(57)【要約】      （修正有）【課題】ロボット溶接付加製造プロセスの間に高さの誤差を修正するシステムを提供する。【解決手段】フレームと、フレーム内に配置されるとともにフレームに取り囲まれるロボットと、フレーム内に配置されるとともにフレームに取り囲まれる溶接テーブルと、フレームに連結されるプラットフォームと、プラットフォームに設置されるとともにフレームの外側に配置される溶接電源と、を含む溶接システムであって、溶接電源は、現在の溶接層について求められた各瞬間のコンタクトチップ・ワーク間距離ＣＴＷＤに基づいて、平均のコンタクトチップ・ワーク間距離ＣＴＷＤを求めるように構成されており、かつ３Ｄワークピース部２２の次の溶接層を形成するときに用いられる補正係数を、平均のコンタクトチップ・ワーク間距離ＣＴＷＤに少なくとも基づいて生成するように構成されている。【選択図】図４Ｂ
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【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
溶接電源を含む溶接システムであって、該溶接電源は、
３Ｄワークピース部の現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間に、溶接出力電流とワイヤ送給速度とで構成される複数の瞬間パラメータペアをリアルタイムでサンプリングすること、
前記現在の溶接層が形成される間にサンプリングされた前記複数の瞬間パラメータペアの各パラメータペアごとに、瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を該各パラメータペアに少なくとも基づいて求めること、
前記現在の溶接層について求められた各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて、平均コンタクトチップ・ワーク間距離を求めること、及び
前記３Ｄワークピース部の次の溶接層を形成するときに用いられる補正係数を、前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて生成すること、
を行うように構成されている、溶接システム。
【請求項２】
各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離はリアルタイムで求められ、前記溶接電源は、
前記現在の溶接層が形成される間に各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離が求められると、コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均をリアルタイムで求めること、及び
前記コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均に対応して、前記現在の溶接層が形成される間の溶接期間又はワイヤ送給速度のうちの１つ以上をリアルタイムで調整すること、
を行うようにさらに構成されている、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項３】
溶接電源を含む溶接システムであって、該溶接電源は、
３Ｄワークピース部の現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間に、溶接出力電流とワイヤ送給速度とで構成される複数の瞬間パラメータペアをリアルタイムでサンプリングすること、
前記現在の溶接層が形成される間にサンプリングされた前記複数の瞬間パラメータペアの各パラメータペアごとに、瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を該各パラメータペアに少なくとも基づいてリアルタイムで求めること、
前記現在の溶接層が形成される間に各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離が求められると、コンタクトチップ・ワーク間距離の平均移動をリアルタイムで求めること、及び
前記コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均に対応して、前記現在の溶接層が形成される間の溶接期間又はワイヤ送給速度のうちの１つ以上をリアルタイムで調整すること、
を行うように構成されている、溶接システム。
【請求項４】
前記溶接電源は、
前記現在の溶接層について求められた各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて平均コンタクトチップ・ワーク間距離を求めること、及び
前記３Ｄワークピース部の次の溶接層を形成するときに用いられる補正係数を、前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離に少なくとも基づいて生成すること、
を行うようにさらに構成されている、請求項３に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離は、溶接出力電圧、溶接電極の種類、溶接電極の直径及び使用するシールドガスのうちの１つ以上にさらに基づく、請求項４に記載の溶接システム。
【請求項６】
前記補正係数は、次の溶接層用の溶接期間、ワイヤ送給速度又は移動速度のうちの１つ以上に影響を及ぼす、請求項１、２、４及び５のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項７】
前記補正係数は、次の溶接層のための次の溶接作業用にロボットコントローラによって提供されるロボットパラメータ又は前記３Ｄワークピース部に対応する３Ｄモデルパラメータのうちの１つ以上にさらに基づく、請求項１、２、４、５及び６のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項８】
前記３Ｄモデルパラメータ及び前記ロボットパラメータは、次の溶接層の指定高さ又は次の溶接層のための溶接工具の指定位置のうちの１つ以上を含む、請求項７に記載の溶接システム。
【請求項９】
前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離は、前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の単純算術平均、前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の加重平均又は前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均のうちの１つである、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項１０】
前記溶接電源と作動的に通信するように構成されたロボットコントローラを有するロボットをさらに含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項１１】
前記ロボットに作動的に連結された溶接工具をさらに含む、請求項１０に記載の溶接システム。
【請求項１２】
前記溶接工具及び前記溶接電源に作動的に連結されたワイヤ送給装置をさらに含む、請求項１１に記載の溶接システム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１３年１０月２２日に出願された米国仮特許出願第６１／８９４０３５号の便益及び優先権を主張する。係る特許出願は、参照により本願に全体的に組み込まれる。
【０００２】
本考案の特定の実施形態はアーク溶接に関する。より具体的には、本考案の特定の実施形態は、ロボット溶接付加製造プロセス（robotic  welding  additive  manufacturing  process）のために位置フィードバック（location  feedback）を提供するシステムに関する。
【背景技術】
【０００３】
