(57)【要約】  溶接用視覚及び制御システム（１００）は、手動で用いるため、並びに、溶接システム（１０２）の自動制御のために、溶接プロセスの溶接領域（１０９）内の明るい特徴並びに暗い特徴を、単一の合成画像において、又は、合成画像のビデオストリームにおいて画像化できる合成画像（例えば、２５５、３９８、４７８、５７８、１０３２、１２６０）を生成する。複数の原画像（例えば、２０４’、３０４’、４０４’、５０４’、１０３１、１２２４’）は、溶接システムに電力を供給する周期性電力波形（例えば、１３６、２０２、３０２、４０２、５０２、１００２、１２０２）の特定の位相の間に生じる露光期間から生成される。露光期間（例えば、２０４、３０４、４０４、１００４、１２２４）は、周期性電力波形における電気的特性の閾レベルの検出によって、又は、時間遅延によってトリガされてもよい。溶接内のある特定の特徴は、周期性電力波形の特定の位相の間に生じ、かかる特徴は、それら特定の位相の間に露光期間を作成することによって、リアルタイムで動画表示において分離され、見ることができる。合成画像は、異なる露光期間の持続期間、周期性電力波形の異なる位相、異なるカメラ感度及び絞り設定、又はそれらのパラメータの組み合わせにより取得される複数の原画像からの個々の非飽和及び非暗部ピクセルの選択によって生成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接システム（１０２）のための溶接用視覚及び制御システム（１００）であって、前記アーク溶接システムは、溶接領域（１０９）内の母材（１１０、１１２）上に溶接ビードを作成するよう、溶接用電力供給部（１２２）からの周期性電力波形（１３６、２０２、３０２、４０２、５０２、１００２、１２０２）によって電力が供給され、
前記溶接領域上又は前記溶接領域内の特徴（１０３、１０４、１０６、１０７、１０８、１１０、１１１、１１２１１３）上に集中する光センサアレイを有するカメラ（１２６）であって、露光開始制御信号に応答して前記溶接領域から、又は、前記溶接領域内の特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対して前記光センサアレイを露光させて、前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴の一連の原画像（２０４’、３０４’、４０４’、５０４’、１００４’、１２２４’）を生成するカメラと、
周期性電力波形上の所定のトリガーポイントにおいて、前記露光開始制御信号を前記カメラに対して生成する視覚システムコントローラ（１２４）と、
を備える、溶接用視覚及び制御システム。
【請求項２】
前記周期性電力波形における電気的特性（Ｖ、Ｉ）を感知する電気的特性センサ（１２３）を含み、前記視覚システムコントローラは、前記周期性電力波形内の露光開始閾値（２２８、２３８、４２８、５２８、１２３１）を感知し、応答して、前記露光開始制御信号を前記カメラに対して生成する、請求項１に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項３】
前記溶接用電力供給部は、前記周期性電力波形上の所定のトリガーポイントと同期して、前記露光開始制御信号を前記カメラに対して生成する、請求項１に記載の溶接及び制御システム。
【請求項４】
前記カメラは、前記周期性電力波形の位相において露光期間（２０４、３０４、４０４、５０４、１２２４）の間、前記溶接領域から、又は、前記溶接領域内の特徴から生じるか、反射する前記光エネルギーに前記光センサアレイを露光する、請求項２に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項５】
前記視覚システムコントローラは、前記周期性電力波形における前記電気的特性（Ｖ、Ｉ）が前記露光開始閾値と一致する場合を感知した後、所定の時間遅延で前記露光開始制御信号を前記カメラに対して生成する、請求項４に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項６】
前記カメラは、露光終了制御信号に応答して、前記光センサアレイが、前記溶接領域から、又は、前記溶接領域内の特徴から生じるか、反射する前記光エネルギーに露光される露光期間を終了させる、請求項２に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項７】
前記視覚システムコントローラは、前記周期性電力波形における前記電気的特性が前記露光開始閾値と一致する場合を感知した後、所定の時間遅延で前記露光終了制御信号を前記カメラに対して生成する、請求項６に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項８】
前記視覚システムコントローラは、前記周期性電力波形における前記電気的特性が露光終了閾値と一致する場合を感知し、応答して、前記露光終了制御信号を前記カメラに対して生成する、請求項６に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項９】
前記光センサアレイは個々の光センサを備え、そのそれぞれは、露光期間（２０４、３０４、４０４、５０４、１００４、１２２４）の間に前記溶接領域から、又は、前記溶接領域内の特徴から生じるか、反射する前記光エネルギーの離散部分に露光され、前記カメラは、一連の前記露光期間において、前記溶接領域から、又は、前記溶接領域内の特徴から生じるか、反射する前記光エネルギーに前記光センサアレイを露光して、ピクセルアレイフォーマット内の各ピクセルが、前記露光期間のそれぞれの１つの間に、前記光センサアレイ内の前記光センサの１つによって吸収される前記光エネルギーを示すピクセル値を有する前記ピクセルアレイフォーマットの一連の原画像における各原画像のそれぞれを生成する、請求項２に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１０】
前記視覚システムコントローラは、非飽和ピクセル値（９４２、９４４、９４６）及び非暗部ピクセル値（９５２、９５４、９５６）を有する前記複数の原画像からピクセルを選択し、選択されたピクセルを前記第１の合成画像に融合させる論理演算を行うことによって、第１の複数の原画像を第１の合成画像（２５３、３９７、４７６、５７６、１０３１、１２４０）に融合させる、請求項９に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１１】
前記視覚システムコントローラは、非飽和ピクセル値及び非暗部ピクセル値を有する第２及び後続の複数の原画像からピクセルを選択し、選択されたピクセルを前記第２及び後続の合成画像に融合させる論理演算を行うことによって、第２及び後続の複数の原画像を第２及び後続の合成画像（２５５、３９８Ｎ、４７８、５７８、１０３２、１２６０）に融合させる、請求項１０に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１２】
前記視覚システムコントローラは、前記ディスプレイ装置上での動画表示のためのディスプレイ装置（１３８）に、前記第１、第２、及び後続の合成画像を直列に流す、請求項１１に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１３】
視覚制御パラメータを前記視覚システムコントローラに入力するための前記視覚システムコントローラに接続されるユーザインターフェース（１２８）を含む、請求項１２に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１４】
前記視覚システムコントローラは、前記露光期間が生じる前記周期性電力波形の前記位相を変更するために前記ユーザインターフェースからの入力を受信し、応答して、前記露光開始制御信号又は前記露光終了制御信号を前記カメラに対して生成するために、前記周期性電力波形内の前記露光開始閾値の検出後に前記露光開始閾値又は前記時間遅延を変更するようプログラム化される、請求項１３に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１５】
前記視覚システムコントローラは、パターン認識又は解析を前記第２及び後続の合成画像に適用して、前記溶接領域内の前記特徴の１つ以上のプリセットパラメータからの偏差を特定する論理演算を行い、前記偏差の特定に応答して、１つ以上の信号を前記溶接用電力供給部に出力して、前記偏差を修正する方法で前記周期性電力波形のパラメータを修正する、請求項１１に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１６】
前記視覚システムコントローラは、パターン認識又は解析を前記第２及び後続の合成画像に適用して、前記溶接領域内の前記特徴の１つ以上のプリセットパラメータからの偏差を特定する論理演算を行い、前記偏差の特定に応答して、１つ以上の信号をロボットシステムコントローラに出力して、前記不良を修正する方法で前記アーク溶接機システム（１０２）の物理パラメータを修正する、請求項１１に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１７】
前記視覚システムコントローラは、パターン認識又は解析を前記第２及び後続の合成画像に適用して、前記溶接領域内の前記特徴の１つ以上のプリセットパラメータからの偏差を特定する論理演算を行い、前記偏差の特定に応答して、１つ以上の警告又は通知信号を前記偏差を特定する前記ディスプレイ装置若しくは警告又は通知システムに出力する、請求項１１に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１８】
前記カメラは、透過率制御信号に応答して光透過率を動的に調整可能な減光プレート（１３０）を含む、請求項２に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項１９】
前記視覚システムコントローラは、前記透過率制御信号を前記カメラ減光プレートに対して生成する、請求項１８に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項２０】
前記視覚システムコントローラは、前記透過率制御信号を前記周期性電力波形の負数として生成する、請求項１９に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項２１】
前記光センサアレイは、前記視覚システムコントローラによって生成される感度制御信号によって制御可能な、光エネルギーに対して調整可能な感度を有する、請求項２に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項２２】
前記カメラは、前記視覚システムコントローラによって生成される開口制御信号によって制御可能な調整可能開口を有する、請求項２に記載の溶接用視覚及び制御システム。
【請求項２３】
電気的特性（Ｖ、Ｉ）が周期的に変化する周期性電力波形（１３６、２０２、３０２、４０２、５０２、１２０２）によって電力が供給される溶接プロセス中に、溶接領域（１０９）の、又は、前記溶接領域内の特徴（１０３、１０４、１０６、１０７、１０８、１１０、１１１、１１２、１１３）の一連の原画像（２０４’、３０４’、４０４’、５０４’、１００４、１２２４’）を作成する方法であって、
前記溶接領域上又は前記溶接領域内の前記特徴上にカメラ（１２６）の焦点を合わせることと、
一連の露光期間（２０４、３０４、４０４、５０４、１００４、１２２４）の間、前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対して前記カメラ内の光センサアレイを露光させて、前記周期性電力波形の所定の位相において前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴の前記原画像を作成するよう、前記カメラをトリガすることと、
を含む、方法。
【請求項２４】
前記周期性電力波形における前記電気的特性の所定の露光開始閾値の検出に応答して、前記一連の露光期間の間、前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴から生じるか、反射する前記光エネルギーに対して前記カメラ内の前記光センサアレイを露光させて、前記周期性電力波形の前記所定の位相において前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴の前記原画像を作成するよう、前記カメラをトリガすることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
前記周期性電力波形における前記電気的特性の露光開始閾値の検出後の所定の時間遅延で、前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴から生じるか、反射する前記光エネルギーに対して前記カメラ内の前記光センサアレイを露光させるよう、前記カメラをトリガすることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２６】
前記周期性溶接用電力波形の異なる位相において、前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴から生じるか、反射する前記光エネルギーに対して前記カメラ内の前記光センサアレイの前記露光を開始するよう、前記露光期間の幾つかのための異なる開始閾値を提供することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２７】
前記周期性電力波形の異なる位相に対して、前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴から生じるか、反射する前記光エネルギーに対して前記光センサアレイを露光させるよう、前記露光期間のその他とは異なる持続期間を有する前記露光期間の幾つかを提供することを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２８】
前記周期性電力波形における前記電気的特性の前記露光開始閾値の検出後の所定の時間遅延で、前記画像露光期間を終了させるよう、前記カメラをトリガすることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項２９】
前記各画像露光期間に対する前記周期性電力波形における前記電気的特性の所定の露光終了閾値の検出に応答して、前記画像露光期間を終了させるよう、前記カメラをトリガすることを含む、請求項２３に記載の方法。
【請求項３０】
電気的特性（Ｖ、Ｉ）が周期的に変化する周期性電力波形（１３６、２０２、３０２、４０２、５０２、１２０２）によって電力が供給される溶接プロセス中に、溶接領域（１０９）の、又は、前記溶接領域内の特徴（１０３、１０４、１０６、１０７、１０８、１１０、１１１、１１２、１１３）の原画像（２０４’、３０４’、４０４’、５０４’、１２２４’）を作成する方法であって、
前記溶接領域上又は前記溶接領域内の前記特徴上にカメラ（１２６）の焦点を合わせることであって、前記カメラは、前記溶接領域又は前記溶接領域内の特徴の原画像を生成するよう、露光期間（２０４、３０４、４０４、５０４、１００４、１２２４）の間、前記溶接領域から、又は、前記溶接領域内の特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対して、前記カメラ内の光センサアレイの露光を開始するための露光開始制御信号に応答することと、
前記周期性電力波形において前記電気的特性の露光開始閾値（２２８、２３８、４２８、５２８、１００４、１２３１）を検出することと、
前記周期性電力波形における前記電気的特性の前記露光開始閾値の前記検出に応答して、前記露光開始制御信号を生成することと、
を含む、方法。
【請求項３１】
前記周期性電力波形における前記開始閾値の前記検出後の所定の時間遅延で前記露光開始制御信号を生成することを含む、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
前記カメラは、露光終了制御信号に応答して、前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対する前記カメラ内の前記光センサアレイの前記露光を終了させる、請求項３０に記載の方法。
【請求項３３】
前記溶接電力波形における前記電気的特性の露光終了閾値を検出することと、前記周期性電力波形における前記露光終了閾値の前記検出に応答して、前記溶接領域又は前記溶接領域内の前記特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対する前記カメラ内の前記光センサアレイの前記露光を終了させる前記露光終了信号をカメラに対して生成することとを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
前記周期性電力波形における前記電気的特性の前記露光開始閾値の前記検出後の所定の時間遅延で前記露光終了制御信号を生成することを含む、請求項３２に記載の方法。
【請求項３５】
電気的特性（Ｖ、Ｉ）が周期的に変化する周期性電力波形（１３６、２０２、３０２、４０２、５０２、１２０２）によって電力が供給される溶接プロセス中に、溶接領域（１０９）内の特定の特徴（１０３、１０４、１０６、１０７、１０８、１１０、１１１、１１２１１３）を見る方法であって、
前記溶接領域上にカメラ（１２６）の焦点を合わせることであって、前記カメラは、一連の露光期間（２０４、３０４、４０４、１００４、１２２４）の間、前記溶接領域内の前記特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対して、前記カメラ内の光センサアレイの露光を開始するための露光開始制御信号に応答することと、
前記一連の露光期間から一連の合成画像（２５５、３９８、４７８、５７８、１０３２、１２６０）を生成するよう、前記周期性電力波形の第１の位相において、前記期間中に前記溶接領域から生じるか、反射する光エネルギーに対して前記光センサアレイを露光させるための前記露光開始制御信号を生成することと、
前記特徴が前記周期性電力波形の前記第１の位相の間に存在する際に前記溶接領域内の前記特徴の動画表示のために、前記特徴の前記一連の合成画像（２５５、３９８、４７８、５７８、１０３２、１２６０）をディスプレイ装置に流すことと、
前記露光期間が、前記特定の特徴が前記動画表示（１４０）において前記一連の合成画像（２５５、３９８、４７８、５７８、１０３２、１２６０）内で示されるように、前記特定の特徴が存在する位相において生じるまで、前記周期性電力波形の異なる位相において生じるよう、前記露光期間を変更することと、
を含む、方法。
【請求項３６】
カメラ（１２６）によって作成される一連の合成画像（２５５、３９８、４７８、５７８、１０３２、１２６０）から溶接プロセスの動画を生成する方法であって、
ビデオカメラ（１２６）の第１の作動モードのための複数の作動パラメータを適用して、前記溶接プロセスの単一画像（２０４’、３０４’、４０４’、５０４’、１２２４’）の複数のセットを生成することと、
前記溶接プロセスを実行するアーク溶接機によって作成される波形を用いて、前記単一画像の複数のセットを前記溶接プロセスと同期させることと、
前記単一画像のセットのいずれかの所定のセットにおける前記単一画像のそれぞれが、前記波形上の略同じ位置においてトリガされる前記単一画像の他のセットにおける対応画像を有するように、前記カメラのシャッターを開けるために用いられる前記作動パラメータに応答して、前記波形上の第１の位置セット（２２８、３５２、４２８、５２８、１２１７）において第１のトリガーパルスを提供することと、
前記単一画像のセットのいずれかの所定のセットにおける前記単一画像のそれぞれが、略同じ露光期間を有する前記単一画像の他のセットにおける対応画像を有するように、前記カメラ上の前記シャッターを閉じるために用いられる前記作動パラメータに応答して、前記波形上の第２の位置セット（２３０、３５４、４３０、５３０、１２１７）において第２のトリガーパルスを生成することと、
前記単一画像のセットにおける前記単一画像を結合して前記結合画像を生成することによって、前記単一画像の複数のセットから前記一連の結合画像を作成することと、
前記一連の結合画像から前記溶接プロセスの前記動画を生成することと、
前記溶接プロセスの前記動画を解析して前記溶接プロセスの解析を提供することと、
前記解析に応じて前記溶接プロセスを修正することと、
を含む、方法。
【請求項３７】
第１のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、前記単一画像の全てに対して前記波形上の略同じ位置に生じる第１のトリガーパルスを生成することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３８】
第１のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、前記単一画像のセットのそれぞれの内部で、前記波形上の異なる位置に生じる第１のトリガーパルスを生成することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項３９】
第２のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、前記単一画像の全てに対して前記波形上の略同じ位置に生じる第２のトリガーパルスを生成することを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４０】
第２のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、前記単一画像の全てに対して前記波形上の略同じ位置に生じる第２のトリガーパルスを生成することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４１】
第２のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、前記単一画像のセットのそれぞれの内部で、前記波形上の異なる位置に生じる第２のトリガーパルスを生成することを含む、請求項３７に記載の方法。
【請求項４２】
第２のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、前記単一画像のセットのそれぞれの内部で、前記波形上の異なる位置に生じる第２のトリガーパルスを生成することを含む、請求項３８に記載の方法。
【請求項４３】
更に、前記動画を表示することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４４】
更に、前記背景領域が前記動画に出現するように、照明により前記溶接プロセスを取り囲む背景領域を照明することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４５】
第１のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、閾値を設定し、前記波形が前記閾値に達する場合を検出することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４６】
第２のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、閾値を設定し、前記波形が前記閾値に達する場合を検出することを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
第２のトリガーパルスを生成する前記プロセスは、前記第１のトリガーパルスから及ぶ遅延期間を用いることを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４８】
更に、前記ビデオカメラの第２の作動モードのための複数の作動パラメータを適用することを含む、請求項３６に記載の方法。
【請求項４９】
溶接プロセスの動画を生成するためのシステムであって、
金属溶接部品（１１０、１１２）を溶接して溶接（１０３）を生成するワイヤ供給溶接機（１０２）と、
前記溶接機に印加される電力供給波形（１３６）を生成する溶接用電力供給部（１３２）と、
応答して、前記溶接プロセスの単一画像の複数のセットを生成するよう整列される、シャッターを有するカメラ（１２６）と、
前記電力供給波形を感知し、前記単一画像の複数のセットのいずれかの所定のセットにおける前記単一画像のそれぞれが、前記波形上の略同じ位置でトリガされる前記単一画像の複数のセットにおける対応画像を有するように、前記カメラ上の前記シャッターを開けるために用いられる前記波形上の第１の位置セット（２２８、３５２、４２８、５２８、１２１７）において第１のトリガーパルスを生成し、そして、前記単一画像の複数のセットのいずれかの所定のセットにおける前記単一画像のそれぞれが、前記波形上の前記略同じ位置で開始する略等しい露光期間（２０４）を有する前記単一画像の複数のセットにおける対応画像を有するように、前記カメラ上の前記シャッターを閉じるために用いられる前記波形上の第２の位置セット（２３０、３５４、４３０、５３０、１２１７）において第２のトリガーパルスを生成するコントローラ（１２４）であって、単一画像の各セットにおける単一画像を結合して表示及び解析に適した結合画像を生成するよう、論理演算を実行するコントローラと、
