(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
工業プロセスに関する一つ以上の参照信号(xref)を利用可能にするステップと、
前記の工業プロセスの品質を示す一つ以上の実信号(xreal)を得るステップと、
前記の工業プロセスの欠陥を同定するために、前記の一つ以上の実信号(xreal)と前記の一つ以上の参照信号(xref)とを比較するステップと、
前記参照信号(xref)から実部(Iref)および虚部(Rref)を得るステップと、
前記実信号(xreal)から実部(Ireal)および虚部(Rreal)を得るステップと、を備えるタイプの工業プロセスの品質を制御する方法であって、
前記参照信号(xref)の前記実部(Iref)および前記虚部(Rref)の間での第一の比較量(Acref、Fref、mFref、mFref_med)を時間の関数として前記参照信号(xref)から計算するステップであって、前記参照信号の参照位相(Fref)と当該参照位相(Fref)の対応する第一の角度の係数(mFref、mFref_med)とを計算するステップを備える、前記第一の比較量(ACref、Fref、mFref、mFref_med)を計算するステップと、
前記実信号(xreal)の前記実部(Ireal)および前記虚部(Rreal)の間での第二の比較量(Acreal、Freal、mFreal)を時間の関数として前記実信号(xreal)から計算するステップであって、前記実信号の実位相(Freal)と前記実位相(Fref)の対応する第二の角度の係数(mFreal)とを計算するステップを備える、前記第二の比較量(ACreal)を計算するステップと、
欠陥(Ga、Gf)の存在に関係した時間位置情報(t1、t2、D)を得るために時間の関数として前記参照位相(Fref)の第一の角度の係数(mFref、mFref_med)と前記実位相(Fref)の第二の角度の係数(mFreal)とを比較することにより、前記第一の比較量(ACref、Fref、mFref、mFref_med)および前記第二の比較量(ACreal、Freal、mFreal)を比較するステップと、を備え、
前記時間位置情報は、前記実位相(Fref)の第二の角度の係数(mFreal)が前記参照位相(Fref)の第一の角度の係数(mFref、mFref_med)よりも小さいかを比較する前記比較ステップでの条件を前記実位相(Fref)の第二の角度の係数(mFreal)が満たすかを確かめて、その結果、欠陥の存在が示される時間窓を含むことを特徴とする工業プロセスの品質制御方法。
【請求項２】
前記の第一の角度の係数(mFref、mFref_med)は、前記参照信号の第一の角度の係数の中間の値(mFref_med)を備えることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記の第一の比較量(ACref、Fref、mFref、mFref_med)を計算するステップが、前記参照信号(xref)の実部(Iref)および虚部(Rref)との間での差の絶対値として得られる、前記参照信号の漸増領域(ACref)を計算するステップを備え、
前記の第二の比較量(ACreal、Freal、mFreal)を計算する(201、202、203)ステップは、前記実信号(xreal)の実部(Ireal)および虚部(Rreal)との間での差の絶対値として得られる、前記実信号の漸増領域(ACreal)を計算するステップ(201)を備えることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
振幅欠陥(Ga)を評価するために、前記時間窓(t1、t2、D)における前記参照信号の前記漸増領域(ACref)の変化振幅を評価するステップと、
前記時間窓(t1、t2、D)における前記実信号の前記漸増領域(ACreal)の変化振幅を評価するステップと、をさらに備えることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記の漸増領域（ACref，ACreal）は、それぞれ虚部(Iref、Ireal)と実部(Rref、Rreal)との間の差の絶対値として計算されることを特徴とする、請求項３又は４に記載の方法。
【請求項６】
前記の参照信号(xref)から実部(Iref)および虚部(Rref)を得るステップと、前記実信号(xreal)から実部(Ireal)および虚部(Rreal)を得るステップの操作は、ヒルベルト変換によって得られることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記工業プロセスがレーザー溶接プロセスであることを特徴とする、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
一つ以上のプロセス・パラメータを測定するためのセンサ手段(7)と、
前記センサ手段(7)によって発せられた出力信号を処理するための電子制御処理装置(8，9)と、を備え、
