用于确定焊缝端部的形状的设备和方法技术

本发明专利技术涉及用于确定焊缝端部的形状的设备和方法。本发明专利技术的设备(1)包括激光照射单元(2)、监控单元(3)、存储单元(4)、图像提取单元(5)、焊缝识别单元(6)以及焊缝形状确定单元(7)。焊缝形状确定单元(7)构成为基于由焊缝识别单元(6)识别的焊缝区域计算焊缝区域的端部的位置，以及确定焊缝区域的端部的形状在焊缝区域的延伸方向上是凸出的还是凹入的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于确定通过用焊接激光照射焊接材料而形成的焊缝(焊接部) 端部(终端部)的形状的设备和方法。更具体地，本专利技术涉及一种激光搭焊中的运算法则， 在刚焊接后至来自金属端的热发光消失之前的非常短的时间内用高速照相机捕获焊缝的端部的图像，并且基于捕获的图像确定在焊缝的端部是否存在洞(hole)。
技术介绍
迄今为止，已经提出了在诸如激光焊接等焊接中通过由照相机、光学传感器等获得来自焊缝区域(焊接区域)的信号并且分析检测到的信号，以检测焊接缺陷的方法(例如，JP2007-326134A(以下称为专利文献1)和JP2005-230913A(以下称为专利文献2))。在专利文献1中，通过在焊接过程中使用热辐射传感器与反射传感器获取来自焊点的信号，然后通过将检测到的信号随时间的变化与和焊接条件相关的参考数据的表进行比较，以确定是否存在合格的焊接。因此，专利文献1中公开的方法防止了焊接后的焊接裂缝或焊接缺陷。此外，在专利文献2中，用测量光束照射焊接区域，并且将焊接后立即获得的温度信号与实验上获得的上下温度极限进行比较。然后，在专利文献2中，通过计算温度信号超过上下温度极限的次数确定焊接缺陷。图11示出了在激光焊接中使用照相机、光学传感器等从焊缝区域连续地检测出信号的情况的示例。如图11所示，已知如专利文献1中的使用检测到的信号的确定方法涉及如下现象在焊缝区域的端部，当焊接激光照射和焊缝区域监控停止时，在焊缝的端部检测到的信号非常大地变化。由于这个原因，存在在焊缝区域的端部处的焊接缺陷不能用与焊接过程中使用的相同的确定方法而确定的问题。此外，专利文献2中公开的方法基于焊接刚结束时获得的温度信号超过极限值的次数而确定焊接缺陷。在该方法中，根本不观察焊缝区域的端部本身的形状。由于这个原因，不能精确地确定在焊缝区域的端部的焊接缺陷。此外，专利文献2中公开的方法还需要照射除焊接激光之外的测量激光的设备，这引起了设备的成本增加的问题。图12A与12B示出了用照相机捕获的焊缝区域的端部的图像。图12A示出了在焊缝区域的端部具有洞缺陷的图像，而图12B示出了焊接正常地完成的情况下的图像。如图 12A所示，当在焊缝区域的端部存在洞缺陷时，焊缝区域的端部在焊缝的延伸方向上形成凹入的。另一方面，如图12B所示，当焊接正常地完成时，在焊缝的延伸方向上焊缝区域的端部形成凸出的。同时，此前已提出了在焊接过程完全完成之后检查焊缝区域的端部的洞缺陷的方法。例如，在所谓的背光类型检查方法(backlight type examination method)中，在激光焊接处理完全完成后，照明灯在单独的步骤中从背面照射到焊缝表面，并且通过检测泄漏到前方的光确定洞缺陷的存在。然而，由于增加了焊接完成后作为额外步骤的检查工序，所以该方法存在降低生产效率的问题。
技术实现思路
考虑到上述问题而作出本专利技术。本专利技术的目标是提供一种，其能够在焊接处理的同时捕获焊缝区域的图像，并且在焊接处理刚完成后的很短时间内高精度地确定焊缝端部的洞缺陷。本申请的专利技术者发现，在焊接处理刚完成时，在克服焊接激光照射单元的低透射比的同时，可以从焊接材料观察出一定量的金属热发光。因此，专利技术者发现了用照相机等捕获图像并且利用图像来确定洞缺陷的方法。在专利文献1中公开的传统的方法中，由于图像是焊接处理之后的，所以该图像被认为是不需要的。