(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークピース（１４）に関するロボット溶接システムの溶接ヘッドを位置決めする方法であって、ここで、位置決定のため、マイクロ波の形態で測定信号が溶接ヘッドに配置された送信器からワークピース（１４）へ送られ、ワークピース（１４）で反射したマイクロ波が溶接ヘッドに配置された少なくとも一つの受信器によって受信され、受信されたマイクロ波はワークピース（１４）の端（２６）の位置を決定するために評価用モジュールによって評価され、
マイクロ波は、溶接ヘッドにおける少なくとも一つの送信器から送られ、
反射されたマイクロ波は、送信器の偏波面に対してある角度で配置される偏波面を有し溶接ヘッドにおいて送信器とは異なる位置に配置される少なくとも一つの受信器によって、偏波の変化とともに受信され、
端（２６）の位置は、少なくとも異なる位置で反射されたそれぞれの、あるマイクロ波と別のマイクロ波との位相変化に基づいて評価用モジュールによって決定され、
少なくとも一つの送受信器ペアが溶接ヘッドに配置され、一方の送信器は、他方の受信器に対して９０度の角度で配置される、
ことを特徴とする溶接ヘッドの位置決め方法。
【請求項２】
送信器及び受信器は、共に溶接ヘッドの周りを移動し、測定信号は、測定位置で送信され受信されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
位置に加えて、測定位置で反射した少なくともマイクロ波の振幅によって、端（２６）の方向もまた特定され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】
さらに、互いに溶接されるワークピース（１４）間の隙間幅が、ワークピース（１４）のシートメタルの厚さと共に距離に依存する位相に基づいて評価用モジュールによって決定されることを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載の方法。
【請求項５】
ワークピース（１４）の厚みが入力されることを特徴とする、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
測定信号が送信器によって送られ、送信器に対してある角度で配置される少なくとも一つの受信器によって測定位置で、反射した測定信号が受信され評価されるとともに、少なくとも一つの送信器及び少なくとも一つの受信器が異なる測定位置に配置されることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
溶接ヘッドのまわりに配置された個々の測定位置における送信器は、連続して活性化され、反射した測定信号は、少なくとも一つの受信器によって常時受信され位置決定用の評価用モジュールへ送信されることを特徴とする、請求項１から６のいずれかに記載の方法。
【請求項８】
Ｉ型溶接用突合せ接合、Ｖ型溶接用突合せ接合、重ね合わせ接合あるいは隅肉溶接用のＴ接合のような溶接タスクのタイプが入力及び／又は出力装置（１８）によって位置決定のために設定されることを特徴とする、請求項１から７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
入力された溶接タスクにしたがって、格納した測定信号の形態あるいは格納したモデル計算用の形態の形式で設計した格納モデルが、受信された測定信号と比較するために評価用モジュールによって検索されることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
評価用モジュールは、ワークピース（１４）に対する溶接ヘッドの粗い位置を決定するために、受信した測定信号のパワーを使用することを特徴とする、請求項１から９のいずれかに記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークピースに関するロボット溶接システムの溶接ヘッドを位置決めする方法に関する。ここで、位置決定に関して、測定信号は、溶接ヘッドに配置された送信器からワークピースにマイクロ波の形で送られ、ワークピースで反射したマイクロ波は、溶接ヘッドに配置された少なくとも一つの受信器によって受信され、受信されたマイクロ波は、ワークピースの端の位置を決定する評価用モジュールによって評価される。
【背景技術】
【０００２】
熱による接合及び切断用の装置の位置決めは、接合あるいは切断処理の質にとって絶対必要なものであり、この位置決めは、煙、スパッタリング、高温、高レベルＵＶ放射、電磁界などの条件の下で行わなければならない。
【０００３】