前記センサ手段(7)によって発せられた出力信号を処理する前記電子制御処理装置(8，9)は、請求項１乃至７に記載の工業プロセスの品質を制御する方法を実行することを特徴とする、工業プロセスの品質を制御するためのシステム。
【請求項９】
電子計算機の記憶部に直接にロード可能であり、製品がコンピューター上で実行されるときに、請求項１乃至７のいずれかに記載された方法を実行するためにソフトウェアコード部分を備えるコンピューター製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、工業プロセスに関係する一つ以上の参照信号を利用可能にするステップと、前記の工業プロセスの品質を示す一つ以上の実信号を得るステップと、前記工業プロセスの欠陥を同定するために一つ以上の実信号と前記一つ以上の参照信号とを比較するステップとを備える、工業プロセスの品質を制御する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工業プロセスにおける欠陥のモニターは、工業製品の品質の分析でのそのインパクトにより増大する経済的な重要性を仮定することである。工業プロセスの品質の評価をオンラインで且つ自動的に得るための能力（ability）は、経済面およびプロセス速度の面から、多くの長所を持つ。したがって、当該システムの望ましい特徴は、オンラインであり且つリアルタイムでの処理と、主な製造欠陥を正確に認識する能力とである。
【０００３】
現在、工業プロセスの品質を認識する問題、およびあらゆる欠陥の同定する問題は、満足いくものでなくてマシンの異なった設定に敏感であるように、エキスパートによって行なわれたオフ・ライン検査によって、またはセンサによって前述の欠陥のうちのいくつかだけを同定する自動方法で、起こる。
【０００４】
特に金属板溶接の場合に、レーザー溶接プロセスのオンライン・モニタリングに例えば適用される、工業プロセスの品質を制御する方法及びシステムが知られている。制御装置は、溶接された領域の孔隙率の存在を評価することができる。すなわち、突き合わせ溶接された（butt-welded）薄い金属板の場合に、重ね合せ（superposition）により、または金属板の分離による欠陥の存在を評価することができる。
【０００５】
使用されているかかるシステムは、高品質接合を示す、プロセスの間に得られた信号と一つ以上の予め決めた参照信号との間の比較に基づく品質管理の基礎をなしている。通常、2と10との間の可変数のかかる参照信号は、高品質接合の複数のサンプルからスタートして、予め決定される。進行（proceeding）のこの方法は、参照信号の生成の瞬間に接合（weld）の品質を証明することができる経験を積んだオペレーターの存在を意味して、時間浪費及び時々材料浪費を伴う(それは参照信号を得るために必要なサンプルを得るために用いられる)。したがって、リアルタイムであり且つ低価格で迅速に作動することができることは、参照信号との比較の後の手順にとっては、同様の手順であるならば（given）、必要であり、時間及びコストの面からそれ自身厄介である。それは現在知られているシステムの中で起こらない。
【０００６】
溶接スポットによって放射された放射光の統計分析の手順による参照の使用を回避する方法、例えば、同じ出願人による特許文献１のものが知られている。しかしながら、これらの方法は、いずれかの欠陥の非常に近似の検出だけを可能にする。
【０００７】
【特許文献１】ヨーロッパ特許出願  EP-A-1275464号公報
【発明の開示】
【０００８】
本発明の目的は、前述の欠点をすべて克服することである。
【０００９】
前記目的を達成する観点から、本発明は、既出の特徴を有する工業プロセスの品質を制御する方法に関し、以下のステップを備えることを特徴としている。すなわち、本発明は、
前記の参照信号から実部と虚部とを得るステップと、
前記の実信号から実部と虚部とを得るステップと、
前記の参照信号から前記の実部および前記の虚部との間の第一の比較量を計算するステップと、
前記の実信号から前記実部および前記虚部との間の第二の比較量を計算するステップと、
欠陥の存在に関係した時間位置（location）情報を得るために前記の第一の比較量および第二の比較量を比較するステップと、を備える。
【００１０】
好ましい実施形態では、前記比較量は、前記の実部および前記の虚部との間の差の絶対値として得られた漸増（cumulative）領域と、前記の実部および前記の虚部によって表わされる複素値（complex value）の位相と、を備える。
【００１１】
当然、本発明は、上記方法を実行する工業プロセスの品質の制御するためのシステムに関する。本発明は、プロセッサーのようなディジタル・コンピューターの記憶部に直接ロード可能であり、製品がコンピューター上で実行されるときに本発明に係る方法を実行するためのソフトウェアコード部分を備えている対応するコンピューター製品に関する。
【００１２】
