JPS62502034A - 曲線状溶接溝用の埋め制御修正機能を有する適応溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 五５３１１Ｉ引に装置 藍五分立 この発明は一般に曲線状溶接溝の横断面積を検知し、溶接溝を埋めるための溶接 電圧、ワイヤ送り速度及び溶接トーチ移動速度のうち少くとも１つを制御する適 応溶接装置に関し、特に溶接溝を直角に横切らない斜めの検知経路による検知横 断面積のあいまいさを修正する適応溶接装置に関する。

丘旦狭歪 適応溶接の分野では、所望な溶接物質の溶着率を保つのに、溶ｔｉ電圧、ワイヤ 送り速度、及び溶接トーチの移動速度を正確に制御することが最も重要である。

溶接溝の横断面積は溶着率と直接関連しているので、溝面積を正確にめ、これに 従って溶接パラメータを調整する必要がある。測定は溶接溝に沿って周期的に行 なわれ、溶接溝の面積に生じた変化をめる。こうした測定は、検知要素（例えば 光学的、誘導的、容量的等）を溶接溝を横切って延びた経路に沿って走査し、横 断面形状を検出することによって達成される０次いで、この横断面形状から溝面 積が得られる。

埋め特性を制御するこの方法は直線状の溶接溝において良好に機能し、溶接機の 物理的な制限内で適切なレベルにまで溝を一様に埋め、溶接溝の埋め不足に伴う 明白な問題を極力回避してきた０、しかし、そのシステムを曲線状の溶接溝に対 して用いると、同じように重要な問題が生じる。溝の湾曲部では、検知要素によ って走査される実際の経路が溝を直角に横切る所望の走査経路に対して斜めにな る。溝を斜めの角度で横切ると、センサは実際よりも長く溶接溝を検出する。誤 って長く検出された溝に基き、システムは溶接パラメータを不必要に長い溶接物 質の溶着率に調整し、溶接溝を過剰に埋め過ぎる。

溶接溝を過剰に埋め過ぎることの悪影響は、美観的価値の損失を越えるものであ る；しかし多くの企業は、純粋に外観上の目的のためだけでも、過剰の溶接物質 を研磨して除くのに多大の時間、費用及び努力を費している。さらに、鉄鋼製造 関連の業界は、利用可能な資金のかなりの部分を消耗品である溶接物質の購入に 直接光てている。溶接溝を過剰に埋め過ぎないことで実現されるわずかな比率の 節約でも、年間ベースにすれば巨額のドル節約になる。また、過剰に埋め過ぎの 溝は部品間の嵌合不良を引き起すだけでなく、過剰のスクラップつまり再作業比 率をもたらす。

本発明は、上記した問題の１つまたはそれより多くを解消しようとするものであ る。

光肌■皿丞 本発明の一態様によれば、溶接装置は溶接トーチを溶接溝に沿って案内し、溶接 トーチから所定の距離で溶接溝を横切って延びた所定の経路に沿ってセンサを走 査し、走査された溶接溝の横断面積に応じて溶接電圧、ワイヤ送り速度、及び溶 接トーチ移動速度の少くとも１つを適応制御する。溶接ｓＷＬ断面の位置及び形 状に応じて、第１手段が第１信号を出力する。第２手段が第１信号を受け取り、 溶接溝の断面積を計算し、計算された面積の大きさに応じて第２信号を出力する 。第３手段が第２信号を受け取り、溶接溝に垂直なラインからの走査経路の角度 ズレを計算し、該角度ズレに応じて第２信号を変更し、その結果得られた第３信 号を出力する。第４手段が第３信号を受け取り、該第３信号に応じて溶接溝に溶 着される溶接物質の量を制御する。

従来の適応溶接装置は主に直線状溶接溝の埋め特性に関わるもので、曲線状溶接 溝の追跡及び溶接中に検知要素が斜めになることの影響についてほとんどあるい は全く考慮が払われていなかった。この現象の影響を無視すると溶接溝が過剰に 埋め過ぎとなり、理想的な溶接特性より劣った特性になる。本発明は、直線状の 溶接溝だけアなく曲線状の溶接溝についても正しい溶接金属の溶着率を与える装 置に係わるものである。

皿側殴囮Ａ皇見■ 第１図は発明を実施する適応溶接装置のブロック図；第２図は第１図の装置にお ける光学系の光スポット及びＴＶ両考査機能を表わす詳細図； 第２Ａ図は第２図において教示した走査モードで第１図の装置を用いたときのデ ジタル的な溶接溝の走査を表わす；第３図は第１図の実施例における光学系とデ ータプロセッサ間のインクフェースの詳細ブロック図； 第４，４Ａ及び４Ｂ図は発明の好ましい実施で使われる“ＴＲＡＣに”ソフトウ ェアの一部のフローチャート；第５及び５Ａ図は本装置の好ましい実施で使われ る“ＦＩＬＣＴＬ”ソフトウェアの一部のフローチャート；第６図は溶接溝の様 式化した平面図で、溶接トーチ、光学系及び溶接溝の間の角度関係を示す； 第７図は第１図の実施例における一部の光学的及び機械的構成部分用キャリッジ 装置の側面図；及び 第８図は３軸溶接装置の斜視図である。

