JPH0570552B2 - - Google Patents

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JPH0570552B2
JPH0570552B2 JP58503385A JP50338583A JPH0570552B2 JP H0570552 B2 JPH0570552 B2 JP H0570552B2 JP 58503385 A JP58503385 A JP 58503385A JP 50338583 A JP50338583 A JP 50338583A JP H0570552 B2 JPH0570552 B2 JP H0570552B2
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welding
groove
scanning
camera
torch
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Ronarudo Deii Buraun
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Caterpillar Inc
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Publication of JPH0570552B2 publication Critical patent/JPH0570552B2/ja
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K9/00—Arc welding or cutting
    • B23K9/095—Monitoring or automatic control of welding parameters
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23Q—DETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q35/00—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually
    • B23Q35/04—Control systems or devices for copying directly from a pattern or a master model; Devices for use in copying manually using a feeler or the like travelling along the outline of the pattern, model or drawing; Feelers, patterns, or models therefor
    • B23Q35/08—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work
    • B23Q35/12—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means
    • B23Q35/127—Means for transforming movement of the feeler or the like into feed movement of tool or work involving electrical means using non-mechanical sensing

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Plasma & Fusion (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Laser Beam Processing (AREA)

Description

請求の範囲 １ 単色光の光スポツトを溶接開先を規定する加
工面90°未満の入射角で投射し且つ前記光スポツ
トを溶接開先に対して横方向に延びる光スポツト
走査経路に沿い第１の反復速度で反復的に移動さ
せる光スポツト移動手段１０； 前記走査経路に沿い光スポツトの反射後の強度