上述の条件に比較的影響を受けにくいレーダー・センサーとともに、位置決め用の適切なセンサーが要求されている。レーダー・センサーは、避けられない距離変化を決定するための連続波（ＣＷ）測定を実行することによって、シームの形状を測定するための、あるいは端を検知するための溶接方法において使用される。
【０００４】
この場合、レーダー・センサーは、アンテナによって一般的に数センチメートルの直径の面積に放射を行う。これは反射波となり、この反射波は照射範囲で生じる反射のレイオーバー（lay-over）を構成しながらアンテナによって受信される。結果として、レイオーバーが受信アンテナで終始存在し、よって距離変化が非常に不鮮明になり、位置決定がより困難になる。特に、突き合わせ溶接の溶接線の追跡は、実際の適用では隙間の幅が装置の照射範囲の直径に比べて非常に小さく、平均化のためノイズに消えてしまうことから、距離を測定することでは不可能である。
【０００５】
ＥＰ１０９４９１３Ｂ１によれば、送信器及び受信器として動作するアンテナを有するレーダー・センサーは、溶接工程において溶接線のモニター用の一例として記述されている。レーダー・センサーが下流に配置されるので、それは溶接線の追跡のために使用することができない。さらにレーダー・センサーは、熱い溶接線上への配置のため、高い熱応力にさらされる。さらに、溶接線形状を正確に測定することは、非常に広い信号帯域幅を必要とする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】ＥＰ１０９４９１３Ｂ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一般的に、狭帯域連続波（ＣＷ）レーダーシステムは、一方では、距離に関する絶対的な情報を得るために使用できず、他方では、高い空間分解能を提供するために強く焦点を合わせる必要があることから、不利である。
【０００８】
狭帯域信号の使用は望まない反射による摂動への増加した感度をシステムに生じさせ、また、焦点を合わせる必要性は高価で大きなアンテナの使用を必要とすることが、ここでの不利な点である。相対的動作が必要であり、これはセンサーの振動を生じる追加の駆動ユニットを要求する。
【０００９】
したがって、絶対的な測定は、狭帯域ＣＷレーダー信号によって可能ではない。
【００１０】
距離測定つまり走査プロセスによってのみ形状が決定される場合、レーダー・センサーのマイクロ波照射の焦点を十分に強く合わせることは可能ではない。よって、可能な最大周波数及びそれに起因する波長による制限された分解能は、距離を不鮮明とし、よって端の形状及び／又は端の位置の不正確な決定に関する情報をもたらす。
【００１１】
したがって本発明は、摂動に無関係で高精度を提供する、上述したようなシームを追跡する方法を作成することを目的とする。先行技術の欠点は減じられ及び／又は回避される。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の目的は、上述したような方法によって達成されるだろう。ここで、マイクロ波は、溶接ヘッドの異なる位置における少なくとも一つの送信器から送られ、反射したマイクロ波は、偏波の変化とともに、送信器の偏波面に対してある角度で配置された偏波面を有し溶接ヘッドに配置された少なくとも一つの受信器によって受信され、また、端の位置は、異なる位置で反射したそれぞれのマイクロ波の位相変化に少なくとも基づいて評価用モジュールによって決定される。反射したマイクロ波の偏波を評価することによって、ワークピースの端、すなわち伝導性で及び／又は反射性の背景から、絶縁性の環境及び／又は空気への遷移が区別され、ワークピースの端の信頼できる検出を可能にする。位置決め及び／又は測定用の上述の方法は、偏波の変化が端によって主にもたらされることから、電気的に伝導性の背景からワークピースの端を区別するのに特に適している。送信器及び受信器を互いにある角度で配置することによって、電気的に伝導性の背景はアンテナの配置によって所望の測定信号から既に区別されているかもしれないので、信号の評価はかなり単純化されるかもしれない。
【００１３】
有利には、少なくとも一つの送受信器ペアは、送信器及び受信器が他の送信器及び受信器に対して９０度の角度で配置された状態で、溶接ヘッド又は溶接トーチに配置される。直線偏波アンテナのそのような直交配列、つまり送信器アンテナと受信器アンテナとの間の角度が９０度の配置は、反射したマイクロ波の変化した偏波を有する部分のみが受信されることを提供する。
