焊接视像与控制系统的制作方法
背景
总体上，焊接是指将材料(例如，金属)件通过致使材料熔合而以永久方式连结在一起的制造工艺。相邻金属材料件的这种熔合要求足以熔化金属的能量。弧焊是典型的焊接方法，其中，熔化金属所必需的能量是由这些金属件中的至少一个金属件与金属电极之间的高电压电弧提供的，所述金属电极在电弧从所述电极中出现的点处缓慢地熔化掉，从而产生电极金属熔池，所述熔池与这些相邻金属件熔合在一起。当熔池中的金属以及相邻金属件冷却时，熔合的金属固化，从而创建将这两个金属件永久连结在一起的焊接联结。经年来，焊接系统和技术持续在改善。例如，气体保护钨极电弧焊(tig)使用非消耗性钨电极来产生焊接。而且，气体保护金属极电弧焊(mig)使用以可调速率将电极焊丝送入焊接区中的送丝枪，并且一些这样的焊接工艺随着在电极焊丝的起弧远端处形成熔化的电极焊丝液滴使得电极焊丝朝向和背离熔融熔池往复移动。已经开发了一些种类的有限的自动化焊接系统，这些系统降低了在许多工业焊接环境中对于手动焊接的必需性。mig和tig焊接系统中的电源的改进也得到了容易使用且产生高品质焊接的焊机。
在电弧焊接中产生使金属熔化所必需的热量的电弧还产生了非常强的、高能量的辐射发射，例如极亮的可见光、紫外辐射、以及红外辐射。这样的辐射如此强而使得人不能看向正在进行的电弧焊接过程，否则具有非常高的闪光灼伤风险，其中高强度的紫外辐射造成角膜的炎症并且可能烧伤人眼的视网膜。因此，焊工必须佩戴具有暗色、过滤紫外线的脸罩板的护目镜或焊接头盔以防止这样的眼睛伤害。这样的脸罩板如此暗，而使得人不能透过它们看到正常的可见光，因此焊工在不焊接时必须取下头盔才能看见、但必须确保在激发焊弧来开始焊接之前所述脸罩板就位以便保护眼睛。更近年来，对于焊工的头盔已经开发了在曝露于强紫外光时立即变暗的脸罩板。
技术实现要素：
一种用于电弧焊接系统的焊接视像与控制系统，其中所述电弧焊接系统被来自焊接电源的周期性电力波形供电以便在焊接区域中在工件上产生焊珠，所述焊接视像与控制系统包括：(i)相机，所述相机具有聚焦在所述焊接区域上或所述焊接区域中的特征上的光传感器阵列，所述相机响应于曝光开始控制信号来使得所述光传感器阵列对从所述焊接区域、或从所述焊接区域中的特征发出或反射的光能曝光以便产生所述焊接区域的、或所述焊接区域中的所述特征的一系列原始图像；以及(ii)视像系统控制器，所述视像系统控制器在周期性电力波形上的预定触发点处向所述相机生成所述曝光开始控制信号。在一个实施例中，所述视像系统控制器感测所述周期性电力波形中的电气特性何时与曝光开始阈值相匹配、并且作为响应向所述相机生成所述曝光开始控制信号。在另一个实施例中，所述焊接电源在所述周期性电力波形上的预定触发点向所述相机提供所述曝光开始控制信号以便开始所述曝光。在另一个实施例中，所述焊接电源向所述视像系统控制器提供与所述周期性电力波形上的预定触发点相对应的触发信号，并且响应于所述触发信号，所述视像系统控制器向所述相机生成所述曝光开始控制信号。在另一个实施例中，所述周期性电力波形上的预定触发点是手动或自动可变的。
一种用于在由周期性电力波形供电的焊接过程中创建焊接区域的、或所述焊接区域中的特征的一系列原始图像的方法，在所述周期性电力波形中电气特性周期性地变化，所述方法包括：(i)将相机聚焦在所述焊接区域上或所述焊接区域中的所述特征上；并且(ii)在所述周期性电力波形的预定阶段触发所述相机使得所述相机中的光传感器阵列对从所述焊接区域、或所述焊接区域中的所述特征发出或反射的光能曝光一系列的曝光时间段，以便创建所述焊接区域的、或所述焊接区域中的所述特征的所述原始图像。
一种用于在由周期性电力波形供电的焊接过程中查看焊接区域中的特定特征的方法，在所述周期性电力波形过程中电气特性周期性地变化，所述方法包括：(i)将相机聚焦在所述焊接区域上，其中所述相机响应于曝光开始控制信号来开始使得所述相机中的光传感器阵列对从所述焊接区域中的所述特征发出或反射的光能曝光一系列曝光时间段；(ii)在这些时间段期间在所述周期性电力波形的第一阶段生成所述曝光开始控制信号以便使得所述光传感器阵列对从所述焊接区域发出或反射的光能曝光，从而产生来自所述系列曝光时间段的一系列合成图像；(iii)将所述特征的所述系列合成图像串流到显示装置以用于对所述焊接区域中的特征加以如所述特征在所述周期性电力波形的所述第一阶段期间所存在地视频显示；并且(iv)改变这些曝光时间段使之在所述周期性电力波形的不同阶段出现，直到这些曝光时间段出现在所述特定特征存在的阶段中，从而使得所述特定特征被示出在所述视频显示中的所述系列合成图像中。
因此本发明的实施例可以包括一种用于从相机产生的一系列合成图像来生成焊接过程的视频的方法，所述方法包括：对视频相机的第一操作模式应用多个操作参数以便生成所述焊接过程的多组单一图像；使用由执行所述焊接过程的电弧焊机创建的波形来通过以下方式将所述多组单一图像与所述焊接过程同步：响应于所述操作参数在所述波形上的第一组位置处提供多个第一触发脉冲，这些第一触发脉冲被用于打开所述相机的快门从而使得所述多组单一图像中的任何给定组中的每张所述单一图像在其他组的所述单一图像中具有在所述波形上的基本上相同位置被触发的对应图像；响应于所述操作参数在所述波形上的第二组位置处提供多个第二触发脉冲，这些第二触发脉冲被用于关闭所述相机上的所述快门从而使得所述多组单一图像中的任何给定组中的每张所述单一图像在其他组的所述单一图像中具有与之具有基本上相同曝光时间段的对应图像；通过将所述多组单一图像中的所述单一图像进行组合来创建所述组合图像，从而从所述多组单一图像创建所述系列组合图像；从所述系列组合图像生成所述焊接过程的所述视频；分析所述焊接过程的所述视频以便提供对所述焊接过程的分析；响应于所述分析来修改所述焊接过程。
本发明的实施例可以进一步包括一种用于生成焊接过程的视频的系统，所述系统包括：送丝焊机，所述送丝焊机将多个金属焊接件进行焊接以产生焊缝；焊接电源，所述焊接电源产生被施加至所述焊机的电源波形；具有快门的相机，所述相机被对齐以便响应性地生成所述焊接过程的多组单一图像；控制器，所述控制器感测所述电源波形并且在所述波形上的第一组位置处产生多个第一触发脉冲，这些第一触发脉冲被用于打开所述相机上的所述快门从而使得所述多组单一图像中的任何给定组中的每张所述单一图像都在所述多组单一图像中具有在所述波形上的基本上相同位置被触发的对应图像；并且在所述波形上的第二组位置处产生多个第二触发脉冲，这些第二触发脉冲被用于关闭所述相机上的所述快门从而使得所述多组单一图像中的任何给定组中的每张所述单一图像都在所述多组单一图像中具有在所述波形上的所述基本上相同位置开始的、基本上相等的曝光时间段的对应图像；所述控制器进行逻辑运算来组合每组单一图像中的单一图像，以产生适合于显示和分析的组合图像。
附图说明
图1是焊接视像与控制系统的示例性实施例的示意性框图；
图1a是焊接系统的焊接区域的放大透视图；
图2是使用单一阈值触发点的示例性渐进曝光技术的图解视图；
图3是具有从阈值延迟的触发点的示例性渐进曝光技术的图解视图；
图4是利用可变触发延迟量的示例性恒定曝光技术的图解视图；
图5是利用可变触发延迟量的示例性可变曝光技术的图解视图；
图6a是展示图1的示例性焊接视像与控制系统的操作的流程图；
图6b是展示视像系统控制器的操作的流程图；
图7展示了用于开始相机中的曝光的示例性系统；
图8是可以用于将来自如图2-5中所示的每次曝光的像素流在时间上对齐的示例性系统的图解展示；
图9是图像组合器的示例性实施例的框图展示；
图9a是用于选择非饱和或非暗像素的示例性系统的图解展示；
图9b是示例性亮范围像素选择系统的图解展示；
图9c是示例性暗范围像素选择系统的图解展示；
图10是用于创建合成图像的示例性原始图像合并的图解视图；
图11是示例性的像素时间对齐系统的图解视图；
图12a是展示示例性dc形电力波形和对应于所述电力波形的阶段的示例性焊接现象的图；
图12b、12c和12d是展示示例性基于阶段的成像系统的图；并且
图13是示例性手动焊接视像系统的图解展示。
具体实施方式
在图1中以示意性框图展示了焊接视像与控制系统100，所述焊接视像与控制系统能够创建、合并以及显示焊接过程的图像、例如合成图像140，并且能够使用这样的图像来对所述焊接过程进行反馈和控制。所述示例性焊接视像与控制系统100在图1中被展示为具有示例性电弧焊接系统102，例如气体保护金属极电弧焊(mig)系统。然而，焊接视像与控制系统100也可以用于其他焊接系统，例如手动金属极电弧焊(通常也称为棒焊)、药芯焊丝电弧焊、埋弧焊、气体保护钨极(tig)焊接、焊丝往复运动、冷金属过渡(cmt)、以及其他。在示例性的mig电弧焊接系统102中，由送丝机构120将金属丝电极106从焊丝供应源118经过焊机喷嘴104中的尖端(不可见)送入焊接区域109中，在所述焊接区域中将两个金属件、例如金属工件110、112焊接在一起。焊接电源122产生波形136，所述波形电连接至丝电极106。金属工件110、112被电接地到焊接电源122，因此电源122提供的电压在丝电极106与这些金属工件110、112之间产生电弧107。电弧107在丝电极106与金属工件110、112之间产生了导电的等离子体108。持续施加电压维持了大电流流经丝电极106的远端与工件110、112之间的等离子体108，这产生了足以熔化丝电极106的远端处的金属以及工件110、112中的一些金属的热量，电流在丝电极106以及工件中聚集，由此在工件110、112中创造熔化区113。从丝电极106的远端熔化的金属的液滴121(图1a)形成了金属熔池111，所述金属熔池与工件110、112的熔化区113熔合在一起，同时气体供送器116引导惰性或半惰性保护气体从气体供应源114流经焊机喷嘴104以保护焊接部位免于污染。随着焊机喷嘴104和丝电极106沿箭头105的方式移动，留在焊接熔池111和熔化区113中的金属冷却并固化从而形成固体金属焊珠103，所述固体金属焊珠将这两个工件110、112永久连结在一起。
在示例性mig焊接系统102中穿过等离子体108的电弧107和电流就像其他电弧焊接系统中一样产生高强度的电磁辐射，例如，极亮的可见光、紫外辐射和红外辐射。这样的辐射如此强而使得人不能看向正在进行的电弧焊接过程的焊接区域109，否则具有非常高的损伤人眼(例如闪光灼伤)的风险，其中高强度的紫外辐射造成角膜的炎症并且可能烧伤视网膜。因此，焊工必须佩戴具有暗色、过滤紫外线的脸罩板的焊接护目镜或头盔(图1中未示出)以防止眼睛伤害。这样的脸罩板如此暗，而使得人不能透过它们看到正常的可见光。因此焊工在不焊接时必须取下头盔才能看见、但必须确保在激发焊弧来开始焊接之前所述脸罩板就位来保护眼睛，以便将最强的可见光和紫外辐射衰减到人眼可接受的较低强度水平。人可以看见仍穿过所述暗的护目镜或脸罩板的最亮部分剩下的光以及正在进行的焊接过程的特征，例如电弧107和等离子体108，但是没有发出或反射这样的强辐射的其他特征，例如在冷却的焊珠103、熔化区113的外边缘、以及在焊接区域109中金属工件110、112的相邻部分，透过这样的暗护目镜或脸罩板是根本看不见的。因此，限制了人看见以及实时评估焊接区域109的所有这些特征和过程以便指导焊接过程、进行评估或质量控制的能力。类似地，常规的相机不具有为了同时捕捉焊接区域109中的最亮特征以及焊接区域109中的较暗特征的图像、尤其是随着焊接过程的发生来实时显示这些特征而必需的动态范围。应允许足够的光进入相机的光传感器阵列或照相胶片以捕捉焊接区域中的较暗特征的光圈设置还将允许来自最亮特征的如此多的高强度光进入，以致于这样的高强度光使得所述胶片或光传感器阵列的、被曝光于所述最亮光中的部分变饱和，由此使得所捕捉的焊接区域109图像的那些部分无意义并且无用，而衰减足够的光以避免图像传感器或胶片被最亮光造成饱和的光圈设置将无法能使这些图像传感器或胶片捕捉到焊接区域109的较暗部分的图像。
相比之下，图1中所示并且在下文更详细描述的示例性焊接视像与控制系统100创建合成图像，所述合成图像随着焊接过程的进行以人容易看到的可见光范围来实时地显示焊接区域109中的所有特征、并且可以被处理并用于自动焊机控制以便监测和优化焊接品质。例如，可以查看由示例性焊接视像与控制系统100产生的合成图像以便监测和评估焊接过程、以及调整焊接参数，例如，示例性电弧焊接系统102的电压和/或电流、焊接喷嘴104和尖端(在图1中不可见)相对于工件110、112的位置和速度、将消耗性丝电极106送入焊接区域109中的速率、焊接熔池111的大小、以及可以改进焊接系统102创建的焊缝的其他参数。可以调整这些参数的用户可以查看这些合成图像，或者可以用能够自动调整焊接过程的参数的机器视像与模式识别技术来处理这些合成图像。所创建的合成图像也可以用于手动焊接中。例如，如图13中所示并且在下文更详细解释的，在手动焊接中使用的焊接头盔具体装备有显示器，所述显示器允许焊工随着焊珠103的形成实时地查看焊接区域109的包括所有特征在内的合成图像，这些特征是例如焊机喷嘴104、丝电极106、电弧107、等离子体108、焊接熔池111、熔化区113、以及工件110、112的相邻部分。这些能力是通过创建更广的可见光谱或图像的高动态范围、通过将以不同的曝光、在不同阶段并且在电源波形136期间持续不同时间段而电气地捕捉的独立图像进行合并(组合)来实现的，如下文更详细解释的。这些合成图像也可以是分阶段的，以便实时地隔离和显示焊接区域109中的一个或多个特定特征，例如在丝电极106与焊接熔池111之间的一个或多个位置这种由消耗性丝电极106形成的熔化金属的液体121，如下文将更详细描述的。
继续参见图1，可以控制焊接电源122来根据正在焊接的具体金属、正在使用的电极、所希望的焊接特性、环境影响等等输出具有不同电气参数的波形136，这些电气参数是例如电流、电压、阻抗、频率、波形形状等等。可以针对这些以及其他参数独立地控制焊接电源122，或者可以由视像系统控制器124进行控制，如图1中的链路125所示。视像系统控制器124可以包括可编程计算机或一系列逻辑电路例如fpga或状态机设备、可以接收来自焊接电源122的信号(如控制链路125所示)，例如指示电源波形136或电源波形136中的触发点的信号，如下文将更详细解释的。视像系统控制器124还可以从电源波形136、例如从电压或电流检测器123获得输入，如图1中的链路148所示。适合于此应用的电压传感器和电流检测器是普遍已知的且可商购的。视像系统控制器124还可以连接至机器人系统控制器142上，所述机器人系统控制器向多个机器人系统致动器144生成控制信号，这些机器人系统致动器将焊机喷嘴104和电极106相对于工件110、112进行移动和移位。提供了适当的机械联动装置146来将这些机器人系统致动器144连接至焊机喷嘴104、电极106、以及电弧焊接系统102的其他部件上，如本领域技术人员所理解的，因此关于这样的联动装置146和致动器144的进一步描述对于理解本发明而言是不需的。用户界面128连接至视像系统控制器124上，以用于将控制信号输入至视像系统控制器124以便配置所述焊接电源122来提供所希望的波形136、并且以便配置所述机器人系统控制器142来提供所希望的输入至这些机器人系统致动器144。这种连接可以是硬接线连接或无线连接。机器人系统控制器142可以是单独的单元或是视像系统控制器124的一部分。
