SE526624C2 - Värdering av svetskvalitet - Google Patents

Description

25 30 35 526 624 utstick, tràdmatningshastigheten, hastigheten hos svets- brännaren utmed arbetsstycket, rökutttaget, typen av jord- ningskontakt pà arbetsstycket, atmosfäriska förhàllanden, sammansättningen av arbetsstycket och andra variabler.

Följaktligen är ljusbàgssvetsning i det stora hela en trial- and-error-process med svetsarens förmåga att använda ända- mälsenliga inställningar för att uppnà konsekventa svetsar.

Varje gäng en av parametrarna ändras pàverkas den resulte- rande svetsens utseende, storlek, form, kontur, kemi och mekaniska egenskaper. Av denna orsak är ljusbágssvetsning en mycket komplex vetenskap. I dag efterfrågas utbildade svets- ingenjörer för att àstadkomma de önskade resultaten. Det finns ingen procedur inom tekniken som styr en ljusbàgs- svetsningsprocess "ad hoc” utan ingrepp av svetsaren eller svetsingenjören.

System för ljusbàgssvetsning innefattande en styrbar manipu- lator eller en industrirobot används i hög utsträckning inom industrin. Vid en sådan process programmeras roboten att följa en önskad svetsningsbana med svetsbrännaren hallen pà ett bestämt avstànd. Innan svetsningsprocessen startar den elektriska kretsen, mäste robotens rörelser och parametrarna för ljusbàgssvetsningsprocessen avstämmas för att fà optimal kvalitet och produktivitet.

Teknikerna för ljusbàgssvetsning innefattar fog- och pressvetsning, och typen av svets omfattar kälsvetsar, stumsvetsar och andra. De beskrivna utföringsformerna som visar exempel pà föreliggande uppfinning är speciellt an- vändbara för ljusbàgssvetsar av typen kälsvets men kan tillämpas pà andra svetsningstekniker och andra tillverk- ningsprocesser.

Enligt svetsningsstandarder maste ett flertal parametrar sàsom benstorlek, halstjocklek, inträngning och ”ansikts- form” bestämas för att utvärdera kvaliteten pà svetsen.

Denna bestämning utförs för närvarande manuellt genom att mäta parametrarna med en naken linjal och med blotta ögat. 10 15 20 25 30 35 Sådana mätningar är tidsödande och högeligen beroende av operatören som utför mätningen. Resultatet av kvalitets- värderingen är därför ibland tveksam och har sålunda dåligt värde. Statistisk behandling av kvalitetsvärderingar från sådana mätningar eller sortering av olika produktionsav- stämningar baserade på deras kvalitetsbedömningar är arbet- samt och är praktiskt taget utan tillförlitligt värde.

Följaktligen finns det ett behov av ett förbättrat system och förfarande för att på ett korrekt och enhetligt sätt bestämma parametrarna för en kvalitetsvärdering av en ljusbågssvets. Vidare finns det behov av ett system och förfarande för att utvärdera kvaliteten hos ett flertal svetsar snabbt och effektivt även i tillverkningsmiljö.

REDoGöRELsE FÖR UPPFINNINGEN Ändamålet med uppfinningen är att åstadkomma en systematisk kvalitetsvärdering av en svets, där påverkan från en mänsk- lig operatör minimeras. Utvärderingsprocessen skall således utföras utan behov av en mänsklig operatör. Kvalitetsvärde- ringen skall utföras snabbt, enhetligt och noggrant. Alla parametrar för att utvärdera kvaliteten skall således be- stämmas automatiskt utifràn en bild av ett tvärsnitt av en svets. De parametrar som behövs för utvärderingen skall så- lunda automatiskt mätas utifrån bilden.

Dessa ändamål uppnås enligt en första aspekt av uppfinningen genom en kvalitetsvärderingsmetod enligt särdragen i den kännetecknande delen av det oberoende patentkravet 1, och enligt en andra aspekt av uppfinningen genom ett kvalitets- värderingssystem enligt särdragen i den kännetecknande delen av det oberoende patentkravet 7. Föredragna utföringsformer beskrivs i de beroende patentkraven.

