Technisches Umfeld
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Viellagenschweißen gemäß
dem Oberbegriff des Anspruches 1 (US-A-4,508,953).
Technischer Hintergrund
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Schweißroboter kommen nun vielerorts zum Einsatz, da sie Aufgaben wie
Arbeitseinsparung, Qualitätsverbesserung oder Verbesserung in Umgebungs
bedingungen von Schweißarbeit oder ähnlichem erfüllen, und zwar anstelle von
herkömmlicher Schweißarbeit, welche auf Erfahrungen oder Eingebung eines
Betätigers beruht. Unter den Schweißbetrieben, welche durch den
Schweißroboter durchgeführt werden, ist das Viellagenschweißen ein sehr wichtiger Betrieb,
um eine Stärke eines geschweißten Abschnittes zu sichern, hat jedoch viele
technische Schwierigkeiten.
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Als Stand der Technik wird angegeben die japanische Offenlegungsanmeldung
(Kokai) Nr. 58(1983)-188572 (entsprechend der US-Patent Nr.4,508,953).
Generell wird in dem Viellagenschweißbetrieb die erste Lage gemäß der
Spurfunktion geschweißt, und daher tritt eine Abweichung zwischen einem
angewiesenen Pfad und einem aktuellen Schweißpfad auf. Selbst wenn ein angegebener
Pfad als ein Referenzpfad zum Bestimmen von Pfaden für zweite und folgende
Lagen verwendet wird, ist die Spur- bzw. Spurgebungsfunktion notwendig für
die zweite und folgende Lagen ähnlich zu der ersten Lage. Jedoch, in zweiten
und folgenden Lagen ist die erste Lage bereits schweißgut- bzw. gußgefüllt und
somit kann eine Stromvariation iiicht erhalten werden. Dementsprechend ist eine
Rillenpositionsinformation nicht bekannt.
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Aus diesem Grund wird als ein Verfahren, welches keine Spurfunktion für die
zweiten und folgenden Lagen verwendet, ein Verfahren verwendet zum
Speichern eines aktuellen Schweißpfades, wenn die erste Lage geschweißt wird, und
zum Bestimmen von Pfaden für die zweiten und folgenden Lagen auf der Basis
des gespeicherten Pfades. Als ein solches Verfahren besteht ein Verfahren zum
Überlagern der Orte, wenn die erste Lage geschweißt wird, um Punkte des
angegebenen Pfades anzugeben und zu speichern als ein Punkt, welcher wäh
rend dem aktuellen Schweißen durchschritten wird, und zum Generieren eines
aktuellen Schweißpfades an dem gespeicherten Punkt, wie es in der zuvor
genannten japanischen Patentoffenlegungsanmeldung (Kokai) Nr.
58(1983)188572 vorgeschlagen wird.
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Jedoch, in dem Fall, in welchem generell die Spurfunktion verwendet wird, folgt
eine Schweißlampe bzw. ein Schweißbrenner einer aktuellen Schweißlinie mit
Unebenheiten bzw. Ungleichheiten unter den Spurbedingungen, und daher wird
in dem zuvor erwähnten Verfahren, in dem Fall, in welchem der aktuelle
Schweißpfad maßgeblich auf der Basis des durchschrittenen Punktes während
dem aktuellen Schweißen definiert ist, d.h. in dem Fall, in welchem die
angewiesenen Punkte durch zwei durchschrittene Punkte definiert sind, die Unebenheit
in den Daten der durchschrittenen Punkte enthalten sein, und als ein Ergebnis
wird ein Fehler zwischen der Originalschweißlinien auftreten.
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Insbesondere wie es in Figur 1 gezeigt ist, tritt ein Fehler in dem erhaltenen
aktuellen Schweißpfad (angegeben durch die gestrichelte Linie zwischen x und
x) auf, und zwar unabhängig von dem Vorhandensein oder dem
Nichtvorhandensein einer positionsmäßigen Ableitung bzw. Abweichung zwischen dem
angewiesenen Pfad und der aktuellen Schweißlinie (eine Kurve, welche durch die
Vollinie angedeutet ist). Dementsprechend, wenn der aktuelle Schweißpfad
durch das herkömmliche Verfahren bestimmt ist, um Pfade der zweiten und
folgenden Lagen unter Verwendung des aktuellen Schweißpfades als eine
Referenz zu bestimmen, wird ein Fehler in der ersten Lage in der letzten Lage
enthalten sein.
Zusammenfassung der Erfindung
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Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Durchführen
eines Viellagenschweißens mit hoher Genauigkeit anzugeben.
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Inbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Berechnung zum
Vorbereiten eines Ortes bzw. einer Ortskurre der ersten Lage zu verwenden, um
den zuvor genannten Fehler zu vermeiden, wodurch das Viellagenschweißen mit
hoher Genauigkeit durchgeführt wird.