数字相机126被定位成与电弧焊接系统102相邻，其中它可以聚焦在焊接区域109中的一个或多个特征上，例如电弧107上，并且与丝电极106和焊接熔池111相邻，或者聚焦在整个焊接区域109上，所述焊接区域中定位了其中一些或所有这样的特征。若希望的话还可以使用可选的第二数字相机127来进行立体成像，例如下文关于图13中展示的手动焊接系统1300的相机1306所描述的。应用于相机126的相机控制、照明、相机126的原始图像产生、用于由原始图像来创建合成图像的技术、以及其他的信息和说明也适用于可选的第二相机127。数字相机126被控制来创建焊接区域109中的特征的原始图像，这些特征是例如焊机喷嘴104、焊机丝电极106、电弧107、等离子体108、液滴121(图1a)、焊接熔池111、熔化区113、焊珠103、以及工件110、112的相邻部分。在一个实施例中，数字相机126被来自视像系统控制器124的信号控制(如图1中的相机控制链路129所示)来使得数字相机126中的光传感器阵列对从焊接区域109中的此类特征发出或反射的光曝光。在另一个实施例中，数字相机被来自焊接电源122的信号控制(如图1中的可选相机控制链路129′所示)来使得数字相机126中的光传感器阵列对从焊接区域109中的此类特征发出或反射的光曝光。如下文更详细解释的，使用不同的曝光来生成焊接以及周围区域的不同原始图像，在控制器124中将这些图像合并(组合)在一起以创建组合图像、例如合成图像140，可以在用户界面128处或任何其他位置处的显示装置138上查看所述合成图像。这些原始图像示出了在不同的曝光下所述焊接区域109中的特征。通过将具有不同曝光的图像进行组合，就可以以高动态范围在合成图像中同时显示和查看所述焊接区域109中的所有或选定的特征，而焊接区域109的一些特征可能太亮并且其他可能太暗而使得光传感器阵列不能在来自一次曝光的一张单一图像中捕捉到。例如，由于从焊接区域109中的这些不同特征发出或反射的不同光强度，一次曝光可能能够使相机126中的光传感器阵列(未示出)相当高效地捕捉到电弧107的原始图像，而另一次曝光可能能够使相机126中的光传感器阵列更有效地捕捉到在丝电极106的熔化远端处产生的熔化金属液滴121的原始图像。又一次曝光可能能够使相机126的光传感器阵列捕捉到焊接熔池111和熔化区113的原始图像，而又另一次曝光可能能够使相机126的图像传感器捕捉到其他外围特征例如工件110、112的相邻部分以及固化的焊珠103的原始图像。通过将这些不同原始图像合并成合成图像，就可以在所得的合成图像、例如图1的合成图像140中显示焊接区域109中的所有或选定的重要特征。安装在相机126上的灯134(可选的相机127上的灯135)可以在希望时帮助照亮背景或外围特征，例如焊接件110、112和固化的焊珠103，并且可以减少为了在原始图像中捕捉到这样的背景特征而必需的所需曝光时间。
图2展示了用于将相机126的光传感器阵列(未示出)向焊接区域109(图1)曝光的示例性曝光技术200。在这种示例性曝光技术200中，在电源波形上的相应开始触发点228、240、252、264、232、244、256、268、236、248、260、272触发相机126的光传感器阵列持续相继的曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、208、214、220、226地对从焊接区域109或焊接区域109中的特定特征发出或反射的光能的一系列曝光，以便产生一系列相应的原始图像204′、210′、216′、222′、206′、212′、218′、208′、214′、220′、226′，这些图像被用于创建合成图像253、255、257。如上文提到的，可以对这样的合成图像253、255、257进行处理以用于显示，例如在图1中的显示装置138中示出的合成图像140，或用于对图1中的示例性电弧焊接系统102进行自动控制。图2中的示例性曝光技术200中展示的电力波形136(图1)的类型是周期性电力波形202。所述示例性周期性电力波形202是正弦的，这便于描述此曝光技术200的原理，但脉冲ac或dc电力波形，包括具有定制化或专门化的升高、峰值、背景、和收尾斜率和幅值的信号，也常用于许多现代的焊接系统中，并且此曝光技术200适合于且可用于这样的脉冲电力波形，如本领域技术人员一旦理解了本技术的原理之后就应理解的。在图12a、12b和12c中示出了将这种技术应用于周期性dc脉冲电力波形的一个实例并且将在下文更详细地描述。
在图2的示例性电力波形202的时间图表中，时间(t)沿着横坐标(水平)轴延伸，而电压(v)在纵向方向、即纵轴上示出。在此示例性曝光技术200中，使用波形202上的单一阈值电压水平(例如，在开始触发点228、240、252、264、232、244、256、268、236、248、260、和272处的示例性电压水平)来开始(触发)使得相机126的光传感器阵列(图1)对从焊接区域109发出和反射的光曝光，由此相机126获取焊接区域109的、或焊接区域109中的特定特征的原始图像，如下文更详细解释的。本领域技术人员了解电子相机的技术和实现方式，因此关于相机126(图1)的细节的扩展解释对于理解本曝光触发技术而言不是必须的。只要提及以下内容就足够了：所想到的电子相机具有典型地二维光传感器阵列(典型地cmos或ccd传感器)、常称为光传感器阵列，所述阵列在对从物体(例如，焊接区域109或焊接区域109中的特征)发出或反射的光曝光时将来自所述物体的光能转化成像素阵列格式的原始图像(例如，原始图像204′、210′、216′、222′、206′、212′、218′、208′、214′、220′、226′)，在所述像素阵列格式中，像素阵列中的每个像素具有电气性质(例如，电压、电流、电阻等等)的像素值，所述像素值指示了在曝光期间被所述光传感器阵列中的每个光传感器吸收的光能。因此，所述光传感器阵列产生具有像素值的电子像素阵列，这些像素值代表从物体发出或反射的不同光强度。可以对这样的像素阵列进行处理以创建所述物体的视像图像。光传感器阵列对从物体发出或反射的光的曝光时间可以由机械快门来控制，所述机械快门将光圈物理地打开或关闭所希望的时间段；或者由快门等效功能来控制，例如，将像素单元电荷电气地转移至被遮盖的成对物中。还可以使用其他电子快门等效技术来开始和终止曝光时间段、或光能吸收时间段。因此，虽然本领域技术人员会将关于打开和关闭快门来开始和终止曝光时间的内容理解为也描述了电子快门的操作，但更一般性的描述是开始和终止曝光。因此，对于快门或快门等效操作的说明是等效的并且可以互换地使用。在图2中，展示了多个示例性曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、和226。这些示例性曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、和226具有相应的开始触发点228、240、252、264、232、244、256、268、236、248、260、和272以及在230、242、254、266、234、246、268、270、238、250、262、和274处的相应终止触发点。
在图2中的示例性曝光技术200的一个示例性实现方式中，在此示例性实现方式中用于控制相机126的视像系统控制器124连接至焊接电源122上(例如，经由图1中的链路125)或电力波形传感器123上(例如，经由图1中的链路148)，以便监测图1中的电力波形136中的变化的电气特性，例如电压或电流水平，在图2的实例中电力波形是正弦电力波形202。当在电力波形202中检测到预定电压或电流阈值时，视像系统控制器124向相机126生成开始控制信号，以便开始使得相机126中的光传感器阵列对从焊接区域109或从焊接区域109中的特征发出或反射的光能曝光。实际上，所述阈值可以是电压阈值、电流阈值、阻抗阈值、或电力波形202中的其他参数，但为了方便和简洁，图2的图表是电力波形202的电压对比时间的图表，应理解的是它也可以是另一个电气特性。相应地，随着电力波形202上的电压增大，它到达开始阈值电压水平，例如在开始触发点228、240、252、264、232、244、256、268、236、248、260和272处展示的开始阈值电压水平。所述视像系统控制器检测何时达到这些开始阈值电压值以及电力波形202上的电压何时在增大、并且作为响应而向相机126生成开始控制信号，如上文阐述的。检测开始阈值电压水平可以通过使用简单的比较电路来完成，其中在视像系统控制器124中将检测到的电压与开始阈值电压值进行比较，以便在电力波形202电压增大时触发生成所述开始控制信号。可以在视像系统控制器124中通过用户界面128来容易地设定开始阈值电压水平，从而使得用户可以容易地调整所述开始阈值电压，或者可以用任何其他方便的方式来提供所述开始阈值电压。
图2中的曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、226展示了相机126中的光传感器阵列对从焊接过程所产生的焊接区域109、或从所供应的灯具发出或反射的光能曝光的曝光时间段，如下文更详细描述的。如上文解释的，相机126由在相应曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、和226期间相机126的光传感器阵列所吸收的光能来产生相应的原始图像204′、210′、216′、222′、206′、212′、218′、208′、214′、220′、226′。将第一组四张原始图像204′、210′、216′、222′以下文更详细解释的方式合并到一起以创建第一合成图像253。类似地，将第二组四张原始图像206′、212′、218′、224′以相同方式合并到一起以创建第二合成图像255。还将第三组四张原始图像208′、214′、220′、226′以相同方式合并到一起以创建第三合成图像257。当然，随着焊接过程的继续，视像系统控制器124(图1)还根据图2中用点n′示意性表示的额外原始图像创建了图2中用点n示意性表示的额外合成图像，从而使得可以随着电弧焊接系统102如图1中的箭头105所示沿着工件110、112移动而由合成图像253、255、257、...、n流来创建焊接过程的视频。
如图2所示，在创建第一合成图像253时使用的第一原始图像204′的第一曝光时间段204是与在创建第二合成图像255时使用的第一原始图像206′的第一曝光时间段206相同的时间量、并且在电力波形202的相同阶段期间出现。同样，在创建第三合成图像257时使用的第一原始图像208′的第一曝光时间段208是与第一和第二曝光时间段204、206二者相同的时间量、并且在电力波形202的相同阶段期间出现。类似地，在创建相应的合成图像253、255、257时使用的原始图像210′、212′、214′的第二曝光时间段210、212、214也是彼此相同的、并且彼此在电力波形202的相同阶段期间出现。类似地，在创建相应的合成图像253、255、257时使用的原始图像216′、218′、220′的第三曝光时间段216、218、220也是彼此相同的、并且彼此在电力波形202的相同阶段期间出现。进一步，在创建相应的合成图像253、255、257时使用的原始图像222′、224′、226′的第四曝光时间段222、224、226也是彼此相同的、并且彼此在电力波形202的相同阶段期间出现。
如图2所示，相应原始图像204′、210′、216′、222′的曝光时间段204、210、216、222中的每一者都是在电力波形102上的相同阈值电压水平、即在相应的开始触发点228、240、252、264处开始，但它们经历了电力波形202的、延伸跨过焊接过程的较长时间段的较大阶段。因此，在创建第一合成图像253时使用的每张独立的原始图像204′、210′、216′、222′对于焊接区域109(图1)或焊接区域109中的特征具有逐渐更长的曝光时间段204、210、216、222。相同的原理适用于在创建第二合成图像255时使用的原始图像206′、212′、218′、224′的曝光时间段206、212、218、224以及在创建第三合成图像257时使用的原始图像208′、214′、220′、226′的曝光时间段208、214、220、226。
如上文解释的，在图2展示的示例性曝光技术200中，所有曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、226都在随着电力波形202的电压的升高而检测到预定开始电压阈值水平时开始。在检测到电力波形202中的电压升高到所述预定开始电压阈值水平时，视像系统控制器124向相机126输出开始触发信号，响应于此，相机126开始使得光传感器阵列对从焊接区域109中的特征(图1)发出或反射的光能曝光，如上文解释的。因此，在第一开始触发点228处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第一曝光时间段204。同样，在第二开始触发点240处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第二曝光时间段210；在第三开始触发点252处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第三曝光时间段216；在第四开始触发点264处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第四曝光时间段222；在第五开始触发点232处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第五曝光时间段206；在第六开始触发点244处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第六曝光时间段212；在第七开始触发点256处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第七曝光时间段218；在第八开始触发点268处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第八曝光时间段224；在第九开始触发点236处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第九曝光时间段208；在第十开始触发点248处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第十曝光时间段214；在第十一开始触发点260处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第十一曝光时间段220；并且在第十二开始触发点272处检测到这样的开始电压阈值致使视像系统控制器124向相机126输出开始控制信号以便开始第十二曝光时间段226。只要用户想要对于焊接的成像继续，这个过程就继续。
视像系统控制器124还控制相应的第一至第十二曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、226以及之后的曝光时间段的持续时间。相应地，视像系统控制器124在每个曝光开始控制信号之后的某个时间段向相机126(图1)生成和发送曝光终止控制信号，并且作为响应，相机126终止使得光传感器阵列对从焊接区域109发出或反射的光曝光。如图2所示，视像系统控制器126被编程来在与电力波形202上的终止触发点230、242、254、266、234、246、258、270、238、250、262、274相对应的相应时刻向相机126生成和发送终止控制信号，以便终止相应的曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、226。视像系统控制器124可以被编程来通过以下方式向相机126生成和发送所述曝光终止控制信号：(i)对在相应的开始触发点228、240、252、264、232、244、256、268、236、248、260、和272触发了每个曝光开始控制信号之后所逝去的时间加以计时、并且在每个这样的开始控制信号被触发之后的预定时间段生成所述曝光终止控制信号；(ii)确定所述电力波形102上的电压何时与预定终止电压阈值相匹配、并且在检测到这样的匹配时生成所述曝光终止控制信号。用于触发所述视像系统控制器124来生成所述曝光终止控制信号的此类预定时间段和此类预定终止电压阈值的实例与图2中电力波形202上的终止触发点230、242、254、266、234、246、258、270、238、250、262、274相对应。而且，如上文解释的并且如图2所示，用于创建第一合成图像253的原始图像204′、210′、216′、222′是不同的、例如逐渐更长的，由此使得光传感器阵列中的传感器在用于第一原始图像204′的最短曝光时间段204中由焊接区域109(图1)的最亮特征(例如，电弧107和等离子体108)发出的最强光能而造成饱和的可能性最小化、同时使得所述光传感器阵列中的传感器在用于原始图像222′的最长曝光时间段222过程中捕捉到来自焊接区域109中的较暗特征(例如，焊珠103和工件110、112)的一些光能的可能性最大化、并且还增强了以中等曝光时间段210、216创建的第二和第三原始图像210′和216′捕捉到发出或反射中等强度光能的特征(例如，电极106、焊接熔池111、熔化区113)的良好视图的可能性。同样，出于同样的原因，用于创建第二合成图像255的原始图像206′、212′、218′、224′以及用于创建第三合成图像257的原始图像208′、214′、220′、226′是不同的，例如是逐渐更长的。而且，虽然图2中展示的示例性曝光和合并技术合并四张原始图像来创建每张合成图像253、255、257，但可以合并多于或少于四张原始图像来创建这些合成图像。也可以对于一些或所有的曝光来改变相机126的光圈和灵敏度，以便增强在每个曝光时间段期间能以可用的方式捕捉到焊接区域109的不同特征或部分的可能性。而且，可以使用可选的动态变暗板130(图1)，如下文更详细解释的，以便衰减和改变从焊接区域109到达相机126的光能的强度，从而对于用于创建合成图像的一张或多张原始图像而言增强所述光传感器阵列可以有效捕捉到焊接区域109的不同特征或部分的可能性。