発明の別の特徴によれば、送信器及び受信器は、直線状あるいは放射状に溶接ヘッドの周りを共に移動し、測定信号は、規定の測定位置で送信及び受信される。送信器及び受信器の移動は、ワークピースの検出される端を横断する合成開口（synthetic aperture）に及ぶ。空間的に異なる位置の測定は、測定された信号における位相の外形を評価することによって端の位置決定用に使用してもよく、これは移動によって引き起こされる。このことは、ワークピースの端の位置を非常に正確に検知することを可能にする。
【００１４】
位置に加えて、ワークピースの端の方向が、測定位置で反射したマイクロ波の少なくとも振幅によって同様に特定されてもよい。偏波の変化、これはワークピースの端によって引き起こされ、入ってくるマイクロ波の偏波に依存する。したがって、この情報は端の配向を見いだすために使用することができる。端の方向は、偏波評価を介してのみ確実に検出することができる。
【００１５】
ワークピースの位置及び方向に加えて、互いに溶接されるワークピース間の隙間の幅を決定することができる。隙間の幅を決定することの利点は、ワークピースの厚さを知ることである。送信器及び受信器が同じ偏波を有する状態で、溶接されるワークピースの上方をレーダー・アンテナが移動する場合、距離に依存する位相は、距離の分析結果を特定することを可能にする。したがって、シートメタルの厚さが既知である場合、ワークピース間の隙間の幅を導き出すことができる。
【００１６】
有利には、測定信号が送信器によって送信され、反射した測定信号が、それに対してある角度で配置された少なくとも一つの受信器によって測定位置で、受信され評価される状態で、少なくとも一つの送信器及び一つの受信器が異なる測定位置に配置される。
【００１７】
溶接ヘッドのまわりに配置された個々の測定位置における送信器は、反射した測定信号が少なくとも一つの受信器によって常に受信され位置決定用の評価用モジュールに転送される状態で、連続して活性化されてもよい。
【００１８】
理想的には、Ｉ型溶接（I-weld）用突合わせ接合、Ｖ型溶接（V-weld）用突き合わせ接合、隅肉溶接用の重ね合わせ接合あるいはＴ型接合のような溶接タスク形式は、入力及び／又は出力装置によって位置決定用に設定される。このことは、ぴったり一致することに基づいて現在のパラメータ（位置、方向、隙間等）を識別することを可能にする。形状を知ることは、溶接タスクの位置とともにレーダー・アンテナの位置及び方向に依存する予想される反射を計算することを可能にする。
【００１９】
入力された溶接タスクに従い、格納された測定信号あるいは格納されたモデル計算用の形態の形式で設計される格納されたモデルは、受信測定信号と比較するために評価モジュールによって検索されてもよい。上記モデルを測定された測定信号と比較することによって、最も良く位置について記述する理想的なパラメーターが決定可能である。
【００２０】
有利には、評価用モジュールは、ワークピースに対して溶接ヘッドの荒い位置決めを決定するために、受信した測定信号のパワー及び／又は強度を使用する。
本発明による目的は、また、ロボット溶接システムの溶接ヘッドのモデル支援された位置決め用の方法によっても達成される。ここで、評価された測定信号は、評価用モジュールからモデル計算モジュールまで転送され、多くの規定されたパラメーターを含む格納されたモデルがモデル計算モジュールによって活性化され、上記モデルは、入力及び／又は出力装置によって入力されたシーム形状によって選択され、また、計算されたモデルは、規定された一致が得られるまで、あらかじめ規定されたパラメーターを修正することにより、評価された測定信号と比較される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、溶接装置の略図を示す。
【図２】図２は、ワークピースの前に位置決めされた、溶接ヘッド上の発明によるアンテナシステムの略図を示す。
【図３】図３は、ワークピースの端に対して捩れ角を有するアンテナシステムの略図を示す。
【図４】図４は、アンテナシステムの第２実施形態の略図を示す。
【図５】図５は、アンテナシステムの第３実施形態の略図を示す。
【図６】図６は、アンテナシステムの反射波の振幅の評価を示す。
【図７】図７は、アンテナシステムの反射波の位相の評価を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
本発明は、添付の概略図によって、より詳細に論じられるであろう。