溶接トーチ１４を溶接溝に沿って案内する適応溶接装置８が、第１図に示しであ る。レーザ投光器ｌＯとＧｅｎｅｒａｌ　Ｅｌｅｃｔｒｉｃ社製ＴＮ２５００等 のラスクー走査型ＴＶカメラ１２がセンサ１３を構成し、ＭＩＧ型ワビワイヤ溶 接トーチ１４に可動プラントフオーム１６ａ、１６ｂ上に取り付けられており、 固定支持体２０上に位置した加工物１８に対して制御移動される。支持体２０は ３軸（デカルト）座標系内に位置し、そのＺ軸つまり垂直軸がトーチ１４の中心 線に沿って延びている０両プラットフォーム部分１６ａ、１６ｂ間の分離が第４ の自由度を与え、レーザ投光器１０とＴＶスキャナ１２はＺ軸を中心に回転つま り“揺動°可能で、センサ１３はトーチのＸ、　Ｙ座標を乱さずに溶接溝を追従 可能である。

２２で示しであるようにプラントフオーム１６は軸駆動モータ２４へ機械的に接 続され、軸駆動モーフ２４がプラントフオーム１６を加工物１８の溶接溝に従っ て所望の方向に、所望の角度へ及び所望の速度で移動させる。エンコーダ２６が 通常のサーボ位置決め方式でモーフ２４の回転の大きさと方向をモニターし、Ｘ 。

Ｙ、Ｚ軸に沿った及びＺ軸を中心としたプラントフオーム１６の命令位置と実際 位置間の一連の関係を保つ。

第１手段２７が溶接溝を横切って延びた所定の経路に沿って検知要素２９を移動 し、溶接溝の断面形状を検知して、溶接溝横断面の位置及び形状に応じた信号を 出力する。第１手段２７は例えば、デジタル／アナログ変換器３０と増巾器３２ を介してレーザ投光器１０内のガルバノメータ型ミラー駆動手段に接続されたＩ ｎｔｅｌ　８０８５デジタルコンピュ、−り２８を含み、レーザ投光器１０が単 色光のビーム３４をある角度で加工物１８上に投射してレーザ光のスポットを形 成し、第２及び３図を参照して後で詳述するようにこのレーザ光スポットが溶接 溝を横切り制御された速度で直線状に移動する。同じく第２及び３図を参照して 詳述するように、加工物１８の表面からのビーム３４の反射がＴＶカメラスキャ ナ１２によって受け取られ、インタフェース３６で動作されるデジタルデータの 流れを生じ、インクフェース３６がレーザビーム反射のピーク強度位置を表わす データを制御された時間間隔でＩｎＬａ１　８０８５コンピユータ２８に与える 。非接触式センサ設計の当業者であれば、誘導型、容量型、またはその他の光学 型等上記以外の検知要素２９を発明の精神を逸脱せずに使用できることが明らか であろう。

第２手段３７がピーク強度の位置を表わす信号を受け取り、溶接溝における所定 点の相対的な位置をめ、溶接溝の横断面積を計１７し、この計算された面積の大 きさに応じて第２信号を出力する。第２手段３７は例えばＩｎｔｅｌ　コンピュ ータ２８で使われるソフトウェアの一部を含み、これが−＆ｌ１１０種の信号を 発生し、これらの信号をＲ３−２３２Ｃデータリンク４０を介して第３手段４１ に与える。１０種の信号は次の通り：（１）　レーザ走査に沿った？Ｒ領域中心 の位置；（２）　溝の左側エツジの位置； （３）　溝の右側エツジの位置； （４）左側エツジの高さ； （５）右側エツジの高さ； （６）溝の深さ； （７）　溝の面積； （８）チェックサム（検査合計）； （９）　メツセージの終わり；及び 叫　同期信号 コンピュータ３８がバス４２を介してＤ／Ａ変換器４４に接続され、Ｘ、Ｙ、Ｚ 及びＣ（旋回）軸ドライバ４６に信号を与え、該ドライバ４６がセージ２４を作 動し、トーチ１４を溶接溝内で案内する。ＴＶスキャナ１２はトーチ１４の前方 所定の距離を臨み、例えば図示の実施例では、スキャナ１２がトーチ１４より約 ４インチ（約１０．２ｃｍ）の距離だけ先行する。この結果、それぞれが４イン チ区間の一部（例えば約０．２インチ（約０．５１ｃｍ））を表わす約２０の位 置命令がコンピュータ３８内のリングバッファ３９に貯えられ、ＦＩＦＯベース で軸ドライバ４６に出力され所望の速度で適切な方向にプラットフォーム１６を 移動する。溶接トーチ１４の横方向の位置決めを制御する他、左右溶接溝エツジ のＺ座標の平均値が垂直方向の案内点を与え、トーチ１４はコンピュータ３８に よってこの案内点へ指し向けられる。カウンタ４８が、トーチ１４とプラットフ ォーム１６の座標系内における現在位置を表わすエンコーダ２６からの位置増分 パルスの現カウント値を維持する。このデータがバス４２を介してコンピュータ ３８にフィードバックされ、通常のサーボ方式によって位置命令と比較されてエ ラー信号を発生する。