ロボット溶接付加製造プロセスの間、金属材料の連続層が構築されてワークピース部が形成される。ロボット溶接部が用いられ、ロボット溶接部のロボットコントローラの命令によってワークピース部が層ごとに経時的に構築される。ロボットコントローラは、付加（層ごと）製造プロセスを用いて形成されるワークピース部の３Ｄモデルを読み込むソフトウェアを含み得る。ロボットコントローラは、プログラムにより３Ｄモデルを複数の層へと分割し、溶接部の構築を行うために各個別の層のための溶接パスを計画する。層ごとに予測の溶接堆積が決定され、各堆積層ごとの予測高さが得られる。しかしながら、層ごとの溶接が実際に進むにつれて、例えば、ワークピース部の基板の表面状態（例えば、基板上の温度又は位置）や特定の溶接パラメータを制御可能な精度等の要因により、任意の層のために結果として実際に得られた高さが予測の又は所望の高さから逸れることがある。平均コンタクトチップ・ワーク間距離（contact  tip-to-work  distance）は、現在の溶接層について求められた瞬間（instantaneous）コンタクトチップ・ワーク間距離の単純算術平均、現在の溶接層について求められた瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の加重平均又は現在の溶接層について求められた瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均のうちの１つであり得る。
【０００４】
そのようなシステム及び方法と、本願の残りの部分で説明する本考案の実施形態とを図面を参照しながら比較することにより、従来のアプローチ、既存のアプローチ及び提案されているアプローチのさらなる限界やデメリットが当業者に明らかになる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】米国特許第６７７２９３２号明細書
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ロボット溶接付加製造プロセスの間に高さの誤差を修正するシステムを提供する。現在の溶接層を形成するときに、溶接出力電流及びワイヤ送給速度のうちの一方又は双方をロボット溶接付加製造プロセスの間にサンプリングする。溶接出力電流及びワイヤ送給速度のうちの一方又は双方に少なくとも基づいて、複数の瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離（ＣＴＷＤ）を求める。複数の瞬間ＣＴＷＤに基づいて平均ＣＴＷＤを求める。現在の溶接層の高さの任意の誤差を補うために用いられる補正係数（correction  factor）が、少なくとも平均ＣＴＷＤに基づいて生成される。
【０００７】
一実施形態では、溶接電源を有する溶接システムが提供される。該溶接電源は、３Ｄワークピース部の現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間に、溶接出力電流とワイヤ送給速度とで構成される複数の瞬間パラメータペアをリアルタイムでサンプリングすること、前記現在の溶接層を形成する間に前記複数の瞬間パラメータペアの各パラメータペアごとに、瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を該各パラメータペアに少なくとも基づいて求めること、前記現在の溶接層について求められた各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて、平均コンタクトチップ・ワーク間距離を求めること、及び前記３Ｄワークピース部の次の溶接層を形成するときに用いられる補正係数を、前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて生成することを行うように構成されている。
【０００８】
一実施形態では、溶接電源を有する溶接システムが提供される。該溶接電源は、３Ｄワークピース部の現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間に、溶接出力電流とワイヤ送給速度とで構成される複数の瞬間パラメータペアをリアルタイムでサンプリングすること、前記現在の溶接層が形成される間にサンプリングされた前記複数の瞬間パラメータペアの各パラメータペアごとに、瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を該各パラメータペアに少なくとも基づいてリアルタイムで求めること、前記現在の溶接層が形成される間に各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離が求められると、コンタクトチップ・ワーク間距離の平均移動をリアルタイムで求めること、及び前記コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均に対応して、前記現在の溶接層が形成される間の溶接期間又はワイヤ送給速度のうちの１つ以上をリアルタイムで調整すること、を行うように構成されている。
【０００９】
さらなる実施形態は、下記の説明、図面及び実用新案登録請求の範囲から推測可能である。本考案の例示の実施形態の詳細は、下記の説明及び図面からさらに理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、ロボット溶接セルユニットの例示の実施形態の図を示す。
【図２】図２は、消耗溶接電極及びワークピース部に作動的に連結された、図１のロボット溶接セルユニットの溶接電源の例示の実施形態の概略ブロック図を示す。
【図３】図３は、付加製造アーク溶接プロセスの間にワークピース部と交わる溶接ワイヤ電極を提供する、図１のロボット溶接セルユニットの溶接ガンの一部の例示の実施形態の図を示す。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、アークが存在する場合としない場合のコンタクトチップ・ワーク間距離（ＣＴＷＤ）の概念を示す。
【図５】図５は、２つのプロットを有する２次元グラフの例示の実施形態を示し、２つのプロットは、特定種類の溶接ガスを用いた場合における、ワイヤ送給速度が所定のアーク溶接プロセス用の２つの異なる溶接ワイヤ（種類は同じだが２つはサイズが異なる）についてのＣＴＷＤと溶接出力電流（アンペア数）との関係を示す。
【図６】図６は、特定種類の溶接ガスが提供される場合における、アーク溶接プロセス用の溶接ワイヤ（特定の種類及びサイズ）についてのＣＴＷＤ、溶接出力電流（アンペア数）及びワイヤ送給速度の関係を示す３次元グラフの例示の実施形態を示す。
【図７】図７は、実際の瞬間ＣＴＷＤを求めるように構成された、図２の溶接電源のコントローラの一部の例示の実施形態を示す。
【図８】図８は、瞬間ＣＴＷＤから経時的な平均ＣＴＷＤを求めて、補正係数を算出するように構成された、図２の溶接電源のコントローラの一部の例示の実施形態を示す。
【図９】図９は、ロボット溶接付加製造プロセス（ＲＷＡＭＰ）の間に付加製造の高さの誤差を層ごとに修正する方法の実施形態のフローチャートを示す。
【図１０】図１０は、図９の方法を用いたロボット溶接付加製造プロセスの一例を示す。
【考案を実施するための形態】
【００１１】
以下は、本開示内で用いられ得る例示の用語の定義である。全ての用語の単数形及び複数形の双方が各意味に含まれる。
【００１２】
本願で使用の「ソフトウェア」又は「コンピュータプログラム」は、限定されないがコンピュータ又は他の電子機器に所望の形で機能、動作を実行させる及び／又は行動を取らせる１つ以上のコンピュータ可読及び／又は実行可能命令を含む。係る命令は、ダイナミックリンクライブラリからのコード若しくは別個のアプリケーションを含むプログラム、ルーチン、アルゴリズム又はモジュール等の様々な形で具現化され得る。ソフトウェアも、スタンドアローンプログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、アプリケーション、メモリに記憶された命令、オペレーティングシステムの一部又は他の種類の実行可能命令等の様々な形で実施され得る。当業者であれば、ソフトウェアの形態は、例えば所望の適用の要件、動作環境及び／又はデザイナー／プログラマーの要望等によって決まることが分かる。