Enligt den första aspekten av uppfinningen åstadkoms ända- målen genom en metod för utvärdering av kvaliteten hos en I ett första steg bestäms formen och positionen hos de hopfogade svets utifrån en bild av ett tvärsnitt av en svetsfog. 10 15 20 25 30 35 CH BJ (fx 624 plàtarna och formen och positionen hos svetsen. När det gäller en ljusbàgssvetsfog skall svetsen i detta sammanhang innehålla såväl själva svetssträngen som den smälta delen av de hopfogade plàtarna. I ett därpå följande steg överlagras på svetsen en mall som representerar en förutbestämd form av en önskad svets. I ett ytterligare steg beräknas de icke överensstämmande områdena och används för kvalitetsbedöm- ningen.

Konturerna hos de hopskarvade plàtarna och deras skärnings- punkt bestäms utifrån bilden. Formen på svetsen innefattande svetssträngen och de smälta delarna av de hopfogade plàtarna bestäms utifrån bilden genom kontrastjämförelse av ett fler- tal punkter på var sida om svetsens kontur. Punkter som re- presenterar konturlinjen bestäms av dess läge i förhållande till en känd punkt. Ett sådant läge betecknas sålunda genom dess avstånd och orientering från skärningspunkten eller genom dess kartesiska koordinater. I ett därpå följande steg jämförs den bestämda formen på svetsen med en mall av en förutbestämd form hos en önskad svets. Den bestämda svets- strängen överlagras av mallen. Svetskvaliteten utvärderas sedan genom att beräkna områdena där det inte är överens- stämelse mellan formerna hos svetsen och mallen. Om mall- formen är större än svetsen indikerar detta bristande in- trängning. Om svetsformen är den större indikerar detta ett överflöd av svetsmaterial eller överdriven inträngning.

Enligt en andra aspekt av uppfinningen uppnås ändamàlen genom ett värderingssystem innefattande en kamera och en värderingsenhet som omfattar en processor och minnesorgan för lagring av bilder och ett datorprogram. Kameran kan vara av videotyp och anordnad att inhämta en uppsättning bilddata som representerar en bild av svetsen. Bilden överförs till minnesorganet genom processorn. Datorprogrammet införlivas på ett datorläsbart medium och anordnas att styra systemet med att utföra kvalitetsvärderingsmetoden. Det av datorpro- grammet styrda systemet mottar sålunda bilddata, identifie- rar data från de hopfogade plàtarna och svetsdata från nämn- da bilddata, jämför svetsdata med föredragna malldata genom 10 15 20 25 30 35 526 624 att mallen överlagras nämnda svetsdata, beräknar längs med mallens konturlinje den icke överensstämmande konturen mellan mallen och svetsen och utvärderar genom ett poäng- bedömningssystem kvaliteten på svetsen.

En svets beskrivs normalt genom längden på dess två ben från skärningspunkten (roten) längs med var och en av de hopfoga- de plàtarna och tjockleken på halsen. Utifrån bilden bestäms formen på de hopfogade elementen till dimension, orientering och position. Från detta bestäms läget pà skärningspunkten eller roten hos svetsen. Ytan och dimensionen hos den smälta delen av svetsen bestäms sedan genom att jämföra kontraster av bildpunkter i bilden. För att höja kontrasten mellan de olika intressanta områdena hos svetsen kan systemet inne- fatta optiska filtreringsmedel. Filtreringseffekter kan även åstadkomas genom bildbehandling som utförs av processorn.

Vid en föredragen utföringsform bestäms formen hos svetsen genom ett flertal punkter runt svetsformen. Först bestäms roten och ändlägena hos benen. Sedan bestäms halsen genom längden och lutningen från roten hos punkter från var och en av ett flertal lika fördelade vinklar mellan benen. Därefter bestäms inträngningen av svetsen utmed den första hopskar- vade plåten utifrån lägen utmed pà avstånd från varandra placerade linjer normalt mot den första hopfogade plàten.

