JPH10123057A - 溶接継ぎ目検査方法および検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 生じた溶接エラーを良好に確実に識別するこ
とのできる光学的溶接継ぎ目検査方法を提供することで
ある。 【解決手段】 付加的に継ぎ目の側方観察を記録し、評
価する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、薄板の溶接接合の
際に共通のエッジに沿って溶接継ぎ目を検査する方法で
あって、継ぎ目の上に横方向に延在する少なくとも１つ
のラインの形態で光を薄板に投影し、カメラにより記録
された、上方から溶接継ぎ目への観察を評価する形式の
方法およびこの方法を実施するための装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】薄板を溶接によって比較的に大きな構成
部材（いわゆる注文ブランク）に溶接し、これを引き続
き変形プロセスで処理することは公知である。このよう
な“注文ブランク”の適用分野は例えば自動車工業であ
る。薄板の溶接は圧搾継ぎ目溶接およびレーザー溶接に
よって行うことができる。溶接継ぎ目は薄板と共に変形
処理されるから、継ぎ目全体で申し分のない品質が重要
である。溶接すべき薄板は溶接部分に隣接する共通のエ
ッジを相互に隣接させて供給される。その際にレーザー
ビームをできるだけ正確に相互に隣接する薄板の京津の
エッジに集束することが重要である。この目的のため
に、溶接ゾーンの前でエッジ経過を正確に検出する装置
が使用される。これによってレーザービームを溶接時に
相応に正確に導くことができる。公知の装置はこのため
に一定の強度の線形パターンをエッジに対して横方向に
投影し、このパターンをカメラで記録し、その画像を計
算器で評価して、少なくとも１つのラインの経過からエ
ッジまたは薄板間の溝の経過を当該箇所において推定す
る。このようにしてエッジおよび溝をその全長にわたっ
て溶接ゾーンの前で追従し、レーザービームを溶接のた
めに相応に制御する。

【０００３】さらに基本的には同じようにして、溶接継
ぎ目を溶接後に光学検査することが公知である。この場
合、１つまたは複数のラインが光により同じように溶接
継ぎ目に対して横方向に（直角または斜め）投影され、
カメラが上方から、投影されたラインのライン経過を記
録する。記録された画像は公知の画像処理法を用いて計
算器により評価する。これは、ラインの経過を妨げる継
ぎ目のエラーを識別するためである。継ぎ目、薄板の厚
さの差、薄板の反射性、および生じた溶接エラーの種類
に応じて、前記の光学的溶接継ぎ目検査が存在するエラ
ーを明瞭に識別できなかったり、評価の際にエラーの存
在について比較的大木は不確実性が発生したりすること
がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、生じ
た溶接エラーを良好に確実に識別することのできる光学
的溶接継ぎ目検査方法を提供することである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この課題は本発明によ
り、付加的に継ぎ目の側方観察を記録し、評価すること
により解決される。

【０００６】

【発明の実施の形態】新たに付加的に、溶接継ぎ目領域
の側面観察を線形パターンと共に記録し、評価すること
によって、エラーの識別が格段に改善される。継ぎ目の
完全な光学的監視を達成することができ、このことはこ
れまで不可能であった。なぜなら、急峻に降下する継ぎ
目領域が上方からの観察では十分に識別できなかったか
らである。エラーの良好な識別性が付加的な側面観察に
より薄板の厚さの差が大きい場合でもできるようにな
る。さらに上方からの観察では非常に暗く見える継ぎ目
が側方からの第２の観察によって良好に分析することが
できるようになる。一般的に信頼性のある、継ぎ目の幾
何形状と薄板の厚さに依存しない光学的品質検査が部分
的には冗長的な上方と側方からの観察の評価によって得
られる。

【０００７】本発明の実施例では、側方観察が第２のカ
メラによって形成され、両方のカメラの画像を別個に評
価するか、または電子的手段により共通の１つの画像に
まとめて共に評価する。

【０００８】有利な実施例では、上方観察を記録するの
と同じカメラにより側方観察が記録される。これにより
両方の観察を同じ画像処理装置ないし評価装置によって
簡単にシーケンシャルにまたは同時に評価することがで
きる。

