KR100543433B1 - 단부 또는 경계를 추적하고 검사하기 위한 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

서로 용접되는 두 판금 블랭크들(6,7)간의 공통에지(13)를 추적하고 검사하기 위하여 하나의 광선패턴(5)이 투영기(2)에 의해 에지를 가로질러 투영되고 카메라(3)에 의하여 영상화된다. 이 포착된 영상은 블랭크들 사이의 간격상에서 또는 에지의 트랙상에서 광선들을 추적하여 정보를 유도하기 위하여 분석된다. 투영된 패턴은 상이한 광도(light intensity)를 갖는 여러개의 광선들을 가진다. 사진으로된 영상이 처리될 때, -심지어 만약 판금 블랭크들의 굴절 특성에 변화가 존재하더라도- 얻어진 영상에서 너무 흐리거나 너무 밝지 않는 그리고, 따라서 의미 있는 분석을 위하여 사용될 수 있는 광선을 선택하는 것이 가능하다.

Description

에지 또는 경계를 추적하고 검사하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR FOLLOWING AND INSPECTING AN EDGE OR BORDER}

본 발명은 청구항 제 1 항의 전제부에 따르는 방법과 청구항 제 6 항의 전제부를 따르는 장치에 관한 것이다. 본 발명은 또한 청구항 제 10 항 및 제 12 항의 각각의 전제부들에 따르는 방법 및 장치와 청구항 제 13 항 및 제 14 항의 전제부 각각 따르는 방법 및 장치에 관한 것이다.

이어서 성형공정으로 들어가는, 큰 구성요소(소위 테일러드 블랭크들(tailored blanks))를 형성하기 위하여 판금을 서로 용접하는 것이 공지되어 있다. 이러한 "테일러드 브랭크"가 사용되는 분야의 한 예가 자동차 산업이다. 상기 금속 블랭크들을 서로 용접하는 것은 메쉬용접(mesh welding) 및 레이저 용접에 의하여 수행될 수도 있다. 이러한 용접이음새는 상기 브랭크들과 함께 성형공정에 영향을 받기 때문에, 상기 전체 이음새는 완전한 품질로 되어야 하는 것이 필수적이다.

상기의 용접될 블랭크들은 용접될 에지(edge)들이 서로 접하여 용접점으로 공급된다. 상기 초점이 맞추어진 레이저 빔은 병렬 배치된 블랭크들의 상기 공통단부를 가능한 정확하게 추적하는 것이 중요하다. 이것을 달성하기 위하여, 상기 용접지역 앞쪽 에지의 정확한 트랙(track)를 결정하는 장치들을 사용하여, 용접하는 동안에 레이저 빔이 상응하게 가이드될 수 있도록 한다. 하나의 공지된 장치는 일정한 세기를 갖는 광선 패턴을 상기 에지를 가로질러 횡방향으로 투영함으로써 이것을 실행하며, 이러한 패턴은 카메라에 의하여 영상화되고, 상기 얻어진 영상은 광선들의 최소한 한 트레이스(trace)로부터 공통단부의 또는 그 지점에서 상기 블랭크들 사이의 갭(gap)의 트랙(track)을 유도하기 위하여 컴퓨터로 분석된다. 이와 같은 방식으로, 상기 에지와 상기 갭(gap)은 상기 용접지역의 앞쪽에서 이들의 전체 길이를 따라 탐지되고, 상기 레이저빔은 용접이 수행됨에 따라 상응하게 제어된다.

상기 용접지역 이후, 상기 용접 이음선의 윤곽(profile)은 유사한 방법으로 결정될 수 있으며, 용접 결함들이 탐지된다.

