专利名称：评价工件结合位置的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉賴于探'测(Erfassung)工件的结^i置(Fuegestelle)的方法， 其中以光截面方法(Lichtechnittverfahren)获取用于探测结合f立置的三维曲线 (Verlauf)的规(Lichtlinien )和结^f立置的另一A^值图像(Grauwertbild ),
其中A^值图像^^析以评估结合位置的质量，其中光截面方法的it^和^A
值图像""^被摄拟"传感器、特别是CMOS传感器上。jtb^卜，本发明还涉;^;斤 ii^法的应用以及才財居权利要求ll的发明^l的该:备。
背景技术：
WO 03/041902公开了，为了^#^{立置的位置和质量，获取该结^f立置 和城面图案(Lichtschnittmuster)的图像。分析在这种情况下摄取的^JL值 图像，以便识别结合位置的质量。该方法产生良好的结果。
发明内容
;^发明的《壬务在于 iJiil才羊的方法。
在开始时所提到的方法中i^l通过下述而实现的，即各光线的摄取t、是在 传感器的第一区域内进行，A^f直图像的摄^传感器的与第一区域不同的第 二区域内进行，这些区域在不同时间^皮曝光，并且传感器的这些区域在不同时 间被读取。
传感器的划分以及传感器的不同时间的曝^H^取使得能够实现第1感 器区域中非常快的三角测量分析(Triangulationsauswertung )，并且因此使得能 够实现结合位置、例如焊道(Schweissra叩en)和粘接缝(Kleberaupen )的几 乎完备的3D显示和分析。因此，通过将传感器划分为两个具有不同读取频率的传感器区域而实现的M图像评估(Graubildauswertung) /快速三角测量 (Triangulation)的组合实现了这样的可能性，即用光截面方法如此快ili^
理，以至于能够实现结^f立置的快速3D测量(Vermessung)，并JUE可以通过
狄图像分^^'成;^hWr局部的缺陷位置(Fehlstellen )。
在第Ut实施方式中，进行传感器的区域的独立的、异步的读取。 然而，在另一实施方式中，特别^i4^，同步读WJ賴器中，然后从该
賴器读出包含至少一个光线图像(Lichtlinienbad )、特别奴整城图H^
1分A^值图像的数据^J于^H古。
itW卜，本发明的任务i^于提^^种^i的设备。 i^开始时所提到的设备通it^又利要求11特征部分的特征来实现。
下面借助于附图详细说明本发明的实施例以及特别的优点。附图中 图1示意表示在板坯焊接(Platinenschweissen )情况下激光焊接过程 (Laserschwdssvorgang)的视图，
图2示意表示具有两个区域的传感器，
图3示意表示传感器的读取，
图4示意表^#取传感器到务賭器中。
M实施方式
图1示意表示板坯(Platine)(或所谓的拼焊板)的焊接，其中板坯由板材 (Blech ) 1和2构成，板材1和2沿结合线(Fuegelinie) 3 4於时焊(stumpf aneinanderstossen )。在这种情况下，通常把不同厚度和/或不同板材特性 (Blecheigenschaft)的平的板材部分(Bleichteile)连接成一个元件，即板坯(拼 焊板)。该元件通常然后4W型为零件，例如用于汽车的零件。
