KR19980032678A - 용접 이음선의 광학 검사를 위한 방법 및 장치 - Google Patents

용접 이음선의 광학 검사를 위한 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

금속판지의 블랭크들을 서로 용접하는데 있어서, 용접이음선을 가로질러 투영된 선형태의 영상이 카메라(31)에 의하여 포착되고 이 용접이음선을 검사하기 위하여 평가된다. 개선된 검사를 위하여 용접이음선(26)의 측방관측이 위로부터의 관측에 부가하여 예컨데 프리즘(30)에 의하여 얻어진다. 이것은 개선되고 더욱 정확한 용접이음선 검사를 제공한다.

Description

용접 이음선의 광학 검사를 위한 방법 및 장치
본 발명은 청구항 제 1항의 도입부에 따르는 방법과 청구항 제 8항의 도입부에 따르는 장치에 관한 것이다.
보다 큰 구성부들(소위 재단된 블링크)을 형성하기 위한 금속판지 블링크의 용접은 대체로 성형공정에 영향을 받으며 또한 공지되어 있다. 이러한 재단된 블링크들이 사용되는 분야의 한예가 자동차 산업이다. 이 블링크들을 서로 용접하는 것은 매쉬이음선 용접 또는 레이져용접에 의하여 수행될 수 있다. 용접이음선은 블링크들과 함께 성형공정에 영향을 받기 때문에 전체 이음선이 양호한 품질이어야 하는 것이 필수적이다. 용접될 블링크들은 이들의 병치된 접합단부들로써 용접장치에 투입된다. 집속된 레이저 빔이 가능한 정확하게 병치된 블링크의 접합단부들을 따라가야만 하는 것이 중요하다. 이것을 달성하기 위하여 용접영역의 전방에서 단부들의 정확한 궤도를 결정하여 용접동안에 레이저 빔을 상응하게 안내되어지게 하는 장치가 사용된다. 한 공지된 장치는 단부들을 가로질러 왕복하게 일정한 강도를 가지는 선의 형태로 투사하므로써 이를 달성한다; 즉 이러한 선의 형태는 카메라로써 상이 잡히고 얻어진 상은 이 지점에 있는 블링크들 사이에서 선들중 적어도 하나의 궤도로부터 단부들의 궤도 또는 경우에 따라 간극의 궤도를 끌어내기 위하여 컴퓨터로써 분석된다. 이런식으로 단부들 및 간극은 용접지역에 앞서 이들 전체길이를 따라 궤도가 탐지되고 용접이 수행되어지는 것에 따라 레이저빔은 상응하게 제어된다.
용접후 용접이음선을 광학적으로 검사하기 위하여 기본적으로 동일한 방법을 적용하는 것이 또한 공지되어 있다. 이 경우에 있어서, 하나 또는 그 이상의 광이(이음선에 직각으로 또는 비스듬이) 용접이음선을 가로질러 유사하게 투영되고 카메라로 투영된 선들의 궤적형상을 위에서 포착한다. 얻어진 상은 선들의 궤적을 방해하는 이음선 내의 어떠한 결함들을 탐지하기 위하여 공지된 영상처리 방법들을 사용하여 컴퓨터로 분석된다. 이음선의 형태, 블링크들 간의 두께 및 이들의 반사율의 차이 그리고 존재할수도 있는 어떠한 용접결함의 특성에 따라 설명되어진 광학적인 용접이음선 검사로 존재하는 결함을 명확히 인식하지 못하거나 또는 상대적으로 높은 불확실도가 결함의 존재에 따라 분석에서 우세하여지는 것이 가능하다.
따라서 본 발명의 목적은 발생할 수 있는 어떠한 용접결함들을 보다 나은 그리고 보다 확실하게 탐지하는 용접이음선의 광학적인 검사를 기본적으로 제공하는 것이다.
이것은 개시부에 언급된 방법에서 청구항 제 1항의 특징부들에 의하여 그리고 개시부에 언급된 장치에서 청구항 제 8항의 특징부에 의하여 달성된다.