용접하기 전 상기 에지를 추적하고, 특히 용접 후에 상기 에지 또는 용접이 음선을 검사하는데 있어서, 상기 판금 블랭크들의 반사율(reflectivity)에 많은 변화가 존재하는 문제점이 발생한다. 상기 개별적인 블랭크들은 상이한 표면 코팅을 가질 수도 있다; 즉 오일막 또는 비오일막, 빛나는 또는 무딘 피니쉬(finish), 연기 자국 등등. 이러한 요인들(factors)로 인한 광도의 큰 편차는 사용되는 카메라의 동적인 범위를 넘어설 수 있으므로, 영상화되는 상기 선들이 너무 밝거나 또는 너무 어두워지고, 영상을 다르게 만들거나 또는 심지어 해석하는 것조차 불가능하게 만든다. 만약 에지를 따라 간다면, 진행속도를 감소하는 것이 필요할 수 있으며, 그렇지 않으면 용접 결함들이 발생할 수 있다; 만약 에지를 검사한다면, 어떤 경우에는 결함들이 탐지되기 어려울 수 있고 또는 결함들이 어디에도 존재하지 않는 것으로 추측될 수도 있다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 포착된 영상들이 어떤 문제도 없이, 심지어 불리한 조건들 하에서도 분석될 수 있도록 서두에 설명된 종류의 방법 및/또는 서두에서 설명된 종류의 장치를 개선하는 것이다.

본 발명의 첫 번째 관점에 따르면, 이것은 청구항 제 1 항과 제 6 항의 특징부들에 의하여 각각 달성된다. 상기 블랭크들 상에 상이한 광도를 가지는 광선들을 투영시키는 것은 화면의 해석능력을 향상시킨다. 밝고 높은 반사성을 갖는 블랭크 상에서는, 상기 평가 유니트(evaluation unit)는 평가를 위하여 더 낮은 세기를 가지는 이미지화된 광선을 정확하게 사용할 수 있고, 더 높은 세기를 갖는 너무 밝은 광선들은 무시하도록 사용할 수 있다. 어둡고 거의 반사하지 않는 블랭크상에서는, 가장 높은 세기를 갖는 광선이 우수한 결과들을 가져올 수 있다. 이러한 방식으로, 에지추적 및 에지의 검사 모두에 있어서 매우 좋은 결과가 쉽게 달성될 수 있다.

개별적인 광선들의 광도(light intensity)는 상이할 수 있으며, 예를들어 15%와 100% 사이에 놓여질 수 있으며; 동일한 광도를 갖는 광선들이 추가적으로 제공될 수도 있다. 바람직한 실시예에서는, 25%(두개의 광선들), 50%(두개의 광선들), 그리고 100%(한개의 광선)의 광도를 갖는 다섯개의 광선들이 제공된다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 본 문제는 청구항 제 10 항 및 제 12 항의 특징부들에 따라서 각각 해결된다.

이 경우에 있어서, 모든 상(image) 분석은 상기 광선들의 밝기가 특정 범위 내에 놓이는가에 따라 결정되며; 그렇지 않으면, 다음 촬영을 위하여 상기 카메라 장치의 노출제어에 작용하는 제어신호가 발생되어, 그 결과 다음 화면이 더 밝게 또는 더 어둡게 된다. 상기 발명의 두 관점들을 조합하는 것이 가능하며, 막 보여진 영상의 결과를 기초로, 상기 카메라 노출의 제어는 다른 밝기의 광선들의 사용에 부가하여 수행된다.

본 발명의 세 번째 관점에 따르면, 본 문제는 청구항 제 13 항 및 제 14 항의 특징부들에 의하여 각각 해결된다.

상기 투영기의 밝기 또는 세기를 변화시키는 것은 전체적으로 다른 블랭크들의 반사도를 보충하는 것을 가능하게 한다.

예의 방식으로 주어진 본 발명의 실시예들이 지금부터 도면들을 참조하여 상세히 기술될 것이다:

도 1은 병렬로 배치되고 공통단부(13)를 가지는 두 개의 블랭크들(6)과(7)을 도시한다. 이 브랭크들은 예컨대 레이저 용접에 의하여 상기 에지(edge)(13)를 따라 서로 접합된다. 상기 에지(13)의 트랙(track)을 추적하거나 상기 용접 이음선을 검사하기 위하여, 상기 에지상 및 상기 두개 블랭크들의 인접한 영역상으로 상기 에지(13)를 횡단하여 가로지르는 다수의 광선들(5)을 투영하는 것이 공지된다. 도시된 예에서, 오직 세 개의 광선들이 도시되어 있지만, 어떤 다른 수의 광선들이 적용될 수 있다. 이 광선들은 영상 장치(3)의 시계 영역 내에서, 상기 에지(13)에 대하여 90° 의 각도로 또는 경사진 각도로 뻗어 있으며, 이때 상기 영상장치는 특히 CCD 카메라 일 수 있다. 상기 광선들(5)을 투영하기 위한 상기 투영기(2)는 레이저 광원에 의하여 형성되는 것이 바람직하며 광원의 전방에는 회절격자가 회절선들로서 상기 광선들(5)을 생성하도록 배치된다. 상기 카메라(3)에 포착된 영상은 영상 평가 유니트에서 상기 광선들(5)의 최소한 하나의 트랙(track)으로부터 상기 에지(13)을 따라 상기 블랭크(6)와 (7) 사이의 갭(gap)의 트랙(track)을 결정하기 위해 분석되며, 또는 경우에 따라서, 상기 블랭크들이 용접된 후 용접 이음선의 트랙을 결정하기 위하여 분석된다.

도 2 는 도 1 에 따르는 다수의 장치들 즉, 용접 영역의 전방에 하나의 장치(arrangement)(1)와 용접영역을 추적하는 두 개의 장치들(10)과 (11)이 제공된 기구를 도시하고 있다. 도 2 에 도시한 바와 같이, 상기 용접 방향에서 예를들면 2m 길이가 될 수 있는 상기 블랭크들 (6)과 (7)은 이들의 위치가 정확히 놓여진 상태로 운송장치(미도시)에 의하여 화살표 A 방향으로 상기 장치를 통과하여 운반된다. 롤러들(8)과 (9)를 갖는 금속 재성형 장치는 상기 에지를 추적하는 장치(1)의 전방에 제공될 수 있다. 더 두꺼운 상기 블랭크(6)를 변형시킴에 의해, 이 장치는 상기 블랭크들 사이의 어떠한 갭(gap)을 최소한으로 줄인다. 그리고 나서, 상기 갭의 정확한 트랙(track)은 이미 기술한 바와 같이, 상기 에지를 추적하는 장치(1)에 의하여, 상기 에지(13)를 가로지르는 광선들의 패턴을 투영하고, 카메라에 의하여 상기 광선 패턴을 관찰하고 평가함으로써 결정된다. 예를들면, 다섯 개의 평행한 광선들은 상기 투영장치에 의하여 상기 에지를 가로질러 투영될 수 있다. 상기 장치(1)의 카메라로부터 나온 영상이 상기 갭의 정확한 트랙을 결정하는 평가유니트(18)로 이동된다. 상기 평가유니트(18)는 제어유니트(14)로 제어신호들을 전송하고, 이것은 차례로 상기 블랭크들(6)과 (7)을 용접하기 위한 상기 레이저 광빔(개략적으로만 도시)이 상기 에지(13)를 따라 상기 간극의 트랙을 정확히 추적하기 위해 상기 레이저 광원(15)을 제어한다.

상기 용접지역의 뒤에(즉, 운송방향으로), 상기 레이저빔 후방에, 도 1 에 도시된 것과 유사한 장치(10)가 상기 용접 이음선 위로 배치되고, 도 1 에 도시된 것과 유사한 또 다른 장치(11)가 상기 블랭크들의 아래에 배치된다. 이러한 두 장치들은 상기 에지(13)를 가로지르는 광선들을 투영하며, 그리고 상기 용접 이음선을 가로질러 광선들을 역시 투영한다. 상기 광선들의 영상으로부터, 상기 평가유니트(16) 및 (17)는 상기 용접이음선의 트랙을 결정할 수 있고, 따라서 다양한 종류의 결함에 대한 용접 검사를 수행할 수 있으며, 그 자체로 공지되어 있으므로, 여기서는 상세하게 설명하지 않을 것이다. 상기 평가유니트(16) 및 (17)은 적절한 신호를 상기 제어 유니트(14)로 전송하고, 이것은 용접된 블랭크들(6)과 (7)로 이루어지는 합성패널(composite panel)이 품질요구 사항들을 만족시키는가 또는 만족시키지 않는가를 표시하기 위하여 더 높은 단계의 제어(19)로 신호를 전송할 수 있다.