由相机126捕捉的原始图像204′、210′、216′、222′被送至视像系统控制器124、并且接着被视像系统控制器124合并来创建第一合成图像253。类似地，由相机126捕捉的原始图像206′、212′、218′、224′被送至视像系统控制器124并且被合并来创建第二合成图像255，并且原始图像208′、214′、220′、226′被合并来创建第三合成图像257。视像系统控制器124根据下文描述的技术并且如图6的流程图中所示地创建合成图像253、255、257。合成图像253、255、257接着被显示在用户界面128上并且存储在控制器124中所含的存储设备上或其他地方，以便后续显示和分析、并且用于改变电弧焊接系统102的参数从而改进焊缝的其他特性的品质。还可以以快速的序列显示一系列合成图像253、255、257、...、n以便实时地提供焊接过程的视频、或用于进行存储和后续观看。合成图像253、255、257也可以用于机器视像与模式识别技术，以便对电弧焊接系统102进行自动实时控制，如下文将更详细解释的。
图3中展示了另一种示例性渐进曝光技术300，其中开始触发点352、364、376、388、356、368、380、392、360、372、384、395是从在电源波形302上检测到曝光开始阈值303之后延迟的。为了方便和进行比较，图3中展示的示例性电源波形302是类似于图2中的正弦波形202的正弦波形，但对于这种技术300也可以使用其他类型的波形，例如脉冲ac或dc波形，包括具有定制化或专门化的升高、峰值、背景、和收尾斜率和幅值的异形波形，如许多现代焊接系统中常用的。图3中的曝光开始阈值303实例是电力波形302上的电压值，但也可以是电流值、阻抗值、或电力波形302中的或与之相关联的其他电气特性。视像系统控制器124在电力波形303上的电压阈值点328、330、332、334、336、338、340、342、344、346、348、350处检测曝光开始阈值电压303。然而，代替在检测到开始阈值电压303后立即触发开始曝光控制信号，视像系统控制器124产生延迟，而在电力波形302的较后的阶段、例如在所述电力波形上的开始触发点352、364、376、388、356、368、380、392、360、372、384、395处产生所述开始曝光控制信号。这些开始曝光控制信号中的每一者被传输至相机126以便开始使得相机126中的光传感器阵列持续相应的曝光时间段304、310、316、322、306、312、318、324、308、314、320、326地对从焊接区域109(图1)发出或反射的光能曝光，从而产生相应的原始图像304′、310′、316′、322′、306′、312′、318′、324′、308′、314′、320′、326′。视像系统控制器124还向相机126创建并发送终止曝光控制信号，以便为了原始图像304′、310′、316′、322′、306′、312′、318′、324′、308′、314′、320′、326′而终止相应的曝光时间段304、310、316、322、306、312、318、324、308、314、320、326。如上文对于图2的实例所解释的，四张原始图像304′、310′、316′、322′被合并到一起以创建第一合成图像397；接下来四张原始图像306′、312′、318′、324′被合并到一起以创建第二合成图像398；并且接下来四张原始图像308′、314′、320′、326′被合并到一起以创建第三合成图像399。
同样如上文对于图2的实例所解释的，视像系统控制器124为用于创建第一合成图像397的原始图像304′、310′、316′、322′创建逐渐更长的曝光时间段304、310、316、322。同样，视像系统控制器124为用于创建第二合成图像398的原始图像306′、312′、318′、324′创建逐渐更长的曝光时间段306、312、318、324，并且创建用于创建第三合成图像399的、逐渐更长的曝光时间段308、314、320、326。用于创建相应的合成图像397、398、399的第一原始图像304′、306′、308′的相应曝光时间段304、306、308具有彼此相同的持续时间、并且在电力波形302上的相同阶段中出现。同样，用于创建相应的合成图像397、398、399的第二原始图像304′、306′、308′的相应曝光时间段304、306、308具有彼此相同的持续时间、并且在电力波形302上的相同阶段中出现；用于创建相应的合成图像397、398、399的第三原始图像316′、318′、320′的相应曝光时间段304、306、308具有彼此相同的持续时间、并且在电力波形302上的相同阶段中出现；并且用于创建相应的合成图像397、398、399的第三原始图像304′、306′、308′的相应曝光时间段322、324、326具有彼此相同的持续时间、并且在电力波形302上的相同阶段中出现。相应地，用于创建第一合成图像397的这四张原始图像304′、310′、316′、322′的曝光时间段304、310、316、322在电力波形302上的相应终止点354、366、378、390处终止；用于创建第二合成图像398的下四张原始图像306′、312′、318′、324′的曝光时间段306、312、318、324在电力波形302上的相应终止点358、370、382、394处终止；并且用于创建第三合成图像399的下四张原始图像308′、314′、320′、326′的曝光时间段308、314、320、326在电力波形302上的相应终止点362、374、386、396处终止。
因此，通过将图2实例中的曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、226与图3实例中的曝光时间段304、310、316、322、306、312、318、324、308、314、320、326加以比较，图3中用于创建第一、第二和第三合成图像397、398、399的原始图像304′、310′、316′、322′、306′、312′、318′、324′、308′、314′、320′、326′在电力波形302中出现的阶段与曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、226在电力波形202中出现的阶段不同。由于焊接系统102在焊接区域109(图1)产生的光的强度以及物理特征随着与所述电力波形相关联的变化的电压、电流、或阻抗而改变，在图3实例中由相机126产生的原始图像304′、310′、316′、322′、306′、312′、318′、324′、308′、314′、320′、326′将捕捉到焊接区域109中的与图2实例中的原始图像204′、210′、216′、222′、206′、212′、218′、208′、214′、220′、226′不同的物理特征和光强度。而且，图3实例中在电压阈值点328、330、332、334、336、338、340、342、344、346、348、350处检测到曝光开始阈值电压、与实际的开始触发点352、364、376、388、356、368、380、392、360、372、384、395之间的延迟量可以由视像系统控制器124来自动地或通过来自用户界面128的手动输入进行改变，所述手动输入是在用户观察所得的合成图像397、398、399、...、n来看焊接区域109中的不同特征、或为了获得用户想要在合成图像397、398、399、...、n中观察到的特征的所希望图像品质而寻找最佳设置时作出的。
图4中展示了具有可变的曝光开始延迟量的示例性恒定曝光技术400，其中为了方便和进行比较，正弦电力波形402再次类似于图2和3实例中的正弦波形202和302。图4的恒定曝光实例400展示了以恒定的曝光时间段捕捉原始图像，例如原始图像404′、410′、416′、422′、406′、412′、418′、424′、408′、414′、420′、426′，即，其中，用于原始图像404′、410′、416′、422′、406′、412′、418′、424′、408′、414′、420′、426′的曝光时间段404、410、416、422、406、412、418、424、408、414、420、426全都具有彼此相同的持续时间、但是处于电源波形402的不同部分或阶段。如图4所展示的，第一曝光时间段404延伸跨过电源波形402在开始触发点428与终止触发点430之间的部分(阶段)，在所述开始触发点处，视像系统控制器124发信号给相机126以便开始使得相机126中的光传感器阵列对从焊接区域109发出或反射的光曝光，并且在所述终止触发点处，视像系统控制器124发信号给相机126以便终止曝光。视像系统控制器124可以使用(检测)阈值、例如开始触发点428处的电压阈值，以便如上文披露地触发给相机126的曝光开始控制信号从而开始曝光。同样，通过设定供视像系统控制器124用来在那些曝光开始点处触发向相机126生成曝光开始控制信号的开始电压阈值，其他曝光时间段410、416、422、406、412、418、424、408、414、420、426各自可以在相应的开始曝光点440、452、464、432、444、456、468、436、448、460、472处开始。由于此示例性曝光技术400中的曝光时间段410、416、422、406、412、418、424、408、414、420、426的持续时间全都彼此相同，因此视像系统控制器124被设定成在每个相应的曝光开始点428、440、452、464、432、444、456、468、436、448、460、472之后以相同的预定时间量来向相机126生成曝光终止控制信号。相应地，视像系统控制器124在电力波形402上的相应终止触发点430、442、454、466、434、446、458、470、438、450、462、474终止这些曝光时间段404、410、416、422、406、412、418、424、408、414、420、426。替代地，相机126自身可以具有在预定曝光时间段内终止曝光的预设功能，从而使得不需要从视像系统控制器124到相机126的曝光终止控制信号来终止这些曝光时间段404、410、416、422、406、412、418、424、408、414、420、426。在另一个替代方案中，视像系统控制器124可以使用终止阈值电压值在终止触发点430、442、454、466、434、446、458、470、438、450、462、474处向相机126触发曝光终止控制信号。在任一情况下，相机126对于每一个相应的曝光时间段404、410、416、422、406、412、418、424、408、414、420、426以相同的时间量产生原始图像404′、410′、416′、422′、406′、412′、418′、424′、408′、414′、420′、426′各者。然而，由于这些相应曝光时间段404、410、416、422、406、412、418、424、408、414、420、426中的一些是在电力波形402上的不同阈值电压下开始，因此它们在电力波形402的不同部分(阶段)上出现。此示例性曝光技术400被展示为，开始触发点428、432、436处于第一开始电压阈值，开始触发点440、444、448处于第二开始电压阈值，开始触发点452、456、460处于第三开始电压阈值，并且开始触发点464、468、472处于第四开始电压阈值。因此，原始图像404′、406′、408′在电力波形402的同一第一部分(阶段)上具有相同的曝光时间；原始图像410′、412′、414′在电力波形402的同一第二部分(阶段)上具有相同的曝光时间；原始图像416′、418′、420′在电力波形402的同一第三部分(阶段)上具有相同的曝光时间；原始图像422′、424′、426′在电力波形402的同一第四部分(阶段)上具有相同的曝光时间；并且电力波形402的所述第一、第二、第三和第四部分(阶段)彼此不同。因此，可以通过设定特定的、固定的曝光时间并且在焊接产生所希望的光强度时触发曝光，来控制光传感器阵列中的光传感器的饱和，因为电力波形402中较高的电压产生较亮的电弧107和等离子体108，而电力波形402中较低的电压产生较暗的电弧107和等离子体108。
如上文提到的，从焊接区域109发出和反射的光能的强度、以及甚至焊接区域109的物理特性(例如，熔化、液滴、等离子体大小、飞溅物等)随着焊接电力波形的电气特性而改变。因此，由原始图像404′、406′、408′在电力波形402的第一部分(阶段)期间捕捉到的焊接区域109的光强度、特征和特性在某些方面与由原始图像410′、412′、414′在电力波形402的第二部分(阶段)期间捕捉到的光强度、特征和特性不同，即便它们的曝光时间段404、406、408、410、412、414相同也是如此。同样，由其他原始图像在延伸跨过电力波形402的不同部分(阶段)的曝光时间段期间捕捉到的焊接区域109的光强度、特征和特性在某些方面将是不同的。
类似于以上对于图2和3中的技术200和300给出的解释，在相应的曝光时间段404、410、416、422期间获得的原始图像404′、410′、416′、422′被合并来创建第一合成图像。同样，在相应的曝光时间段406、412、418、424期间获得的原始图像406′、412′、418′、424′被合并来创建第二合成图像478，并且在相应的曝光时间段408、414、420、426期间获得原始图像408′、414′、420′、426′被合并来创建第三合成图像480。只要用户想要，这些过程可以无限地重复以获得用点n′表示的额外原始图像，从而创建用点n表示的额外合成图像。同样如上文解释的，相机126的光圈、相机126的光传感器阵列中的光传感器的灵敏度、以及可选的变暗板130的变暗量可以独立地或以任何组合方式加以改变来实现多个光亮水平从而使得由相机126产生的原始图像的这些不同像素中的至少一些不饱和或不是暗的。
如上文解释的，这些创建合成图像、例如图2实例的合成图像253、255、257、图3实例的合成图像397、398、399以及图4实例的合成图像476、478、480的目标之一是，可以对焊接区域109(图1)以及焊接区109中的特定特征例如焊珠103、焊机喷嘴104、电极106、电弧107、等离子体108、熔池111、工件110、112以及液滴121加以高分辨率成像。以此方式，这些合成图像示出了焊接区域109的所有不同部分并且提供了关于焊珠103的品质的宝贵信息。利用这样的信息，可以对焊接过程的参数进行调整，以确保高品质的焊接。例如，工件110、112的与电极107并置的部分中的电流应产生足够的热量来创建熔融金属的熔化区113，应以均匀的方式从电极107的远端熔化成液滴121并且所述液滴以最少的(如果有的话)喷溅沉积在焊接熔池111中，焊接熔池121应是足够液态的并且具有足够高的温度而能与工件110、112中的熔化区113在工件110、112的相交处熔合，并且所得的焊珠103应是平滑且均匀的而没有可见的孔隙。此外，焊接尖端(在喷嘴104中不可见)以及相应地电极106的位置必须正确，并且液滴121应当掉落或沉积在正在通过焊接连结的工件110、112的相交处或附近。通过能够在一张图像中一起查看焊接件110、112(典型地在焊接区域109中较暗)以及亮得多的等离子体、液滴121、熔池111、以及其他特征，就可以在焊接件110、112的相交处准确地且以高的品质特性形成焊珠103。通过调整相机126中的检测器的灵敏度、光圈开口、和/或使用动态变暗板130，能以足够的光量获得至少一些原始图像从而创建没有饱和的图像。当然，可以将灯134(图1)安装在相机126上或其他方便的位置以便为背景和焊接区域109中的较暗特征例如工件110、112或焊珠103提供补充照明，就所述补充照明而言，可以收集足够的光量来对背景区域成像，例如焊接件110、112。这些目标和原理还适用于通过下文更详细讨论的其他技术创建的合成图像。