来自^LiW线源(Laserstrahlquelle) 5的i^4t束(Laserstrahl) 6沿结 合线3行进，并且#^材1和2相互焊接，并在后面形成焊缝(Schweissnaht) 4。在这种情况下，^tit射线源5在固定的工件上经过还是工件在固定的^ 器上经itt无关紧要的。已知用焊缝识别单元7确定结合线3的位置，以便能 ^^to射线源5或者射束6准确跟踪结合^A向。为此，以已知的方式，用M面方法确定结合线3的^f呈，如在开始时说明的那样。因此，单元7斜艮 据现有技术又按照本发明包括用于产生至少一条相对于结合线3的走向 (Verlauf) ^i^^上横切的i^、特别^Jb^ (Laserlichtlinie)的设备。M 的走向被照相枳探测，以便识别结合线。这^^上是公知的，不需要在这里进 一步说明。^it种情况下，被糊'j的区錄图中用8表示，其中未按比例斜'J; 被探测的区域例如可以是8x8 mm或者10x10 mm。》b^卜已知，附加地，在光 线的区域中获:f^l值图像，以便同样识别结合线3的走向。单元7的图^it 过线12被提供^^析单元和控制单元11，并J^f目应地，控制激储束的位置 以准确麻艮踪结合位置3，其中分析单元和控制单元11也可以是用于分析和控 制的分开的单元。
为在焊4I^探测焊缝4的焊^t影Nahtqualitaet )，才財居WO 03/041902, 一方面，按照光截面方法工作，以便测量A/可数据，例如凸度(Konvexitaet)、 凹度(Konkavitaet)和边缘偏差(Kantenversatz )。为》b^供焊^r验单元9， 由它探测的区咸在图中用区域10表示，M未按比例绘制，并且包括例如同样 为8x8 inm或者10x10 mm。另一方面，现在根提WO 03/04l卯2，为检验焊缝 4，附加 ^^1值图像，其中A^值图^MC^析以识别焊缝的质量。A^值 图像的该分析应该确n其是局部的缺陷位置，例如孔隙度(Porositaet)、小 孔(Loecher)和错误的焊透。为此，单元9 一方面被构造为生成至少一条相对 于焊缝4横切的光线。该光线优选由具有大的光功率的光截面激光器 (Lichtschnittlaser)(例如在窄线上50 mW到100 mW的'^^ l管)产生， 以《^W^4面的不同^t特性的情况下总是将足够的光引到单元9中的获取 光线的传感器上。在这种情况下，单元9的用于光线的传感l^il^CMOS传 感器，或者CMOS照相机。在，:测的结合位置和单元9之间相对运动的情况 下，如在所示图1的例子中的情况，M地，照相积传感器的曝光时间被选择 得很长，使得' ^的絲^4面的区肚被平均。于是，3D测量在比絲
的线宽大的区域上实现。
为^Ui^缝的^该位置处在焊-^h照射W^的相同位置处获WRA
值图像，进行尽可能短的闪光(Blitzlicht)曝光，其中照明(Beleuchtung)的
曝光时间特别应该如》b^^豆，使得在该例中相对于单元9运动的焊缝的运动模 糊(Bewegungsunschaerfe)保持为小于一个像素。^til种情况下，^地，照
6明以暗场照明进行，必要时在明场中进行。用于获^1值图像的传感器是现
有的"iU聂M^的同"^感器。亦即，仅借助一转感器、特别是CMOS传 感器或者CMOS照相机，既摄取焊缝的A^值图像，^4聂W^线的图像。图 ^#取的间隔净^^择为使#^呆证目标区域的覆盖(Ueberdeckung)，即焊缝的 完备的摄取。-i欧，在这种情况下，本方法能够被应用于具有异步读^^传感器 输出的可能性的照相机以及具有内部M器和可编程门阵列(FPGA)的照相 机。
##本发明，现在，传感器被划分为两个区域，其中在第一区域内一个紧 接着一个i^聂取^^皮称为三角测量线(Triangulatiomlinie)的各M面线。传 感器的第二区域用于M图像摄取。图2示意表示具有第一区域21和第二区域 22的传感器20，其如上所述可被"&j:在单元9内。在第一区域内表示出三角测 量线的摄取23，在第二区域内表示出结合线或者焊缝4的^JL图像摄取24。在 这两个区域中的摄^^皮控制与、M^线的产生或者用于灰度值图像的曝光同步进 行，使#^个传感器区域21、 22包^目应的摄取(Aufiiahme)。
传感器20的第一区域21 ^链续地以非常高的ii^读出，以便读出'I^i^ 在时间上一个接一个被4財聂的图像23。 M图像区域24的读取频率与物场以 及照相机或者单元9相对于结合线4的运动^>1适应，并且较隄。