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Zum Lösen der obigen Aufgabe wird gemäß der Erfindung das
Viellagenschweißen gemäß einem Schweißpfad welcher eine Interpolation einer Vielzahl von
angewiesenen Punkten durch eine geeignete Linie ist, durchgeführt durch
Speichern von N Koordinaten, welche aktuell ein Schweißbrenner in dem
Schweißbetrieb der ersten Lage an den angewiesenen Punkten durchschreitet,
Berechnen und Speichern von approximierten bzw. genäherten geraden Linien und
approximierten Kurven unter Verwendung eines kleinsten
Fehlerquadratverfahrens an den angewiesenen Punkten auf der Basis der gespeicherten N
Koordinaten an den angewiesenen Punkten und Berechnen von Punkten an jeder der
approximierten geraden Linien oder approximierten Kurven auf der Basis des
Abstandes der angewiesenen Punkte, um jeden aktuellen Schweißpfad durch die
Punkte zu definieren.
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In der vorliegenden Erfindung wird die aktuelle Schweißlinie in dem folgenden
Verfahren berechnet.
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(1) Speichern von N Koordinaten, welche aktuell bzw. tatsächlich durch einen
Schweißbrenner bei dem Schweißbetrieb einer ersten Lage angenommen
werden, und zwar bei den angewiesenen Punkten.
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(2) Approximierte gerade Linien werden berechnet und gespeichert unter
Verwendung des kleinsten Quadrates bzw. Fehlerquadrates auf der Basis
der N in (1) gespeicherten Koordinaten.
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(3) Ein Punkt an jeder approximierten geraden Linie wird berechnet auf der
Basis des Abstandes der angewiesenen Punkte, wobei diese Punkte
Punkte sind, welche zum Definieren jedes aktuellen bzw. tatsächlichen
Schweißpfades verwendet werden.
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In dieser Weise kann der Schweißpfad der ersten Lage als eine Referenz für den
aktuellen Schweißpfad der zweiten und folgenden Lagen bzw.Schichten mit
hoher Genauigkeit definiert werden, und somit kann die Senkung der
Schweißgenauigkeit, bedingt durch das Aufsummieren bzw. Ansammeln von Fehlern
vermieden werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Fig. 1 ist eine explanatorische Ansicht, welche eine Abweichung
zwischen einem aktuellen Schweißpfad und einem angewiesenen Pfad
in einem herkömmlichen Verfahren und einem aktuellen
Schweißpfad, erhalten durch ein Verfahren gemäß der Erfindung zeigt.
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Fig. 2 ist eine explanatorische Ansicht eines Viellagenschweißens.
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Fig. 3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Ausführungsform der
Erfindung zeigt.
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Fig. 4 ist ein Flußdiagramm, welches die Verarbeitung durch ein
Verfahren des kleinsten Fehlerquadrates der Erfindung zeigt.
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Fig. 5 ist ein Flußdiagramm, welches die Verarbeitung in einer Verbindung
zwischen Schritten zeigt.
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Fig. 6 ist eine explanatorische Ansicht eines Verbindungspunktes.
Bevorzugte Ausführungsform der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung wird im Detail in Verbindung mit den
Ausführungsformen beschrieben.
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Fig. 3 ist ein Steuerdiagramm, welches ein Beispiel einer Konfiguration einer
Viellagenschweißvorrichtung gemäß der Erfindung zeigt.
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Die gesamte Vorrichtung ist aufgeteilt in einen menschlichen Schnittstellenblock
1 und einen Trajektoriensteuerblock 2, wobei beide durch einen
Zweianschlußspeicher gekoppelt sind. Der Mensch-Schnittstellenblock 1 hat einen CRT 12,
ein Betriebspanel 13 und eine Lehr- bzw. Anweisungsbox 14, welche damit
unter Verwendung eines periphären Steuerabschnittes 11 als ein Steuer- bzw.
Regelabschnitt verbunden ist.
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Der Trajektoriensteuerblock 12 hat einen Berechnungsabschnitt 22, einen
Sensorsteuerabschnitt 23, einen Hilfssteuerabschnitt 24 und einen
110-Steuerabschnitt 25, welcher damit unter Verwendung eines
Bewegungssteuerungsabschnittes 21 als einem Steuer abschnitt verbunden ist.
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Jobs, welche von der Anweisungsbox 14 oder dem Betriebspanel 13 erfaßt
sind, werden in dem 2-Anschlußspeicher 3 gespeichert, und wenn dem Roboter
eine Startanweisung gegeben wird, wird der bezeichnete Job eingelesen und
durch den Bewegungssteuerabschnitt 21 ausgeführt.