【０００９】有利には両方の観察の記録を溶接継ぎ目の
上方に垂直に起立する従来のカメラを用いて行い、この
カメラに側方観察が少なくとも１つの光学的素子を介し
て伝達されるようにする。

【００１０】別の有利な構成では、光のラインも少なく
とも１つの光学的素子を介して継ぎ目に投影することが
できる。さらに強度の異なる複数のラインを使用するこ
ともできる。このことは薄板表面の反射率が異なる場合
に評価を改善することができる。

【００１１】

【実施例】以下本発明の実施例を図面に基づいて説明す
る。

【００１２】図１と図２には２つの薄板６と７が示され
ている。これら薄板は相互に当接しており、共通のエッ
ジ１３を有する。これら薄板はエッジ１３に沿って、例
えばレーザー溶接によって相互に結合される。エッジ経
過を追従するために、または溶接継ぎ目を検査するため
に、複数の光のライン５をエッジ１３に対して横方向に
これら薄板および両方の薄板の隣接領域に投影すること
が公知である。図示の実施例では単に３つのラインが示
されているだけであるが、別の数にすることもできる。
ラインはエッジ１３に対して９０゜の角度または斜めに
延在し、記録装置３の検出領域内に存在する。記録装置
は例えばＣＣＤカメラによって構成することができる。
ライン５を投影するためのプロジェクタ２は有利にはレ
ーザー光源によって構成され、このプロジェクタの後方
には回折格子が配置されており、回折格子はライン５を
回折ラインとして形成する。カメラ３により検出された
画像は画像評価装置で評価される。これはライン５の少
なくとも１つの経過を用いて、薄板６と７との間の溝の
経過をエッジ１３に沿って検出し、また薄板の溶接の後
に溶接継ぎ目の経過と状態を検出するためである。

【００１３】図２は、図１に示した従来技術による複数
の装置が設けられた構成装置を示す。すなわち装置１が
溶接領域の前方に、２つの装置１０，１１が溶接領域の
後方に配置されている。図２には薄板６と７が示されて
おり、これらは例えば溶接方向に２ｍの長さを有するこ
とができる。これら薄板６と７は図示しない搬送装置に
よって矢印Ａの方向に相互に正確に固定された箇所へ搬
送される。エッジ追従装置１の前方にはローラ８と９を
有する変形装置を配置することができる。この変形装置
は比較的に厚い薄板６を変形することによって薄板間に
存在する溝をできるだけ小さくする。

【００１４】溝の正確な経過はエッジ追従装置１によっ
て検出される。このことはエッジ追従装置がすでに述べ
たようにエッジ１３に対して横方向のラインパターンを
薄板に投影し、カメラを用いてラインパターンを検出
し、評価することによって行われる。投影装置によっ
て、例えば平行に延在する５つのラインをエッジに投影
することができる。装置１のカメラからの画像は評価装
置１８に供給され、この評価装置は溝の正確な経過を検
出する。評価装置１８から制御信号が制御装置１４に供
給される。この制御装置は、概略的に示したレーザー光
ビーム１９が薄板６と７を溶接するために、溝の経過を
エッジ１３に沿って正確に追従するようにレーザー光源
１５を制御する。

【００１５】搬送方向で溶接領域の後方、すなわちレー
ザービーム１９の後方には、図１の装置１０が溶接継ぎ
目の上方に配置されており、図１の装置１１が薄板の下
方に配置されている。これら両方の装置は同じようにラ
インをエッジ１３または溶接継ぎ目に対して横方向に投
影する。ラインの画像から評価装置１６，１７は溶接継
ぎ目の経過を検出することができ、これにより光学的溶
接継ぎ目監視を種々の形式のエラーについて実行するこ
とができる。光学的溶接継ぎ目監視自体は公知である。
評価装置１６と１７は相応の信号を制御装置１４に送出
し、この制御装置は上位の制御部１９に、薄板６と７か
ら溶接された部分が品質要求を満たしているか否かの信
号を出力することができる。２つの評価装置１６，１７
の代わりにもちろん１つの共通の評価装置を設けるか、
または評価を制御装置１４に統合することもできる。本
発明によれば、装置１０と１１によって溶接継ぎ目の上
方からの観察だけでなく側方からの観察も行われる。

