CN101198435A - 用于识别焊缝处的缺陷部位的缺陷探测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及用于识别焊缝处的缺陷部位的缺陷探测系统，具有安装于加工设备的移动装置上的扫描装置，其中可通过移动装置使扫描装置在至少一个要检测的焊缝上方移动。扫描装置以可预先设定的频率对焊缝进行扫描，其中每次扫描均与时间信号相关，并且利用该时间信号检测对至少一个有缺陷部位的扫描部位进行扫描的时刻。设置分析模块，用以根据通过扫描所获得的扫描信号来确定缺陷部位的坐标。该分析模块此外被设置用以存储缺陷部位的坐标，并且传输给定位模块。定位模块通过在扫描期间移动装置的速度特性曲线、给有缺陷部位的扫描部位所分配的时间信号以及由分析模块所提供的缺陷部位坐标进行评价来确定焊缝缺陷部位的空间布置。
Description
本发明涉及一种自动缺陷探测系统，用于自动识别和评价焊缝处的缺陷部位，如例如可应用于焊接机器人。此外，本发明还涉及用于运行这种系统的方法。
尽管通常利用外部光学识别系统来自动检测焊缝质量，但是由外部计算机系统对用于识别缺陷的信息进行评价(auswerten)，由此带来与之相关的高时间耗费。例如通过串行接口、现场总线、设备网络或者模式式以及数字式输入输出单元将对缺陷识别和评估重要的信息传输给用于识别缺陷的计算机系统(也称作评价设备)。为了使检测系统与评价设备进行通信，需要特定协议，所述特定协议可以针对分别所使用的检测系统和机器人系统被匹配。
在利用传统光学识别系统对关于焊缝质量的信息进行处理时，用于评估焊缝质量的监控速度对于许多应用经常太小或者扫描精度太粗糙，由此无法执行对焊缝的实时监控。
利用当前所运用的缺陷探测和评价系统不能将所确定的关于焊缝质量的信息直接用来例如控制机器人系统的焊接装置来自动地并且因此在最短的时间内对缺陷原因作出反应。
以所述缺点为出发点，本发明所基于的任务在于，阐述一种用来识别和评价焊缝故障部位的自动缺陷探测系统，所述自动缺陷探测系统缩短用于检测和评价缺陷部位的持续时间，由此能够对焊缝质量进行实时监控，并且缩短对缺陷原因作出反应的时间耗费。
根据本发明，该任务可通过具有在权利要求1中所述的特征的上述类型的自动缺陷探测系统加以解决。本发明系统的有利扩展方案、改进方案以及用于实施该系统的方法在其它权利要求中和说明中予以阐述。
用于识别和评价焊缝处的缺陷部位的本发明缺陷探测系统具有安装于加工设备的移动装置上的扫描装置，其中可通过移动装置使扫描装置在至少一个要检查的焊缝上方移动。
加工设备优选地是机床、机器人或者机器人系统、尤其是焊接机器人系统。
根据本发明，设置扫描装置用来以可预先设定的频率对焊缝进行扫描，其中一方面可以使扫描装置在要检查的焊缝上方移动，或者另一方面也可以使焊缝相对于扫描装置移动。在此，每次扫描均与时间信号相关。利用时间信号来检测对至少一个有缺陷部位的扫描部位进行扫描的时刻。
由移动装置的控制单元提供对扫描时刻进行表征的时间信号以及对移动装置的速度特性曲线进行表征的信号。
扫描装置与分析模块相连，所述分析模块根据通过扫描所获取的扫描信号来识别和存储缺陷部位的坐标。
分析模块与定位模块共同发挥作用，所述定位模块根据对在扫描期间移动装置的速度特性曲线的评价、根据给有缺陷部位的扫描部位所分配的时间信号以及由分析模块所提供的缺陷部位坐标来确定焊缝内缺陷部位的空间布置、例如焊缝的高度、宽度和长度。
分析模块和定位模块构成集成于数据处理设备中的图像处理软件。
在本发明的有利扩展方案中规定，可通过多次扫描来检测缺陷，用以确定缺陷部位的延伸。
图像处理软件与加工设备的控制单元相连，该控制单元对所确定的缺陷部位空间布置进行进一步处理并且将其例如用于控制机器人臂，用以对焊缝进行修补。
通过使借助于分析和定位模块所执行的缺陷检测和评价与加工设备的控制单元相关联，可以借助位于控制单元中的应用程序软件以有利的方式自动地进一步处理关于缺陷部位的信息，用以在实时条件下对缺陷原因自动作出反应，并且例如执行对焊缝的修理。
在本发明的另一有利扩展方案中，集成于数据处理设备中的分析模块和定位模块通过标准化XML(可扩展标记语言)接口与加工设备的控制单元通信。
可以从权利要求13中得出进一步解决该任务所利用的方法。在此，使安装于加工设备的移动装置上的扫描装置以所定义的速度在至少一个要检查的焊缝上方移动，其中利用扫描装置以可预先设定的频率对焊缝进行扫描，并且使每次扫描与所分配的时间信号相联系。因此，利用时间信号来检测对至少一个有缺陷部位的扫描部位进行扫描的时刻。