を備える、システム。
【請求項５０】
前記コントローラは、単一画像の各セットにおける前記波形上の前記第１の位置セットが略同じであるように、前記第１のトリガーパルスを生成する、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５１】
前記コントローラは、単一画像の各セットにおける前記波形上の前記第１の位置セットのうちの少なくとも幾つかが異なっているように、前記第１のトリガーパルスを生成する、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５２】
前記コントローラは、単一画像の各セットにおける前記波形上の前記第２の位置セットが略同じであるように、前記第２のトリガーパルスを生成する、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５３】
前記コントローラは、単一画像の各セットにおける前記波形上の前記第２の位置セットのうちの少なくとも幾つかが異なっているように、前記第２のトリガーパルスを生成する、請求項５０に記載のシステム。
【請求項５４】
前記コントローラは、単一画像の各セットにおける前記波形上の前記第２の位置セットのうちの少なくとも幾つかが異なっているように、前記第２のトリガーパルスを生成する、請求項５１に記載のシステム。
【請求項５５】
更に、前記結合画像を表示するためのディスプレイを備える、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５６】
更に、溶接部品が前記結合画像において視認可能であるように、前記溶接部品を照明する照明を備える、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５７】
前記コントローラは、前記電力供給波形を感知し、閾値を前記電力供給波形と比較することによって、前記第１のトリガーパルスを生成する、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５８】
更に、前記単一画像の複数のセットの各セットにおける各画像のための複数のピクセルストリームからのピクセルを時間的に整列させる複数のシフトレジスタを備える、請求項４９に記載のシステム。
【請求項５９】
前記コントローラは、前記ピクセルの照明値に基づいて、前記結合画像のためのピクセルを選択する複数のコンパレータを備える、請求項４９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
溶接は、一般に、材料、例えば、金属の部品同士を、材料の融解を生じさせることによって、恒久的な方法で共に接合する製造プロセスである。金属の隣接する部品同士のかかる融解は、金属を溶融させるために十分なエネルギーを必要とする。アーク溶接は、金属を溶融させるために必要なエネルギーが、高電圧電気アークによって金属部品の少なくとも１つと、電気アークが電極から生じて、隣接する金属部品同士を融合させる電極金属のたまりを生成する点において緩やかに溶け込む金属電極との間に提供される一般的な溶接方法である。融解たまり内の金属及び隣接する金属部品が冷えると、融解金属は凝固して、２つの金属部品を永久接合する溶接継手を作成する。溶接システム及び技法は、長年にわたって改良を続けられてきた。例えば、ガスタングステンアーク溶接（ＴＩＧ）は、非消耗タングステン電極を用いて溶接を生じている。ガスメタルアーク溶接（ＭＩＧ）は、溶接区域に調整可能な速度で電極ワイヤを供給するワイヤ供給ガンを用い、幾つかのかかる溶接プロセスは、溶融した電極ワイヤの滴が電極ワイヤのアークを発生している先端において生じるように、溶融たまりに向かって、及び、それから離間させて電極ワイヤを往復動させる。多くの工業用溶接環境において手溶接の必要性を低減させた、ある種の限定された自動溶接システムも開発されている。ＭＩＧ及びＴＩＧ溶接システムにおける電力供給の向上は、結果として、使い易く、高品質の溶接を生成する溶接機ももたらした。
【０００２】
アーク溶接において金属を溶融させるために必要な熱を生じる電気アークは、また、極めて強いエネルギー放射線放出、例えば、非常に明るい可視光線、紫外線、及び赤外線放射も生じる。かかる放射は強すぎるため、人は、高強度紫外線放射が角膜炎症の原因となり、人の眼の網膜を焼く恐れがある閃光火傷の極めて高いリスク無しでは、進行中のアーク溶接プロセスを見ることができない。従って、保護メガネ又は暗色の紫外線フィルタリングフェースプレートを有する溶接ヘルメットが、これらの種類の眼損傷を防ぐために溶接工によって着用されなければならない。かかるフェースプレートは暗すぎるため、人はそれらを通して通常の可視光線を見ることができず、そのため、溶接工は、溶接していない場合に見るためにヘルメットを取らなければならないが、溶接アークが溶接を開始するよう衝突する前に、それらが所定位置にあって眼を保護していることを必ず確認する必要がある。ごく最近では、強い紫外線に曝された時に、瞬時に暗くなるフェースプレートが、溶接工のヘルメット用に開発された。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
アーク溶接システムのための溶接用視覚及び制御システムであって、アーク溶接システムは、溶接領域内の母材上に溶接ビードを作成するよう、溶接用電力供給部からの周期性電力波形によって電力が供給され、（ｉ）溶接領域上又は溶接領域内の特徴上に集中する光センサアレイを有するカメラであって、露光開始制御信号に応答して溶接領域から、又は、溶接領域内の特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対して光センサアレイを露光させて、溶接領域又は溶接領域内の特徴の一連の原画像を生成するカメラと、（ｉｉ）周期性電力波形上の所定のトリガーポイントにおいて、露光開始制御信号をカメラに対して生成する視覚システムコントローラと、を備える溶接用視覚及び制御システム。一実施形態において、視覚システムコントローラは、周期性電力波形における電気的特性が露光終了閾値と一致する場合を感知し、応答して、露光終了制御信号をカメラに対して生成する。別の実施形態において、溶接用電力供給部は、周期性電力波形上の所定のトリガーポイントにおいて露光を開始するよう、露光開始制御信号をカメラに対して提供する。別の実施形態において、溶接用電力供給部は、周期性電力波形上の所定のトリガーポイントと一致する、トリガリング信号を視覚システムコントローラに対して提供し、トリガリング信号に応答して、視覚システムコントローラは露光開始制御信号をカメラに対して生成する。別の実施形態において、周期性電力波形上の所定のトリガーポイントは、手動又は自動で変更できる。
【０００４】
電気的特性が周期的に変化する周期性電力波形によって電力が供給される溶接プロセス中に、溶接領域の、又は、前記溶接領域内の特徴の一連の原画像を作成する方法は、（ｉ）溶接領域上又は溶接領域内の特徴上にカメラの焦点を合わせることと、（ｉｉ）一連の露光期間の間、溶接領域又は溶接領域内の特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対してカメラ内の光センサアレイを露光させて、周期性電力波形の所定の位相において溶接領域又は溶接領域内の特徴の原画像を作成するよう、カメラをトリガすることと、を含む。
【０００５】
電気的特性が周期的に変化する周期性電力波形によって電力が供給される溶接プロセス中に、溶接領域内の特定の特徴を見る方法は、溶接領域上にカメラの焦点を合わせることであって、カメラは、一連の露光期間の間、溶接領域内の特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対して、カメラ内の光センサアレイの露光を開始するための露光開始制御信号に応答することと、一連の露光期間から一連の合成画像を生成するよう、周期性電力波形の第１の位相において、期間中に溶接領域から生じるか、反射する光エネルギーに対して光センサアレイを露光させるための露光開始制御信号を生成することと、特徴が周期性電力波形の第１の位相の間に存在する際に溶接領域内の特徴の動画表示のために、特徴の一連の合成画像をディスプレイ装置に流すことと、（ｉｖ）露光期間が、特定の特徴が動画表示において一連の合成画像内で示されるように、特定の特徴が存在する位相において生じるまで、周期性電力波形の異なる位相において生じるよう、露光期間を変更することと、を含む。
【０００６】
本発明の実施形態は、従って、カメラによって作成される一連の合成画像から溶接プロセスの動画を生成する方法であって、ビデオカメラの第１の作動モードのための複数の作動パラメータを適用して、溶接プロセスの単一画像の複数のセットを生成することと、溶接プロセスを実行するアーク溶接機によって作成される波形を用いて、単一画像の複数のセットを溶接プロセスと同期させることと、単一画像のセットのいずれかの所定のセットにおける単一画像のそれぞれが、波形上の略同じ位置においてトリガされる単一画像の他のセットにおける対応画像を有するように、カメラのシャッターを開けるために用いられる作動パラメータに応答して、波形上の第１の位置セットにおいて第１のトリガーパルスを提供することと、単一画像のセットのいずれかの所定のセットにおける単一画像のそれぞれが、略同じ露光期間を有する単一画像の他のセットにおける対応画像を有するように、カメラ上のシャッターを閉じるために用いられる作動パラメータに応答して、波形上の第２の位置セットにおいて第２のトリガーパルスを生成することと、単一画像のセットにおける単一画像を結合して結合画像を生成することによって、単一画像の複数のセットから一連の結合画像を作成することと、一連の結合画像から溶接プロセスの動画を生成することと、溶接プロセスの動画を解析して溶接プロセスの解析を提供することと、解析に応じて溶接プロセスを修正することと、を含む方法を含んでいてもよい。
【０００７】
本発明の実施形態は、更に、溶接プロセスの動画を生成するためのシステムであって、金属溶接部品を溶接して溶接を生成するワイヤ供給溶接機と、溶接機に印加される電力供給波形を生成する溶接用電力供給部と、応答して、溶接プロセスの単一画像の複数のセットを生成するよう整列される、シャッターを有するカメラと、電力供給波形を感知し、単一画像の複数のセットのいずれかの所定のセットにおける単一画像のそれぞれが、波形上の略同じ位置でトリガされる単一画像の複数のセットにおける対応画像を有するように、カメラ上のシャッターを開けるために用いられる波形上の第１の位置セットにおいて第１のトリガーパルスを生成し、そして、単一画像の複数のセットのいずれかの所定のセットにおける単一画像のそれぞれが、波形上の略同じ位置で開始する略等しい露光期間を有する単一画像の複数のセットにおける対応画像を有するように、カメラ上のシャッターを閉じるために用いられる波形上の第２の位置セットにおいて第２のトリガーパルスを生成するコントローラであって、単一画像の各セットにおける単一画像を結合して表示及び解析に適した結合画像を生成するよう、論理演算を実行するコントローラと、を備えるシステムを備えていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】溶接用視覚及び制御システムの一実施例の略ブロック図である。
【図１Ａ】溶接システムの溶接領域の拡大斜視図である。
【図２】単一の閾値トリガーポイントを用いる前進露光技術例の線図である。
【図３】閾値から遅延されたトリガーポイントを有する前進露光技術例の線図である。
【図４】可変トリガー遅延を利用する一定露光技術例の線図である。
【図５】可変トリガー遅延を利用する可変露光技術例の線図である。
【図６Ａ】図１の溶接用視覚及び制御システム例の作動を示すフロー図である。
【図６Ｂ】視覚システムコントローラの作動を示すフロー図である。
【図７】カメラにおいて露光を開始するためのシステム例を示す。
【図８】図２〜５に示すような、露光のそれぞれからのピクセルストリームを時間的に整列させるために用いられてもよいシステム例の概略図である。
【図９】画像結合器の一実施例のブロック図である。
【図９Ａ】飽和又は暗部ではないピクセルを選択するためのシステム例の概略図である。
【図９Ｂ】輝度範囲ピクセル選択システム例の概略図である。
【図９Ｃ】暗部範囲ピクセル選択システム例の概略図である。
【図１０】合成画像を作成するための原画像融合例の線図である。
【図１１】時間的ピクセル整列システム例の線図である。
【図１２Ａ】ＤＣ形状電力波形例及び電力波形の位相と対応する溶接現象例を示す図である。
【図１２Ｂ−１２Ｄ】位相基準画像化システム例を示す図である。
【図１３】手溶接用視覚システム例の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
溶接プロセスの画像、例えば、合成画像１４０を作成し、融合させ、表示すること、並びに、かかる画像を溶接プロセスのフィードバック及び制御のために用いることができる溶接用視覚及び制御システム例１００を、図１においてブロック図で示す。溶接用視覚及び制御システム例１００は、例えば、ガスメタルアーク（ＭＩＧ）システムのアーク溶接システム例１０２と共に図１に示されている。しかし、溶接用視覚及び制御システム１００は、他の溶接システム、例えば、手動金属アーク溶接（手棒溶接としても一般に知られている）、フラックスコアードアーク溶接、サブマージアーク溶接、ガスタングステン（ＴＩＧ）溶接、往復動ワイヤ、コールドメタルトランスファ（ＣＭＴ）、及びその他と共に同様に用いられてもよい。ＭＩＧアーク溶接システム例１０２において、金属ワイヤ電極１０６は、ワイヤ供給機構１２０によって、ワイヤ供給部１１８から溶接機ノズル１０４内側の火口（図示せず）を介して、２片の金属、例えば、金属母材１１０、１１２が共に溶接される溶接領域１０９へ供給される。溶接用電力供給部１２２は、ワイヤ電極１０６へ電気的に接続される波形１３６を生成する。金属母材１１０、１１２は、溶接用電力供給部１２２に対して電気的に接地され、そのため、電力供給部１２２によって提供される電圧は、ワイヤ電極１０６と金属母材１１０、１１２との間に電気アーク１０７を生成する。アーク１０７は、極めて導電性のあるプラズマ１０８をワイヤ電極１０６と金属母材１１０、１１２との間に生成する。電圧の連続印加は、ワイヤ電極１０６の先端と母材１１０、１１２との間でプラズマ１０８を介する大電流フローを持続させ、これにより、ワイヤ電極１０６の先端並びに母材１１０、１１２内の一部の金属において、金属を溶融させるために十分な熱を生成し、ここで、電流フローがワイヤ電極１０６と並んで集中し、それによって、母材１１０、１１２内に溶融帯１１３を生成する。ワイヤ電極１０６の先端からの溶融金属の溶滴１２１（図１Ａ）は、母材１１０、１１２の溶融帯１１３において溶融金属と融合する金属たまり１１１を形成する一方で、ガス供給１１６は、溶接箇所を汚染から保護するよう、不活性又は半不活性シールドガスフローをガス供給部１１４から溶接機ノズル１０４を介して向ける。溶接機ノズル１０４及びワイヤ電極１０６が矢印１０５の方向に移動するにつれて、金属が溶接たまり１１１及び溶融帯１１３に残され、冷却され、固化して、２つの母材１１０、１１２を共に永久接合する固体金属の溶接ビード１０３を形成する。
【００１０】
ＭＩＧ溶接システム例１０２におけるアーク１０７及びプラズマ１０８を介する電流フローは、他のアーク溶接システムと同様に、高強度電磁放射、例えば、非常に明るい可視光線、紫外線、及び赤外線放射を生じる。かかる放射は強すぎるため、人は、人の眼を損傷させる、例えば、高強度紫外線放射が角膜炎症の原因となり、網膜を焼く恐れがある閃光火傷の極めて高いリスク無しでは、進行中のアーク溶接プロセスの溶接領域１０９を見ることができない。従って、溶接用保護メガネ又は暗色の紫外線フィルタリングフェースプレートを有するヘルメット（図１において図示せず）が、眼損傷を防ぐために溶接工によって着用されなければならない。かかるフェースプレートは暗すぎるため、人はそれらを通して通常の可視光線を見ることができない。従って、溶接工は、溶接していない場合に見るためにヘルメットを取らなければならないが、最も強い可視光線及び紫外線放射を人の眼にとって許容できる低い強度レベルまで減衰させるために、溶接アークが溶接を開始するよう衝突する前に、ヘルメットが所定位置にあって眼を保護していることを必ず確認する必要がある。人は、暗色保護メガネ又はフェースプレートを依然として通過する進行中の溶接プロセスの最も明るい部分及び特徴からの残りの光線、例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８を見ることができるが、かかる強い放射を生じないか、又は反射しない冷えた溶接ビード１０３、溶融帯１１３の外側到達範囲、溶接領域１０９内の金属母材１１０、１１２の隣接部分等の他の特徴は、かかる暗色保護メガネ又はフェースプレートを通して全く見えない。従って、溶接プロセスの指導、評価、又は品質管理のためにリアルタイムで溶接領域１０９内の特徴及びプロセスの全てを見て、評価する人の能力は、限られている。同様に、従来のカメラは、溶接領域１０９内の最も明るい特徴及び溶接領域１０９内の暗い特徴の両方の映像を同時に取得するために、特に、溶接プロセスが行われている際にかかる特徴をリアルタイムで表示するために必要なダイナミックレンジを有していない。溶接領域内の暗い特徴を取得するようカメラ光センサアレイ又は写真フィルムに対して十分な光を入れる絞り設定は、また、最も明るい特徴からの多くの非常に高強度の光も入れ、そのため、かかる高強度の光が、最も明るい光に曝露されるフィルム又は光センサアレイの一部を飽和させ、それによって、溶接領域１０９の取得画像のそれらの部分を無意味で、使い物にならないものにするのに対して、最も明るい光による画像センサ又はフィルムの飽和を回避するよう十分に光を減衰させる絞り設定は、画像センサ又はフィルムが溶接領域１０９の暗部の映像を取得することを可能としない。
【００１１】
対照的に、図１に示し、以下でより詳細に説明する溶接用視覚及び制御システム例１００は、溶接プロセスが行われている際に人間によってリアルタイムで容易に見ることができ、溶接品質を監視し、最適化するよう、自動溶接機制御装置のために処理され、用いることができる、可視光線範囲で溶接領域１０９内の特徴の全てを表示する合成画像を生成する。例えば、溶接用視覚及び制御システム例１００によって生成される合成画像は、溶接プロセスを監視し、評価する目的のため、並びに、アーク溶接システム例１０２の電圧及び／又は電流、母材１１０、１１２に対する溶接ノズル１０４及び火口（図１において図示せず）の位置及び速度、消耗ワイヤ電極１０６を溶接領域１０９へ供給する速度、溶接たまり１１１の大きさ、及び、溶接システム１０２によって生成される溶接を向上させる可能性のある他のパラメータ等の溶接パラメータを調整するために見ることができる。合成画像は、パラメータを調整してもよいユーザによって見ることができるか、又は、合成画像は、溶接プロセスのパラメータを自動的に調整することができる機械視覚及びパターン認識技術により処理することができる。生成される合成画像は、また、手溶接において用いられてもよい。例えば、図１３に示し、以下でより詳細に説明するように、手溶接において用いられる溶接用ヘルメットは、溶接工が、例えば、溶接機ノズル１０４、ワイヤ電極１０６、アーク１０７、プラズマ１０８、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、及び母材１１０、１１２の隣接部分の特徴の全てを含む、溶接領域１０９の合成画像を、溶接ビード１０３が形成されている際にリアルタイムで見ることを可能にするディスプレイを装備することができる。これらの性能は、以下でより詳細に説明するように、様々な露出により、様々な位相で、そして電力供給波形１３６の間の様々な期間に電子的に取得される個々の画像同士を融合（結合）することによって、より広い可視スペクトル又は画像の高いダイナミックレンジを生成することによって、達成される。合成画像は、また、例えば、以下でより詳細に説明するような、ワイヤ電極１０６と溶接たまり１１１との間の１つ以上の位置において消耗ワイヤ電極１０６から形成される溶融金属の溶滴１２１の、溶接領域１０９内の１つ以上の特定の特徴を切り分け、リアルタイムで表示するよう、段階的に行われてもよい。
【００１２】
図１の参照を続けると、溶接用電力供給部１２２は、溶接される特定の金属、用いられる電極、所望の溶接特性、環境の影響、等に応じて、例えば、電流、電圧、インピーダンス、周波数、波形形状、等の異なる電気パラメータにより電力波形１３６を出力するよう制御されてもよい。溶接用電力供給部１２２は、それら及び他のパラメータに対して別々に制御されてもよいか、又は、図１においてリンク１２５によって示されるように、視覚システムコントローラ１２４によって制御されてもよい。プログラマブルコンピュータ、若しくは、ＦＰＧＡ又は状態機械装置等の一連の論理回路を備えていてもよい視覚システムコントローラ１２４は、また、制御リンク１２５によって示されるように、溶接用電力供給部１２２からの信号、例えば、電力供給波形１３６、又は、以下でより詳細に説明するような電力供給波形１３６におけるトリガーポイントを示す信号を受信できる。視覚システムコントローラ１２４は、また、電力供給波形１３６からの、例えば、図１のリンク１４８によって示されるような電圧又は電流検出器１２３からの入力も得ることができる。この用途に適した電圧センサ及び電流検出器は、周知であり、市販されている。視覚システムコントローラ１２４は、また、母材１１０、１１２に対して溶接機ノズル１０４及び電極１０６を移動させ、位置決めするロボットシステムアクチュエータ１４４へ制御信号を生成するロボットシステムコントローラ１４２に接続されてもよい。適切な機械的リンク機構１４６が、当業者によって理解されるように、ロボットシステムアクチュエータ１４４をアーク溶接システム１０２の溶接機ノズル１０４、電極１０６、及び他の構成部品に接続するよう提供され、そのため、かかるリンク機構１４６及びアクチュエータ１４４の更なる説明は、本発明の理解にとって必要ではない。ユーザインターフェース１２８は、所望の波形１３６を提供するよう溶接用電力供給部１２２を構成するため、及び、ロボットシステムアクチュエータ１４４への所望の入力のためにロボットシステムコントローラ１４２を構成するため、制御信号を視覚システムコントローラ１２４に入力するために視覚システムコントローラ１２４に接続される。接続は、配線接続又は無線接続であってもよい。ロボットシステムコントローラ１４２は、視覚システムコントローラ１２４とは別のユニット又はその一部であってもよい。
【００１３】
デジタルカメラ１２６がアーク溶接システム１０２に隣接して位置決めされ、ここで、溶接領域１０９内の１つ以上の特徴、例えば、アーク１０７及び隣接するワイヤ電極１０６並びに溶接たまり１１１に、又は、かかる特徴の一部又は全てが位置する溶接領域１０９全体に焦点が合わせられてもよい。任意選択の第２のデジタルカメラ１２７が、また、例えば、図１３に示すカメラ１３０６手溶接システム１３００のために以下で説明するように、必要に応じて立体画像のために用いられてもよい。カメラ制御、照明、カメラ１２６による原画像生成、原画像から合成画像を作成するための処理技術、並びに、カメラ１２６に適用する他の情報及び説明も、任意選択の第２のカメラ１２７に適用する。デジタルカメラ１２６は、例えば、溶接機ノズル１０４、溶接機ワイヤ電極１０６、アーク１０７、プラズマ１０８、溶滴１２１（図１Ａ)、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、溶接ビード１０３、及び母材１１０、１１２の隣接部分を含む、溶接領域１０９内の特徴の原画像を生成するよう制御される。一実施形態において、デジタルカメラ１２６は、図１のカメラ制御リンク１２９によって示されるように、視覚システムコントローラ１２４からの信号によって制御されて、デジタルカメラ１２６内の光センサアレイを、溶接領域１０９内のかかる特徴から生じるか、反射する光に露光する。別の実施形態において、デジタルカメラは、図１の任意選択のカメラ制御リンク１２９’によって示されるように、溶接用電力供給部１２２からの信号によって制御されて、デジタルカメラ１２６内の光センサアレイを、溶接領域１０９内のかかる特徴から生じるか、反射する光に露光する。以下でより詳細に説明するように、異なる露光が、合成画像、例えば、ディスプレイ装置１３８上でユーザインターフェース１２８において又はその他の位置で見ることができる合成画像１４０を生成するよう、コントローラ１２４において共に融合（結合）される溶接及び周辺領域の異なる原画像を生成するために用いられる。原画像は、異なる露光での溶接領域１０９内の特徴を示す。異なる露光を持つ画像を融合することによって、溶接領域１０９内の特徴の全て又は選択された１つが、高いダイナミックレンジで、合成画像を同時に表示し、見ることができるのに対して、溶接領域１０９内の特徴のうちの幾つかは、光センサアレイにとって、１つの露光からの１つの単純な画像において取得するには、明るすぎであり、その他は暗すぎである。例えば、溶接領域１０９内の異なる特徴から生じるか、反射する異なる光度のため、１つの露光は、カメラ１２６内の光センサアレイ（図示せず）がアーク１０７の原画像をかなり効果的に取得することを可能にしてもよい一方で、別の露光は、カメラ１２６内の光センサアレイがワイヤ電極１０６の溶融した先端において生じる溶融金属溶滴１２１の原画像をより効果的に取得することを可能にしてもよい。更に別の露光は、カメラ１２６の光センサアレイが溶接たまり１１１及び溶融帯１１３の原画像を取得することを可能にしてもよく、更に別の露光は、カメラ１２６の画像センサが母材１１０、１１２の隣接部分及び固化した溶接ビード１０３等の他の周辺特徴の原画像を取得するこ��を可能にしてもよい。これらの異なる原画像を合成画像内に融合することによって、溶接領域１０９内の重要な特徴の全て又は選択された１つが、結果として生じる合成画像、例えば、図１の合成画像１４０内に表示されてもよい。カメラ１２６に取り付けられる照明１３４（任意選択のカメラ１２７上の照明１３５）は、必要に応じて、溶接部品１１０、１１２及び固化した溶接ビード１０３等の背景又は周辺特徴を照明するよう支援でき、原画像内のかかる背景特徴を取得するために必要な所要露光時間を低減させてもよい。