Likaså bestäms inträngningen utmed den andra hopfogade plàten utifrån på avstånd från varandra liggande linjer normalt mot den andra hopfogade plåten. Vid en föredragen utföringsform definieras bestämningen av svetsen genom roten och de två ändlägena hos benen, ett flertal punkter utmed förstärkningen, den första hopfogade plàten och utmed den andra hopfogade plàten.

Utifrån en bild av en ljusbågssvets finns det huvudsakligen tre intressanta områden. Dessa är formen på de hopfogade plåtarna, formen på svetssträngen och dess smältegenskaper in i de hopfogade plåtarna och bakgrunden. Distinktionen mellan dessa områden görs genom kontrastjämförelse av punk- ter på bägge sidorna av konturlinjer kring dessa områden. 10 15 20 25 30 35 526 624 För att höja kontrasten mellan områdena kan bilden filtre- ras. Vid bestämning av konturlinjen hos ett omràde bestäms punkter utmed en linje som korsar konturlinjen genom läge och genom ljusstyrka (luminans). Dessa punkter kan med för- del vara bildpunkterna hos bilden. Genom att jämföra in- tilliggande bildpunkter utmed korsningslinjen vad gäller luminans bestäms ett kontrastvärde mellan varje par av bild- punkter. Positionen för områdets konturlinje bestäms sedan utifrån det högst kontrastvärdet. Vid osäkerhet ritas lumi- nansen för varje bildpunkt in i ett diagram och konturlinjen bestäms från mittpunkten för den brantaste delen av kurvan.

Mallen är en bild av en idealisk svetsbild för den aktuella svetsningsoperationen. Ett flertal sådana mallar lagras i ett minnesorgan i utvärderingsenheten. I många fall måste mallen avskalas för att passa bilden av svetsfogen. Denna skalning görs automatiskt av utvärderingsenheten. Skalningen och orienteringen av mallen görs emellertid också tillgäng- lig för operatören.

Utvärderingen av kvaliteten på den utförda svetsen àstadkoms genom ett poängbedömningssystem. Områdena med överlappning och områdena med icke överlappning hos den mall som överlag- ras på svetsen beräknas genom värderingsenheten. Dessa om- råden jämförs och utvärdera genom en uppsättning regler som kan ändras av operatören. Maximalt antal poäng kommer att uppnås av den mall som helt och hållet överensstämmer med svetsen. Minimalt antal poäng erhålls om det inte finns någon som helst överensstämmelse mellan mallen och svetsen.

Enligt ett utföringsexempel innehåller en metod att bestämma ett mätt på kvaliteten hos ljusbàgssvetsen, baserad på en uppsättning bilddata som representerar en bild av ljusbågs- svetsen, att identifiera nämnda bilddata till en första datamängd och en andra datamängd, varvid den första data- mängden antas vara svetsdata och den andra datamängden antas vara bakgrundsdata, och att bedöma en form hos ljusbàgssvet- sen baserad på svetsdata. Bilddata omfattar svetsdata och 10 15 20 25 30 35 01 ßä C\ O\ BJ -F> bakgrundsdata. Bedömningen ger ett mätt pa kvaliteten hos svetsen.

Enligt ett ytterligare utföringsexempel omfattar ett dator- program för att analysera en uppsättning bilddata, som re- presenterar en bild av en svets, medel för att separera nämnda svetsdata fràn nämnda bakgrundsdata och medel för att beräkna ytljusheten hos ljusbàgssvetsen baserat pà nämnda svetsdata. Nämnda bilddata omfattar svetsdata och bakgrunds- data. Ytljusheten anger kvaliteten pà svetsen.

FIGURBESKRIVNING Figur 1 Figur 2 Figur 3 Figur 4 Figur 5 är ett blockdiagram över ett system för att analy- sera en svetsbild för att bestämma svetskvaliteten enligt uppfinningen, är en bild av en utförd svets av en svetsfog där konturen hos svetsen bestäms genom ett flertal punkter, är en bild av en mall som representerar en förut- bestämd svetsform, och är en bild av en svetsfog pà vilken ett system av datorrelaterade bestämningstekniker används för att avgöra konturerna hos de olika områdena. är en bild av en ljusbàgssvetsfog med definitioner av intressanta parametrar för kvalitetsbedömning- en.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UTFÖRINGSEXEMPEL Ett datorbaserat system för att utvärdera kvaliteten pà en svets hos ett tvärsnitt av en svetsfog 1 visas i figur l.