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Der Steuerabschnitt 23 wird synchron mit der Durchführung verarbeitet. N
Koordinaten werden darin gespeichert (Ersteinrichtung).
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Der Berechnungsabschnitt 22 führt die Verarbeitung zum Berechnen der
Koordinaten des Roboters durch und bestimmt eine Schweißlinie (zweite und dritte
Einrichtung).
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Fig. 4 zeigt ein Flußdiagramm eines Verfahrens des kleinsten Quadrates bzw.
kleinsten Fehlerquadrates, welches in der vorliegenden Erfindung verwendet
wird. Verarbeitung zwischen Schritten wird zu jedem Steuerimpuls durchgeführt.
Schritt 100: Initial
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Hier wird beurteilt, ob es sich um einen Start der anfänglichen bzw. initialen
Bewegung an den angewiesenen Punkten handelt.
Schritt 110: Vorbereiten der Berechnungen der interpolation
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Hier wird die dividierte Anzahl N als der Wert erhalten, welcher erhalten wird
durch Dividieren des Abstandes zwischen zwei Punkten durch die
Geschwindigkeit, und die Zählzahl k eines Zählers wird auf 0 zurückgestellt.
Schritt 120: Berechnung der Probennahmeintervalle für ein Verfahren des
kleinsten Fehlerquadrates
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Hier wird die Initialisierung von relevanten Daten, welche weiter unten
aufgeführt sind, durchgeführt.
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Σt = 0, Σt² = 0
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Σx = 0, Σy = 0, Σz = 0
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Σxt = 0, Σyt = 0, Σzt = 0
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Probenzählnummer sk = 0
Schritt 130:
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Hier wird der Zählnummer k "1" zugeführt, um die folgende Verarbeitung
durchzuführen.
Schritt 140:
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Hier wird die Interpolationsberechnungsverarbeitung unter Verwendung eines
bekannten Verfahrens durchgeführt.
Schritt 150:
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Hier werden kleine korrigierte Beträge ΔX, ΔY und ΔZ an einem rechtwinkligen
Koordinatensystem von einem Sensor übertragen, Und die Steuerpunkte werden
somit korrigiert.
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Zu dieser Zeit werden zunächst x, y und z als derzeitige Werte verwendet.
Schritt 160: Probennahmeposition
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Hier werden zwei Punkte der Probennahmeposition an gleichen Intervallen
gemäß der Anzahl der Probennahmen unterworfen.
Schritt 170:
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Hier wird die Berechnung der Vorbereitung vor der Berechnung (Schritt 190)
durch ein Verfahren des kleinsten Fehlerquadrates durchgeführt.
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Probennahme- bzw. Meßpunkte können aufeinanderfolgen bzw. sukzessive in
einem Speicher gespeichert werden, und schließlich kann die Berechnung durch
ein Verfahren des kleinsten Fehlerquadrates für sämtliche durchgeführt werden.
Jedoch wird dieser Schritt verwendet, um die Berechnung durchzuführen, um
Speicher- und Berechnungszeit einzusparen. D.h., mögliche Berechnung wird
während der Probennahme durchgeführt, um die Berechnung von
Konzentrationen bei bestimmter Zeitgebung zu vermeiden.
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"1" wird zu dem Zähiwert sk des Probennahmezählers addiert.
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Σt = Σt + k/N,
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Σt² = Σt² + (k/N)²
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Σx = Σx + x, Σy + y, Σz + z,
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Σxt = Σxt + x X (k/N),
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Σyt = Σyt + y X (k/N),
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Σzt = Σzt + z X (k/N)
Schritt 180:
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Wenn die dividierte Nummer bzw. Anzahl N kleiner ist als die Proben- bzw.
Meßnummern, wird die Verarbeitung des Schrittes 190 durchgeführt.
Schritt 190:
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Hier wird eine gerade Linie (Startpunkt: x&sub0;, y&sub0;, z&sub0; und Richtungscosinus: l, m, n)
durch ein Verfahren des kleinsten Fehlerquadrates erhalten.
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wk = sk X Σt² - (Σt)²
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ax= {(sk X Σx - Σx X Σt)/wk} * (k/N)
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ay= {(sk X Σy - Σy X Σt)iwk} * (k/N)
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az= {(sk X Σz - Σz X Σt)/wk} * (k/N)
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D = ax² + ay² + az²
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l = ax/D, m = ay/D, n = az/D
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x&sub0; = x - ay, Y&sub0; = y - ay, z&sub0; = z - az
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Aus dem obigen können der Startpunkt der geraden Linie und der
Richtungscosinus erhalten werden.