在图5中展示了具有可变开始触发延迟量的示例性可变曝光技术500。为了方便和进行比较，图5中的电力波形502被展示为正弦的、类似于图2、3和4实例中的电力波形202、302、402。图5中的示例性技术500类似于图4的示例性技术400之处在于，原始图像504′、510′、516′、522′、506′、512′、518′、524′、508′、514′、520′、526′、...、n′像原始图像404′、410′、416′、422′、406′、412′、418′、424′、408′、414′、420′、426′、...、n′一样是在电源波形502的不同部分(阶段)期间获得的。然而，曝光时间段504、510、516、522、506、512、518、524、508、514、520、526具有不同的持续时间，而曝光时间段404、410、416、422、406、412、418、424、408、414、420、426全都相同。在示例性技术500中，前四个曝光时间段504、510、516、522具有不同的持续时间，即，曝光时间段516长于曝光时间段510，后者长于曝光时间段504，再后者长于曝光时间段522。同样，曝光时间段506、508具有与曝光时间段504相同的持续时间；曝光时间段512、514具有与曝光时间段510相同的持续时间；曝光时间段518、520具有与曝光时间段516相同的持续时间；并且曝光时间段524、526具有与曝光时间段522相同的持续时间。如同图2、3和4中的其他示例性技术200、300、400，开始触发点528、546、552、564、532、544、556、568、536、548、550、572和终止触发点530、542、554、566、534、546、558、570、538、550、562、574可以通过时钟正时或通过检测电力波形502的阈值电压或其他电气特性来建立。还如上文关于图2、3和4中的示例性技术200、300、400所解释的，由相机126在相应曝光时间段504、510、516、522期间创建的原始图像曝光时间段504′、510′、516′、522′被合并以便创建第一合成图像576；由相机126在相应曝光时间段506、512、518、524期间创建的原始图像506′、512′、518′、524′被合并以便创建第二合成图像578；并且由相机126在相应曝光时间段曝光时间段508、514、520、526期间创建的原始图像508′、514′、520′、526′被合并以便创建第三合成图像578。图2实例200中的合成图像253、255、257、图3实例300中的合成图像397、398、399、图4实例400中的合成图像476、478、480、以及图5实例500中的合成图像576、578、580可以通过任何所希望的组合相应原始图像的过程来形成。例如，可以基于来自每张独立原始图像的每个独立像素多么接近饱和或接近完全黑暗来统计性地评估每个独立像素。可以使用其他技术，例如基于所使用的特定曝光来将在原始图像中具有预定位置的像素选择成在合成图像中使用。例如，可以在初始曝光中从检测器阵列的中心选择像素(如果所述曝光时间段非常短的话)、并且在长曝光期间从检测器阵列的外围区域选择像素，从而可以查看到背景区域。对于图像组合过程可以使用大量的其他技术。
在上文描述的实例2、3、4和5技术的另一个示例性实现方式中，上文描述的曝光开始控制信号和曝光终止控制信号可以由焊接电源122向相机126提供，如图1中的替代性相机控制链路148指示的，而不是由单独的视像系统控制器124提供。与视像系统控制器124的用于向相机提供此类信号的特征和能力相似的特征和能力可以被构建到焊接电源122之中。在另一个实现方式中，所述视像系统控制器可以接收来自焊接电源122的信号并且响应于此类信号而向相机126生成这些曝光开始控制信号和曝光终止控制信号。因此，视像系统控制器124可以是焊接电源122的一体部分。
在可以与图2、3、4和5中所示的示例性技术一起使用的一个实施例中，可以将电力波形、例如图2中的电力波形202的频率设定为例如110hz。当然，可以向电源波形202提供将提供与特定应用相适合的曝光时间段的任何希望的频率，并且仅举例而言给出110hz。在这个图2实例中，组合的合成图像253、255、257是在以电源波形202的频率的大致四分之一创建的，这是大致每秒27张图像的速率。标准的视频是大致每秒30张图像(帧)，蓝光光碟是每秒24张图像，并且活动图像是大致每秒25张图像。这样，可以使用电源波形202来创建可视化非常好的视频，在这个实例中所述电源波形为大致110hz的频率。
图6a是展示用于生成焊接的图像(例如以上在图2、3、4和5实例中创建的合成图像)的焊接视像与控制系统100的示例性操作的流程图600。在步骤602中，焊接视像与控制系统100的控制器124获得用于操作所述焊接视像与控制系统100的操作参数。视像系统控制器124可以从存储设备中读取这些参数。在计算机系统中，这样的存储设备可以是ram或磁盘存储设备例如eeprom、或用于硬件实现方式的类似存储设备。用户界面128也可以用于提供这些操作参数。在一个实施例中，视像系统控制器124可以包括通用计算机，所述通用计算机可以存储允许所述焊接视像与控制系统100来以不同模式操作从而产生不同图像的一系列不同的操作参数。例如，在图2-5中展示了不同的操作模式或技术。在此上下文中，图2、3、4和5中的示例性技术200、300、400、500也被称为操作模式。当然，还可以选择其他操作模式。在其他实施例中，可能仅存在一种或两种操作模式，并且系统可以被预加载有操作数据。例如，在图10中展示的手动焊接视像系统1000实施例中，系统的操作参数可以被载入硬件例如eeprom或类似存储设备中、并且被处理器访问以便获得所述数据并根据本文披露的不同实施例或技术来操作所述焊接视像系统1000。例如，在图10的手动焊接视像系统1000实施例中，图1中的视像系统控制器124可以被包封在安装于头盔1002上或其他方便位置的简单的小型电子设备包1008中。电子设备包1008包括eeprom存储设备、或含有操作参数的其他类似的存储设备、微处理器、状态机、以及其他电子设备。此外或替代地，可以在小型电子设备包1008中使用可以提供仅一种、或可能两种不同的操作模式的现场可编程门阵列(fpga)和其他逻辑电路。
再次参见图6a，一旦获得了用于操作所述焊接视像与控制系统100的操作参数，过程就前进到步骤604来从若干不同的操作模式中选择一组操作参数。再次，如果仅利用单一操作模式，例如在图10的手动焊接视像系统1000实施例中，则可以取消步骤604。过程接着在步骤606中应用这些操作参数来操作所述系统，包括相机126。相机126的操作，包括设定不同的曝光时间段、光圈、灵敏度以及可选的动态变暗板130、以及与生成合成图像相关联的逻辑，是由视像系统控制器124执行的。在步骤608中，由相机126生成焊接区域109的原始图像。通过以上文描述的方式将原始图像的捕捉与电源波形同步来将这些原始图像与焊接过程同步。换言之，由相机126响应于电力波形以上文描述的方式来生成原始图像。这样，相继的原始图像与电力波形同步从而产生以优化的方式与焊接过程的按时间顺序的出现相同步的原始图像流，以便以足够快而能创建合成图像流的方式来捕捉焊接区域109中的特定特征，这些合成图像随着焊接过程的进行实时地示出了焊接区域109中的所有或特定特征。相应地，这些图像并不跳回、而是提供了对每个特征随着在焊接过程它按时间顺序出现的演变的持续稳定的视图。
继续参见图6a，在步骤610中，将合成图像组合以便创建焊接过程的基本上实时视频。在此方面，合成图像简单地是以它们根据用于对图像进行组合以创建希望的合成图像的任何希望的方法来创建的速率进行显示的，以便提供焊接过程的实时视频。在图9中示出用于将原始图像组合成合成图像的硬件实现方式的一个实例并在下文进行解释。取决于帧速率，可以使用硬件或软件实现方式来组合原始图像。在步骤612中，将合成图像显示为视频。还可以自动地或由观察者对合成图像进行分析，以便确定是否有任何焊接参数应被改变。例如，可以查看这些合成图像以便确定，焊接尖端和电极的位置是否应被修改，或者电力波形的电压或电流、或焊接尖端的速度是否应被改变。还可以修改其他的参数。
还如图6a所示，可以通过自动化的系统、例如具有或没有某种形式的模式识别的机器视像系统，取决于将焊接或焊接过程的哪些方面用于此类分析，来查看和/或分析所述视频。机器视像和模式识别技术已经得到很好地发展、是可商购的，例如matlab(商标)软件平台的模式识别库。例如，焊珠103(图1)自身的形状和大小提供了与焊接品质有关的大量信息。可以使用机器视像或模式识别技术来观察和分析焊接过程中的焊接液滴121的形成以及焊接熔池111的发展，以便修改由焊接电源122产生的电力波形的电流或电压。在焊接过程中形成的液滴121的大小和位置、以及在焊接过程中这些液滴121的沉积可以提供与焊接尖端相对于工件110、112的位置以及间隔相关的修改。焊接电极106相对于工件110、112的图像还使得能够以自动化的方式来修改焊接尖端和电极106的位置。在此方面，还能以自动化的方式来观察和修改焊接尖端和电极106离工件110、112或者离焊接熔池111的距离。在焊丝往复运动电弧焊接中，使丝电极106往复运动成随着在丝电极106的远端上形成液滴121而背离焊接熔池111向上移动、并且接着向下运动而将所形成的液滴121灵巧地沉积到熔池111中，因此可以使用机器视像和模式识别来监测所述过程、并且自动调整电力波形参数和丝电极106往复运动参数，以便确保液滴完全形成并且与丝电极106分开、仅直接到熔池111中并且不到熔池111上方。作为另一个实例，可以设计模式识别软件来检测焊接熔池111周围的光发射、所述光发射示出了在熔池111周围所述焊接件110、112的熔化区113。这些熔化区113将作为发出刚好位于熔池111的边缘处的光的弯曲区域出现。再次，这种光发射的存在以及所述发射的强度可以用于确定焊缝103的品质。而且，可以使用机器视像技术来确定焊珠103的高度和宽度并且对焊接过程进行调整，例如修改电流、或修改焊接头部的速度或位置，以获得所希望大小和形状、均匀度等等的焊珠103。这样的机器视像和模式识别功能可以由加载有机器视像和模式识别应用和参数的视像系统控制器124来应用于合成图像。当向合成图像应用此类机器视像和模式识别过程的视像系统控制器124鉴别了焊接过程中的需要调整的条件或特征时，视像系统控制器124输出信号给焊接电源122或机器人系统控制器142或二者，以便修改需要修改的参数或条件。例如，从视像系统控制器124到焊接电源的波形控制信号可以致使焊接电源122调整或修改电源波形136的任何电参数，例如电压、电流、频率、调制、形状(升高、峰值、背景、和收尾斜率和、幅值等)、阻抗、或其他特性。从视像系统控制器124到机器人系统控制器142的位置控制信号可以致使机器人系统控制器142输出信号给机器人系统致动器，以便例如通过适当的机械联动装置146、针对任何特定焊接工作取决于焊接的类型以及工件的类型将焊机喷嘴104、喷嘴中的尖端、和电极106沿任何方向加以移动并且相对于焊接件110、112移动到任何取向或方位。这样的具有不同致动器144和联动装置146、以及带有控制软件和固件的机器人系统控制器的机器人焊接系统是众所周知的并且可商购的。替代地，所述机器人控制器软件可以被实施在视像系统控制器124中。也可以通过对合成图像应用机器视像和模式识别过程来自动分析和调整焊接过程的其他参数。替代地，在更简单的实现方式中，视像系统控制器124可以通过显示装置138或一些其他单独的警报或通知系统(未示出)、在应用于合成图像的机器视像和模式识别过程鉴别出焊接过程中的需要调整的条件或特征时输出警报或通知。
图6a的过程接着前进至步骤614，此时确定是否应当对所述成像系统利用不同的操作模式。以由用户选择不同的模式，例如图2、3、4或5中所示的技术200、300、400或500、或另一种技术可，或者这个过程可以以自动化的方式确定。例如，第一操作模式可能不能对焊接区域109(图1)中的较暗特征、例如焊珠103或工件110、112提供充分的限定或可用信息。这种确定可以通过简单地查看这些合成图像或用合成图像做成的视频来进行，或者可以通过机器视像测量合成图像周围的像素的光亮水平来自动确定、或是其他的自动化过程。所述焊接视像与控制系统的不同操作模式可以通过更长的曝光时间段、或如上文解释的通过延伸跨过电力波形的不同部分(阶段)的曝光时间段来对较暗区域提供更好的照明或光捕捉。在另一个实例中，焊接尖端周围、例如电极106处或等离子体108中的区域的图像饱和可能不能提供对那些特征、或在电极106的远端上形成的或被沉积在焊接熔池111中的液滴121的清晰图像。在此情况下，可以选择对那些特征的原始图像加以更好地布置以用于创建合成图像的不同操作模式。再次，通过图2-5中的技术展示了若干示例性操作模式。可以在视像系统控制器124预先设定这些模式，使得所述视像系统控制器自动使用这些模式的参数集，或者可以通过用户界面128来录入数据以便修改操作模式。如果确定了应当对焊接视像与控制系统100使用不同的操作模式，则图6a中的过程返回至步骤604，在所述步骤中从若干不同模式中选择一组操作参数，或者简单地将模式录入用户界面128中。在此方面，用户界面128可以将预设的模式存储和应用到焊接视像与控制系统100中。
如果在图6a中展示的流程图的步骤614中确定将不使用不同模式，则过程前进至步骤616，在所述步骤中确定焊缝是否令人满意。如果焊缝令人满意，则过程返回至步骤612，使得可以继续显示和分析视频。如果在步骤616中确定焊缝不令人满意，则过程前进至步骤618，在所述步骤中修改焊接系统参数。过程接着返回至步骤608，在所述步骤中生成经调整的焊接过程的合成图像。
图6b是展示视像系统控制器124的示例性操作的流程图650。图6b中展示的步骤可以由计算系统、嵌入式处理器、或逻辑硬件例如现场可编程门阵列(fpga)执行。如图6b中披露的，视像系统控制器124在步骤652中读取电源波形的阈值。视像系统控制器124接着在步骤654中读取与一次或多次曝光相关联的延迟量(如果有的话)，如图2-5中披露的。在步骤656中，所述控制器读取曝光时间段。所有这些数据可以存储在ram或rom存储设备中、或硬件实现方式中、eeprom中、或其他存储设备中。如果曝光时间段不是以时钟脉冲提供的，则视像系统控制器124可以在步骤658中计算每次曝光的时钟脉冲数量。在步骤660中，视像系统控制器124读取检测器灵敏度数据。如上文披露的，相机126中的光传感器阵列的检测器可以具有可调的灵敏度。相机126中这些检测器的灵敏度可以被调整成对于入射在所述光传感器阵列上的光更敏感或更不敏感。可以针对每个曝光时间段存储关于灵敏度的数据，如图2-5中展示的，从而使得可以针对每个曝光时间段来改变灵敏度。替代地，可以针对所有曝光时间段选择单一灵敏度。在步骤662中，视像系统控制器124读取光圈数据。可以针对每个曝光时间段来改变光圈数据，以便调整入射在相机126的光传感器阵列上的光的量。在步骤664中，视像系统控制器124向相机126生成曝光开始控制信号，以便开始使得所述光传感器阵列对从焊接区域109发出或反射的光能曝光。用于开始曝光的曝光开始控制信号可以是响应于焊接电力波形达到阈值、或者响应于如上文解释的从电力波形达到阈值起的延迟量而生成。在步骤668中，当针对每个曝光时间段达到了所述时钟脉冲数量时，视像系统控制器向相机126生成曝光终止控制信号，以便终止使得所述光传感器阵列对从焊接区域109发出或反射的光能曝光。替代地，可以使用曝光终止阈值来触发向相机126生成曝光终止控制信号。在步骤670中，根据视像系统控制器126读取的灵敏度数据和光圈数据来生成针对调整灵敏度和光圈的控制信号。同样，可以针对每个曝光时间段来生成所述控制信号。在步骤672中，将所述控制信号施加至相机126。相机126接着根据所述控制信号来调整所有参数。在步骤674，针对在每个曝光时间段期间产生的每张原始图像，来自相机126的图像数据被视像系统控制器124接收。在步骤676中，视像系统控制器126使用不同的逻辑功能将这些独立图像组合成合成图像。而且，这些逻辑功能可以是用于将每组图像中的这些独立原始图像中每张图像的像素进行组合来获得所希望的合成图像的任何所希望逻辑功能。在步骤678中，显示这些合成图像以便查看。
