DE2711660B2 - Optical method for pig track tracking - Google Patents
Optical method for pig track trackingInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Schweißbahnverfolgung nach dem Oberbegriff des Anspruches v, 1, wie es z. B. aus der DE-OS 25 OO 182 bekannt ist.The invention relates to a method for welding path tracking according to the preamble of claim v, 1, as it is, for. B. from DE-OS 25 OO 182 is known.
Schweißen ist ein wichtiger und häufiger Fertigungsprozeß, bei dem in vielen Fällen eine Automatisierung wünschenswert ist. Bisherige Schweißautomaten werden entweder auf die zu verfolgende Bahn vorprogram- μ miert oder vollziehen einfache Schweißungen an Grobblechen entlang geraden Bahnen. Bei der Vorprogrammierung der Bahn müssen die zu verschweißenden Teile durch aufwendige Einspannvorrichtungen zusammengefügt werden, damit die Fuge auf der vorgegebe- fr, nen Bahnkurve liegt. Eine Voraussetzung hierfür sind hohe Fertigungsgenauigkeit und werkstückspezifische Einspannvorrichtungen, die teuer sind. Das HinhaltenWelding is an important and common manufacturing process that in many cases involves automation is desirable. Previous automatic welding machines are either preprogrammed for the path to be followed mate or perform simple welds on heavy plates along straight paths. When preprogramming the path, the parts to be welded must be Parts are joined together by elaborate clamping devices so that the joint on the specified, nen trajectory. A prerequisite for this are high manufacturing accuracy and workpiece-specific Jigs that are expensive. The stalling der Bahn wird durch Fertigungstoleranzen und das Verziehen der Teile durch Hitzeeinwirkung erschwertthe track is affected by manufacturing tolerances and that Warping of the parts made more difficult by the action of heat
Durch Sensoren, die die Bahn automatisch verfolgen, wird es möglich, auch dort automatisch zu schweißen, wo Einspannvorrichtungen nicht eingesetzt werden können oder vermieden werden sollen. Versuchsweise werden Schweißautomaten mit taktilen oder optischen Sensoren ausgerüstet Bei letzteren wird die Reflexion eines dünnen Lichtstrahles gemessen — Drews, P, King, RL: »Optisches Verfahren zur Brennerführung beim Lichtbogenschweißen«, Industrie-Anzeiger 98 Jg. Nr. 2 vom 9.1.76, S. 35-37.Thanks to sensors that automatically track the path, it becomes possible to weld automatically where clamping devices are not used can or should be avoided. As an experiment, automatic welding machines with tactile or optical Sensors equipped With the latter, the reflection of a thin light beam is measured - Drews, P, King, RL: »Optical procedure for burner guidance at Arc welding ", Industrie-Anzeiger 98 vol. 2 of 9.1.76, pp. 35-37.
Der Einsatz taktiler Sensoren ist wegen Hitzeproblemen, Verschmutzungen und Störungen durch Metallklumpen problematisch Ferner lassen sich in einigen Vallen taktile Sensoren wegen der Geometrie der Fuge (Knicke oder ähnliches) überhaupt nicht einsetzen. Aus diesen Gründen ist eine berührungslose Bahnverfolgung durch optische Sensoren vorzuziehen. Alle bekannten Lösungen, wie auch die DE-OS 25 00 182, werten das Grauwertbild der Oberfläche der Schweißnaht oder -fuge und ihrer Umgebung aus. Da die Intensität des reflektierten Lichtes stark von der Oberfläche, des meist mehr oder weniger glänzenden Metalls abhängt und diese durch Verschmutzungen Rost, Kratzer und Reflexionen der Metalloberfläche selbst verfälscht wird, ist die Auswertung bei diesen bekannten Verfahren grundsätzlich fehlernaft.The use of tactile sensors is problematic because of heat problems, dirt and interference from metal lumps Vallen tactile sensors because of the geometry of the joint Do not use (kinks or the like) at all. For these reasons, a non-contact trajectory is required preferable through optical sensors. All known solutions, as well as DE-OS 25 00 182, value that Gray value image of the surface of the weld seam or joint and its surroundings. Since the intensity of the reflected light strongly depends on the surface of the mostly more or less shiny metal and this is falsified by dirt, rust, scratches and reflections on the metal surface itself, the evaluation in these known methods is fundamentally flawed.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Störeinflüsse durch Reflexionen zu vermeiden. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Maßnahme nach Anspruch 1 gelöst Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The invention is based on the object of avoiding the interference caused by reflections. These The object is achieved according to the invention by the measure according to claim 1. Advantageous embodiments are characterized in the subclaims.