본 발명의 한 관점에 따르면, 다른 광선들은 서로 상이한 광도를 갖는 방식으로 상기 광선들(5)이 투영된다. 예를들면 : 도 1 에 도시된 세 개의 광선들 중에서, 가장 밝은 광선은 100%의 광도를 가질 수 있고, 두 번째 광선은 60%의 광도를 가질 수 있으며, 세 번째 광선은 30%의 광도를 가질 수 있었다. 바람직한 실시예에서는, 다섯 개의 광선들은 회절선들로서 투영된다. 이 실시예에서 0차의 중앙 회절선은 예를들어 100%의 광도를 갖는다. 상기 첫번째 회절선의 양측상에 있는 각각의 1차 회절선들은 50%의 광도를 가지며, 바깥쪽에 놓인 각각의 2차 회절선들은 25%의 광도를 갖는다. 상기한 요구 사항들에 부합될 수 있는 레이저들과 회절격자들을 갖는 광선 투영기들은 예를들어 캐나다, 퀘벡주, 3549 애쉬비에 소재한 LASIRIS 사에 의하여 제조된다.

상기 광선들(5)의 상이한 광도로 인하여, 상기 카메라(3)에 의해 포착된 영상들은, 심지어 에지(13)를 따라 상기 블랭크 표면들의 상이한 반사율이 존재하는 곳에서도, 상기 광선들 중 최소한 하나에 대하여 우수한 탐지성을 제공할 수 있고, 상기 평가 유니트에 의한 적절한 광선들을 선택한 후, 상기 영상의 우수한 평가를 할 수 있다. 이러한 방법으로, 상기 갭(gap)의 트랙(track) 또는 상기 용접 이음선의 트랙이, 심지어 상기 판금의 표면에서 상이한 반사 조건들(reflection conditions)하에서도, 정확하게 수행될 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 개별적인 카메라들은 도 2 에 도시된 상기 제어 유니트(14)에 의하여 전송된 노출 제어 신호(20)을 받는다. 그러나 이것은 또한 상기 관련 평가유니트(18)에 의해, 또는 경우에 따라, (16) 또는 (17)에 의해 직접적으로 상기 카메라로 전송될 수 있다. 상기 제어신호(20)는 다음 영상을 포착할 때 상기 카메라가 이전 화면의 노출시간보다 더 길거나 또는 더 짧은 또는 같은 노출시간을 선택하여야 하는 정보를 포함한다. 만약 상기 사용된 카메라가 CCD 카메라이면, 상기 제어신호는 상기 노출시간 대신에, 상기 CCD소자의 통합시간(integration time)을 조정할 수도 있다. 상기 광선들(5)의 이전 영상이 너무 어두웠는지 또는 너무 밝았는지에 관한 정보를 기초로 하여, 관련된 상기 카메라의 노출은 다음 촬영을 위하여 수정된다. 결과적으로 이러한 성능은 상기 얻어진 영상들에서 상기 투영된 광선들의 인지성을 또한 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 상기 통합(integration)은 항상 진행 속도와 상관없이, 에지 또는 이음선의 동일한 길이에 걸쳐서 이루어진다.

