专利名称：探测坡口形状的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种探测坡口形状的设备，更确切地说，它涉及的探测坡口形状的设备处理由成象装置形成的图象影象。
一种公知的探测焊接部分的设备已在下述的日本专利申请公开154771/86号中披露。
(a)使用一种光学观测系统观测电弧;
(b)线会聚光束在电弧焊点形成之前照射到电弧焊点附近的坡口表面上;
(c)光学观测系统这样安置，使得当观测电弧时，上述光学观测系统能够同时地观测到线会聚光的反射光;和(d)电弧图象和照射到坡口上的截光束形成的图象在二维方向上处于探测光束位置的探测器范围内，从而能够使用一种简单的结构同时探测到电弧图象和射到坡口上的截光束形成的图象。
然而，这种公知的探测焊接位置的设备存在一些缺点，其中所需要的照明光源使设备的结构繁琐而且调节困难。此外，还存在由光源发射的照明光和由焊接引起的弧光相混合的可能性。这样会造成照明不均匀并且导致不能令人满意的探测结果。
本发明的目的是提供一种高精度探测坡口形状的设备，该设备不需要特殊的照明光源并能防止电弧的不良影响。
为了完成上述目的，本发明提供了一种探测坡口形状的设备，该设备包括被焊接的金属工件坡口和坡口表面的成象装置;
存储装置，在由上述成象装置形成的图象影象的各象素上存储信息，它以二维方式构成;
积分装置，在上述存储装置中存储器的一个预定方向上对存储在上述存储装置中的各象素上的信息进行积分;
微分装置，在与该存储器预定方向垂直的方向上对积分的信息进行微分;和探测装置，根据在各象素上微分的信息探测坡口和坡口表面的形状信息。
在下面结合附图进行的详细描述中，将会明显地看到本发明的目的和优点。
图1是本发明所述用于探测坡口形状的设备的外形轮廓透视图;
图2是本发明的焊炬和成象装置位置关系的侧视图;
图3是按照本发明所述信号处理装置的结构方框图;
图4是本发明所述探测坡口形状的设备的工作流程图;
图5表示根据本发明所述被焊接的金属工件的坡口视图;
图6表示当由本发明的成象装置形成坡口图象时的典型图象视图;
图7表示在与本发明焊接线垂直方向上亮度的分布图;
图8表示按照本发明在与焊接线垂直的方向上积分亮度的分布图;
图9表示通过对积分亮度的分布进行微分所得微分亮度的分布图;
图10用于解释本发明的积分;和图11用于解释本发明的微分。
参照图1和图2说明本发明所述探测坡口形状的设备的整体结构。
图1表示本发明所述探测坡口形状的设备外形轮廓透视图。图2表示本发明所述焊炬和成象装置位置关系的侧视图。将二维成象装置12置于箭头符号FA所示焊炬10的运动方向上。把一个熄弧滤光器设置在成象装置12的光束入射一侧。成象装置12所处的位置应能使该装置形成被焊接金属工件16的坡口18和坡口表面20的影象，所述工件位于熔池前10-30毫米处刚好在焊炬10的下方。由于成象时用弧光照明，因此不需要任何特殊的照明装置。空气喷咀22置于焊炬10和成象装置12之间。空气喷咀22的端部朝着成象装置12的成象区域开着。焊接时产生的烟尘被空气喷咀22吹出的空气驱散。结果，能够形成一幅良好的影象。成象装置12的成象输出是图象影象信号，它被输入到信号处理装置24中。信号处理装置24由微型计算机26和存储器28组成。在信号处理装置24中，进行特定区域的预定影象处理并探测焊线位置、坡口中心和根部缝隙的宽度。将信号处理装置24中的处理结果延迟对应图2所示距离L的一段时间后输入到焊接控制装置30中。焊接控制装置30控制焊接电流、弧电压、焊着量和焊接速度等等。