在传感器的数纟链率为80兆字节/秒、像素大小为1Kx1K的情况下，传感 器区域21例如用150x800像素以大约660 Hz被读取。斜目应提高数净链率到 160兆字节/秒的情况下，可以达到约1.2 KHz。
具有例如800乘800 4象素的传感器区域22相应于物场和行进速度 (VerfahrgeschwincUgkeit)被读取，以便得到焊絲者津诚缝4的重叠的图像。
图3示意表示这两个区域的读取。时间texpl A^)于传感器区域21的曝光 时间，时间texp2^于传感器区域22的曝光时间。时间tl是用于传感器区域 21的曝光时间+读取时间，时间t2^]于传感器区域22的曝光时间+读取时间。
用于本方法的传感器可在市场J^Firma Photonfocus AQ 8853 Lachen， Schweiz以型号MV-D 1024 CL获得。
读取在该传感器中可同步进行。ii4本发明的一个实施中M这样进行， 即数据被从传感器写A^存储器25中，其中该务賭器25具有务賭区域26和 28，其中来自传感器区域21的图像数据到^賭区域26,来自传感器区域22的图^1^据到^##区域28，如在图4中用虚^4示的那样。
在同步的操怍方式下，连续读取传感器区域21，并JL^^!iJ传感器区域22 的对象区域(Objektbereich)后，读取传感器区域22。
因为传感器区域22的传输时间明显比传感器区域21的传输时间长，所以 数据被中间务賭(zwischenspeichera)，然后与传感器区域21的数据^以块 方式(stueckweise)被传输，逸泉如图4所示。数据块30、 31…等因此分别由 三角测量线的完整图像21，和结合线4的图像(传感器区域22的部^J:)的一 部分22，形成，并被转发^^析器(作为单元11表示)，在那里，^H夬速的一 个接一个的三角测量线图##^析，并JL^1图^^其由块22，桑JL^^^^斤， 或者M块22，或者多个块22，被-"fe分析。数据的部^J: (Teilmenge)必须被 选择为使^ft感器区域22的所有数据在时间t2内被传送。对于传感器，■ 器26可以^iU在单元9内或者在照相机内，或者在必要时在单元11内。
作为对于上述同步读取区域21、 22的替换，如果传感器20允许，则对可 以通过分开的通道异步地读取这些区域。
由传感器所摄取的图像被提供给图像分析单元U。在那里，图像对于分析 单元11而言不是以可见的表示存在，而是仅作为数的序列存在。在这种情况下 可以这才，定，即在单元ll中以8比特字被处理。在这种情况下，图像的M 值的划^f列如仍可以在传感器20的10比特图像中进行，并Jlil些数据可以随 后通對目应的表(查阅表)例^f皮传iiU)J 8比特区0-200 (用于^1值图像)和 200-255 (用于'^W)。
在这种情况下，^-"图像的分析为' ^以常旨式进行，其中借助于借 光线可确定焊缝的横向轮廓(Querprofil)。从该对黄向4^廓可以以已知的方式确 ^i早缝的A/f可数据，例如凸度、凹度和iil彖偏差。对于这些值存在ISO极限值 (Grenzwerte),它们的遵守因;tb^皮保证。由单元9所提供的高值的^1值图像 使得也能够才財居这些图像的分析来^r焊接质量。为此，^^示焊缝4的图像 区域中突出焊^#构的轮廓。itAWO 03/041卯2中已知，其内^#》诚过参 考并7ut匕。相应地，可以突出焊，构的动态的二值化(Binarisierung)。在另 一处理步骤中，动态二值化的焊缝区域被剥制出骨干(skdetieren)。其余床留 焊缝结构的轮廓线。
对于这一处理步骤，已知相应的图像处理禾踏。可以使用瑞士 SoudronicAutomotive股份有PIU^司的软件SOUVIS5000，该软件提供该功能。作为商业 上的另-^i^，例如可以^J^]前Logical Vision 7〉司、Stj^的Coreco Imaging ^^司的名称为wrr的已知的禾聘，例如M5.3，该公司位于力峰;t^匕克的 St Laurent。