【００１３】
本願で使用の「コンピュータ」又は「処理要素」又は「コンピュータ装置」は、限定されないが、データの記憶、取り出し及び処理を行うことが可能な任意のプログラムされた又はプログラム可能な電子機器を含む。「非一時的なコンピュータ可読媒体」は、限定されないがＣＤ−ＲＯＭ、リムーバブルフラッシュメモリーカード、ハードディスクドライブ、磁気テープ及びフロッピーディスクを含む。
【００１４】
本願で使用の「溶接工具」は、限定されないが、溶接ガン、溶接トーチ又は溶接電源によって供給される電力を消耗溶接ワイヤに印加する目的で消耗溶接ワイヤを受け入れる任意の溶接装置を意味する。
【００１５】
本願で使用の「溶接出力経路」は、第１の溶接ケーブル（又は溶接ケーブルの第１の側）を通じて溶接電源の溶接出力の第１の側から溶接電極に、そしてワークピースに至り（溶接電極とワークピースとの間のショート又はアークの何れか通じて）、第２の溶接ケーブル（又は溶接ケーブルの第２の側）を通じて溶接電源の溶接出力の第２の側に戻る電気路を意味する。
【００１６】
本願で使用の「溶接ケーブル」は、電力を提供して溶接電極とワークピースとの間にアークを作り出すために（例えば溶接ワイヤ送給装置を通じて）溶接電源と溶接電極及びワークピースとの間に連結され得る電気ケーブルを意味する。
【００１７】
本願で使用の「溶接出力」は、溶接電源の電気出力回路又は出力ポート若しくは端子を意味し得るか又は溶接電源の電気出力回路若しくは出力ポートによって提供される電力、電圧又は電流を意味し得る。
【００１８】
本願で使用の「コンピュータメモリ」は、コンピュータ又は処理要素が読み出し可能なデジタルデータ又は情報を記憶するように構成された記憶装置を意味する。
【００１９】
本願で使用の「コントローラ」は、論理回路及び／又は処理要素と溶接電源の制御に関与する関連ソフトウェア又はプログラムとを意味する。
【００２０】
本願では、「信号」、「データ」及び「情報」という用語を区別しないで用いることがあり、それらはデジタル又はアナログ形式であり得る。
【００２１】
本願では、「溶接パラメータ」という用語を広い意味で用いており、溶接出力電流波形の一部（例えば、振幅、パルス幅又は持続時間、傾斜、電極極性）、溶接プロセス（例えば、ショートアーク溶接プロセス又はパルス溶接プロセス）、ワイヤ送給速度、変調周波数又は溶接移動速度の特徴を意味し得る。
【００２２】
図１を参照して、ロボット溶接セルユニット（robotic  welding  cell  unit）１０は一般的にフレーム１２と、フレーム内に配置されたロボット１４と、同じくフレーム内に配置された溶接テーブル１６とを含む。ロボット溶接セルユニット１０は、以下でより詳細に説明するように、付加製造プロセスを通じて基板上にワークピース部２２を構築するのに有用である。
【００２３】
図示の実施形態では、フレーム１２は複数の側壁及びドアを含んでロボット１４及び溶接テーブル１６を取り囲む。平面視した場合に実質的に矩形の構成を示しているが、フレーム１２及びユニット１０は様々な構成を取ることができる。
【００２４】
前部アクセスドア２６はフレーム１２に取り付けられ、フレームの内部へのアクセスを提供する。同様に、後部アクセスドア２８もフレーム１２に取り付けられている。窓３２はいずれかのドア（前部ドア２６にのみに図示）に設けることができる。窓は当該技術分野で知られている色付きの安全スクリーン（tinted  safety  screen）を含み得る。
【００２５】
フレーム１２には前部ドア２６に隣接して制御パネル４０が設けられている。制御パネル４０に設けられた制御ノブ及び／又はスイッチは、フレーム１２に取り付けられた制御部筐体４２に収容された制御部と通信する。制御パネル４０の制御部は、既知の溶接セルユニットで用いられる制御部と同じ様に、ユニット１０で行われる作業を制御するのに用いることができる。
【００２６】
一実施形態によれば、支持部（図示せず）に取り付けられた台座にロボット１４が取り付けられている。図示の実施形態で使用のロボット１４は、ファナックロボティクスアメリカ社販売のＡＲＣ  Ｍａｔｅ（登録商標）１００／Ｂｅロボットであり得る。他の同様のロボットも使用できる。図示の実施形態におけるロボット１４は、溶接テーブル１６に対して配置されており、１１の動作軸（axes  of  movement）を含む。所望により、タレットのように、台座（図示せず）を支持部（図示せず）に対して回転させることができる。従って、ロボット１４を回転させるために、ある種の駆動機構、例えばモーター及びトランスミッション（図示せず）を台座及び／又は支持部内に収容することができる。
【００２７】
ロボット１４のアームの遠位端には溶接ガン６０が取り付けられている。溶接ガン６０は当該技術分野で知られているものと同様のものであり得る。可撓性のチューブ又は導管６２が溶接ガン６０に取り付けられている。容器６６内に保管可能な消耗溶接電極ワイヤ６４が導管６２を通じて溶接ガン６０に送られる。例えば、リンカーンエレクトリック社販売のＰＦ１０Ｒ−ＩＩワイヤ送給装置であり得るワイヤ送給装置６８がフレーム１２に取り付けられて、溶接ガン６０に溶接ワイヤ６４を送るのを容易にする。
【００２８】
図示のロボット１４はフレーム１２のベース部又は下部に取り付けられているが、所望により、特許文献１に開示のロボットと同様な形でロボット１４を取り付けることができる。即ち、フレームの上部構造にロボットを取り付けて、セルユニット１０内へと下方に延びるようにすることができる。
【００２９】
再び図１に図示の実施形態を参照して、フレーム１２に連結されるとともにその一部であり得るプラットフォーム７４に溶接作業のための溶接電源７２が設置されている。図示の実施形態の溶接電源７２は、リンカーンエレクトリック社販売のＰＷ４５５Ｍ（非ＳＴＴ）であるが、溶接作業には他の好適な電源を用いることができる。ロボット１４を制御するロボットコントローラ７６もプラットフォーム７４上に設置されている。一般に、ロボットコントローラはロボット１４を伴う。
【００３０】
ロボット溶接セルユニット１０はシールドガス源（図示せず）も含み得る。当該技術分野で知られているように、作業の間、ワイヤ送給装置６８、溶接ガン６０、シールドガス源及び溶接電源７２が作動的に連結されて、溶接層を形成するために溶接ワイヤとワークピース部２２との間に電気アークを形成させる。一実施形態によれば、例えば酸素又は窒素等の大気気体から溶接領域を保護するために、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）プロセスの間にシールドガスが用いられ得る。そのような大気気体は、例えば、融合不良、脆化及びポロシティ等の様々な溶接金属不良を引き起こし得る。
【００３１】
使用するシールドガスの種類又はシールドガスの組み合わせは、溶接される材料及び溶接プロセスにより異なる。提供されるシールドガスの流速は、シールドガスの種類、移動速度、溶接電流、溶接形状及び溶接プロセスの金属転移モードによって異なる。不活性ガスはアルゴン及びヘリウムを含む。しかしながら、例えば二酸化炭素（ＣＯ２）や酸素等の他のシールドガス又はガスの組み合わせを用いるのが望ましい場合もあり得る。一実施形態によれば、アーク溶接プロセスの間に溶接工具によってシールドガスが溶接領域内い分散されるように、溶接プロセスの間にシールドガスが溶接工具に供給され得る。
【００３２】
溶接ワイヤ又は電極の選択は、付加的に溶接されるワークピース部の組成、溶接プロセス、溶接層の構成及びワークピース部基板の表面状態により異なる。溶接ワイヤの選択は、結果として得られる溶接層の機械特性に大きな影響を及ぼし、溶接層の品質の主たる決定要因となり得る。結果として得られる溶接金属層が、切れ目、汚染又はポロシティ等の不良がなく、ベース基板材料の機械特性と同様の機械特性を有することが望ましい場合がある。