第３手段４１が第２信号を受け取り、溶接溝に直角なラインからの走査経路の角 度ズレを計算し、この角度ズレの大きさに応じて第２信号を変更し、こうして得 られた第３信号を出力する。第３手段４１は例えば、コンピュータ３８によって 使われ、第５図のフローチャートに基いて詳述するソフトウェアの一部を含むこ とができる。

また第４手段４３が上記第３信号を受け取り、第３信号に応じて溶接溝内へ溶着 される溶接物質の量を制御する。第４手段４３は例えば、コンピュータ３８によ って使われるソフトウェアを含むことができ、 コンピュータ３８はＤ／Ａ変換器４４を介して溶接電力コントローラ５０及びワ イヤドライブユニット５２に溶接−理め制御信号も与え、所望の最終結果に応じ て溶接パラメータを変化して、例えば前もって決められた一定の埋め比率を達成 する。コントローラ５０、ワイヤドライブユニット５２及び溶接ガス制御ソレノ イド５４が全てブツシュボタン等のオン−オフ制御器を有し、これらの制御器は Ｉ１０ユニット５６を介してバス４２に接続され、上記各ユニットがコンピュー タ３８によって制御される状態にあるかどうかをコンピュータ３８に通知する０ 図示例ではオン−オフブツシュボタンが各ユニット自体に設けられているが、リ モート操作パネル上に取り付けられるのが好ましい。

ジッダ、テープ、ドライバ、及びキーボード入力等通常の外部入力は、ユニット ５８とこれに付設されたインタフェース６０を介して入力できる。

追跡と溶接−理め両機能の調整された同時制御は、溶接特性の選択における多様 性を与えるだけでなく、溝目体の比較的広い変化も補償するため、本システムの 重要な特徴である０例えば、各部品は通常、多数の仮付溶接物を溝に沿って手で 配置することによって、最終溶接の前に一体的に保持される。本システムは溶接 領域の変化に伴って、それらの仮付溶接物における物質の堆積を溶接面積の変化 として検知し、各仮付領域での溶着率を変化させ、過剰の埋めを防止する。また 、垂直方向の案内点は溶接溝の面積あるいは深さの変化によって影響されず、左 右溝エツジの平均高さにトーチ１４を維持する。この作用は“焼き抜き（バーニ ングスルー）”という追加の利点、つまり前の仮付溶接を熔かして、既存の溝を 過剰に埋めることなく優れた溶接特性を与えるという利点をもたらす、　ｔ８接 トーチ１４を溝の底上力一定の高さに維持するシステムは、トーチ１４を仮付溶 接より高く上昇させ、理想より劣る溶接となる。

次に第２及び２Ａ図を参照して、両ユニット１０．１２で与えられる光投射と走 査画動作の空間及びタイミング特性を説明する。

レーザビームは加工物１Ｂ上に、溝と平行な面内で測定して垂直面から約２５〜 ３０度の角度で投射される。レーザスポットは溝を横切る経路に沿って移動され る。すなわちビームは溶接溝を横切る別の面内で掃引を行なう。上記のガルバノ メータ型ミラー駆動手段３３により、スポットは高速で開始位置に戻され、溝を 横切って繰り返し走査される０通常プラントフオーム１６は溝に沿って移動して いるので、得られるパターンは溝を横切る一連の平行なストライブとなり、各ス トライブはプラントフオームの移動方向に沿って相互に離間している。

一方ＴＶスキャナカメラ１２は、実質上垂直の視軸と、レーザスポットの走査と 直角に交差するラスクー走査センサーストローブ機能を有する。投射角度と視軸 角度の間には２５〜３０度の差があるので、ＴＶカメラスキャナーがレーザスポ ットと交差する任意の一定のラスクー走査に沿った点は、レーザ投光器１０から 反射面までの光路長つまり溝の深さに関連している。この交差点は反射光強度に 基づいて決められる；すなわち交差点で反射光強度が最大になる。この結果、全 体として見れば、一定のレーザ走査についてまたは所望なら一連の走査にわたっ て溝の輪郭を表わす一連のデジタル信号が得られる。