の変化を検出するために光スポツト走査経路を第
１の反復速度より高い第２の反復速度で反復的に
走査する走査手段１２； ３軸位置座標を基準とする光スポツト反射の最
大強度の位置に応答して一連のデジタル出力信号
を発生させる信号発生手段３６；および 該デジタル出力信号の受信に応答して該光スポ
ツト走査経路に沿い溶接開先の形態を表わす信号
を発生させるプロセツサ手段２８ を具備する適応形溶接装置。
２ 走査手段１２は、ラスタースキヤン形TVカ
メラを含む、請求の範囲第１項記載の装置。
３ 走査手段１２に取付けられて単色光の波長の
光のみを透過するフイルタ９０をさらに具備する
請求の範囲第２項記載の装置。
４ 光スポツト移動手段１０は、第１の光学軸３
４に沿つて該光スポツトを投射し、走査手段１２
は第１の軸に対し所定の角度をもつ第２の光学軸
に沿つて光スポツト反射を観察する、請求の範囲
第１項記載の装置。
５ 光スポツト移動手段１０は、レーザ光源８６
を含む、請求の範囲第１項記載の装置。
６ 信号発生手段３６は、１回の走査中の光スポ
ツト反射の最大強度を識別する識別手段６４と、
光スポツト反射の最大強度の相対位置を測定する
測定手段６２，７２，７４とを含む、請求の範囲
第１項記載の装置。
７ プロセツサ手段２８は、走査領域における開
先の面積を計算するようにプログラムされたデジ
タルコンピユータを含む、請求の範囲第１項記載
の装置。
８ プロセツサ手段２８は、光スポツト移動手段
１０に接続され且つ光スポツト走査速度を制御す
る、請求の範囲第１項記載の装置。
９ 光スポツト移動手段１０及び走査手段１２を
それぞれの場所に担持する可動のプラツトフオー
ム手段１６、及び走査手段１２の位置から離間す
る可動のプラツトフオーム手段１６上の位置に溶
接軌道に沿つて取付けられる溶接トーチ１４を含
み、前記トーチは光スポツト走査経路から水平方
向に離間する垂直方向軸(Z)を有する請求の範囲第
１項記載の装置。
１０ 溶接軌道の平面内のＸ軸及びＹ軸と、溶接
トーチ１４を通つて延びるＺ軸とに沿つて可動の
プラツトフオーム手段１６を移動させるプラツト
フオーム移動手段１００，１０２，１０４，１０
８を含む、請求の範囲第９項記載の装置。
１１ 可動のプラツトフオーム手段１６をＺ軸に
関して回転させるプラツトフオーム回転手段１１
０を含む、請求の範囲第１０項記載の装置。
１２ 可動のプラツトフオーム手段１６を溶接軌
道に対して制御可能に位置決めするサーボ駆動手
段４６を含む、請求の範囲第１１項記載の装置。
技術分野 本発明はレーザのテレビジヨンスキヤナを有す
る適応形の溶接装置に関する。また本発明は、幾
つかの溶接変数の制御を通して開先充填動作
（groove filling operation）を適用する制御する
ために使用されるデータを提供するため及び溶接
開先追跡機能（weld groove tracking
function）を提供するために溶接開先（weld
groove）を光学的に走査する装置に関する。
背景技術 種々の製品の製造は大規模の複雑な溶接物の生
産を必然的にともなう。その例は、重い機械用の
ハウジング、および、地ならし機械のフレーム要
素である。そのような製造は、溶接シーム又は溶
接開先を規定するために溶接の部片を、所望の突
合せ、整列または適合の状態になるように治具に
よる位置調整を行うことと、及び溶接シーム又は
溶接開先を溶接材料で充填することとを必然的に
ともなう。
スポツト溶接は自動化された設備により普通に
実行されるが、長時間の開先充填の操作は手動で
実行されることがより一般的であり、すなわち、
操作者が開先又はシームに沿つて溶接トーチを案
内し、電圧、トーチ速度及び溶接材料（代表的に
ワイヤ）の流れ供給速度等のパラメータを手動で
制御する。
先行技術は、充填すべき場所の光学的分析を伴
なう開先又はシーム追跡により複雑な溶接作業を
自動化する努力を示している。
1976年８月24日発行のWestbyの特許第3976382
号、「表面の幾何学的形状を測定する方法および
装置」は、溶接開先に影を投射する光学系を開示
し、溶接充填動作を制御するのに使用できる断面
データを提供するためにこの影をTVカメラで観
察することができる。
1977年５月３日発行のEllsworthほかの特許第
4021840号、「縫合部追跡溶接システム」は、縫合