【００１４】
カメラ１２６の光センサアレイ（図示せず）を溶接領域１０９（図１）に露光するための露光技術例２００を、図２に示した。この露光技術例２００において、溶接領域１０９又は溶接領域１０９内の特定の特徴から生じるか、反射する光エネルギーに対するカメラ１２６の光センサアレイの一連の露光は、連続する露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２０８、２１４、２２０、２２６に電力供給波形上の各開始トリガーポイント２２８、２４０、２５２、２６４、２３２、２４４、２５６、２６８、２３６、２４８、２６０、２７２においてトリガされて、合成画像２５３、２５５、２５７を作成するために用いられる一連の各原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’、２０６’、２１２’、２１８’、２０８’、２１４’、２２０’、２２６’を生成する。上で述べたように、かかる合成画像２５３、２５５、２５７は、図１のディスプレイ装置１３８において示される合成画像１４０等の表示のために、又は、図１のアーク溶接システム例１０２の自動制御のために処理されてもよい。図２の露光技術例２００に示す電力波形１３６（図１）の種類は、周期性電力波形２０２である。周期性電力波形例２０２は、この露光技術２００の原理を説明するために都合のよい正弦波であるが、カスタマイズされた、又は、専用の上昇、ピーク、背景、並びに、テールアウト傾斜及び振幅を有する信号を含むパルスＡＣ又はＤＣ電力波形は、多くの現代の溶接システムにおいて一般的に用いられ、この露光技術２００は、一旦、当業者がこの技術の原理を理解すれば、彼らによって理解されるように、かかるパルス電力波形により適用可能で、使用可能である。周期性ＤＣパルス電力波形へのこの技術の適用の一例は、図１２Ａ、１２Ｂ、及び１２Ｃに示されており、以下でより詳細に説明する。
【００１５】
図２の電力波形例２０２の時間グラフにおいて、時間（ｔ）は横座標（横）軸にそって延在し、電圧（Ｖ）は垂直方向、すなわち、縦座標に示されている。この露光技術例２００において、波形２０２上の単一の閾電圧レベル（例えば、開始トリガーポイント２２８、２４０、２５２、２６４、２３２、２４４、２５６、２６８、２３６、２４８、２６０、及び２７２における電圧レベル例）は、溶接領域１０９から生じ、反射する光へのカメラ１２６（図１）の光センサアレイの露光を開始（トリガ）するために用いられ、それによって、カメラ１２６は、以下でより詳細に説明するように、溶接領域１０９の、又は、溶接領域１０９内の特定の特徴の原画像を取得する。当業者は電子カメラの技術及び実装を理解しているため、カメラ１２６（図１）の詳細な説明は、この露光トリガー技術の理解に必要ではない。最新の電子カメラは、物体（例えば、溶接領域１０９又は溶接領域１０９内の特徴）から生じるか、反射される光に露光される場合、物体からの光エネルギーを、ピクセルアレイ内の各ピクセルが、露光中に光センサアレイ内の各光センサによって吸収される光エネルギーを示す電気的性質（例えば、電圧、電流、抵抗、等）のピクセル値を有するピクセルアレイフォーマットの原画像（例えば、原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’、２０６’、２１２’、２１８’、２０８’、２１４’、２２０’、２２６’）に変換する、一般に光センサアレイと呼ばれている光センサ（通常のＣＭＯＳ又はＣＣＤセンサ）の通常の二次元アレイを有していると言えば十分だろう。従って、光センサアレイは、物体から生じるか、反射される様々な光度を表すピクセル値の電子ピクセルアレイを生成する。かかるピクセルアレイは、物体の視覚映像を作成するよう処理されてもよい。物体から生じるか、反射する光への光センサアレイの露光時間は、所望の期間、開口部を物理的に開閉する機械シャッターによって、又は、シャッター同等機能、例えば、ピクセルセル充電又は電圧を対の陰影ダブルに電子的に転送することによって、制御されてもよい。他の電子シャッター同等技術が、露光、又は、光エネルギー吸収期間の露光を開始し、終了させるために用いられてもよい。従って、露光時間を開始し、終えるようシャッターを開閉することに言及することは、電子シャッター操作についても記述しているよう当業者によって理解される一方で、より一般的な説明は、露光を開始し、終了させることである。従って、シャッター又はシャッター同等操作のこれらの説明の両方は、同等であり、互換性があるように用いられてもよい。図２において、複数の露光期間例２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、及び２２６を示す。これらの露光期間例２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、及び２２６は、各開始トリガーポイント２２８、２４０、２５２、２６４、２３２、２４４、２５６、２６８、２３６、２４８、２６０、及び２７２、並びに、２３０、２４２、２５４、２６６、２３４、２４６、２６８、２７０、２３８、２５０、２６２、及び２７４において各終了トリガーポイントを有している。
【００１６】
図２における露光技術例２００の一実装例において、この実装例においてカメラ１２６を制御するために用いられる視覚システムコントローラ１２４は、溶接用電力供給部１２２に（例えば、図１のリンク１２５を介して）又は電力波形センサ１２３に（例えば、図１のリンク１４８を介して）接続されて、図２の例において正弦電力波形２０２である図１の電力波形１３６において変化する電気的特性、例えば、電圧レベル又は電流レベル）を監視する。所定の電圧又は電流閾値が電力波形２０２において検出される場合、視覚システムコントローラ１２４は、開始制御信号をカメラ１２６に対して生成して、溶接領域１０９から、又は、溶接領域１０９内の特徴から生じるか、反射する光エネルギーへのカメラ１２６内の光センサアレイの露光を開始する。実際には、閾値は電力波形２０２内の電圧閾値、電流閾値、インピーダンス閾値、又は他のパラメータであってもよいが、便宜上及び簡略化のために、図２のグラフは、それが別の電気的特性であってもよいという了解の下で、電力波形２０２のための電圧対時間のグラフである。従って、電圧が電力波形２０２上で増加するにつれて、それは、開始トリガーポイント２２８、２４０、２５２、２６４、２３２、２４４、２５６、２６８、２３６、２４８、２６０及び２７２において示す開始閾電圧レベル等の開始閾電圧レベルに到達する。視覚システムコントローラは、これらの開始閾電圧値が到達し、電圧が電力波形２０２上で増加する場合を検出し、それに応じて、上で述べたように、開始制御信号をカメラ１２６に対して生成する。開始閾電圧レベルの検出は、検出された電圧が視覚システムコントローラ１２４において所定の開始閾電圧値と比較されて、電力波形２０２電圧が増加している場合に開始制御信号の生成をトリガする単純な比較回路を用いて達成されてもよい。開始閾電圧レベルは、開始閾電圧がユーザによって容易に調整できるか、又は、それがその他の簡便な方法で提供できるように、ユーザインターフェース１２８を介して視覚システムコントローラ１２４において容易に設定されてもよい。
【００１７】
図２における露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、２２６は、カメラ１２６内の光センサアレイが、以下でより詳細に説明するように、溶接プロセスによって又は供給された照明から生成される、溶接領域１０９から生じるか、反射する光エネルギーに露光される間の露光期間を示している。上で説明したように、カメラ１２６は、各露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、及び２２６中にカメラ１２６の光センサアレイによって吸収された光エネルギーから各原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’、２０６’、２１２’、２１８’、２０８’、２１４’、２２０’、２２６’を生成する。４つの原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’の第１のセットは、以下でより詳細に説明する方法で共に融合されて、第１の合成画像２５３を生成する。同様に、４つの原画像２０６’、２１２’、２１８’、２２４’の第２のセットは、同じ方法で共に融合されて、第２の合成画像２５５を生成する。４つの原画像２０８’、２１４’、２２０’、２２６’の第３のセットは、同じ方法で共に融合されて、第３の合成画像２５７を生成する。無論、図２においてドットＮによって記号で表される追加の合成画像は、アーク溶接システム１０２が図１の矢印１０５によって示されるように母材１１０、１１２に沿って移動するにつれて、溶接プロセスの映像が合成画像２５３、２５５、２５７、・・・、Ｎのストリームから作成できるように、溶接プロセスが続くにつれて、図２においてドットｎ’によって記号で表される追加の原画像から視覚システムコントローラ１２４（図１）によって生成される。
【００１８】
図２に示すように、第１の合成画像２５３を作成することに用いられる第１の原画像２０４’のための第１の露光期間２０４は、第２の合成画像２５５を作成することに用いられる第１の原画像２０６’のための第１の露光期間２０６と同じ期間であり、電力波形２０２の同じ位相の間に発生する。同様に、第３の合成画像２５７を作成することに用いられる第１の原画像２０８’のための第１の露光期間２０８は、第１及び第２の露光期間２０４、２０６の両方と同じ期間であり、電力波形２０２の同じ位相の間に発生する。同じように、各合成画像２５３、２５５、２５７を作成することに用いられる原画像２１０’、２１２’、２１４’のための第２の露光期間２１０、２１２、２１４は、また、互いと同じであり、互いと電力波形２０２の同じ位相の間に発生する。同様に、各合成画像２５３、２５５、２５７を作成することに用いられる原画像２１６’、２１８’、２２０’のための第３の露光期間２１６、２１８、２２０は、また、互いと同じであり、互いと電力波形２０２の同じ位相の間に発生する。同様に、各合成画像２５３、２５５、２５７を作成することに用いられる原画像２２２’、２２４’、２２６’のための第４の露光期間２２２、２２４、２２６は、また、互いと同じであり、互いと電力波形２０２の同じ位相の間に発生する。
【００１９】
図２に示すように、各原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’のための露光期間２０４、２１０、２１６、２２２のそれぞれは、電力波形１０２上の同じ閾電圧レベルにおいて、すなわち、各開始トリガーポイント２２８、２４０、２５２、２６４において開始されるが、それらは、溶接プロセスのより長い期間を通じて延在する電力波形２０２のより大きい位相を通して耐える。従って、第１の合成画像２５３を作成することに用いられるそれぞれ個別の原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’は、溶接領域１０９（図１）への、又は、溶接領域１０９内の特徴への次第に長くなる露光期間２０４、２１０、２１６、２２２を有する。同じ原理が、第２の合成画像２５５を作成することに用いられる原画像２０６’、２１２’、２１８’、２２４’のための露光期間２０６、２１２、２１８、２２４に、そして、第３の合成画像２５７を作成することに用いられる原画像２０８’、２１４’、２２０’、２２６’のための露光期間２０８、２１４、２２０、２２６に適用される。
【００２０】
上で説明したように、図２に示す露光技術例２００において、露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、２２６の全てが、電力波形２０２の電圧が上昇するにつれて、所定の開始電圧閾レベルの検出時に開始される。所定の開始電圧閾レベルまで上昇する電力波形２０２における電圧の検出時に、視覚システムコントローラ１２４は、カメラ１２６が、上で説明したような、溶接領域１０９（図１）内の特徴から生じるか、反射する光エネルギーへの光センサアレイの露光を開始することに応じて、開始トリガー信号をカメラ１２６に出力する。従って、第１の開始トリガーポイント２２８におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第１の露光期間２０４を開始させる。同様に、第２の開始トリガーポイント２４０におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第２の露光期間２１０を開始させ、第３の開始トリガーポイント２５２におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第３の露光期間２１６を開始させ、第４の開始トリガーポイント２６４におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第４の露光期間２２２を開始させ、第５の開始トリガーポイント２３２におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第５の露光期間２０６を開始させ、第６の開始トリガーポイント２４４におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第６の露光期間２１２を開始させ、第７の開始トリガーポイント２５６におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第７の露光期間２１８を開始させ、第８の開始トリガーポイント２６８におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第８の露光期間２２４を開始させ、第９の開始トリガーポイント２３６におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第９の露光期間２０８を開始させ、第１０の開始トリガーポイント２４８におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第１０の露光期間２１４を開始させ、第１１の開始トリガーポイント２６０におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第１１の露光期間２２０を開始させ、そして、第１２の開始トリガーポイント２７２におけるかかる開始電圧レベルの検出は、視覚システムコントローラ１２４に開始制御信号をカメラ１２６に対して出力させて、第１２の露光期間２２６を開始させる。このプロセスは、ユーザが溶接の画像を継続したいと望む限り継続する。
【００２１】
視覚システムコントローラ１２４は、また、第１乃至第１２の露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、２２６、及びそれ以降のそれぞれの持続時間も制御する。従って、視覚システムコントローラ１２４は、各露光開始制御信号後のある期間に露光終了制御信号を生成し、カメラ１２６（図１）に送信し、それに応じて、カメラ１２６は、溶接領域１０９から生じるか、反射する光への光センサアレイの露光を終了させる。図２に示すように、視覚システムコントローラ１２６は、各露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、２２６を終了させるよう、電力波形２０２上の終了トリガーポイント２３０、２４２、２５４、２６６、２３４、２４６、２５８、２７０、２３８、２５０、２６２、２７４に対応するそれぞれの時間に終了制御信号をカメラ１２６に対して生成し、送信するようプログラミングされる。視覚システムコントローラ１２４は、（ｉ）各露光開始制御信号が、それぞれの開始トリガーポイント２２８、２４０、２５２、２６４、２３２、２４４、２５６、２６８、２３６、２４８、２６０、及び２７２においてトリガされた後の経過時間を計り、それぞれのかかる開始制御信号がトリガされた後の所定期間に、露光終了制御信号を生成すること、又は（ｉｉ）電力波形１０２上の電圧が所定の終了電圧閾値と一致する場合を判断し、かかる一致を検出した時、露光終了制御信号を生成することのどちらか一方によって、露光終了制御信号をカメラ１２６に対して生成し、送信するようプログラミングされてもよい。かかる所定期間の、及び、露光終了制御信号を生成するよう視覚システムコントローラ１２４をトリガするためのかかる所定の終了電圧閾値の例は、図２の電力波形２０２上の終了トリガーポイント２３０、２４２、２５４、２６６、２３４、２４６、２５８、２７０、２３８、２５０、２６２、２７４に対応する。再度、上で説明し、図２に示すように、第１の合成画像２５３を作成するために用いられる原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’は、異なっており、例えば、次第に長くなり、それによって、光センサアレイ内のセンサが、溶接領域１０９（図１）の最も明るい特徴、例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８から生じる最も強い光エネルギーによって第１の原画像２０４’のための最短露光期間２０４において飽和する可能性を最小限にする一方で、光センサアレイ内のセンサが、原画像２２２’の最長露光期間２２２の間に溶接領域１０９内の暗い特徴、例えば、溶接ビード１０３及び母材１１０、１１２からの一部の光エネルギーを捕捉する可能性を最大限にし、また、中間の露光期間２１０、２１６により作成された第２及び第３の原画像２１０’及び２１６’が、中強度の光エネルギーを生じるか、反射する特徴、例えば、電極１０６、溶接たまり１１１、溶融帯１１３の良好な画像を捕捉する可能性も高める。同様に、第２の合成画像２５５を作成するために用いられる原画像２０６’、２１２’、２１８’、２２４’及び第３の合成画像２５７を作成するために用いられる原画像２０８’、２１４’、２２０’、２２６’は、同じ理由から異なっており、例えば、次第に長くなる。また、図２に示す露光及び融合技術例は、４つの原画像を融合させて各合成画像２５３、２５５、２５７を作成する一方で、４つよりも多い、又は、少ない原画像が融合されて合成画像を作成してもよい。カメラ１２６の開口及び感度は、また、溶接領域１０９の異なる特徴又は部分が各露光期間の間に使用可能な方法で捕捉できる可能性を高めるよう、露光のうちの幾つか又は全てに対して変化させてもよい。また、任意選択の動的減光プレート１３０（図１）が、以下でより詳細に説明するように、溶接領域１０９の異なる特徴又は部分が、合成画像を作成するために用いられる原画像のうちの１つ以上のための光センサアレイによって効果的に捕捉できる可能性を高めるよう、カメラ１２６に到達する溶接領域１０９からの光エネルギーの強度を減衰し、変化させるために用いられてもよい。
【００２２】
原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’は、カメラ１２６によって取得され、視覚システムコントローラ１２４に供給され、次いで、視覚システムコントローラ１２４によって融合されて第１の合成画像２５３を作成する。同様に、カメラ１２６によって取得された原画像２０６’、２１２’、２１８’、２２４’は、視覚システムコントローラ１２４に供給され、融合されて第２の合成画像２５５を作成し、原画像２０８’、２１４’、２２０’、２２６’は融合されて第３の合成画像２５７を作成する。合成画像２５３、２５５、２５７は、以下で説明し、図６のフロー図に示す技術に従って、視覚システムコントローラ１２４によって作成される。合成画像２５３、２５５、２５７は、次いで、ユーザインターフェース１２８上に表示され、後の表示及び分析のために、そして、アーク溶接システム１０２のパラメータを変化させて溶接の他の特性の品質を向上させるために、コントローラ１２４に含まれるストレージ又はどこか他の場所に格納されてもよい。一連の合成画像２５３、２５５、２５７、・・・、Ｎは、また、リアルタイムでの、又は、格納及び後の観察のために溶接プロセスの動画を提供するよう間断なく表示されてもよい。合成画像２５３、２５５、２５７は、また、以下でより詳細に説明するようなアーク溶接システム１０２の自動リアルタイム制御のために機械視覚及びパターン認識技術と共に用いられてもよい。
【００２３】
別の順次露光技術例３００を、電力供給波形３０２上の露光開始閾値３０３の検出から遅延する開始トリガーポイント３５２、３６４、３７６、３８８、３５６、３６８、３８０、３９２、３６０、３７２、３８４、３９５と共に、図３において示す。便宜上及び比較のために、図３に示す電力供給波形例３０２は、図２の正弦波形２０２と同様の正弦波形であるが、カスタマイズされた又は専用の上昇、ピーク、背景、並びに、テールアウト傾斜及び振幅と共に形状を成す波形を含むパルスＡＣ又はＤＣ電力波形等の他の種類の波形も、また、この技術３００と共に用いられてもよい。図３の実施例における露光開始閾値３０３は電力波形３０２上の電圧値であるが、それは、電力波形３０２内の、又は、それと関連する電流値、インピーダンス値、又は他の電気的特性であってもよい。露光開始閾電圧３０３は、電力波形３０３上の電圧閾点３２８、３３０、３３２、３３４、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０において視覚システムコントローラ１２４によって検出される。しかし、開始閾電圧３０３の検出時に直ちに露光開始制御信号をトリガする代わりに、視覚システムコントローラ１２４は、電力波形３０２上のより遅い位相において、例えば、電力波形上の開始トリガーポイント３５２、３６４、３７６、３８８、３５６、３６８、３８０、３９２、３６０、３７２、３８４、３９５において、露光開始制御信号を生成するよう遅延を生じる。これらの露光開始制御信号のそれぞれは、カメラ１２６に転送されて、各原画像３０４’、３１０’、３１６’、３２２’、３０６’、３１２’、３１８’、３２４’、３０８’、３１４’、３２０’、３２６’を生成するよう、各露光期間３０４、３１０、３１６、３２２、３０６、３１２、３１８、３２４、３０８、３１４、３２０、３２６の溶接領域１０９（図１）から生じるか、反射する光エネルギーに対するカメラ１２６内の光センサアレイの露光を開始する。視覚システムコントローラ１２４は、また、原画像３０４’、３１０’、３１６’、３２２’、３０６’、３１２’、３１８’、３２４’、３０８’、３１４’、３２０’、３２６’のための各露光期間３０４、３１０、３１６、３２２、３０６、３１２、３１８、３２４、３０８、３１４、３２０、３２６を終了させるよう、カメラ１２６に対して露光終了制御信号を生成し、送信する。図２の実施例に対して上で説明したように、４つの原画像３０４’、３１０’、３１６’、３２２’が共に融合されて第１の合成画像３９７を作成し、次の４つの原画像３０６’、３１２’、３１８’、３２４’が共に融合されて第２の合成画像３９８を作成し、そして、次の４つの原画像３０８’、３１４’、３２０’、３２６’が共に融合されて第３の合成画像３９９を作成する。
【００２４】
