접이음선(26)의 측방관측(광학경로(47))이 이루어지며, 반사경(45,46)에 의하여 상방으로부터의 관측(광학경로(48))이 이루어진다. 도 7에서는, 양면 반사경(50)과 반사경(51)이 측방관측(광학경로 53)을 위하여 제공된다. 상방으로부터의 관측(광학경로(54))은 반사경(51)의 다른 면과 반사경(52)의 반사에 의해 이루어진다. 도 8에서는 반사면들을 갖는 유리블럭(55,56,57)이 제공되어 있다. 측방관측(광학경로(60))은 블록(55)의 반사면(58,59)에 의하여 이루어진다. 측방관측과 광선경로의 길이가 동일하도록 상방관측(광학경로(65))이 이루어지게 하기 위하여. 반사면(61,62,63,64)을 갖는 블록(56.57)이 제공되어 있다.

도 9a 내지 도 9c는, 두 개의 서로 다른 측면에서 본 측면도(도 9a 및 도 9b)와 평면도(도 9c)에 의해서, 두 개의 프리즘면(68,69)을 갖는 프리즘(67)을 구비하고 이러한 프리즘을 통하여 광선이 투영되는 실시예를 도시하고 있다. 여기서는 카메라(70)가 제공되어 있는데, 이 카메라는 프리즘(67)의 평평한 면을 통하여 상부로부터 블랭크(6,7)의 용접이음선(26)을 관찰하며(광학경로(72)), 도 9b에 도시된 바와 같이 프리즘면(68)을 통하여 측방에서 용접이음선(26)을 관찰한다(광학경로(73)). 도 9b에서 용접방향은 화살표 B로 표시된 바와 같이 도면에 수직한 방향이다. 광선투영기(71)는 프리즘면(69)을 통하여 용접이음선(26)상에 광선들을 투영하고(광학경로(74)), 그 결과 광선들은 도 9a의 도면에 수직하도록 용접이음선을 가로질러 연장하게 된다. 도 9a에서 화살표 A는 용접방향을 나타낸다. 도 9c는 상방에서 바라본 프리즘(67)의 평면도를 도시하고 있다.

본원발명에 따라 용접이음선의 상방 및 측방에서 결함을 관찰함으로써, 발생할 수 있는 모든 용접결함들을 보다 우수하게 그리고 보다 확실하게 탐지하는 것이 가능하게 되어 용접이음선의 광학적인 검사를 향상시킬 수 있는 효과를 가져온다.

도 1은 용접이음선을 검사하기 위한 카메라 및 광선투영기의 공지된 구성을 개략적으로 나타내고;

도 2는 하나의 접합단부 추적장치 및 두 개의 용접이음선 검사장치를 가지는 개략적인 도면이며;

도 3은 본원발명에 따라 두 개의 카메라를 구비하는 구성을 개략적으로 나타내고;

도 4는 단일 카메라를 가지고 측방의 영상과 상방으로부터의 영상을 얻기 위한 광학부재 및 용접이음선 영역을 개략적으로 나타내며;

도 5는 광학부재를 구비한 본 발명의 또다른 실시예를 개략적으로 나타내고;

도 6은 광학부재를 구비하는 또 다른 실시예를 개략적으로 나타내며;

도 7은 광학부재를 구비하는 또 다른 실시예를 나타내고;

도 8은 광학부재를 구비하는 또 다른 실시예를 나타내며;

도 9a는 내지 제 9c도는 광선의 투영도 광학부재에 의하여 수행되는 실시예를 나타낸다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

3 : 영상장치 6,7 : 블랭크

10,11 : 광학장치 23 : 카메라

25 : 보조 카메라 26 : 용접이음선

30,37,38,45,46,52,67 : 광학부재

Claims

용접이음선을 횡으로 가로질러 연장하는 하나 이상의 광선(5)을 블랭크(6,7)상에 투영하고,

용접이음선(26)을 상방에서 관찰한 영상을 카메라(23,35,70)에 의하여 촬영하여 평가하는,

공통 접합단부를 따라서 금속 박판 블랭크(6,7)를 용접함에 따라 형성된 용접이음선의 검사방법에 있어서,

추가적으로, 용접이음선 영역을 측방에서 관찰한 영상이 촬영되어 평가되는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사방법.
제 1 항에 있어서,