図１は、ミグ／マグ溶接及び／又はティグ溶接つまり電極溶接作業、ダブルワイヤ／タングステン溶接作業、プラズマ作業あるいはろう付け及びはんだ付け作業等のような、多くの異なるプロセス及び／又は方法用の溶接装置１を示している。この溶接装置１は、中に配置された電力素子３を有する電源２、制御ユニット４、並びにスイッチング部材、コントロールバルブなどのさらなる部品及びワイヤー（図示せず）を備える。制御ユニット４は、ガス５、特にＣＯ２、ヘリウムあるいはアルゴンガス等のようなシールドガス用の供給管路におけるガス貯蔵部６と（溶接）トーチ７との間に配置されるコントロールバルブに接続されてもよい。さらに制御ユニット４は、供給ロール１０及び／又はワイヤー・コイルから供給ラインを介して溶接トーチ７の領域に追加材料及び／又は溶接ワイヤー９を供給するとともに、ミグ／マグ溶接には一般的なようにワイヤー送給ユニット８を制御するためにも使用されてもよい。もちろん、図１に示すように、カート１２に置かれた付加的な装置とは対照的に、ワイヤー送給ユニット８が溶接装置１内へ、特に電源２のハウジング１１内へ統合されることは可能である。さらに、ワイヤー送給ユニット８が溶接装置１の頂部に直接置かれることも可能である。即ち、電源２のハウジング１１は、カート１２が省略可能なように頂部表面にワイヤー送給ユニット８を受け入れるように形成される。
【００２３】
さらに、ワイヤー送給ユニット８が溶接トーチ７の外側で加工部位へ溶接用ワイヤー９を供給することも可能であり、この場合、ティグ溶接において一般的であるように、非溶融電極が溶接トーチ７内に配置されるのが好ましい。
【００２４】
電極及び／又は溶接用ワイヤー９とワークピース１４との間に電気アーク１３を生成するための電流は、溶接されるワークピース１４が別の電位用の別の溶接ライン、特に戻りリード線を介して電源２に接続された状態で、電源２の電力素子３によって溶接トーチ７へ、特に電極及び／又は溶接用ワイヤー９へ溶接ライン（図示せず）を介して供給される。その結果、アーク１３によって電気回路が生成可能である。
【００２５】
溶接トーチ７を冷却するため、溶接トーチ７は、冷却機１５及び流量調整器のようなできるだけ中間部品を介して液体タンク、特に液面計１７を有する貯水槽１６に接続されてもよい。溶接設備の個々の部品、つまり電源２、ワイヤー送給ユニット８及び冷却機１５は、これらが互いの上に安全に積み重ねるか置くことができるように、それらに対応する凸部及び／又は凹部を有する形態にて形成される。
【００２６】
溶接装置１、特に電源２は、さらに、溶接装置１の様々な溶接パラメータ、作業モードあるいは溶接プログラムの全てを設定し、及び／又は検索し表示する入力及び／又は出力装置１８を備える。入力及び／又は出力装置１８によって設定された溶接パラメーター、作業モードあるいは溶接プログラムは、制御ユニット４に伝えられ、制御ユニット４は溶接装置１の個々の部品を始動し、及び／又は、規制あるいは制御するのに適切な設定点を規定する。ここで、適切な溶接トーチ７を使用する場合、溶接トーチ７を介して設定手続きを行なうもさらに可能であり、この場合には、溶接トーチ７は、溶接トーチ・入力及び／又は出力装置１９を装備している。この場合、溶接トーチ７は、データバス、特にシリアルデータ・バスによって、溶接装置１特に電源２あるいはワイヤー送給ユニット８に接続されるのが好ましい。
【００２７】
溶接手順を始めるために、溶接トーチ７は、通常、始動スイッチ（図示せず）を備える。よって、アーク１３は始動スイッチを作動させることにより点火することができる。アーク１３の大きな熱放射からユーザーを保護するために、溶接トーチ７は熱保護シールド２０を装備してもよい。
【００２８】
さらに、示された例示的な実施形態では、溶接トーチ７はホース・パック２１を介して溶接装置１に接続される。このホース・パック２１は、反バックリング手段によって溶接トーチ７に取り付けられる。ホース・パック２１では、供給ラインのような個々のライン、及び／又は溶接用ワイヤー９用、ガス５用、冷却回路用、データ伝送用等のラインは、溶接装置１から溶接トーチ７まで配列され、一方、戻りリード線は別個に電源２に接続されるのが好ましい。
【００２９】
一般的に、ティグ装置あるいはミグ／マグ装置か、又はプラズマ装置のような異なる溶接作業及び／又は溶接装置１に関して、上述した全ての部品が使用され及び／又は組み込まれねばならないことではないことに注意すべきである。例えば、溶接トーチ７は空冷式溶接トーチ７として形成可能であってもよく、この場合例えば冷却機１５は省略されるかもしれない。結果として、溶接装置１は、少なくとも電源２、ワイヤー送給ユニット８及び冷却機１５によって形成され、また、これらは共通ハウジング１１に配置可能であると言うことができる。さらに、ワイヤー送給ユニット８におけるドラグ保護２３あるいはガス貯蔵部６等用のホルダー２５におけるオプションのキャリアー２４のような、さらなるパーツ及び／又は部品が配置され及び／又は含まれることが可能である。
【００３０】