Das Profil kann durch zwei verschiedene Verfahren ausgewertet werden, die unterschiedlichen Schwierigkeitsgraden der Aufgabenstellung entsprechen. Beim ersten Verfahren wird das Profil mit einer Maske der Fugenform korreliert und aus dem Maximum der Korrelation die Position der Fuge ermittelt Beim zweiten Verfahren wird das Profit cn-line aus einem Fernsehbild in eine einfache Datenstruktur übertragen, die die Form des Profils beschreibt Aus der Beschreibung wird die Position der Fuge bestimmt.The profile can be evaluated by two different methods, which correspond to different degrees of difficulty of the task. At the first method, the profile is correlated with a mask of the joint shape and from the maximum of the Correlation determines the position of the joint. In the second method, the profit cn-line is derived from one Transmitted television picture in a simple data structure that describes the shape of the profile Description determines the position of the joint.
Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß eine Information über die dreidimensionale Struktur der Schweißfuge und über ihre Umgebung direkt aus dem Bild entnommen werden kann. Weitere Vorteile bestehen darin, daß die betreffenden Bilder als Binärbilder auswertbar sind. Dies ermöglicht einen geringen Verarbeitungsaufwand und kurze Verarbeitungszeiten.The advantages achieved by the invention are in particular that information about the three-dimensional structure of the weld joint and its surroundings can be taken directly from the image can. Further advantages are that the images in question can be evaluated as binary images. This enables a low processing effort and short processing times.
Praktische Voraussetzung für den Einsatz optischer Sensoren beim Schweißen ist entweder ein gepulster Schweißvorgang oder der Einsatz von Licht mit ausgezeichneten Frequenzen, die mit Filtern detektiert werden.Practical requirement for the use of optical Sensors in welding is either a pulsed welding process or the use of light with excellent frequencies that are detected with filters.
Die Erzeugung von Profilen aus LichtschnittbildernThe generation of profiles from Light section images
Eine Schweißfuge weist in vielen Fällen eine deutlich ausgeprägte Kehle, ein V-Profil oder einen Spalt auf, Zur Erfassung solcher Profile eignen sich Lichtschnittbilder besonders, weil aus ihnen sofort auf die dreidimensionale Struktur der Szene und damit der Schweißfuge geschlossen werden kann. Lichtschnittbilder entstehen durch Projektion einer Binär-Maske, die z.B. aus einem Schlitz (Fig. I) oder einer halbseitig dunklen Maske (F i g. 2) bestehen kann. Während für dieIn many cases, a weld joint has a clearly pronounced fillet, a V-profile or a gap, Light slice images are particularly suitable for capturing such profiles because they are immediately visible on the three-dimensional structure of the scene and thus the weld joint can be closed. Light section images are created by projecting a binary mask that e.g. a slit (Fig. I) or a mask that is dark on one side (Fig. 2). While for the
Erfassung einer vollständigen Szene viele solcher Projektionen notwendig sind, kann in diesem Anwendungsfall bereits aus einer einzigen Projektion auf die Position der Fuge geschlossen werden. Damit entfällt das üblicherweise kritische Problem der Zuordnung mehrerer Projektionen zueinander. Die Projektion eines Schlitzes quer zur Schweißbahn ergibt in der Schrägansicht ein Profil, das einem Querschnitt durch die zu schweißenden Teile entlang der Projektion entspricht Die Schweißfuge tritt im Profil als Einbuch- ι ο tung, Knick- oder Sprungstelle oder Unterbrechung auf.Capturing a complete scene many such projections are necessary in this application can be deduced from a single projection on the position of the joint. This does not apply the usually critical problem of assigning several projections to one another. The projection of a slot transversely to the welding path results in the oblique view of a profile that a cross section through corresponds to the parts to be welded along the projection direction, kink or crack or interruption.