相应的图像处理允许识别局部的缺陷位置，例如孔隙度、小3L^错误的焊 透。这一方面可以通过下#式进行，即#^ ^定的结构与质量上良好的焊 缝的已知图案比较。也可以附加M^^Mkit过单元11检IH^廓线的存在、 它的取向或者焊m向的角度偏离和/或它的M。以这种方式，规在能够基于 ^>1值图#^*焊- 量。
JJ^借助于^l坯焊接情况下的焊^(t本发明进行说明，但是本发明不限 于这种应用。可以以这种方式"fit^rM合f立置的质量，例如点焊或者还有 機材料的條缝。
在i^ilJ^i宗单元(Kantenverfolgungseinheit) 7内也可以^fM本发明。其中，
所有基于单元9所说明的构造由此也为单元7给定或者采用。其中，特别Am
明和图傢摄取佐选同样如借助于单元9所说明的那样进行。其中，員分析允 许进行边缘识别和厚度阶跃监视(Dickensprung-Ueberwachung )。零缝隙
(Null-Spalt) /零厚度阶跃(Null-Dickensprung)的情况下的边缘的识别以及缝 隙t变的测量^iiit^变图像分析来执行。"^这种情况下，通过优选的传 感器结构和M的照明方式，尽管以高的对象ii^仍提供具有高^f率、大物 场、大动态范围的质量非常好的灰度值图像。其中，单元7同样通ii^l2与图 像分析单元ll连接，如其用于单元9的线14那样。^[tit种情况下，相应于单 元7的目的，激光源5由单元11通过线13被检制或者制导(naehfuehren )， 使#^助于'^#^^确地在结合线3的4立置处i^frTO。
其中，但是，单元7除了位置识别之外还可以附加地执行边缘缺陷
(Kantenschaeden)的探测，即在结合步骤(Fuegeschritt)前^Vf辨合f立置的 质量的Wh如逸存、借助于单元9所说明的那样。如M合位置涉及津诚材料 缝，则在结合步骤前由对应于单元7的单元(或者通过两个单元分开地)同样 进行位置和质魏测。
本发明的目的和应用领域焊接连接，无论A^ii是MIG和MAG连 接都必须经受100。/。的控制。此外，在粘接前，粘接缝要经受控制。堆焊(Auftragsschweissung)在继续处理前必须,皮检查。
与小的"^极卩M目关的高的生产i4^导致^^J光学测J^检验系统，这些 系统能够M触地以高速度检l^^接。
^yjt样的系统出发，结合三维测量，期望实现最小局部缺陷位置的缺陷识 别，包括1.卿"局部缺陷位置，测量焊缝^^和位置；2.测量/U可lt据，如 凸度、凹度和可能的边缘偏差，以便保证遵守ISO极限值。焊缝体积 (Nahtvolumen)的测量，因为补测量值、例如凹度不i兌明焊纖截面。
;U可数据的测量要求焊缝的快速3D测量，局部缺陷位置的识别JMM^非 常高的分辨率的情况下和在同时快速的对^动的情况下的H图像分析。
由此得到对于图像处理的要求高^f卑率、大物场、大的动态范围和高的
不能用三角测4^测的局部缺陷位置的识别现在用AJL图像分析执行。 三角测量的弱点，即小的局部缺陷位置的识别，通ii^传感器区域22中的 附加的狄图像分析而成为可能。两种分析仅需一个传感器，相对于由两传 感器组成的系统，这极大地减低了设备开销、操作者开销和维护开销。
与安装两个传感器的情"L^目比，空间需求和所产生的费用^更小。作为 应用领域，有为引导焊接^Ut的焊接i^MSchweisskanten)的识别、所有类型 的焊缝的质量监视、粘接缝的质量监视以及在同时检查表面特性的情况下表面 的贿监视。
佳JU者可以用新的传感器系统以高的频率按照一般接受的光截面方法^M亍 3D测量。
局部缺陷位置的^^验用相同的系统执行。使用者不必安装另外的传感器系统。
尽管在本申请中说明了本发明的M的实施例，但是必须明确顺旨出，本 发明不限于这些实施例，而是也可以以，方iC^后i^又利要求的范围内实现。