图3是本发明信号处理装置的结构方框图。成象装置12的图象影象信号输入到控制部分32中。控制部分32分别与存储器28和处理部分34相连接。处理部分34由积分装置36、微分装置38、探测装置40和计算装置42组成。
控制部分32具有在图象影象信号经过A/D转换之后将输入的图象影象信号存储在存储器28中的功能，而且还具有从存储器28读出预定区域的数据和延迟输出数据到焊接控制装置30中的功能。延迟的时间对应于图2所示的距离L。存储器28以二维方式构成。光亮度或光量通过指定坐标值X和Y被探测出来。
在积分装置36中，通过累加排列在存储器28的预定方向上的各象素的亮度进行积分。进行积分处理的原因是为了减少由于调整图象影象的轮廓而引起的噪声影响。
微分装置38的任务是通过对积分的图象影象进行微分取出图象影象的轮廓。
探测装置40和计算装置42的目的在于从微分的图象影象获得坡口18的形状信息。探测装置40设有限制器44。设置限制器44是为了控制由于探测错误引起探测位置的大的变动。
在最佳实施例中，使用弧光作为照明光源。因此，成象装置12的对象-坡口18的光强是不稳定的和不断变化的。由于这个原因，图象影象不采用二进制(binalizing)处理方式，而采用积分和微分处理。
接下来参考图4至图11对本发明所述用于探测坡口形状的设备的工作过程进行说明。
图4是本发明所述用于探测坡口形状的设备的工作流程图。
步骤A(初始调整)进行初始调整，使坡口18进入成象装置的范围内。在成象装置12中，对应于图5所示被焊金属工件16的坡口18获得如图6所示的图象影象。
步骤B(图象影象的输入)由成象装置12形成的坡口18的图象影象信号由控制部分进行A/D转换，再存储到存储器28中。在控制部分32中，仅仅把用虚线限定的区域作为处理区域。把该区域中的象素数据从存储器28读出并接着进行信号处理。
步骤C(积分)相对于各象素的亮度，用积分装置36进行位置积分。图7表示每个象素在相应的坐标值X处的亮度数据。如图7所示，在开口表面20处亮度高，而在其它位置亮度低。然而，由于光噪声的影响，要想满意地探测根部缝隙的边缘GA和GB以及肩部KA和KB是困难的。因此，进行了如图10所示的位置积分。图10解释了本发明的积分，这种积分是通过在X方向上相同的Y坐标处叠加亮度数据进行的。例如，象素Q1的积分值是通过累加各象素Q11到Q15的亮度而得到的。各象素Q2、Q3、Q4……的积分值也能以相同方式得到。X方向的位置积分是在相对于图6中虚线标出的指定区域进行的，而且得到图8所示亮度的积分数据。这种积分能够相对于X方向调整图象影象轮廓并相对降低了光学噪声级。
步骤D(微分)通过微分装置38对上述积分数据进行微分。如图11所示，微分是通过找出两个象素(QA、QB)间的亮度差(QA-QB)来进行的，这两个象素之一位于某一选定的象素的左边第二个位置上;而另一个象素位于该象素的右边第二个位置上。这样，QA和QB之间的差就成为QD。以上述方式得到的微分数据如图9所示。对应根部缝隙的边缘GA和GB以及肩部KA和KB有多个尖峰被清晰地指示出来。
步骤E(探测、测量)以上述方式得到的微分亮度数据为准，可探测到根部缝隙边缘GA和GB以及肩部KA和KB的位置，并可测量出根部缝隙的宽度。也就是说，找到各象素的位置，它们的积分值指示对应于图6中虚线所示区域的最大值，并且探测出根部缝隙的边缘GA和GB以及肩部KA和KB的位置。设置限制器44以便使微分值最大的各象素能对应根部缝隙边缘GA和GB以及肩部KA和KB的位置，而且被探测位置不存在大的变动。即使最大值象素被损伤也无妨。限制器44预定一个被测位置的范围并吸收超出设定值位置的变动。然后，基于根部缝隙边缘GA和GB的位置测量出根部缝隙的宽度。