선의 형태와 함께 용접이음선 영역의 측방모습의 최근 추가적인 포착 및 분석에 의하여 결함들의 탐지가 상당히 향상될 수 있다. 이음선의 완벽한 광학적인 검사가 얻어질 수 있다. 지금까지 이것은 이음선의 가파르게 경사진 영역이 위에서 볼 때 충분하게 식별되지 않기 때문에 불가능하여 왔다. 추가적인 측방관찰로써 심지어 블링크들 간에 큰 두께차가 존재하는 경우에도 결함들이 즉시 탐지될 수 있다. 또한 상부에서 볼 때 매우 어둡게 나타나는 이음선들이 측면으로부터의 제 2의 형상을 취함으로써 보다 우수하게 분석될 수 있다. 일반적으로 다소 여분의 상부방향 및 측방향으로부터 취하여진 형상들을 평가하므로써 이음선의 굴곡 및 블링크들의 두께에 상관없이 보다 신뢰할 수 있는 광학의 양질 검사를 얻는다.
도 1은 용접 이음선을 검사하기 위한 카메라 및 선 투영기의 공지된 장치를 개략적으로 나타내고;
도 2는 하나의 단부 추적장치 및 두 개의 용접이음선 검사장치를 가지는 개략적인 도면이며;
도 3은 두개의 카메라를 가지는 본 발명에 따르는 장치를 개략적으로 나타내고;
도 4는 단일 카메라를 가지고 측방의 형상과 상부로부터의 형상을 얻기 위한 용접이음선 영역 및 광학부재들을 개략적으로 나타내며;
도 5는 광학부재들을 가지는 본 발명의 또다른 실시예를 개략적으로 나타내고;
도 6은 광학부재들을 가지는 또다른 실시예들 개략적으로 나타내며;
도 7은 광학부재들을 가지는 또다른 실시예를 나타내고;
도 8은 여전히 광학부재들을 가지는 또다른 실시예를 나타내며;
도 9a는 내지 제 9c도는 선들의 투영이 광학부재에 의하여 역시 수행되는 실시예를 나타낸다.
도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 영상장치 6,7 : 블링크
10,11 : 광학장치 23,25 : 카메라
26 : 용접이음선 30,37,38,45,46,52,67 : 광학부재
본 발명의 실시예들은 지금서부터 예를들어 그리고 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명되어 질 것이다.
도 1 및 도 2는 병치되고 공통단부(13)를 가지는 두 개의 블링크들(6) 및 (7)을 나타낸다. 이들 블링크들은 예를들어 레이져 용접에 의하여 단부(13)를 따라 서로 접합된다. 단부의 궤도를 추적하기 위하여 또는 본 경우에 있어서는 용접이음선을 검사하기 위하여 두 개의 블링크들의 상기한 단부 및 인접한 영역상으로 단부(13)를 가로질러 왕복하게 다수의 광선(5)들을 투영하는 것이 공지된다. 도시된 예에서는 단지 세 개의 선들이 설명되지만 다소 다른수의 선들이 적용될 수 있다. 이 선들은 특히 CCD 카메라 일수도 있는 영상장치(3)의 촬영 영역 내에서 단부(13)에 90°의 각도로 또는 비스듬한 각도로 뻗는다. 선들(5)을 투영하기 위한 투영기(2)는 회절격자가 회절선들로서 선들(5)을 생성시키기 위하여 배열되는 곳의 전방에서 레이저 광원에 의하여 바람직하게 형성된다. 카메라(3)로 포착된 영상은 선들(5) 중의 적어도 한 선의 궤적으로부터 단부(13)를 따라 블링크들(6) 및 (7) 사이의 간극의 궤도 또는 본 경우에서와 같이 블링크들의 용접된 후 용접이음선의 궤도 및 상태를 판단하기 위하여 상평가 유니트에서 분석된다.