図２の実施例に対して上でも説明したように、視覚システムコントローラ１２４は、第１の合成画像３９７を作成するために用いられる原画像３０４’、３１０’、３１６’、３２２’のための次第に長くなる露光期間３０４、３１０、３１６、３２２を生成する。同様に、視覚システムコントローラ１２４は、第２の合成画像３９８を作成するために用いられる原画像３０６’、３１２’、３１８’、３２４’のための次第に長くなる露光期間３０６、３１２、３１８、３２４を生成し、それは、第３の合成画像３９９を作成するために用いられる次第に長くなる露光期間３０８、３１４、３２０、３２６を生成する。各合成画像３９７、３９８、３９９を作成するために用いられる第１の原画像３０４’、３０６’、３０８’のための各露光期間３０４、３０６、３０８は、互いと同じ持続期間を有し、電力波形３０２の同じ位相において発生する。同様に、各合成画像３９７、３９８、３９９を作成するために用いられる第２の原画像３１０’、３１２’、３１４’のための各露光期間３０４、３０６、３０８は、互いと同じ持続期間を有し、電力波形３０２の同じ位相において発生し、各合成画像３９７、３９８、３９９を作成するために用いられる第３の原画像３１６’、３１８’、３２０’のための各露光期間３０４、３０６、３０８は、互いと同じ持続期間を有し、電力波形３０２の同じ位相において発生し、そして、各合成画像３９７、３９８、３９９を作成するために用いられる第３の原画像３０４’、３０６’、３０８’のための各露光期間３２２、３２４、３２６は、互いと同じ持続期間を有し、電力波形３０２の同じ位相において発生する。従って、第１の合成画像３９７を作成するために用いられる４つの原画像３０４’、３１０’、３１６’、３２２’のための露光期間３０４、３１０、３１６、３２２は、電力波形３０２上の各終了ポイント３５４、３６６、３７８、３９０において終了し、第２の合成画像３９８を作成するために用いられる４つの原画像３０６’、３１２’、３１８’、３２４’のための露光期間３０６、３１２、３１８、３２４は、電力波形３０２上の各終了ポイント３５８、３７０、３８２、３９４において終了し、そして、第３の合成画像３９９を作成するために用いられる４つの原画像３０８’、３１４’、３２０’、３２６’のための露光期間３０８、３１４、３２０、３２６は、電力波形３０２上の各終了ポイント３６２、３７４、３８６、３９６において終了する。
【００２５】
その結果、図２の実施例における露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、２２６を図３の実施例における露光期間３０４、３１０、３１６、３２２、３０６、３１２、３１８、３２４、３０８、３１４、３２０、３２６と比較して、図３の第１、第２、及び第３の合成画像３９７、３９８、３９９を作成するために用いられる原画像３０４’、３１０’、３１６’、３２２’、３０６’、３１２’、３１８’、３２４’、３０８’、３１４’、３２０’、３２６’は、露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、２２６が発生する電力波形２０２の位相とは異なる電力波形３０２の位相において発生する。溶接領域１０９（図１）において溶接システム１０２によって生成される光度並びに物理的特徴は、電力波形に関連して変動する電圧、電流、又はインピーダンスの関数として変化するため、図３の実施例においてカメラ１２６によって生成される原画像３０４’、３１０’、３１６’、３２２’、３０６’、３１２’、３１８’、３２４’、３０８’、３１４’、３２０’、３２６’は、図２の実施例における原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’、２０６’、２１２’、２１８’、２０８’、２１４’、２２０’、２２６’とは異なる溶接領域１０９内の物理的特徴及び光度を取得する。また、図３の実施例における、電圧閾値ポイント３２８、３３０、３３２、３３４、３３６、３３８、３４０、３４２、３４４、３４６、３４８、３５０と、開始トリガーポイント３５２、３６４、３７６、３８８、３５６、３６８、３８０、３９２、３６０、３７２、３８４、３９５とでの露光開始閾電圧の検出の間の遅延は、ユーザが結果として生じる合成画像３９７、３９８、３９９、・・・、Ｎを観察して、溶接領域１０９内に異なる特徴同士を認識するか、ユーザが合成画像３９７、３９８、３９９、・・・、Ｎ内に観察したいと望む特徴に対する所望の画像品質のための最適な設定を見出す際に、自動的に、又は、ユーザインターフェース１２８からの手動入力のどちらか一方によって、視覚システムコントローラ１２４によって変化させてもよい。
【００２６】
可変露光開始遅延を有する一定露光技術例４００を図４に示し、再度、便宜上及び比較のため、図２及び３の実施例における正弦電力波形２０２及び３０２と同様の正弦電力波形４０２を有している。図４の一定露光例４００は、一定の露光期間による原画像、例えば、原画像４０４’、４１０’、４１６’、４２２’、４０６’、４１２’、４１８’、４２４’、４０８’、４１４’、４２０’、４２６’の取得を示しており、すなわち、原画像４０４’、４１０’、４１６’、４２２’、４０６’、４１２’、４１８’、４２４’、４０８’、４１４’、４２０’、４２６’のための露光期間４０４、４１０、４１６、４２２、４０６、４１２、４１８、４２４、４０８、４１４、４２０、４２６が全て、互いと同じ持続期間を有するが、電力供給波形４０２の異なる部分又は位相において有している。図４に示すように、第１の露光期間４０４は、視覚システムコントローラ１２４が、溶接領域１０９から生じるか、反射する光に対するカメラ１２６内の光センサアレイの露光を開始するようカメラ１２６に信号を送信する開始トリガーポイント４２８と、視覚システムコントローラ１２４が、露光を終了させるようカメラ１２６に信号を送信する終了トリガーポイント４３０との間の電力供給波形４０２の一部（位相）にわたって延在している。視覚システムコントローラ１２４は、閾値、例えば、開始トリガーポイント４２８における電圧値を使用（検出）して、露光を開始するよう、上で開示したように、カメラ１２６に対して露光開始制御信号をトリガしてもよい。同様に、他の露光期間４１０、４１６、４２２、４０６、４１２、４１８、４２４、４０８、４１４、４２０、４２６のそれぞれは、それらの露光開始ポイントにおいてカメラ１２６に対する露光開始制御信号の生成をトリガするよう、視覚システムコントローラ１２４による使用のための開始電圧閾値を設定することによって、各露光開始ポイント４４０、４５２、４６４、４３２、４４４、４５６、４６８、４３６、４４８、４６０、４７２において開始されてもよい。この露光技術例４００における露光期間４１０、４１６、４２２、４０６、４１２、４１８、４２４、４０８、４１４、４２０、４２６の持続期間は全て、互いと同じであるため、視覚システムコントローラ１２４は、各露光開始ポイント４２８、４４０、４５２、４６４、４３２、４４４、４５６、４６８、４３６、４４８、４６０、４７２のそれぞれの後のその同じ所定時間においてカメラ１２６に露光終了制御信号を生成するよう設定される。従って、露光期間４０４、４１０、４１６、４２２、４０６、４１２、４１８、４２４、４０８、４１４、４２０、４２６は、視覚システムコントローラ１２４によって、電力波形４０２上の各終了トリガーポイント４３０、４４２、４５４、４６６、４３４、４４６、４５８、４７０、４３８、４５０、４６２、４７４において終了する。代替として、カメラ１２６自体は、視覚システムコントローラ１２４からカメラ１２６への露光終了制御信号が露光期間４０４、４１０、４１６、４２２、４０６、４１２、４１８、４２４、４０８、４１４、４２０、４２６を終了させる必要がないように、所定の露光期間内の露光を終了させるよう、プリセット機能を有してもよい。別の代替において、終了閾電圧値が、終了トリガーポイント４３０、４４２、４５４、４６６、４３４、４４６、４５８、４７０、４３８、４５０、４６２、４７４においてカメラ１２６に対して露光終了制御信号をトリガするよう、視覚システムコントローラ１２４によって用いられてもよい。どちらの場合においても、カメラ１２６は、各露光期間４０４、４１０、４１６、４２２、４０６、４１２、４１８、４２４、４０８、４１４、４２０、４２６のそれぞれに対する同じ時間により原画像４０４’、４１０’、４１６’、４２２’、４０６’、４１２’、４１８’、４２４’、４０８’、４１４’、４２０’、４２６’のそれぞれを生成する。しかし、それらそれぞれの露光期間４０４、４１０、４１６、４２２、４０６、４１２、４１８、４２４、４０８、４１４、４２０、４２６のうちの幾つかは電力波形４０２上の異なる閾電圧において開始されるため、それらは電力波形４０２の異なる部分（位相）にわたって発生する。この露光技術例４００は、第１の開始電圧閾値での開始トリガーポイント４２８、４３２、４３６と共に、第２の開始電圧閾値での開始トリガーポイント４４０、４４４、４４８と共に、第３の開始電圧閾値での開始トリガーポイント４５２、４５６、４６０と共に、そして、第４の開始電圧閾値での開始トリガーポイント４６４、４６８、４７２と共に示されている。従って、原画像４０４’、４０６’、４０８’は、電力波形４０２の同じ第１の部分（位相）にわたる同じ露光時間を有し、原画像４１０’、４１２’、４１４’は、電力波形４０２の同じ第２の部分（位相）にわたる同じ露光時間を有し、原画像４１６’、４１８’、４２０’は、電力波形４０２の同じ第３の部分（位相）にわたる同じ露光時間を有し、原画像４２２’、４２４’、４２６’は、電力波形４０２の同じ第４の部分（位相）にわたる同じ露光時間を有し、そして、電力波形４０２のそれらの第１、第２、第３、及び第４の部分（位相）は互いに異なっている。結果として、電力波形４０２におけるより高い電圧が、より明るいアーク１０７及びプラズマ１０８を生じ、電力波形４０２におけるより低い電圧が、減光したアーク１０７及びプラズマ１０８を生じるため、光センサアレイ内の光センサの飽和は、特定の一定露光時間を設定し、所望の光度が溶接によって生成されている場合に露光をトリガすることによって制御することができる。
【００２７】
上で述べたように、溶接領域１０９から生じ、反射する光エネルギーの強度、及び、溶接領域１０９の物理的特性、例えば、溶融、溶滴、プラズマサイズ、スパッタ、等でさえも、溶接電力波形の電気的特性の関数として変化する。従って、電力波形４０２の第１の部分（位相）の間に原画像４０４’、４０６’、４０８’によって取得される溶接領域１０９の光度、特徴、及び特性は、それらの露光期間４０４、４０６、４０８、４１０、４１２、４１４の持続期間が同じだとしても、電力波形４０２の第２の部分（位相）の間に原画像４１０’、４１２’、４１４’によって取得される光度、特徴、及び特性とは幾つかの点で異なっている。同様に、電力波形４０２の異なる部分（位相）にわたって延在する露光期間の間に他の原画像によって取得される溶接領域１０９の光度、特徴、及び特性は、幾つかの点で異なる。
【００２８】
図２及び３の技術２００及び３００に対する上記の説明と同様に、各露光期間４０４、４１０、４１６、４２２中に得られた原画像４０４’、４１０’、４１６’、４２２’は、第１の合成画像を作成するよう融合される。同様に、各露光期間４０６、４１２、４１８、４２４中に得られた原画像４０６’、４１２’、４１８’、４２４’は、第２の合成画像４７８を作成するよう融合され、各露光期間４０８、４１４、４２０、４２６中に得られた原画像４０８’、４１４’、４２０’、４２６’は、第３の合成画像４８０を作成するよう融合される。これらのプロセスは、ユーザが所望する限り、ドットｎ’によって表される追加の原画像を取得してドットＮによって表される追加の合成画像を作成するよう、無期限に繰り返される。また、上でも説明したように、カメラ１２６の開口、カメラ１２６の光センサアレイ内の光センサの感度、及び任意選択の減光プレート１３０の減光量は、カメラ１２６によって生成される原画像の様々なピクセルのうちの少なくとも幾つかが飽和されないか、暗色でないような光線レベルを達成するよう、全て変化させてもよいか、個々に、又は何らかの組み合わせのどちらか一方で変化させてもよい。
【００２９】
上で説明したように、図２の実施例の合成画像２５３、２５５、２５７、図３の実施例の合成画像３９７、３９８、３９９、及び図４の実施例の合成画像４７６、４７８、４８０等の合成画像を作成することの目標の１つは、溶接領域１０９（図１）及び溶接領域１０９内の特定の特徴、例えば、溶接ビード１０３、溶接機ノズル１０４、電極１０６、アーク１０７、プラズマ１０８、たまり１１１、母材１１０、１１２、及び溶滴１２１が、高い解像度で画像化できることである。このように、合成画像は、溶接領域１０９の異なる部分の全てを示し、溶接ビード１０３の品質に関する有用な情報を提供する。かかる情報により、調整を溶接プロセスのパラメータに対して行って、高品質の溶接を確かなものにすることができる。例えば、電極１０７と並置される母材１１０、１１２における電流は、溶融金属の溶融帯１１３を生成するために十分な熱を生成するべきであり、溶滴１２１は、均一な形で電極１０７の先端から溶融され、何らかのスパッタがある場合、最小限に溶接たまり１１１に堆積するべきであり、溶接たまり１２１は、母材１１０、１１２の交差部において母材１１０、１１２内の溶融帯１１３と融合するよう、十分に液状であり、十分に高温であるべきであり、そして、結果として生じる溶接ビード１０３は、見てわかるポロシティが全くない、平滑で、均一であるべきである。加えて、溶接チップ（ノズル１０４において見えていない）の場所、及び従って、電極１０６は、修正されなければならず、溶滴１２１は、溶接によって接合されている母材１１０、１１２の交差部において、又は、その近傍に落下するか、堆積されるべきである。１つの画像において、溶接領域１０９において通常はより暗い溶接部品１１０、１１２、並びに、はるかに明るいプラズマ、溶滴１２１、たまり１１１、及び他の特徴を一緒に見ることができるようにすることによって、溶接ビード１０３を、溶接部品１１０、１１２の交差部において、正確に、そして、高い品質特性で形成することができる。カメラ１２６内の検出器の感度を調整すること、開口を開けること、及び／又は、動的減光プレート１３０を用いることによって、原画像のうちの少なくとも幾つかが、十分な光量で取得されて飽和無しで画像を作成することができる。無論、照明１３４（図１）が、背景及び母材１１０、１１２又は溶接ビード１０３等の溶接領域１０９内のより暗い特徴のための補助的な照明を提供するよう、カメラ１２６又は他の使い易い場所に取り付けられてもよい。十分な光量に対する補助的な照明のため、溶接部品１１０、１１２等の背景領域を画像化するよう収集されてもよい。これらの目標及び原理は、また、以下でより詳細に検討する他の技術によって作成される合成画像にも適用する。
【００３０】
可変露光技術例５００を、可変開始トリガー遅延と共に図５に示す。便宜上及び比較のため、図５の電力波形５０２は、図２、３、及び４の実施例における電力波形２０２、３０２、４０２と同様の正弦波として示されている。図５の技術例５００は、原画像５０４’、５１０’、５１６’、５２２’、５０６’、５１２’、５１８’、５２４’、５０８’、５１４’、５２０’、５２６’、・・・、ｎ’が、原画像４０４’、４１０’、４１６’、４２２’、４０６’、４１２’、４１８’、４２４’、４０８’、４１４’、４２０’、４２６’、・・・、ｎ’と同様に、電力供給波形５０２の異なる部分（位相）の間に得られるという点で、図４技術例４００と同様である。しかし、露光期間５０４、５１０、５１６、５２２、５０６、５１２、５１８、５２４、５０８、５１４、５２０、５２６が異なる持続期間を有するのに対して、露光期間４０４、４１０、４１６、４２２、４０６、４１２、４１８、４２４、４０８、４１４、４２０、４２６の持続期間は、全て同じである。技術例５００において、最初の４つの露光期間５０４、５１０、５１６、５２２は異なる持続期間を有し、すなわち、露光期間５１６は露光期間５１０よりも長く、それは露光期間５０４よりも長く、それは露光期間５２２よりも長い。同様に、露光期間５０６、５０８は露光期間５０４と同じ持続期間を有し、露光期間５１２、５１４は露光期間５１０と同じ持続期間を有し、露光期間５１８、５２０は露光期間５１６と同じ持続期間を有し、そして、露光期間５２４、５２６は露光期間５２２と同じ持続期間を有している。図２、３、及び４の他の露光技術例２００、３００、４００と同様に、開始トリガーポイント５２８、５４６、５５２、５６４、５３２、５４４、５５６、５６８、５３６、５４８、５５０、５７２及び終了トリガーポイント５３０、５４２、５５４、５６６、５３４、５４６、５５８、５７０、５３８、５５０、５６２、５７４は、クロック時間計測、若しくは、電力波形５０２の閾電圧又は他の電気的特性を検出することのどちらか一方によって設定されてもよい。また、図２、３、及び４の技術例２００、３００、４００に対して上でも説明したように、各露光期間５０４、５１０、５１６、５２２の間にカメラ１２６によって作成された原画像露光期間５０４’、５１０’、５１６’、５２２’は、第１の合成画像５７６を作成するよう融合され、各露光期間５０６、５１２、５１８、５２４の間にカメラ１２６によって作成された原画像５０６’、５１２’、５１８’、５２４’は、第２の合成画像５７８を作成するよう融合され、そして、各露光期間露光期間５０８、５１４、５２０、５２６の間にカメラ１２６によって作成された原画像５０８’、５１４’、５２０’、５２６’は、第３の合成画像５７８を作成するよう融合される。図２の実施例２００における合成画像２５３、２５５、２５７、図３の実施例３００における合成画像３９７、３９８、３９９、図４の実施例４００における合成画像４７６、４７８、４８０、及び図５の実施例５００における合成画像５７６、５７８、５８０は、各原画像同士を組み合わせる何らかの所望のプロセスにより形成されてもよい。例えば、それぞれ個々の原画像からのそれぞれ個々のピクセルは、それぞれ個々のピクセルがどのくらい飽和に近いか、又は、どのくらい完全な黒に近いかに基づいて、統計的に評価されてもよい。用いられている特定の露光に基づいて、合成画像における使用のために原画像内で所定の位置を有するピクセルを選択すること等、他の技術が用いられてもよい。例えば、ピクセルは、その露光期間が極めて短い場合、最初の露光のために検出器アレイの中心から、そして、背景領域を見ることができるように、長い露光の間は検出器アレイの周辺領域から選択されてもよい。多数の他の技術が、画像結合プロセスのために用いられてもよい。
【００３１】
上で説明した実施例２、３、４、及び５の技術の別の実装例において、上で説明した露光開始制御信号及び露光終了制御信号は、別個の視覚システムコントローラ１２４によってではなく、図１の代替カメラル制御リンク１４８によって示されるように、溶接用電力供給部１２２によってカメラ１２６に提供されてもよい。かかる信号をカメラに提供するための視覚システムコントローラ１２４のものと類似した特徴及び性能が、溶接用電力供給部１２２内に構築されてもよい。別の実装において、視覚システムコントローラは、溶接用電力供給部１２２から信号を受信し、かかる信号に応答して露光開始制御信号及び露光終了制御信号をカメラ１２６に対して生成できる。従って、視覚システムコントローラ１２４は、溶溶接用電力供給部１２２の一体部分であってもよい。
【００３２】
図２、３、４、及び５に示す技術例と共に利用されてもよい一実施形態において、電力波形、例えば、図２の電力波形２０２の周波数は、例えば、１１０Ｈｚに設定されてもよい。無論、何らかの所望の周波数が、特定用途に適した露光期間を提供する電力供給波形２０２のために用いられてもよく、１１０Ｈｚはほんの一例として与えられる。この図２の実施例において、結合した合成画像２５３、２５５、２５７のそれぞれは電力供給波形２０２の周波数の約４分の１で作成され、それは１秒当たり約２７画像のレートである。標準的な動画は１秒当たり約３０画像（フレーム）であり、Ｂｌｕ−ｒａｙは１秒当たり２４画像であり、そして、映画は１秒当たり約２５画像である。従って、極めて視認可能な動画を、この実施例において、約１１０Ｈｚの周波数としての電力供給波形２０２を用いて作成することができる。
【００３３】
図６Ａは、上の図２、３、４、及び５の実施例において作成された合成画像等の溶接の画像を生成するための溶接用視覚及び制御システム１００の作動例を示すフロー図６００である。ステップ６０２において、溶接用視覚及び制御システム１００のコントローラ１２４は、溶接用視覚及び制御システム１００の作動のための作動パラメータを取得する。視覚システムコントローラ１２４は、これらの作動パラメータをストレージから読み取る。コンピュータシステムにおいて、かかるストレージは、ＲＡＭ又はディスクストレージ、又はＥＥＰＲＯＭ等の他のストレージ、若しくはハードウェア実装のための同様のストレージであってもよい。ユーザインターフェース１２８は、また、これらの作動パラメータを提供するよう用いられてもよい。一実施形態において、視覚システムコントローラ１２４は、溶接用視覚及び制御システム１００が様々な形態で作動して様々な画像を生成することを可能にする一連の異なる作動パラメータを格納してもよい汎用コンピュータを備えていてもよい。例えば、作動又は技術の様々な形態が、図２〜５に示されている。この文脈において、図２、３、４、及び５の技術例２００、３００、４００、５００は、また、作動モードとも称される。無論、他の作動モードも、また、選択されてもよい。他の実施形態において、１つ又は２つだけの作動モードがあってもよく、システムは、作動データと共に予めロードされてもよい。例えば、図１０に示す手溶接用視覚システム１０００の実施形態において、システムの作動パラメータは、ＥＥＰＲＯＭ又は類似のストレージ等のハードウェア内にロードされ、本明細書中に開示する様々な実施形態又は技術に従って、データを取得し、溶接用視覚システム１０００を作動させるよう、プロセッサによってアクセスされてもよい。例えば、図１０の手溶接用視覚システム１０００の実施形態において、図１の視覚システムコントローラ１２４は、ヘルメット１００２又は他の使い易い場所に取り付けられる簡単な小型電子回路パッケージ１００８内に封入されてもよい。電子回路パッケージ１００８は、作動パラメータを含むＥＥＰＲＯＭストレージ、又は他の類似ストレージ、マイクロプロセッサ、状態機械、及び他の電子回路を含んでいる。加えて、又は代替として、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）及び他のロジック回路が、１つのみ又はことによると２つの異なる作動モードを提供できる小型電子回路パッケージ１００８において用いられてもよい。
【００３４】
再度図６Ａを参照すると、一旦、作動パラメータが溶接用視覚及び制御システム１００の作動のために取得されると、プロセスはステップ６０４に進んで、幾つかの異なる作動モードから１セットの作動パラメータを選択する。再度、仮に、図１０の手溶接用視覚システム１０００の実施形態におけるような単一の作動モードのみが利用されている場合、ステップ６０４は削除されてもよい。プロセスは、次いで、ステップ６０６において、作動パラメータを適用して、カメラ１２６を含むシステムを作動させる。様々な露光期間、開口、感度、及び任意選択の動的減光プレート１３０の設定、並びに、合成画像を生成することに関連するロジックを含むカメラ１２６の作動は、視覚システムコントローラ１２４によって実行される。ステップ６０８において、溶接領域１０９の原画像がカメラ１２６よって生成される。これらの原画像は、上で説明した方法で、原画像の取得を電力供給波形と同期させることによって、溶接プロセスと同期する。言い換えると、原画像は、上で説明した方法で電力波形に応じて、カメラ１２６によって生成される。従って、連続する原画像は、溶接プロセスが進むにつれて、溶接領域１０９内の全て又は特定の特徴をリアルタイムで示す合成画像のストリームの作成を可能にするよう十分急速な方法で溶接領域１０９内の特定の特徴を取得するよう最適化させることにおいて、溶接プロセスの発生順と同期する原画像のストリームを生成するよう、電力波形と同期する。従って、画像は、省略されないが、溶接プロセスにおける発生順に展開するにつれて、各特徴の一貫して安定した表示を提供する。
【００３５】
図６Ａへの参照を続けると、ステップ６１０において、合成画像が結合されて溶接プロセスの略リアルタイムの動画を作成する。その点に関し、合成画像は、溶接プロセスのリアルタイム動画を提供するよう所望の合成画像を作成するために画像同士を結合する何らかの所望の方法に従って、それらが作成されるレートで簡単に表示される。原画像を合成画像に結合するためのハードウェア実装の一実施例を、図９に示し、以下で説明する。フレームレートに応じて、ハードウェア又はソフトウェア実装のどちらか一方が、原画像を結合するために用いられてもよい。ステップ６１２において、合成画像は動画として表示される。合成画像は、また、いずれかの溶接パラメータが変更されたかどうかを判断するために、自動的に、又は、監視者によってのどちらか一方により解析されてもよい。例えば、合成画像は、溶接チップ及び電極の位置が修正されたかどうか、又は、電力波形の電圧又は電流若しくは溶接チップの速度が変更されたかどうかを判断するために見ることができる。他のパラメータも、また、修正されてもよい。
【００３６】
