(57)【要約】所望の溶接路に沿った溶接ヘッドまたはトーチ５ を整列し、誘導するシステムは、固定した通路に沿って溶接ヘッド構造体１ を移動させる移動機構と所望の溶接路にしたがうために固定した通路に関して溶接ヘッドまたはトーチ５ を移動する操縦機構とを備えている。所望の溶接路を設定する方法は、溶接ヘッドまたはトーチ５ を所望の溶接路に沿った位置に移動させ、所望の位置における溶接ヘッドまたはトーチ５ の位置を記録することにより通路の座標を設定するステップを含んでいる。座標間の溶接ヘッドまたはトーチ５ の移動は、溶接ヘッドまたはトーチ５ が１つの座標から自動操縦プログラムの次の追従開始に移動するとき通路を補間することによって行われる。【選択図】図１
2004512960.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接されるシームにほぼ平行な固定した通路に沿って溶接ヘッド構造体を移動するように構成されている移動機構と、
所望の溶接経路にしたがうために固定した経路に関して溶接ヘッドまたは溶接ヘッド中のトーチを移動させる操縦機構と、
移動機構および操縦機構の現在の位置を設定する位置決定装置と、
移動機構および操縦機構のインデックス位置を記録する記録装置と、
前記インデックス位置を記録することによってオペレータによって以前に移動された前記インデックス位置へ部分的に設定された所望の溶接経路に沿って前記溶接ヘッドまたはトーチを移動させるように構成された制御装置とを具備している自動化された溶接整列および誘導システム。
【請求項２】
前記制御装置は、自動操縦プログラムの開始に続いて隣接するインデックス位置に補間通路により前記インデックス位置の間で溶接ヘッドまたはトーチを移動させるように構成されている請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記制御装置は、自動操縦プログラムの開始に続いて前記複数のインデックス位置間の補間通路により前記インデックス位置の間で溶接ヘッドまたはトーチを移動させるように構成されている請求項１記載のシステム。
【請求項４】
前記移動機構は、トラックとそのトラックに沿って溶接ヘッド構造体を移動させる移動モータとを備え、前記操縦機構は前記トーチを溶接ヘッド構造体に関して移動させるように構成された交差シーム駆動モータを備えている請求項１項記載のシステム。
【請求項５】
前記溶接ヘッド構造体は半自動軌道パイプ外周溶接システムの部品である請求項４項記載のシステム。
【請求項６】
前記交差シーム駆動モータは振動駆動モータである請求項４記載のシステム。
【請求項７】
前記操縦機構は少なくとも１つの操縦モータを有している請求項１項記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの操縦モータは交差シーム駆動モータである請求項７記載のシステム。
【請求項９】
さらに、オペレータインターフェースを具備し、このオペレータインターフェースは、インデックスされる位置間で溶接ヘッドまたはトーチをオペレータが移動させることを可能にする押ボタンと、インデックス位置として記録される溶接ヘッドまたはトーチの現在の位置を記録させる記録ボタンと含んでいる請求項１項記載のシステム。
【請求項１０】
前記オペレータインターフェースは半自動溶接装置に対する制御インターフェースであり、前記押ボタンおよび記録ボタンは所望の溶接通路の設定中は異なった機能を有している請求項９項記載のシステム。
【請求項１１】
制御装置はさらに、溶接ヘッドまたはトーチが通路に沿って自動的に移動されるとき予め定められた通路が手動で変化されることを可能にするように構成され、それに続いて変更された予め定められた通路は新しい通路として記憶される請求項１記載のシステム。
【請求項１２】
溶接中に溶接ヘッドまたはトーチが自動的に誘導される予め定められた溶接路を設定する方法において、
前記溶接ヘッドまたはトーチは移動機構によって位置を定められ、操縦機構が少なくとも１つの操縦モータを備え、前記移動機構および操縦機構はそれらの移動機構および操縦機構の現在の位置を示す位置決定装置をそれぞれ具備し、
ａ．前記溶接ヘッド構造体を最初の位置に移動し、
ｂ．前記最初の位置において前記位置決定装置をゼロに設定し、
ｃ．前記溶接ヘッド構造体を第２の位置に移動し、
ｄ．前記第２の位置において前記位置決定装置の値を記録し、
ｅ．所望の溶接通路の座標が設定されるまで、第３およびそれに続く位置に対して前記ステップｃおよびｄを反復して行い、