Tvärsnittet kan antingen representeras av det naturliga tvärsnittet eller av en bild, sàsom en rasterbild eller en JPEG-bild, av svetsfogen. Systemet innefattar en kamera 2, 10 15 20 25 30 35 Lfl RJ O'\ C\ PJ 4% som kan innefatta en ljuskälla 3 för att belysa bilden.

Kameran kan lämpligen innefatta en videokamera sàsom en DV- kamera. Kameran är ansluten till en utvärderingsenhet 4 som innehåller en processor eller dator. Utvärderingsenheten innefattar en bildenhet 5 för kommunikation med en operatör och ett minnesorgan 6 för lagring av mallar, bilder och da- torprogram. Utvärderingsenheten innefattar också en kommu- nikationslänk 7 för anslutning till ett kommunikationsnät innehållande skrivare, databaser och dylikt.

Enligt uppfinningen representeras svetsprofilen av 26 punkter som visas i figur 2. Bilden visar en första hopfogad plàt 8, i figurens nedre del, och en andra hopfogad plàt 9, riktad uppåt i figuren, visade i gràtt. Vidare visar bilden en svets 10 innefattande svetssträngen och dess smälta delar in i de hopfogade plàtarna visade med vit färg. Slutligen visar bilden bakgrundsdelen 11 i svart färg.

Först maste svetsroten 12 bestämmas som skärningspunkten mellan de tva hopfogade plàtarna. Utmed den först hopfogade plàten betecknas ett första ben 13 fràn roten till den längst till vänster liggande punkten 14 hos svetsen. Ett andra ben 15 betecknas fràn roten utmed den andra hopfogade pláten till den översta punkten 16 hos svetsen i figuren.

Förstärkningen av svetsen definieras av punkter pá linjer vid 0, 15, 30, 45, 60, tvà hopfogade plàtarna. Den smälta delen av den första hop- 75 och 90 grader fràn roten mellan de fogade plåten definieras av àtta punkter pà vinkelräta linjer 17, av vilka sex är pà lika avstànd fràn varandra ut- med det första benet. Den smälta delen av den andra hopfo- gade plàten definieras av àtta punkter pà vinkelräta linjer 18 pà lika avstånd fràn varandra utmed det andra benet.

Videokameran 2 är anordnad för att inhämta en digital bild av svetsen 1. Den digitala bilden inklusive bilddata inne- fattande svetsdata, data för hopfogade plàtar och bakgrunds- data. En metod för att identifiera nämnda bilddata till en första datamängd och en andra datamängd beskrivs nedan, var- vid den första datamängden antas vara svetsdata och den l0 15 20 25 30 35 526 624 andra datamängden antas vara data för hopfogade plátar.

Videokameran 2 kan vara nàgon godtycklig typ av video- eller bildfàngningsanordning, sàsom en digitalkamera eller digital videokamera. I detta utföringsexempel används en digital svartvit videokamera. Alternativt kan en digital färgvideo- kamera användas. Den uppfangade digitala bilden represente- rar svetsen 10 och delarna av den första hopfogade plàten 8 och den andra hopfogade plàten 9. Bilden innefattar ocksa information om bakgrundsdata ll. Alternativt àstadkoms en ljuskälla 3, annan ljuskälla i närheten av svets 1 för att tillhandahålla sàsom en glödlampa, bildbehandlingsljus, eller ljus i tillägg till rumsbelysningen till bilden eller tvär- snittet av svetsfogen sà att en bättre bild kan erhàllas genom Videokameran.