도 2는 도 1에서 도시된 바와같이 여러 선행기술의 광학 배열들 즉, 용접영역 전방에 제 1의 장치(1)와 용접영역을 추적하는 또다른 두 장치들(10) 및 (11)이 제공되는 그러한 장치를 도시한다. 도 2로부터 알 수 있는 바와같이 용접방향으로 예컨데 2m 길이 일 수도 있는 블링크들(6) 및 (7)이 정확하게 위치된(도시되지 않은) 이송장치에 의하여 화살표 A의 방향으로 장치를 관통하여 운반된다. 롤러(8) 및 (9)를 가지는 금속 교정장치가 단부 추적장치(1)의 전방에 제공될 수 있다. 보다 두꺼운 블링크(6)를 교정시킴으로써 이 장치는 블랭크들 간의 어떠한 간극도 최소로 줄인다. 간극의 정확한 궤도는 이미 설명되어진 바와같이 단부(13)를 가로질러 선들의 형상을 투영함으로써 그리고 카메라에 의하여 선의 형상을 기록하고 형상을 평가함으로써 단부 추적장치(1)에 의하여 결정된다. 예를들어 다섯 개의 평행한 선들이 투영장치에 의하여 단부를 가로질러 투영될 수 있다. 장치(1)에 있는 카메라로부터 얻은 영상은 간극의 정확한 궤도를 결정하는 평가유니트(18)로 전송된다. 이 평가유니트(18)는 제어신호들을 제어유니트(14)로 전송하며, 그다음 제어유니트는 블링크(6) 및 (7)을 용접시키기 위한(단지 개략적으로 도시된) 레이저 빔이 단부(13)를 따라 간극의 궤도를 정확히 따르도록 레이저 광원(15)을 제어한다.
(운송방향) 용접영역을 지나 레이저 빔 후방에 도 1에 도시된 것과 유사한 광학장치(10) 및 (11)가 용접 이음선 위에 그리고 블랭크들의 아래에 각각 배치된다. 이들 두 장치들은 단부(13)를 가로질러서 따라서 용접이음선을 가로질러 선들을 역시 투영한다. 선들의 영상들로부터 이 평가유니트(16) 및 (17)는 용접이음선의 궤도를 판단할 수 있고 따라서 자체로서 공지된 바와같이 여러종류의 결함들에 대하여 이 용접이음선의 광학적 검사를 수행할 수 있다. 평가유니트(16) 및 (17)는 제어유니트(14)로 적절한 신호를 전송하고 이것은 용접된 블랭크(6) 및 (7)로써 형성된 복합판넬이 품질 요구조건들을 만족하는지 아닌지를 표시하도록 보다 상위 등급의 제어부(19)로 신호를 전송할 수 있다. 이러한 두 평가유니트(16) 및 (17) 대신에 하나의 공동평가 유니트가 물론 제공될 수 있거나 또는 이 평가가 제어유니트(14)내로 통합될 수도 있다.
본 발명에 따라서 이 광학장치(10) 및 (11)는 이 용접이음선이 상부에서 뿐만 아니라 측방으로부터 관찰되어지게 할 수 있다. 이러한 설치는 제 3도에 상당히 개략적으로 나타나며, 여기서 블랭크(6) 및 (7)은 용접된 상태로 단면으로 도시되어 단편적으로 보여진다. 제 1의 카메라(23)와 선투영기(24)가 블랭크(6) 및 (7)의 위에 배열된다. 또한 이 실시예에서는 측방으로부터 이음선(26)을 볼수 있는 제 2의 카메라(25)가 제공된다. 이 카메라(25)는 블랭크 면에 대하여 예컨데 45°의 각도로 경사져 진다. 두 카메라들로부터 얻은 영상들은 평가 유니트(27)에서 분석된다. 이음선의 이 두 영상들은 평가를 위하여 전자적으로 단일상으로 조합될 수 있다. 관찰각도는 45°이외의 것이 될 수도 있고 예컨데 0°에서 85°의 범위내에 놓인다. 제 2의 카메라는 이음선을 따라 제 1의 카메라와 동일한 점상을 따라서 투영된 선들상을 바람직하게 조준하게 된다. 물론 제 2의 카메라는 이음선을 따라 다소 다른 점상에 역시 조준될 수 있고, 이 경우에 있어서 추가적인 선 투영기가 이점에 제 2의 선형상을 생성시키기 위해 제공되어야만 할 것이다. 또한 평가에서는 어떤 순간의 두영상들이 이음선상의 동일한 점으로부터 기인되지 안았다는 사실을 고려하여야만 할 것이다.