Bei Projektion eines Schlitzes tritt häufig das Problem auf, daß die Projektion des Schlitzes sich aufweitet oder verengt oder an einigen Stellen völlig verschwindet Diese Probleme können weitgehend umgangen werden, wenn man stattdessen eine halbseitig dunkie Maske — wie in F i g. 2 — projiziert, so daß die eine Hälfte der Szene hell beleuchtet ist, während die andere Hälfte im Dunkeln liegt Durch die Projektion einer halbseitig dunklen Maske entstehen ähnliche Profile wie bei Schlitzprojektionen, es kommt jedoch nicht zu Unterbrechungen oder Aufweitungen. Die Projektion einer halbseitig dunklen Maske führt zu einem Binärbild, in welchem die Grenzlinie zwischen Hell und Dunkel das auszuwertende Profil darstellt. Es kann nicht immer r> sichergestellt werden, daß sich nur eine eindeutige Grenzlinie ausbildet Verzweigungen, die durch angeleuchtete Flächen entstehen, können jedoch logisch detektiert und eliminiert werden.When a slot is projected, the problem often arises that the projection of the slot widens or narrows or disappears completely in some places.These problems can be avoided to a large extent, if you instead use a mask that is dark on one side - as in FIG. 2 - projected so that one half of the Scene is brightly lit while the other half is in the dark By projecting one half-sided dark mask creates similar profiles as with slit projections, but there are no interruptions or widenings. The projection of a half-sided dark mask leads to a binary image, in which the borderline between light and dark represents the profile to be evaluated. It can't always be it must be ensured that only a clear boundary line is formed. Branches that are illuminated by Areas arise, but can be logically detected and eliminated.
F i g. 3 zeigt ein Beispiel für eine Schweißaufgabe, bei tu der das Winkeleisen 1 auf das Blech 2 entlang der Fuge 3 geschweißt werden soll. Der Verlauf einer Projektion quer zur Schweißfuge über alle Teile wird durch die Linie 4 dargestellt Fig.4 zeigt das entstehende Binärbild nach Projektion einer halbseitig dunklen π Maske über diese Schweißszene.F i g. 3 shows an example of a welding task at tu which the angle iron 1 is to be welded onto the sheet metal 2 along the joint 3. The course of a projection at right angles to the weld joint over all parts is shown by the line 4 Fig.4 shows the resulting Binary image after projection of a half-sided dark π mask over this welding scene.
Lokale Auswertung von ProfilenLocal evaluation of profiles
Bei einer lokalen Analyse wird nur derjenige Teil des Profils ausgewertet in welchem die Schweißfuge liegt, -m Dies ist nur möglich, wenn die Grobposition der Fuge bekannt ist. Für die Auswertung wird ein Maskenverfahren angewandt. Fig. 5 zeigt ein Beispiel eines Lichtschnittprofils über eine Schweißfuge mit V-Form, die häufig beim Schweißen vorkommt. Eine einfache -r. Technik für die Bestimmung der Position der Fuge besteht darin, über das Profil eine Maske mit V-Form zu schieben (Fig.6) und diejenige Lage der Maske zu finden, die am besten mit dem Profil korreliert (F i g. 7). Diese Korrelation soll der Flexibilität wegen elektro- ίο nisch durchgeführt werden, indem in Schieberegistern die Maske Cy über das Bild /^geschoben wird. Für jede Position io, joder Maske mit der Höhe Λ und der Breite b wird der Wert der Funktion Ki01J0 errechnet:In the case of a local analysis, only that part of the profile in which the weld joint is located is evaluated. This is only possible if the rough position of the joint is known. A mask process is used for the evaluation. FIG. 5 shows an example of a light section profile over a V-shape welding joint which often occurs during welding. A simple -r. The technique for determining the position of the joint consists in sliding a mask with a V shape over the profile (FIG. 6) and finding the position of the mask that correlates best with the profile (FIG. 7). For the sake of flexibility, this correlation should be carried out electronically by shifting the mask Cy over the image / ^ in shift registers. For each position io, j or mask with height Λ and width b , the value of the function Ki 01 J 0 is calculated:
Aus dem Wert 0Ό, Jo), für den gilt:From the value 0Ό, Jo), for which applies:
ΛΤ-ξ-Äi,ΛΤ-ξ-Äi,
hH . h. H
Κ..Λ. = Σ Κ ..Λ. = Σ
Σ . ^m-C ,„.,;„Σ. ^ m-C, ".,;"
Af- * j·Af- * j
in = h/2 /V- /V 2 . in = h / 2 / V- / V 2.