图7展示了用于开始使得相机126的光传感器阵列对从焊接区域109发出或反射的光能曝光的示例性系统700。如图7所示，将电力波形704以及阈值706施加给比较器702。比较器702将电力波形704的电气特性例如电压的幅值与阈值706进行比较。当这些值匹配时，比较器702生成曝光开始触发信号708。接着向延迟计数器710施加曝光开始触发信号。所述延迟计数器对时钟脉冲数量712(如果有的话)进行计数，直至达到延迟值720。延迟计数器710接着生成触发信号714。将触发信号714施加至控制信号发生器716，所述控制信号发生器生成被施加至相机126的控制信号718。当然，图7中展示的系统可以没有延迟计数器710地运行。延迟计数器710提供了更多灵活性，尤其是当可以修改延迟值720时。经修改的延迟值720可以在焊接视像与控制系统100的不同操作模式中使用。
在图2、3、4和5中展示的示例性操作模式(技术)中，以某种方式将多组四张相继原始图像组合成合成图像。例如，如上文描述的，将前四张原始图像204′、210′、216′、222′进行组合以创建第一合成图像253。重复这个组合过程来将后续的原始图像组合成合成图像。虽然图2、3、4和5实例中示出了将四张原始图像进行组合来创建一张合成图像，但可以使用任何数量的原始图像来创建合成图像。由二维传感器阵列的独立传感器产生的电子值被生成为图像的像素光强度值的域，并且通常以域扫描、例如对所述域逐行地读出一系列单独的像素数据值地从所述光传感器阵列读取出来，典型地从域的一个拐角中的像素值开始并且逐行地进行至所述域的相对拐角中的最后一个像素值。在图8中示意性地示出了可以用于将来自用于合并组合成图像的这四张原始图像的相应像素在时间上对齐的示例性系统。如图8所示，使用三个移位寄存器810、812和814来将来自用于创建合成图像的一组四张原始图像中的第一、第二和第三原始图像(例如，用于创建图2中的合成图像253的原始图像204′、210′、216′)的相应像素流802、804、806中的对应像素值与来自用于创建所述合成图像的第四原始图像(例如，用于创建图2中的合成图像253的原始图像222′)的像素流808在时间上对齐。有效地，前三张原始图像(例如，原始图像204′、210′、216′)中每一张图像的相应像素流在时间上被相应的移位寄存器810、812、814渐进地延迟，使得它们与第四图像(例如，原始图像222′)的像素流在时间上对齐。当来自这四张原始图像的这四个像素流的对应像素值在时间上对齐时，它们可以经历评估和选择过程来从这四张原始图像(例如，原始图像204′、210′、216′、222′)中选择将用于创建合成图像(例如，图2中的合成图像253)的特定像素值，如下文将更详细解释的。
如图2中可见，原始图像204′是在曝光终止触发信号230之时由相机126完全创建的，而原始图像222′是在曝光终止触发信号266之时由相机126完全创建的。换言之，在相应时间点230、266针对每张原始图像204′、222′完成了曝光，并且在相应时间点230、266，相机126传输用于这些原始图像204′、222′的像素流。因此，原始图像204′的像素值必须被延迟曝光终止触发点230与曝光终止触发点266之间的时间量。确定两个曝光终止触发点230、266之间的时钟脉冲数量，并且向移位寄存器810提供所述移位单元的数量，使得第一原始图像204′的像素流802被延迟所述时间量。当所述串行像素流802进入移位寄存器810中时，时钟脉冲816将像素数据通过移位寄存器810推送至输出820。
类似地，来自第二原始图像(例如，原始图像210′)的第二像素流804被延迟了预定量。在这个实例中，延迟量等于第二原始图像210′的曝光终止触发点242与第四原始图像222′的曝光终止触发点266之间的时间量。移位寄存器812响应于时钟信号816使得来自第二原始图像222′的像素数据流804移位通过所述移位寄存器。移位寄存器812中的单元数量等于曝光终止触发点242与曝光终止点266之间的时钟脉冲数量。图8中的像素流806是由第三原始图像(例如，图2中的原始图像216′)产生的。移位寄存器814响应于时钟信号816将所述串行像素流806移位。来自第四原始图像的像素流808不被移位寄存器延迟。像素流802、804、806全都与像素流808在时间上对齐。因此，输出820、822、824、826包括在时间上对齐的输出818。换言之，将形成一张组合图像(例如，图2中的第一合成图像253)的一组原始图像中的这四张原始图像(例如，图2中的原始图像204′、210′、216′、222′)中的每一张的对应像素在输出818处是在时间上对齐的。以此方式，可以将来自每组原始图像中的每张原始图像的对应像素的像素值进行比较，以便从对应的每四个像素中选择将用于创建所述组合图像的单一像素值。在数字计算机系统实现方式中可能不需要图8的对齐装置，因为这样的系统中的像素可以与地址一起存储，并且可以基于地址位置进行比较。
图9是图像组合器900的一个示例性实施例的示意性展示。来自图8的输出820、822、824、826的这四个不同的像素流(在图8的输出818处是在时间上对齐的)被施加至图9的图像组合器900并且对应地包括第一图像像素流902、第二图像像素流904、第三图像像素流906、以及第四图像像素流908。相应地，这些独立原始图像(例如，图2中的原始图像204′、210′、216′、222′)中的每一者构成了用于创建合成图像(例如，图2中的第一合成图像252)的一组四张原始图像。可以通过从这四张不同的原始图像的像素流中选择像素值、使用图像组合器900来创建合成图像。来自第一原始图像(例如，原始图像204′)的像素流902被施加至饱和度比较器926和暗度比较器934。第一像素流902的每个像素具有指示照亮原始图像的所述像素的入射辐射的亮度或强度的数字值。将所述数字值与饱和度值910进行比较以产生差量信号942，所述差量信号指示饱和度值910与来自焊接区域109(图1)的、当相机126的光传感器阵列对从焊接区域109发出或反射的光能曝光时入射在所述像素上的光能的亮度或强度之间的差异。所述差异信号942被施加至饱和度差异比较器958。像素流902中的每个像素还被施加至暗度比较器934，所述暗度比较器将像素流902中的每个像素的亮度数字值与暗度值918进行比较。暗度值918可以简单地为零，或者它可以构成用户所选的某个其他值。饱和度值910和暗度值918可以由用户通过用户界面128来输入。或者，这些饱和度值和暗度值可以被存储在饱和度比较器926和暗度比较器934中。将指示暗度值918与来自焊接区域109的、当相机126的光传感器阵列对从焊接区域109发出或反射的光能曝光时入射在所述像素上的光能的强度之间的差异的差异信号950施加至暗度差异比较器962。
类似地，第二原始图像的第二像素流904被施加至饱和度比较器928和暗度比较器936。将所述像素流904中的像素值与饱和度值912和暗度值920进行比较以产生饱和度差异信号944和暗度差异信号952。所述饱和度差异信号944被施加至饱和度差异比较器958。所述暗度差异信号952被施加至暗度差异比较器962。
同样，第三原始图像的第三像素流906被施加至饱和度比较器930和暗度比较器938。饱和度比较器930产生被施加至饱和度差异比较器958的饱和度差异信号946。所述饱和度差异信号946是在曝光期间照亮所述相机126中的光传感器阵列中的所述像素的入射辐射的强度与饱和度值914之间的差异。像素流906还被施加至暗度比较器938，所述暗度比较器将在曝光期间照亮所述相机126中的光传感器阵列中的所述像素的入射辐射的强度与暗度值922进行比较，以产生被施加至的暗度差异比较器962的暗度差异信号954。
同样，第四原始图像的第四像素流908被施加至饱和度比较器932和暗度比较器940。饱和度比较器932产生被施加至饱和度差异比较器958的饱和度差异信号948。所述饱和度差异信号948是在曝光期间照亮所述相机126中的光传感器阵列中的所述像素的入射辐射的强度与饱和度值916之间的差异。像素流908还被施加至暗度比较器940，所述暗度比较器将在曝光期间照亮所述相机126中的光传感器阵列中的所述像素的入射辐射的强度与暗度值924进行比较，以产生被施加至的暗度差异比较器962的暗度差异信号956。
饱和度值910、912、914、916和暗度值918、920、922、924对于特定的系统可以是固定的，或者它们可以是手动地或用机器视像技术自动可调的。
在图9a中所示的一个实例中，图2中的合成图像253是由四张原始图像204′、210′、216′、222′合并的，如上文解释的。同样如上文解释的，图2中的这四张原始图像204′、210′、216′、222′是由相机126以逐渐增加曝光时间段204、210、216、222来创建的。因此，相机126中的光传感器阵列中的像素光传感器具有逐渐增加的曝光时间段204、210、216、222，在所述曝光时间段中吸收从焊接区域109(图1)中的特定特征、例如从焊珠303、焊机喷嘴104、焊机电极106、电弧107、等离子体108、焊接熔池111、工件110、112、熔化区113、以及液滴121发出或反射的光。这些特征中的一些(例如，电弧107和等离子体108)比其他特征(例如，电极106、焊接熔池111、液滴121、以及熔化区113)略微更亮并且比另外的其他特征(例如，焊珠103、焊机喷嘴104、以及工件110、112)亮得多。因此，从最亮的特征(例如，从电弧107和等离子体108)发出或反射的光能具有更大的使相机126的光传感器阵列中的、这样的强光能聚焦于其上的特定光传感器或检测器饱和的可能性，而来自较暗特征的较弱光能较不可能使相机126的光传感器阵列中的、这样的较弱光能聚焦于其上的特定光传感器或检测器饱和。饱和的光传感器或检测器不产生对于图像可用的像素数据。因此，为了从相机126的光传感器阵列中的、最强光能聚焦于其上的这些光传感器或检测器获得可用的像素数据，必须限制这些光传感器或检测器对这样的强光能的曝光。另一方面，如果从较暗特征(例如，从焊珠103和工件110、112)反射的光能没有足够的能量用于使相机126中的、这样的低光能聚焦于其上的光传感器或检测器产生这些较暗特征的可用像素数据，则所得原始图像中的这些像素将不显示出这些较暗特征。因此，较长的曝光时间段可能能够使相机126的光传感器阵列中的、这样的较弱光能聚焦于其上的光传感器或检测器检测到来自这些较暗特征的足够光能，由此使这些光传感器或检测器能够产生这些较暗特征的可用像素数据。因此，图2实例中的逐渐更长的曝光时间段204、210、216、222的目标是为了使相机126的光传感器阵列中的、来自最亮特征的最强光能聚焦于其上的特定光传感器或检测器在较短的曝光时间段期间(例如，在第一和第二曝光时间段204、210期间)产生可用像素数据而不饱和，尽管较弱光能聚焦于其上的光传感器或检测器不能在这些较短曝光时间段期间产生可用像素数据。接着，在随后的更长的曝光时间段期间(例如，在第三和第四曝光时间段216、222期间，相机126的光传感器阵列中的、来自较暗特征的较弱光能聚焦于其上的光传感器或检测器可能能够产生可用像素数据，尽管最强光能聚焦于其上的光传感器或检测器可能是饱和的。相应地，如果参数(例如，光圈、传感器灵敏度、以及使用可选的变暗板130的可选的衰减(图1))，则图2实例中的来自最短曝光时间段204的第一原始图像204′将具有来自最亮特征(例如，电弧107和等离子体108)的可用像素，而图2实例中的每个相继的随后原始图像210′、216′、222′可以具有更多的来自饱和的光传感器或检测器的、因而无用的像素，但还具有来自针对较暗特征(例如，焊珠103和工件110、112)的光传感器或检测器的更加可用的像素。来自稍微明亮特征(例如，喷嘴104、电极106、熔池111、熔化区113、以及液滴121)的中等强度光能可以处于使相机126的光传感器阵列中的、这样的中等强度光能聚焦于其上的光传感器或检测器能够在一些或所有的原始图像204′、210′、216′、222′中产生可用像素的范围内。
图9中的图像组合器900的目的是从图2示例性技术200的原始图像204′、210′、216′、222′中选择适当的像素并合并来产生合成图像253，所述合成图像具有清晰地显示出焊接区域109(图1)中的、是用户出于特定的查看、分析或控制目的而希望的一个、一些或所有特征的像素。当然，所述目的适用于本文描述的其他示例性技术和原始图像。在组合器900的一个示例性应用中，在图9a中图形地示出了来自原始图像204′、210′、216′、222′中的相应的任意对应像素的任意像素值980、981、982、983，就如同它们在图9中以第一、第二、第三和第四图像像素流902、904、906、908出现的。所述图形中的像素值越高，意味着越亮，但未对这个展示使用亮度、光能强度的特定单位。在这个图9a实例中，图9中所有四个饱和度比较器926、928、930、932的饱和度值910、912、914、916被设定为彼此相同，但它们可以不同。类似地，图9中所有四个暗度比较器934、936、938、940的暗度值918、920、922、924在这个图9a实例中被设定为彼此相同，但它们可以不同。由于第一原始图像204′具有最短曝光时间段(图2)，所述原始图像204′中的像素的像素值980有可能与第二、第三和第四原始图像210′、216′、222′中的对应像素的逐渐更高的像素值981、982、983相比更低，如上文解释的。
当在图9的饱和度比较器926、928、930、932中将来自原始图像204′、210′、216′、222′的像素值980、981、982、983与饱和度值910、912、914、916进行比较时，所得的饱和度差异信号942、944、946、948逐渐更小，如图9a所示。在这个实例中，来自第四原始图像222′的像素值983被展示为由于创建所述第四原始图像222′所持续的长曝光时间段222(图2)而饱和，这在来自焊接区域109中的非常亮的特征(例如，电弧107或等离子体108)的高强度光能聚焦于相机126的光传感器阵列中的、产生所述像素的光传感器或检测器上的情况下可能出现。因此，如图9a所示，针对第四原始图像222′中的所述像素值983所得的饱和度差异信号948为零，这表明第四原始图像222′中的所述像素不可用。另一方面，分别针对第一、第二和第三原始图像204′、210′、216′中的对应像素从像素值980、981、982得到的非零的饱和度差异信号942、944、946表明，这三个像素值980、981、982中的任一个都潜在地可用于合成图像253(图2)，这取决于所得合成图像253希望怎样的亮度、对比度、或其他图像特性。
继续参见图9a，当在图9的暗度比较器934、936、938、940中将来自原始图像204′、210′、216′、222′的像素值980、981、982、983与暗和度值918、920、922、924进行比较时，所得的暗度差异信号950、952、954、956逐渐更小。在这个实例中，来自第一原始图像222′的像素值980被展示为由于创建所述第一原始图像222′所持续的短曝光时间段204(图2)而是暗色，这在来自焊接区域109中的较暗特征(例如，焊缝103或工件110、112)的低强度光能聚焦于相机126的光传感器阵列中的、产生所述像素的光传感器或检测器上的情况下可能出现。因此，如图9a所示，针对第一原始图像204′中的所述像素值980所得的暗度差异信号950为零，这表明第一原始图像204′中的所述像素可能不可用，除非用户不关心焊接区域中的较暗特征在特定合成图像253中是否可见。例如，用户或自动化机器视像系统可能仅对液滴121感兴趣，液滴通常不是最暗的特征之一，在此情况下，所述像素值980可能是可用的。另一方面，分别针对第二、第三和第四原始图像210′、216′、222′中的对应像素从像素值981、982、983得到的非零的暗度差异信号952、954、956表明，这三个像素值981、982、983中的任一个都潜在地可用于合成图像253(图2)，这取决于所得合成图像253希望怎样的亮度、对比度、或其他图像特性。
然而，因为如上文解释的来自第四原始图像222′的对应像素由于饱和而不可用，并且因为如上文解释的来自第一原始图像204′的对应像素暗，则在这个实例中仅有来自第二和第三原始图像210′、216′的对应像素值981、982可用于在合成图像253中显示出焊接区域109(图1)的被照亮特征。当然，跨所述电力波形的其他部分(阶段)的其他曝光时间段、其他光传感器阵列灵敏度设置、其他光圈设置、其他光衰减、补充照明、以及其他调整可以为各像素提供不同的结果。可能的是，通过在曝光时间段期间动态地改变如曝光时间段、曝光所跨的电力波形的阶段、传感器阵列灵敏度设置、光圈设置、光衰减、补充照明、以及其他调整等的参数，可以保持原始图像的对应像素值中的大多数或甚至全部低于饱和并高于暗色。