また、図６Ａに示すように、動画は、溶接又は溶接プロセスの何の態様がかかる解析のために用いられるかによって、何らかの形のパターン認識の有無にかかわらず、機械視覚システム等の自動システムによって見ることができるか、及び／又は、解析することができる。十分に開発された機械視覚及びパターン認識技術が、例えば、ＭＡＴＬＡＢ（商標）ソフトウェアプラットフォーム用のパターン認識ライブラリとして市販されている。例えば、溶接ビード１０３（図１）自体の形状及び大きさは、溶接品質に関する多くの情報を提供する。溶接プロセス中の溶接溶滴１２１の形成及び溶接たまり１１１の発達は、溶接用電力供給部１２２によって生成される電力波形の電流又は電圧を修正するよう、機械視覚又はパターン認識技術を用いて観察し、解析することができる。溶接プロセスにおいて形成される溶滴１２１の大きさ及び場所、並びに溶接プロセスにおける溶滴１２１の堆積は、母材１１０、１１２に対する溶接チップの場所及び間隔の修正に関する情報を提供できる。母材１１０、１１２に関する溶接用電極１０６の画像は、また、自動的な方法で溶接チップ及び電極１０６の位置の修正を可能にする。その点に関し、母材１１０、１１２から、又は、溶接たまり１１１からの溶接チップ及び電極１０６の距離も、また、自動的な方法で観察し、修正することができる。往復動ワイヤアーク溶接において、ワイヤ電極１０６は、溶滴１２１がワイヤ電極１０６の先端に形成するにつれて、溶接たまり１１１から離間して上方に、次いで、形成された溶滴１２１をたまり１１１内に整然と堆積させるために下方に移動するよう往復動され、そのため、機械視覚及びパターン認識は、そのプロセスを監視し、電力波形パラメータ及びワイヤ電極１０６往復動パラメータを自動的に調整して、溶滴が、完全に形成され、たまり１１１内へ直接のみであって、たまり１１１の上ではなく、ワイヤ電極１０６から離間することを保証するよう用いられてもよい。別の実施例として、パターン認識ソフトウェアが、たまり１１１を取り囲む溶接部品１１０、１１２の溶融帯１１３を示す溶接たまり１１１の周りの発光を検出するよう設計されてもよい。これらの溶融帯１１３は、ちょうどたまり１１１の縁部にある、発光する湾曲領域として出現する。再度、この発光の存在及び発光の強度は、溶接１０３の品質を判断するために用いられてもよい。また、溶接ビード１０３の高さ及び幅は、溶接の品質を判断するため、及び、溶接ビード１０３の所望の大きさ及び形状、均一性、等を得るために、電流を修正すること若しくは溶接ヘッドの速度又は位置を修正すること等の溶接プロセスに対する調整を行うために機械視覚技術を用いて決定されてもよい。かかる機械視覚及びパターン認識機能は、適切な機械視覚及びパターン認識アプリケーション及びパラメータをロードした視覚システムコントローラ１２４によって合成画像に適用されてもよい。かかる機械視覚及びパターン認識プロセスを合成画像に適用する視覚システムコントローラ１２４が、調整を必要とする溶接プロセス内の条件又は特徴を特定した場合、視覚システムコントローラ１２４は、信号を溶接用電力供給部１２２に又はロボットシステムコントローラ１４２に、若しくは両方に出力して、修正する必要のあるパラメータ又は条件を修正する。例えば、視覚システムコントローラ１２４から溶接用電力供給部への波形制御信号は、溶接用電力供給部１２２に、電力供給波形１３６のいずれかの電気的パラメータ、例えば、電圧、電流、周波数、変調、形状（上昇、ピーク、背景、及びテールアウト傾斜、振幅、等）、インピーダンス、又は他の特性を調整又は修正させることができる。視覚システムコントローラ１２４からロボットシステムコントローラ１４２への位置制御信号は、ロボットシステムコントローラ１４２に、いずれかの特定の溶接作業に対する溶接の種類及び母材の種類に応じて、例えば、適切な機械的リンク機構１４６を介して、溶接部品１１０、１１２に対するいずれかの方向に、及び、いずれかの配向又は態様に、溶接機ノズル１０４、ノズル内の火口、及び電極１０６を移動させるよう、信号をロボットシステムアクチュエータに対して出力させることができる。様々なアクチュエータ１４４及びリンク機構１４６を有するかかるロボット溶接システム並びに制御ソフトウェア及びファームウェアを有するロボットシステムコントローラが、周知であり、市販されている。代替として、ロボットコントローラソフトウェアが、視覚システムコントローラ１２４に実装されてもよい。溶接プロセスの他のパラメータも、また、機械視覚及びパターン認識プロセスを合成画像に適用することによって、自動的に解析され、調整されてもよい。代替として、より簡単な実装において、合成画像に適用される機械視覚及びパターン認識プロセスが、調整を必要とする溶接プロセス内の条件又は特徴を特定した場合、視覚システムコントローラ１２４は、ディスプレイ装置１３８若しくは幾つか他の別体警報又は通知システム（図示せず）により警報又は通知を出力してもよい。
【００３７】
図６Ａのプロセスは、次いで、ステップ６１４に進み、その点において、異なる作動モードが画像化システムのために利用されるべきかどうかが決定される。異なるモード、例えば、図２、３、４、又は５に示す技術２００、３００、４００、又は５００、若しくは別の技術が、ユーザによって選択されてもよいか、又は、このプロセスは自動化された方法で決定されてもよい。例えば、第１の作動モードは、溶接ビード１０３又は母材１１０、１１２等の溶接領域１０９（図１）内のより暗い特徴の十分な定義又は有効な情報を提供しない可能性がある。この決定は、合成画像又は合成画像によって作成された動画を単に見ることによって行われてもよいか、又は、合成画像の周辺のピクセルの光線レベルを測定する機械視覚又は他の自動化プロセスによって、自動的に決定されてもよい。溶接用視覚及び制御システムの異なる作動モードが、より長い露光期間により、又は、上で説明したように電力波形の異なる部分（位相）にわたって延在する露光期間により、かかるより暗い領域からの良好な照明又は光線取得を提供してもよい。別の実施例において、溶接チップ周辺の領域における、例えば、電極１０６での、又は、プラズマ１０８内の画像の飽和は、それらの特徴の、又は、電極１０６の先端上に形成されるか、溶接たまり１１１内に堆積される溶滴１２１の鮮明な画像を提供しない可能性がある。この場合、合成画像を作成することに用いるためにそれらの特徴の原画像を良好に取得する異なる作動モードが選択されてもよい。再度、幾つかの作動モード例は、図２〜５の技術によって示されている。これらのモードは、視覚システムコントローラがそれらのモードのために設定されたパラメータを自動的に用いるか、作動モードを修正するよう、データをユーザインターフェース１２８を介して入力できるように、視覚システムコントローラ１２４内で予め設定されていてもよい。異なる作動モードが溶接用視覚及び制御システム１００に対して用いられるべきであると判断された場合、図６Ａのプロセスはステップ６０４に戻り、ここで、作動パラメータのセットが幾つかの異なるモードから選択されるか、モードがユーザインターフェース１２８に単に入力される。その点に関し、ユーザインターフェース１２８は予め設定されたモードを溶接用視覚及び制御システム１００に格納し、適用してもよい。
【００３８】
図６Ａに示すフロー図のステップ６１４において、異なるモードが用いられるべきではないと判断された場合、プロセスはステップ６１６に進み、ここで、溶接が満足なものであるかどうかが判断される。溶接が満足なものであれば、プロセスは、動画が引き続き表示され、解析されてもよいように、ステップ６１２に戻る。ステップ６１６において、溶接が満足するものではないと判断された場合、プロセスはステップ６１８に進み、ここで、溶接システムパラメータが修正される。プロセスは、次いで、ステップ６０８に戻り、調整された溶接プロセスの合成画像が生成される。
【００３９】
図６Ｂは、視覚システムコントローラ１２４の作動例を示すフロー図６５０である。図６Ｂに示すステップは、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）等のコンピューティングシステム、組み込みプロセッサ、又はロジックハードウェアによって実行されてもよい。図６Ｂに開示するように、視覚システムコントローラ１２４は、ステップ６５２において電力供給波形に対して閾値を読み取る。視覚システムコントローラ１２４は、次いで、もしあれば、図２〜５に開示したような１つ以上の露光に関連する遅延を、ステップ６５４において読み取る。ステップ６５６において、コントローラは露光期間を読み取る。このデータの全ては、ＲＡＭ又はＲＯＭストレージ内、又は、ハードウェア実装内、ＥＥＰＲＯＭ内、又は他のストレージ内に格納されてもよい。露光期間がクロックパルスにおいて提供されない場合、視覚システムコントローラ１２４は、ステップ６５８において、各露光のためのクロックパルス数を計算してもよい。ステップ６６０において、視覚システムコントローラ１２４は検出器感度データを読み取る。上で開示したように、カメラ１２６内の光センサアレイの検出器は、調整可能な感度を有していてもよい。カメラ１２６内のこれらの検出器の感度は、光センサアレイへの入射光に対する感度が高くなる又は低くなるよう調整することができる。感度に関するデータは、感度が露光期間のそれぞれに対して変更できるように、図２〜５に示すもの等の露光期間のそれぞれに対して格納することができる。代替として、単一の感度が、露光期間の全てに対して選択されてもよい。ステップ６６２において、視覚システムコントローラ１２４は開口データを読み取る。開口データは、カメラ１２６の光センサアレイに入射する光量を調整するよう、露光期間のそれぞれに対して変更することができる。ステップ６６４において、視覚システムコントローラ１２４は、露光開始制御信号をカメラ１２６へ生成して、溶接領域１０９から生じるか、反射する光エネルギーへの光センサアレイの露光を開始する。露光を開始するための露光開始制御信号は、閾値に達する溶接電力波形に応じて、又は、電力波形が上で説明したように閾値に達する時間からの遅延に応じて、生成されてもよい。ステップ６６８において、視覚システムコントローラ１２４は、クロックパルス数が各露光期間に対して達した場合に、露光終了制御信号をカメラ１２６へ生成して、溶接領域１０９から生じるか、反射する光エネルギーへの光センサアレイの露光を終了させる。代替として、露光終了閾値は、カメラ１２６に対する露光終了制御信号の生成をトリガするために用いられてもよい。ステップ６７０において、制御信号は、視覚システムコントローラ１２６によって読み取られた感度データ及び開口データに従って、感度及び開口を調整するよう生成される。再度、制御信号は各露光期間のために生成されてもよい。ステップ６７２において、制御信号はカメラ１２６に適用される。カメラ１２６は、次いで、制御信号に従って全てのパラメータを調整する。ステップ６７４において、各露光期間中に生成された原画像のそれぞれのためのカメラ１２６からの画像データが、視覚システムコントローラ１２４によって受信される。ステップ６７６において、視覚システムコントローラ１２６は、様々なロジック機能を用いて個々の画像を合成画像に結合する。再度、これらのロジック機能は、画像の各セットにおける個々の原画像のそれぞれのピクセル同士を結合して所望の合成画像を得るための何らかの所望のロジック機能であってもよい。ステップ６７８において、合成画像は視聴のために表示される。
【００４０】
図７は、溶接領域１０９から生じるか、反射する光エネルギーへのカメラ１２６の光センサアレイの露光を開始するためのシステム例７００を示している。図７に示すように、電力波形７０４、並びに閾値７０６は、コンパレータ７０２に印加される。コンパレータ７０２は、電力波形７０４の電気的特性、例えば、電圧の大きさと閾値７０６を比較する。これらの値が一致する場合、コンパレータ７０２は露光開始トリガー信号７０８を生成する。露光開始トリガー信号は、次いで、遅延カウンタ７１０に印加される。遅延カウンタは、もしあれば、遅延値に達するまでクロックパルス７１２の数をカウントする。遅延カウンタ７１０は、次いで、トリガ７１４を生成する。トリガ７１４は、カメラ１２６に印加される制御信号７１８を生成する制御信号発生器７１６に印加される。無論、図７に示すシステムは、遅延カウンタ７１０無しで作動できる。遅延カウンタ７１０は、特に、遅延値７２０が修正される可能性がある場合に、より多くの柔軟性を提供する。修正された遅延値７２０は、溶接用視覚及び制御システム１００の異なる作動モードにおいて用いられてもよい。
【００４１】
図２、３、４、及び５に示す作動モード（技術）例において、４つの連続する原画像のセットは、何らかの方法で合成画像に結合される。例えば、上で説明したように、最初の４つの原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’は、第１の合成画像２５３を作成するために結合される。結合プロセスは、後続の原画像を合成画像に結合するために繰り返される。４つの原画像が、１つの合成画像を作成するために結合されるよう図２、３、４、及び５の実施例に示されている一方で、いくつの数の原画像も、合成画像を作成するために用いられてもよい。二次元センサアレイの個々のセンサによって生成される電子的な値は、画像のピクセル光度値のラスターとして生成され、一般に、ラスター走査において光センサアレイから、例えば、通常、ラスターの一角におけるピクセル値から始まり、ラスターの反対側の角における最後のピクセル値までライン毎に進むラスターのライン毎に読み出される一連の個々のピクセルデータ値の状態で、読み出される。合成画像への結合用の４つの原画像から対応するピクセルを時間的に整列させるために用いられてもよいシステム例を、図８において略図で示す。図８に示すように、３つのシフトレジスタ８１０、８１２、及び８１４が、合成画像を作成するために用いられる４つの原画像のセットのうちの第１、第２、及び第３の原画像（例えば、図２の合成画像２５３を作成するために用いられる原画像２０４’、２１０’、２１６’）からの各ピクセルストリーム８０２、８０４、８０６内の対応するピクセル値を、合成画像を作成するために用いられる第４の原画像（例えば、図２の合成画像２５３の作成においても用いられる原画像２２２’）からのピクセルストリーム８０８と時間的に整列させるために用いられる。効果的に、最初の３つの原画像（例えば、原画像２０４’、２１０’、２１６’）のそれぞれの各ピクセルストリームは、それらが第４の原画像（例えば、原画像２２２’）のピクセルストリームと時間的に整列するように、各シフトレジスタ８１０、８１２、８１４によってそのうち次第に遅延される。４つの原画像のための４つのピクセルストリームからの対応するピクセル値が時間的に整列される場合、それらは、以下でより詳細に説明するように、合成画像（例えば、図２の合成画像２５３）を作成するために用いられる４つの原画像（例えば、原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’）からの特定のピクセル値を選択するための評価及び選択プロセスにかけられてもよい。
【００４２】
図２で見て取れるように、原画像２０４’は、露光終了トリガ２３０の時にカメラ１２６によって完全に作成される一方で、原画像２２２’は、露光終了トリガ２６６の時にカメラ１２６によって完全に作成される。言い換えれば、露光は、時間２３０、２６６内のそれらの各ポイントにおいてこれらの原画像２０４’、２２２’のそれぞれに対して完了し、それらの原画像２０４’、２２２’のためのシリアルピクセルストリームが、時間２３０、２６６内の各ポイントにおいてカメラ１２６によって転送される。従って、原画像２０４’のためのピクセル値は、露光終了トリガーポイント２３０と露光終了トリガーポイント２６６との間の時間、遅延されなければならない。クロックパルス数は、それら２つの露光終了トリガーポイント２３０、２６６間で決定され、シフトレジスタ８１０は、第１の原画像２０４’からのピクセルストリーム８０２がその時間、遅延されるように、その数のシフトセルを備える。シリアルピクセルストリーム８０２がシフトレジスタ８１０に入ると、クロックパルス８１６は、ピクセルデータをシフトレジスタ８１０を介して出力８２０に進める。
【００４３】
同様に、第２の原画像（例えば、原画像２１０’）からの第２のピクセルストリーム８０４は、所定量遅延される。この実施例において、遅延は、第２の原画像２１０’のための露光終了トリガーポイント２４２と第４の原画像２２２’のための露光終了トリガーポイント２６６との間の時間に等しい。シフトレジスタ８１２は、クロック信号８１６に応答して、シフトレジスタを介して第２の原画像２２２’からのピクセルデータストリーム８０４を移動させる。シフトレジスタ８１２内のセルの数は、露光終了トリガーポイント２４２と露光終了ポイント２６６との間のクロックパルスの数と等しい。図８のピクセルストリーム８０６は、第３の原画像、例えば、図２の原画像２１６’によって生成される。）シフトレジスタ８１４は、クロック信号８１６に応答して、シリアルピクセルストリーム８０６を移動させる。第４の原画像からのピクセルストリーム８０８は、シフトレジスタによって遅延されない。ピクセルストリーム８０２、８０４、８０６は、全て、ピクセルストリーム８０８と時間的に整列される。従って、出力８２０、８２２、８２４、８２６は時間的に整列された出力８１８を備えている。言い換えれば、１つの結合された画像（例えば、図２の第１の合成画像２５３を形成する原画像のセット内の４つの原画像（例えば、図２の原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’）のそれぞれのための対応するピクセルは、全て、出力８１８において時間的に整列されている。このように、原画像の各セット内の原画像のそれぞれの対応するピクセルからのピクセル値は、結合画像の作成において用いるために、それぞれの対応する４つのピクセルからの単一のピクセル値の選択のために比較されてもよい。図８の整列デバイスは、かかるシステムにおけるピクセルがアドレスと共に格納されてもよく、比較をアドレス位置に基づいて行うことができるため、デジタルコンピュータシステム実装において必要とされなくてもよい。
【００４４】
図９は、画像結合器９００の一実施例の略図である。図８の出力８１８において全てが時間的に整列された図８からの出力８２０、８２２、８２４、８２６からの４つの異なるピクセルストリームは、図９の画像結合器９００に印加され、それぞれ、第１の画像ピクセルストリーム９０２、第２の画像ピクセルストリーム９０４、第３の画像ピクセルストリーム９０６、及び第４の画像ピクセルストリーム９０８を備えている。従って、図２の個々の原画像（例えば、原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’のそれぞれは、合成画像（例えば、図２の第１の合成画像２５２を作成するために用いられる４つの原画像のセット作っている。合成画像は、画像結合器９００を用いて、４つの異なる原画像のピクセルストリームからピクセル値を選択することによって作成されてもよい。第１の原画像（例えば、原画像２０４’）からのピクセルストリーム９０２は、飽和コンパレータ９２６及び暗部コンパレータ９３４に印加される。第１のピクセルストリーム９０２の各ピクセルは、原画像のそのピクセルを照明する入射放射線の輝度すなわち強度を示すデジタル値を有している。そのデジタル値は、飽和値９１０と比較されて、飽和値９１０と、カメラ１２６の光センサアレイが、溶接領域１０９から生じるか、反射する光エネルギーに対して露光された場合に、そのピクセルに入射した溶接領域１０９（図１）からの光エネルギーの輝度すなわち強度との間の差を示すデルタ信号９４２を生成する。その差信号９４２は、飽和差コンパレータ９５８に印加される。ピクセルストリーム９０２内の各ピクセルも、また、ピクセルストリーム９０２内のピクセルのそれぞれの輝度デジタル値と暗部値９１８を比較する暗部コンパレータ９３４に印加される。暗部値９１８は単にゼロであってもよく、それはユーザによって選択されたその他の値を構成してもよい。飽和値９１０及び暗部値９１８の両方は、ユーザインターフェース１２８を介してユーザによって入力されてもよい。それ以外の場合は、これらの飽和及び暗部値は、飽和コンパレータ９２６及び暗部コンパレータ９３４に格納されてもよい。暗部値９１８と、カメラ１２６の光センサアレイが、溶接領域１０９から生じるか、反射する光エネルギーに対して露光された場合に、そのピクセルに入射した溶接領域１０９からの光エネルギーの強度との間の差を示す差信号９５０は、暗部差コンパレータ９６２に印加される。
【００４５】
同様に、第２の原画像の第２のピクセルストリーム９０４は、飽和コンパレータ９２８に、及び暗部コンパレータ９３６に印加される。ピクセルストリーム９０４内のピクセル値の比較は、飽和差信号９４４及び暗部差信号９５２を生成するよう、飽和値９１２及び暗部値９２０と行われる。飽和差信号９４４は飽和差コンパレータ９５８に印加される。暗部差信号９５２は暗部差コンパレータ９６２に印加される。
【００４６】
同様に、第３の原画像の第３のピクセルストリーム９０６は、飽和コンパレータ９３０及び暗部コンパレータ９３８に印加される。飽和コンパレータ９３０は、飽和差コンパレータ９５８に印加される飽和差信号９４６を生成する。飽和差信号９４６は、露光中にカメラ１２６内の光センサアレイにおけるピクセルを照明した入射放射線の強度と、飽和値９１４との間の差である。ピクセルストリーム９０６は、また、露光中にカメラ１２６内の光センサアレイにおけるピクセルを照明した入射放射線の強度と暗部値９２２とを比較して、暗部差コンパレータ９６２に印加される暗部差信号９５４を生成する暗部コンパレータ９３８にも印加される。
【００４７】
同様に、第４の原画像の第４のピクセルストリーム９０８は、飽和コンパレータ９３２及び暗部コンパレータ９４０に印加される。飽和コンパレータ９３２は、飽和差コンパレータ９５８に印加される飽和差信号９４８を生成する。飽和差信号９４８は、露光中にカメラ１２６内の光センサアレイにおけるピクセルを照明した入射放射線の強度と、飽和値９１６との間の差である。ピクセルストリーム９０８は、また、露光中にカメラ１２６内の光センサアレイにおけるピクセルを照明した入射放射線の強度と暗部値９２４とを比較して、暗部差コンパレータ９６２に印加される暗部差信号９５６を生成する暗部コンパレータ９４０にも印加される。
【００４８】
飽和値９１０、９１２、９１４、９１６及び暗部値９１８、９２０、９２２、９２４は、特定のシステムのために固定されてもよく、又は、それらは機械視覚技術により手動又は自動のどちらか一方によって調整可能であってもよい。
【００４９】
図９Ａに示す一実施例において、図２の合成画像２５３は、上で説明したように、４つの原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’から融合される。また、上でも説明したように、図２のそれらの４つの原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’は、カメラ１２６によって次第に増加する露光期間２０４、２１０、２１６、２２２から作成された。従って、カメラ１２６内の光センサアレイにおけるピクセル光センサは、溶接領域１０９（図１）内の特定の特徴から、例えば、溶接ビード３０３、溶接機ノズル１０４、溶接機電極１０６、アーク１０７、プラズマ１０８、溶接たまり１１１、母材１１０、１１２、溶融帯１１３、及び溶滴１２１から生じるか、反射する光を吸収するための、次第に増加する露光期間２０４、２１０、２１６、２２２を有していた。それらの特徴のうちの幾つか（例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８）は、その他（例えば、電極１０６、溶接たまり１１１、溶滴１２１、及び溶融帯１１３）よりも幾分か明るく、更にその他（例えば、溶接ビード１０３、溶接機ノズル１０４、及び母材１１０、１１２）よりもはるかに明るい。従って、最も明るい特徴から（例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８から）生じるか、反射する強い光エネルギーは、かかる強い光エネルギーが集中するカメラ１２６の光センサアレイ内の特定の光センサ又は検出器を飽和させる高い可能性を有しているのに対して、それ程明るくない特徴からのそれ程強くはない光エネルギーは、かかるそれ程強くない光エネルギーが集中するカメラ１２６の光センサアレイ内の特定の光センサ又は検出器を飽和させる可能性が低い。飽和した光センサ又は検出器は、画像のために使用可能なピクセルデータを生成しない。従って、最も強い光エネルギーが集中するカメラ１２６の光センサアレイ内の光センサ又は検出器から使用可能なピクセルデータを得るために、かかる強い光エネルギーに対するそれらの光センサ又は検出器の露光は、制限されなければならない。一方で、より暗い特徴から（例えば、溶接ビード１０３及び母材１１０、１１２から反射される光エネルギーが、それらの暗い特徴から使用可能なピクセルデータを生成するよう、かかる低いエネルギーの光が集中するカメラ１２６内の光センサ又は検出器にとって、十分なエネルギーを有していない場合、結果として生じる原画像内のそれらのピクセルは、それらの暗い特徴を示さない。従って、より長い露光期間は、それらの暗い特徴からの十分な光エネルギーが、かかるそれ程強くない光エネルギーが集中するカメラ１２６の光センサアレイ内の光センサ又は検出器によって検出されることを可能にしてもよく、それによって、それらの光センサ又は検出器がそれらの暗い特徴のための有用なピクセルデータを生成することを可能にしている。従って、図２の実施例における次第に長くなる露光期間２０４、２１０、２１６、２２２の目標は、最も明るい特徴からの最も強い光エネルギーが集中するカメラ１２６の光センサアレイ内の特定の光センサ又は検出器が、短い露光期間中（例えば、第１及び第２の露光期間２０４、２１０中）に、それ程強くない光エネルギーが集中する光センサ又は検出器がそれらの短い露光期間中に使用可能なピクセルデータを生成することができないとしても、飽和することなく、使用可能なピクセルデータを生成することを可能にすることにある。次いで、後続のより長い露光期間中（例えば、第３及び第４の露光期間２１６、２２２中）に、暗い特徴からのそれ程強くない光エネルギーが集中するカメラ１２６の光センサアレイ内の光センサ又は検出器は、最も強い光エネルギーが集中する光センサ又は検出器が飽和する可能性があるとしても、使用可能なピクセルデータを生成することができるであろう。従って、パラメータ（例えば、開口、センサ感度、及び任意選択の減光プレート１３０（図１）による任意選択の減衰の場合、図２の実施例の最も短い露光期間２０４からの第１の原画像２０４’は、最も明るい特徴（例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８）からの使用可能なピクセルを有するのに対して、図２の実施例のそれぞれ連続する後続の原画像２１０’、２１６’、２２２’は、飽和した光センサ又は検出器からの、従って、役に立たない多くのピクセルではあるが、暗い特徴（例えば、溶接ビード１０３及び母材１１０、１１２にとっても、より使用可能な、光センサ又は検出器からのピクセルを有していてもよい。幾分か明るい特徴（例えば、ノズル１０４、電極１０６、たまり１１１、溶融帯１１３、及び溶滴１２１）からの中間強度の光エネルギーは、中間強度の光エネルギーが集中するカメラ１２６の光センサアレイ内の光センサ又は検出器が原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’のうちの幾つか又は全てにおいて有用なピクセルを生成することを可能にする範囲内にあってもよい。