ｆ．自動操縦プログラムを開始するステップを含んでおり、それにより前記溶接ヘッドまたはトーチが前記座標間を移動して所望の溶接路にしたがって移動する溶接路設定方法。
【請求項１３】
前記ステップｆは、自動操縦プログラムの開始に続いて所望の溶接路の設定を完成するために隣接する前記座標間の通路を補間するステップを含んでいる請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
前記ステップｆは、自動操縦プログラムの開始に続いて所望の溶接路の設定を完成するために複数の座標間の通路を補間するステップを含んでいる請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
さらに、前記操縦モータを制御することによって手動で前記通路を変更させて自動操縦プログラムの開始に続いて前記溶接ヘッドまたはトーチを所望の溶接路から外れさせ、新しい通路を設定するために変更された通路を記録するステップを含んでいる請求項１２項記載の方法。
【請求項１６】
前記ステップｂ〜ｅは半自動溶接装置のオペレータインターフェース上の押ボタンおよび記録ボタンを押すことによって行われる請求項１２項記載の方法。
【請求項１７】
さらに、オペレータインターフェース上のボタンを押すことによって予め選択された座標を消去するステップを含んでいる請求項１２項記載の方法。
【請求項１８】
溶接中にシームに関する溶接トーチの位置を制御する方法において、
ａ．予め定められた固定された移動通路に沿ってトーチを含む溶接ヘッド構造体を移動させ、
ｂ．複数の予め設定された座標によって部分的に定められた溶接路に沿って溶接ヘッド構造体に関してトーチを移動させるように操縦モータを制御し、
ｃ．隣接する前記予め設定された座間の通路を補間することによって前記溶接路を完成させるステップを含んでいる制御方法。
【請求項１９】
溶接トーチの位置を制御するための自動溶接ヘッド整列および誘導ソフトウエアにおいて、
所望の溶接路の座標を記憶する手段と所望の溶接路を完成するために記憶された座標間の補間を行う手段とを含んでいるソフトウエア。
【請求項２０】
前記所望の溶接路の座標を記憶する手段は、
ａ．最初の位置に対する溶接ヘッドまたはトーチの移動において位置決定装置をゼロに設定し、
ｂ．前記溶接ヘッドまたはトーチが第２の位置に移動した後に前記位置決定装置の値を記録し、
ｃ．所望の溶接路の座標が設定されるまで、第３およびそれに続く位置に対して前記ステップｂを反復して実行する請求項１９項記載のソフトウエア。
【請求項２１】
さらに、自動操縦プログラムの開始に続いて、前記溶接ヘッドまたはトーチが前記所望の溶接路から外れさせるように前記操縦モータを制御して手動で前記通路を変更させ、新しい溶接路を設定するために変更された通路を記録する手段を有している請求項２０項記載のソフトウエア。
【請求項２２】
前記制御ソフトウエアは、半自動溶接装置の交差シーム駆動モータの制御装置をプログラムするために半自動溶接装置のオペレータインターフェースを使用することにより実行される請求項２０記載のソフトウエア。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にアーク溶接の技術分野に関し、特に連続的なオペレータの介入の必要なしにオペレータの定めた溶接路に沿ってワークピースに関して溶接ヘッドを整列および誘導するシステムおよび方法に関する。
【０００２】
本発明のシステムおよび方法は純粋な機械的システムと置換して使用することができる。機械的システムは溶接経路は容易に変更することはできず、機械的システムでは溶接経路は溶接中に人の介入によって変更されることができる。本発明のシステムおよび方法を使用することによってオペレータは経路に沿った個別の点の座標を選択することによって誘導路を予め設定し、所望するのように経路を変更することができ、最終的な経路は、経路上の隣接点間の補間によって与えられることができる。
【０００３】
溶接における溶接ヘッドまたはトーチの自動誘導にもかかわらず、本発明のシステムおよび方法は機械的な輪郭形状プローブ等による溶接通路の自動感知の必要がなく、それ故、簡単な遠隔制御インターフェースおよび操縦モータ等を付加することにより容易に実施することができ、或いは、すでにペンダント、制御ステーション、またはその他の遠隔制御オペレータインターフェースおよび交差シーム駆動モータをすでに含んでいる半自動装置において、制御ソフトウエアを変更することによって容易に実施することができる。簡単であるため、本発明のシステムおよび方法は広範囲のアーク溶接システムで実施されることができ、任意の数の自由度に沿った種々の溶接通路を提供することができる。