wobei /V die Breite des Hildes ist. und fürwhere / V is the width of the Hildes. and for
./„ = h/2 Λ/ /ι/2../ "= h / 2 Λ / / ι / 2.
wobei Λ/ die Hohe des bildes ist.where Λ / is the height of the image.
ergibt sich die Lage, an der die Maske am besten mit dem Profil korreliert, und damit die Position der Schweißfuge.the result is the position at which the mask correlates best with the profile, and thus the position of the Weld joint.
Globale Auswertung von ProfilenGlobal evaluation of profiles
Lokale Auswertungen sind gegenüber Störungen auftrund von Verzerrungen, Verschmutzungen etc. des Fugenprofils empfindlich. Störsicherer und flexibler ist eine globale Analyse, bei der auch die Umgebung der Schweißfuge erfaßt und ausgewertet wird. Will man mehr als nur einen kleinen Teil des Profils auswerten, so werden Maskenverfahren unhandlich. Stattdessen werden deskriptive Verfahren für die Erfassung der Form des Profils benötigt Hierfür wird ein flexibler heuristischer Ansatz eingesetztLocal evaluations are in relation to disturbances due to distortions, soiling, etc. of the Joint profile sensitive. A global analysis that also includes the environment of the Weld joint is recorded and evaluated. If you want to evaluate more than just a small part of the profile, so mask processes become unwieldy. Instead, it uses descriptive procedures for capturing the form of the profile is required. A flexible heuristic approach is used for this
Der Ansatz wird anhand des B.-spiels aus Fig.4 erklärt Ein solches Profil wird durch eine Kette von Geradenabschnitten beschrieben, aus denen es zusammengesetzt ist. Für die Ermittlung der Geradenabschnitte wird das Profil durch eine Fernseh-Kamera so abgetanst daß das Profil quer zu den FS-Zeilen verläuft (F i g. 8). Dann dienen die x- Koordinaten der Grenzlinie auf jeder Zeile zur Bestimmung der Geradenabschnitte. Hierzu wird ein schneller »Keller«-Algorithmus eingesetzt Ein »Keller« (englisch »stack«) ist eine Liste, in der nur von »oben« her zugegriffen werden kann, so daß das jeweils zuletzt eingetragene Listenelement auch als erstes wieder ausgelesen wird. Das Prinzip des Algorithmus beruht darauf, in dem Keller alle Datenpunkte zu speichern, die zu einem Geradenabschnitt gehören. Ist das Ende eines Geradenabschnittes erreicht, werden die Parameter des Geradenabschnittes ermittelt der Keller geleert und mit dem nächsten Geradenabschnitt begonnen. Als Datenpunkte verden die x-Koordinaten x, der Grenzlinie Zeile um Zeile in den Keller geschoben. Bevor ein neuer Datenpunkt x„ in den Keller geschoben wird, berechnet man die Steigung rn„ zwischen dem obersten Kellerelement x, und dem neuen Datenpunkt:The approach is explained using the B. game from FIG. 4. Such a profile is described by a chain of straight line sections from which it is composed. To determine the straight line sections, the profile is scanned by a television camera in such a way that the profile runs transversely to the FS lines (FIG. 8). Then the x- coordinates of the boundary line on each line are used to determine the straight line sections. A quick “stack” algorithm is used for this purpose. A “stack” is a list that can only be accessed from “above” so that the list element entered last is read out first. The principle of the algorithm is based on storing all data points in the basement that belong to a straight line section. When the end of a straight line section is reached, the parameters of the straight line section are determined, the basement is emptied and the next straight line section is started. The x-coordinates x, the boundary line, are pushed into the cellar line by line as data points. Before a new data point x "is pushed into the cellar, the slope rn" between the top cellar element x and the new data point is calculated:
■*» - v,■ * »- v,
wobei 5 der Zeilenabstand im FS-BiId ist.where 5 is the line spacing in the FS image.