【００３３】
既存の溶接ワイヤ電極は、酸素ポロシティの防止に役立つようにシリコン、マンガン、チタン及びアルミニウム等の脱酸金属を比較的小さな割合で含む。一部の電極は窒素ポロシティを避けるためにチタンやジルコニウム等の金属を含み得る。溶接プロセス及び溶接が行われるベース基板の材料によって、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）で用いられる電極の直径は通常０．０２８〜０．０９５インチであり得るが、０．１６インチと大きい場合もある。通常直径が０．０４５インチの最小の電極は短絡金属転移プロセスに関連するのに対して、スプレー転移プロセスで用いられる電極は直径が少なくとも０．０３５インチであり得る。
【００３４】
図２は、消耗溶接電極６４及びワークピース部２２に作動的に連結された、図１のロボット溶接セルユニット１０の溶接電源７２の例示の実施形態の概略ブロック図を示す。溶接電源７２は、電力変換回路１１０及びブリッジスイッチング回路１８０を有するスイッチング電源１０５を含み、溶接電極６４とワークピース部２２との間に溶接出力電力を提供する。電力変換回路１１０はハーフブリッジ出力トポロジに基づくトランスであり得る。例えば、電力変換回路１１０は、例えば、溶接トランスの一次側及び二次側によって分けられた入力側及び出力側を含むインバーター型のものであり得る。例えば、ＤＣ出力トポロジを有するチョッパー型等の他の種類の電力変換回路も可能である。電源１００は、電力変換回路１１０に作動的に連結されるとともに、（例えばＡＣ溶接のための）溶接出力電流の極性の方向を切り替えるように構成されたブリッジスイッチング回路１８０も含む。
【００３５】
電源７２は、波形生成器１２０及びコントローラ１３０をさらに含む。波形生成器１２０はコントローラ１３０の命令で溶接波形を生成する。波形生成器１２０によって生成された波形は、電極６４とワークピース部２２との間に溶接出力電流を生成するために、電力変換回路１１０の出力を変調する。コントローラ１３０はブリッジスイッチング回路１８０の切り替えも命令し、電力変換回路１１０に制御コマンドを提供し得る。
【００３６】
溶接電源７２は、電極６４とワークピース部２２との間の溶接出力電圧及び電流をモニタリングし、モニタリングした電圧及び電流をコントローラ１３０にフィードバックする電圧フィードバック回路１４０及び電流フィードバック回路１５０をさらに含む。フィードバック電圧及び電流は、波形生成器１２０によって生成された溶接波形を変調することに関する決定を行うために及び／又は例えば電源７２の動作に影響を与える他の決定を行うためにコントローラ１３０によって用いられ得る。後でより詳細に説明するように、一実施形態によれば、コントローラ１３０が溶接プロセスの間にＣＴＷＤを求めるのに用いられ、そのＣＴＷＤを用いて溶接期間（ＷＴＤ）及び／又はワイヤ送給速度（ＷＦＳ）を調整する。
【００３７】
一実施形態によれば、スイッチング電源１０５、波形生成器１２０、コントローラ１３０、電圧フィードバック回路１４０及び電流フィードバック回路１５０が溶接電源７２を構成する。ロボット溶接セルユニット１０は、溶接ガン（溶接工具）６０を通じて消耗ワイヤ溶接電極６４を選ばれたワイヤ送給速度（ＷＦＳ）でワークピース部２２の方に供給するワイヤ送給装置６８も含む。ワイヤ送給装置６８、消耗溶接電極６４及びワークピース部２２は溶接電源７２の一部ではないが、１つ以上の溶接出力ケーブルを通じて溶接電源７２に作動的に接続され得る。
【００３８】
図３は、付加製造アーク溶接プロセスの間にワークピース部２２と交わる溶接ワイヤ電極６４を提供する、図１のロボット溶接セルユニット１０の溶接ガン６０の一部の例示の実施形態の図を示す。溶接ガン６０は、絶縁された導体チューブ６１、電極導管６３、ガス拡散器６５、コンタクトチップ６７及びガン６０を通じて送給されるワイヤ電極６４を有し得る。コントロールスイッチ又はトリガー（図示せず）は、ロボット１４によって作動されるとワイヤの送給、電力、シールドガスの流れを開始させて、電極６４とワークピース部２２との間に電気アークが確立されるようにする。コンタクトチップ６７は導電性であり、溶接ケーブルを通じて溶接電源７２に接続されており、電気エネルギーを電極６４に送りつつ、電極６４をワークピース部２２の方に向ける。コンタクトチップ６７は、電気接触を維持しながら電極６４がその中を通過できるような寸法を有するとともに固定されている。
【００３９】
ワイヤ送給装置６８は電極６４をワークピース部２２に供給し、導管６２を通じてコンタクトチップ６７に電極６４を駆動する。ワイヤ電極６４は一定の送給速度で送給してもよいし又は送給速度をアーク長や溶接電圧に基づいて変更してもよい。一部のワイヤ送給装置は１２００インチ／分と高い送給速度を実現できるが、半自動ＧＭＡＷの送給速度の範囲は一般に７５〜４００インチ／分である。
【００４０】
コンタクトチップ６７に向かう途中、ワイヤ電極６４は電極導管６３によって保護及びガイドされる。電極導管６３はよじれを防止するのに役立つとともに溶接電極６４の送給を途切れなく維持する。ガス拡散器６５は、シールドガスを溶接領域内に均等に送る。シールドガス源の容器からのガスホースがガス拡散器６５にガスを供給する。
【００４１】
図４Ａ及び図４Ｂは、アークの存在がある場合とない場合のコンタクトチップ・ワーク間距離（ＣＴＷＤ）の概念を図示する。図４Ａでは、電極６４とワークピース部２２との間にアークが確立されていない状態でのコンタクトチップ６７の端部とワークピース部２２の上層との間の距離としてＣＴＷＤを図示している。図４Ｂでは、電極６４とワークピース部２２との間にアークが確立された状態でのコンタクトチップ６７の端部とワークピース部２２の上層との間の距離としてＣＴＷＤを図示している。繰り返しになるが、溶接プロセスの間に一定の望ましいコンタクトチップ・ワーク間距離を維持することが重要である。一般に、ＣＴＷＤが長くなると溶接電流が減少する。ＣＴＷＤがあまりにも長すぎると、溶接電極の過熱が引き起こされ得るとともにシールドガスが浪費され得る。さらに、望ましいＣＴＷＤは様々な溶接プロセスによって異なり得る。
【００４２】
一実施形態によれば、ワークピース部２２は、ロボットコントローラ７６の命令により層ごとに経時的に構築される。ロボットコントローラ７６は、付加（層ごと）製造プロセスを用いて形成されるワークピース部２２の３Ｄモデルを読み込むソフトウェアを含む。ロボットコントローラ７６は、プログラムにより３Ｄモデルを複数の層へと分割し、ワークピース部２２の構築を行うために各個別の層のための溶接パスを計画する。層ごとに予測溶接堆積が決定され、堆積層ごとの予測高さが得られる。しかしながら、実際の層ごとの溶接が進むにつれて、例えば、ワークピース部基板の表面状態や特定の溶接パラメータを制御可能な精度等の要因によって、任意の層のための実際に得られる高さが予測の又は所望の高さから逸れることがある。従って、一実施形態によれば、以下で詳細に説明するように、溶接プロセスの間にＣＴＷＤが層ごとにモニタリングされるとともに、それが高さ寸法の誤差を補うために用いられる。
【００４３】
図５は、２つのプロット５１０及び５２０を有する２次元グラフ５００の例示の実施形態を示す。プロット５１０及び５２０は、特定種類の溶接ガスを用いた場合における２つの異なるアーク溶接プロセス用溶接ワイヤ（同じ種類且つ同じ一定速度で送給されるが、２つは直径が異なる）についてのＣＴＷＤと溶接出力電流（アンペア数）との関係を示す。一実施形態によれば、溶接プロセスの間の実際の瞬間ＣＴＷＤが、溶接出力電流（アンペア数）、溶接電極の種類、溶接電極の直径、ワイヤ送給速度（ＷＦＳ）及び使用するシールドガスに基づきコントローラ１３０によってリアルタイムで求められ得る。適切なプロット（例えば５１０又は５２０）によって定義されるように、溶接プロセスの間にＣＴＷＤがリアルタイムで変化すると、溶接出力電流（アンペア数）はその変化をリアルタイムで反映する。溶接プロセスの間に実際のＣＴＷＤがリアルタイムで変化すると、電流フィードバック回路１５０からフィードバックされた溶接出力電流値を受信し、選択されたワイヤ電極の種類／直径、シールドガスの混合物及びワイヤ送給速度を既に知っているコントローラ１３０は実際のＣＴＷＤを求める。