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Fig. 5 zeigt einen Verbindungsfluß zwischen Schritten. Wie für den
Verbindungsfluß, wie in Fig. 6 gezeigt ist, wenn Punkte P&sub0;, P&sub1;, P&sub2; angewiesen sind und
gerade Linien a und b einem Abtast- bzw. Sensorbetrieb unterliegen, werden
aktuelle Orte, welche durch ein kleinstes Fehierquadratverfahren erhalten werden
zu a' und b', in welchem Fall es nötig ist, einen aktuellen Punkt P&sub1;',
entsprechend P&sub1;, zu erhalten. Dieser Punkt P&sub1; wird Verbindungspunkt zwischen
Schritten genannt. Eine Verarbeitung zum Erhalten des Verbindungspunktes wird
Verbindungsfluß genannt.
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Mittelpunkte einer gemeinsamen senkrechten Linie von zwei geraden Linien
werden an dem Abstand erhalten.
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Mittelpunkte (px, Py, Pz) einer geraden Linie L&sub1;, (x&sub1;, y&sub1;, z&sub1;, l&sub1;, m&sub1;, n&sub1;) und eine
gerade Linie L&sub2; (x&sub2;, Y&sub2;, z&sub2;, l&sub2;, m&sub2;, n&sub2;) werden erhalten durch:
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cosθ = l&sub1;l&sub2; + m&sub1;m&sub2; + n&sub1;n&sub2;
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sin²θ = 1 - cos²θ
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wobei θ ein Winkel ist, welcher zwischen L&sub1; und L&sub2; gebildet ist.
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Dx= x&sub2; - x&sub1;, Dy = Y&sub2; - Y&sub1;, Dz = z&sub2; - z&sub1;
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R&sub1; = l&sub1;Dx + m&sub1;Dy + n&sub1;Dz
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R&sub2; = l&sub2;Dx + m&sub2;Dy + n&sub2;Dz
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S = (R&sub1; - R&sub2;cosθ)/sin²θ
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T = (R&sub1;cosθ - R&sub2;)/sinθ
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P&sub1;: Ein Schnittpunkt zwischen der geracien Linie L&sub1; und der gemeinsamen
senkrechten Linie.
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P1x = x&sub1; + S X l&sub1;
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P1y = Y&sub1; + S X m&sub1;
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P1z = z&sub1; + S X n&sub1;
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P2: Ein Schnittpunkt zwischen der geraden Linie L&sub2; und der gemeinsamen
senkrechten Linie.
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P2x = x&sub2; + T X l&sub2;
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P2y = y&sub2; + T X M&sub2;
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P2z = z&sub2; + T X n&sub2;
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Punkt P
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Px = (P1x + P2x)/2
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Py = (P1y + P2y)/2
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Pz = (P1Z + P2z)/2
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Aus dem obigen wird ein Durchgangspunkt entsprechend dem angewiesenen
Punkt, welcher aktuell bewegt wird, erhalten, und der erhaltene Punkt ist
verschoben und betätigt, um somit das Viellagenschweißen möglich zu machen.
Fig. 1 zeigt einen Vergleich zwischen dem aktuellen Schweißpfad, welcher durch
das oben beschriebene Verfahren erhalten wird und dem eines herkömmlichen
Verfahrens.
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Wie oben erwähnt, werden gemäß der Viellagenschweißvorrichtung der
Erfindung beim Viellagenschweißen mit der Spurfunktion im Schweißen der ersten
Lage die Koordinaten in der Anzahl von N aktuell durch einen Schweißbrenner
durchschrittenen Punkte an den angewiesenen Punkten in dem Schweißbetrieb
der ersten Lage gespeichert, approximierte gerade Linien und approximierte
gekrümmte Linien werden berechnet durch ein Verfahren des kleinsten
Fehlerquadrates an den angewiesenen Punkten auf der Basis der N Koordinaten, und
die angewiesenen Punkte werden durch eine geeignete Linie interpoliert, und
zwar bezüglich Koordinaten, welche erhalten werden durch Addieren eines
vorbestimmten Verschiebungsbetrages zu den approximierten
Koordinatenwerten, um einen Schweißpfad zu bestimmen. Somit wird der aktuelle Schweißpfad
erhalten, selbst wenn unstabile Faktoren in der Spurfunktion auftreten, und
somit kann die Berechnung auf der Basis des aktuellen Schweißpfades der
zweiten und folgenden Lagen erfolgen, um einen Schweißpfad zu bestimmen,
wodurch exzellente Schweißqualität erhalten wird. Es ist zu erwähnen, daß die
Spurfunktion der zweiten und folgenden Lagen nicht notwendig ist.
Industrielle Anwendbarkeit
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Die vorliegende Erfindung kann in dem Feld verwendet werden, in welchem eine
dicke Platte oder ähnliches Viellagenschweißen unter Verwendung eines
Schweißroboters unterworfen wird.