TWI822209B - 銲接品質檢測裝置 - Google Patents
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Abstract
一種銲接品質檢測裝置，具有一主機、一3D線型雷射三角感測器、一2D掃描相機；該主機內建有一銲道輪廓資料庫及一銲道影像資料庫；該3D線型雷射三角感測器能產生雷射光束並量測一完成銲接加工之工件上預設銲道的表面輪廓剖面形狀，並與該銲道輪廓資料庫內部儲存之各銲道表面輪廓剖面形狀資料進行比對分析，以確認該工件之銲道的表面輪廓剖面形狀是否符合規定；該2D掃描相機可垂直對該工件之銲道上待檢測區域表面取像，並與該銲道影像資料庫內部儲存之各銲道表面影像資料進行比對分析，以確認該工件之銲道表面上的瑕疵是否符合規定。
Description
本發明是有關於銲接品質檢測裝置，尤指一種可量測銲道表面輪廓剖面形狀並檢測銲道表面瑕疵之檢測裝置。
由於鋼結構機械強度良好、施工快速、且成型性極佳，已廣為工業界大量應用，而銲接加工則為常見鋼材結構之間的接合方式，因此銲接品質之檢驗亦越來越受相關業界所重視，一般銲接之銲道的瑕疵判斷基準，常見的有如中華民國CNS、美國AWS或日本JIS。在美國鋼結構協會AWS D1.1[1]中，明確規定不允許任何裂縫、滲透不足、熔合不良、重疊與銲道未填滿等瑕疵，但氣孔、銲蝕與腳長(或喉深)不足則有相關之容許範圍。而目前國內鋼結構銲道目視檢測標準是依據中華民國CNS13021[鋼結構銲道目視檢測法]與CNS 12847[目視檢測法通則]；以上所述各相關標準，可提供鋼結構相關業者於製造、品管及設計或監造等方面的參考及遵循。
傳統對於銲道中裂紋的非破壞檢測技術種類眾多，但就時間、成本及方便性等各方面評估，目視檢測法(Visual Test,VT)是為評估銲接品質及完整性的最直接且最常運用(成本最低)的檢測方法。其係利用簡單的工具配合平鏡面或凸凹鏡片，應用簡單幾何光學原理將所欲檢測物件的影像成比例的放大或縮小，藉以檢測銲道的各種外觀異常，進而可掌握存在於銲道及熱影響區之
銲接瑕疵；然而，此種目視檢測法在實際應用時，除了有大量人力需求外，亦容易造成檢測人員疲勞、檢測速度慢、檢測標準無法維持長時間一致性、因人而異的檢測結果差異等缺失。
近年來人工智慧技術蓬勃發展，在許多領域中皆有優異的應用實績；因此如何能整合自動化取樣與人工智慧技術，提出一種強化型瑕疵檢測能力，包含表面瑕疵與輪廓瑕疵，且可實際應用於製程中進行即時檢測，以適時改善降低成本並提升良率，乃為相關業者所亟待努力的課題。
本發明之主要目的在於提供一種銲接品質檢測裝置，具有一主機、一3D線型雷射三角感測器、一2D掃描相機；該主機具有一銲道輪廓資料庫及一銲道影像資料庫；該3D線型雷射三角感測器能經由雷射光束量測一工件上預設銲道之表面輪廓剖面形狀，並與該銲道輪廓資料庫內部儲存之各銲道的表面輪廓剖面形狀資料進行比對分析，以確認該工件之銲道的表面輪廓剖面形狀是否符合規定；該2D掃描相機可垂直對該銲道上待檢測區域表面取像，並與該銲道影像資料庫內部儲存之各銲道表面影像資料進行比對分析，以確認該工件之銲道表面上的瑕疵是否符合規定；藉由此種整合自動化取樣與人工智慧技術，形成強化瑕疵(包含表面瑕疵與輪廓瑕疵)檢測能力，且可於製程中進行即時檢測，進而達到降低成本並提升良率等功效。
為使本發明的上述目的、功效及特徵可獲致更具體的瞭解，茲依下列附圖說明如下：
1:主機
11:中央處理單元CPU
12:輸入介面
121:操作模組
13:控制介面
14:輸出介面
141:顯示幕
15:警示模組
151:警示燈
152:揚聲器
16:記憶單元
161:銲道輪廓資料庫
162:銲道影像資料庫
2:工件承置機構
21:固定部
211:導軌
22:活動部
221:滾輪
23:角度調整組件
3:3D線型雷射三角感測器
30:雷射光束
4:2D掃描相機
41:鏡頭
410:相機視野範圍
42:光源體
5:位移機構
6:工件
61:銲道
62:瑕疵
第1圖係本發明之整體結構示意圖。
第2圖係第1圖中之A部位的放大示意圖；其揭露了3D線型雷射三角感測器經由雷射光束量測工件上銲道的輪廓，以及2D掃描相機垂直檢測該銲道並使鏡頭之相機視野範圍待檢測之待檢測區域的狀態。
第3圖係本發明該主機與相關連結機構之電路方塊圖。