本申请的专利技术者提出了之前不为人知的，关注焊接处理刚完成时的图像并且执行特征形状确定，能够在焊接处理后的很短时间内(实质上，在焊接处理时)执行洞缺陷检查的设备和方法。根据本专利技术，为了解决上述传统技术的问题，提供了一种用于确定焊缝端部(终端部)的形状的设备，通过用焊接激光照射焊接材料而形成所述焊缝，所述设备包括激光照射单元，其用于将焊接激光照射到所述焊接材料；监控单元，其用于连续地捕获所述焊接材料的由焊接激光照射的部分的图像；存储单元，其用于存储由所述监控单元捕获的图像； 图像提取(extraction)单元，其用于在图像内的平均亮度等于或小于预定图像提取阈值时从所述存储单元提取所述图像；焊缝识别单元，其用于识别由所述图像提取单元提取的图像中的焊缝区域；以及焊缝形状确定单元，其用于基于由所述焊缝识别单元识别的焊缝区域计算焊缝区域的端部的位置，并且用于确定焊缝区域的端部的形状在焊缝区域的延伸方向上是凸出的还是凹入的。此外，根据本专利技术的设备的另一方面，所述监控单元包括第一监控装置，其用于捕获焊接过程中的图像；第二监控装置，其用于捕获焊接过程完成后的图像；以及分光装置，其用于将来自由焊接激光照射的部分的光分为沿朝向所述第一监控装置和朝向所述第二监控装置这两个方向的光束，被导入到所述第一监控装置的光束的光量小于被导入到所述第二监控装置的光束的光量。此外，根据本专利技术的设备的另一方面，所述焊缝识别单元包括区域识别模块，其用于将图像内的均具有等于或大于预定区域识别阈值的亮度的区域确定为焊缝区域候选; 以及确定模块，其用于基于所述焊缝区域候选的长宽比确定每个所述焊缝区域候选是否是焊缝区域。此外，根据本专利技术的设备的另一方面，所述焊缝形状确定单元包括代表点计算模块，其用于计算焊缝区域的代表点；中心位置计算模块，其用于计算焊缝区域的端部的中心位置；中间点计算模块，其用于计算焊缝区域的所述代表点与焊缝区域的端部的所述中心位置之间的中间点；直线计算模块，其用于计算两条直线，该两条直线在连接所述中心位置和所述中间点的线的两侧彼此平行地延伸并且与焊缝区域的端部的外周部相交；以及曲率计算模块，其用于计算所述两条直线和端部的外周部之间的交点，基于所述交点和所述中心位置计算弯曲度，然后通过使用所述弯曲度确定焊缝区域的端部的形状是凸出的还是凹入的。此外，根据本专利技术的设备的另一方面，所述弯曲度是从将所述交点彼此连接的线至所述中心位置的距离。此外，根据本专利技术的设备的另一方面，当所述图像提取单元提取出多个图像时，所述曲率计算模块通过使用从所述多个图像获得的弯曲度的平均值确定焊缝区域的端部的形状是凸出的还是凹入的。此外，根据本专利技术，提供了一种用于确定焊缝端部的形状的方法，通过用焊接激光照射焊接材料而形成所述焊缝。所述方法包括将焊接激光照射到所述焊接材料；随时间过程捕获所述焊接材料的由焊接激光照射的部分的图像；将图像存储在存储单元；在图像内的平均亮度等于或小于预定图像提取阈值时从所述存储单元提取所述图像；识别从所述存储单元提取出的图像中的焊缝区域；以及基于所识别的焊缝区域计算焊缝区域的端部的位置，并且确定焊缝区域的端部的形状在焊缝区域的延伸方向上是凸出的还是凹入的。此外，根据本专利技术的方法的另一方面，用于捕获图像的处理包括将来自由焊接激光照射的部分的光分为沿朝向第一监控装置和朝向第二监控装置这两个方向的光束；由所述第一监控装置捕获焊接过程中的图像；以及由所述第二监控装置捕获焊接过程完成后的图像，其中，被导入到所述第一监控装置的光束的光量小于被导入到所述第二监控装置的光束的光量。此外，根据本专利技术的方法的另一方面，用于识别焊缝区域的处理包括将图像内的具有等于或大于预定区域识别阈值的亮度的区域确定为焊缝区域候选；以及基于所述焊缝区域候选的长宽比确定每个所述焊缝区域候选是否是焊缝区域。此外，根据本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：石田英伸，小泽直树，萩原宰，薄井修一，
申请(专利权)人：铃木株式会社，
类型：发明
国别省市：