根据通过扫描所获取的扫描信号，利用分析模块来确定和存储缺陷部位的坐标。
通过对在扫描期间移动装置的速度特性曲线、给有缺陷部分的扫描部位所分配的时间信号、以及由分析模块所提供的缺陷部位坐标进行评价，利用定位模块来确定焊缝缺陷部位的空间布置。
自动地将所确定的缺陷部位空间布置实时地传输给加工设备的控制单元用于进一步处理。
提供给控制单元应用程序软件的关于所识别的缺陷部位的信息、尤其是其在要检查的焊缝上的空间延伸和布置，可以使控制单元在最短的时间内对加工单元的移动过程作出反应。
因此，利用用于自动且加速地识别和评价焊缝处的缺陷部位的本发明方法在很大程度上提高在产生焊缝时的灵活性和生产率。
以下将根据在附图中所示的实施例对本发明以及本发明的有利扩展方案、改进方案和其它优点进行更详细的解释和说明。
图1示例性为焊接机器人示出用于识别焊缝处的缺陷部位的本发明缺陷探测系统的实施形式，
图2示例性示出机器人、激光扫描装置和图像处理软件之间的数据交换，
图3示例性示出用于识别工件焊缝处的缺陷部位的方法流程，以及
图4示例性示出机器人的控制单元与数据处理设备通过以太网网络连接的通信。
图1示例性地为焊接机器人10示出本发明缺陷探测系统的实施形式，用于识别工件20上的焊缝21处的缺陷部位，所述焊接机器人具有用于对机器人臂11的移动进行控制的控制单元12以及被实施为激光扫描装置的扫描装置30。使安装于机器人臂11上的扫描装置30以可有规律地预先设定的速度在要检查的焊缝21上方移动，并且以可预先设定的频率、优选地是500Hz对焊缝21进行扫描，其中每次扫描均与时间信号相关。该时间信号因此检测对有缺陷部位的扫描部位(以下称为缺陷部位)进行扫描的时刻。
激光扫描装置30通过光学高速连接与被实施为个人计算机(PC)的数据处理设备40通信。
从激光扫描装置30向PC 40中的一个所传输的、通过扫描所获得的扫描信号和时间信号，由集成在PC 40中的分析模块来评价，并且由此确定缺陷部位的坐标。
该分析模块还被设置用于存储所确定的缺陷部位坐标，并且传输给同样集成在PC 40中的定位模块。
定位模块被设置用于通过对在扫描期间机器人臂11的速度特性曲线、给有缺陷部位的扫描部位所分配的时间信号、以及由分析模块所提供的缺陷部位坐标进行评价来确定焊缝21的缺陷部位的空间布置。
定位模块将关于所确定的缺陷部位空间布置的信息传输给机器人10的控制单元12，所述控制单元12利用集成于控制单元12中的应用程序软件来进一步处理所确定的缺陷部位空间布置。
分析模块和定位模块构成图像处理软件，所述图像处理软件可选地也被设置用来操作和控制扫描装置30。
图2示例性示出在机器人10、与机器人臂11相连的激光扫描装置30以及集成于数据处理设备40中的图像处理软件141之间的数据交换，其中图像处理软件141提供相应的指令B1用以控制激光扫描装置30。
用于确定和存储缺陷部位坐标的分析模块、以及用于确定焊缝21的缺陷部位的空间布置的定位模块集成在图像处理软件141中。
在利用激光扫描装置30以可预先设定的频率对焊缝21进行扫描之后，将扫描信号D1和对有缺陷部位的扫描部位进行扫描的所检测的时刻、也称作时间信号D2传输给图像处理软件141，然后识别并且评价缺陷部位的坐标。由机器人10的控制单元12的应用程序软件121将在扫描焊缝21期间移动装置的对评价所必要的速度特性曲线A1提供给分析模块。控制单元12的应用程序软件121也被设置用于向图像处理软件141传输指令，用以开始处理通过扫描所提供的信息。
根据分别给有缺陷部位的扫描部位所分配的时间信号D2、由分析模块所提供的缺陷部位坐标以及对在扫描期间机器人臂11的速度特性曲线的评价，定位模块来确定焊缝21上的缺陷部位的空间布置。
将对焊缝21上的缺陷部位的所确定的空间布置进行表征的信号A2传输给机器人10的控制单元12的应用程序软件121用于进一步处理，例如用于控制机器人臂11用来修理焊缝21。
可选择地由图像处理软件141提供对操作和控制激光扫描装置所需要的控制信号B1。
为了使机器人10的控制单元12的应用程序软件121与图像处理软件141通信，设置标准化XML接口，所述标准化XML接口通过传输XML格式的信息在机器人10的控制单元12和图像处理软件141之间进行数据交换。