部（シーム）又は開先との遮断点を示す電圧パル
スを発生するために溶接シーム又は溶接開先を走
査するラスタースキヤンTVシステム、すなわち
密に配列された平行線からなる走査線パターンを
用いるTVシステム、を開示する。それらのパル
スはサーボ駆動装置を介して追跡機能を制御する
ために使用することができる。
1970年10月６日発行のWebbの特許願第
3532807号、「自動閉回路テレビジヨンARC制御」
はTVモニタと、誘導又は追跡システムとを使用
する溶接システムをさらに開示する 先行技術のシステムは、いずれも、溶接トーチ
の制御が容易に達成されるように溶接領域の物理
的パラメータを表わす完全且つ正確なデータを発
生するという問題に十分に取組んでいない。本発
明はこの問題に取組み、これを解決する。
本発明の目的は上述のような問題の１つ又は幾
つかを克服することである。
発明の開示 本発明においては、単色光の光スポツトを溶接
開先を規定する加工面に90°未満の入射角で投射
し且つ前記光スポツトを溶接開先に対して横方向
に延びる光スポツト走査経路に沿い第１の反復速
度で反復的に移動させる光スポツト移動手段１
０； 前記走査経路に沿い光スポツトの反射後の強度
の変化を検出するために光スポツト走査経路を第
１の反復速度より高い第２の反復速度で反復的に
走査する走査手段１２； ３軸位置座標を基準とする光スポツト反射の最
大強度の位置に応答して一連のデジタル出力信号
を発生させる信号発生手段３６；および 該デジタル出力信号の受信に応答して該光スポ
ツト走査経路に沿い溶接開先の形態を表わす信号
を発生させるプロセツサ手段２８； を具備する適応形溶接装置、が提供される。
本発明の第１の形態によれば、溶接プロセスの
適応制御が可能であるように溶接軌道を走査し且
つ溶接領域の位置及び形状を表わすデータを提供
する改良された光学装置が提供される。これは、
加工品に投射され、溶接軌道に対して横方向に走
査する単色光スポツト、及びスポツト経路を反復
的に走査し、溶接領域のデジタルデータプロフイ
ルを発生させる走査システムを提供することによ
り達成される。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による適応形溶接システムの
ブロツク線図； 第２図Ａは、第１図のシステムにおける光学装
置の光スポツト及びTV走査機能を示す詳細な
図； 第２図Ｂは、第２図Ａにより示唆される走査方
式で第１図の装置を使用するデジタル溶接の開光
走査を示す図； 第３図は、第１図の光学系とデータプロセツサ
の実施例との間のインタフエイスの詳細なブロツ
ク線図； 第４図Ａ，Ｂは、本発明の好ましい実施例にお
いて使用されるソフトウエアの一部のフローチヤ
ートを示す図； 第５図は、第１図の実施例の幾つかの光学的構
成要素及び機械的構成要素のための往復台装置の
側面図； 第６図は、第１図から第４図のシステムを具現
化した３軸溶接装置の斜視図である。
発明を実施するための最良の形態 詳細な記述 適応形自動溶接のための３軸システムが第１図
に示されている。レーザプロジエクタ１０及び
General Electric TN 2500などのラスタースキ
ヤン形TVカメラ、すなわち密に配列された平行
線からなる走査線パターンを用いるTVカメラ１
２は基本光学系を構成し、固定支持体２０に載置
される加工品１８に対して被制御運動すように可
動のプラツトフオーム１６ａ，１６ｂ上にMIG
（metal inert gas）形ワイヤ溶接トーチ１４と共
に取付けられる。支持体２０は３軸（デカルト）
座標系の中にあり、この座標系のＺ軸、すなわち
垂直方向軸はトーチ１４の中心線に沿つて延出し
ている。プラツトフオームの部分１６ａ及び１６
ｂの間の破断は、トーチ１４より約10.16cm（約
４インチ）だけ先行する位置にある光学系がトー
チのＸ、Ｙ座標を妨害することなく溶接開先に従
つて動くことができるようにプロジエクタ１０及
びスキヤナ１２をＺ軸に関して回転自在又は「旋
回」自在にする第４番目の自由度を示す。
プラツトフオーム１６は、２２で示されるよう
にプラツトフオーム１６を加工品１８の溶接開先
に従うように所望の方向へ、所望の程度に、所望
の速度で移動させる軸駆動モータ２４に機械的に
