(57)【要約】【課題】ある空間位置から次の空間位置へ低次ロボット実行プログラムによって制御されるパターンでトーチを動かすロボット機構を使って、電気アーク溶接トーチを用いてギャップ内に溶融金属の垂直間隔層を堆積することにより、隣接する第一と第二の鉄道レールの対面する端壁間の狭いギャップを自動的に埋めるための方法を提供する。【解決手段】▲１▼少なくともｘ，ｙ，ｚ、▲２▼位置がその一部である層、および▲３▼トーチが次の位置に向かって動く間に実行される溶接パラメータを含む少なくとも４つの座標によって各固定位置が固定される多数の位置からなる垂直に間隔をあけられた層内のギャップを埋めるため、トーチの理想化された前進を構成する一連の位置からなる特定のギャップのためのデータアレイを構築し、該データアレイからある特定位置に関するデータを出力し、該出力されたデータに関する溶接パラメータをロボット実行プログラムを使って処理し、次に、一連の点における次の位置に関する新しい固定データを出力し、該新しいデータに関する溶接パラメータをロボット実行プログラムを使って処理し、およびある特定の層に関するデータアレイ内の位置が処理され終わるまで、該出力および処理ステップをくり返す。その後で、該方法が該層をくり返し、あるいは多数の保存位置からなる次の層を処理する。【選択図】図１
2004500244.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ある空間位置から次の空間位置へ低次ロボット実行プログラムによって制御されるパターンでトーチを動かすロボット機構を使って、電気アーク溶接トーチを用いてギャップ内に溶融金属の垂直間隔層を充填することにより、隣接する第一と第二の鉄道レールの対面する端壁間の狭いギャップを自動的に充填する方法であって、該方法が
（ａ）各固定位置が▲１▼少なくともｘ，ｙおよびｚ、▲２▼位置がその一部である層、および▲３▼トーチが次の位置に向かって動く間に実行される溶接パラメータを含む少なくとも４つの座標（ｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓ）によって固定される複数の位置からなる垂直に間隔をあけられた層内のギャップを充填するため、トーチの理想化された前進を構成する一連の位置からなるデータアレイをある特定のギャップのために構築し、
（ｂ）該データアレイからある特定位置に関するデータを出力し、
（ｃ）該出力されたデータに関する溶接パラメータをロボット実行プログラムを使って処理し、
（ｄ）次に、一連の点における次の位置に関する新しい固定データを出力し、
（ｅ）該新しいデータに関する溶接パラメータをロボット実行プログラムを使って処理し、そして
（ｆ）ある特定の層に関するデータアレイ内の位置が処理され終わるまで、該出力および処理ステップをくり返すことを特徴とする充填方法。
【請求項２】
さらに、（ｇ）処理する前に、トーチの実際のｚ座標を検知し、
（ｈ）該検知したｚ座標によって、出力されたデータのｚ座標を修正し、そして
（ｉ）次に、該修正されたｚ座標を用いて溶接パラメータを処理することからなる、請求項１の方法。
【請求項３】
前記修正が、データアレイのｚ座標を検知された実際のｚ座標に置き換えることである請求項２の方法。
【請求項４】
検知がＫＡＲＥＬプログラムによって達成される請求項３の方法。
【請求項５】
検知がＫＡＲＥＬプログラムによって達成される請求項２の方法。
【請求項６】
さらに、（ｊ）処理ステップの後に、特定の層を構成する一連の点の最後にトーチの実際のｚ座標を検知し、
（ｋ）該特定の層がくり返され得るなら、該実際のｚ座標を特定の層の高さを表す値と比較し、そして
（ｌ）該比較が実際のｚ座標が特定の層の所定高さよりも低いことを示すなら、該特定の層を構成する位置の処理をくり返すことからなる、請求項２の方法。
【請求項７】
検知がＫＡＲＥＬプログラムによって達成される請求項６の方法。
【請求項８】
さらに、（ｇ）処理ステップの後に、特定の層を構成する一連の点の最後にトーチの実際のｚ座標を検知し、
（ｈ）該特定の層がくり返され得るなら、該実際のｚ座標を特定の層の高さを表す値と比較し、そして
（ｉ）該比較が実際のｚ座標が特定の層の所定高さよりも低いことを示すなら、該特定の層を構成する位置の処理をくり返すことからなる請求項１の方法。
【請求項９】
検知がＫＡＲＥＬプログラムによって達成される請求項８の方法。
【請求項１０】
さらに、（ｊ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｋ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｌ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｍ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｎ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｏ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｐ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｑ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｒ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項９の方法。
【請求項１１】
（ｊ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｋ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｌ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｍ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｎ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｏ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｐ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｑ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｒ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項８の方法。