Für die im Keller befindlichen Datenpunkte wird die Steigung /n* der Geraden zwischen dem obersten und dem untersten Kellerelement x,bzw. Xbberechnet:For the data points in the basement, the slope / n * of the straight line between the top and bottom basement element x or Xb is calculated:
x> ~ x" x > ~ x "
m = m =
wobei ζ die Anzahl der im Keller befindlichen Datenpunkte ist. Weicht m„ um einen vorgegebenen Wert w von /n* ab, so ist eine Knickstelle erreicht. Allewhere ζ is the number of data points in the basement. If m " deviates from / n * by a specified value w , a kink has been reached. All
W) Punkte im Keller werden zu einem Geradenabschnitt s, zusammengefaßt,- der durch einen Anfangspunkt #> seine Länge Ij und die Steigung nij völlig beschrieben wird. Die Anfangskoordinate ay ergibt sich aus *■/,: die Länge /,ist gleich der Anzahl ζ der Kellereiemente undW) Points in the basement are combined into a straight line segment s, - which is completely described by a starting point #> its length Ij and the slope nij. The starting coordinate a y results from * ■ / ,: the length /, is equal to the number ζ of cellar elements and
"~i die Steigung m,- ergibt sich aus nu. Durch den Rinsat/ des Keller-Algorithmus liegen z, x, und Xb stets vor, so daß nur wenig gerechnet werden muß. Nach Erreichen der Knickstelle wird der Keller eeleert und s, mit dem"~ i the slope m, - results from nu. Due to the Rinsat / Keller algorithm, z, x, and Xb are always present, so that only a few calculations have to be made. After reaching the kink, the cellar is emptied and s, with the
Tupel (i)j. jj, Ij) in einer Tabelle gespeichert, für den nächsten Geradenabschnitt s,<\ werden ,v,und v„als die beiden untersten Kellerelemente in den Keller geschoben und man fährt mit dem nächsten Datenpunkt .v„, ι in der Berechnung und dem Vergleich der Steigungen fort. Mit Beendigung der Abtastung liegt tabellarisch eine Beschreibung des Profils in Form einer Kette vor:Tuple (i) j. jj, Ij) are stored in a table, for the next straight line section s, <\ , v, and v "are pushed into the cellar as the two lowest cellar elements and you move on to the next data point .v", ι in the calculation and the Comparison of the slopes continued. When the scanning is completed, a table description of the profile is available in the form of a chain:
S1(Uj, ro,, /,),...
sp (ap, mp, lp). S 1 (Uj, ro ,, /,), ...
s p (a p , m p , l p ).
in dieser Darstellung ist die Information über die Schweißfuge und ihre Umgebung enthalten. Die Stufe aus Fig.8, die der Schweißfuge entspricht, tritt in der Datenstruktur als u auf. Da das Fugenprofil in seiner Form und seinen Ausmaßen a priori bekannt ist, kann man systematisch in der Datenstruktur nach passenden Werten /n> /m suchen, um den entsprechenden Geradenabschnitt zu finden.This representation contains the information about the weld joint and its surroundings. The step from Fig. 8, which corresponds to the weld joint, appears in the data structure as u . Since the shape and dimensions of the joint profile are known a priori, one can search systematically in the data structure for suitable values / n> / m in order to find the corresponding straight line section.