【０００４】
【従来の技術】
溶接ヘッドがワークピースに関して固定された通路に沿って移動するとき、アーク長および交差シームの振動振幅のようなパラメータを手動で変化させることによって溶接動作を遠隔制御することはよく知られている。通常の溶接ヘッドの誘導装置の固定された通路は一般的に簡単な軌道、円、または線形溶接路に対して適しているが、溶接中に溶接通路を調節することは困難であり、確実に所望の通路に溶接ヘッドが追従するためには、溶接プロセスの停止、および、または連続的なオペレータの介入が必要である。
【０００５】
溶接中の溶接路の調節は、特に、過酷な環境、例えば放射線の存在または高い温度の環境では困難であり、それは溶接中に溶接ヘッドにアクセスすることが困難であるからである。また、妨害が存在し、或いは溶接アークを見ることができない場合にも困難である。溶接装置の動作は、溶接プロセスと関連する多数の変数により顕著な熟練を必要とし、オペレータの行わなければならない作業に溶接ヘッドの誘導作業を加えてオペレータの作業をさらに複雑にするので、高い品質の溶接を得ることはさらに困難になる。その結果、本発明の原理による溶接自己誘導システムおよび方法は殆ど全ての環境で動作を容易にし、高品質の溶接製品を生成するのに有効である。
【０００６】
自動溶接ヘッド誘導および整列の利点を有する通常の溶接装置は半自動の軌道溶接ヘッド、円形シーム溶接、および平面溶接装置である。例えば、半自動の軌道溶接ヘッドは、パイプまたは管の周囲を廻る誘導トラックによって規定された通路にしたがって通常構成されるが、意図している溶接ラインと誘導トラックを整列させることは困難であり、もしも溶接ラインが完全な平面に近いものでないならば何らかのオペレータの介入が必要である。他方、タンクの蓋上のシール溶接のような円形の溶接に使用される自動溶接ヘッドでは、それはトーチの通路に関して中心がずらされて、或いは非円形に溶接される部品であってもほぼ完全な円を溶接ヘッドに描かせる中心のピボットシステムが使用される。ワークピースの不規則性の同様の問題は平面溶接に使用されるフラット誘導トラックに対しても存在する。
【０００７】
溶接ヘッドの正確な誘導の必要性は溶接ヘッドの振動を有する、或いは有しない半自動ＧＭＡＷまたはＧＴＡＷ溶接の場合に特に重要であり、その場合には、ランドフェイスが十分に融着／消費されることを確実にするために正確なルートパスが重要である。べべルまたは溝が充填されるとき、溶接のいずれの側においても過剰な成長が生じないようにトーチは適切なビード配置および側面溶融を確保するように位置されなければならない。そのようなシステムで通常の追跡誘導を適用するためにしばしばトラック位置の手動による確認および調節が必要とされ、それは共に時間を浪費し、高価であり、或いは米国特許第４，９３５，５９７号明細書に記載されているような複雑な輪郭を感知する感知システムが必要である。この米国特許明細書に記載されたシステムにおいては溶接トーチの旋回取付けと関連した輪郭プローブが必要とされ、溶接装置のコストと複雑性を著しく増加させる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の第１の目的は、溶接中にオペレータの介入の必要がなく、オペレータの規定した通路に沿って溶接ヘッドを整列させて自動的に誘導するシステムおよび方法を提供することである。
【０００９】
本発明の第２の目的は、半自動軌道溶接ヘッド装置、円形シーム溶接装置、および平面溶接装置を含む既存のアーク溶接装置で使用されるように容易に構成されるような自動的溶接ヘッド整列および誘導システムおよび方法を提供することである。
【００１０】
本発明の第３の目的は、自動溶接ヘッド誘導路が規定され、変更される簡単なオペレータインターフェースを提供し、そのインターフェースを使用する直観的な方法を提供することである。
【００１１】
本発明の第４の目的は、既存の半自動溶接ヘッドペンダント、制御ステーション、または既存の操縦モータを使用する遠隔制御インターフェースを通して構成することができ、そのような適当な予め存在している操縦モータおよび遠隔インターフェースのない溶接装置に対して適用して改善できる自動的溶接ヘッド整列および誘導システムおよび方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