因此，利用标准化XML接口可能的是，不同制造商的扫描装置30和机器人控制装置12能够相互间通信，而不需要耗费地重新或者补充地对图像处理软件141编程。
图3根据用于识别工件焊缝处的缺陷部位的示例性方法流程来示出在机器人10的控制单元12的应用程序软件121和集成于数据处理设备40中的图像处理软件141之间的数据交换。
应用程序软件121在第一步骤100中开始触发扫描焊缝21，并且将相应的信号S1发送给图像处理软件141。
在第二步骤110中使机器人臂11在要扫描的焊缝21上方移动。
可替代地，在步骤120中可以使机器人臂11在焊缝21上方连续移动，以便通过多次扫描来检测(erfassen)缺陷部位，并且在第四骤140中存储在记录之中。
当在第三个步骤130中结束扫描之后，将另一信号S2传输给图像处理软件141。
应用程序软件121现在与图像处理软件121如此共同发挥作用，使得由图像处理软件141在程序步骤210和220中根据扫描开始S1和扫描结束S2来对为评价所需要的速度特性曲线A1进行处理。
由图像处理软件141在另一程序步骤230中根据由扫描装置30所提供的信息来确定缺陷部位的坐标，并且在考虑由应用程序软件所提供的扫描速度特性曲线A1的情况下从中确定焊缝21的缺陷部位的空间布置。
在最后一个程序步骤240中，以在线方式将关于焊缝21的缺陷部位S3的空间布置的信息传输给应用程序软件121，该应用程序软件从中在第五步骤150中在对在第三步骤130或者可替代地在第四步骤140中所检测的扫描进行考虑的情况下对焊缝21上的与时间有关的缺陷位置进行处理。
在第六步骤160中相对于焊缝21的规定形状的偏差被识别，并且被用来控制机器人臂11。
可选择地，在最后一个步骤170中规定，使用在上一步骤160中存在的关于缺陷部位空间延伸的信息用于对焊缝21进行修理。
图4示例性示出机器人10的控制单元12与数据处理设备40的通信，其中机器人10的控制单元12通过以太网网络连接与PC 40通信。
一旦在第一方法步骤300中建立起TCP/IP(传输控制协议/网际协议(Transmission Control Protocol over Internet Protocol))连接，就在第二方法步骤310中利用控制单元12选择并安装相应的缺陷探测程序。
在开始应用程序软件121之后，机器人臂11在第三步骤320中使扫描装置30以可预先设定的速度(例如100mm/s)沿着焊缝21移动。
同时，图像处理软件141在第四方法步骤330中对扫描装置30在焊缝21上方的以横向运行的线所实施的扫描进行模拟(nachbilden)，其中焊缝21的扫描频率为500Hz。
在第五步骤340中将所扫描的线与关于缺陷部位的信息一起组织成三维焊缝轮廓，从中可以识别出相对于焊缝21的规定形状的偏差。
当在第六步骤350中结束扫描之后以及当在第七方法步骤360中对机器人臂11的移动进行调整之后，图像处理软件141在筛选方法步骤370中对利用扫描装置30所确定的焊缝轮廓进行分析，并且在下一方法步骤380中例如根据要求将关于焊缝2 1的缺陷部位的信息传输给机器人10的控制单元12。
在最后的方法步骤中，使机器人臂11的移动与所确定的缺陷部位相匹配，使得机器人10在附加的方法步骤400中能够利用其机器人臂11对焊缝21进行修理。
附图标记清单
10加工设备、机床、机器人
11机器人臂
12控制单元
20工件
21焊缝
30扫描装置、激光扫描装置
40数据处理设备
141图像处理软件
121应用程序软件
A1移动装置的速度特性曲线
A2对焊缝21上的缺陷部位的所确定的空间布置进行表征的信号
B1控制信号
D1扫描信号
D2所检测的扫描时刻
S1“扫描开始”信号
S2“扫描结束”信号
S3关于焊缝的缺陷部位空间布置的信息
Claims (22)
1.用于识别焊缝处的缺陷部位的缺陷探测系统，具有安装于加工设备的移动装置上的扫描装置，其中可通过移动装置使扫描装置在至少一个要检查的焊缝上方移动，其特征在于，
-扫描装置以可预先设定的频率对焊缝进行扫描，
-每次扫描与时间信号相关，其中利用该时间信号来检测对至少一个有缺陷部位的扫描部位进行扫描的时刻，
-设置分析模块，所述分析模块根据通过扫描所获取的扫描信号来确定缺陷部位的坐标，
-分析模块此外被设置用来存储缺陷部位的坐标，并且