상기 용접이음선을 측방에 관찰한 영상이 보조 카메라(25)에 의하여 촬영되고,

상기 카메라(23) 및 보조 카메라(25)에 의하여 촬영된 영상들이 개별적으로 평가되거나 또는 하나의 영상으로 결합되어 평가되는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사방법.
제 1 항에 있어서,

측방 관찰 영상과 상방 관찰 영상이 용접이음선상의 동일한 지점에서, 동일한 카메라에 의하여 동일한 카메라 영상으로 촬영되고,

상기 두 개의 영상이 함께 평가되는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사방법.
제 3 항에 있어서,

하나 이상의 광학부재(30,36,43,44;50,51;67)가 카메라(31)와 블랭크(6,7) 사이에 배치되고,

카메라(31)가, 상기 광학부재를 통하여, 용접이음선(26)을 측방에서 관찰한 영상을 촬영하며,

상기 광학부재는 프리즘, 반사경, 또는 광섬유인 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사방법.
제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,

하나 이상의 광학부재(30;37,38;45,46;52;67)가 카메라(31)와 블랭크(6,7) 사이에 배치되고,

카메라(31)가, 상기 광학부재를 통하여, 용접이음선(26)을 상방에서 관찰한 영상을 촬영하며,

상기 광학부재는 프리즘, 반사경, 또는 광섬유인 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사방법.
제 5 항에 있어서,

광선이 하나 이상의 광학부재(67)를 통하여 용접이음선(26)상에 투영되는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사방법.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 하나의 항에 있어서,

광선투영기에 의하여 서로 다른 광강도를 갖는 다수의 광선들이 투영되는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사방법.
용접이음선을 횡으로 가로질러 연장하는 하나 이상의 광선을 투영하기 위한 적어도 하나의 광선투영기(2;24;71),

상기 광선 또는 광선들이 투영된 영역에서, 용접이음선을 상방에서 관찰한 영상을 촬영하기 위해 배치되는 카메라(3;31;35;70), 및

상기 카메라와 연결된 평가장치를 포함하는,

공통 접합단부를 따라서 금속 박판 블랭크(6,7)를 용접함에 따라 형성된 용접이음선의 검사장치에 있어서,

상기 광선 또는 광선들이 투영된 영역에서, 용접이음선을 측방에서 관찰한 영상을 촬영하도록 배치된 보조 카메라(25)가 제공되는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사장치.
용접이음선을 횡으로 가로질러 연장하는 하나 이상의 광선을 투영하기 위한 적어도 하나의 광선투영기(2;24;71),

상기 광선 또는 광선들이 투영된 영역에서, 용접이음선을 상방에서 관찰한 영상을 촬영하기 위해 배치되는 카메라(3;31,35;70), 및

상기 카메라와 연결된 평가장치를 포함하는,

공통 접합단부를 따라서 금속 박판 블랭크(6,7)를 용접함에 따라 형성된 용접이음선의 검사장치에 있어서,

하나 이상의 광학부재(30;36;43;44;50,51;67)가 제공되고,

상기 광선 또는 광선들이 투영된 영역에서, 용접이음선을 상방에서 관찰한 영상을 촬영하기 위해 배치된 상기 카메라가 상기 광학부재를 통해 용접이음선을 측방에서 관찰한 영상도 촬영하는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사장치.
제 9 항에 있어서,

상기 광학부재로서 프리즘, 반사경, 또는 광섬유가 제공되는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사장치.
제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,

상기 광선투영기 및 광학부재는, 상기 광선 또는 광선들이 상기 광학부재를 통하여 용접이음선 영역에 투영될 수 있도록, 배치되는 것을 특징으로 하는 용접이음선의 검사장치.