도 4는 두 관찰들이 하나의 카메라에 의하여 단일상으로서 수신되는 또다른 실시예를 도시한다. 블랭크(6) 및 (7)은 용접이음선을 표시하게 단지 단편적으로 그리고 단면적으로 도시된다. 광학구성부(30), 이 경우에는 프리즘은 블록으로서 단지 개략적으로 도시되는 카메라(31)와 블랭크들(6,7) 사이에 놓여지고 도면에는 나타나지 않는 고정된 지지대를 가진다. 선 투영기는 보기에 도시되지 않는다. 카메라(31)는 이음선 상에 그리고 그 위에 투영된 선들상에 구성부(30)를 통하여 하향으로 수직하게 응시한다. 이것은 광학경로(32)로써 표시된다. 동시에 카메라(31)는 대략 62°의 각도로 광학구성부(30)의 경사면(33)을 통하여 측방으로 이음선(26)을 주시한다(광학경로(34)). 두 관측들은 동일한 카메라 영상으로 포착되고, (도시되지 않은) 평가 유니트에 의하여 동시에 평가될 수 있다. 여기서 또한 구성부의 적절한 형상을 통하여 또다른 관측 각도를 적용하는 것이 물론 가능하다.
또한 도 5, 도 6, 도 7 및 도 8는 광학구성부로서 반사경을 가지며, 각각의 경우 단일카메라(35)를 가지는 실시예들을 도시한다. 선투영기 및 평가 유니트는 각각의 경우에 있어서 도면의 단순화를 위하여 생략된다. 5도 5에서 측방관측(광학경로(39))을 위하여 하나의 반사경(36)이 제공되고 위로부터의 관측(광학경로(40))을 위하여 반사경(37) 및 (38)이 제공된다. 도 6에서 이음선(26)의 측방관측은 반사경(43) 및 (44)(광학경로(47))에 의하여 얻어지고 위로부터의 관측은 반사경(45) 및 (46)(광학경로(48))에 의하여 얻어진다. 도 7에서 (양면으로부터 반사되는) 반사경(50)과 반사경(51)이 측방의 관측(광학경로 53)을 위하여 제공된다. 위로부터의 관측은 반사경(51)과 반사경(52)의 (광학경로(54)) 제 2의 면으로부터 반사된다. 도 8에서는 반사면들을 가지는 유리블럭들(55),(56) 및 (57)이 제공된다. 그래서 이 측방의 관측은 이 블록의 반사면들(58) 및 (59)(광학경로(60))에 의하여 얻어진다. 위로부터의 관측에 대한 동일한 길이의 광선경로를 얻기 위하여 블록들(56) 및 (57)이 반사면들(61) 내지 (64)과 함께 (광학경로(65)) 제공된다.
도 9a 내지 도 9c는 두 다른면들로부터의 측면관측(도 9a 및 도 9b)과 상부로부터의 관측(제 9c도)에서 광선들이 프리즘을 통하여 다시 투영되는 두 개의 프리즘면들(68) 및 (69)을 갖춘 프리즘(67)을 가지는 실시예를 도시한다. 프리즘(67)의 평면을 통하여 위에서부터 블랭크들(6,7)의 용접이음선(26)을 (광학경로(72)) 관찰할 수 있고 도 9b에서 도시되는 바와같이 프리즘면(68)을 통하여 측방으로 여기서 용접방향은 화살표 B로서 표시되는 바와같이 도면에 수직이되는 이음선(26)을 (광학경로(73))관찰할 수 있는 카메라(70)가 제공된다. 선투영기(71)는 이음선(26)상에 프리즘면(69)을 통하여(광학경로(74)) 선들은 투영하여 선들이 화살표 A가 용접방향을 표시하는 도 9a의 면에 수직으로 이음선을 가로질러 뻗는다. 도 9c는 위로부터 프리즘(67)의 상응하는 도면을 도시한다.