勿論、ＴＶカメラ１２の走査速度はレーザ投・光器１０の走査速度よりはるかに 高い；すなわちＴＶカメラの走査経路は、レーザスポット移動の各増分中にレー ザスポットの経路を何回も横断する。実際の実施例では、ＴＶカメラ１２が２４ ８ｘ２４４のピクセル７レイを生じ、レーザスポットの各掃引毎に３回の完全な アレイ走査（１回の走査を以下“フレーム”と呼ぶ）が生じる。但し、各スポッ トの掃引毎の上記フレーム比はｌ：１から４：１またはそれ以上に変更でき、Ｔ Ｖカメラ１２への入力信号の信号／ノイズ比を変えられる。この変化は、Ｉｎｔ ｅｌ　コンピュータ２８のプログラミングによって容易に達成される。

第３図はデジタルインタフェース３６を詳細に示している。このユニットが一連 の信号をＩｎｔｅｌ　コンピュータ２８に与え、それらからレーザスポットの走 査経路に沿った離間地点における加工物表面の座標が得られる。この情報に基き 、コンピュータ２８が数学的演算によって、最初の７個の出力量の値を決定する 。

すなわち、インタフェースユニット３６は、第２図に示した走査経路の各通過中 にカメラのラスクー走査がレーザスポットと交差する地点におけるピクセルクロ ツタのカウント値を表わすデジタル数（８ビツト）を与える。これらの交差、従 って実際の溝深さを表わすカウント値を除く全てのピクセルカウント値を取り除 くことにより、インクフェース３６がコンピュータ２８のデータ処理機能を大巾 に減少する。

ピクセルクロンクロ２がＴＶカメラ１２のセンサアレイの各ピクセルを有効にス トローブし、レーザ経路を横切って走査する。

各ピクセル出力は、そのピクセルで受け取られた反射レーザ光の強度の大きさを 有効に表わし、比較器６４の一方の入力と８ビツトランチ６６に加えられる。新 しい各ピクセル信号（Ａ）が前の信号（Ｂ）より大きい限り、ライン６８上の出 力が、新しい信号を受け取って次のカウント値用の基準として記憶するランチ６ ６をエネーブル状態に置く、またライン６８上の出力はライン７０を介し、カウ ンタ７４からラフチア２にストアされるカウント値を進める。レーザスポットの 反射がかなり広がることを考慮すれば、ＴＶカメラの走査が反射の中心へ近づい ていく限り、ピクセルの出力強度は連続的に増大する。中心を通過すると、信号 の強度は低下し始め、条件Ａ＞Ｂが満たされなくなり、ラッチ７２内のカウント 値はそれ以上進まない。このため、記憶されたカウント値は、交差が生じた加工 物表面のＺ座標を表わす数に留まる。各カメラ走査ラインの終了時に、“ＥＯＬ ”信号がラッチ７２のカウント値をピーク位置のカウント値としてコンピュータ ２８内にストローブし、短い遅延時間の後、カウンタ７４をリセットしてラッチ ６６をクリアする。ＴＶカメラ１２からのフレーム終わり（ＥＯＦ）信号がコン ピュータ２８に入力され、レーザスポット経路のうち検査されデジタル化される 部分（好ましい実施例ではｌ／３）を決める。

ソフトウェアは２つの主要部分を含む；つまりＩｎｔｅｌ　８０８５で実行され るカメラデータ解析ルーチンＶＩＺと、ＬＳＩ−１１で実行される追跡及び埋め 制御機能である。ＬＳＩ−１１のソフトウェア制御機能はさらに幾つかのサブル ーチンに細分割され、その中で最も重要なのは例えばＴＲＡＣｌ［、５ＷＩＮＧ 及びＦＩＬＣ且（埋め制御）である。

カメラ用のマイクロコンピュータ２８は実質上フリーランニングで、ＬＳＩ−１ １コンピユータからの指令なしでそのソフトウェアを周期的に繰り返す。画像の 解析を終了し得られたデータを制御コンピュータ３８に送ると、マイクロコンピ ュータ２８は別の画像を取り入れてサイクルを繰り返す、キャリッジリターン文 字が制御コンピュータ３８に送られ、新しい画像が取り入れられつ＼あることを 知らせる。制御コンピュータ３８内の文字キャッチルーチンがキャリッジリター ンを同期文字として認識し、全ての軸の現在位置をその後の使用のために退避さ せる。現画像からのデータが全て文字キャッチルーチンによって受け取られると 、制御コンピュータ３８は第４図にフローチャートの形で代表例を示したルーチ ン“ＴＲＡＣＫ　”を開始ノ°る。