発明によれば、測定信号は、溶接ヘッドあるいは溶接トーチ７での異なる位置における少なくとも一つの送信器によって送られ、また反射した測定信号は、溶接トーチ７に配置された少なくとも一つの受信器によって受け取られることがともに図２〜図７にて見ることができる。受信器の偏波面は、送信器の偏波面に対してある角度で配置される。最後に、評価用モジュールは、溶接工程が実行されるワークピース１４の端２６の位置及び配向を決定するための評価を行なう。それによって、直ちに溶接されることになっている形状の外形に関する情報、つまりシームの追跡は、溶接ロボットに利用可能になるかもしれない。溶接ロボットの急な修正もまたそのように回避されるであろう。
【００３１】
好ましくは、受信器とともに送信器としても作用可能で、よって送受信器ユニットを構成するアンテナ２８は、波を送るために使用される。例えば、直線偏波アンテナ２８が使用されてもよい。受信器が送信器に対してある角度で配置されることから、少なくとも２つの送受信器ユニットが溶接ヘッドあるいは溶接トーチ７におけるアンテナシステム２７に必要である。以後、送受信器ユニットはアンテナ２８と記載する。この配置によって、受信器は、ワークピース１４から反射した波を受け取ることができ、これは送信された波とは異なる偏波を有する。波の偏波のこの変化は、ワークピース１４の端２６によって達成され、これは導電体（ワークピース）から電気的な不導体（例えば空気）への遷移を表わす。送信波のため、導電性のワークピース１４に当たる電界が形成され、よって対応する電流密度がワークピース１４に生じる。誘導電流の方向は、送られた波の偏波面、及びワークピース１４の材料の比導電率の分布に依存する。このことは、導電体と電気的不導体との間の遷移として、ワークピースの端２６が電流密度の方向に影響を有することを意味する。よって反射波の偏波は、ワークピース１４の端２６と、送られた波の偏波面との間の捩れ角３１に依存する（図２）。
【００３２】
送られる波がワークピースの端２６に平行な偏波面、つまり捩れ角３１が０度で送られる場合、反射波の偏波は変化しない。送られる波が０度を超えるあるいは０度未満の偏波面を有する場合、端２６の位置では、誘導電流密度が端２６のみに沿って実質的に伝搬可能なことから、入ってくる電界の強度及び誘導電流密度の伝搬は、端２６に接近したところで異なる。結果として、入って来る電界の強度の方向は、端２６の領域における電流密度の方向とは異なる。方向におけるこの影響は、端２６と送られた波の偏波面との間の捩れ角３１に依存する。このことは、端２６の外形が送られた波の偏波とは異なり、及び捩れ角３１が９０度ではない場合、反射波の偏波が変化することを意味する。捩れ角３１は、波を送りその偏波を規定するアンテナの配向によって、ワークピース１４の端２６に対して定義される。これに関して、アンテナシステム２７は、溶接トーチ７に配置されるガイドレール２９に沿って移動してもよく、このガイドレールは移動方向３０を規定する。アンテナシステム２７のこれらの移動は、直線的あるいは放射状であってもよく、及び／又は溶接トーチ７の周りの円形経路に沿ってつまり実質的に端２６を横断してもよい。
【００３３】
送信器の偏波を有する波ではなく変化した偏波を有する反射波のみを、受信器が受信するために、受信器アンテナの偏波面は、実質的に直角方向で、すなわち送信器（送信器アンテナ）の偏波面に対して９０度の角度で、配置され及び／又は配向される。しかしながら、送信器の偏波を有する反射波は、送信器アンテナによって受信されるであろう。
【００３４】
このことは、変化した偏波を有する波部分を第２アンテナ２８の受信器が受信し、変化していない偏波を有する波部分を第１アンテナ２８の受信器が受信する状態で、第１アンテナ２８によって送られた波がワークピース１４によって反射され、第１アンテナ２８及び第２アンテナ２８によって受信されることを意味する。したがってこのことは、また逆の場合にも当てはまり、第１アンテナ２８は、第２アンテナ２８の送信器信号の波を受信し、この波は反射し変化した偏波を有し、及び、第２アンテナ２８は、以前と同じ偏波を有する波部分を受信する。
【００３５】
このように、ワークピース１４によって反射された波は、変化した偏波と不変化の偏波とによって分けられた波として受信される。
【００３６】
この実施形態によるアンテナシステム２７は、互いに直角に配列された少なくとも２つのアンテナ２８によって形成され、端２６の位置、配向、形状のデータ（例えば、ワークピース１４のパーツ間の空隙のような）の決定を容易にし、溶接される金属の端２６の外形の決定を容易にする。端２６の位置及び配向の正確な決定のため、アンテナシステム２７は、また、溶接ヘッド７のまわりを移動してもよく、それにより、アンテナシステム２７と端２６との間の捩れ角３１を変更し、受信器間の反射波の「クロストーク」を引き起こしてもよい。この「クロストーク」は、上述した反射波の配分によって引き起こされる。ここで、変化した偏波を有する反射波を受信するアンテナ２８に対する角度は変わらず、実質的に９０度である。それぞれの受信器において受信された波部分を評価することによって、この波部分は少なくともある一部分で「クロストーク」に起因し、「クロストーク」において端２６の配向及び位置を検出することが可能である。