【００５０】
図９の画像結合器９００の目的は、図２の技術例２００の原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’から適切なピクセルを選択、融合させて、特定の視聴、分析、又は制御目的のためにユーザによって所望されるような溶接領域１０９（図１）内の特徴のうちの１つ、幾つか、又は全てを明瞭に示すピクセルを有する合成画像２５３を生成することにある。無論、その目的は、本明細書中で説明する他の技術例及び原画像に適用できる。結合器９００の一適用例において、原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’内のそれぞれ任意に対応するピクセルからの任意のピクセル値９８０、９８１、９８２、９８３は、それらが図９の第１、第２、第３、及び第４の画像ピクセルストリーム９０２、９０４、９０６、９０８において生じるものとして、図９Ａに図示されている。グラフ内のより高いピクセル値は、より明るいことを意味するが、輝度光エネルギー強度の何の特定の単位も、この図に対して用いられていない。この図９Ａの実施例において、図９の飽和コンパレータ９２６、９２８、９３０、９３２の４つ全てに対する飽和値９１０、９１２、９１４、９１６は、互いに同じように設定されているが、それらは異なっていてもよい。同様に、図９の暗部コンパレータ９３４、９３６、９３８、９４０の４つ全てに対する暗部値９１８、９２０、９２２、９２４は、この図９Ａの実施例において互いに同じように設定されているが、それらは異なっていてもよい。第１の原画像２０４’は最も短い露光期間を有しているため（図２）、その原画像２０４’内のピクセルのピクセル値９８０は、上で説明したように、第２、第３、及び第４の原画像２１０’、２１６’、２２２’内の対応するピクセルの次第に高くなるピクセル値９８１、９８２、９８３よりも低い可能性がある。
【００５１】
原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’からのそれらのピクセル値９８０、９８１、９８２、９８３が図９の飽和コンパレータ９２６、９２８、９３０、９３２における飽和値９１０、９１２、９１４、９１６と比較される場合、結果として生じる飽和差信号９４２、９４４、９４６、９４８は、図９Ａに示すように、次第に小さくなる。この実施例において、第４の原画像２２２’からのピクセル値９８３は、その第４の原画像２２２’が作成された長い露光期間２２２（図２）のために、飽和されているものとして示されており、これは、溶接領域１０９内の極めて明るい特徴（例えば、アーク１０７又はプラズマ１０８）からの高強度光エネルギーが、そのピクセルを作成したカメラ１２６の光センサアレイ内の光センサ又は検出器上に集中した場合に生じてもよい。従って、図９Ａに示すように、第４の原画像２２２’内のそのピクセル値９８３のための結果として生じる飽和差信号９４８はゼロであり、これは、第４の原画像２２２’内のピクセルが使用できないことを示している。一方で、それぞれ、第１、第２、及び第３の原画像２０４’、２１０’、２１６’内の対応するピクセルのためのピクセル値９８０、９８１、９８２から結果として生じる非ゼロ飽和差信号９４２、９４４、９４６は、何の輝度、コントラスト、又は他の画像特性が結果の合成画像２５３に対して望まれているかに応じて、それら３つのピクセル値９８０、９８１、９８２のうちのいずれかが合成画像２５３（図２）のために潜在的に使用可能であることを示している。
【００５２】
図９Ａを続けて参照すると、原画像２０４’、２１０’、２１６’、２２２’からのそれらのピクセル値９８０、９８１、９８２、９８３が図９の暗部コンパレータ９３４、９３６、９３８、９４０における暗部値９１８、９２０、９２２、９２４と比較される場合、結果として生じる暗部差信号９５０、９５２、９５４、９５６は、次第に小さくなる。この実施例において、第１の原画像２２２’からのピクセル値９８０は、その第１の原画像２２２’が作成された短い露光期間２０４（図２）のために、暗部として示されており、これは、溶接領域１０９内の暗い特徴（例えば、溶接１０３又は母材１１０、１１２）からの低強度光エネルギーが、そのピクセルを作成したカメラ１２６の光センサアレイ内の光センサ又は検出器上に集中した場合に生じてもよい。従って、図９Ａに示すように、第１の原画像２０４’内のそのピクセル値９８０のための結果として生じる暗部差信号９５０はゼロであり、これは、溶接領域内の暗い特徴が特定の合成画像２５３において可視であろうとなかろうと、ユーザが気にしない限り、第１の原画像２０４’内のピクセルが使用できない可能性があることを示している。例えば、ユーザ又は自動機械視覚システムは、通常は最も暗い特徴の１つではない溶滴１２１だけに関心があるかもしれず、この場合は、そのピクセル値９８０は使用可能であってもよい。一方で、それぞれ、第２、第３、及び第４の原画像２１０’、２１６’、２２２’内の対応するピクセルのためのピクセル値９８１、９８２、９８３から結果として生じる非ゼロ暗部差信号９５２、９５４、９５６は、何の輝度、コントラスト、又は他の画像特性が結果の合成画像２５３に対して望まれているかに応じて、それら３つのピクセル値９８１、９８２、９８３のうちのいずれかが合成画像２５３（図２）のために潜在的に使用可能であることを示している。
【００５３】
しかし、第４の原画像２２２’からの対応ピクセルが、上で説明したように、飽和により使用できないため、そして、第１の原画像２０４’からの対応ピクセルが、上で説明したように、暗いため、第２及び第３の原画像２１０’、２１６’からの対応ピクセル値９８１、９８２のみが、この実施例において、合成画像２５３内の溶接領域１０９（図１）の照明された特徴を示すために使用可能である。無論、電力波形の他の部分（位相）にわたる他の露光期間、他の光センサアレイ感度設定、他の絞り設定、他の光減衰、補助照明、及び他の調整は、様々なピクセルに対する異なる結果を提供できる。原画像の対応するピクセル値の大部分若しくは全てでさえも、露光期間、それにわたって露光が行われる電力波形の位相、センサアレイ感度設定、絞り設定、光減衰、補助照明、及び露光期間中の他の調整等のパラメータを動的に変化させることによって、飽和未満及び暗部超に維持されてもよいことが可能である。
【００５４】
また、図９にも示すように、輝度範囲値９６０は飽和差コンパレータ９５８に印加される。同様に、暗部範囲値９６４は暗部差コンパレータ９６２に印加される。飽和差信号９４２、９４４、９４６、９４８も、飽和差コンパレータ９５８に印加される。飽和差コンパレータ９５８は、飽和差信号９４２〜９４８を比較し、一実施形態において、範囲値９６０の有効範囲内に入る最大飽和差信号を選択する。飽和差コンパレータ９５８の出力における選択済飽和通過後ピクセル９６６は、従って、飽和値から最も遠いが、依然として値９６０の輝度範囲内に入るピクセル値を有している。従って、４つの異なるピクセルストリームから選択されるピクセルは、飽和していないピクセルであるが、合成画像内に表示され、見ることができるピクセル値を有している。上で検討した図９Ａの実施例において、輝度範囲値９６０は、図９Ｂに示すような輝度範囲９６０’を提供するよう設定されてもよい。この実施例において、従って、第１の原画像２０４’からのピクセル値９８０は、輝度範囲９６０’未満であるものとして不合格判定され、第４の原画像２２２’からのピクセル値９８３は、輝度範囲９６０’を超えるものとして不合格判定される。それぞれ第２及び第３の原画像２１０’、２１６’からの２つのピクセル値９８１、９８２の間のように、第２の原画像２１０’からのピクセルは、第３の原画像２１６’からのピクセルの飽和差信号９４６よりも大きい飽和差信号９４４を有している。従って、上で説明した試験によれば、飽和差コンパレータ９５８（図９）は、合成画像２５３（図２）を融合させることに用いるために第２の原画像２１０’からのピクセルを選択し、そのピクセル値９８１を有するそのピクセルが、選択済飽和通過後ピクセル９６６としてピクセルセレクタ９７０に出力される。言い換えれば、選択済飽和通過後ピクセル９６６は、合成画像内で視認可能であり、飽和点に近づきすぎていないピクセルである。無論、飽和差コンパレータ９５８は、異なる試験と共に設定されてもよい。例えば、輝度範囲値９６０の有効範囲内に入る最大飽和差信号を選択する代わりに、飽和差コンパレータ９５８は、範囲値９６０の有効範囲内に入る最小飽和差信号を選択するよう設定されてもよい。仮に、輝度範囲値９６０の上端が、飽和近傍が問題ではないことを確実にするよう、十分に飽和値未満に設定されると、この試験は、図９Ｂの実施例において、第３の原画像２１６’からのピクセルである最も明るい許容可能なピクセルを選定する。
【００５５】
暗部差信号９５０、９５２、９５４、９５６も、暗部差コンパレータ９６２に印加される。暗部差コンパレータ９６２は、最大ではあるが、依然として暗部範囲値９６４内に入る暗部差信号を選択する。言い換えれば、合成画像内で見るために暗すぎず、依然として値の範囲内に入るピクセルを選択することが望ましい。選択済暗部通過後ピクセル９６８が、次いで、ピクセルセレクタ９７０に印加される。図９Ａの実施例において、暗部範囲値９６４は、図９Ｃに示すような暗部範囲９６４’を提供するよう設定されてもよい。この実施例において、従って、第１の原画像２０４’からのピクセル値９８０は、暗部範囲９６４’未満であるものとして不合格判定され、第４の原画像２２２’からのピクセル値９８３は、暗部範囲９６４’を超えるものとして不合格判定される。それぞれ第２及び第３の原画像２１０’、２１６’からの２つのピクセル値９８１、９８２の間のように、第３の原画像２１６’からのピクセルは、第２の原画像２１６’からのピクセルの飽和差信号９５２よりも大きい飽和差信号９５４を有している。従って、上で説明した試験によれば、暗部差コンパレータ９６２（図９）は、合成画像２５３（図２）を融合させることに用いるために第３の原画像２１０’からのピクセルを選択し、そのピクセル値９８２を有するそのピクセルが、選択済暗部通過後ピクセル９６８としてピクセルセレクタ９７０に出力される。言い換えれば、選択済暗部通過後ピクセル９６８は、合成画像内で視認可能であり、暗部点に近づきすぎていないピクセルである。無論、暗部差コンパレータ９６２は、異なる試験と共に設定されてもよい。例えば、暗部範囲値９６４の有効範囲内に入る最大飽和差信号を選択する代わりに、飽和差コンパレータ９６２は、範囲値９６４の有効範囲内に入る最小暗部差信号を選択するよう設定されてもよい。仮に、暗部範囲値９６４の上端が、ピクセルが合成画像内で視認可能であることを確実にするよう、十分に暗部値を上回って設定されると、この試験は、図９Ｂの実施例において、第２の原画像２１６’からのピクセルである最も暗い許容可能なピクセルを選定する。
【００５６】
ピクセルセレクタ９７０は、選択済の好ましいピクセル９７２のために選択済飽和通過後ピクセル９６６及び選択済暗部通過後ピクセル９６８から選択する。これらのピクセルは、上で説明したような、飽和差コンパレータ９５８及び暗部差コンパレータ９６２において用いられる輝度範囲値９６０及び暗部範囲値９６４次第では、同じピクセルであってもよい。更に、飽和差コンパレータ９５８からの選択済飽和通過後ピクセル９６６も存在しない場合、ピクセルセレクタ９７０は、暗部差コンパレータ９６２から暗部通過後ピクセル９６８を選択する。暗部差コンパレータ９６２からの選択済暗部通過後ピクセル９６８が存在しない場合、ピクセルセレクタ９７０は、飽和差コンパレータ９５８から飽和通過後ピクセル９６６を自動的に選択する。選択されたピクセル９７２は、次いで、合成画像を生成する画像生成器９７４に転送される。しかし、選択済飽和通過後ピクセル９６６が存在せず、そして、選択済暗部通過後ピクセル９６８が存在しない場合、ピクセルセレクタ９７０は、選択ピクセル９７２を画像生成器９７４に転送しない。合成画像内に存在しない多くのピクセルがあった場合、より許容可能なピクセルが、露光期間、露光が延在する電力波形の位相、等のようなパラメータを調整することによって、又は、上で検討したような、光センサアレイの感度、開口、任意選択の減光プレート、等のようなカメラ１２６の作動パラメータを調整することによって、原画像内に作成されてもよい。更に、範囲値９６０、９６４も、また、より多くの選択ピクセルを含むよう調整されてもよい。
【００５７】
ピクセルセレクタ９７０は、様々な基準のいずれかを適用して、選択ピクセル９７２を画像生成器９７４に送信するために飽和通過後ピクセル９６６及び暗部通過後ピクセル９６８から選択してもよい。例えば、ピクセルセレクタ９７０は、中央ピクセル値を備えていてもよく、飽和通過後ピクセル９６６及び暗部通過後ピクセル９６８を中央ピクセル値と比較してもよい。ピクセルセレクタ９７０は、中央値から最も遠く外れているピクセル値を有するピクセルを選択してもよいか、又は、それは、中央値から最も外れていないピクセル値を有するピクセルを選択してもよい。前者は、結果として生じる合成画像に対してより多くのコントラストを提供する可能性があり、後者は、結果として生じる合成画像においてより多くの均一性を提供する可能性がある。幾つかの場合において、それは、飽和通過後ピクセル９６６又は暗部通過後ピクセルが選択されたかどうかの差をそれ程多く生じない可能性があり、そのため、無作為選択又はそれら２つのピクセルからの交互選択が十分である可能性がある。
【００５８】
図９の画像結合器９００は、ピクセルが結合画像のための原画像から選択されもよい方法の一実施例である。他の変更が行われてもよい。例えば、暗部コンパレータ９３４、９３６、９３８、９４０は削除されてもよく、暗部差コンパレータ９６２も同様である。輝度範囲値９６０は、暗部コンパレータを必要としないように、調整されてもよい。高速画像化用途に対して、コンパレータは、画像を略リアルタイムで提供できるように、ハードウェアコンパレータであってもよい。加えて、画像結合器９００のコンパレータは、また、ソフトウェアで実装されたコントローラ１２４の一部として機能するソフトウェアコンパレータを備えていてもよい。選択ピクセル９７２は、次いで、ディスプレイ９７８上への表示のため、及び／又は、解析器９７６における解析のための合成画像を生成する画像生成器９７４に転送される。解析器９７６は、視覚システムコントローラ１２４（図１）内で実装されてもよく、ディスプレイ９７８は、合成画像１４０が静止画又は動画フォーマットで表示される図１のディスプレイ装置１３８として実装されてもよい。
【００５９】
より高速な表示速度及び動画平滑性を促進できる、一連の原画像を融合させて合成画像を作成する別のプロセス例１０００を、図１０に示す。このプロセス例１０００において、４つ（又は、その他の都合のよい数）のバッチ又はセット内の原画像同士を融合させて、図２、３、４、及び５の実施例に示すような合成画像を作成する代わりに、図１０の合成画像１０３１、１０３２、１０３３、１０３４、１０３５、１０３６、１０３７、１０３８、１０３９、・・・、Ｎは、連続的なシリアル更新プロセスにおいて融合される。従って、次の合成画像を作成する前に、カメラ１２６によって生成されるべき４つの原画像のセットを待つ代わりに、新規（更新された）合成画像が、カメラ１２６（図１）による各原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’、１００６’、１０１２’、１０１８’、１０２４’、１００８’、１０１４’、１０２０’、１０２６’、・・・、ｎ’の生成後に作成される。例えば、図１０に示すように、第１の合成画像１０３１は、最初の４つの原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’からのピクセルを融合することによって作成される。第２の合成画像１０３２は、次いで、第５の原画像１００６’からのピクセルを使用し、第１の原画像１００４’からのピクセルを落とす（すなわち、使用しない）一方で、第２、第３、及び第４の原画像１０１０、１０１６からのピクセルの使用を続けることによって、作成される。同じように、第６の原画像１０１２’がカメラ１２６によって生成される場合、第３の合成画像１０３３が、第３、第４、及び第５の原画像１０１６’、１０２２’、及び１００６’からのピクセルと共に、新規の第６の原画像１０１２’からのピクセルを用いて作成される。同様に、後続の合成画像１０３３、１０３４、１０３５、１０３６、１０３７、１０３８、１０３９、・・・、Ｎのそれぞれは、直前の３つの原画像からのピクセルと共に、それぞれ新規に生成された原画像１０１２’、１０１８’、１０２４’、１００８’、１０１４’、１０２０’、１０２６’、・・・、ｎ’により作成される。
【００６０】
再度、便宜上及び比較のため、図１０の電力波形１００２は、図２の電力波形２００と同様の正弦波として示されているが、他のＡＣ又はＤＣ波形が用いられてもよい。また、便宜上及び比較のため、図１０の露光期間１００４、１０１０、１０１６、１０２２、１００６、１０１２、１０１８、１０２４、１００８、１０１４、１０２０、１０２６は、それぞれ、図２の露光期間２０４、２１０、２１６、２２２、２０６、２１２、２１８、２２４、２０８、２１４、２２０、２２６と同じである。また、図１０のそれらの露光期間は、図２の露光開始トリガーポイント及び露光終了トリガーポイントと同じ露光開始トリガーポイント及び同じ露光終了トリガーポイントを有しており、同じ技術がそれらのトリガーポイントを確立するために用いられてもよい。従って、便宜上及び不必要な混乱及び繰り返しを避けるために、露光開始トリガーポイント及び露光終了トリガーポイントは、図１０に示していない。図１０の原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’、１００６’、１０１２’、１０１８’、１０２４’、１００８’、１０１４’、１０２０’、１０２６’は、図２、３、４、及び５の実施例における原画像のいずれかと同じ方法で作成されてもよいと言えば十分だろう。
【００６１】
図８、９、９Ａ、９Ｂ、及び９Ｃに示し、上で説明した融合プロセスは、第１の合成画像１０３０を作成するために用いられてもよい。図８に関連して図１１に示すような実施例のために、第１、第２、及び第３の原画像１００４’、１０１０’、１０１６’の各ピクセルストリームは、上で説明したような第４の原画像１０２２’のピクセルストリームと時間的に整列するよう十分に第１、第２、及び第３のピクセルストリームを遅延させるため、それぞれ第１、第２、及び第３のシフトレジスタ８１０、８１２、８１４に供給される。結果として、第１、第２、第３、及び第４の原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’のピクセルストリームの４つ全てが、それらの４つの原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’内の対応ピクセルが、同時に画像結合器９００（図９）の各入力９０２、９０４、９０６、９０８に到達するように、８２０、８２２、８２４、８２６において同じ時間Ｔ１に出力される。画像結合器９００は、次いで、原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’の４つのピクセルストリームからピクセルを選択して、上で説明したように、画像生成器９７４（図９）において第１の合成画像１０３１（図１０）を生成する。
【００６２】
上で説明したように、第５の原画像１００６’（図１０）がカメラ１２６（図１）によって生成される場合、図１０の次の（第２の）合成画像１０３２が、新規原画像１００６’からの新規ピクセルデータにより以前の合成画像１０３１を更新し、第１の原画像１００４’からのピクセルデータを落とすことによって作成される。従って、更新された（第２の）合成画像１０３１は、第２乃至第５の原画像１０１０’、１０１６’、１０２２’、１００６’から選択されたピクセルから融合される。図８及び９を参照すると、かかる連続的なシリアル更新プロセスは、例えば、それらの前に、原画像からのピクセルストリームに続いて、直前の原画像からのピクセルストリームを遅延ハードウェア８００のシフトレジスタ８１０、８１２、８１４向けることによって行われてもよい。結果として、最新の原画像からのピクセルストリームが、直前の３つの原画像のピクセルストリームと時間的に整列される。このプロセス例の時間的性質を示すため、その３つのシフトレジスタ８１０、８１２、８１４を有する遅延ハードウェア８００を、記号列で図１１に示すが、１つの遅延ハードウェア８００のみが実際には用いられる。上で述べたように、第１の合成画像１０３１は、最初の４つの原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’からのピクセルストリームを遅延ハードウェア８００に供給してそれら４つの原画像からの各対応ピクセルを時間的に整列させることによって作成される。最初の３つの原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’からのピクセルストリームは、それぞれのシフトレジスタ８１０、８１２、８１４に供給されて、画像結合器９００（図９）に対して時間Ｔ１に同時に出力するためにそれらを時間的に整列させるよう時間的に十分にそれらのピクセルストリームを遅延させる。同時に、第２、第３、及び第４の原画像１０１０’、１０１６’、１０２２’のピクセルストリームは、それぞれ、第１、第２、及び第３のシフトレジスタ８１０、８１２、８１４に供給されて、新規の第５の原画像１００６’がカメラ１２６（図１）によって生成される場合にその新規の第５の原画像１００６’からのピクセルストリームと時間的に整列させるよう適切な時間、それらを遅延させる。従って、時間Ｔ２における遅延ハードウェア８００からの第２、第３、第４、及び第５の原画像１０１０’、１０１６’、１０２２’、１００６’のピクセルストリームの出力８２０、８２２、８２４、８２６は、互いと時間的整列状態にある。従って、第２、第３、第４、及び第５の原画像１０１０’、１０１６’、１０２２’、１００６’のそれらの時間的に整列されたピクセルストリームは、上で説明したような、ピクセル選択及び画像生成器９７４（図９）における第２の合成画像１０３２（図１０）の生成のために、画像結合器９００（図９）の入力９０２、９０４、９０６、９０８に送られる。
【００６３】
第２、第３、第４、及び第５の原画像１０１０’、１０１６’、１０２２’、１００６’のピクセルストリームが遅延ハードウェア８００において時間的に整列されているのと同時に、第３、第４、及び第５の原画像１０１６’、１０２２’、１００６’のピクセルストリームは、それぞれ、第１、第２、及び第３のシフトレジスタ８１０、８１２、８１４に供給されて、新規の第６の原画像１０１２’がカメラ１２６（図１）によって生成される場合にその新規の第６の原画像１０１２’からのピクセルストリームと時間的に整列させるよう適切な時間、それらを遅延させる。従って、時間Ｔ３における遅延ハードウェア８００からの第３、第４、第５、及び第６の原画像１０１６’、１０２２’、１００６’、１０１２’のピクセルストリームの出力８２０、８２２、８２４、８２６は、互いと時間的整列状態にある。従って、第３、第４、第５、及び第６の原画像１０１６’、１０２２’、１００６’、１０１２’のそれらの時間的に整列されたピクセルストリームは、上で説明したような、ピクセル選択及び画像生成器９７４（図９）における第３の合成画像１０３３（図１０）の生成のために、画像結合器９００（図９）の入力９０２、９０４、９０６、９０８に送られる。
【００６４】