【請求項１２】
さらに、（ｍ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｎ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｏ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｐ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｑ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｒ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｓ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｔ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｕ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項６の方法。
【請求項１３】
（ｍ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｎ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｏ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｐ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｑ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｒ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｓ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｔ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｕ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項７の方法。
【請求項１４】
（ｊ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｋ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｌ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｍ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｎ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｏ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｐ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｑ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｒ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項２の方法。
【請求項１５】
（ｊ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｋ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｌ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｍ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｎ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｏ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｐ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｑ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｒ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項３の方法。
【請求項１６】
（ｊ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｋ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｌ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｍ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｎ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｏ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｐ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｑ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｒ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項４の方法。
【請求項１７】
（ｊ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｋ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｌ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｍ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｎ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｏ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｐ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｑ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｒ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項５の方法。
【請求項１８】
さらに、（ｇ）第一レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｈ）第一レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｉ）第一レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｊ）第一レールの端壁上の第一〜第三点を使って第一基準面を計算し、
（ｋ）第二レールの端壁上の第一点の空間位置を記録し、
（ｌ）第二レールの端壁上の第二点の空間位置を記録し、
（ｍ）第二レールの端壁上の第三点の空間位置を記録し、
（ｎ）第二レールの端壁上の第一〜第三点を使って第二基準面を計算し、そして
（ｇ）該位置に関するデータを処理する間、座標の基準として、該面の一つを使うことからなる、請求項１の方法。
【請求項１９】
ある空間位置から次の空間位置へ低次ロボット実行プログラムによって制御されるパターンでトーチをギャップ内のパルスに沿って動かすロボット機構を使って、電気アーク溶接トーチを用いてギャップ内に溶融金属の垂直間隔層を充填することにより、隣接する第一及び第二の鉄道レールの対面する端壁間の狭いギャップを自動的に充填する方法であって、該方法が、
（ａ）各固定位置が▲１▼少なくとも４つの座標、▲２▼トーチ位置がその一部である層、および▲３▼トーチが次の固定位置に達するまで溶接パラメータが実行されることにより固定される複数の位置からなるいくつかの垂直に間隔をあけられた層内の理想的なギャップを埋めるため、トーチの理想化された前進を構成する一連の位置からなるマスターデータアレイを理想的ギャップ形状のため用意し、
（ｂ）溶接パラメータを実行するため、トーチをある位置から次の位置へ動かすため、該データアレイから該一連の位置を出力し、
（ｃ）第一レールの端壁上の点を検知することにより第一基準面を構築し、
（ｄ）第二レールの端壁上の点を検知することにより第二基準面を構築し、
（ｅ）該第一・第二基準面を使って埋めるべき実際のギャップの形状を構築し、そして
（ｆ）理想的ギャップからの実際のギャップの偏移に基づいて、トーチの動きを制御するため、データアレイから出力された位置を修正するステップを特徴とする充填方法。
【請求項２０】
前記トーチを動かすことをロボットプログラムによって行い、修正を背景プログラムによって行う請求項１９の方法。
【請求項２１】
背景プログラムがＫＡＲＥＬプログラムである請求項２０の方法。
【請求項２２】
さらに、（ｇ）トーチの実際のｚ座標を検知し、
（ｈ）特定の層内の最後の位置にトーチを動かした後、該層がくり返され得るかどうかを決定し、くり返され得るなら、トーチが層の適切な仕上げを示すｚ座標にあるかどうかを決定し、そして
（ｉ）該決定が否定的なら、該特定層を構成する位置の処理をくり返すことからなる請求項２１の方法。
【請求項２３】
検知がＫＡＲＥＬプログラムによって達成される請求項２２の方法。
【請求項２４】
検知がＫＡＲＥＬプログラムによって達成される請求項２３の方法。
【請求項２５】
ある空間位置から次の空間位置へ低次ロボット実行プログラムによって制御されるパターンでトーチをギャップ内のパルスに沿って動かすロボット機構を使って、電気アーク溶接トーチを用いてギャップ内に溶融金属の垂直間隔層を充填することにより、隣接する第一及び第二の鉄道レールの対面する端壁間の狭いギャップを自動的に充填するためのシステムであって、該システムが、
各位置が少なくとも▲１▼４つの座標、▲２▼トーチ位置がその一部である層、および▲３▼トーチが次の固定位置に達するまで実行される溶接パラメータによって固定される複数の位置からなるいくつかの垂直に間隔をあけた層内の理想的なギャップを充填するため、トーチの理想化された前進を構成する一連の位置からなる理想的なギャップ形状のためのマスターデータアレイ、
溶接パラメータを実行するためある位置から次の位置へトーチを動かすようにロボット機構によって使われる一連の位置をデータアレイから出力するためのコンピュータ、
第一レールの端壁上の点を検知することにより第一基準面を構築し、第二レールの端壁上の点を検知することにより第二基準面を構築するためのプログラム、
該第一・第二基準面を使って埋められる実際のギャップの形状を構築するための基礎背景プログラム、および
理想的ギャップからの実際のギャップの偏移に基づいてトーチの動きを制御するのに使うためデータファイルから出された位置を修正する背景プログラムからなることを特徴とする充填システム。
【請求項２６】
ギャップを埋めるためにロボット機構を使う前に、トーチによって運ばれる針が点を検知するために使われる請求項２５のシステム。
【請求項２７】
さらに、トーチの実際のｚ座標を検知する部材、
トーチが特定の層の仕上げを示すｚ座標にあるかどうかを決定する部材、および検知されたｚ座標が特定の層が仕上げられていないことを示すなら、該特定の層を構成する位置によって決定される運動をくり返す部材からなる、
請求項２６のシステム。
【請求項２８】
さらに、トーチの実際のｚ座標を検知する部材、
トーチが特定の層の仕上げを示すｚ座標にあるかどうかを決定する部材、および検知されたｚ座標が特定の層が仕上げられていないことを示すなら、該特定の層を構成する位置によって決定される運動をくり返す部材からなる、
請求項２５のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はレールの離れた両端を溶接するための方法とシステムに関し、さらに詳しくは電気アーク溶接法によって２本の離れた鉄道レールを溶接することに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