追跡がエネーブル状態にない場合、ＴＲＡＣＫはカメラの視野内に溝が入ってい ると“真”のソフトウェアフラグをセットし、そうでないと“誤”のフラグをセ ットする。追跡がエネーブル状態になれば、画像の撮影時に退避されたセンサデ ータと軸位置が溶接溝の位置をめるのに使われる。まず右側及び左側エツジの垂 直カメラデータを使って、溝の垂直位置が計算される。そしてこの位置が、カメ ラの単位からエナジニアリング用の単位に変換される０次に、トーチからレーザ ビームまでの距離が、上記高さとレーザビームの既知の角度に基いて調整される 。溝の座標を計算するには、溝領域の中心と左側エツジまたは右側エツジの位置 との組み合わせ、あるいは溝領域の中心と案内バイアスとの組み合わせを使える 。標準的なテキストプソクトリグ（ｔｒｉｇ）機能が用いられる。次に、この案 内点から先に使われた案内点までの距離がチェックされ、この距離がある任意の 最小値より小さいと、その現案内点が放棄され、トランクルーチンが停止される 。上記距離が最小許容値より大きければ、先に用いた案内点が現在のプログラム 案内点に対し可能な最も近い案内点であるかどうかをめるテストが行なわれる。

もし最も近ければ、その案内点がプログラム案内点として標識され、センサ用の インタプリタ（解釈プログラム）が呼び出される。一般的なケースでは、次の指 令が溶接の停止プログラムを解釈する。このプログラム中の第１指令は一般に“ 追跡オフ”指令で、追跡プロセス全体を停止させる。

しかし、先の案内点がプログラム案内点に最も近（ないと、現在の案内点が先入 れ／先出しバンファ（ＦＩＦＯ）内に入れられる。またこの案内点における溝の 面積もＦＩＦＯ内に入れられ、溶接トーチが対応するＸ、Ｙ、Ｚ座標点に近づい たとき埋め制御ルーチンによって使われる。

”　５ＷＩＮＧ　″ルーチンも呼び出され、センサをトーチの前方で溝に対して ほり中心合わせされた状態に保つ、スイングルーチンは、ＦＩＦＯに入れられた 最も最近の案内点の一部に基づき、これからやってくる溝の経路を近似するライ ンの式を計算する。半径がトーチと案内点との間の距離であるその円上で、レー ザビームが加工物にぶつかる交差点が計算される０円の中心は、現在トーチがそ こへ向かって移動しつ＼ある案内点に置かれている。適切な交差点が選ばれ、セ ンサをその交差点の上方に置（ため正しいセンサヘッドの角度が計算される。こ の角度が現在のサーボ命令の一部とされ、トーチが現在の命令点に近づ（につれ 、センサも所望の角度へ近づくようにする。

上記のプロセスは、プログラム中の“追跡オフ”指令か、停止ボタンからの命令 信号か、または所定数の連続したセンサエラーが発生するまで続けられる。

案内点が必要に応じてＦＩＦＯから取り出され、コンピュータのサーボソフトウ ェアに命令を与えてマシン軸を移動させる。システムが溶接中で埋め制御がオン の場合には、面積もＦＩＦＯから取り出され、″ＦｊＬＣＴＬ”と呼ばれるザブ ルーチンで使われる。第５及び５Ａ図はＦ　Ｉ　ＬＣＴＬサブルーチンのフロー チャートを示し、第６図に示した溶接：ａ７５の横式化平面図に基いて最も解り 易く説明される。ＦＩＬＣＴＬルーチンは、先に計算した案内点７６から現在の 案内点７８へのＸ及びＹ座標における変化を計算することによって始まる。Ｘ、 Ｙ両座標の変化が、案内点７６．７８によって限定されるライン８０とデカルト 座標系の縦軸８４との間の角度８２を計算するのに使われる。ライン８７は縦軸 ８４に対する溶接トーチ１４と光学系１０．１２の間の角度関係を示しており、 エンコーダ２６でモニターされて傾斜角度りの近似値を計算する。ＦＩＬＣ’ｒ Ｌプログラムは傾斜角度８８を、ｔ・−チ角度８６と溝角度８２の間の差の絶対 値として計算する。ライン８０は現案内点における溶接溝の半径に対する接線と ほぼ平行なため、この方法は傾斜角度りの良い近似を与える。所望の走査経路９ ０は、ライン８０と直角に現案内点７８を通過するものとして定義できる。つま り、所望の走査経路９０は溶接溝７５に対して垂直に位置し、溝の巾について真 の読取値を与える。

実際のレーザ走査の経路９２はライン８７に対して垂直で、所望の走査経路９０ からの傾斜角度８８で溶接溝を横切り、誤った長さの溶接溝７５を検出すること となる。トーチ角度８６がら溝角度８２を引いた差が傾斜角度りに等しいことを 示すためには、簡単な幾何学的証明が必要であろう。まず図面から、両角環８６ ゜８２の差が角度Ａであることはすぐに分る。角度へは明らかに角度Ｂと等しい 、角度９７は前述のごとく９０′″であり、従って角度Ｃは９０＠マイナス角度 Ｂに等しい、同様に、角度９４も前述のごと（９０＠であり、従って傾斜角度り は９０＠マイナス角度Ｃに等しい０以上から、傾斜角度りは溝角度８２とトーチ 角度８６の差に等しいことが容易に導かれる。