第３、第４、第５、及び第６の原画像１０１６’、１０２２’、１００６’、１０１２’のピクセルストリームが遅延ハードウェア８００において時間的に整列されているのと同時に、第４、第５、及び第６の原画像１０２２’、１００６’、１０１２’のピクセルストリームは、それぞれ、第１、第２、及び第３のシフトレジスタ８１０、８１２、８１４に供給されて、新規の第７の原画像１０１８’がカメラ１２６（図１）によって生成される場合にその新規の第７の原画像１０１８’からのピクセルストリームと時間的に整列させるよう適切な時間、それらを遅延させる。従って、時間Ｔ４における遅延ハードウェア８００からの第４、第５、第６、及び第７の原画像１０２２’、１００６’、１０１２’、１０１８’のピクセルストリームの出力８２０、８２２、８２４、８２６は、互いと時間的整列状態にある。従って、第４、第５、第６、及び第７の原画像１０２２’、１００６’、１０１２’、１０１８’のそれらの時間的に整列されたピクセルストリームは、上で説明したような、ピクセル選択及び画像生成器９７４（図９）における第４の合成画像１０３４（図１０）の生成のために、画像結合器９００（図９）の入力９０２、９０４、９０６、９０８に送られる。
【００６５】
この同じ連続的なシリアル更新プロセスは、ユーザによって又は自動的に停止されるまで、無期限に続く。図１１は、第６の合成画像１０３６を作成することに用いるために、３つの直前の原画像１０１２’、１０１８’、１０２４’のピクセルストリームとの第９の原画像１００８’のピクセルストリームの整列を介する時間的整列プロセスを示している。上で述べたように、この図１０の融合プロセス例において、次の合成画像を作成する前に、カメラ１２６によって生成されるべき４つの原画像のセットを待つ代わりに、新規（更新された）合成画像が、カメラ１２６（図１）による各原画像１００４’、１０１０’、１０１６’、１０２２’、１００６’、１０１２’、１０１８’、１０２４’、１００８’、１０１４’、１０２０’、１０２６’、・・・、ｎ’の生成後に作成される。従って、電力波形１００２の周波数が、図２〜５の実施例に関して上で示したように、１１０Ｈｚ例で設定された場合、合成画像１０３１〜１０３９、・・・・、Ｎは１秒当たり１１０フレームで作成されるが、各フレームは、１秒の２７分の１にわたる、すなわち、４回の露光からの全ての画像情報を備えている。従って、同じ周波数の電力波形に対して、この図１０の技術は、図２〜５の技術によって作成される画像よりも単位時間当たり４倍も多い合成画像を生成する。
【００６６】
上で述べたように、溶接プロセス中に溶接領域１０９（図１）内で生じる様々な現象は、電力供給波形の関数であり、それによって制御されるか、影響を受けてもよい。例えば、図１２ＡのＤＣ電力波形１２０２は、溶接機電極１０６の先端から溶融する溶滴１２１の発達に対応し、それに影響を及ぼす形状となっている。現代の溶接用電力供給部、例えば、図１の溶接用電力供給部１２２は、所望の形状及び特性を有するＤＣ電力波形１３６を生成するようプログラム化することができる。図１２Ａの特定の形状を成す電力波形１２０２は、アーク１０７及びプラズマコーン１０８を維持する基準量の電流を提供する時間ｔ１及びｔ２間の基準電流（Ｉ）アンペア数レベルにおいて、平坦な位相１２０５を有している。溶融電極金属の溶滴１２１の形成は、溶接領域１０９の第１の実施例線図１２８１に示すように、この平坦な基本相の間に始まる。次いで、時間ｔ２において、上昇位相１２０７が開始される。上昇位相１２０７の間、溶接電流のアンペア数は上昇して、電極内の熱を高め、溶滴１２１の形成を加速させる。時間ｔ３において所望のピークアンペア数に達した時、ピークアンペア数は、アンペア数がテールアウト位相１２１１において減少を開始する場合の時間ｔ３まで、ピークアンペア数位相１２０９において維持される。溶滴１２１は、溶接領域１０９の第２の実施例線図１２８２に示すように、電極１０６からの分離点までのピークアンペア数位相１２０９中に完全に発達する。次いで、テールアウト位相１２１１において、溶滴１２１は、溶接領域１０９の第３の実施例線図に示すように、電極１０６から離れている。溶滴１２１は、次いで、溶接たまり１１１に落下し、ここで、それは母材１１０、１１２の溶融帯１１３内の溶融金属と融合する。溶接ノズル１０４が（図１の矢印１０５で示すように）移動するにつれて、溶融金属は溶接ビード１０３内で冷却され、固化する。従って、それらの位相１２０５、１２０９、１２１１のうちの選択された１つと一致する露光期間を生じる露光開始制御信号及び露光終了制御信号をカメラ１２６（図１）に供給することにより、溶接用視覚及び制御システム１００が、以下でより詳細に説明するような、リアルタイムで視認可能か、又は、後の視聴又は解析のために格納可能なそれらの特徴、例えば、溶滴１２１の発達段階の合成画像を作成することが可能となる。
【００６７】
ここで、主に図１２Ｂを参照すると、形状を成すＤＣ電力波形１２０２の４つのサイクルが、例として示されており、第１、第２、第３、及び第４の原画像１２０４’、１２１０’、１２１６’、１２２２’が、それらの４つのサイクルのそれぞれの間の次第に増加する第１、第２、第３、及び第４の露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２によりカメラ１２６（図１）によって生成される。無論、実際の使用では、電力波形１２０２のより多くのサイクルの間に得られるより多くの原画像が生成される。図１２Ｂの実施例において、第１、第２、第３、及び第４の原画像１２０４’、１２１０’、１２１６’、１２２２’が、電力波形１２０２の平坦な基準アンペア数位相１２０５の間に生じるそれぞれの第１、第２、第３、及び第４の露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２の間に生成される。従って、この図１２Ｂの実施例において、その現象が電力波形サイクルの基準アンペア数位相１２０５中に起こるため、溶滴１２１が、図１２Ａにおける溶接領域１０９の第１の実施例線図１２８１によって示されたように、溶接機電極１０６の先端でまさに形成し始める場合に、それらの第１、第２、第３、及び第４の露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２は、溶接領域１０９から生じるか、反射する光エネルギーに対してカメラ１２６の光センサアレイ１２８５内の光センサ又は検出器を露光する。また、この実施例において、第１、第２、第３、及び第４の露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２は、上で検討した図２の実施例と類似する次第に長くなる持続期間を有しており、そのため、それぞれ連続する原画像１２０４’、１２１０’、１２１６’、１２２２’は、溶接領域１０９からの連続して多くなる光エネルギーと共に生成される。しかし、露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２は、図４の技術例に対して上で説明したように、互いと同じ持続期間を有していてもよい。
【００６８】
図２、３、４、５、及び１０の前例に関して検討したように、電力波形における閾値の検出は、露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２を開始するために用いられてもよく、又は、代替として、溶接用電力供給部１２２が、電力波形におけるかかる閾値に対応する制御信号を提供してもよい。また、図２、３、４、５、１０の実施例においても説明したように、視覚システムコントローラ１２４（図１）又は、代替として、溶接用電力供給部１２２は、かかる閾値の検出又は発生直後、若しくは、かかる検出又は発生からの遅延後のどちらか一方に露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２をトリガできる。例えば、露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２に対する開始閾値は、開始閾電流ポイント１２１２、１２１３、１２１４、１２１５においてであってもよく、ここで、アンペア数が、電力波形１２０２の基準アンペア数位相１２０５の基準アンペア数レベルに到達するまで検出されるのに対して、それらそれぞれの露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２に対する実際の開始トリガーポイント１２１７、１２１８、１２１９、１２２０は、特定の目的又は効果のために、所望の位相及び露光期間を提供するよう判断される視覚システムコントローラ１２４によって（代替として、溶接用電力供給部１２２によって）所定期間、遅延される。終了トリガーポイント１２２５、１２２６、１２２７、１２２８も、また、特定の目的又は効果に対して望まれるように、各開始閾電流ポイント１２１２、１２１３、１２１４、１２１５からの各時間遅延において設定される。
【００６９】
図１２Ｂに図示するように、最も短い露光期間１２０４は、溶接領域１０９から、例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８から生じるか、反射する最も明るく、最も強い光エネルギーによる、光センサアレイ１２８５の中央部分１２８７における光センサ又は検出器に対する理想的な光エネルギー露光を提供する。従って、その露光期間１２０４から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２０４’は、それらの最も明るい特徴、例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８の良好な解像度を有している。同時に、その最も短い露光期間１２０４は、残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、露光期間１２０４から生成された結果の原画像１２０４’は、最も明るい特徴、例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８のみを示し、原画像１２０４’の残りの部分は暗部ピクセル１２９０を備えている。
【００７０】
最も明るい特徴、例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８から生じるか、反射する高強度光エネルギーが、その僅かに長い露光期間１２１０内にその中央部分１２８６における光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の僅かに長い露光期間１２１０は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９の中間部分における特徴、例えば、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、及び発達する溶滴１２１から生じるか、反射する光エネルギーが、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させる程十分明るくはないため、その僅かに長い露光期間１２１０は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の中間部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。溶接領域１０９の薄暗い外側部分は、何らかの画像を生成するよう、光センサアレイ１２８５の外側部分１２８８において、光センサ又は検出器に対して十分な光エネルギーを生じないか、反射しない。従って、その僅かに長い露光期間１２１０から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２１０’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、及び形成する溶滴１２１の良好な解像度を有している。同時に、その僅かに長い露光期間１２１０は、光センサアレイ１２８５の残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、僅かに長い露光期間１２１０から生成される結果の原画像１２１０’は、かなり明るいが、最も明るいものではない特徴、例えば、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、及び形成する溶滴１２１のみを示す。原画像１２１０’の中央部分ピクセル１２９１は飽和しており、原画像１２１０’の残りの外側部分は、暗部ピクセル１２９０のみを備えている。
【００７１】
最も明るい特徴、例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８からだけではなく、僅かに薄暗い特徴、例えば、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、及び形成する溶滴１２１からも生じるか、反射する光エネルギーが、その更に大きい中央部分１２８６において光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の適度に長い露光期間１２１６は、光センサアレイ１２８５の更に大きい飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９の中間部分における特徴、例えば、電極１０６及び母材１１０、１１２から生じるか、反射する光エネルギーが、それらの特徴の画像ピクセルを生成するよう、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器に対する適切な範囲内にあるため、その適度に長い露光期間１２１６は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の中間部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。溶接領域１０９の薄暗い外側部分は、何らかの画像を生成するよう、光センサアレイ１２８５の外側部分１２８８において、光センサ又は検出器に対して十分な光エネルギーを生じないか、反射しない。従って、その適度に長い露光期間１２１６から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２１６’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、電極１０６及び母材１１０、１１２の良好な解像度を有している。同時に、その適度に長い露光期間１２１６は、光センサアレイ１２８５の残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、適度に長い露光期間１２１６から生成される結果の原画像１２１６’は、適度に明るい特徴、例えば、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、及び形成する溶滴１２１のみを示す。原画像１２１６’の中央部分ピクセル１２９１は飽和しており、原画像１２１６’の残りの外側部分は、暗部ピクセル１２９０のみを備えている。
【００７２】
全部ではあるが、薄暗い特徴から、例えば、アーク１０７及びプラズマ１０８、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、形成する溶滴１２１、電極１０６、及び母材１１０、１１２の内側部分から生じるか、反射する光エネルギーが、その更に大きい中央部分１２８６において光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の最も長い露光期間１２２２は、光センサアレイ１２８５の更に大きい飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９のその外側部分１２８７における特徴、例えば、溶接ノズル１０４及び母材１１０、１１２の外側部分から生じるか、反射する光エネルギーが、それらの特徴の画像ピクセルを生成するよう、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器に対する適切な範囲内にあるため、その最も長い露光期間１２２２は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の外側部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。図１２Ｂにおいて図示していない冷却され、固化した溶接ビード１０３は、また、原画像１２２２’において、カメラが溶接ビード１０３を含めるよう適切な視点にあるかどうかも示す。従って、その最も長い露光期間１２２２から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２２２’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、溶接ノズル１０４、母材１１０、１１２の外側部分、及び溶接ビード１０３の良好な解像度を有している。従って、最も長い露光期間１２２２から生成される結果の原画像１２２２’は、薄暗い特徴、例えば、溶接ノズル１０４、母材１１０、１１２の外側部分、及び溶接ビード１０３のみを示す。原画像１２２２’の中央部分ピクセル１２９１は飽和している。
【００７３】
それぞれが溶接領域１０９内の幾つかではあるが全部ではない特徴に対する使用可能なピクセルを有する各露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２中にカメラ１２６によって生成される原画像１２０４’、１２１０’、１２１６’、１２２２’は、共に融合されて合成画像１２４０を作成する。図１２Ｂに示し、上で検討したように、合成画像１２４０は、その現象が、露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２が位置決めされる、図１２Ａに示し、上で検討したような電力波形１２０２の平坦な基準アンペア数位相１２０５の間に生じるため、電極１０６の先端において形成することを開始する溶滴１２１と共に、溶接領域１０９内の特徴の全てを示すピクセルを有している。合成画像を生成するための、上で検討したプロセスのいずれかは、原画像１２０４’、１２１０’、１２１６’、１２２２’から合成画像１２４０を生成するために用いられてもよい。
【００７４】
図１２Ｃの露光期間例１２２４、１２３０、１２３６、１２４２は、図１２Ｃの露光期間１２２４、１２３０、１２３６、１２４２が電力波形１２０２のピークアンペア数位相１２０９に移動されており、ここで、電極１０６の先端に形成する溶融金属の溶滴１２１が、図１２Ａに示し、上で説明したように、完全に発達して電極１０６から離れることを除いて、図１２Ｂの露光期間１２０４、１２１０、１２１６、１２２２と同じものとして示されている。この図１２Ｃの実施例において、露光期間１２２４、１２３０、１２３６、１２４２は、ピークアンペア数位相１２０９の閾電流レベルに達する増加電流レベルの検出又は他の指示によって開始されてもよい。従って、露光期間１２２４、１２３０、１２３６、１２４２に対する開始閾電流ポイント１２３１、１２３２、１２３３、１２３４は、ピークアンペア数位相１２０９の開始ポイントにあるが、実際の露光期間１２２４、１２３０、１２３６、１２４２は、開始閾電流ポイント１２３１、１２３２、１２３３、１２３４から各開始トリガーポイント１２４４、１２４５、１２４６、１２４７に時間遅延されている。終了トリガーポイント１２５１、１２５２、１２５３、１２５４も、また、特定の目的又は効果に対して望まれるように、各開始閾電流ポイント１２３１、１２３２、１２３３、１２３４からの各時間遅延において設定される。
【００７５】
図１２Ｃに図示するように、最も短い露光期間１２２４は、溶接領域１０９から、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１から生じるか、反射する最も明るく、最も強い光エネルギーによる、光センサアレイ１２８５の中央部分１２８７における光センサ又は検出器に対する理想的な光エネルギー露光を提供する。従って、その露光期間１２２４から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２２４’は、それらの最も明るい特徴、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１の良好な解像度を有している。同時に、その最も短い露光期間１２２４は、残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、露光期間１２２４から生成された結果の原画像１２２４’は、最も明るい特徴、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１のみを示し、原画像１２２４’の残りの部分は暗部ピクセル１２９０を備えている。
【００７６】
最も明るい特徴、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１から生じるか、反射する高強度光エネルギーが、その僅かに長い露光期間１２３０内にその中央部分１２８６における光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の僅かに長い露光期間１２３０は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９の中間部分における特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３から生じるか、反射する光エネルギーが、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させる程十分明るくはないため、その僅かに長い露光期間１２３０は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の中間部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。溶接領域１０９の薄暗い外側部分は、その僅かに長い露光期間１２３０内に何らかの画像を生成するよう、光センサアレイ１２８５の外側部分１２８８において、光センサ又は検出器に対して十分な光エネルギーを生じないか、反射しない。従って、その僅かに長い露光期間１２３０から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２３０’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３の良好な解像度を有している。同時に、その僅かに長い露光期間１２３０は、光センサアレイ１２８５の残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、僅かに長い露光期間１２３０から生成される結果の原画像１２３０’は、かなり明るいが、最も明るいものではない特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３のみを示す。原画像１２３０’の中央部分ピクセル１２９１は飽和しており、原画像１２３０’の残りの外側部分は、暗部ピクセル１２９０のみを備えている。
【００７７】
最も明るい特徴、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１からだけではなく、僅かに薄暗い特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３からも生じるか、反射する光エネルギーが、その更に大きい中央部分１２８６において光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の適度に長い露光期間１２３６は、光センサアレイ１２８５の更に大きい飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９の中間部分における特徴、例えば、電極１０６及び母材１１０、１１２から生じるか、反射する光エネルギーが、それらの特徴の画像ピクセルを生成するよう、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器に対する適切な範囲内にあるため、その適度に長い露光期間１２３６は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の中間部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。溶接領域１０９の薄暗い外側部分は、何らかの画像を生成するよう、光センサアレイ１２８５の外側部分１２８８において、光センサ又は検出器に対して十分な光エネルギーを生じないか、反射しない。従って、その適度に長い露光期間１２３６から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２３６’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、電極１０６及び母材１１０、１１２の良好な解像度を有している。同時に、その適度に長い露光期間１２３６は、光センサアレイ１２８５の残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、適度に長い露光期間１２３６から生成される結果の原画像１２３６’は、適度に明るい特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３のみを示す。原画像１２３６’の中央部分ピクセル１２９１は飽和しており、原画像１２３６’の残りの外側部分は、暗部ピクセル１２９０のみを備えている。