このような目的は、本発明による好ましい形態のシステムおよび方法によって達成される。本発明では、オペレータが溶接ラインの中心にトーチを維持しながら、溶接ラインに沿って座標を設定することによって溶接路を予め設定することができるシステムおよび方法が提供される。本発明のシステムおよび方法は、オペレータにより設定された座標の間のスムースな通路を設定する補間またはカーブ適合機能を含んでおり、それにより顕著なステップや不連続部分なしに溶接ラインに追従することができる。
【００１３】
特に、本発明のシステムは、固定した経路に沿った移動方向に溶接ヘッド構造体を移動するように構成された第１の溶接ヘッド構造体駆動装置と、１以上操縦モータを含み、所望の溶接経路により予めプログラムされた制御装置からの制御信号に応答して固定した経路に関して所望の溶接路に沿って溶接ヘッドまたはトーチを誘導するために固定した経路に関して溶接ヘッドまたは溶接トーチを操縦する第２の操縦駆動装置とを備えている。溶接ヘッド構造体駆動装置はトラックに沿って溶接ヘッド構造体を移動するように構成された通常の駆動モータでよく、或いはそれはロボットアーム装置やピボットアームの形態であってもよく、或いは固定した経路に沿って溶接構造体を移動させるための任意の他の誘導機構であってもよい。他方、操縦駆動装置は溶接トーチの交差シーム振動を生じさせるために通常使用される交差シーム駆動モータのような交差シーム駆動モータであってもよい。
【００１４】
本発明による好ましい形態の方法の原理によると、ゼロ座標を設定し、第１の予め定められた通路に沿って溶接ヘッドを移動させながら、実際の溶接通路に沿った所望の位置に溶接ヘッドを移動させるために操縦モータを手動で制御し、溶接ヘッドが所望の位置にあるときの位置エンコーダの値を記憶することによって所望の位置の座標を記録することによって所望の溶接路のプログラミングが行われ、その通路は隣接する座標間を補間することによって完成される。
【００１５】
通路の補間は、軌道パイプ外周溶接の場合のような多くの場合、半自動軌道溶接装置で通常行われる交差シーム駆動モータのような単一の操縦モータによって行われる単一軸オフセット機能に対する簡単なスロープ計算に減少される。スロープ曲線は角度ベースの溶接ヘッドに対する地点間のアークの移動の程度に関して、または移動速度または時間をベースにした溶接ヘッドに対する固定通路に沿った移動距離に関して計算されることができる。予め設定された地点間のオフセットインクリメントの数は交差シーム駆動システムが可能であるようなできるだけ小さいインクリメントに対して計算され、或いは固定数に設定できる。
【００１６】
移動モータおよび交差シーム駆動システムを有する半自動溶接装置の特定の例に対して、ゼロ座標の設定は、オペレータが手動で移動クラッチを解除して所望の移動位置に溶接ヘッドをプッシュまたはプルし、同じクラッチを再付勢し、および、または溶接ヘッドが所望のスタート位置に位置されるまで利用可能であれば移動／操縦押ボタンを押すことによって所望のスタート位置に溶接ヘッドを最初に位置させることができる。可視的整列を容易にするためにＧＴＡＷ用のタングステンチップまたはＧＭＡＷ、ＧＭＡＷ−Ｐ、ＦＣＡＷ、またはＦＣＡＷ−Ｐ用の充填材ワイヤがワークピースに近接した位置にもたらされ、および、または一時的にワークピースと接触してもよい。代りに、交差十字線または整列格子によりインデックスされるレンズを含むカメラのようなある種の測定装置が使用されて所望のスタート位置に溶接ヘッドをさらに正確に整列させることを確実にしてもよい。カメラは遠隔整列には特に有効であり、特に可視的に制限され、或いは生物学的に危険な区域では有効であり、その場合にはカメラは溶接ヘッド上に取付けられることができ、また局部的に設けられてもよい。
【００１７】
溶接ヘッドが所望のスタート位置に位置されたとき、オペレータはプログラムの実行中に通常使用される遠隔制御ペンダントまたは制御ステーションのボタンを押し、一方、試験モードまたは溶接モードのいずれかで交差シーム振動振幅のような機能を制御し、それによって各軸（操縦および移動軸）に対するエンコーダのカウンタをゼロに設定して固定されたスタート位置を設定する。それからオペレータは押ボタンを使用して溶接ヘッドを次の位置に移動させ、エンコーダのカウンタをゼロに設定するために使用された押ボタンを押して次の位置に対するエンコーダ値を記録することによって座標のような次の位置を設定し、十分な座標が所望の通路にしたがって設定されるまで新しい座標を設定するために溶接ヘッドの移動を継続する。付加的な座標が設定されることか可能であり、或いは、通路が上述したのと類似する方法で試験された後に消去されてもよい。