权利要求
1. 一种用于探测工件(1，2)的结合位置(3；4)的方法，其中以光截面方法摄取用于探测结合位置的三维曲线的光线和结合位置的灰度值图像，并且所述灰度值图像被分析以评价结合位置的质量，其中光截面方法的光线和灰度值图像一起被摄取到传感器(20)、特别是CMOS传感器上，其特征在于，各光线的摄取分别在传感器(20)的第一区域(21)内进行，而灰度值图像的摄取在传感器的与第一区域不同的第二区域(22)内进行，这些区域在不同时间被曝光，并且传感器的这些区域在不同时间被读取。
2. 才財居权利要求l的方法，皿征在于，传感器的这两个区^Dt匕独立且异步:fef皮读取。
3. 才財居权利要求1的方法，其特征在于，传感器的这两个区域(21， 22) 被同步读取，并且被中间^#^##器(25)中，其中A^斤述，器中分别读 取包含完整的絲图像(21，)和-""^分^l值图像(22，)的数据块(30， 31 )。
4. 才財居权利要求1到3之一的方法，，征在于，在工件和摄^置之间 相对运动的情况下，用于所述至少一条光线的曝光时间被选择得很长，使得该 i^的，^^id:早缝的比该光线宽的区域M。
5. 才財居权利要求1到4之一的方法，MM于，在工件和摄^置之间 相对运动的情况下，用于^1值图像的曝光时间借助于闪光照明装置*^择得 很短，使得运动冲辩胡##小于一"象素。
6. 才財居权利要求1到5之一的方法，絲棘于，代替^1值图像、或者 作为灰度值图像的补充，访聂^^色图^象。
7. 才^#权利要求1到6 "^—的方法的应用，用于M坯焊接的情况下分析 必綠陷。
8. 才N居权利要求1到6之一的方法的应用，用于^1坯焊接的情况下分析 焊W量。
9. 才M居权利要求8的应用，^##于，突出并检查焊，构的轮廓。
10. 才財居权利要求1到6之一的方法的应用，用iSf^点焊或者未磁材料缝。
11. 一种用于探测工4牛(1, 2)的结合f立置(3; 4)的设备， 具有i^投影单元和用于摄取iW和A^值图像的摄取单元(9),并且具有用于所iiit线和所iiA^值图像的图像分析单元(U)，所述图像分析 单元被构造为##^1值图像识别结合位置的质量特征，其中摄取单;U皮构造为摄取图像，其中在所述图像上~~^ ^和狄 值图像，所述摄:^元具有传感器，特别是仅一^#感器，并且特别是CMOS传感 器，M4i^于，所述至少一条光线的摄取分别在传感器(20)的第一区域(21)内进行， 而A;1值图像的摄林传感器的与第一区域不同的第二区域(22)内进行，这 些区域能够在不同时间曝光，并且传感器的这些区域能够在不同时间读取。
12. 4 权利要求11的设备，^#棘于，传感器的这两个区域能够彬匕 独立且异步地读取。
13. 4財居权利要求11或者12的设备，絲棘于，传感器的这两个区域能 够被同步读取，并且能够被中间^f^t4^器(25)中，其中A^斤述賴器中 分别能够读取包含完整的i^图^^1分A^值图像的数据块。
14. 才財居权利要求11到13之一的设备，絲棘于，i^闪光照明单元，用于摄W^A值图像。
15. 才財居权利要求ll到14之一的设备，^#棘于，所迷图像分析单元(11) 被构造为突出^HH^1值图像中结^f立置区域的轮廓。
16. 才財居权利要求ll到15之一的设备，其特征在于，所述摄取单it^皮构造 为摄^^色图像，作为^>1值图像的附加或#^。
全文摘要
为评价结合位置的位置和质量，在同一传感器、但是在其两个不同的区域21、22中摄取结合位置的具有光截面图案和灰度值图像的组合图像。分析灰度值图像，以便识别结合位置的质量。这允许以简单的方式识别结合位置的位置结合位置和质量。
文档编号G01B11/25GK101479566SQ200680042034
公开日2009年7月8日 申请日期2006年11月10日 优先权日2005年11月14日
发明者J·斯科沃兹 申请人:普雷茨特影像有限及两合公司