連結される。エンコーダ２６は、プラツトフオー
ム１６のＸ、Ｙ、Ｚ軸に沿つた及びＺ軸に関する
指令位置と実際位置との関係を追跡し続けるため
にモータ２４の回転の程度及び方向を従来のサー
ボ位置決め方式で監視する。
Intel 8085デジタルコンピユータ２８は、以下
に第２図及び第３図を参照してさらに詳細に説明
するように単色光のビーム３４を加工品１８にあ
る角度で投射し且つ溶接開先に沿つて制御速度で
直線的に移動させるために、デジタル／アナログ
変換器３０及び増幅器３２を介してプロジエクタ
１０内の検流計式反射鏡駆動装置に接続される。
加工品１８の表面からのビーム３４の反射は、同
様に第２図及び第３図に関してさらに詳細に説明
するように、制御された時間間隔におけるレーザ
ビーム反射のピーク強さ位置を表わすデータを
Intel 8085コンピユータ２８に提供するためにイ
ンタフエイス３６により動作されるデジタルデー
タストリームを発生するためTVカメラスキヤナ
１２により受信される。
Intelコンピユータ２８は、このデータから一
連の10個の信号を発生させ、それらの信号をRS
−232Cデータリンク４０を介してLSI−11コンピ
ユータ３８に供給する。10個の信号は下記の通り
である： (1) レーザスキヤナに沿つた溝領域の中心のＸ、
Ｙ座標； (2) 開先の左側縁部のＸ、Ｙ座標； (3) 開先の右側縁部のＸ、Ｙ座標； (4) 左側縁部のＺ座標； (5) 右側縁部のＺ座標； (6) 開先の深さ； (7) 開先の面積； (8) 検査合計； (9) メツセージ終了；及び (10) 同期信号。
これらのデータから、LSI−11コンピユータ３
８は、軸サーボ機構４６に対しては追跡のため
に、また、溶接システム５０，５２，５４に対し
ては充填パラメータの制御のために必要な出力を
発生させる。さらに詳細には、コンピユータ３８
は、モータ２４をスキヤナ１２から見て溶接開先
に沿つてトーチ１４を案内するように、モータ２
４を動作させるためにＸ、Ｙ、Ｚ及びＣ（スウイ
ング）軸駆動装置４６に速度信号を提供するよう
にバス４２を介してＤ／Ａ変換器４４に接続され
る。スキヤナ１２はトーチ１４より約10.16cm
（約４インチ）先行しているように見えるので、
コンピユータ３８のリングバツフア３９に約20個
の位置指令の記憶がなされ、それらはプラツトフ
オーム１６を所望の速度で移動させるために必要
に応じて先入れ先出し方式（FIFO方式）で軸駆
動装置４６へ出力される。カウンタ４８は、座標
系内におけるトーチ１４及びプラツトフオーム１
６の現在の位置を表わすエンコーダ２６からの位
置増分パルスの現在のカウントを維持する。この
データは、位置指令との比較のため及び従来のサ
ーボ方式による誤差信号の発生のためにバス４２
を介してコンピユータ３８へフイードバツクされ
る。
コンピユータ３８は、所望の最終結果に従つ
て、溶接パラメータを変化させるため、たとえば
あらかじめ設定されたある所定の充填パーセンテ
ージを達成するために溶接−充填の制御の信号を
変換器４４を介して溶接動力制御装置５０及びワ
イヤ駆動ユニツト５２にさらに提供する。制御装
置５０、ユニツト５２及び溶接ガス制御ソレノイ
ド５４は全て、それらの装置がコンピユータ３８
による制御のための状態にあるか否かをコンピユ
ータ３８に通知するためにＩ／Ｏユニツト５６を
介してバス４２に接続される押しボタンなどのオ
ン／オフ制御器を有する。オン／オフ押しボタン
は、図面には装置自体にあるように示されている
が、通常は実際の遠隔制御パネルに取付けられ
る。
手動スイツチ入力、テープ駆動入力及びキーボ
ード入力などの従来の外部入力はユニツト５８及
びそれと関連するインタフエイス６０を介して入
力されればよい。
追跡機能及び溶接−充填機能の同時協調制御は
接続特性の選択に可変性を与えるのみならず、シ
ステムが溝自体の相当に広範囲にわたる変化を補
償できるようにするので重要な特徴である。たと
えば、最終溶接に先立つて部品を一体に保持する
ために開先に沿つて数個所の仮付け溶接を手作業
で実施するのが一般的であり、本発明のシステム
はそれらの仮付け溶接の材料肉盛を溶接面積の変
化として検出し、過充填を防ぐために各仮付けの
領域における溶接速度を変化させる。
第２図Ａ及び第２図Ｂを参照して、ユニツト１