【００４４】
一実施形態によれば、プロット５１０は、同じ９０％アルゴンシールドガスと１０％二酸化炭素シールドガスとの混合物が提供される溶接プロセスにおいて用いられる直径が０．０４５インチで銅被覆された軟鋼タイプのものである溶接ワイヤ電極に対応する。さらに、一実施形態によれば、プロット５２０は、９０％アルゴンシールドガスと１０％二酸化炭素シールドガスとの混合物が提供される溶接プロセスにおいて用いられる直径が０．０５２インチで上記と同じ銅被覆された軟鋼タイプのものである溶接ワイヤ電極に対応する。図５から分かるように、同じ種類の溶接ワイヤの直径が大きい直径に変わると、ＣＴＷＤとアンペア数との関係を表すプロットは、グラフ５００の原点から外側へと移動する。
【００４５】
様々な実施形態によれば、溶接電極の種類、溶接電極の直径、ワイヤ送給速度及び使用するシールドガスの組み合わせについてのＣＴＷＤとアンペア数との関係は、実験的に又は理論に基づく分析を通じて求めてもよい。そのような関係が求められると、係る関係は参照テーブル（ＬＵＴ）として若しくは数学的な伝達関数（mathematical  transfer  function）として表されるか若しくはコントローラ１３０内に記憶され得る。
【００４６】
代替的な実施形態によれば、（例えば、アーク長及び溶接電圧に基づいて）溶接プロセスの間にワイヤ送給速度（ＷＦＳ）が変化し得るため、ＬＵＴ又は数学的な伝達関数はＣＴＷＤに基づくワイヤ送給速度の変化の効果を反映し得る。例えば、図６は３次元グラフ６００の例示の実施形態を示す。グラフ６００は、特定種類の溶接ガスが提供される場合におけるアーク溶接プロセス用の溶接ワイヤ（特定種類及びサイズ）についてのＣＴＷＤ、溶接出力電流（アンペア数）及びワイヤ送給速度（ＷＦＳ）の関係を示す。グラフ６００のプロット６１０はサーフェイス（surface）を形成する。一実施形態によれば、溶接プロセスの間の実際の瞬間ＣＴＷＤが、溶接出力電流（アンペア数）、ワイヤ送給速度、溶接電極の種類、溶接電極の直径及び使用する溶接ガスに基づきコントローラ１３０によってリアルタイムで求められ得る。
【００４７】
グラフ６００のサーフェイスプロット６１０によって定義されるように、溶接プロセスの間に実際のＣＴＷＤがリアルタイムで変化すると、溶接出力電流（アンペア数）及びＷＦＳの対（パラメータペア）はその変化をリアルタイムで反映する。さらに、溶接プロセスの間に実際のＣＴＷＤがリアルタイムで変化すると、電流フィードバック回路１５０からフィードバックされた溶接出力電流値（アンペア数）及びワイヤ送給装置６８からフィードバックされたＷＦＳ値を受信し、選択されたワイヤ電極の種類／直径及びシールドガスの混合物を既に知っているコントローラ１３０は実際のＣＴＷＤを求める。図６は、グラフ６００のサーフェイスプロット６１０によって定義されるように、実際のＣＴＷＤ値６１２に対応するアンペア数／ＷＦＳパラメータペア６１１の例を示す。溶接電極の種類、溶接電極の直径及び使用されるシールドガスの組み合わせについては、他のサーフェイスのプロットがＣＴＷＤ、ＷＦＳ及びアンペア数の関係を定義する。代替的な実施形態によれば、電圧フィードバック回路１４０からコントローラ１３０にフィードバックされる溶接出力電圧を考慮することで、実際の瞬間ＣＴＷＤがより正確に求められ得る。
【００４８】
様々な実施形態によれば、溶接電極の種類、溶接電極の直径及び使用するシールドガスの組み合わせについてのＣＴＷＤ、ＷＦＳ及びアンペア数との関係は、実験的に又は理論に基づく分析を通じて求めてもよい。そのような関係が求められると、係る関係は、例えばソフトウェアで表される参照テーブル（ＬＵＴ）として若しくは数学的な伝達関数として表されるか若しくはコントローラ１３０内に記憶され得る。
【００４９】
図７は、実際の瞬間ＣＴＷＤを求めるように構成された、図２の溶接電源７２のコントローラ１３０の部分７００の例示の実施形態を示す。図７の実施形態に示すように、入力７１１（ＷＦＳ、ワイヤの種類、ワイヤのサイズ、アンペア数、電圧及びシールドガス）と出力７１２（実際のＣＴＷＤ）の関係を実施するのにＬＵＴ７１０が用いられる。ＬＵＴ７１０は、例えばＥＥＰＲＯＭとしてファームウエアで実施され得る。一部の実施形態では、溶接出力電圧又はシールドガスの入力が用いられない場合がある。入力７１１の任意の特定の組み合わせについて、実際の瞬間ＣＴＷＤをリアルタイムで表す出力７１２が生成される。
【００５０】
図８は、ＬＵＴ７１０から出力されたＣＴＷＤ７１２から経時的な平均ＣＴＷＤ８１２を求めて、補正係数を算出するように構成された、図２の溶接電源７２のコントローラ１３０の部分８００の例示の実施形態を示す。補正係数は、溶接期間８２２、溶接送給速度（ＷＦＳ）８２４又はその両方の形態を取り得る。図８は、溶接電源７２のコントローラ１３０の部分８００と通信してやりとりを行うロボットコントローラ７６も示す。任意で又は代替的に、補正係数は溶接ガンの移動速度の形態を取ってもよい。
【００５１】
一実施形態によれば、ワークピース部２２の現在の位置に現在の溶接層を形成するために現在の溶接作業が行われると、現在の溶接作業の間に複数の瞬間ＣＴＷＤ７１２が求められ、それら複数の瞬間ＣＴＷＤ７１２から、現在の溶接層についての平均ＣＴＷＤ８１２が平均モジュール８１０によって算出される。平均ＣＴＷＤ８１２に基づいて、さらにはロボットコントローラ７６からコントローラ１３０が受信した次の溶接作業に対応する３Ｄモデル／ロボットパラメータに基づいて、次の溶接作業のために補正係数（例えば、溶接期間８２２、ＷＦＳ８２４又は両方）が補正係数モジュール８２０によって算出される。補正係数は、次の溶接作業の間に次のワークピース部の位置（例えば、次の溶接層に対応する次の高さ位置）に次の溶接層を生成するために溶接電源７２によって用いられる。
【００５２】
一実施形態によれば、平均ＣＴＷＤは瞬間ＣＴＷＤの単純算術平均であり得る。別の実施形態では、平均ＣＴＷＤは加重平均であり得る。例えば、後の方の瞬間ＣＴＷＤ（例えば１０あるうちの最後の４つ）により高い重み付けをしてもよい。さらに他の実施形態によれば、平均ＣＴＷＤは移動平均であり、その場合、瞬間ＣＴＷＤのサンプルの合計数は層ごとに異なり得る。様々な付加製造用途に効果的な他の平均ＣＴＷＤの決定方法も可能である。従って、本願では「平均ＣＴＷＤ」という用語を広い意味で用いている。
【００５３】
一実施形態によれば、３Ｄモデル／ロボットパラメータは次の溶接層の指定高さ及び溶接ガン６０の指定位置のうちの１つ以上を含み得る。次の溶接層のための３Ｄモデル／ロボットパラメータ及び現在の溶接層からの平均ＣＴＷＤを知ることによって、溶接期間及び／又はＷＦＳを次の溶接作業で増やすか又は減らして次の溶接層を生成することができる。様々な実施形態によれば、平均モジュール８１０及び補正係数モジュール８２０はコントローラ１３０内でソフトウェア及び／又はハードウェアとして実施され得る。例えば、プロセッサ上で動作するソフトウェアとして又はファームウェア（例えばプログラムＥＥＰＲＯＭ）としての実施が考えられる。他の実施形態も可能である（例えば、デジタル信号プロセッサ）。
【００５４】
例えば、現在の溶接層の平均ＣＴＷＤ８１２が３Ｄモデル／ロボットパラメータに基づいて予測されたものよりも長い場合、これは、結果として得られた現在の溶接層の高さが短すぎることを示し得る（例えば、この層で指定された高さに達するまで十分な溶接材料が堆積されなかった）。従って、現在の溶接層の短い高さを補うため次の溶接層で溶接材料をより多く堆積するために、次の溶接作業用の溶接期間及び／又はＷＦＳが増やされ得る。
【００５５】