もっとも簡単に式で表わせば： ΔＡ−ΔＢ ΔＣ−９０°−ΔＢ 八〇−９０＠−ΔＣ ΔＤ雪９０”−（９０’″−ΔＢ） ΔＤ−ΔＢ ＊ΔＤ−ΔＡ 傾斜角度りが計算されたら、ＦＩＬＣＴＬルーチンが傾斜角度りのコサインの絶 対値に測定した溝面積を乗じ、正しい実際の溝面積を得る。この際の絶対値は、 第６図に示したのと反対方向に溶接溝の角度が湾曲する場合に、負の記号を取り 除くことによって得られる。装置８が傾斜角度の存在しない溝の直線部分を溶接 している例では、溝角度８２とトーチ角度８６が等しく、傾斜角度りはゼロとな る。角度ゼロのコサインは１だがら、実際の溝面積は測定溝面積に等しい。

ＦＩＬＣＴＬプログラムはさらに進み、最大許容ワイヤ送り速度１インチ当たり のワイヤ量及び実際の溝面積に基いて仮の溶接トーチ移動速度を計算する０次に 、この板速度が許容速度の範囲と比較される。板速度が範囲内であれば、ワイヤ 送り速度が最大−許容速度となるように計算し直される。一方、板速度が許容範 囲外であると、板速度は最大または最小トーチ移動速度のいずれが最も近い値に 設定される。次に、ワイヤ送り速度が新たな板速度に基いて計算され、ワイヤ送 り速度の許容範囲と比較される。ワイヤ送り速度が許容範囲外であれば、ワイヤ 送り速度が最大または最小許容ワイヤ送り速度のいずれが最も近い値に設定され る。

そして、計算されたワイヤ送り速度とトーチ移動速度に基き、溶接電圧が線形内 挿される。

第７図は、単一トーチＭＧ溶接機に組み込まれた第１及び３図のシステムの好ま しい実際の実施例を示す医である。プラントフオーム１６は横桁から垂下された サーボ位置決め可能な構造を有し、加工物１８に対し垂直に２軸に沿って移動可 能である。プレート８０が垂下アーム８２．８４を存し、ガルバノメータ駆動ミ ラーを含む走査投光器１０へと横方向にミラーを介して出力ビームを投射する通 常の低出力へ１）ラム−ネオンレーザ８６を支持しており、ガルバノメータ駆動 ミラーが出力ビームを加工物１８の溝８Ｂへ向かって下方に指し向ける。

ＴＶカメラ１２のカメラレンズ９０が加工物１８の上方約１０インチ（約２５． ４ｃｍ）の地点に位置し、溶接トーチ１４の前方約４インチ（約１０．２（Ｊ） の地点にスポットを収束させる。カメラ１２のレンズ端に装着されたフィルタ９ １が６３２．８ナノメータ（ｎｍ）　、つまりレーザ出力の波長の光だけを通し 、プレート９４の底部に支持されたシールド９２の下側から洩れる溶接トーチ１ ４からのギラギラする坪きを除去する。１本以上のホース９６から成る真空系が 、溶接領域からの煙を取り除く。

Ｚ軸を中心とした旋回動はモータ１１０によって与えられる。

Ｚ軸はトーチの中心を通っているので、この旋回動はトーチ自体のＸ、Ｙ、Ｚ座 標に影響を及ぼさない。一方、かかる旋回動で走査領域のＸ、Ｙ座標は変更され 、光学系１０．１２が溶接座標の前方で溝８８の曲線を追従するのを可能とする 。

第８図は、案内システムの物理的構成をもっと詳しく示している。Ｘ軸方向の変 位は、床から上昇され加工物の搬入比を許容するように端部の解放された平行な 離間レール１００によって与えられる。またＹ軸方向の支持体１０２が２本のレ ール１００間に架も１され、車輪を介してその上に装着されることで変位を可能 としている。直線状のギヤ歯軌道がレールの一方に沿って走り、ベルト結合モー タ及びギヤボックスの組み合せで駆動されるピニオンギヤと係合している。モー タ上方のエンコーダが変位を表わすパルスを発生する。Ｙ軸方向のキャリフジ１ ０４が同様に支持体１０２上に取り付けられ、ワイヤリール１０６とワイヤ送り モータを支持している。Ｘ軸方向のドライバ１０８がプランフオーム１６を支持 体１０２及びキャリフジ１０４に対して上下動し、高さの制御を行なう。旋回軸 系は前述した通りである。