【００１８】
通路の座標が設定されたとき、スタートまたは再開シーケンスが開始され、プログラムラインは移動を開始して、システムは溶接ヘッドを追跡するためにスムースな経路またはコースを与えるように隣接する座標間の操縦を補間する。操縦は任意の２つの隣接する座標間の連続的に補間された操縦点にしたがった微細なステップで調節される。操縦プロセスは通路が存在する限り行われ、多数の通路に対して使用することが可能である。
【００１９】
本発明の特に好ましい実施形態では、システムは遠隔ペンダントから発生される操縦オーバーライドを可能にし、操縦オーバーライドは予め定められたインクリメントでオーバーライドの方向に全体の通路を移動（オフセット）させ、修正された通路はオーバーライドの実行において直ちに記憶され、システムが消勢されたとき保存される。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１に示されるように、本発明のシステムはトラック３ によって規定された第１の固定された通路に沿って矢印Ａによって示された移動方向で駆動モータ２ によって移動される溶接ヘッド構造体１ を含んでいる。トラック３ は溶接構造体１ をワークピース８１の周囲に延在するシーム８０にほぼ追従させる。溶接ヘッドがモータによりトラックに沿って推進される形式の環状パイプ外周溶接装置として示されているが、当業者は本発明の原理は、溶接ヘッドがロボットアーム、ピボットアーム、その他の溶接ヘッドを固定通路に沿って移動させるための任意の案内機構によって第１の固定通路に沿って誘導される平面溶接装置にもまた適用されることができることを容易に認識するであろう。固定通路は円形、直線、または任意のその他の形状にすることが可能である。
【００２１】
図１に示されるように、溶接ヘッド構造体１ はこの溶接ヘッド構造体１ 内でトーチ５ を矢印Ｂで示された方向に移動させるための操縦モータ４ を備えており、この矢印Ｂはトラック３ によって規定され、矢印Ａによって示されている移動通路の接線に垂直な方向である。操縦モータ４ はそうでなければ適当な操縦モータを備えていない溶接ヘッド構造体上に組込まれてもよく、例えば、溶接通路の中心線を中心に振動を行わせる目的でパイプ外周溶接装置に通常含まれているタイプの既存のモータまたは交差シーム駆動モータであってもよい。さらに、トーチまたは溶接ヘッドはトラックに関する溶接ヘッドの誘導を助ける交差スライド機構上に取付けられてもよい。操縦モータの形式に関係なく、トラックは溶接ヘッドまたはトーチの微細な位置に依存しないから、トラックは粗整列され、機械的に離れている脚部を使用する表面に固定され、ナット／ボルトおよび、またはタック溶接により溶接路にほぼ近接して固定されている。溶接路に関する溶接ヘッドの微細な位置決めは基準点を設けて溶接通路に沿って座標をプログラミングした後、設定された座標間の通路をスムースにするために曲線適合または補間公式を使用することによって得られる。
【００２２】
本発明の好ましい実施形態のシステムおよび方法は、一般的に溶接ヘッドの振動を伴う、または伴わない操縦モータおよび位置ベースの駆動装置を含むことのできる任意の溶接装置に適用される。本発明の原理が適用されることのできる装置の例としてはガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、ガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）、パルスガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ−Ｐ）、フラックスコアアーク溶接（ＦＣＡＷ）、およびパルスフラックスコアアーク溶接（ＦＣＡＷ−Ｐ）が含まれているが、当業者は、プラズマアーク溶接、水中アーク溶接、レーザ溶接等のような他の形式の溶接プロセスにも潜在的に適用可能であることを認識するであろう。
【００２３】
図１の例において、モータ制御装置６ はトラック３ に関して溶接ヘッド構造体の位置を制御するためにモータ２ に制御信号を与え、トラック３ は環状溶接装置の場合には角度で測定されることが都合がよい。モータ制御装置６ はまたトラック３ によって規定されたベースラインに関してトーチの位置を制御するために操縦モータ４ に対して操縦制御信号を与える。操縦モータ４ が溶接中に振動を与えるために使用されるタイプの交差シーム駆動モータである場合には、操縦制御信号は溶接中の振動信号に重畳される。さらにモータ制御装置６ は第３のモータ７ に制御信号を供給し、この第３のモータ７ はワークピースに関して矢印Ｃで示される方向にトーチを移動させる。