본 발명의 두 관점은 또한 조합하여 사용될 수 있다. 다른 광도를 가지는 광선들이 상기 에지(13)를 가로질러 투영될 수 있고, 이에 부가하여, 상기 개별적인 카메라의 노출을 변경하기 위하여 설비가 만들어 질 수 있다. 적합한 카메라들, 특히, CCD 카메라들은 상업적으로 이용 가능하며, 여기서 자세히 설명할 필요는 없다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 상기 투영된 광선들의 전체 밝기는 제어될 수 있다. 이 경우에 있어서, 이것은 상기 평가 유니트로부터의 신호에 의하여 변경되는 상기 CCD 소자의 통합시간(integration time) 또는 상기 카메라의 노출시간이 아니라, 상기 광선 투영기의 밝기이다. 이러한 기능은 상기한 발명의 두 관점들의 어느 하나 또는 둘 모두와 조합될 수 있다. 따라서, 상기한 바와 같이, 같은 광도를 가지는 광선들을 투영하는 광선 투영기의 밝기는 제어될 수 있거나, 또는 다른 광도를 가지는 선들을 생성하는 광선 투영기의 밝기가 제어될 수 있다. 이러한 경우, 제어유니트가 두 개의 제어신호들, 즉 상기 투영기를 위한 하나의 신호와 상기 카메라를 위한 하나의 신호를 출력함으로서, 밝기의 제어는 또한 노출시간(exposure time) 또는 통합시간(integration time)의 제어와 조합될 수 있다.

본 발명의 세가지 관점들은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

제 1도는 광선 투영기 및 카메라의 기본 배치를 개략적으로 도시하고,

제 2도는 하나의 에지 추적장치 및 두 에지 또는 용접 검사 장치의 개략도를 나타낸다.

* 도면의주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 투영기 3 : 영상장치

5 : 광선들 6,7 : 블랭크

8,9 : 롤러 13 : 에지

15 : 레이저 광원 16,17 : 평가 유니트

Claims (14)

1. 블랭크들의 공통에지(13)를 따라 판금 블랭크들(6,7)을 서로 용접하는데 있어, 용접 전에 에지를 추적하거나 용접 후에 에지 또는 용접이음선을 검사하는 방법으로서, 여기서 광은 상기 에지를 가로질러 횡방향으로 연장되는 다수의 광선들(5)의 형태로 상기 블랭크들(6,7)상으로 투영되며 그리고 카메라(3)에 의하여 포착된 상기 광선들의 영상이 평가되는 방법에 있어서,

   상이한 광도를 갖는 광선들(5)이 상기 블랭크들 상으로 투영되는 것을 특징으로 하는 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 광선들은 투영기(2) 최대 광도의 100% 내지 5% 범위의 광도를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 광선들과 각각 동일한 광도를 갖는 광선들이 추가적으로 투영되는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 광선들은 다섯개의 광선들로 투영되고, 여기서 하나의 광선은 100%의 광도를, 두개의 광선들은 50%의 광도를, 그리고 두개의 광선들은 25%의 광도를 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 다섯 개의 광선들은 회절격자에 의하여 생성되는데, 100%의 광도를 갖고 중앙에 놓인 0차 회절차수의 광선, 50%의 광도를 갖고 상기 중심선의 양측에 놓이는 1차의 회절차수의 광선들, 및 25%의 광도를 가지며 양쪽 외측에 놓이는 2차 회절차수의 광선들이 생성되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 블랭크들의 공통에지(13)를 따라 판금 블랭크들(6,7)을 서로 용접하는 경우, 용접 전에 상기 에지를 추적하거나 용접 후에 상기 에지 또는 용접이음선을 검사하기 위한 장치로서, 상기 에지를 가로질러 연장되는 다수의 광선들을 생성하기 위한 장치(2), 상기 광선들(5)의 영상을 포착하기 위한 카메라장치(3), 그리고 상기 영상을 평가하기 위한 평가장치(14)를 포함하는 장치에 있어서,

   상기 광선들을 생성하기 위한 상기 장치(2)는 상이한 광도를 갖는 광선들을 생성하기 위하여 배치되고, 상기 평가장치(14)는 산란되거나 반사된 복사의 밝기를 기초로 광선들을 선택하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 광선들을 생성하기 위한 장치는 레이저 광원 및 회절 격자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 장치는 다섯 개의 회절선들, 즉, 100%의 광도를 갖는 0차 회절선, 50%의 광도를 갖는 1차 회절선들, 및 25%의 광도를 갖는 2차 회절선들을 생성하도록 설계되는 것을 특징으로 하는 장치.
9. 제 6 항에 있어서,