Videokameran är anordnad att tillhandahålla en digital bild- fil eller digitala bilddata till datorn i utvärderingsen- heten för vidare behandling. Datorn innefattar nàgon typ av processor eller signalbehandlingsdon, sàsom en mikroproces- sor, en mikrokontroller, en bärbar dator, en persondator, ett personligt digitalt hjälpmedel osv. Utvärderingsenheten innefattar det nödvändiga minnet, sàsom ett RAM-minne (Random Access Memory), ett ROM-minne (Read-Only Memory), en diskett, någon kombination av dessa osv för lagring av ett mjuk- programmerbart ROM-minne, en härd drivenhet, varuprogram lämpligt för att genomföra svetsanalysstegen.

Minnesorganet är även lämpligt för att lagra data sàsom den digitala bildfilen eller de digitala bilddata som erhållits fràn Videokameran. Datorn omfattar vidare in-utorgan som är nödvändiga för att kommunicera med skärmen och användarin- matningsenheten. Skärmen kan vara vilken typ av skärm som helst för att visa digitala bilddata, diagram, texter och andra data för en mänsklig operatör, och kan vara ett katod- strälerör (CRT), en flytkristallskärm (LCD-skärm), ett touch-pad-interface osv. Användarinmatningsenheten kan vara ett tangentbord, en mus eller annan användarinmatningsenhet.

Datorn är anordnad att behandla bildddata som erhällits fràn videokameran och att tillhandahålla resultaten via en skärm eller genom att spara resultaten till ett minnet. 10 15 20 25 30 35 526 6 PJ 4 l0 Enligt en föredragen utföringsform av uppfinningen är video~ kameran anordnad att tillhandahålla nämnda digitala bilddata via ett nät till en dator för vidare behandling. Nätet kan vara ett godtyckligt kommunikationsmedium sàsom ett lokalt nät (LAN), network, WAN), Internet osv, ett nät för ett vidsträckt omràde (wide area ett Internetprotokollnät sàsom ett intranät, eller andra nät. Videokameran kan sàledes anordnas med ett nätkort lämpligt för kommunikation över nätet till datorn. Alternativt kan videokameran tillföra digitala bilddata till en lokal dator, varvid den lokala datorn är anordnad med ett nätgränssnittsmedel lämpligt för kommunikation via nätet med datorn i utvärderingsenheten.

Vid en utföringsform där en lokal dator används kan en del av eller alla behandlingssteg utföras pà den lokala datorn och de àterstàende stegen utföras av datorn i utvärderingsenheten.

En mall 12 som representerar en förutbestämd bildform av en önskad svets visas i figur 3. Ett flertal sàdana mallar lag- ras i minnesorganet hos utvärderingsenheten. Varje mall är skalbar av operatören för att passa till inträngnings- svetsen.

En bild av en svets som skall undersökas för kvalitetsvär- dering visas i figur 4. Bilden visar principen för att de- finiera tvärlinjer för konturbestämningen. Bilden visar också svetsens A kärna som en likbent triangel inristad i svetsen.

Metoden för kvalitetsvärdering är ett poängbedömningssystem.

Först jämförs utvärderingsbilden med mallen för en förut- bestämd svetsbild. Om bilden fullständigt överensstämmer med mallen blir det maximala poäng. Om det inte är fullständig överensstämmelse finns det ett flertal andra parametrar som mäste tas hänsyn till. I figur 5 definieras en huvuddel av dessa parametrar. Kärnan A hos svetsen har tva likadana ben och en halsstorlek a. Utmed den första pläten finns det en längd zl för ett första smält parti och utmed den andra pläten finns det en längd z2 för ett andra smält parti. 10 15 20 25 30 ll Mellan de tva plàtarna finns det ett mellanrum h4. Det finns en första sidointrängning hl in i den första platen och en andra sidointrängning h2 in i den andra plàten. Mellan plà- tarna finns det ett inträngningsdjup h3. Svetsförstärkningen betecknas genom sin höjd bl och bredd b2. Alla dessa parame- trar definieras av utvärderingssystemet som styrs av dator- programmet och är inblandade i poängbedömningssystemet för att bestäma kvalitetsbedömningen av den svets som skall undersökas.