請參第1至3圖所示，可知本發明之主要結構包括：主機1、工件承置機構2、3D線型雷射三角感測器3、2D掃描相機4等部份；其中該主機1內建一中央處理單元CPU11，該中央處理單元CPU11分別連結一輸入介面12、一控制介面13、一輸出介面14及一記憶單元16；該輸入介面12連結一可輸入操作指令之操作模組121，以控制該中央處理單元CPU11進行相對應之動作，該控制介面13係可受該中央處理單元CPU11控制而操作外部相連之機構，該輸出介面14連結一顯示幕141及一警示模組15，該顯示幕141可顯示該主機1之各種操作狀態及各種量測檢視結果，該警示模組15具有一可產生警示光線之警示燈151及一可產生警示聲音之揚聲器152，該記憶單元16內部設有一銲道輪廓資料庫161及一銲道影像資料庫162，該銲道輪廓資料庫161可經由影像分類進行深度學習，並儲存有各種不同(良好與瑕疵)銲道之表面輪廓剖面形狀資料，該銲道影像資料庫162可經由深度學習而儲存有各種不同(良好與瑕疵)銲道表面影像資料。
該工件承置機構2具有一固定部21及一活動部22，該活動部22係可供承置固定至少一(已完成銲接加工)待測之工件6，該活動部22係能受該主機1之控制介面13操作而產生相對於該固定部21之位移活動；在實際應用時，由於各種加工條件的限制，該工件6上不同之銲道61可能具有不同的表面輪廓剖面形狀，再者，即使是相同道次之銲道61上，在不同部位亦可能具有不同的表面輪廓剖面形狀。
在一個可行的實施例中，該固定部21係可被設置於一角度調整組件23上，該角度調整組件23可受該主機1之控制介面13操作而調整該固定部21之整體傾斜角度；而該固定部21內部具有導軌211，該活動部22設有能伸入該導軌211之滾輪221，藉以使該活動部22能沿該導軌211方向移動。
在實際應用時，該固定部21、活動部22係可相同地為直線延伸形狀，以適用於具有平直表面之工件6上的銲道61檢視需求；而該固定部21、活動部22亦可相同地為圓弧形延伸形狀，以適用於各種具有圓弧形表面(如：圓管、弧形片狀)之工件6上的銲道61檢視需求。
該3D線型雷射三角感測器3係固定於該工件承置機構2之該固定
部21上，且連結於該主機1之輸入介面12，該3D線型雷射三角感測器3能接受該主機1之控制而產生雷射光束30並量測該銲道61之輪廓；當該3D線型雷射三角感測器3經由雷射光束30量測出該銲道61之表面輪廓剖面形狀後，可輸出一銲道表面輪廓感測數據經由該輸入介面12至該中央處理單元CPU11，由該中央處理單元CPU11與該記憶單元16中之銲道輪廓資料庫161所儲存之各銲道表面輪廓剖面形狀資料進行比對分析，藉此得以判斷確認該銲道61之表面輪廓剖面形狀是否符合規定。
該2D掃描相機4係連線於該主機1之輸入介面12，其具有一朝向並保持垂直於該工件6之銲道61的鏡頭41，且該鏡頭41之相機視野範圍(FOV)410至少可涵蓋該銲道61上之待檢測區域；該2D掃描相機4之鏡頭41能接受該主機1之控制而能對該銲道61之待檢測區域表面進行取像，並輸出一銲道表面感測影像經由該輸入介面12至該中央處理單元CPU11，由該中央處理單元CPU11與該記憶單元16中之銲道影像資料庫162儲存之各銲道表面影像資料進行比對分析，進而可確認該工件6之銲道61表面上的瑕疵(如：裂紋)是否符合規定。
在一個可行的實施例中，該2D掃描相機4係可設置於一位移機構5(可為一機械手臂)上，該位移機構5連結於該控制介面13，以便於接受該主機1之操作，而可配合該工件承置機構2移送該待檢測之工件6，使該2D掃描相機4被移送至對應該工件6上不同之銲道61部位，並保持以鏡頭41垂直於該銲道61上待檢測區域表面的狀態；同時，該2D掃描相機4於該鏡頭41之至少局部旁側設有光源體42，藉以產生取像所需之充足照明光線。
於實際應用時，可依待測之工件6的形狀(具有平直或圓弧形狀表面)選擇適當之工件承置機構2，將該工件6固定於該活動部22上，利用該活動部22帶動該工件6產生相對於該固定部21的活動，使固定於該固定部21上之3D線型雷射三角感測器3可逐一量測該工件6上不同之銲道61部位的表面輪廓感測數據，並可與該主機1中之銲道輪廓資料庫161所儲存之各銲道表面輪廓剖面形狀資料進行比對分析；當該工件6之銲道61的表面輪廓剖面形狀有不符合規定的情形時，則經由該警示模組15之警示燈151及揚聲器152分別產生具警示效果之光線及聲音。