还如图9所述，亮范围值960被施加至饱和度差异比较器958。类似地，暗范围值964被施加至暗度差异比较器962。饱和度差异信号942、944、946、948也被施加至饱和度差异比较器958。饱和度差异比较器958将饱和度差异信号942-948进行比较并且在一个实施例中、选择落入范围值960的范围内的最大饱和度差异信号。因此在饱和度差异比较器958的输出处选定的饱和度清晰的像素966具有的像素值离所述饱和度值最远、但仍落入亮范围值960之内。相应地，从这四个不同像素流中选择的像素是不饱和的像素、但所具有的像素值可以在合成图像中被显示和查看。在上文讨论的图9a实例中，亮范围值960可以被设定成提供如图9b所示的亮范围960′。因此在这个实例中，来自第一原始图像204′的像素值980由于低于亮范围960′而被拒绝，并且来自第四原始图像222′的像素值983由于高于亮范围960′而被拒绝。在来自相应第二和第三原始图像210′、216′的这两个像素值981、982之间，来自第二原始图像210′的像素具有的饱和度差异信号944大于来自第三原始图像216′的像素的饱和度差异信号946。因此，根据上文解释的测试，饱和度差异比较器958(图9)将选择来自第二原始图像210′的所述像素用于合并合成图像253(图2)，并且所述像素及其像素值981作为选定的饱和度清晰的像素966被输出至像素选择器970。换言之，选定的饱和度清晰的像素966是在合成图像中可查看的、并且不太接近饱和点的像素。当然，可以通过不同的测试来设定所述饱和度差异比较器958。例如，代替选择落入亮范围值960的范围内的最大饱和度差异信号，饱和度差异比较器958可以被设定成选择落入范围值960的范围内的最小饱和度差异信号。如果亮范围值960的上限被设定为充分低于饱和值从而确保接近饱和不是问题，则这个测试将挑选最亮的可接受像素，所述像素在图9b实例中是来自第三原始图像216′的像素。
暗度差异信号950、952、954、956被施加至暗度差异比较器962。暗度差异比较器962选择最大的、但仍落入暗范围值964之内的暗度差异信号。换言之，希望的是选择不太暗而在合成图像中可见的、并且仍落入一定取值范围内的像素。选定的暗度清晰的像素968接着被施加至像素选择器970。在图9a实例中，暗范围值964可以被设定成提供如图9c所示的暗范围964′。因此在这个实例中，来自第一原始图像204′的像素值980由于低于暗范围964′而被拒绝，并且来自第四原始图像222′的像素值983由于高于暗范围964′而被拒绝。在来自相应第二和第三原始图像210′、216′的这两个像素值981、982之间，来自第三原始图像216′的像素具有的饱和度差异信号954大于来自第二原始图像216′的像素的饱和度差异信号952。因此，根据上文解释的测试，暗度差异比较器962(图9)将选择来自第三原始图像210′的所述像素用于合并合成图像253(图2)，并且所述像素及其像素值982作为选定的暗度清晰的像素968被输出至像素选择器970。换言之，选定的暗度清晰的像素968是在合成图像中可查看的、并且不太接近暗点的像素。当然，可以通过不同的测试来设定所述暗度差异比较器962。例如，代替选择落入暗范围值964的范围内的最大饱和度差异信号，饱和度差异比较器962可以被设定成选择落入范围值964的范围内的最小暗度差异信号。如果暗范围值964的下限被设定为充分高于暗值从而确保所述像素在合成图像中是可见的，则这个测试将挑选最暗的可接受像素，所述像素在图9b实例中是来自第二原始图像216′的像素。
像素选择器970对于选定的优选像素972在选定的饱和度清晰的像素966与选定的暗度清晰的像素968之间进行选择。取决于在如上文解释的饱和度差异比较器958和暗度差异比较器962中使用的亮范围值960和暗范围值964，这些像素可以是同一个像素。进一步，如果没有来自饱和度差异比较器958的选定的饱和度清晰的像素966，则像素选择器970将选择来自暗度差异比较器962的暗度清晰的像素968。如果没有来自暗度差异比较器962的选定的暗度清晰的像素968，则像素选择器970将自动选择来自饱和度差异比较器958的饱和度清晰的像素966。选定的像素972则被传输至图像生成器974，所述图像生成器生成合成图像。然而，如果没有选定的饱和度清晰的像素966并且没有选定的暗度清晰的像素968，则像素选择器970将不传输选定的像素972至图像生成器974。如果合成图像中没有出现多个像素，则可以如上文讨论地通过调整曝光时间段、曝光所跨的电力波形的阶段等参数或者通过调整相机126的操作参数例如光传感器阵列的灵敏度、光圈、可选的变暗板等等来在原始图像中创建更多可接受的像素。进一步，还可以调整范围值960、964使之包括更多选定的像素。
像素选择器970可以应用多个指标中的任一个来在饱和度清晰的像素966与暗度清晰的像素968之间进行选择来将选定的像素972发送至图像生成器974。例如，像素选择器970可以配备有中等像素值并且可以将饱和度清晰的像素966和暗度清晰的像素968与所述中等像素值进行比较。像素选择器970可以选择具有的像素值偏离所述中等值最远的像素，或者可以选择具有的像素值偏离所述中等值最少的像素。前者可以为所得的合成图像提供更大对比度，而后者可以在所得的合成图像中提供更大均一性。在一些情况下，选择饱和度清晰的像素966还是暗度清晰的像素可能没有太大差别，因此随机选择或在这两个像素之间交替选择可能是令人满意的。
图9的图像组合器900是可以从原始图像中选择用于获得组合图像的像素的一种示例性方式。可以作出其他修改。例如，可以省略暗度比较器934、936、938、940以及暗度差异比较器962。可以调整亮范围值960，使得不需要暗度比较器。对于高速成像应用，这些比较器可以是硬件比较器，因而可以几乎实时地提供图像。此外，图像组合器900的比较器还可以包括软件比较器，所述软件比较器作为软件实施的控制器124的一部分起作用。选定的像素972接着被传输至图像生成器974，所述图像生成器生成合成图像以便在显示器978上显示和/或以便在分析器976中分析。分析器976可以被实施在视像系统控制器124(图1)中，并且显示器978可以作为图1中的显示装置138实施，合成图像140在所述显示装置上以静止或视频格式显示出。
图10中展示了合并一系列原始图像以便创建合成图像的另一个示例性过程1000，所述过程可以有利于更快的显示速度和视频流畅性。在这个示例性过程1000中，代替如图2、3、4、和5的实例中所示将四张(或某个其他适宜的数量)成批或成组的原始图像合并来创建合成图像，图10中的合成图像1031、1032、1033、1034、1035、1036、1037、1038、1039、...、n是以连续的串行更新过程合并而成。相应地，在相机126(图1)产生原始图像1004′、1010′、1016′、1022′、1006′、1012′、1018′、1024′、1008′、1014′、1020′、1026′、...、n′之后就创建新的(更新的)合成图像，而不是在创建下一个合成图像之前等待相机126产生四张成组的原始图像。例如，如图10所示，通过将来自第一四张原始图像1004′、1010′、1016′、1022′的像素合并来创建第一合成图像1031。接着通过使用来自第五原始图像1006′的像素并且抛弃(即，不使用)来自第一原始图像1004′的像素、同时继续使用来自第二、第三和第四原始图像1010、1016的像素，来创建第二合成图像1032。类似地，当相机126产生了第六原始图像1012′时，使用来自新的第六原始图像1012′的像素、连同来自第三、第四和第五原始图像1016′、1022′、和1006′的像素，来创建第三合成图像1033。同样，用相应的新产生的原始图像1012′、1018′、1024′、1008′、1014′、1020′、1026′、...、n′、连同来自正好在前的三张原始图像，来创建每一张随后的合成图像1033、1034、1035、1036、1037、1038、1039、...、n。
同样，为了方便和进行比较，图10中的电力波形1002被示为正弦的、类似于图2中的电力波形200，但可以使用其他ac或dc波形。而且为了方便和进行比较，图10中的曝光时间段1004、1010、1016、1022、1006、1012、1018、1024、1008、1014、1020、1026是对应地与图2中的曝光时间段204、210、216、222、206、212、218、224、208、214、220、226相同的。而且，图10中的这些曝光时间段具有与图2中的曝光开始触发点和曝光终止触发点相同的曝光开始触发点以及相同的曝光终止触发点，并且可以使用相同的技术来建立这些触发点。因此，为了方便以及避免不必要的混杂和重复，在图10中未示出曝光开始触发点和曝光终止触发点。只要提及以下内容就足够了：图10中的原始图像1004′、1010′、1016′、1022′、1006′、1012′、1018′、1024′、1008′、1014′、1020′、1026′可以按与图2、3、4和5的实例中的任一原始图像相同的方式来创建。
可以使用图8、9、9a、9b和9c中示出的并且在上文描述的合并过程来创建第一合成图像1030。例如与图8相关联地在图11中所展示的，第一、第二和第三原始图像1004′、1010′、1016′的相应像素流被送入相应的第一、第二和第三移位寄存器810、812、814中，以便将所述第一、第二和第三像素流延迟到足以与第四原始图像1022′的像素流在时间上对齐，如上文解释的。其结果是，第一、第二、第三和第四原始图像1004′、1010′、1016′、1022′的所有四个像素流在相同时刻t1在820、822、824、826被输出，从而使得这四张原始图像1004′、1010′、1016′、1022′中的对应像素同时到达图像组合器900(图9)的相应输入902、904、906、908。图像组合器900接着从原始图像1004′、1010′、1016′、1022′的这四个像素流中选择像素来在图像生成器974(图9)中生成第一合成图像1031(图10)，如上文解释的。
如上文解释的，当相机126(图1)产生了第五原始图像1006′(图10)时，创建图10中的新的(第二)合成图像1032是通过用来自新的原始图像1006′的新像素数据并且抛弃来自第一原始图像1004′的像素数据来更新之前的合成图像1031。因此，更新的(第二)合成图像1031是由来自第二至第五原始图像1010′、1016′、1022′、1006′的像素合并而成。参见图8和9，这样的连续串行更新过程可以例如通过将来自刚好在前的原始图像的像素流继来自它们之前的原始图像的像素流之后引入延迟硬件800的移位寄存器810、812、814中来完成。因此，来自最新原始图像的像素流将与来自刚好在前的三张原始图像的像素流在时间上对齐。为了展示这个示例性过程的时间性质，在图11中用符号序列展示了延迟硬件800及其三个移位寄存器810、812、814，但实际仅使用这一个延迟硬件800。如上文提到的，通过将来自第一四张原始图像1004′、1010′、1016′、1022′的像素流送入延迟硬件800中来将来自这四张原始图像的相应对应像素在时间上对齐，来创建第一合成图像1031。来自前三张原始图像1004′、1010′、1016′、1022′的像素流被送入移位寄存器810、812、814中，以便将这些像素流在时间上延迟到足以使之在时间上对齐从而在时刻t1同时输出至图像组合器900(图9)。同时，当相机126(图1)产生新的第五原始图像1006′时，第二、第三和第四原始图像1010′、1016′、1022′的像素流分别被送入第一、第二和第三移位寄存器810、812、814中以便将其延迟恰当的时间量从而与来自新的第五原始图像1006′的像素流在时间上对齐。相应地，延迟硬件800在时刻t2对第二、第三、第四和第五原始图像1010′、1016′、1022′、1006′的像素流的输出820、822、824、826将彼此在时间上对齐。相应地，第二、第三、第四和第五原始图像1010′、1016′、1022′、1006′的在时间上对齐的像素流被递送至图像组合器900(图9)的输入902、904、906、908，以进行像素选择以及在图像生成器974(图9)中生成第二合成图像1032(图10)，如上文描述的。
在延迟硬件800中将第二、第三、第四和第五原始图像1010′、1016′、1022′、1006′的像素流在时间上对齐的同时，当相机126(图1)产生新的第六原始图像1012′时，第三、第四和第五原始图像1016′、1022′、1006′的像素流分别被送入第一、第二和第三移位寄存器810、812、814中以便将其延迟恰当的时间量从而与来自新的第六原始图像1012′的像素流在时间上对齐。相应地，延迟硬件800在时刻t3对第三、第四、第五和第六原始图像1016′、1022′、1006′、1012′的像素流的输出820、822、824、826将彼此在时间上对齐。相应地，第三、第四、第五和第六原始图像1016′、1022′、1006′、1012′的在时间上对齐的像素流被递送至图像组合器900(图9)的输入902、904、906、908，以进行像素选择以及在图像生成器974(图9)中生成第三合成图像1033(图10)，如上文描述的。
在延迟硬件800中将第三、第四、第五和第六原始图像1016′、1022′、1006′、1012′的像素流在时间上对齐的同时，当相机126(图1)产生新的第七原始图像1018′时，第四、第五和第六原始图像1022′、1006′、1012′的像素流分别被送入第一、第二和第三移位寄存器810、812、814中以便将其延迟恰当的时间量从而与来自新的第七原始图像1018′的像素流在时间上对齐。相应地，延迟硬件800在时刻t4对第四、第五、第六和第七原始图像1022′、1006′、1012′、1018′的像素流的输出820、822、824、826将彼此在时间上对齐。相应地，第四、第五、第六和第七原始图像1022′、1006′、1012′、1018′的在时间上对齐的像素流被递送至图像组合器900(图9)的输入902、904、906、908，以进行像素选择以及在图像生成器974(图9)中生成第四合成图像1034(图10)，如上文描述的。
所述相同的连续串行更新过程无限地继续，直至被用户或自动地停止。图11通过将第九原始图像1008′的像素流与在前的三张原始图像1012′、1018′、1024′的像素流对齐以用于创建第六合成图像1036，来展示所述在时间上对齐过程。如上文提到的，在图10实例的合并过程中，在由相机126(图1)产生原始图像1004′、1010′、1016′、1022′、1006′、1012′、1018′、1024′、1008′、1014′、1020′、1026′、...、n′之后创建新的(更新的)合成图像，而不是在创建下一个合成图像之前等待相机126产生四张成组的原始图像。因此，如果电力波形1002的频率被设定为示例性的110hz，如上文关于图2-5实例所展示的，则将以每秒110帧来创建合成图像1031-1039、...、n，但每个帧包括跨1/27秒(即，来自四次曝光)的所有图像信息。因此，对于具有所述相同频率的电力波形，图10的技术每单位时间产生了是图2-5的技术创建的图像的四倍的合成图像。
如上文提到的，在焊接过程期间在焊接区域109(图1)中出现的多种不同现象是随电源波形而变的、并且可以被电源波形控制或影响。例如，图12a中的dc电力波形1202的形状与从焊机电极106的远端熔化的液滴121的发展相对应并且将影响所述发展。现代的焊接电源，例如图1中的焊接电源122，可以被编程来产生具有希望的形状和特性的dc电力波形136。图12a中的特定形状的电力波形1202在时刻t1与t2之间具有处于基础电流(i)安培数水平的平坦阶段1205，所述平坦阶段提供维持电弧107和等离子体锥体108的基础量的电流。熔化的电极金属的液滴121的形成在这个平坦的基础阶段1205开始，如在焊接区域109的第一图解示例图1281中所示。接着在时刻t2，开始缓升阶段1207。在缓升阶段1207期间，焊接电流的安培数缓升从而增加电极中的热量并加速液滴121的形成。在时刻t3达到希望的峰值安培数后，峰值安培数在峰值安培数阶段1209中被维持，直至时刻t3，此时安培数开始在收尾阶段1211中减小。液滴121在峰值安培数阶段1209中完全形成，直至与电极106分离的点，如在焊接区域109的第二图解示例图1282中所示。接着，在收尾阶段1211中，液滴121已经与电极106分离，如在焊接区域109的第三图解示例图中所示。液滴121接着落到焊接熔池111中，在这里它与工件110、112的熔化区113中的熔化金属熔合。随着焊接喷嘴104继续移动(如图1中的箭头105所示)，熔化的金属冷却并固化成焊珠103。因此，向相机126(图1)提供曝光开始控制信号和曝光终止控制信号来产生与阶段1205、1209、1211中的选定阶段重合的曝光时间段使得焊接视像与控制系统100能够创建这些特征(例如液滴121的发展阶段)的合成图像，如下文更详细解释的，这些图像是实时可查看的或者是可存储的以便以后查看或分析。