【００２４】
溶接ヘッド構造体１ には溶接ヘッド構造体１ の移動方向における動きを感知するため、および操縦方向における溶接ヘッド構造体に関するトーチ５ の動きを感知するためにそれぞれエンコーダ８ および９ が取付けられ、また、カウンタ、レジスタ、および、またはメモリ１０が設けられて、移動機構および操縦モータのオペレータ制御を可能にするペンダントまたは遠隔制御インターフェース１２上の適当なボタン１１を押したときエンコーダにより検出された現在の位置を記憶する。当業者はエンコーダが適当なインターフェース電子装置と共にシンクロ、レゾルバ、ポテンシオメータ、その他任意の形式の変位トランスデューサにより置換されることができることを認識するであろう。
【００２５】
本発明のシステムのオペレータインターフェースは、現在のエンコーダの位置を記録するためのボタン１１に加えて、移動モータ２ によってトラック３ に沿って方向Ａに溶接ヘッドを移動を行わせる押ボタン１３および固定された通路に関して方向Ｂにトーチ５ を操縦モータ４ に移動させる押ボタン１４を備えている。
【００２６】
図示されてはいないが、ボタンはまた溶接ヘッドとワークピースとの間の距離を手動で変化させるために設けられてもよい。さらに、オペレータインターフェースは予め記憶されているインデックス位置を消去するためのボタン１５およびインデックス位置を表示することのできるディスプレイ１６を備えることができる。ディスプレイ１６はインデックスまたは溶接のような現在の機能またはモード、溶接ヘッドの位置、矢印で示される現在の移動方向、溶接が間で行われる指標を示すことが好ましい。
【００２７】
オペレータインターフェースは、通常の半自動溶接装置で使用されているペンダントまたは制御ステーションとして知られているオペレータインターフェースと同じものでよい。溶接中、ペンダント上のボタンはそれらの通常の機能を有しているが、本発明のシステムが溶接通路の座標が設定されるプログラミングモードにあるときには、溶接動作中に使用されるボタンは上述した機能を行うために再割当される。例えば、溶接中に使用されるがプログラミングモード中は使用されない通常の半自動溶接ヘッドペンダントの振動増加および減少ボタンは記録および消去ボタン１１および１５として動作させてもよい。その代りに、別個のプログラミングインターフェースが設けられて溶接通路のプログラミングを行わせるように構成されてもよい。
【００２８】
図示されたシステムでは単一の操縦モータ４ が使用されているけれども、当業者は、本発明は溶接通路が２つの自由度を有する装置に限定されるものではなく、２以上のモータが必要な３次元の溶接通路に拡張されてもよいことを認識するであろう。その場合には、エンコーダまたは変位トランスデューサが溶接構造体とトーチの運動の自由度のそれぞれに対して設けられるであろう。さらに、操縦モータは溶接ヘッドに対するトーチの運動ではなく、溶接ヘッド構造体全体を移動させるように構成されてもよく、溶接ヘッドまたはトーチはスライドアームまたはロッド、プーリー、またはその他の適当なガイド機構によって誘導されてもよいことを認識するであろう。
【００２９】
本発明の方法は図２に示されているプログラミングモードを特徴としており、このプログラミングモードにおいて通路の座標が設定され、図３に示されているテストモード中において、プログラミングモード中に設定された通路がテストされ、必要ならば変更され、図示されていない溶接モードにおいて、プログラミングモード中に設定された通路が実際の溶接において使用されて溶接ヘッドを誘導する。図２に示されたようなプログラミングモードの主プログラミングシーケンスにおいて、溶接ヘッドまたはトーチは最初に所望のスタート位置に手作業で、或いはペンダント上の押ボタン１３， １４を使用して配置される（ステップ１００ ）。それからエンコーダのカウンタはインデックスされた位置が前に設定されていないときには例えば記録ボタン１１を押すことによってゼロに設定される（ステップ１１０ ）。それから溶接ヘッドまたはトーチは押ボタン１３， １４を使用してインデックスされる次の位置へ移動され（ステップ１２０ ）、エンコーダ８， ９によって示された溶接ヘッドまたはトーチの現在の位置が記憶され（ステップ１３０ ）、テスト通路の座標が設定されるまでプロセスは反復される（ステップ１４０， １５０）。それからテスト通路プログラムがスタートして選択された座標によって規定された通路に沿って溶接ヘッドまたはトーチを自動的に移動させる。制御装置は座標間のスムースな通路を補間し、その後通路は、プログラムされた通路が所望の通路に対応するまで必要に応じて座標の追加および消去によって変更される。