【００１６】図３には概略的にそのような構成が示され
ている。ここでも薄板６と７（部分的断面図で示されて
いる）が溶接された状態で示されている。薄板６と７の
上方には第１のカメラ２３とラインプロジェクタ２４が
配置されている。さらにこの実施例では第２のカメラ２
５が設けられている。この第２のカメラは継ぎ目２６を
側方から観察する。カメラ２５はここで例えば４５゜の
角度で薄板平面に対して傾斜している。２つのカメラの
画像は評価装置２７で評価される。ここでは継ぎ目の２
つの画像を評価のために電子的に１つの画像に結合する
ことができる。観察角度ａは４５゜とは異なる角度に選
択することもでき、例えば０から８５゜の間とすること
ができる。第２のカメラは有利には第１のカメラと継ぎ
目の同じ箇所、すなわち同じ投影ラインを観察する。し
かしもちろん、第２のカメラが継ぎ目の別の箇所を観察
することもできる。この場合はこの箇所にもラインパタ
ーンを形成するために別のラインプロジェクタを設けな
ければならない。評価の際にも２つの画像が同じ継ぎ目
箇所から発するものではないことに注意しなければなら
ない。

【００１７】図４は別の実施例を示す。この実施例では
２つの観察が１つのカメラだけによって１つの画像に記
録される。薄板６と７は新たに断面で部分的に示されて
いる。溶接継ぎ目には２６が付してある。光学的素子３
０、この場合はプリズムがカメラ３１（概略的にブロッ
クとして図示されている）と薄板６，７との間に配置さ
れており、図示しない手段で固定されている。カメラ３
１は一方では垂直に素子３０を通して下方向に継ぎ目、
またはそこに投影されたラインを観察する。このことは
ビーム路３２によって示されている。ラインプロジェク
タはここには図示されていない。同じカメラ３１は他方
では光学的素子３０の斜め部分３３を介して、約６２゜
の角度で横方向に継ぎ目２６（ビーム路３４）を観察す
る。ここで２つの観察は同じカメラ画像に存在し、図示
しない評価装置によって共に評価することができる。も
ちろんここでも素子の相応の構成によって別の観察角度
を選択することができる。

【００１８】図５，６，７，８は同じようにそれぞれ１
つのカメラ３５を有する実施例を示し、ここでは光学的
素子としてミラーが設けられている。ラインプロジェク
タと評価装置とはそれぞれ簡単化のために図示されてい
ない。図５には側方観察（ビーム路３９）のためにミラ
ー３６が設けられており、ミラー３７と３８が上方から
観察（ビーム路４０）のために設けられている。図６で
は継ぎ目２６の側方観察（ビーム路４７）がミラー４３
と４４を介して行われ、上方観察（ビーム路４７）がミ
ラー４５と４６を介して行われる。図７には、側方観察
のためにミラー５０と（両側で反射する）ミラー５１が
設けられている（ビーム路５３）。上方からの観察はミ
ラー５１の第２の鏡面とミラー５２を介して行われる
（ビーム路５４）。図８ではガラス体５５，５６，５７
に鏡面が設けられている。ここでは側方観察はガラス体
５５の鏡面５８と５９により行われる（ビーム路６
０）。上方観察に対して同じ長さのビーム路を得るため
にガラス体５６と５７には鏡面６１〜６４が設けられて
いる（ビーム路６５）。

【００１９】図９ａと図１０は、２つの異なる側からの
側方観察を示し、図９ｂは正面観察を示す。この実施例
では２つのプリズム面６８と６９を有するプリズム６７
が設けられている。ここでも光ラインの投影は同じよう
にプリズムを介して行われる。カメラ７０が設けられて
おり、このカメラはプリズム６７の平坦面を介して上方
から薄板６，７の溶接継ぎ目２６を観察し（ビーム路７
２）、またプリズム面６８を介して横方向に継ぎ目２６
を観察する（ビーム路７３）。このことは図１０に示さ
れており、ここでは矢印Ｂの溶接方向が図平面に対して
垂直に延在している。ラインプロジェクタ７１はライン
をプリズム面６９を介して（ビーム路７４）継ぎ目２６
に投影し、従ってラインは図平面に対して垂直に継ぎ目
の上に延在する。矢印Ａは溶接方向を表す。図９ｂは上
方から見たプリズム６７を示す。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶接継ぎ目監視のためのカメラとラインプロジ
ェクタの公知の構成を示す概略図である。

