焊接视像与控制系统技术方案

一种焊接视像与控制系统(100)生成多张合成图像(例如，255，398，478，578，1032，1260)，这些合成图像可以在单一合成图像中或在合成图像的视频流中对于焊接过程的焊接区域(109)中的亮特征以及较暗特征进行成像，以用于对焊接系统(102)进行手动和自动化控制。从在对所述焊接系统供电的周期性电力波形(例如，136，202，302，402，502，1002，1202)的特定阶段期间出现的曝光时间段生成多张原始图像(例如，204′，304′，404′，504′，1031，1224′)。这些曝光时间段(例如，204，304，404，1004，1224)可以是通过检测到所述周期性电力波形中的电气特性的阈值水平、或是以时间延迟来触发的。焊接中的某些特征在所述周期性电力波形的特定阶段期间出现，并且通过在这些特定阶段期间创建曝光时间段，可以将这样的特征实时地隔离并在视频显示中查看。这些合成图像是通过在不同曝光时间段持续时间期间、所述周期性电力波形的不同阶段期间、不同的照相机灵敏度和光圈设置、或这些参数的组合获得的多张原始图像中选择独立的非饱和且非暗像素来生成的。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】焊接视像与控制系统背景总体上，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。
技术实现思路
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。因此本专利技术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。本专利技术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本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于电弧焊接系统(102)的焊接视像与控制系统(100)，其中所述电弧焊接系统被来自焊接电源(122)的周期性电力波形(136，202，302，402，502，1002，1202)供电以便在焊接区域(109)中在工件(110，112)上产生焊珠，所述焊接视像与控制系统包括：相机(126)，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(103，104，106，107，108，110，111，112，113)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(204′，304′，404′，504′，1004′，1224′)；以及视像系统控制器(124)，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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.12.19 US 62/094,3931.要求保护其专属财产或特权的发明以及若干实施例被限定如下：一种用于电弧焊接系统(102)的焊接视像与控制系统(100)，其中所述电弧焊接系统被来自焊接电源(122)的周期性电力波形(136，202，302，402，502，1002，1202)供电以便在焊接区域(109)中在工件(110，112)上产生焊珠，所述焊接视像与控制系统包括：相机(126)，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(103，104，106，107，108，110，111，112，113)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(204′，304′，404′，504′，1004′，1224′)；以及视像系统控制器(124)，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。2.如权利要求1所述的焊接视像与控制系统，包括感测所述周期性电力波形中的电气特性(V，I)的电气特性传感器(123)，并且其中，所述视像系统控制器感测所述周期性电力波形中的曝光开始阈值(228，238，428，528，1231)并且作为响应向所述相机生成所述曝光开始控制信号。3.如权利要求1所述的焊接与控制系统，其中，所述焊接电源与所述周期性电力波形上的预定触发点同步地生成所述曝光开始控制信号。4.如权利要求2所述的焊接视像与控制系统，其中，所述相机在所述周期性电力波形的某个阶段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一段曝光时间段(204，304，404，504，1224)。5.如权利要求4所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器在感测到所述周期性电力波形中的所述电气特性(V，I)与所述曝光开始阈值相匹配之后以预定的时间延迟来向所述相机生成所述曝光开始控制信号。6.如权利要求2所述的焊接视像与控制系统，其中，所述相机响应于曝光终止控制信号来终止曝光时间段，在这些曝光时间段期间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。7.如权利要求6所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器在感测到所述周期性电力波形中的所述电气特性与所述曝光开始阈值相匹配之后以预定的时间延迟来向所述相机生成所述曝光终止控制信号。8.如权利要求6所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器感测所述周期性电力波形中的所述电气特性何时与曝光终止阈值相匹配、并且作为响应向所述相机生成所述曝光终止控制信号。9.如权利要求2所述的焊接视像与控制系统，其中，所述光传感器阵列包括独立的光传感器，这些独立的光传感器中的每一者在曝光时间段(204，304，404，504，1004，1224)期间对从所述焊接区域、或从所述焊接区域中的所述特征发出和反射的光能中的离散部分曝光，并且其中，所述相机在一系列的所述曝光时间段中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，以便以像素阵列格式产生所述系列原始图像中的每个相应原始图像，在每个相应原始图像中所述像素阵列格式中的每个像素具有像素值，所述像素值指示了在这些曝光时间段中的相应一个曝光时间段期间被所述光传感器阵列中的光传感器之一吸收的光能。