崖１」ぼりすＷ１腹性 適応溶接装置８の好ましい実施例の全体的動作では、曲線状溶接溝の湾曲部が検 出・溶接されているものとする。光学系１０゜１２が約４インチ（約１０．２５ ）溶接トーチ１４に先行し、光スポットを加工物の表面上に投射し、溶接溝を横 切って直線状に光を走査する。加工物の表面から反射した光はカメラ１２で受け 取られ、このカメラ１２が三角測量の原理を使ってピーク反射強度の地点からの 形状情報を抽出する。この形状情報が、溶接溝の位置と横断面積を与える。ソフ トウェアルーチン５ＷＩＮＧが常時、レーザ走査の経路を溶接溝を横切って中心 合わセする。しかし、溶接トーチ１４を中心に光学系１０．１２を回転すること によって、レーザ走査の経路は実際の溝巾を検出するのに必要な経路がら傾斜し たラインに沿って溶接溝を横切る。斜めの走査経路は誤って広く溝を検出し、そ れに基いて溝の横断面積を計算するので、システムが溶接物質を過剰な率で溶着 し溝を埋め過ぎる。ソフトウェアルーチンＦ　Ｉ　ＬＣＴＬが、現在及び過去両 方の情報から所望の直線状走査経路を推進することによって、斜めの走査経路を 補償する。所望の走査経路が分れば、実際の走査経路を測定して、傾斜角度を解 析計算することができる。つまり、実際の走査経路は、その実経路に傾斜角度の コサイン値を乗じることによって所望の走査経路へ数学的に回転可能である。但 しこの実施例では、傾斜角度のコサイン値を乗じることで、実際の面積を所望の 走査経路に回転している。溝が矩形の断面でないと、実際の面積を回転する際あ る程度のエラーが導入されるが、このエラーは有意でないと見なすことができ、 実際の溶接物質の溶着率にほとんど影響を及ぼさない。

この装置のその他の特徴、目的、利点及び用途は、図面、以上の開示、及び添付 の請求の範囲から明らかになろう。

訊酬 補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の７第１項） ６１．１０．２４ 特許庁長官　黒　１）明　雄　殿 １、特許出願の表示　ＰＣＴ／ＵＳ８５１００６２９３、特許出願人 名　称　キャタピラ−インコーホレーテッド４、代理人 ６、添付舎類の目録 （１）補正書の翻訳文　１　通 請求の範囲 １、溶接トーチ（１４）を溶接溝（７５）に沿って案内し、センサ（１３）を溶 接トーチ（１４）から所定の距離地点で溶接溝（７５）を横切って延びた所定の 経路に沿って走査し、走査された溶接溝の横断面積に応じて溶接電圧、ワイヤ送 り速度、及び溶接トーチ移動速度の少なくと゛も１つを適応制御する溶接装置（ ８）であって：溶接溝断面の位置及び形状に応じて第１信号を出力する第１手段 （２７）　； 上記第１信号を受け取り、溶接溝の断面積を計算し、該計算面積の大きさに応じ て第２信号を出力する第２手段（３７）　；上記溶接溝（７５）に沿った一連の 案内点を計算する手段；上記第２信号を受け取り、所定の標準ラインと、現在の 案内点及び先の葉内点を通って延びた第１ラインとの交差によって形成される第 １角度の大きさを計算し、上記所定の標準ラインと、現在の案内点及び現在の溶 接トーチ位置を通って延びた第２ラインとの交差によって形成される第２角度の 大きさを計算し、上記第１及び第２角度の差から角度ズレを計算し、該角度ズレ の大きさに応じて上記第２信号を変更し、こうして得られた第３信号を出力する 第３手段（４１）　；及び上記第３信号を受け取り、該第３信号に応じて溶接溝 内に溶着される溶接物質の量を制御する第４手段（４３）　：を備えて成る溶接 装置（８）。

２、前記第３信号が、前記第２信号と前記角度ズレのコサインの絶対値との積で ある請求の範囲第１項記載の溶接装置（８）。

３、（削　除） ４、（削　除） ５、（削　除） ６、（削　除） ７、前記第４手段がワイヤ送り速度及び溶接トーチ移動速度の少なくとも１つを 制御することに応じて、溶接溝内に溶着される溶接物質の量を制御する請求の範 囲第１項記載の溶接装置（８）。