现在主要参见图12b，展示了例如成形的dc电力波形1202的四个周期，并且相机126(图1)在这四个周期中的每个周期中以逐渐增加的第一、第二、第三和第四曝光时间段1204、1210、1216、1222产生第一、第二、第三和第四原始图像1204′、1210′、1216′、1222′。当然，在实际使用中，将在电力波形1202的多得多的周期中产生多得多的原始图像。在图12b实例中，在相应的第一、第二、第三和第四曝光时间段1204、1210、1216、1222中产生第一、第二、第三和第四原始图像1204′、1210′、1216′、1222′，这些曝光时间段在电力波形1202的平坦的基础安培数阶段1205期间出现。因此在图12b实例中，第一、第二、第三和第四曝光时间段1204、1210、1216、1222使得相机126的光传感器阵列1285中的光传感器或检测器在液滴121正要在焊机电极106的远端处开始形成时对从焊接区域109发出或反射的光能曝光，如图12a中的焊接区域109的第一图解示例图1281所示，因为所述现象在电力波形周期的基础安培数阶段1205期间出现。而且在这个实例中，第一、第二、第三和第四曝光时间段1204、1210、1216、1222类似于上文讨论的图2实例具有逐渐更长的持续时间，因此每张相继的原始图像1204′、1210′、1216′、1222′是以来自焊接区域109的越来越多的光能产生的。然而，曝光时间段1204、1210、1216、1222可以具有彼此相同的持续时间，如上文关于图4的示例性技术所描述的。
如关于图2、3、4、5和10中的之前的实例所讨论的，可以使用对电力波形中的阈值的检测来开始这些曝光时间段1204、1210、1216、1222，或者替代地，焊接电源122可以提供与所述电力波形中的这样的阈值相对应的控制信号。还如图2、3、4、5、10实例中所解释的，视像系统控制器124(图1)、或替代地焊接电源122可以在检测到或出现这样的阈值之时立即地、或在从这样的检测或出现经过延迟之后触发曝光时间段1204、1210、1216、1222。例如，曝光时间段1204、1210、1216、1222的开始阈值可以处于开始电流阈值点1212、1213、1214、1215，此时检测到安培数达到电力波形1202的基础安培数阶段1205的基础安培数水平，而相应曝光时间段1204、1210、1216、1222的实际开始触发点1217、1218、1219、1220被视像系统控制器124(替代地被焊接电源122)延迟了预定时间段，这些预定时间段被确定为用于提供为特定的目的或效果所希望的阶段和曝光时间段。还将终止触发点1225、1226、1227、1228设定为从相应的开始电流阈值点1212、1213、1214、1215具有相应的为特定的目的或效果所希望时间延迟。
如图12b中图解所示，最短的曝光时间段1204通过从焊接区域109、例如从电弧107和等离子体108发出或反射的最亮最强的光能为在光传感器阵列1285的中央部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光。因此，光传感器阵列1285从所述曝光时间段1204产生的原始图像1204′具有这些特征、例如电弧107和等离子体108的良好分辨率。同时，最短的曝光时间段1204并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的原始图像。因此，从曝光时间段1204产生的所得原始图像1204′仅示出了最亮特征，例如电弧107和等离子体108，并且原始图像1204′的其余部分包括暗像素1290。
下一个、略微更长的曝光时间段1210造成了光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286，因为从最亮特征例如电弧107和等离子体108发出或反射的高强度光能使光传感器阵列1285的、在所述中央部分1286中的光传感器或检测器在所述略微更长的曝光时间段1210中饱和。同时，略微更长的曝光时间段1210为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的中间部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的中间部分中的特征例如焊接熔池111、熔化区113和发展的液滴121发出或反射的光能不足以使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器饱和。焊接区域109的较暗的外部分没有发出或反射足够的光能来使光传感器阵列1285的外部分1288中的光传感器或检测器产生任何图像。因此，光传感器阵列1285从所述略微更长的曝光时间段1210产生的原始图像1210′具有这些中等亮度特征例如焊接熔池111、熔化区113和在形成的液滴121的良好分辨率。同时，略微更长的曝光时间段1210并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得光传感器阵列1285的其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的任何原始图像。因此，从略微更长的曝光时间段1210产生的所得原始图像1210′仅示出了相当亮但并非最亮的特征，例如焊接熔池111、熔化区113和在形成的液滴121。原始图像1210′的中央部分像素1291变饱和，并且原始图像1210′的其余外部分仅包括暗像素1290。
下一个、适度更长的曝光时间段1216造成了光传感器阵列1285的甚至更大的饱和的中央部分1286，因为不仅从最亮特征例如电弧107和等离子体108、而且还从略微更暗的特征例如焊接熔池111、熔化区113和在形成的液滴121发出或反射的光能使光传感器阵列1285中的、在所述甚至更大的中央部分1286中的光传感器或检测器饱和。同时，适度更长的曝光时间段1216为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的中间部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的中间部分中的特征例如电极106和工件110、112发出或反射的光能处于使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器产生这些特征的图像像素的适当范围内。焊接区域109的较暗的外部分没有发出或反射足够的光能来使光传感器阵列1285的外部分1288中的光传感器或检测器产生任何图像。因此，光传感器阵列1285从适度更长的曝光时间段1216产生的原始图像1216′具有这些中等亮度的特征、例如电极106和工件110、112的良好分辨率。同时，适度更长的曝光时间段1216并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得光传感器阵列1285的其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的任何原始图像。因此，从适度更长的曝光时间段1216产生的所得原始图像1216′仅示出了中等亮的特征，例如焊接熔池111、熔化区113和在形成的液滴121。原始图像1216′的中央部分像素1291变饱和，并且原始图像1216′的其余外部分仅包括暗像素1290。
下一个最长的曝光时间段1222造成了光传感器阵列1285的甚至更大的饱和的中央部分1286，因为从所有不是最暗的特征、例如从电弧107和等离子体108、焊接熔池111、熔化区113、在形成的液滴121、电极106、以及工件110、112的内部分发出或反射的光能使光传感器阵列1285中的、在所述甚至更大的中央部分1286中的光传感器或检测器饱和。同时，最长曝光时间段1222为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的外部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的外部分1287中的特征例如焊接喷嘴104、和工件110、112的外部分发出或反射的光能处于使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器产生这些特征的图像像素的适当范围内。冷却并固化的焊珠103(在图12b中不可见)也将在原始图像1222′中显示出，如果所述相机处于包括所述焊珠103的适当视角的话。因此，光传感器阵列1285从最长曝光时间段1222产生的原始图像1222′具有这些中等亮度特征例如焊机喷嘴104、工件110、112的外部分、以及焊珠103的良好分辨率。因此，从最长曝光时间段1222产生的所得原始图像1222′仅示出了较暗的特征，例如焊接喷嘴104、工件110、112的外部分、以及焊珠103。原始图像1222′的中央部分像素1291是饱和的。
相机126在相应曝光时间段1204、1210、1216、1222期间由相机126产生的原始图像1204′、1210′、1216′、1222′(每张具有焊接区域109中的一些但非全部特征的可用像素)被合并到一起以创建合成图像1240。如图12b所示以及如上文讨论的，合成图像1240具有显示焊接区域109中的所有特征的像素，其中液滴121开始在电极106的远端处形成，因为所述现象在如图12a所示且如上文讨论的所述电力波形1202的基础安培数阶段1205中出现，而曝光时间段1204、1210、1216、1222位于所述阶段。可以使用上文讨论的任一种用于产生合成图像的过程来从原始图像1204′、1210′、1216′、1222′产生合成图像1240。
图12c中的示例性曝光时间段1224、1230、1236、1242被示出为与图12b中的曝光时间段1204、1210、1216、1222相同，除了图12c中的曝光时间段1224、1230、1236、1242偏移到电力波形1202的峰值安培数阶段1209，此时在电极106的远端形成的熔融金属液滴121完全发展而与电极106分离，如图12a所示以及上文描述的。在图12c实例中，曝光时间段1224、1230、1236、1242可以是通过检测到或以其他方式指示增大的电流水平达到峰值安培数阶段1209的阈值电流水平来开始。相应地，曝光时间段1224、1230、1236、1242的开始电流阈值点1231、1232、1233、1234处于峰值安培数阶段1209的起始点，但实际的曝光时间段1224、1230、1236、1242是从开始电流阈值点1231、1232、1233、1234被时间延迟到开始触发点1244、1245、1246、1247。还将终止触发点1251、1252、1253、1254设定为从相应的开始电流阈值点1231、1232、1233、1234具有相应的为特定的目的或效果所希望时间延迟。
如图12c中图解所示，最短的曝光时间段1224通过从焊接区域109、例如从电弧107、等离子体108和液滴121发出或反射的最亮最强的光能为在光传感器阵列1285的中央部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光。因此，光传感器阵列1285从所述曝光时间段1224产生的原始图像1224′具有这些特征、例如电弧107、等离子体108和液滴121的良好分辨率。同时，最短的曝光时间段1224并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的原始图像。因此，从曝光时间段1224产生的所得原始图像1224′仅示出了最亮特征，例如电弧107、等离子体108和液滴121，并且原始图像1224′的其余部分包括暗像素1290。
下一个、略微更长的曝光时间段1230造成了光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286，因为从最亮特征例如电弧107、等离子体108和液滴121发出或反射的高强度光能使光传感器阵列1285的、在所述中央部分1286中的光传感器或检测器在所述略微更长的曝光时间段1230中饱和。同时，略微更长的曝光时间段1230为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的中间部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的中间部分中的特征例如焊接熔池111和熔化区113发出或反射的光能不足以使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器饱和。焊接区域109的较暗的外部分没有发出或反射足够的光能来使光传感器阵列1285的外部分1288中的光传感器或检测器在所述略微更长的曝光时间段1230中产生任何图像。因此，光传感器阵列1285从所述略微更长的曝光时间段1230产生的原始图像1230′具有这些中等亮度特征例如焊接熔池111和熔化区113的良好分辨率。同时，略微更长的曝光时间段1230并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得光传感器阵列1285的其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的任何原始图像。因此，从略微更长的曝光时间段1230产生的所得原始图像1230′仅示出了相当亮但并非最亮的特征，例如焊接熔池111和熔化区113。原始图像1230′的中央部分像素1291变饱和，并且原始图像1230′的其余外部分仅包括暗像素1290。
下一个、适度更长的曝光时间段1236造成了光传感器阵列1285的甚至更大的饱和的中央部分1286，因为不仅从最亮特征例如电弧107、等离子体108和液滴121、而且还从略微更暗的特征例如焊接熔池111和熔化区113发出或反射的光能使光传感器阵列1285中的、在所述甚至更大的中央部分1286中的光传感器或检测器饱和。同时，适度更长的曝光时间段1236为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的中间部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的中间部分中的特征例如电极106和工件110、112发出或反射的光能处于使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器产生这些特征的图像像素的适当范围内。焊接区域109的较暗的外部分没有发出或反射足够的光能来使光传感器阵列1285的外部分1288中的光传感器或检测器产生任何图像。因此，光传感器阵列1285从适度更长的曝光时间段1236产生的原始图像1236′具有这些中等亮度的特征、例如电极106和工件110、112的良好分辨率。同时，适度更长的曝光时间段1236并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得光传感器阵列1285的其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的任何原始图像。因此，从适度更长的曝光时间段1236产生的所得原始图像1236′仅示出了中等亮的特征，例如焊接熔池111和熔化区113。原始图像1236′的中央部分像素1291变饱和，并且原始图像1236′的其余外部分仅包括暗像素1290。