【図２】エッジ追従のための装置と溶接継ぎ目検査のた
めの２つの装置を有する構成の概略図である。

【図３】２つのカメラを有する、本発明の構成の概略図
である。

【図４】側方観察と上方観察を１つのカメラで記録する
ための光学的素子と溶接継ぎ目領域の概略図である。

【図５】光学的素子を有する本発明の実施例の概略図で
ある。

【図６】光学的素子を有する別の実施例の概略図であ
る。

【図７】光学的素子を有する別の実施例の概略図であ
る。

【図８】光学的素子を有する別の実施例の概略図であ
る。

【図９】光学的素子を介してライン投影が行われる実施
例の概略図である。

【図１０】光学的素子を介してライン投影が行われる実
施例の概略図である。

【符号の説明】

５ ライン ６、７ 薄板 １３ エッジ １４ 制御装置 １５ レーザー光源 １６、１７，１８ 評価装置

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 薄板（６，７）の溶接接合の際に共通の
   エッジに沿って溶接継ぎ目を検査する方法であって、継
   ぎ目の上に横方向に延在する少なくとも１つのライン
   （５）の形態で光を薄板（６，７）に投影し、カメラ
   （２３，３５，７０）により記録された、上方から溶接
   継ぎ目（２６）への観察を評価する形式の方法におい
   て、 付加的に継ぎ目の側方観察を記録し、評価する、ことを
   特徴とする、溶接継ぎ目検査方法。
2. 【請求項２】 側方観察を第２のカメラ（２５）により
   記録し、 両方のカメラ（２３，２５）の記録された画像を別個
   に、または共通に表示して評価する、請求項１記載の方
   法。
3. 【請求項３】 上方観察と同じ同じ継ぎ目箇所の側方観
   察を同じカメラで同じカメラ画像に記録し、 両方の観察を共通に評価する、請求項１記載の方法。
4. 【請求項４】 側方観察を形成するために、少なくとも
   １つの光学的素子（３０，３６，４３，４４；５０，５
   １；６７）、例えばプリズム、ミラー、または光ファイ
   バを設ける、請求項３記載の方法。
5. 【請求項５】 上方観察を形成するために、少なくとも
   １つの光学的素子（３０，３７，３８，４５，４６；５
   ２；６７）、例えばプリズム、ミラー、または光ファイ
   バを設ける、請求項３または４記載の方法。
6. 【請求項６】 継ぎ目（２６）へのラインの投影を光学
   的素子（６７）を介して行う、請求項４または５記載の
   方法。
7. 【請求項７】 ラインプロジェクタにより強度の異なる
   複数のラインを投影する、請求項１から６までのいずれ
   か１項記載の方法。
8. 【請求項８】 薄板（６，７）の溶接接合の際に共通の
   エッジに沿って溶接継ぎ目を検査する装置であって、継
   ぎ目上を斜めに延在する少なくとも１つの光ラインを投
   影するための装置（２；２４；７１）と、カメラ（３；
   ３１；３５；７０）と、これらに接続された評価装置と
   が設けられており、 前記カメラはライン投影領域の溶接継ぎ目を上方から観
   察して記録するためのものである形式の装置において、 第２のカメラ（２５）が設けられており、該カメラはラ
   イン投影領域の溶接継ぎ目を側方から観察して記録する
   ように構成されているか、 または、少なくとも１つの光学的素子（３０；３６；４
   ３，４４；５０，５１；６７）が設けられており、 該光学的素子によって溶接継ぎ目の上方に配置された、
   上方観察を記録するためのカメラがライン投影領域にお
   いて溶接継ぎ目の側方観察も記録する、ことを特徴とす
   る、溶接継ぎ目検査装置。
9. 【請求項９】 光学的素子としてプリズム、ミラー、ま
   たは光ファイバが設けられている、請求項８記載の装
   置。
10. 【請求項１０】 ラインプロジェクタと光学的素子と
    は、少なくとも１つのラインが光学的素子を介して継ぎ
    目領域に投影されるように構成されている、請求項８ま
    たは９記載の装置。