Medan de ovan illustrerade och beskrivna utföringsexemplen är de som för tillfället föredras skall det förstas att dessa utföringsformer ges enbart som exempel. Andra metoder kan exempelvis användas för att separera svetsdata fràn bak- grundsdata. Vidare kan de här beskrivna metoderna användas för andra tillämpningar där klarheten eller storleken pà bildpunktsomràdena som är förknippade med en digital bild är användbar vid detektering av ett kännetecken hos systemet.

Dessutom behöver inte alla steg vid utföringsexemplen utfö- ras i alla utföringsformer; inte heller behöver de utföras i den angivna specifika ordningen. Följaktligen är föreligg- ande uppfinning inte begränsad till en speciell utförings- form utan kan utvidgas till olika modifikationer som likväl faller inom ramen för de bifogade patentkraven.

Enligt uppfinningen är den beskrivna metoden och det be- skrivna systemet användbart för bestämning av kvaliteten hos andra fogar än ljusbágssvetsfogar. En gassvetsfog kan lika- ledes vara föremàl för sådan utvärdering liksom lödskarvar.

Claims (11)

10 15 20 25 30 35 526 624 12 PATENTKRAV

1. Metod för automatisk utvärdering av kvaliteten pà en svets utifrân en bild av ett tvärsnitt av en svetsfog (l), vilken bild innefattar data för hopfogade plàtar, svetsdata och bakgrundsdata, kännetecknad av att utifràn bilden be- stämma formen och positionen hos den första (8) och andra (9) hopfogade plàten, att utifrån bilden bestämma formen och positionen hos svetsen (10) inklusive svetssträngen och det smälta partiet in i den första och andra hopfogade plàten, att svetsen överlagras av en mall (12) av en förutbestämd svets, och att beräkna områdena med icke överensstämmelse mellan svetsen och mallen.

2. Metod enligt patentkrav 1, varvid konturen hos en form bestäms genom att mäta luminansen hos punkter innanför och utanför formen, definiera par av punkter som har högst kon- trast och placera konturlinjen mellan dessa punkter.

3. Metod enligt patentkrav 2, varvid punkterna som skall mätas anordnas pà lika avstànd fràn varandra pà en linje som korsar formens bard, att rita in luminansvärdet hos de upp- mätta punkterna i en kurva, att definiera den brantaste de- len av kurvan mellan en hög luminans och en lag luminans och att placera konturlinjen pà den brantaste delen mitt emellan den höga och den lága luminansen.

4. Metod enligt patentkrav 3, varvid de linjer som korsar formens bàrd är fördelade lika runt svetsen.

5. Metod enligt nàgot av föregående patentkrav, varvid in- hämtandet av bilddata sker genom användning av en digital videokamera (2).

6. Metod enligt nagot av föregående patentkrav, varvid nämnda bilddata tillhandahålls över ett Internetprotokoll- nät. 10 15 20 25 526 624 13

7. System för utvärdering av kvaliteten hos en svets utifran en bild av ett tvärsnitt av en svetsfog (l), innefattande en utvärderingsenhet (4) som innehåller en processor för att utföra instruktioner fràn ett datorprogram och minnesorgan (6) för lagring av bilder och datorprogram, kännetecknat av att utvärderingsenheten innefattar medel för att bestämma formerna och positionerna hos de hopfogade plàtarna (8, 9) och svetsen (10), ett flertal mallar (12) av förutbestämda svetsar, medel för att överlagra en mall pà svetsen, och medel för att beräkna skillnaden i omràden mellan svetsen och mallen.

8. System enligt patentkrav 7, varvid utvärderingsenheten innefattar en videokamera (2) anordnad att inhämta en upp- sättning bilddata som representerar en bild av svetsen (1).

9. Datorprogramprodukt för utvärdering av kvaliteten pà en svets presenterad som en bild av ett tvärsnitt av en svets- fog, kännetecknad av att datorprogrammet innefattar instruk- tioner för att pàverka en processor hos en dator att utföra metoden enligt nagot av patentkrav 1-6.

10. Datorprogramprodukt enligt patentkrav 9, tillhandahàllen àtminstone delvis över en nät (7) sàsom Internet.

11. Datorläsbart medium innehållande en datorprogramprodukt enligt patentkrav 9.