【００３７】
ワークピース１４に関する移動３０の方向におけるアンテナシステム２７の回転移動は、溶接トーチ７及び／又は溶接ヘッドのまわりの異なる測定位置をアンテナシステム２７に取らせる。これらの測定位置では、異なる周波数でのワークピース１４の反射の挙動が測定方法の安定性を改善するために記録され格納される。このために、波は、各測定位置の捩れ角３１に従いその偏波が変化しながら、各測定位置から送られる。したがって、反射波の配分及び偏波も同様に変化し、これにより「クロストーク」の強度における変動をもたらす。
【００３８】
この場合、変化した偏波を有する反射波の強度は、送られた波の強度よりも著しく低い。これは、送られた波のいずれの部分でもその高い強度と元の偏波とともにクロストークが発生しないことを保証するために、送信器アンテナに対して直角に受信器アンテナを配向するのが好ましいことの理由である。このことはまた、評価用モジュールにおける増幅段をより低い強度に調整することを可能にする。
【００３９】
有利には、測定位置は、端２６に対して対称的なように位置する半円上に実質的に配置され、したがって測定位置は、端２６の左及び右へ円の１／４上に存在する。このことは、異なる測定位置の格納された反射挙動から、評価用モジュールが端２６の位置及び配向に相当する測定位置を見つけることを可能にする。もちろん、補間された測定位置から端２６の位置及び配向を導き出しながら、例えば、測定位置間で補間を実行することは可能である。
【００４０】
様々な構成によって、アンテナシステム２７は異なる測定位置で測定を行なうことができる。さらにアンテナシステム２７は、測定数を増すために、回転する方法で移動してもよい。
【００４１】
第１実施形態では、アンテナシステム２７は、既に記述したように２つのアンテナ２８が好ましくは９０度にオフセットされて配置されるアセンブリを形成してもよい。この配置により、アセンブリ全体が溶接トーチ７のまわりで移動し、あるいは、捩れ角３１が変更され最大「クロストーク」が調整可能である状態で、多数のアセンブリが溶接トーチ７及び／又はアーク部品及び／又は溶接ヘッドのまわりに配置される。
【００４２】
図４による第２実施形態では、アンテナシステム２７は、多数のアンテナ２８から構成されており、各アンテナ２８は送受信器ユニットとして使用可能である。ここで、アンテナ２８は、互いに規定された距離及び／又は角度で溶接トーチ７のまわりに配置される。実質的に、すべてのアンテナ２８は、９０度でオフセットした対応のアンテナ２８に関連付けられる。例示では、７つのアンテナ２８がそれぞれ３０度でオフセットされ、半円上に配置される。対応する２つのアンテナ２８が常に同時に活性化される。アンテナ２８を移動することを推奨するが、必須の要求ではない。必要な測定位置を提供するために、そのような配置においていずれの数のアンテナ２８も使用されてもよい。
【００４３】
第３実施形態では、変化した偏波を有する反射波は、測定位置でアンテナ２８の捩れ角３１を電気的に変更することによって受信されてもよい。ここで、反射波は、反射波の変化した偏波とともに受信されるのと同様に、送られた波の偏波とともに受信される。このために、アンテナ２８の受信器は２つの出力を備え、それによって異なる偏波を有する反射波が評価可能である。図５によれば、これは点線で描かれたアンテナ２８によって図示され、偏波のスイッチングは電気的に実行されることから物理的に存在しない。例えば円形の導波管がアンテナ２８としてここで使用される。アンテナ２８は、自身の軸まわりのアンテナ２８の回転、及び、端２６に交わる移動及び／又は溶接トーチ７のまわりの回転が行なわれるような方法で溶接トーチ７のまわりを移動する。
【００４４】
アンテナ２８は、要求される分解能及び／又はシーム追跡システムの精度よりもはるかに大きい、ワークピース１４の領域に放射する電磁波を、周波数及びアンテナの形状によって決めながら発生する。例えば７７ＧＨｚの周波数では、放射エネルギーの９８％を有する領域の可能な最小直径は、およそ１．５ｃｍである。しかしながら、プロセスに関しては、サブミリメートルの範囲（例えば０．１ｍｍ）における分解能が必要であり、これは、多数の空間位置における偏波及び測定の変化を評価することで達成される。幾つかの波長に所要の焦点を合わすことは、周波数及び直径を適切に設定することによって達成可能である。送られた波が端２６の代わりにワークピース１４の平らな表面に当たったならば、反射波は送られた波と同じ偏波を有するであろう。