-定位模块通过对在扫描期间移动装置的速度特性曲线、给有缺陷部位的扫描部位所分配的时间信号以及由分析模块所提供的缺陷部位坐标进行评价来确定焊缝缺陷部位的空间布置。
2.根据权利要求1所述的缺陷探测系统，其特征在于，定位模块与加工设备的控制单元相连，所述控制单元对缺陷部位的所确定的空间布置进一步处理。
3.根据权利要求2所述的缺陷探测系统，其特征在于，加工设备的控制单元利用应用程序软件对缺陷部位的空间布置进一步处理。
4.根据上述权利要求中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，扫描装置是激光扫描装置。
5.根据上述权利要求中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，可以通过多次扫描来检测缺陷。
6.根据上述权利要求中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，加工设备是机床或机器人系统、尤其是焊接机器人系统。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，移动装置的控制单元提供对移动装置的速度特性曲线进行表征的信号和/或者时间信号。
8.根据上述权利要求中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，可通过扫描装置预先设定频率。
9.根据上述权利要求中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，用于扫描焊缝的频率为500Hz。
10.根据上述权利要求中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，分析模块和定位模块构成集成于数据处理设备中的图像处理软件。
11.根据上述权利要求中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，分析模块和定位模块集成于数据处理设备中，所述数据处理设备通过标准化XML接口与加工设备的控制单元通信。
12.根据权利要求1～12中任一项所述的缺陷探测系统，其特征在于，可以以可有规律预先设定的速度移动扫描装置。
13.用于识别焊缝处的缺陷部位的方法，其中使安装于加工设备的移动装置上的扫描装置以所定义的速度在至少一个要检查的焊缝上方移动，其特征在于，
-利用扫描装置以可预先设定的频率对焊缝进行扫描，并且使每次扫描与所分配的时间信号相联系，其中利用该时间信号来检测对至少一个有缺陷部位的扫描部位进行扫描的时刻，
-根据通过扫描所获取的扫描信号，利用分析模块确定并存储缺陷部位坐标，并且
-利用定位模块通过对在扫描期间移动装置的速度特性曲线、给有缺陷部位的扫描部位所分配的时间信号以及由分析模块所提供的缺陷部位坐标进行评价来确定焊缝缺的陷部位的空间布置。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，将缺陷部位的所确定的空间布置传输给加工设备的控制单元用以进一步处理。
15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于，利用加工设备的控制单元的应用程序软件对缺陷部位的空间布置进一步处理。
16.根据权利要求13～15中任一项所述的方法，其特征在于，通过多次扫描来检测缺陷。
17.根据权利要求13～16中任一项所述的方法，其特征在于，由移动装置的控制单元提供对移动装置的速度特性曲线进行表征的信号和/或者时间信号。
18.根据权利要求13～17中任一项所述的方法，其特征在于，通过扫描装置预先设定频率。
19.根据权利要求13～18中任一项所述的方法，其特征在于，将分析模块和定位模块作为图像处理软件集成于数据处理设备中。
20.根据权利要求13～19中任一项所述的方法，其特征在于，将分析模块和定位模块集成于数据处理设备之中，所述数据处理设备通过标准化XML接口与加工设备的控制单元通信。
21.根据权利要求13～20中任一项所述的方法，其特征在于，以可有规律预先设定的速度移动扫描装置。
22.使用根据权利要求1～21中任一项所述的本发明缺陷探测系统和方法用于对有缺陷的焊接部位进行修理。
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