８、ｆ８接装置（８）のワイヤ送り速度、トーチ速度、及び溶接電圧を適応制御 して、溶接溝（７５）内への物質の溶着を制御する方法であって： 溶接溝（７５）の横断面積を検出； 横断面積の大きさと所定の最大ワイヤ送り速度とに応じて仮トーチ速度を計算し ； 上記仮トーチ速度を所定の最大及び最小許容トーチ速度と比較し； 上記仮トーチ速度が上記最大及び最小許容トーチ速度の範囲外であると、仮トー チ速度を最大及び最小許容トーチ速度の範囲内の値に変更し； 上記仮トーチ速度の大きさに応じた大きさを有するトーチ速度信号を出力し； 横断面積と仮トーチ速度とに応じてワイヤ送り速度を計算し；上記ワイヤ送り速 度を所定の最大及び最小許容ワイヤ送り速度と比較し； 上記計算されたワイヤ送り速度が上記最大及び最小許容ワイヤ送り速度の範囲外 であると、ワイヤ送り速度を最大及び最小許容ワイヤ送り速度の範囲内の値に変 更し；上記ワイヤ送り速度の大きさに応じた大きさを有するワイヤ送り速度を出 力し： 上記ワイヤ送り速度の大きさに応じた溶接電圧を計算し；上記計算された溶接電 圧の大きさに応じた大きさを有する溶接電圧（３４′／を出力し： 」ユ記所望のトーチｉ！ｉ度信号の大きさに応じて溶接トーチの速度をｔＡ御し ； 上記ワイヤ送り速度信号の大きさに応じてワイヤ送り速度を制御し：さらに 上記？８接電圧信号の大きさに応じて溶接電圧をＳｔ４御する；ことを含んで成 る方法。

９、　前記仮トーチ速度を変更するステップが、仮Ｆ−チｉ１度が前記３徒小許 容ト一チ速度より小さいことに応じて仮トーヂ速度を最小許容トーチ速度に設定 することを含む請求の範囲第８項記載の方法。

１Ｇ、前記仮トーチｉ！ｌｉ度を変更するステップが、仮トーチｉ１度が前記最 大許容トーチ速度より大きいことに応じて仮トーチ速度を最大許容トーチ速度に 設定することを含む工偶求の範（ｆｆ１８項記載の方法。

■、前記ワイヤ送り速度を変更するステップが、ワイヤ送りｉ！ｉ度が前記最小 許容ワイヤ送り速度より小さいことに応じてワイヤ送り速度を最小許容ワイヤ送 りｉｌ！！度に設定することを含む請求の範囲′ｒ！Ｓ８　ｑ４記載の方法。

１２、前記ワイヤ送り速度を変更するステップが、ワイヤ送り速度がｍ記最大許 審ワイヤ送り速度より大きいことに応じてワイヤ送り速度を最大許容ワイヤ送り 速度に設定することを含む請求の範囲Ｆ、８項記載の方法。

１３、前記溶接電圧を計算するステップが、上記ワイヤ送り速度の最大及び最小 値間で溶接電圧を線形内挿してめることを含む請求のＷ１囲第Ｂｘｐ記載の方法 。

１５ｉｌａ　購　ｆ　報　皆 ＡＩＪＮＥＸ　Ｔｏ　ＴＩＥ　ＩＮ？’：ＲｔＪＡＴｌＯＮＡＬ　ＢＥ入ＲＣＨ ＲＥＰＯＲＴ　ＯＮ！”Ｒ−Ａ−２３９？９１６　１６１０２／７９　Ｎｏｎ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．溶接トーチ（１４）を溶接溝（７５）に沿って案内し、センサ（１３）を溶 接トーチ（１４）から所定の距離地点で溶接溝（７５）を横切って延びた所定の 経路に沿って走査し、走査された溶接溝の横断面積の応じて溶接電圧、ワイヤ送 り速度、及び溶接トーチ移動速度の少なくとも１つを適応制御する溶接装置（８ ）であって：溶接溝断面の位置及び形状に応じて第１信号を出力する第１手段（ ２７）； 上記第１信号を受け取り、溶接溝の断面積を計算し、該計算面積の大きさに応じ て第２信号を出力する第２手段（３７）；上記第２信号を受け取り、溶接溝にほ ぼ直角なラインからの走査経路の角度ズレを計算し、該角度ズレの大きさに応じ て上記第２信号を変更し、こうして得られた第３信号を出力する第３手段（４１ ）；及び 上記第３信号を受け取り、該第３信号に応じて溶接溝内に溶着される溶接物質の 量を制御する第４手段（４３）；を備えて成る溶接装置（８）。 ２．前記第３信号が前記第２信号と前記角度ズレのコサインの絶体値との積であ る請求の範囲第１項記載の溶接装置（８）。 ３．溶接溝の断面に応じて溶接溝に沿った一連の案内点を計算する第５手段を含 む請求の範囲第１項記載の溶接装置（８）。 ４．前記第３手段が、所定の標準ラインと現在の案内点及び先の案内点を通って 延びた第１ラインとの間の第１角度を計算する請求の範囲第３項記載の溶接装置 （８）。 ５．前記第３手段が、所定の標準ラインと現在の案内点及び現在の溶接トーチ位 置を通って延びた第２ラインとの間の第２角度を計算する請求の範囲第１項記載 の溶接装置（８）。 ６．前記第３手段が第１及び第２角度の差から前記角度ズレを計算する請求の範 囲第５項記載の溶接装置（８）。 ７．前記第４手段がワイヤ送り速度及び溶接トーチ移動速度の少なくとも１つを 制御することに応じて、溶接溝内に溶着される溶接物質の量を制御する請求の範 囲第１項記載の溶接装置（８）。