同様に、現在の溶接層の平均ＣＴＷＤが予測されたものよりも短い場合、これは、結果として得られた現在の溶接層が高すぎることを示し得る（例えば、堆積された溶接材料が多すぎて、この層で指定された高さを上回る）。従って、現在の溶接層を補うため次の溶接層で堆積する溶接材料を少なくするために、次の溶接作業用の溶接期間及び／又はＷＦＳが減らされ得る。このように、現在の溶接層を次の溶接層で補うようにすることで、全ての溶接層が生成された後の特定の位置におけるワークピース部の結果として得られる全体的な高さの誤差が最小限に抑えられ得る。代替的な実施形態によれば、現在の溶接層を補うのを助けるために次の溶接層のために溶接ガンの移動速度を調整してもよい（速度を上げるか又は下げる）。
【００５６】
様々な実施形態によれば、次の溶接層用の溶接期間（及び／又は溶接送給速度）と平均ＣＴＷＤとの関係は、実験的に又は理論に基づく分析を通じて求めてもよい。一般に、ＣＴＷＤは、ＣＴＷＤの所定の変化に対するアンペア数の変化が大きくなる領域でより正確に求められ得る。
【００５７】
図９は、ロボット溶接付加製造プロセス（ＲＷＡＭＰ）の間に付加製造高さ誤差を層ごとに修正するための方法９００の一実施形態のフローチャートを示す。ステップ９１０では、現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間の溶接出力電流及びワイヤ送給速度の一方又は双方をサンプリングする。ステップ９２０では、溶接出力電流及び溶接送給速度の一方又は双方に加えて、溶接ワイヤの種類、溶接ワイヤのサイズ及び任意でロボット溶接付加製造プロセスの間に用いられる溶接ガスの種類及び／又は溶接出力電圧に基づいて、複数の瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を求める。ステップ９３０では、現在の溶接層のためのロボット溶接付加製造プロセスの間に求められた複数の瞬間ＣＴＷＤに基づいて、平均ＣＴＷＤを求める。ステップ９４０では、平均ＣＴＷＤ及びロボット溶接付加製造プロセスの制御に用いられるロボットコントローラからの１つ以上のパラメータに基づいて次の溶接層を生成するときに使用する補正係数を生成する。
【００５８】
図１０は、図９の方法９００を用いるロボット溶接付加製造プロセスの一例を示す。図１０のプロセスでは、ワークピース基板上の指定位置におけるｚ方向に沿った溶接材料の各層の高さは５０ミリ（ここでのミリは１インチの１０００分の１）に指定されている。指定位置に各層を堆積する間、各層の溶接期間の間に瞬間ＣＴＷＤの約１０のサンプルが説明したように求められる。さらに、１０の瞬間ＣＴＷＤのサンプルから平均ＣＴＷＤが求められる。一実施形態によれば、層の補正係数は、その層全体で指定位置が変わることに伴って変化するか変わり得る。
【００５９】
図１０の例では、層Ｎの平均ＣＴＷＤは予測したものよりも長いと判断され、層Ｎの高さは望ましい５０ミリインチではなく４０ミリインチとなった。その結果、本願に記載のプロセスを用いて、層Ｎの平均ＣＴＷＤに少なくとも基づいて、次の層Ｎ＋１のための補正係数が求められた。層Ｎの高さ不良を補うために、溶接期間及び溶接送給速度がそれぞれ所定量だけ増やされた。その結果、層Ｎ＋１の高さは６０ミリとなり、層Ｎの底部から層Ｎ＋１の頂部までの合計高さが所望のように１００ミリとなった。全ての層について、本プロセスは指定位置で同じように進行し、その指定位置における高さの誤差が最小限に抑えられるとともに許容可能なものとなった。繰り返しになるが、一実施形態によれば、現在の層を補うために、溶接期間及び溶接送給速度に加えて（又はそれらに代えて）移動速度が調整され得る。即ち、現在の層を補うために、次の層用の溶接期間、ワイヤ送給速度又は移動速度のうちの１つ以上を調整してもよい。
【００６０】
代替として、現在の溶接層のための補正係数をリアルタイムで生成することもできる。例えば、現在の層のための溶接プロセスの間に瞬間ＣＴＷＤの移動平均が算出され得る。移動平均がモニタリングされるため、その移動平均に基づいて現在の溶接層用の溶接期間及び／又は溶接送給速度がリアルタイムで調整され得る。別の実施形態によれば、２つのアプローチの組み合わせ（即ち、現在の溶接層のためにリアルタイムで補正を行うこと及び現在の溶接層に基づいて次の溶接層のために補正を行うこと）を実施することができる。そのようなアプローチの組み合わせによって、層の高さが互いに一致するよう維持するのに役立つ粗補正及び微細補正の組み合わせが得られる。例えば、現在の層をリアルタイムで補正するアプローチは粗補正を提供し、次の層を補正するアプローチは微細補正を提供し得る。
【００６１】
一実施形態では、溶接電源を有する溶接システムが提供される。該溶接電源は、３Ｄワークピース部の現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間に、溶接出力電流とワイヤ送給速度とで構成される複数の瞬間パラメータペアをリアルタイムでサンプリングすること、前記現在の溶接層が形成される間にサンプリングされた前記複数の瞬間パラメータペアの各パラメータペアごとに、瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を該各パラメータペアに少なくとも基づいて求めること、前記現在の溶接層について求められた各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて、平均コンタクトチップ・ワーク間距離を求めること、及び前記３Ｄワークピース部の次の溶接層を形成するときに用いられる補正係数を、前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて生成すること、を行うように構成されている。各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離はリアルタイムで求められ得るとともに、前記溶接電源は、前記現在の溶接層が形成される間に各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離が求められると、コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均をリアルタイムで求めること、及び前記コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均に対応して、前記現在の溶接層が形成される間の溶接期間又はワイヤ送給速度のうちの１つ以上をリアルタイムで調整すること、を行うようにさらに構成され得る。前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離は、溶接出力電圧、溶接電極の種類、溶接電極の直径及び使用するシールドガスのうちの１つ以上にさらに基づき得る。前記補正係数は、次の溶接層用の溶接期間、ワイヤ送給速度又は移動速度のうちの１つ以上に影響を及ぼし得る。前記補正係数は、次の溶接層のための次の溶接作業用にロボットコントローラによって提供されるロボットパラメータ又は前記３Ｄワークピース部に対応する３Ｄモデルパラメータのうちの１つ以上にさらに基づき得る。前記３Ｄモデルパラメータ及び前記ロボットパラメータは、次の溶接層の指定高さ又は次の溶接層のための溶接工具の指定位置のうちの１つ以上を含み得る。前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離は、前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の単純算術平均、前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の加重平均又は前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均のうちの１つであり得る。前記溶接システムは、前記溶接電源と作動的に通信するように構成されたロボットコントローラを有するロボットをさらに含み得る。前記溶接システムは、前記ロボットに作動的に連結された溶接工具をさらに含み得る。前記溶接システムは、前記溶接工具及び前記溶接電源に作動的に連結されたワイヤ送給装置をさらに含み得る。
【００６２】