本発明のさらなる特徴および利点は、添付図面を参照して、単に説明のために提供されて非限定的な例である以下の説明から容易に明白になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明に係る方法は、レーザー溶接方法に関して例示されている。しかしながら、前記のレーザー溶接方法は、本発明に係る工業プロセスの品質を制御する方法に適用することができる工業プロセスの非限定的な例だけを構成する。
【００１４】
図１を参照する。図番10は、全体として、レーザー溶接プロセスの品質の制御システムを示す。その例は、レーザー・ビームによって溶接される二つの金属板2，3の場合を言及している。図番4は、全体として、レンズ5を含む合焦ヘッドを示し、レーザー・ジェネレーター(不図示)によって発生してレンズLを通った後に半透過反射鏡6によって反射されたレーザー・ビームを到着する（arrive）。接合領域によって放射された放射光Eは、反射鏡6を通り抜けて、パソコン9に関係した電子制御処理装置8にその出力信号を送ることのできるフォトダイオードによって構成されたセンサ7によって検出される。
【００１５】
具体的な実施形態では、用いられる半透過反射鏡6は、直径が２インチで、厚さが５mmのZnSe鏡である。センサ7は、190〜1100nmの間のスペクトル感度を備えたフォトダイオード、1.1×1.1mmの能動的な領域および石英鏡である。
【００１６】
図２は、パソコン9に付随した電子制御処理ユニット8をより詳しく示す。前記処理装置8は、センサ7によって送られた信号で作動するアンチエイリアシング（antialiasing）フィルタ11を備える。アナログ・ディジタル変換器を装備した収集（acquisition）カード12を備えている。それはフィルターされた信号をサンプリングし、それをディジタル形式に変換する。かかる収集（acquisition）カード12は、好ましくは、パソコン9に直接に付随する。
【００１７】
また、具体的な実施形態の場合には、収集カード12は、５Ｍｓ/秒の最大収集（acquisition）周波数の、PCカードNI 6110Eのデータ収集カードである。
【００１８】
アンチエイリアシング・フィルタ11は、ローパスフィルタ(例えばButterworth IIRフィルタ)によって信号をフィルタする。
【００１９】
本発明によれば、パソコン9において、フォトダイオード7によって得られた実信号xrealと、前記パソコン9に蓄えられた、不具合のある（defective）接合を表わす参照信号xrefとの間の比較に基づく、品質を制御するための方法が実行される。
【００２０】
参照信号は収集周波数fsで得られる。そして、その結果、参照信号xrefとして得られたサンプルの数がNである間、ナイキストの理論により、信号の周波数帯を値fs/2に関連づけている。
【００２１】
図３は、参照信号xref上で行われる操作（operation）を示すフローチャートを示す。
【００２２】
第一ステップ100において、ヒルベルトの変換（Hilbert transform）の適用によって、参照信号xrefの変換の操作（operation）が実施される。実部Rrefおよび虚部Irefをそれぞれ備える複素（complex）分析的な信号のxref_hを得る。前記の実部Rrefおよび虚部Irefは、図４のa)で示された時間tの関数として示される。
【００２３】
前記の実部Rrefおよび虚部Irefは、参照信号Acrefの漸増（cumulative）領域を計算するステップが実行されるブロック101に、及び、参照信号Frefの位相が計算されるブロック102に、それぞれ並列に入力として送られる。
【００２４】
図４のb)で、定性的に表わされた参照信号Acrefの漸増（cumulative）領域は、複素分析的な信号のxref_hの虚部と実部との間の比較、この場合、振幅の間の比較による評価を構成する。それは、虚部Irefと実部Rrefとの間の差の絶対値として計算される。
Acref＝｜Iref−Rref｜    (1)
【００２５】
時間の関数として参照信号Acrefの漸増（cumulative）領域の一定の増加（growth）は、振幅（amplitude）の欠陥がないプロセスを示す。
【００２６】
したがって、周波数での比較を得るために、図４のc)で定性的に表わされた参照信号Frefの位相は、虚部Irefと実部Rrefとの間の比率のアークタンジェントとして計算される。
Ｆref＝arctg（Iref／Rref）    (2)
【００２７】
参照信号Frefの位相の一定の増加（growth）は、周波数欠陥がないプロセスを示す。
【００２８】
後のブロック103では、時間の関数として参照信号Frefの位相の角度係数mFrefが計算される。後のブロック104では、時間の関数として参照信号Frefの位相の前記角度係数mFrefの平均値mFref medが計算される。
【００２９】
その上で、実信号xrealについて、ヒルベルト（Hilbert）変換の適用によって、変換操作が実施される。実部Rrealおよび虚部Irealをそれぞれ備える、複素分析的な信号xreal_hが得られる。前記の実部Rrealおよび虚部Irealは、時間tの関数として図５のa)に示される。
【００３０】