步骤F(计算)在利用预定转换公式测得根部缝隙宽度的基础上，通过计算装置42处理得出焊接电流指令值和焊接速度。
步骤G(输出)焊接电流指令值、焊接速度等数据，一经被存入存储器28之后，并延迟一段时间从控制部分32输出到焊接控制装置30中。成象位置和焊接位置间的距离差值L被消除。因此，对应焊炬10正下方的根部缝隙发出焊接电流指令和焊接速度指令。
步骤H(完成焊接)当所有的焊接完成时，重复并完成步骤A-G的操作。
下面将描述本发明的最佳实施例的效果。
(a)由于形成的图象影象在它们的预定范围内进行处理，因而能获得处理形成的图象影象的快速和稳定性。
(b)利用焊弧作为坡口部分的照明光。然而，由于信号处理采用了积分和微分从而减少噪声的影响，并且能够探测到根部缝隙和肩部的位置。
(c)在根部缝隙和肩部位置的探测中，不可能出现大的误差，这是由于根部缝隙和肩部的位置是在其预定范围内探测和限定的。
(d)由于数据的输入已考虑到影象形成的位置和焊接位置之间的差异，因此焊接条件能很好地与根部缝隙的宽度相适应。
本发明将不受上述最佳实施例的限制。例如，作为一种积分，邻近各象素亮度的位置积分可同时进行。然而，也可以对各相同的象素随时间进行积分。此外，上述信号处理也可以通过使用计算机软件来完成。然而，该信号处理要借助专用电路组成的硬件来实施。
权利要求
1.一种探测坡口形状的设备，它包括使用焊弧作为照明光源，形成被焊金属工件坡口和坡口表面图象影象的装置；存储装置，在上述图象影象形成装置的图象影象的各象素上存储信息，它以二维方式构成；积分装置，在上述存储装置中的存储器的一个预定方向上，对存储在上述存储装置中的各象素上的信息进行积分；微分装置，在与存储器预定方向垂直的方向上，对积分信息进行微分；探测装置，根据各象素上的微分信息探测出坡口和坡口表面形状的信息。
2.按照权利要求1所述的探测坡口形状的设备，其特征在于上述积分包括在焊线方向上对各象素的亮度进行积分。
3.按照权利要求1所述的探测坡口形状的设备，其特征在于上述积分包括仅对储存在上述存储装置中存储器预定方向上的根部缝隙和肩部部分的各象素上的信息进行积分。
4.按照权利要求1所述的探测坡口形状的设备，其特征在于上述微分包括在垂直于焊线方向上对积分的各象素亮度进行微分。
5.按照权利要求1所述的探测坡口形状的设备，其特征在于上述探测包括探测有最大微分值的各象素作为根部缝隙和肩部的位置。
6.按照权利要求5所述的探测坡口形状的设备，其特征在于上述的被探测的根部缝隙和肩部的位置包括受限制器的限制。
7.按照权利要求1所述的探测坡口形状的设备，其特征在于还包括根据坡口和坡口表面形状的信息计算焊接电流指令值和焊接速度指令值的装置。
8.按照权利要求1所述的探测坡口形状的设备，其特征在于上述成象装置具有一个开口朝向成象区域的空气喷咀。
全文摘要
探测坡口形状的设备包括使用焊弧作为照明光形成被焊接金属工件的坡口和其表面的图象影象装置；存储装置，在成象影象装置形成图象的各象素上存储信息；积分装置，对存储在存储装置中存储器的预定方向上的各象素的信息积分；微分装置，在与存储器预定方向垂直的方向上，对积分信息微分；和探测装置，根据各象素上的微分信息探测坡口和其表面形状。及一处理装置，得出焊接电流和速度的指令值；一开口朝向成象区的空气喷嘴。
文档编号B23K9/127GK1040943SQ88107579
公开日1990年4月4日 申请日期1988年9月9日 优先权日1988年9月9日
发明者杉谷祐司, 勘定義弘, 西村隆则 申请人:日本钢管株式会社