一実施形態では、溶接電源を有する溶接システムが提供される。該溶接電源は、３Ｄワークピース部の現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間に、溶接出力電流とワイヤ送給速度とで構成される複数の瞬間パラメータペアをリアルタイムでサンプリングすること、前記現在の溶接層が形成される間にサンプリングされた前記複数の瞬間パラメータペアの各パラメータペアごとに、瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を該各パラメータペアに少なくとも基づいてリアルタイムで求めること、前記現在の溶接層が形成される間に各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離が求められると、コンタクトチップ・ワーク間距離の平均移動をリアルタイムで求めること、及び前記コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均に対応して、前記現在の溶接層が形成される間の溶接期間又はワイヤ送給速度のうちの１つ以上をリアルタイムで調整すること、を行うように構成されている。前記溶接電源は、前記現在の溶接層について求められた各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて平均コンタクトチップ・ワーク間距離を求めること、及び前記３Ｄワークピース部の次の溶接層を形成するときに用いられる補正係数を、前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離に少なくとも基づいて生成すること、を行うようにさらに構成され得る。前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離は、溶接出力電圧、溶接電極の種類、溶接電極の直径及び使用するシールドガスのうちの１つ以上にさらに基づき得る。前記補正係数は、次の溶接層用の溶接期間、ワイヤ送給速度又は移動速度のうちの１つ以上に影響を及ぼし得る。前記補正係数は、次の溶接層のための次の溶接作業用にロボットコントローラによって提供されるロボットパラメータ又は前記３Ｄワークピース部に対応する３Ｄモデルパラメータのうちの１つ以上にさらに基づき得る。前記３Ｄモデルパラメータ及び前記ロボットパラメータは、次の溶接層の指定高さ又は次の溶接層のための溶接工具の指定位置のうちの１つ以上を含み得る。前記溶接システムは、前記溶接電源と作動的に通信するように構成されたロボットコントローラを有するロボットをさらに含み得る。前記溶接システムは、前記ロボットに作動的に連結された溶接工具をさらに含み得る。前記溶接システムは、前記溶接工具及び前記溶接電源に作動的に連結されたワイヤ送給装置をさらに含み得る。
【００６３】
要約すると、ロボット溶接付加製造プロセスの間に高さの誤差を修正するためのシステムが提供される。現在の溶接層を形成する場合に、溶接出力電流及びワイヤ送給速度の一方又は両方がロボット溶接付加製造プロセスの間にサンプリングされる。溶接出力電流及びワイヤ送給速度の一方又は双方に少なくとも基づいて複数の瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離（ＣＴＷＤ）が求められる。複数の瞬間ＣＴＷＤに基づいて平均ＣＴＷＤが求められる。少なくとも平均ＣＴＷＤに基づいて、現在の溶接層の高さの任意の誤差を補うのに用いられる補正係数が生成される。
【００６４】
添付の請求項では、「包含する（including）」及び「有する（having）」という用語を「含む（comprising）」という用語と同意の平易な言葉として使用しており、「〜において（in  which）」という用語は「その場合（wherein）」と同意である。さらに、添付の請求項では、「第１」、「第２」、「第３」、「上側」、「下側」、「底部」、「上部」等の用語は標識として使用しているに過ぎず、それらの目的語に数値的な又は位置的な要件を課すことを意図していない。さらに、添付の請求項の限定はミーンズプラスファンクション形式で記載されておらず、係る請求項の限定において、「〜のための手段」という表現がさらなる構造を欠いた機能の記載の後に明示的に使用されていない限り米国特許法１１２条、第６パラグラフに基づいて解釈されない。本明細書で使用されている単数形で記載された冠詞「ａ」又は「ａｎ」を伴う要素又はステップは、係る要素又はステップが複数あることが排除されると明確に述べられていない限り、複数あることが排除されないと理解すべきである。さらに、本考案の「一実施形態」への言及は、記載された特徴を同様に含有する付加的な実施形態の存在を排除するものと解釈すべきでない。さらに、そうではないと明確に述べられていない限り、特定の特性を有する１つの又は複数の要素を「含む」、「包含する」又は「有する」実施形態は、係る特性を持たない追加のそのような要素を含み得る。さらに、特定の実施形態を類似の又は同様の要素を有するものとして図示したが、これは説明を目的としたものに過ぎず、それらの実施形態は請求項で明記されていない限り必ずしも同じ要素を有する必要はない。
【００６５】
本明細書で使用の「得る（may、may  be）」という用語は、一定の環境内で起こる可能性、特定の性質、特徴又は機能の保持を示す及び／又は別の動詞をその動詞に関連する才能、能力又は可能性を発揮することによって満たす。従って、「得る」の使用は、修飾された用語が示された能力、機能又は用途に明らかに適しているか、行うことが可能であるか又は好適であることを示す一方、一部の状況では修飾された用語は時として適切でないか、可能でないか又は好適でないことが考慮に入れられている。例えば、一部の状況では、イベント又は能力が期待されるが、他の状況では係るイベント又は能力は起こらない。「得る」という用語によってその区別がなされる。
【００６６】
本考案（最良の形態を含む）を開示するために、また、当業者が本考案を実施できるようにするために（任意の装置又はシステムの製造及び使用並びに包含される任意の方法の実行を含む）、本明細書では例を使用している。本考案の範囲は請求項によって定義され、当業者が思い付き得る他の例を含み得る。そのような他の例が本願の請求項の文言と変わらない構造的要素を有するか又はそのような他の例が請求項の文言と実質的に違わない同等の構造的要素を含む場合、それらの他の例は本願の請求項の範囲に含まれる。
【００６７】
特定の実施形態を参照しながら本願の請求項の主題を説明してきたが、当業者であれば請求項の主題の範囲から逸脱することなく様々な変更が加えられ、同等物に置換され得ることが分かる。それに加えて、特定の状況又は材料を請求項の主題の教示に適合するために、請求項の主題の範囲から逸脱することなく多くの変更が加えられ得る。従って、請求項の主題は開示した特定の実施形態に限定されず、請求項の主題は添付の請求項の範囲に含まれる全ての実施形態を含む。
【符号の説明】
【００６８】
１０  溶接セルユニット
１２  フレーム
１４  ロボット
１６  溶接テーブル
２２  ワークピース部
２６  前部ドア
２８  後部ドア
３２  窓
４０  制御パネル
４２  制御部筐体
６０  溶接ガン
６１  導体チューブ
６２  チューブ又は導管
６３  電極導管
６４  溶接電極ワイヤ
６５  ガス拡散器
６７  コンタクトチップ
６８  ワイヤ送給装置
７２  溶接電源
７４  プラットフォーム
７６  ロボットコントローラ
１０５  電源
１１０  電力変換回路
１２０  波形生成器
１３０  コントローラ
１４０  電圧フィードバック回路
１５０  電流フィードバック回路
１８０  スイッチング回路
５００  ２次元グラフ
５１０  プロット
５２０  プロット
６００  ３次元グラフ
６１０  プロット
６１１  パラメータペア
６１２  値
７００  部分
７１０  ＬＵＴ
７１１  入力
７１２  出力
８００  部分
８１０  平均モジュール
８１２  ＣＴＷＤ
８２０  補正係数モジュール
８２２  溶接期間
８２４  ＷＦＳ
９００  方法
９１０  ステップ