前記の実部Rrealおよび虚部Irealは、実信号Acrealの漸増領域を計算するステップを実行するブロック201に、及び、実信号Frealの位相が計算されるブロック202に、それぞれ並列に入力として送られる。
【００３１】
図５のb)に定性的に表わされた実信号Acrealの漸増領域は、実信号xrealのヒルベルト（Hilbert）変換の実部Rrealと虚部Irealとの間の差の絶対値として計算される。
Acreal＝｜Ireal−Rreal｜    (3)
【００３２】
実信号Acrealの漸増領域が、鋭い遷移(それは垂直タンジェント(振幅欠陥Gaに関係した)を備えた変曲点である)を示すことは容易に明白である。
【００３３】
図５のc)に定性的に表わされた実信号Frealの位相は、虚部Irealと実部Rrealとの間の比のアークタンジェントとして計算される。
Ｆreal＝arctg（Ireal／Rreal）    (4)
【００３４】
実信号Frealの位相が鋭い遷移（それは周波数欠陥Gfに関係した水平の屈曲（flex）である）を示すことは容易に明白である。
【００３５】
前記の周波数欠陥Gfの時間位置を決定するために、実信号Frealの位相は、時間の関数として実信号Frealの位相の角度係数mFrealが計算されるブロック203に送られる。
【００３６】
実信号Frealの位相の前記の角度係数mFreal、およびブロック104で計算された参照信号Frefの位相の角度係数mFref_medは、比較ブロック204に送られる。比較ブロック204は、瞬時（instant）t1およびt2を出力する。図５のd)に示されるように、実信号Frealの位相の角度係数mFrealは、参照信号Frefの位相の角度係数mFref_medよりも大きい。前記の瞬時t1およびt2は、時間長さDを備えた時間ウィンドウ（time window）を規定する。述べたように、信号がサンプリングされるので、実質的に、比較ブロック204の条件（condition）が確認され（verified）、従って、周波数欠陥Gfが存在する多くのサンプルを示す。
【００３７】
その後、前記の瞬時（instance）t1およびt2は、実信号Acrefの漸増領域を受け入れて、時間長さDの時間ウィンドウで欠陥振幅adrealを評価するブロック205と、入力として参照信号の漸増領域Acrefを受け入れるブロック206と、に並列に入力としてそれぞれ提供される。それで、時間長さDの時間ウィンドウにおいて参照振幅adrefが評価される。前記のブロック105およびブロック205によって行なわれた操作に関するタイム・チャートは、図５のf)および図５のg)にそれぞれ示される。したがって、欠陥のサイズおよび種類（nature）に関する追加情報を得るために、パソコン9に付随した電子制御処理ユニット8によって、参照振幅adrefおよび欠陥振幅adrealを比較する追加の処理作業を行なうことは連続的に可能である。
【００３８】
この比較処理は次の方法で達成される。参照信号Acref、および実信号Acrealの漸増領域を得た後に、参照信号Acrefの漸増領域の最大の垂直の変化は、刻々と（instant by instant）計算される。その後、実信号Acrealの漸増領域が分析される。また、この信号における垂直方向の変化は、参照信号Acrefの漸増領域に対する最大計算値と比較される。その結果、振幅欠陥は強調される。
【００３９】
このように、上記方法は、時間領域に欠陥を配置する（locate）ことを可能にする。当該方法は、他の領域での変換を用いずに、時間領域の中で常に動作する（operate）ので、好ましくは、当該配置操作はより正確である。さらに、領域変換の欠如は、処理システムでのより容易でそれほど高価でない実施を可能にする。例えば、上記方法を実行するためのFPGA回路は、非常に単純化される。
【００４０】
当然に、本発明の原理を変更せずに、構造の細部および実施形態は、本発明の範囲を逸脱することなく、単に実施例として本願に記載され図示されたものを広く変更してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明に係る方法を実行するシステムを示すブロック図である。
【図２】図1のシステムの細部を示す。
【図３】本発明に係る方法の操作を表わすフローチャートである。
【図４】本発明に係る方法によって処理された第一の参照量に関する複数のタイム・チャートを示す。
【図５】本発明に係る方法によって処理された第二の参照量に関する複数のタイム・チャートを示す。
【符号の説明】
【００４２】
２  金属板
３  金属板
４  合焦ヘッド
５  レンズ
６  半透過反射鏡
７  センサ
８  電子制御処理ユニット
９  パソコン
１０  制御システム
１１  アンチエイリアシング（antialiasing）フィルタ
１２  収集カード
【図１】
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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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