０及び１２により提供される投射動作および走査
動作の空間的特性、およびタイミング特性が説明
される。レーザビームは、開先と平行な平面にお
いて測定したときに垂線から約25〜30度の角度で
加工品１８に投射される。スポツトは開先を横切
る経路を進む。すなわち、ビームは溶接開先と交
差する第２の平面を走査する。次に、前述の検流
計式反射鏡駆動装置を介してスポツトは急速に当
初の位置へ戻され、開先を繰返し走査し、開先を
横切るように進む。通常、プラツトフオーム１６
は開先に沿つて移動しているので、結果として得
られるパターンはプラツトフオームの進行方向に
離間する開先を横切る一連の平行なストライプで
ある。
他方において、TVスキヤナカメラ１２は、本
質的に垂直の観察軸を有し、該TVスキヤナカメ
ラにおいて、画素が、順次測定される画素の走査
通路がレーザスポツトの走査通路の方向に垂直で
あるように、規則的な間隔で測定される。投射角
度と観察角度との間に25度の差があるため、TV
カメラスキヤナがレーザスポツトを遮断する任意
の与えられたラスタースキヤンに沿う点はプロジ
エクタ１０から反射面までの光路の長さに関連
し、従つて開先の深さに関連する。こ遮断の点は
反射光の強度に基づいて決定され、すなわち、遮
断の点において強度は最大である。その結果は一
連のデジタル信号であり、該デジタル信号は、全
体的には、１つの与えられたレーザ走査にわた
る、またはもし希望されるならば、一連のそのよ
うな走査にわたる、開先の形状を表わす。
当然のことながら、TVカメラ１２の走査速度
はプロジエクタ１０の走査速度よりはるかに速
い；すなわち、カメラの走査経路は、レーザスポ
ツトの運動の各増分の間にレーザスポツトの経路
を何度も遮断する。実際の実施例においては、カ
メラ１２は248×244画素のアレイを示し、レーザ
スポツトの各走査の間にアレイは３回にわたり完
全に走査される（以下、各走査を「フレーム」と
いう）。しかしながら、スポツト走査１回当たり
のフレーム数というこの比は、カメラ１２に対す
る入力信号のＳ／Ｎ比を変化させるために１：１
から４：１まで変えることができる。変化は、
Intelコンピユータ２８のプログラミングを介し
て容易に達成される。
第３図は、デジタルインタフエイス３６をさら
に詳細に示す。このユニツトの全般的な目的は、
レーザスポツト走査経路に沿つた複数の離間する
点において加工品表面の座標を取出す基礎となる
一連の信号をIntelコンピユータ２８に提供する
ことである。コンピユータ２８は、この情報か
ら、第２頁に列挙した出力量のうち最初の７つの
値を簡単な算術計算により決定する。
より特定的には、インタフエイスユニツト３６
は、第２図に示される走査経路を通過するごとに
カメラのラスタ走査がレーザスポツトを遮断する
画素クロツクカウントを表わすデジタル数（８ビ
ツト）を提供する。遮断、従つて実際の画素の深
さを表わすカウントを除く全ての画素カウントを
排除することにより、インタフエイスはコンピユ
ータ２８のデータ処理機能を著しく軽減する。
カメラ１２におけるセンサアレイの画素は、画
素クロツク装置６２からのクロツク信号により決
定される規則的な間隔で有効に測定される。各画
素出力はその画素により受取られる反射レーザ光
の強さを有効に表わす尺度であり、比較器６４の
一方の入力端子及び８ビツトラツチ６６に印加さ
れる。新しい画素強さ信号Ａがそれぞれ先行する
強さ信号Ｂより大きい間は、信号線６８の出力
は、ラツチ６６が次のカウントにおける基準用に
新しい信号を受信し且つ記憶することができるよ
うにし、そしてまた、カウンタ７４からのラツチ
７２に記憶されているカウントを、ライン７０を
介して、進ませる。レーザスポツトの反射が認め
うるほどに広がつたことを認識して、画素出力
は、カメラの走査が反射の中心に近づいている限
り強さを増加し続ける。中心を過ぎた後、強さ信
号は降下し始め、ラツチ７２のカウントを進める
ために必要な条件Ａ＞Ｂは満たされなくなる。従
つて、記憶されるカウントは、遮断が起こつた加
工品表面のＺ座標を表わす数のままである。カメ
ラの各走査線の終端において、「EOL」信号は、
ラツチ７２からのピーク位置カウントとしてカウ
ントをコンピユータへ読み取るようコンピユータ
２８に指示し、そして、短い遅延の後、カウンタ