10.如权利要求9所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器通过进行逻辑运算来将这些原始图像中的第一多个原始图像合并成第一合成图像(253，397，476，576，1031，1240)，所述逻辑运算从所述多个原始图像中选择具有非饱和像素值(942，944，946)和非暗像素值(952，954，956)的像素、并且将所选的像素合并到所述第一合成图像中。11.如权利要求10所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器通过进行逻辑运算来将这些原始图像中的第二以及后续的多个原始图像合并成第二以及后续的合成图像(255，398N，478，578，1032，1260)，所述逻辑运算从所述第二以及后续的多个原始图像中选择具有非饱和像素值和非暗像素值的像素、并且将选定的像素合并到所述第二以及后续的合成图像中。12.如权利要求11所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器将所述第一、第二、以及后续的合成图像成系列地串流到显示装置(138)以用于在所述显示装置上进行视频显示。13.如权利要求12所述的焊接视像与控制系统，包括用户界面(128)，所述用户界面连接至所述视像系统控制器上以用于向所述视像系统控制器输入视像控制参数。14.如权利要求13所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器被编程为用于接收来自所述用户界面的输入以用于改变发生所述曝光时间段的所述周期性电力波形的阶段，并且作为响应改变所述曝光开始阈值、或改变在检测到所述周期性电力波形中的曝光开始阈值之后向所述相机生成所述曝光开始控制信号或曝光终止控制信号的时间延迟。15.如权利要求11所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器进行逻辑运算来对所述第二以及后续合成图像应用模式识别或分析以便确认与所述焊接区域中的一个或多个特征的预设参数的偏差、并且响应于确认所述偏差而向所述焊接电源输出一个或多个信号以便以校正所述偏差的方式来修改所述周期性电力波形的参数。16.如权利要求11所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器进行逻辑运算来对所述第二以及后续合成图像应用模式识别或分析以便确认与所述焊接区域中的一个或多个特征的预设参数的偏差、并且响应于确认所述偏差而向机器人系统控制器输出一个或多个信号以便以校正所述偏差的方式来修改所述电弧焊机系统(102)的物理参数。17.如权利要求11所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器进行逻辑运算来对所述第二以及后续合成图像应用模式识别或分析以便确认与所述焊接区域中的一个或多个特征的预设参数的偏差、并且响应于确认所述偏差而向所述显示装置、或报警与通知系统输出确认所述偏差的一个或多个信号。18.如权利要求2所述的焊接视像与控制系统，其中，所述相机包括变暗板(130)，所述变暗板响应于透射率控制信号来动态地调整光透射率。19.如权利要求18所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器向所述相机变暗板生成所述透射率控制信号。20.如权利要求19所述的焊接视像与控制系统，其中，所述视像系统控制器生成作为所述周期性电力波形的负相的所述透射率控制信号。21.如权利要求2所述的焊接视像与控制系统，其中，所述光传感器阵列对于光能具有可调的灵敏度，所述可调的灵敏度是可由所述视像系统控制器生成的灵敏度控制信号来控制的。22.如权利要求2所述的焊接视像与控制系统，其中，所述相机具有可调的光圈，所述可调的光圈是可由所述视像系统控制器生成的光圈控制信号来控制的。23.一种用于在由周期性电力波形(136，202，302，402，502，1202)供电的焊接过程中创建焊接区域(109)的、或所述焊接区域中的特征(103，104，106，107，108，110，111，112，113)的一系列原始图像(204′，304′，404′，504′，1004，1224′)的方法，在所述周期性电力波形中电气特性(V，I)周期性地变化，所述方法包括：将相机(126)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(204，304，404，504，1004，1224)，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。24.如权利要求23所述的方法，包括：响应于检测到所述周期性电力波形中的所述电气特性的预定曝光开始阈值，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所述系列的曝光时间段，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在所述周期性电力波形的这些预定阶段的原始图像。25.如权利要求23所述的方法，包括：在检测到所述周期性电力波形中的所述电气特性的曝光开始阈值之后，以预定的时间延迟来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。26.如权利要求23所述的方法，包括：为这些曝光时间段中的一些曝光时间段提供不同的开始阈值，以便在所述周期性焊接电力波形的所述不同阶段开始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。27.如权利要求23所述的方法，包括：为这些曝光时间段中的一些曝光时间段提供与这些曝光时间段中的其他曝光时间段不同的持续时间，以便针对所述周期性电力波形的不同阶段使得所述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。28.如权利要求23所述的方法，包括：在检测到所述周期性电力波形中的所述电气特性的曝光开始阈值之后，以预定的时间延迟来触发所述相机以终止这些图像曝光时间段。29.如权利要求23所述的方法，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：杰弗里·T·佩诺耶，泰勒·M·克朗，迈克·J·戴维斯，兰斯·盖蒙，迈克尔·S·马丁，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US