Um die Sicherheit der Auswertung zu erhöhen, werden bei der Suche auch die benachbarten Geradenabschnitte Sj und 55 berücksichtigt, d. h. in den Tabellen wird nach der Teilstruktur sj, s*. In order to increase the reliability of the evaluation, the neighboring straight line sections Sj and S5 are also taken into account during the search, ie in the tables the substructure sj, s *. Ss Ss mit den entsprechenden Paramtern mj, /j, m*. U, ms, /$ gesucht. Reichen diese Abschnitte zu einer eindeutigen Bestimmung nicht aus, so können weitere Teilstrukturen hinzugenommen werden. Insbesondere können ausgeprägte Strukturen wie etwa s&, sy, St in F i g. 8 ausgewertet werden.with the corresponding parameters mj, / j, m *. U, ms, / $ wanted. If these sections are not sufficient for a clear determination, further substructures can be added. In particular, pronounced structures such as s &, sy, St in FIG. 8 can be evaluated.
Ist eine Zuordnung erfolgt, ergibt sich aus den Anfangskoordinaten a, die gesuchte Information über die Position der SchweiQfuge. Bei Auftreten von Störungen an der Schweißfuge selbst kann anhand der auswertbaren Strukturen in der Umgebung eine Positionsbestimmung durchgeführt werden. Is an assignment is made, resulting from the initial coordinates a, the searched information on the position of the SchweiQfuge. If faults occur in the weld joint itself, a position can be determined using the structures in the vicinity that can be evaluated.
F i g. 9 zeigt ein Schema der Anlage. Mit dem Projektor 5 wird die Binarmaske 6 auf die SchweiOfuge 15 mit Vorlauf vor dem Schweißbrenner 7 projiziert. Das entstehende Profil 8 wird mit der Kamera 9 seitlich aufgenommen und durch einen Schwellwertdiskriminator 10 in ein Binärbild gewandelt. Dieses wird über den Bus 11 an den Mikroprozessor 12 übergeben. Im Mikroprozessor wird das Binärbild verarbeitet und gemeinsam mit den externen Registern 13 das Profil gemäß der Beschreibung der beiden Ausführungsbeispiele (Anspruch 2 und 3) ausgewertet. Der Mikroprozessor übergibt die Koordinaten der Schweißfuge an die Steuerung/Regelung 14 des Schweißbrenners, die unter Berücksichtigung des Sensorvorlaufes den Brenner entlang der Schwejlifuge 15 führt. F i g. 9 shows a scheme of the plant. With the projector 5, the binary mask 6 is projected onto the welding joint 15 with a lead in front of the welding torch 7. The resulting profile 8 is recorded from the side with the camera 9 and converted into a binary image by a threshold value discriminator 10. This is transferred to the microprocessor 12 via the bus 11. The binary image is processed in the microprocessor and, together with the external registers 13, the profile is evaluated in accordance with the description of the two exemplary embodiments (claims 2 and 3). The microprocessor transfers the coordinates of the welding joint to the control system 14 of the welding torch, which guides the torch along the welding joint 15 taking into account the sensor advance.
In einer Lernphase wird die a-priori-lnformation über die zu erwartenden Profile tabellarisch gespeichert. In diesen Tabellen wird die Struktur der Schweißfuge gekennzeichnet, so daß gezielt nach ihr gesucht werden kann. Weitere Information läßt sich aus bereits erfolgten Analysen gewinnen. Wenn man das Ergebnis einer Analyse in das nächste Profil als Vorhersage des ungefähren Auftrittsortes der gesuchten Strukturen projiziert, so kann die Sicherheit der Auswertung stark erhöht werden (Fig. 10). Durch Ausnutzung der Information in den Tabellen können Heftstellen übersprungen und Startpunkte gezielt gesucht werden.In a learning phase, the a priori information is about the profiles to be expected are saved in a table. In these tables the structure of the weld joint is shown so that it can be specifically searched for. More information can be found out already the analyzes that have been carried out. If you put the result of an analysis in the next profile as a prediction of the projected approximate location of the searched structures, the security of the evaluation can be strong can be increased (Fig. 10). By using the information in the tables, staples can be created skipped and starting points are specifically searched for.
Hierzu 5 Bkiti /cichininsicii For this 5 Bkiti / cichininsicii
Claims (5)
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DE2711660C3 (en) | 1981-06-04 |
DE2711660A1 (en) | 1978-09-21 |
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Legal Events
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