下一个最长的曝光时间段1242造成了光传感器阵列1285的甚至更大的饱和的中央部分1286，因为从所有不是最暗的特征、例如从电弧107、等离子体108、液滴121、焊接熔池111、熔化区113、电极106、以及工件110、112的内部分发出或反射的光能使光传感器阵列1285中的、在所述甚至更大的中央部分1286中的光传感器或检测器饱和。同时，最长曝光时间段1242为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的外部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的外部分1287中的特征例如焊接喷嘴104、和工件110、112的外部分发出或反射的光能处于使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器产生这些特征的图像像素的适当范围内。冷却并固化的焊珠103(在图12c中不可见)也将在原始图像1242′中显示出，如果所述相机处于包括所述焊珠103的适当视角的话。因此，光传感器阵列1285从最长曝光时间段1242产生的原始图像1242′具有这些中等亮度特征例如焊机喷嘴104、工件110、112的外部分、以及焊珠103的良好分辨率。因此，从最长曝光时间段1242产生的所得原始图像1242′仅示出了较暗的特征，例如焊接喷嘴104、工件110、112的外部分、以及焊珠103。原始图像1242′的中央部分像素1291是饱和的。
在相应的曝光时间段1224、1230、1236、1242期间由相机126产生的原始图像1224′、1230′、1236′、1242′被合并到一起以创建合成图像1240。合成图像1260示出了在与电极106分离的临界点时在电极106的远端处完全形成的熔融金属液滴121，因为所述现象在图12a所示且如上文解释的所述电力波形1202的峰值安培数阶段1209中出现，而曝光时间段1224、1230、1236、1242位于所述阶段。可以使用上文讨论的任一种用于产生合成图像的过程来从原始图像1224′、1230′、1236′、1242′产生合成图像1260。
图12d中的示例性的曝光时间段1244、1250、1256、1262被示出为与电力波形1202的收尾阶段1211重合，在此期间来自焊机电极106的熔融金属液滴121已经与电极106分离并且正在落到熔池111上，如上文解释的。如图12d中图解所示，最短的曝光时间段1244通过从焊接区域109、例如从电弧107、等离子体108和液滴121发出或反射的最亮最强的光能为在光传感器阵列1285的中央部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光。因此，光传感器阵列1285从所述曝光时间段1244产生的原始图像1244′具有这些特征、例如电弧107、等离子体108和液滴121的良好分辨率。同时，最短的曝光时间段1244并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的原始图像。因此，从曝光时间段1244产生的所得原始图像1244′仅示出了最亮特征，例如电弧107、等离子体108和液滴121，并且原始图像1244′的其余部分包括暗像素1290。
下一个、略微更长的曝光时间段1250造成了光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286，因为从最亮特征例如电弧107、等离子体108和液滴121发出或反射的高强度光能使光传感器阵列1285的、在所述中央部分1286中的光传感器或检测器在所述略微更长的曝光时间段1250中饱和。同时，略微更长的曝光时间段1250为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的中间部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的中间部分中的特征例如焊接熔池111和熔化区113发出或反射的光能不足以使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器饱和。焊接区域109的较暗的外部分没有发出或反射足够的光能来使光传感器阵列1285的外部分1288中的光传感器或检测器在所述略微更长的曝光时间段1250中产生任何图像。因此，光传感器阵列1285从所述略微更长的曝光时间段1250产生的原始图像1250′具有这些中等亮度特征例如焊接熔池111和熔化区113的良好分辨率。同时，略微更长的曝光时间段1250并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得光传感器阵列1285的其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的任何原始图像。因此，从略微更长的曝光时间段1250产生的所得原始图像1250′仅示出了相当亮但并非最亮的特征，例如焊接熔池111和熔化区113。原始图像1250′的中央部分像素1291变饱和，并且原始图像1250′的其余外部分仅包括暗像素1290。
下一个、适度更长的曝光时间段1256造成了光传感器阵列1285的甚至更大的饱和的中央部分1286，因为不仅从最亮特征例如电弧107、等离子体108和液滴121、而且还从略微更暗的特征例如焊接熔池111和熔化区113发出或反射的光能使光传感器阵列1285中的、在所述甚至更大的中央部分1286中的光传感器或检测器饱和。同时，适度更长的曝光时间段1256为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的中间部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的中间部分中的特征例如电极106和工件110、112发出或反射的光能处于使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器产生这些特征的图像像素的适当范围内。焊接区域109的较暗的外部分没有发出或反射足够的光能来使光传感器阵列1285的外部分1288中的光传感器或检测器产生任何图像。因此，光传感器阵列1285从适度更长的曝光时间段1256产生的原始图像1256′具有这些中等亮度的特征、例如电极106和工件110、112的良好分辨率。同时，适度更长的曝光时间段1256并没有产生来自焊接区域109的较暗部分的足够光能来使得光传感器阵列1285的其余外部分1288中的光传感器或检测器产生焊接区域109的此类较暗部分中的特征的任何原始图像。因此，从适度更长的曝光时间段1236产生的所得原始图像1256′仅示出了中等亮的特征，例如焊接熔池111和熔化区113。原始图像1236′的中央部分像素1291变饱和，并且原始图像1236′的其余外部分仅包括暗像素1290。
下一个最长的曝光时间段1262造成了光传感器阵列1285的甚至更大的饱和的中央部分1286，因为从所有不是最暗的特征、例如从电弧107、等离子体108、液滴121、焊接熔池111、熔化区113、电极106、以及工件110、112的内部分发出或反射的光能使光传感器阵列1285中的、在所述甚至更大的中央部分1286中的光传感器或检测器饱和。同时，最长曝光时间段1262为光传感器阵列1285的饱和的中央部分1286周围的外部分1287中的光传感器或检测器提供理想的光能曝光，因为从焊接区域109的外部分1287中的特征例如焊接喷嘴104、和工件110、112的外部分发出或反射的光能处于使光传感器阵列1285中的、所述光能聚焦于其上的光传感器或检测器产生这些特征的图像像素的适当范围内。冷却并固化的焊珠103(在图12d中不可见)也将在原始图像1262′中显示出，如果所述相机处于包括所述焊珠103的适当视角的话。因此，光传感器阵列1285从最长曝光时间段1262产生的原始图像1262′具有这些中等亮度特征例如焊机喷嘴104、工件110、112的外部分、以及焊珠103的良好分辨率。因此，从最长曝光时间段1262产生的所得原始图像1262′仅示出了较暗的特征，例如焊接喷嘴104、工件110、112的外部分、以及焊珠103。原始图像1262′的中央部分像素1291是饱和的。
对于开始电流阈值点1263、1264、1265、1266、针对曝光时间段1244、1250、1256、1262可以使用检测到电力波形1202的收尾阶段1211中的预定安培数、通过时间延迟来去到开始触发点1267、1268、1269、1270。例如，开始电流阈值点1263、1264、1265、1266可以是与峰值安培数阶段1209存在可检测到的安培数下降的地方、通过时间延迟去到希望的曝光开始触发点1267、1268、1269、1270。替代地，可以将特定的开始电流阈值设定在电力波形1202的收尾阶段1211上的特定位置，在此处曝光时间段1244、1250、1256、1262将开始，在此情况下触发点1267、1268、1269、1270将是开始电流阈值点。还将终止触发点1271、1272、1273、1274设定为从相应的开始电流阈值点1231、1232、1233、1234具有相应的时间延迟，如为了特定的目的或效果所希望的，或者可以将它们设定为特定的可检测到的终止电流阈值水平。在相应的曝光时间段1244、1250、1256、1262期间产生的原始图像1244′、1250′、1256′、1262′通过相机126被合并到一起以创建合成图像1280。合成图像1280示出了与电极106的远端分离并且朝焊接熔池111掉落的熔融金属液滴121，因为所述现象在电力波形1202的收尾阶段1211中出现，曝光时间段1244、1250、1256、1262位于所述阶段。可以使用上文讨论的任一种用于产生合成图像的过程来从原始图像1244′、1250′、1256′、1262′产生合成图像1280。如图12b、12c和12d中的实例展示的，可以通过将曝光时间段定位在电力波形1202的不同阶段，来捕捉和显示焊接区域109中的不同特征。在合成图像1240(图12b)中，液滴121被示出为正要开始在焊机电极106的远端处形成，而合成图像1260(图12c)示出了完全形成的并且在与电极106分离的临界点处的液滴121，并且合成图像1280示出了与电极106分离的并且掉向焊接熔池111处于半路的液滴121。通过将曝光时间段偏移来与电力波形的不同阶段对齐，可以用相机126捕捉焊接过程中的这些以及许多其他的不同现象。当在焊接操作过程中从电力波形1202的特定阶段中的曝光时间段产生一系列合成图像时，例如以快速的序列作为视频中的连续帧(例如，每秒24至30张合成图像)，可以在所述显示装置实时地查看在所述特定阶段出现的现象。换言之，在显示装置138上显示的合成图像可以看起来是一张图像，但它实际上是以快速序列(例如，每秒24至30张图像)显示的连续的合成图像序列，人眼和人脑将其看成一张图像。将曝光时间段偏离到电力波形1202的不同阶段可以使得用户能够实时地查看焊接过程的其他特征和现象。这样的对曝光时间段的阶段偏移可以是增量式的，或者它们可以通过连续地扫过这些电力波形阶段来进行。例如，在电力波形1202整个周期中的所有阶段上、即从平坦的基础阶段1205经过缓升阶段1207、跨过峰值安培数阶段1209、沿收尾阶段1211下降到平坦的基础安培数阶段1205，图12d中的在曝光时间段1244、1250、1256、1262的缓慢动态偏移可以产生在电极106的远端处开始形成的液滴121、以及继续发展成与电极106分离并落到熔池111上的液滴121的视频。另一方面，可以甚至在查看作为视频的合成图像时将曝光时间段1244、1250、1256、1262调整到收尾阶段1211中的静态位置，这得到了示出刚好离开焊接熔池111时的液滴121的合成图像。接着，固定这些曝光时间段1244、1250、1256、1262的所述位置可以使得焊工、例如执行手动焊接的人能够明确地看到他或她在握住焊机的尖端和电极时焊接的实时视频，其中所述视频示出了液滴121碰到熔池111。
因此本发明的实施例提供了用于查看焊接过程以及生成具有高的视像动态范围的组合图像的系统和方法。这些技术可以用于自动化焊接系统中，例如图1中展示的自动化焊接视像与控制系统100中，以及手动系统中，例如图13中展示的且在下文描述的手动焊接视像系统1300中。所述系统的高的视像动态范围允许在焊接过程中查看焊缝的不同部分、以及背景。这些合成图像因此提供了关于焊缝品质的大量信息，这允许调整参数以实现高品质焊缝。
如上文提到的，图1中所示的可选的动态变暗板130可以用于进一步控制从焊接区域109中的电弧107、等离子体108、焊接液滴121、焊接熔池111、以及其他特征发出的、入射在相机126的光检测器元件上的光强度。可选的动态变暗板130可以由视像系统控制器124控制来衰减从焊接区域109或焊接区域109中的特征发出或反射的光能。这样，可选的动态变暗板130进一步控制相机126的曝光以有利于相机126的光圈和相机126的光检测器元件的灵敏度、或者可以单独使用，而不调整相机126的光圈大小或光检测器元件的灵敏度。进一步，可选的动态变暗板130可以用以下方式操作，即，使得它在电弧107的初始闪光过程中仅被激活短时间，所述初始闪光在电力脉冲的峰值处出现并且在所述峰值之后持续短的时间。在所述示例性焊接与视像控制系统100中的示例性动态变暗板130可以例如用聚合物分散液晶(pdlc)膜材料制造，这些材料是可商购的并且具有非常快速地响应所施加电压的变化的可变透光率。用于相机的液晶变暗滤光片(也可以提供变暗板130的功能)是可商购的，例如瑞典
图1还展示了可选的光学检测器132。可选的光学检测器132可以用于检测每个焊接脉冲的初始闪光，以开始图2-5中展示的过程。可选的光学检测器132联接至视像系统控制器124上来发信号告诉视像系统控制器124在所述时刻已经检测到焊接脉冲。接着还可以可选地通过由光学检测器132生成的信号来触发对这些曝光的精确正时。可选的光学检测器132还可以在成像过程控制器124中创建触发事件。
在图13中图解地展示了手动焊接视像系统1300的实例，所述手动焊接视像系统可以配备有上文描述的一些或所有特征和能力，包括但不限于图1的特征和能力。展示了焊工1318佩戴着头盔1302，在头盔1302的内侧上具有显示器1304。显示器1304如上文关于图1中的相机126、127和视像系统控制器124所描述地响应于相机1306和电子设备包1308进行操作。焊工1318使用手动电弧焊机1310来在工件1314、1316的相交处产生焊珠1312。手动电弧焊机1310由焊工1318控制，所述焊工在显示器1304上实时地观察焊接区域1209中的焊接过程。这两个相机1306(可以可选地配备有变暗板、例如图1中的变暗板130、131)从相机1306的这两个不同视角同时生成焊接区域1209或焊接区域1209中的特征的原始图像，以用于创建两个合成图像来进行立体查看，但也可以使用仅一个相机进行单目镜查看。来自这两个相机1306的原始图像被如上文解释的电子设备包1308处理，以便从这两个视角创建两张相应的合成图像，并且这两张合成图像被同时显示在显示器1304上，例如，来自一个视角的一张合成图像用于显示给人的一只眼睛，而来自第二视角的第二合成图像用于显示给人的另一只眼睛，这创建或增强了3d深度的幻觉。当然，单象管显示器将来自一个相机的这一张合成图像呈现给双眼。这些合成图像无论是立体的或单视场的，都允许焊工1318在执行焊接程序时实时地查看焊接区域中的、发出或反射高强度光能的特征(例如，电弧、等离子体等)以及发出或反射亮度较小的特征的特征(例如，熔融液滴和熔池)以及略微更暗的特征(例如，焊珠、在通过焊接连结的工件等)。以此方式，焊工1318可以在焊接过程中实时查看环境和背景、并且查看等离子体、来自手动电弧焊机1310的液滴、熔池、以及在发展的焊缝1312的其他重要部分或特征。以此方式，头盔1302不需要部分透射的玻璃窗口，因为焊工1318简单地查看头盔1302内侧上的显示器1304并且能以高的视像动态范围看到整个过程，这是使用典型的焊工头盔来透过仅变暗的玻璃看时不可能的。
已经出于展示和说明的目的呈现了本发明的以上说明。这并非旨在是详尽的、或者将本发明限制为所披露的确切形式，并且鉴于以上传授内容，其他的修改和变化可以是可能的。选择并描述所述实施例是为了最佳地解释本发明的原理及其实际应用，从而由此使得本领域其他技术人员能够以适合于所考虑的具体用途的不同实施例和不同修改来最佳地利用本发明。在本说明书中使用的词语“包括(comprise/comprises/comprising/include/including/includes)”，包括特征，旨在指明存在所叙述的特征、整数、部件或步骤，但它们并不排除一个或多个其他特征、整数、部件、步骤、或其组合的存在或添加。所旨在的是，将所附权利要求书解释为包括本发明的其他替代性实施例，除非被现有技术限制。
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