【００３０】
図２に示されているように、ディスプレイ１６は溶接ヘッドの現在の位置および隣接する座標を表示することにより溶接路の設定またはプログラミングを容易にする。位置がインデックスされる都度、エンコーダは全ての軸に対して記録されている固定されたスタート位置に対してカウントしてその結果をディスプレイ１６に表示する。指標間の溶接ヘッドの移動中、溶接がそれらの間にある指標、移動方向を示す矢印、および溶接ヘッドの位置が表示される。例えば、対応する方法のステップと関連して、図２に示されたディスプレイはステップ１１０ において最初のゼロ度位置設定から５０゜への溶接ヘッドの移動、インデックスとしての５０゜の位置の設定、８３゜の位置への次の移動、８３゜における次のインデックスの設定を示している。インデックスを消去するためには、単に、溶接ヘッドを消去されるべきインデックスへ移動させるか、或いはディスプレイ制御装置を使用して前のインデックスを再度呼出して消去ボタン１５を押せばよい。環状溶接装置の場合には、３６０゜に到達したときディスプレイはゼロにリセットされるが、状況によって移動は３６０゜を越えて表示されることもでき、或いは線形ディメンションてもよい。
【００３１】
もちろん、選択されたオペレータにより行われるステップはフェールセイフ機能によって保護されることができることは当業者によって認識されるであろう。例えば、オペレータが消去ボタン１５を押した後、単に座標を消す代りに、オペレータは最初に消去ボタンを押した後、再度消去ボタンを押すことによって、または別の確認ボタンを押すことによって消去を確認するようにしてもよい。さらに“全消去”機能も随意的に含まれてもよく、その場合には、オペレータが特定の長さの時間消去ボタンを押したとき、オペレータは再度消去ボタンまたは別の確認ボタンを押すことによって全ての座標の消去を確認することを促進される。
【００３２】
図３に示されているように、テスト通路が一度予めプログラムされると、その通路は自動操縦シーケンスを開始することによってテストモードおよび、または溶接モード中変更されることが可能であり（ステップ１７０ ）、手動押ボタン１４を使用して通路を変更することができる（ステップ１８０ ）。それにおいて新しい通路はシステムが消勢された後でも維持できるように記憶される（ステップ１９０ ）。その後変更された通路は溶接シーケンスが開始されたとき溶接通路となる。
【００３３】
インデックスされた座標間の補間が行われる方法は、本発明の原理が適用される溶接通路のタイプに依存している。本発明の原理が適用される溶接路は接合されるものが傾斜角度、曲率、刻み目、および、またはベベルのエッジの突起を有するものを含むことができ、或いは組立てられる（溶接される）表面において、単一の仮想平面に形成されるものでもそうでないものでもよい周辺パイプ溶接、周辺斜め継ぎ、すなわち楕円形パイプ溶接、サドル・オンまたはフィッシュマウス形状の溶接のような周辺多軸溶接、丸められた角または弧を有するように形成されるものでもそうでないものでもよい多角形形状を有するものの溶接を含む真の円で形成されるものでもそうでないものでもよい周辺プレート溶接、直線状ではなく角度、曲率の一方または双方を含んでいる細長いプレート溶接、および接合される材料の２つのパイプ／プレートまたはその他の部材と関係する必要のないオーバーレイ（ビルドアップ）溶接を含んでいる。
【００３４】
パイプ外周溶接の場合には、通路は多くの場合に単一軸オフセット関数に対する簡単なスロープの計算に減少させることができ、角度ベースの溶接ヘッドに対する地点間の弧の角度に関して、或いは移動速度および時間ベースの溶接ヘッドに対して移動距離に関して計算された。単一のスロープの計算は次の式によって表される。
【００３５】
［（ｙ２ −ｙ１ ）／（ｘ２ −ｘ１ ）］（ｘｐ −ｘ１ ）＋ｙ１ ＝ｙｐ　　 ［１］
他方、当業者は簡単なパイプ外周の例であっても多数の他の方法がトーチに対するスムースな通路を計算するために使用されることができることを認識することができるであろう。それは立方体スプライン補間を含んでいるがそれに限定されない。それは各設定点を通ってスムースな通路を生成するために３つの点を考慮に入れている。外周溶接に対する２次元のスロープ計算は半径方向平面および軸平面において顕著に変化し、端部シーム溶接に対して円形補間をする。