７４をリセツトし且つラツチ６６をクリアする。
カメラ１２からのフレーム終り（EOF）信号は、
検査され且つデジタル化されたレーザスポツトパ
ツチの部分（好ましい実施例においては３分の
１）を確定するためにコンピユータ２８に入力さ
れる。
コンピユータ２８はまた、検証の目的のため
に、規則的な間隔でピーク強度の信号を読み取
り、すなわち、あらかじめ設定された限度の間に
位置するピークの発生がないことは、データを無
効と判定すること、又は溶接機を作動停止させる
ことに使用される。
走査式TVカメラ１２は使用されるが、人間が
観察するのに適する実際の画像は形成されないこ
とに注意すべきである。すなわち、カメラの目的
は、溶接領域から数センチメートル前方の開先の
断面形状を表わすデジタル信号セツトを提供する
こと及び追跡パラメータ調節機能と、溶接パラメ
ータ調節機能とを実行可能にする十分なデータを
提供することである。スキヤナデイジタイザの機
能は働いているが、画像は単に開先断面の破線軌
跡であることを検証するために、TVモニタを一
時的にシステムに接続することができる。
ソフトウエアは２つの主要部分、すなわち、
Intel 8085により実行されるカメラデータ分析ル
ーチン、及びLSI−11により実行される追跡及び
充填制御機能を含む。さらにLSI−11のソフトウ
エア制御による機能はいくつかのサブルーチンに
細分されるが、その中で最も重要なのは
TRACK、SWING及びFILCTL（充填制御）であ
る。
カメラマイクロコンピユータ２８は本質的には
自由作動式である。これは、画像の分析を終了
し、結果データを制御コンピユータ３８に伝送し
てしまうと、別の画像を取上げ、新たに全プロセ
スを開始する。新しい画像が取上げられているこ
とを制御コンピユータ３８に伝送するために、復
帰文字が制御コンピユータに送られる。制御コン
ピユータ３８の文字キヤツチルーチンは、キヤリ
ジの復帰をsyncの文字として認識し、全ての軸
の現在の位置を以後の使用のためにセーブする。
現在の画像からのデータの全てが文字キヤツチル
ーチンにより受取られた後、ルーチン
「TRACK」が開始される。このルーチンを表わ
す実施例は第４図Ａ，Ｂにフローチヤートの形で
示されている。
追跡（tracking）が可能な状態にないときは、
TRACKは開先がカメラの視野内にあるときは単
純にソフトウエアフラグを真（true）にセツト
し、そうでないときは、偽（false）にセツトす
る。追跡が可能な状態になると、映像が撮影され
たとき蓄積されたセンサデータおよび軸位置は溶
接開先の位置を決定するのに使用される。まず、
右側縁部及び左側縁部の垂直方向カメラデータの
平均を使用して開先の垂直方向位置が計算され
る。次に、この位置はカメラの単位からエンジニ
アリングの単位に変換される。次に、レーザビー
ムの高さ及び既知の角度に基づいて、トーチから
レーザビームまでの距離が調節される。開先の領
域の中心、領域の左側縁部又は右側縁部又は中心
の位置、誘導偏向の組合せが開先の座標を計算す
るために使用される。標準の三角関数、例えば正
弦、余弦、および正接関数が使用される。
この時点で、この点から先に使用された点まで
の距離が検査され、その距離がある任意の最小値
より小さい場合には、現在の点は放棄され、追跡
ルーチンは延期される。距離が十分であれば、先
に使用された点が現在のプログラムの点に可能な
最も近い点であるか否かを決定する試験が行われ
る。もし可能な最も近い点であれば、その点はプ
ログラム点としてタグ付けされ、センサの解釈プ
ログラムが呼出される。この時点で、取るべきス
テツプは解釈中のプログラムにより完全に決定さ
れる。通常の場合、次の命令は溶接停止プログラ
ムを解釈することであると考えられる。そのプロ
グラムの第１の命令は、現在は、全ての追跡プロ
セスを中止させる「追跡オフ」命令である。
しかしながら、もし前記の点がプログラム点に
最も近い点ではないと、現在の点は先入れ先出し
（FIFO）バツフアに入力される。この時点におけ
る開先の面積もFIFOに入力され、溶接トーチが
関連するＸ、Ｙ、Ｚ点に近づいたときに充填制御
ルーチンにより使用される。
また、この時点で、センサをトーチの前方の開
先の中心の上方の位置に維持するために、スウイ