【００７８】
全部ではあるが、薄暗い特徴から、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、溶滴１２１、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、電極１０６、及び母材１１０、１１２の内側部分から生じるか、反射する光エネルギーが、その更に大きい中央部分１２８６において光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の最も長い露光期間１２４２は、光センサアレイ１２８５の更に大きい飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９のその外側部分１２８７における特徴、例えば、溶接ノズル１０４及び母材１１０、１１２の外側部分から生じるか、反射する光エネルギーが、それらの特徴の画像ピクセルを生成するよう、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器に対する適切な範囲内にあるため、その最も長い露光期間１２４２は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の外側部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。図１２Ｃにおいて図示していない冷却され、固化した溶接ビード１０３は、また、原画像１２４２’において、カメラが溶接ビード１０３を含めるよう適切な視点にあるかどうかも示す。従って、その最も長い露光期間１２４２から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２４２’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、溶接ノズル１０４、母材１１０、１１２の外側部分、及び溶接ビード１０３の良好な解像度を有している。従って、最も長い露光期間１２４２から生成される結果の原画像１２４２’は、薄暗い特徴、例えば、溶接ノズル１０４、母材１１０、１１２の外側部分、及び溶接ビード１０３のみを示す。原画像１２４２’の中央部分ピクセル１２９１は飽和している。
【００７９】
各露光期間１２２４、１２３０、１２３６、１２４２の間にカメラ１２６によって作成された原画像１２２４’、１２３０’、１２３６’、１２４２’は、合成画像１２４０を作成するよう共に融合される。合成画像１２６０は、その現象が、露光期間１２２４、１２３０、１２３６、１２４２が位置する場所である、図１２Ａに示し、上で検討したような電力波形１２０２のピークアンペア数位相１２０９の間に生じるため、電極１０６からの分離の寸前まで電極１０６の先端において完全に形成される溶融金属の溶滴１２１を示している。合成画像を生成するための、上で検討したプロセスのいずれかは、原画像１２２４’、１２３０’、１２３６’、１２４２’から合成画像１２６０を生成するために用いられてもよい。
【００８０】
図１２Ｄの露光期間例１２４４、１２５０、１２５６、１２６２は、溶接機電極１０６からの溶融金属の溶滴１２１が電極１０６から離れ、上で説明したように、たまり１１１に落下している間の電力波形１２０２のテールアウト位相１２１１と一致するよう設定されるものとして示されている。図１２Ｄに図示するように、最も短い露光期間１２４４は、溶接領域１０９から、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１から生じるか、反射する最も明るく、最も強い光エネルギーによる、光センサアレイ１２８５の中央部分１２８７における光センサ又は検出器に対する理想的な光エネルギー露光を提供する。従って、その露光期間１２４４から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２４４’は、それらの最も明るい特徴、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１の良好な解像度を有している。同時に、その最も短い露光期間１２４４は、残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、露光期間１２４４から生成された結果の原画像１２４４’は、最も明るい特徴、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１のみを示し、原画像１２４４’の残りの部分は暗部ピクセル１２９０を備えている。
【００８１】
最も明るい特徴、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１から生じるか、反射する高強度光エネルギーが、その僅かに長い露光期間１２５０内にその中央部分１２８６における光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の僅かに長い露光期間１２５０は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９の中間部分における特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３から生じるか、反射する光エネルギーが、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させる程十分明るくはないため、その僅かに長い露光期間１２５０は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の中間部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。溶接領域１０９の薄暗い外側部分は、その僅かに長い露光期間１２５０内に何らかの画像を生成するよう、光センサアレイ１２８５の外側部分１２８８において、光センサ又は検出器に対して十分な光エネルギーを生じないか、反射しない。従って、その僅かに長い露光期間１２５０から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２５０’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３の良好な解像度を有している。同時に、その僅かに長い露光期間１２５０は、光センサアレイ１２８５の残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、僅かに長い露光期間１２５０から生成される結果の原画像１２５０’は、かなり明るいが、最も明るいものではない特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３のみを示す。原画像１２５０’の中央部分ピクセル１２９１は飽和しており、原画像１２５０’の残りの外側部分は、暗部ピクセル１２９０のみを備えている。
【００８２】
最も明るい特徴、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、及び溶滴１２１からだけではなく、僅かに薄暗い特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３からも生じるか、反射する光エネルギーが、その更に大きい中央部分１２８６において光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の適度に長い露光期間１２５６は、光センサアレイ１２８５の更に大きい飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９の中間部分における特徴、例えば、電極１０６及び母材１１０、１１２から生じるか、反射する光エネルギーが、それらの特徴の画像ピクセルを生成するよう、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器に対する適切な範囲内にあるため、その適度に長い露光期間１２５６は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の中間部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。溶接領域１０９の薄暗い外側部分は、何らかの画像を生成するよう、光センサアレイ１２８５の外側部分１２８８において、光センサ又は検出器に対して十分な光エネルギーを生じないか、反射しない。従って、その適度に長い露光期間１２５６から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２５６’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、電極１０６及び母材１１０、１１２の良好な解像度を有している。同時に、その適度に長い露光期間１２５６は、光センサアレイ１２８５の残りの外側部分１２８８における光センサ又は検出器に対する溶接領域１０９の暗部からの十分な光エネルギーが、溶接領域１０９のかかる暗部における特徴の何らかの原画像を生成することを可能にしない。従って、適度に長い露光期間１２３６から生成される結果の原画像１２５６’は、適度に明るい特徴、例えば、溶接たまり１１１及び溶融帯１１３のみを示す。原画像１２３６’の中央部分ピクセル１２９１は飽和しており、原画像１２３６’の残りの外側部分は、暗部ピクセル１２９０のみを備えている。
【００８３】
全部ではあるが、薄暗い特徴から、例えば、アーク１０７、プラズマ１０８、溶滴１２１、溶接たまり１１１、溶融帯１１３、電極１０６、及び母材１１０、１１２の内側部分から生じるか、反射する光エネルギーが、その更に大きい中央部分１２８６において光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器を飽和させるため、次の最も長い露光期間１２６２は、光センサアレイ１２８５の更に大きい飽和した中央部分１２８６の原因となる。同時に、溶接領域１０９のその外側部分１２８７における特徴、例えば、溶接ノズル１０４及び母材１１０、１１２の外側部分から生じるか、反射する光エネルギーが、それらの特徴の画像ピクセルを生成するよう、光エネルギーが集中する光センサアレイ１２８５の光センサ又は検出器に対する適切な範囲内にあるため、その最も長い露光期間１２６２は、光センサアレイ１２８５の飽和した中央部分１２８６周囲の外側部分１２８７において、光センサ又は検出器に対して理想的な光エネルギー露光を提供する。図１２Ｄにおいて図示していない冷却され、固化した溶接ビード１０３は、また、原画像１２６２’において、カメラが溶接ビード１０３を含めるよう適切な視点にあるかどうかも示す。従って、その最も長い露光期間１２６２から光センサアレイ１２８５によって生成される原画像１２６２’は、それらの中間輝度の特徴、例えば、溶接ノズル１０４、母材１１０、１１２の外側部分、及び溶接ビード１０３の良好な解像度を有している。従って、最も長い露光期間１２６２から生成される結果の原画像１２６２’は、薄暗い特徴、例えば、溶接ノズル１０４、母材１１０、１１２の外側部分、及び溶接ビード１０３のみを示す。原画像１２６２’の中央部分ピクセル１２９１は飽和している。
【００８４】
電力波形１２０２のテールアウト位相１２１１における所定のアンペア数の検出は、開始トリガーポイント１２６７、１２６８、１２６９、１２７０に対する時間遅延を有する露光期間１２４４、１２５０、１２５６、１２６２のための開始閾電流ポイント１２６３、１２６４、１２６５、１２６６に対して用いられてもよい。例えば、開始閾電流ポイント１２６３、１２６４、１２６５、１２６６は、所望の露光開始トリガーポイント１２６７、１２６８、１２６９、１２７０に対する時間遅延を有するピークアンペア数位相１２０９からの検出可能なアンペア数降下が存在する箇所であってもよい。代替として、特定の開始電流閾値は、トリガーポイント１２６７、１２６８、１２６９、１２７０が開始閾電流ポイントである場合に、露光期間１２４４、１２５０、１２５６、１２６２が開始されるべきである電力波形１２０２のテールアウト位相１２１１上の特定の場所に設定されてもよい。終了トリガーポイント１２７１、１２７２、１２７３、１２７４も、また、特定の目的又は効果に対して望まれるように、各開始閾電流ポイント１２３１、１２３２、１２３３、１２３４からの各時間遅延において設定されるか、又は、それらは特定の検出可能な終了閾電流レベルに設定されてもよい。各露光期間１２４４、１２５０、１２５６、１２６２の間にカメラ１２６によって作成された原画像１２４４’、１２５０’、１２５６’、１２６２’は、合成画像１２８０を作成するよう共に融合される。合成画像１２８０は、その現象が、露光期間１２４４、１２５０、１２５６、１２６２が位置する場所である電力波形１２０２のテールアウト位相１２１１の間に生じるため、電極１０６の先端から離れ、溶接たまり１１１に向かって落下する溶融金属の溶滴１２１を示している。合成画像を生成するための、上で検討したプロセスのいずれかは、原画像１２４４’、１２５０’、１２５６’、１２６２’から合成画像１２８０を生成するために用いられてもよい。図１２Ｂ、１２Ｃ、及び１２Ｄの実施例によって示したように、溶接領域１０９内の異なる特徴は、露光期間を電力波形１２０２の異なる位相に位置決めすることによって取得され、表示されてもよい。合成画像１２４０（図１２Ｂ）において、溶滴１２１は、溶接機電極１０６の先端においてまさに形成し始めているものとして示されているのに対して、合成画像１２６０（図１２Ｃ）は、完全に形成され、電極１０６から離れる寸前の溶滴１２１を示し、合成画像１２８０は、電極１０６から離れ、溶接たまり１１１に向かって落下する途中の溶滴１２１を示している。溶接プロセスにおけるこれら及び多くの他の異なる現象が、電力波形の異なる位相と整列するよう露光期間を移動させることによって、カメラ１２６により取得されてもよい。溶接作業中の電力波形１２０２の特定の位相における露光期間から生成された一連の合成画像が、連続系列で、例えば、動画内の連続フレーム、例えば、１秒当たり２４から３０の合成画像として高速で連続して視聴される場合、その特定の位相において生じるそれらの現象は、リアルタイムでディスプレイ装置において見ることができる。言い換えれば、ディスプレイ装置１３８に表示される合成画像は、１つの画像として出現してもよいが、それは、実際には、人間の眼及び脳が１つの画像として見る、高速で連続した、例えば、１秒当たり２４から３０の合成画像で表示する合成画像の連続シーケンスである。露光期間を電力波形１２０２の異なる位相に移動させることにより、ユーザが溶接プロセスの他の特徴及び現象をリアルタイムで見ることを可能にしてもよい。露光期間のかかる位相偏位は徐々にであってもよく、又は、それらは電力波形位相にわたる連続掃引で行われてもよい。例えば、電力波形１２０２のサイクル全体における全ての位相にわたる、すなわち、平坦な基本相１２０５から上昇位相１２０７を通り、ピークアンペア数位相１２０９を横断し、そして、テールアウト位相１２１１を下がって、平坦な基準アンペア数位相１２０５に至る、図１２Ｄの露光期間１２４４、１２５０、１２５６、１２６２の遅い動的シフトは、電極１０６の先端において形成し始め、電極１０６から離れ、たまり１１１に落下する完全に形成された溶滴１２１まで発達し続ける溶滴１２１の動画を生成してもよい。一方で、露光期間１２４４、１２５０、１２５６、１２６２は、動画として合成画像を見ている間でさえも、結果として、まさに溶接たまり１１１に到達する際の溶滴１２１を示す合成画像を生じるテールアウト位相１２１１内の静止位置に、調整されてもよい。次いで、露光期間１２４４、１２５０、１２５６、１２６２に対するその位置を固定することにより、手溶接を行う人を審査するための溶接工が、動画がたまり１１１と合流する溶滴１２１を示すまさにその場所に、彼又は彼女が溶接機の火口及び電極を保持している際に、溶接のリアルタイム動画を見ることを可能にしてもよい。
【００８５】
本発明の実施形態は、従って、溶接プロセスを視聴し、高い視覚ダイナミックレンジを有する結合画像を生成するためのシステム及び方法を提供する。これらの技術は、図１に示す自動溶接用視覚及び制御システム１００等の自動溶接システムにおいて、及び、図１３に示し、以下で説明する手溶接用視覚システム１３００等の手動システムにおいて用いられてもよい。システムの高い視覚ダイナミックレンジは、背景と同様に、溶接の様々な部分が溶接プロセス中に視聴されることを可能にする。合成画像は、従って、高品質の溶接を達成するよう、パラメータの調整を可能にする、溶接品質に関する多量の情報を提供する。
【００８６】
上で述べたように、図１に示す任意選択の動的減光プレート１３０が、アーク１０７、プラズマ１０８、溶接溶滴１２１、溶接たまり１１１、及び、カメラ１２６の光検出素子に入射する溶接領域１０９内の他の特徴から生じる光度を更に制御するために用いられてもよい。任意選択の動的減光プレート１３０は、溶接領域１０９又は溶接領域１０９内の特徴から生じるか、反射する光エネルギーを減衰させるよう、視覚システムコントローラ１２４によって制御されてもよい。従って、任意選択の動的減光プレート１３０は、カメラ１２６の開口及びカメラ１２６の光検出素子のどちらも補助するよう、カメラ１２６の露光を更に制御するか、若しくは、カメラ１２６の光検出素子の開口サイズ又は感度を調整せずに、単体で用いられてもよい。更に、任意選択の動的減光プレート１３０は、それが電力パルスのピークにおいて発生するアーク１０７の初期閃光の間の短時間のみに対して、及び、ピーク後の短時間に対して作動するような方法で、操作されてもよい。溶接及び視覚制御システム例１００における動的減光プレート例１３０は、例えば、市販され、印加電圧の変動に対して極めて迅速に応答する可変光透過率を有する高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）フィルム材料からできていてもよい。減光プレート１３０の機能も提供できるカメラ用の液晶減光フィルタは、例えば、Ｂｏｒｌａｅｎｇｅ，ＳｗｅｄｅｎのＬＣ−Ｔｅｃｈ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ  ＡＢから市販されている。このように、コントローラ１２４は、制御電圧信号の印加により動的減光プレート１３０を容易に制御できる。例えば、溶接用電力供給部１２２からの電力波形の負数として生成される減光プレート制御信号は、プレート１３０に印加されて入射光をカメラ１２６に対して調節して、均一な光度を生じる。減光プレート制御信号に関する他の変動が可能である。視覚システムコントローラ１２４は、カメラ１２６の原画像出力によりカメラ１２６に対する開始及び終了トリガー制御信号と減光プレート制御信号とを同期させるようプログラム化される。代替として、各原画像のための露光期間は、合成画像を作成するために用いられる原画像のうちの一部又は全てに対して一定に保持されてもよい一方で、減光プレート１３０の光透過率又はカメラ１２６内の光センサアレイの光感度のどちらか一方、若しくは、両方の組み合わせは、溶接領域１０９内の特徴の全てが原画像のうちの少なくとも１つ以上において効果的に取得される可能性を高めるために、連続する原画像に対して徐々に増減される。ユーザインターフェース１２８は、また、視覚システムコントローラ１２４にも接続され、そのため、ユーザインターフェース１２８が、動的減光プレート１３０の透過率、並びに、図１に示す溶接／視覚及び制御システム１００の他の作動パラメータを変化させるために用いられてもよい。任意選択のカメラ１２７も、また、動的減光プレート１３１を備え、カメラ１２６のために上で説明したものと同じ方法で用いられてもよい。
【００８７】
図１は、また、任意選択の光学検出器１３２も示している。任意選択の光学検出器１３２は、図２〜５に示すプロセスを開始するよう各溶接パルスの初期閃光を検出するために用いられてもよい。任意選択の光学検出器１３２は、溶接パルスがその瞬間に検出されたことの信号を視覚システムコントローラ１２４に送るよう、視覚システムコントローラ１２４に結合される。露光の正確なタイミングは、次いで、光学検出器１３２によって生成される信号から任意にトリガされてもよい。任意選択の光学検出器１３２は、また、画像処理コントローラ１２４におけるトリガーイベントも作成できる。
【００８８】
図１の特徴及び機能を含むが、これらに限定されない、上で説明した特徴及び機能の一部又は全部が装備されていてもよい手溶接用視覚システム例１３００を、図１３に図示する。人間の溶接工１３１８は、ヘルメット１３０２の内側にディスプレイ１３０４を有するヘルメット１３０２を着用しているように示されている。ディスプレイ１３０４は、図１のカメラ１２６、１２７及び視覚システムコントローラ１２４に関して上で説明したように、カメラ１３０６及び電子回路パッケージ１３０８に応答して作動する。人間の溶接工１３１８は、手動アーク溶接機１３１０を用いて母材１３１４、１３１６の交差部に溶接ビード１３１２を作成する。手動アーク溶接機１３１０は、ディスプレイ１３０４上でリアルタイムに溶接プロセスを監視する人間の溶接工１３１８によって制御される。図１の減光プレート１３０、１３１等の減光プレートを任意に装備してもよい２つのカメラ１３０６は、立体視のための２つの合成画像の作成用のカメラ１３０６の２つの異なる視点から溶接領域１２０９又は溶接領域１２０９内の特徴の同時原画像を生成するが、１つのカメラのみが、単一視のために用いられてもよい。２つのカメラ１３０６からの原画像は、上で説明したように、電子回路パッケージ１３０８によって処理されて、２つの視点からの２つのそれぞれの合成画像を作成し、三次元深さの錯覚を作成するか、向上させる、例えば、人間の眼の１つに表示するための１つの視点からの１つの合成画像及び人間の別の眼に表示するための第２の視点からの第２の合成画像の２つの合成画像が、ディスプレイ１３０４内に同時に表示される。無論、単一視表示が、１つのカメラからの１つの合成画像を両方の眼に呈示してもよい。立体視であろうと単一視であろうと、合成画像は、人間の溶接工１３１８が溶接高強度光エネルギー（例えば、アーク、プラズマ、等）を生じるか、反射する領域内の特徴、並びに、それ程明るくない特徴（例えば、溶融溶滴及びたまり）及び幾分か暗い特徴（例えば、溶接ビード、溶接によって接合される母材、等）を生じるか、反射する特徴を、溶接手順が行われる際にリアルタイムで見ることを可能にする。そのように、人間の溶接工１３１８は、環境及び背景を見ることができ、並びに、プラズマ、手動アーク溶接機１３１０からの溶滴、たまり、及び、発達する溶接１３１２の他の重要な部分又は特徴を、溶接プロセス中にリアルタイムで見ることができる。このように、ヘルメット１３０２は、人間の溶接工１３１８がヘルメット１３０２の内側のディスプレイ１３０４を単に見て、暗色グラスだけを通して見る通常の溶接工のヘルメットでは見ることができない、高い視覚ダイナミックレンジで全体のプロセスを見ることができるため、部分的透過型ガラス窓を必要としない。
【００８９】
本発明の前記説明は、例証及び説明の目的のために呈示した。それは、網羅的であること、又は、開示した厳密な形態に発明を制限することを意図しておらず、他の変更例及び改良例が、上記技術に鑑みて可能であってもよい。実施形態は、それによって、当業者が、考察された特定の使用に適するように様々な実施形態及び様々な変更例において発明を最良に活用することを可能にするよう、発明の原理及びその実用的応用を最良に説明するために選択され、説明した。特徴を含んで本明細書に用いられる場合、用語「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、及び「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」は、記載された特徴、整数、構成部品、又はステップの存在を明記することを意図しているが、それらは、１つ以上の他の特徴、整数、構成部品、ステップ、又はそれらの群の存在又は追加を排除するものではない。添付特許請求の範囲が、先行技術によって制限される限りを除いて、発明の他の代替実施形態を含むと解釈されることを意図している。
【図１】
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【図１Ａ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２Ａ】
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【図１２Ｂ】
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【図１２Ｃ】
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【図１２Ｄ】
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【図１３】
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【国際調査報告】
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