본 발명을 수행하는 한 방법에 있어서, 측방의 형상은 제 2의 카메라로 포착되고 두 카메라들로부터의 영상들은 개별적으로 분석되거나 또는 전자적으로 단일상으로 조합되어 함께 분석된다.
그러나 본 발명을 수행하는 선호되는 방법에 있어서 상부로부터의 형상과 측방의 형상이 동일한 카메라로 포착되어 두 형상들이 동일한 영상처리 및/또는 분석장치에 의하여 연속적으로 또는 동시에 수월하게 분석될 수 있다.
바람직하게 두 형상은 모두 용접이음선 위에 수직으로 보통 위치된 단일 카메라에 의하여 얻어지고 여기로 측방의 형상들이 프리즘, 반사경 또는 광섬유 유니트와 같은 적어도 하나의 광학적 부재에 의하여 전달된다. 본 발명을 수행하는 또다른 선호되는 방법에 있어서 광의 선들은 광학적부재 또는 부재들에 의하여 이음선 상에 역시 투영될 수 있다. 다른 세기들을 가지는 다수의 선들을 사용하는 것 역시 가능하다; 즉 이것은 금속시트표면의 굴절율에 변화가 있을 때 분석을 향상시킬 수 있다.

Claims (10)

  1. 적어도 하나의 선(5)의 형태로서 이음선을 가로질러 왕복하게 뻗는 선이 블랭크들(6,7)상에 투영되고 카메라(23,35,70)에 의하여 포착된 위로부터의 용접이음선(26)의 형상이 평가되는 공통단부를 따라 금속판지의 블랭크들(6,7)을 서로 용접하는 것으로부터 용접이음선을 검사하기 위한 방법에 있어서,
    이음선 영역이 측방관측이 추가적으로 포착되고 평가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    측방의 관측이 제 2의 카메라(25)에 의하여 포착되고 여기서 두 카메라들(23,25)에 의하여 포착된 영상들이 개별적으로 또는 공통의 표시로써 평가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    측방의 관측이 위로부터의 관측과 동일한 카메라에 의하여 동일한 이음선상의 점과 동일한 카메라 영상으로 포착되고 여기서 두 관측들이 함께 평가되는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    적어도 하나의 광학부재(30,36,43,44; 50,51; 67), 특히 프리즘, 반사경 또는 광섬유가 측면관측을 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 3항 또는 제 4항에 있어서,
    적어도 하나의 광학부재(30; 37, 38; 45, 46; 52; 67), 특히 프리즘, 반사경 또는 광섬유가 위로부터의 관측을 위하여 제공되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 4항 또는 제 5항에 있어서,
    선이 이음선(26) 상으로 적어도 하나의 광학부재(67)을 통하여 투영되는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 하나의 항에 있어서,
    다른 강도를 가지는 다수의 선들이 선투영기에 의하여 투영되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 이음선을 가로질러 왕복하게 뻗는 적어도 하나의 광선을 투영하기 위한 적어도 하나의 장치(2; 24; 71), 투영된 선 또는 선들의 영역에서 위로부터 용접이음선의 관측을 포착하도록 배열되는 카메라(3; 31; 35; 70) 그리고 여기에 연결된 평가유니트를 포함하는, 공통의 단부를 따라 금속판지의 블랭크들(6,7)을 서로 용접하는 것으로부터 용접이음선을 검사하기 위한 장치에 있어서,
    투영된 선 또는 선들의 영역에서 측방으로부터 용접이음선을 포착하도록 배열된 제 2의 카메라(25)가 제공되는, 또는 적어도 하나의 광학부재(30; 36; 43; 44; 50,51; 67)가 위로부터의 관측을 포착하도록 용접이음선의 위에 배열된 단일의 카메라가 또한 투영된 선들의 영역에서 용접이음선의 측방의 관측을 포착하게 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    프리즘, 반사경 또는 광섬유가 광학부재로서 제공되는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    선투영기 및 광학부재 또는 적어도 하나의 광학부재가 선 또는 선들이 이음선 영역상으로 이 광학부재를 통하여 투영될 수 있도록 배열되는 것을 특징으로 하는 장치.
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