【００４５】
しかしながらワークピース１４の端２６では、反射波の偏波は、送られた波と比較して変化する。偏波のこの変化は、端２６と偏波面との間の捩れ角３１に起因し、送信器と受信器との角度配置によって受け取ることができる。したがって、反転した偏波を有する反射波のみが、送信器のアンテナ２８にある角度で配置された受信器のそのアンテナ２８によって受信される。
【００４６】
評価では、異なる測定位置とともに記録された異なる反射挙動が組み合わされ、隙間の幅のような形状データとともに端２６の位置及び配向がこれに基づいて決定される。測定位置は、例えば２ミリセカンドごとに変更してもよい。溶接トーチ７の前進移動は、ここでの測定にほとんど影響がない。
【００４７】
反射波の振幅及び位相の外形は、位置及び偏波面に依存して観察される。異なる測定位置での電流方向の配分によって、個々の波は、異なる振幅及び位相を有して反射される。これによれば、位置（位相）及び方向（振幅）は、反射波の振幅及び位相の評価によって識別することができる。
【００４８】
移動３０の方向を介してアンテナシステム２７を移動することによって、放射領域３３（照射領域）は移動され、その結果、放射領域つまり照射領域における端２６の位置は、端２６に対して同様に移動する。したがって、受信波の強度もまた、端２６への捩れ角３１に依存して変化する。捩れ角３１の変更は、波伝達の分配の変化に、したがって反射波の振幅の変化に結びつく。アンテナシステム２７によれば、２つの異なるアンテナ２８の送信器及び受信器は、互いに９０度でオフセットされている。したがって、アンテナシステム２７が半円にて実質的に移動する場合、捩れ角３１は、−９０度と＋９０度との間にあるかもしれない。
【００４９】
ワークピース１４の端２６が半円の０度ライン上にある場合、一つのアンテナ２８も０度位置に配置され、第２のアンテナ２８は−９０度位置あるいは＋９０度位置に配置される。この場合、送信器及び端２６の同一面上の配置のため、偏波の変化が生じないことから、波の偏波は変化しない状態を実質的に維持する。ここでは、捩れ角３１は０度である。
【００５０】
しかしながら、すべてのアンテナ２８が４５度の捩れ角３１で、つまり一つのアンテナ２８が４５度で第２アンテナ２８が−４５度で、端２６の方へ配向される場合、図６による振幅図に図示するように、偏波の変化は反射波の最大振幅をもたらすであろう。
【００５１】
したがって、端２６の方向は、反射波の異なる振幅のため、偏波評価によって一義的に決定することができる。評価用モジュールは、例えば方向に関する測定のように、２つの測定位置間の中央における測定位置を使用することによって最大振幅を有する測定位置からの方向を少なくとも特定する。もちろん、測定位置間の振幅の外形もまた補間されてもよく、よって補間された外形における位置もまた、方向に関する測定として考えてもよい。
【００５２】
一方、端２６の位置は、既に述べたようにそして図７から分かるように、反射波の位相の外形によって特定される。したがって反射波の位相は、すべての測定位置にてキャプチャーされ格納される。よって、測定位置間の位相変化は評価可能である。ここで、異なる測定位置のために距離が変化し、それにより反射波は時間的に遅延して受信されることから、位相変化は端２６で発生する。しかしながらこの変化は、波が個々の測定位置における照射領域表面に依存する異なる遅れによって反射し、よって位相が照射領域における端２６の位置とともに変化することから、突然には発生せず、曲線にしたがい進んでいく。端２６が照射領域の中央領域にある場合、反射波の位相はその最小値を有する。
【００５３】
偏波評価では、最小値は、格納された位相値から識別可能であり、このことから、端２６の位置は、評価用モジュールによって識別された最小値を測定位置へ関連付けることにより決定可能である。もちろん、モノスタティックな評価は、偏波評価の代わりに、あるいはその評価に加えて同様に使用されてもよい。
【００５４】
評価を迅速化し及び／又は偏波の変化をより速く得るために、アンテナシステム２７は、特に図２に示すように、端２６に対して４５度の捩れ角で配置されるのが好ましい。これは、反射波の偏波が変化するのを防止する。同様に、溶接タスクのタイプ（Ｉ型溶接用突合せ接合、Ｖ型溶接用突合せ接合、隅肉溶接用の重ね合わせ接合あるいはＴ型接合のような）は、溶接装置１の入力及び／又は出力装置１９によって位置決定のために設定可能である。このことは、予期される反射波がより速くかつより容易に反射波の関連づけを可能にすることから、より速い評価を可能にする。
【００５５】