９２０  ステップ
９３０  ステップ
９４０  ステップ
ＣＴＷＤ  コンタクトチップ・ワーク間距離
ＧＭＡＷ  ガス金属アーク溶接
ＷＴＤ  溶接期間
ＷＦＳ  ワイヤ送給速度
ＬＵＴ  参照テーブル
ＲＷＡＰ  ロボット溶接付加製造プロセス
【図１】
0003208808.tif 000003
【図２】
0003208808.tif 000004
【図３】
0003208808.tif 000005
【図４Ａ】
0003208808.tif 000006
【図４Ｂ】
0003208808.tif 000007
【図５】
0003208808.tif 000008
【図６】
0003208808.tif 000009
【図７】
0003208808.tif 000010
【図８】
0003208808.tif 000011
【図９】
0003208808.tif 000012
【図１０】
0003208808.tif 000013
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月29日(2016.11.29)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
フレームと、
前記フレーム内に配置されるとともに前記フレームに取り囲まれるロボットと、
前記フレーム内に配置されるとともに前記フレームに取り囲まれる溶接テーブルと、
前記フレームに連結されるプラットフォームと、
前記プラットフォームに設置されるともに前記フレームの外側に配置される溶接電源と、
を含む溶接システムであって、
前記溶接電源は、
３Ｄワークピース部の現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間に、溶接出力電流とワイヤ送給速度とで構成される複数の瞬間パラメータペアをリアルタイムでサンプリングするように構成されており、かつ
前記現在の溶接層が形成される間にサンプリングされた前記複数の瞬間パラメータペアの各パラメータペアごとに、瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を該各パラメータペアに少なくとも基づいて求めるように構成されており、かつ
前記現在の溶接層について求められた各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて、平均コンタクトチップ・ワーク間距離を求めるように構成されており、かつ
前記３Ｄワークピース部の次の溶接層を形成するときに用いられる補正係数を、前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離に少なくとも基づいて生成するように構成されている、
溶接システム。
【請求項２】
各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離はリアルタイムで求められ、前記溶接電源は、
前記現在の溶接層が形成される間に各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離が求められると、コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均をリアルタイムで求めるように構成されており、かつ
前記コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均に対応して、前記現在の溶接層が形成される間の溶接期間又はワイヤ送給速度のうちの１つ以上をリアルタイムで調整するように構成されている、請求項１に記載の溶接システム。
【請求項３】
フレームと、
前記フレーム内に配置されるとともに前記フレームに取り囲まれるロボットと、
前記フレーム内に配置されるとともに前記フレームに取り囲まれる溶接テーブルと、
前記フレームに連結されるプラットフォームと、
前記プラットフォームに設置されるともに前記フレームの外側に配置される溶接電源と、
を含む溶接システムであって、
前記溶接電源は、
３Ｄワークピース部の現在の溶接層を形成するためのロボット溶接付加製造プロセスの間に、溶接出力電流とワイヤ送給速度とで構成される複数の瞬間パラメータペアをリアルタイムでサンプリングするように構成されており、かつ
前記現在の溶接層が形成される間にサンプリングされた前記複数の瞬間パラメータペアの各パラメータペアごとに、瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離を該各パラメータペアに少なくとも基づいてリアルタイムで求めるように構成されており、かつ
前記現在の溶接層が形成される間に各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離が求められると、コンタクトチップ・ワーク間距離の平均移動をリアルタイムで求めるように構成されており、かつ
前記コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均に対応して、前記現在の溶接層が形成される間の溶接期間又はワイヤ送給速度のうちの１つ以上をリアルタイムで調整するように構成されている、溶接システム。
【請求項４】
前記溶接電源は、
前記現在の溶接層について求められた各瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離に基づいて平均コンタクトチップ・ワーク間距離を求めるように構成されており、かつ
前記３Ｄワークピース部の次の溶接層を形成するときに用いられる補正係数を、前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離に少なくとも基づいて生成するように構成されている、請求項３に記載の溶接システム。
【請求項５】
前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離は、溶接出力電圧、溶接電極の種類、溶接電極の直径及び使用するシールドガスのうちの１つ以上にさらに基づく、請求項４に記載の溶接システム。
【請求項６】
前記補正係数は、次の溶接層用の溶接期間、ワイヤ送給速度又は移動速度のうちの１つ以上に影響を及ぼす、請求項１、２、４及び５のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項７】
前記補正係数は、次の溶接層のための次の溶接作業用にロボットコントローラによって提供されるロボットパラメータ又は前記３Ｄワークピース部に対応する３Ｄモデルパラメータのうちの１つ以上にさらに基づく、請求項１、２、４、５及び６のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項８】
前記３Ｄモデルパラメータ及び前記ロボットパラメータは、次の溶接層の指定高さ又は次の溶接層のための溶接工具の指定位置のうちの１つ以上を含む、請求項７に記載の溶接システム。
【請求項９】
前記平均コンタクトチップ・ワーク間距離は、前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の単純算術平均、前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の加重平均又は前記現在の溶接層について求められた前記瞬間コンタクトチップ・ワーク間距離の移動平均のうちの１つである、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項１０】
前記溶接電源と作動的に通信するように構成されたロボットコントローラを有するロボットをさらに含む、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の溶接システム。
【請求項１１】
前記ロボットに作動的に連結された溶接工具をさらに含む、請求項１０に記載の溶接システム。
【請求項１２】
前記溶接工具及び前記溶接電源に作動的に連結されたワイヤ送給装置をさらに含む、請求項１１に記載の溶接システム。