【００３６】
モータ制御装置６ は隣接するインデックス、すなわち現在の移動位置のすぐ前とすぐに後に続くインデックス間の操縦を補間することが好ましい。例えば、運動が角度で測定される溶接装置の場合に、指標が０゜、１８゜、３７゜に設定されたとき、操縦は０゜と１８゜の間の移動位置に対して補間され、これは補間の端部点として０゜および１８゜に対して記録されたインデックスされたデータを使用して行われる。移動が１８゜に到達したとき、操縦は１８゜と３７゜の間の移動位置に対して補間の端部点として１８゜および３７゜に対して記録されたインデックスされたデータを使用して１８゜と３７゜の間の移動位置に対して補間される。
【００３７】
一度通路が設定されると、溶接ヘッドは移動が生じる通路を追跡する。平面における直線または湾曲軌道中の移動ではなく、制御ソフトウエアは溶接ヘッドの移動中通路に整合するように自動的に操縦させる。テストおよび溶接モードの両方において操縦は任意の２つのインデックスされた位置間の連続的に補間された操縦点にしたがって次のインデックスされた位置に到達するときに生じる大きいインクリメントの代りに微細なステップで調節される（付加的な指標はさらに複雑な補間に対して必要である可能性がある）。テストまたは溶接モードのいずれかにおいてプログラムの実行中に、同じ通路は全ての通過に対して使用されることができる。その代りに、通路はオフセットされ、変更され、または新しい通路が設定されてもよい。
【００３８】
以上、当業者が本発明を構成し、使用することを可能にするために本発明の好ましい実施形態について説明したが、説明した実施形態の種々の変形、変更が本発明の技術的範囲を逸脱することなく可能であることを認識するであろう。したがって、本発明は上記の説明および添付図面によって限定されるものではなく、本発明の技術的範囲は特許請求の範囲の記載によってのみ限定されることを意図するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好ましい実施形態の原理にしたがった自動的整列および誘導機能を含む半自動溶接システムの概略図。
【図２】
本発明の好ましい実施形態の原理にしたがった自動的整列および誘導方法のためのプログラミングモードと、示された方法の各ステップに関連した例示的な表示を含むフローチャート。
【図３】
本発明の好ましい実施形態の原理にしたがった基本的な経路設定方法に付加されることのできる任意の経路変更機能を示すフローチャート。
【図１】
2004512960.tif 000003
【図２】
2004512960.tif 000004
【図３】
2004512960.tif 000005
【国際公開パンフレット】
2004512960.tif 000006
2004512960.tif 000007
2004512960.tif 000008
2004512960.tif 000009
2004512960.tif 000010
2004512960.tif 000011
2004512960.tif 000012
2004512960.tif 000013
2004512960.tif 000014
2004512960.tif 000015
2004512960.tif 000016
2004512960.tif 000017
2004512960.tif 000018
2004512960.tif 000019
2004512960.tif 000020
2004512960.tif 000021
2004512960.tif 000022
2004512960.tif 000023
2004512960.tif 000024
2004512960.tif 000025
2004512960.tif 000026
2004512960.tif 000027
2004512960.tif 000028
2004512960.tif 000029
2004512960.tif 000030
2004512960.tif 000031
2004512960.tif 000032
2004512960.tif 000033
2004512960.tif 000034
2004512960.tif 000035
2004512960.tif 000036
2004512960.tif 000037
2004512960.tif 000038
2004512960.tif 000039
【国際調査報告】
2004512960.tif 000040