溶接トーチ７のまわりのアンテナ２８の並進及び回転を組み合わせた移動のため（図２）、ワークピース１４の端２６は、測定位置で異なる偏波方向から送られた波によって照らされ、反射波はキャプチャーされる。このために、測定位置での捩れ角３１はアンテナ２８をねじることにより変更される。アンテナのこの追加移動は、測定位置ごとに測定精度を増し、したがって評価用モジュールの結果の精度を向上させる。
【００５６】
位置及びワークピースの端２６の方向の評価に基づいて、該当する場合には、溶接トーチ７及び／又は溶接ヘッドの位置修正が実行されてもよい。構成に関して、アンテナシステム２７の中心点は、溶接トーチ７の中心軸と同一平面に配置され、その結果、関連付けられた測定位置もまた、溶接トーチ７の正確な位置決めのために同一平面でなければならない。このために、溶接トーチ７の位置を変更するために必要な距離は、測定位置と中心点との間の角度の違いを介して捩れ角３１に決定される。この評価された位置及び方向を使用することによって、溶接方向３２における偏向が、次の測定サイクルまで、特定された方向によって最小に維持された状態で、溶接ロボットは端２６に正確に位置決め可能である。
【００５７】
例えば、溶接されるワークピース１４間の望まない隙間を検出するため、及び溶接工程のパラメーターを適応させるために、高さに関する正確な情報が必要である。発明によれば、この情報は数学的モデル、これは評価用モジュールによって測定され及び／又は提供される結果をシミュレートするためにパラメーターを変更する、によって計算することができ、その結果、隙間の形状を識別することができる。予め選択されたシーム形状は、このための基準として供給され、その結果、それとともに格納されるシミュレーション結果は、評価された結果に既に類似している。したがってパラメーターを変えることによって、結果は接近する。モデルは、またいくつかの測定と互いにリンクしてもよく、例えば、この方法において隙間の幅を決定してもよい。
【００５８】
モデルでは、波の偏波における逆の影響は、ワークピース１４の端２６に沿った局所電流密度を介してキャプチャーされ、その結果、モデルに基づいた端２６の検出が可能である。
【００５９】
発明によれば、複雑な形状のためにモデルを仕立てる（train）ことも可能である。そうするために、溶接工程用の明白なパラメーター（端の位置、隙間の幅等のようなもの）が変更され測定される。このために、アンテナシステム２８は形状上方を移動し、反射は測定データとしてキャプチャーされる。形状が変更される場合、反射も同様に変化する。得られた測定データは、反射パターンとしてメモリに保存されてもよい。
【００６０】
作業中に、現在の測定データは、現在のパラメーターを導出するためにメモリ内の反射パターンと比較されてもよい。しかしながら、このようなトレーニング方法（training procedure）に必要なさらなる努力のため、及びハイメモリの要求のため、トレーニング方法は、数学的モデルの開発を非常に労働集約型にするであろう複雑な形状にのみ有用である。
【００６１】
送信器として使用される各アンテナ２８が受信器としても使用されてもよいという事実は、ワークピース１４の継ぎ目で粗い位置決めを可能にするために利用される。そうするために、送られる波の放射パワー及び受信波の放射パワーはモニターされ比較される。送信器アンテナによって受け取られる放射パワーを知ったならば、受信器アンテナによって受け取られる放射パワーは、評価エラーを回避するために正確に計ることができる。個別の送信器及び受信器アンテナを使用するとき、放射パワーもまたモニターされてもよいことは言うまでもない。
【００６２】
アンテナシステム２７はまた、溶接システムのＴＣＰ（工具中心点）を調節するために使用されてもよい。このために、例えば、溶接ヘッド７の消耗品を交換した後、アンテナシステム２７によって位置、方向及び形状に関する対応の測定を記録するとともに、ワークピースの異なる密度及び隙間幅を有するワークピース１４の既知形状（重ね合わせ接合、Ｔ接合、隅肉溶接などのような）に関して溶接ロボットの較正運転を実行することによって、溶接システムのＴＣＰは調節される。ＴＣＰは、これらの測定に基づいて設定されてもよい。
【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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【図６】
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【図７】
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