   상기 카메라장치는 최소한 하나의 CCD 카메라를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
10. 브랭크들의 공통에지(13)를 따라 판금 블랭크들(6,7)을 서로 용접하는 경우, 용접 전에 상기 에지를 추적하거나 용접 후에 상기 에지 또는 용접이음선을 검사하는 방법으로서, 광이 상기 에지를 가로질러 횡방향으로 연장되는 다수의 광선들(5) 형태로 상기 블랭크들(6,7) 상으로 투영되며 그리고 카메라(3)에 의하여 포착된 상기 광선들의 영상이 평가장치(14)에 의하여 평가되는 방법에 있어서,

    상기 평가장치(14)는 제어 가능한 다양한 노출 제어를 가지며, 각각의 영상 평가 동안, 상기 노출이 다음 영상을 위하여 변경될 필요가 있는지 결정이 되고, 만약 그렇다면, 제어 신호가 상기 노출을 변경하기 위하여 카메라로 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 10 항에 있어서,

    상기 카메라로 CCD 카메라가 사용되며, 상기 노출은 상기 CCD소자의 통합시간(integration time) 또는 상기 카메라 셔터의 셔터속도를 변경시킴에 의해 제어되며, 각각의 경우에 일정하고 선택 가능한, 에지 또는 이음선의 길이에 걸쳐 통합되는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 블랭크들의 공통에지(13)를 따라 판금 블랭크들(6,7)을 서로 용접하는 경우, 용접 전에 상기 에지를 추적하거나 용접 후에 상기 에지 또는 용접 이음선을 검사하기 위한 장치로서, 상기 에지를 가로질러 연장되는 다수의 광선들을 생성하기 위한 장치(2), 상기 광선들(5)의 영상을 포착하기 위한 카메라장치(3), 그리고 상기 영상을 평가하기 위한 평가장치(14)를 포함하는 장치에 있어서,

    상기 카메라 장치는 제어가능한 노출 조절부를 가지는 카메라 특히, CCD소자의 제어 가능한 통합시간 또는 제어가능한 셔터속도를 가지는 CCD 카메라를 포함하고, 상기 평가장치는 상기 카메라 장치에 대하여 제어신호(20)를 출력하기 위하여 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.
13. 블랭크들의 공통에지(13)를 따라 판금 블랭크들(6,7)을 서로 용접하는 경우, 용접 전에 상기 에지를 추적하거나 용접 후에 상기 에지 또는 용접 이음선을 검사하기 위한 방법으로서, 광이 상기 단부를 가로질러 횡방향으로 연장되는 다수의 광선들(5)의 형태로 상기 블랭크들(6,7) 상으로 투영되고, 카메라(3)에 의하여 포착된 상기 광선들의 영상이 평가되는 방법에 있어서,

    상기 광선들을 투영 하기 위한 투영기는 그것의 광도를 제어할 수 있고, 각 영상의 평가의 일부로서 상기 광선들의 밝기가 다음 영상을 위해 변경될 필요가 있는지에 대한 결정이 이루어지며, 만약 그렇다면, 제어신호가 상기 광도를 변경하기 위하여 상기 투영기로 전달되는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 블랭크의 공통에지(13)를 따라 판금 블랭크들(6,7)을 서로 용접하는 경우, 용접 전에 상기 에지를 추적하거나 용접 후에 상기 에지 또는 용접 이음선을 검사하기 위한 장치로서, 상기 에지를 가로질러 연장되는 다수의 광선들을 생성하기 위한 장치(2), 상기 광선들(5)의 영상을 포착하기 위한 카메라 장치(3), 그리고 상기 영상을 평가하기 위한 평가 장치(14)를 포함하는 장치에 있어서,

    상기 광선들을 생성하기 위한 장치는 광원의 광도를 위하여 제어입력부를 가지는 광선 투영기를 포함하며, 상기 평가 장치는 상기 광선 투영기를 위하여 제어신호를 출력하도록 배치되는 것을 특징으로 하는 장치.

Images