ングルーチン（「SWING」ルーチン）が呼出さ
れる。スウイングルーチンは、近づきつつある開
先の経路に近似する線の式を計算するために、
FIFOに入力された最新の点のいくつかを使用す
る。次に、トーチから、レーザビームが加工品に
入射する点までの距離と等しい半径を有する円の
交点が計算される。円の中心は、トーチがそれを
めざして現在進行しつつある点に位置づけられ
る。適正な交点が選択され、センサをその交点の
上方に配置するために正しいセンサヘツド角度が
計算される。この角度は現在のサーボ指令の一部
として形成されるので、トーチが現在の指令点に
達すると、センサも所望の角度に達する。
上述のプロセスは、該プロセスプログラムの
「追跡オフ」命令、停止ボタン、又は連続するセ
ンサの誤差の回数の所定数への到達、により停止
させられるまで継続する。
点は、必要に応じてFIFOから取出され、機械
軸をどこへ移動させるべきかをコンピユータサー
ボソフトウエアに指令するのに使用される。シス
テムが溶接中であり且つ充填制御がオンである場
合、面積もFIFOから取出され、「FILCTL」と呼
ばれるサブルーチンにより使用される。FILCTL
は、１時間当りキログラムであらわされる前述の
溶接金属溶着速度であらかじめ設定するために、
開先の面積を使用する。開先の面積が大であるほ
ど、溶着速度は、限度内で、大である。溶着速度
と既知のワイヤの物理的データから、所望のワイ
ヤ送り速度が計算される。ワイヤ送りが決定され
ると、所望の開先充填のパーセンテージを達成す
るために進行速度が計算される。計算された進行
速度及びワイヤ送り速度が与えられると、アーク
電圧は、計算され、制御装置５０により調節され
る。
産業上の利用可能性 第５図は、第１図及び第３図のシステムの単一
トーチMIG形溶接機として構成された実施例の
図である。プラツトフオーム１６、横ばりから懸
垂され且つＺ軸に沿つて加工品１８に対して垂直
方向に移動自在であるサーボ位置決め可能な構造
を具備する。垂下アーム８２及び８４を有する板
８０は、従来形の低出力のヘリウム・ネオンレー
ザ８６を担持し、該レーザは反射鏡を経由して走
査プロジエクタ１０へ横方向に出力ビームを投射
し、該スキヤンプロジエクタは検流計式に駆動さ
れる反射鏡を包含し、該反射鏡は被加工片１８に
おける開先８８に向つて下向にビームを指向させ
る。
カメラ１２のカメラレンズ９０は加工品１８の
約25.4cm（約10インチ）上方の位置にあり、トー
チ１４から約10.16cm（約４インチ）前方の点に
焦点合せされている。カメラ１２のレンズ端に取
付けられるフイルタ９０は632.8ナノメートル、
すなわち板９４の底面により支持される遮断部９
２の下方から漏れる溶接トーチ１５からの眩光を
除去するためのレーザ出力の波長の光のみを通す
ように選択される。溶接領域からの煙を取除くた
めに、１本又は複数本のホース９６を含む真空シ
ステムを使用してもよい。
Ｚ軸に関する旋回運動はモータ１１０により発
生される。Ｚ軸はトーチの中心を走つているの
で、旋回運動はトーチ自体のＸ、Ｙ、Ｚ座標に影
響しない。しかしながら、そのような運動は走査
領域のＸ、Ｙ座標には影響し、従つて、光学系１
０，１２は溶接座標に先立つて開先８８の曲線に
従つて動くことができる。前述の誘導プログラム
は、この機能のために設けられている。
第６図は、実質的に４軸誘導システムの物理的
配置を示す。Ｘ軸変位は、床上に延出し且つ加工
品を出入れできるように端部が開いている平行し
て離間するレール１００により提供される。Ｙ軸
支持体１０２は２本のレール１００にかけ渡さ
れ、変位できるように車輪を介してレールに取付
けられる。直線状の歯車軌道が一方のレールに沿
つて走つており、ベルトで連結されるモータと歯
車箱との組合せにより駆動されるピニオン歯車と
係合する。モータの上方のエンコーダは変位を表
わすパルスを発生する。Ｙ軸往復台１０４も同様
に支持体、１０２に取付けられ、ワイヤリール１
０６及びワイヤ送りモータを支持する。Ｘ軸駆動
装置１０８は、高さ調節のためにプラツトフオー
ム１６を支持体１０２及び往復台１０４に対して
上下動させる。旋回軸システムについては先に説
明した。
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