然後，該位移機構5可將該2D掃描相機4移送至該工件6之銲道61上方或旁側，使其鏡頭41能朝向並保持垂直於該銲道61上待檢測區域表面，且該鏡頭41之相機視野範圍(FOV)能涵蓋該待檢測區域，同時，利用該光源體42提供充份的照明光線；再由該鏡頭41對該銲道61上待檢測區域表面進行取像，由該主機1對該銲道61上所顯現出的各種可能瑕疵進行標示，並與該主機1之銲道影像資料庫162所儲存之銲道表面影像資料進行比對分析；當該工件6之銲道61的表面上各瑕疵(如：裂紋)有不否符合規定的情形時，則經由該警示模組12之警示燈121及揚聲器122分別產生具警示效果之光線及聲音。
除此之外，在該顯示幕141中可隨時顯示該主機1之各種操作狀態，以及該工件6之銲道61的各種量測檢視結果，以便於操作人員可隨時
掌握整體的檢測流程及結果。
綜合以上所述，本發明之銲接品質檢測裝置確實可達成量測銲道輪廓並檢測銲道表面瑕疵等功效，確實為一具有新穎性及進步性要件之發明，爰依法提出申請發明專利。
1:主機
141:顯示幕
15:警示模組
151:警示燈
152:揚聲器
2:工件承置機構
21:固定部
211:導軌
22:活動部
221:滾輪
23:角度調整組件
3:3D線型雷射三角感測器
4:2D掃描相機
41:鏡頭
42:光源體
5:位移機構
6:工件
61:銲道
Claims (7)
- 一種銲接品質檢測裝置，包括：一主機，具有一中央處理單元CPU、一儲存各種不同銲道表面輪廓剖面形狀資料之銲道輪廓資料庫，以及一儲存不同銲道表面影像資料之銲道影像資料庫；一工件承置機構，係供承置並定位一待測之工件，於該工件上具有經過銲接形成之銲道；一連結於該主機之3D線型雷射三角感測器，設置於該工件周側對應於該銲道的部位，該3D線型雷射三角感測器能受該主機操作而產生雷射光束並量測該銲道之表面輪廓剖面形狀，再輸出一銲道表面輪廓感測數據至該主機，以與該銲道輪廓資料庫儲存之各銲道表面輪廓剖面形狀資料進行比對分析，進而確認該工件之銲道的表面輪廓剖面形狀是否符合規定；一連結於該主機之2D掃描相機，具有一朝向並保持垂直於該銲道上待檢測區域表面之鏡頭，且該鏡頭之相機視野範圍(FOV)能涵蓋該待檢測區域，該2D掃描相機係能受該主機操作而對該銲道之待檢測區域表面進行取像，並輸出一銲道表面感測影像至該主機，以與該銲道影像資料庫儲存之各銲道表面影像資料進行比對分析，進而確認該工件之銲道表面上的瑕疵是否符合規定；其中該2D掃描相機設置於一位移機構上，該位移機構能受該主機之操作控制，以將該2D掃描相機移送至對應該工件上不同之銲道部位，並保持以鏡頭垂直於該銲道上待檢測區域表面的狀態；其中該工件承置機構具有一固定部及一活動部，該活動部能受該主機操作而產生相對於該固定部之位移活動，且該3D線型雷射三角感測器係固定於該固定 部，而該工件係固定於該活動部，該固定部係設置於一角度調整組件上，該角度調整組件能調整該固定部之傾斜角度。
- 如請求項1所述之銲接品質檢測裝置，其中該位移機構為一機械手臂。
- 如請求項1所述之銲接品質檢測裝置，其中該2D掃描相機於該鏡頭之至少局部旁側設有能產生照明光線的光源體。
- 如請求項1所述之銲接品質檢測裝置，其中該主機連結一警示模組，該警示模組具有一揚聲器及一警示燈，能於該工件之銲道輪廓及銲道表面瑕疵異常時，分別產生一警示之聲音及光線。
- 如請求項1所述之銲接品質檢測裝置，其中該主機具有一顯示幕，該顯示幕能顯示該主機之各種操作狀態及量測檢視結果。
- 如請求項1所述之銲接品質檢測裝置，其中該固定部具有導軌，該活動部設有能伸入該導軌之滾輪，使該活動部能沿該導軌方向移動。
- 如請求項1所述之銲接品質檢測裝置，其中該固定部、活動部係相同地選自直線、圓弧形延伸形狀之一。
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| CN103542819A (zh) * | 2012-07-17 | 2014-01-29 | 宝山钢铁股份有限公司 | 一种带钢焊缝表面形貌的检测和质量判定方法 |
| TWM569427U (zh) * | 2018-05-02 | 2018-11-01 | 鍾東霖 | Weld optical instant detection device, and welding optical instant detection, marking and data exchange system including the same |
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