何年間も通して、離れたレールの両端壁の間のギャップを埋めるために、溶接法を使って離れた鉄道レールを接合することに非常な開発事業がなされてきている。本特許出願人は、米国特許第５，７７３，７７９号および第５，８７７，４６８号を有し、これらの特許は基本情報を与えるものとして本明細書で参考文献に扱う。これらの特許は、２つの離れたレールの両端を接合する電気アーク溶接方法とシステムに関し、レールの平底間に裏板を用いてルートパス、すなわち第１溶接ビーズを裏板の上にあるいはその一部として堆積する。これらの特許は、端レール間のギャップを埋める金属を含有するルートパスの上に一連の垂直層を含む全溶接プロセスを開示している。電気アーク溶接トーチがパスに沿って動いて堆積金属の一連の垂直層をなす溶接プロセスの詳細はくり返す必要がない。ロボット機構によって通常のロボット・プログラムを用いて溶接トーチを動かし、所要のパスに沿わせる。このパスは、ギャップをなすベース、ウェブおよび隣接レールのヘッドの間で変わる。また、１９９９年７月１９日出願の米国特許出願第３５６，８３７号も参考文献として用いる。この先行出願は、２本の離れた鉄道レールの接合に使うルートパスの溶接法を開示し、ここでルートパスはロボット機構で動かされる溶接トーチによって作られる。ソフトウエア・プログラムによって、トーチは所定パスをトレースし、このパスはルートパスの堆積の間に生じる溶接の成り行きによって制御される。この先行出願は、基本的に接合すなわちギャップの低ベース部における第１垂直層に関わるものである。本発明は、この先行出願に開示した方法を行い、動きを制御するロボットソフトプログラムと並行して、すなわち同時に行われる背景コンピュータ・プログラムに従って、ギャップ全体を埋める溶接プロセスを続けるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電気アーク溶接が現場で有効に用いることが可能なら、第１・第２鉄道レールの対面する端壁間の狭いギャップは溶融金属を用いて正確にかつ速く埋められるに違いない。この目的を達成するため、溶接トーチをロボット機構によってギャップ内を前後動させるまで技術が進歩した。過去、比較的低次の言語を用いる実行ソフトプログラムを使って溶接トーチの動きがロボットによって制御されてきた。このプログラムはトーチを所定パスに動かし、プログラム言語でその動きを記録することによって作られ、その結果、次のレール接合を埋めるときその動きをコピーすることができる。ロボットの動きを制御するコンピュータソフトプログラムを作ることにより、オペレータの注意を実質的にふやす幾分好ましくない結果を生じた。トーチをギャップ内に動かしその動きを周期的に記録することにより実行プログラムを作ると、そのプログラムを溶接すべき現場で使うときに困難が生じた。レール間の狭ギャップは１つの接合と次の接合では均一ではなく、したがって、あらゆる接合に対して理想的ではないからである。ギャップは現場で回転切断ホイールによって作られ、１本のレールの端が切り離され、もう１本のレールの端が切り離される。このようにラフに切断されたレールは精度のよくない処理によって置かれる。これら２つの端面は、必ずしも平行ではない。これまでトーチを動かすために使われてきたプログラムは、端壁の理想的な位置および正確な間隔という仮定に基づいて、それに固定されていた。したがって、現場におけるレール・ギャップのロボット制御による自動溶接は、汎用的に有効なものではなかった。従来技術の限界は、理想的な、しかし虚像のギャップにおけるトーチの動きに基づいて作られたコンピュータープログラムを用いてきたことにある。望ましくは、その理想的なギャップが現実のギャップに近似していることである。従来の不完全な溶接法では、欠陥接合が生じる。現場では、そのような欠陥接合によって、接合作業場所を避けるように列車を迂回させるようになる。これは受け入れ難いことであり、有効なコンピュータ制御ロボットによる溶接を妨げることになる。端壁の間隔は必ずしも同一でなく、したがって、理想上のトーチ運動では必ずしも所要の接合ができるとは限らない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明はプログラム・コンセプトの開発に関し、ここで通常ロボット運動制御に関わる低次言語すなわちソフトウエア・プログラムが、溶接トーチの動きを制御するためのユニークな方法を使って、ＫＡＲＥＬのような高次言語と並行して使われる。本発明は、レール間ギャップを埋める全溶接プロセスを決める一連の位置を含む固定データファイル、すなわちテキストファイルの作成を含む。このテキストファイルは表計算プログラムのようになっており、各位置がトーチが置かれる場所を特定する１組の座標によって決まるように一連の位置がデータアレイ内に固定的にセットされている。各固定位置情報は、位置に伴う電圧、移動速度や運動終端での遅れのような溶接パラメータを含む。これらのパラメータは、トーチが既知の次の位置に向かって予め定められたパス内を動くときに実行される。パスが完成されトーチが次の位置に向かう準備を整えたとき、次の位置に関する情報が出力され、一連の個々の位置が処理されてトーチによって全埋込を構築するように行なわれる。データアレイの表計算フォーマットに記録された各位置は、堆積金属の特定垂直層に割り当てられる。多くの位置が続いて処理されて埋込金属の層を生じる。ある特定位置に対応する１溶接サイクルの実行の最後に、高次の背景ソフトプログラムが溶接トーチの垂直高さ、すなわちｚ座標を検知して決定する。このｚ座標が処理されるべき次の位置に対応しなければ、次の位置のｚ座標が補正される。実際には、貯えられたｚ座標が検知されたｚ座標に置き換えられる。連続層が堆積される。これらの層のいくつかは、十分に埋められない場合、くり返される。位置が埋められる溶融金属の特定層の最後にきたとき、トーチのｚ座標が特定層のｚ座標と比較される。その層が完成すれば、次の層が処理される。その層が完成しなければ、その層を形成する位置がくり返される。したがって、一連の溶接ステップは順々に処理され、トーチの垂直高さが測られて次の層を処理すべきかどうか決める。一連の溶接ステップの出力手続きはトーチの特定方向によって決められ、処理される層は有効であることがわかった。ある溶接ステップの後、実際のトーチ高さに基づいて調整がなされる。したがって、本発明の１つの面によれば、テキストファイルを用い、このファイルは次々に位置を出力することのできるデータを有し、各位置はトーチの方向と、トーチが動くとき埋められる特定層を構成する。各溶接ステップの実行は低レベルロボット実行ソフトプログラムを用いる。同時に、高次プログラムが使われて、トーチの垂直位置を検知し、トーチの実際の垂直高さを示すデジタル情報を生じる。その高さ、すなわちｚ座標は、与えられた溶接ステップの開始時にトーチ位置を修正するのに使われる。
【０００５】
データアレイは、現場でギャップ寸法がわからないとき、理想的なギャップを溶接するために作られる。したがって、本発明の他の面によれば、高次プログラム言語が使われてレールの実際の端壁を示す基準面である「ユーザーフレーム」を生じる。この基準面は埋められるべき狭ギャップを形成する。トーチによって運ばれる尖針が１つの端壁の選ばれた位置まで動かされる。ロボットのホーム位置と選ばれた第１点との間の関係が読み込まれ、第１点のｘ，ｙ，ｚ座標として記録される。その後で、尖針を第２点に動かすことによってｘ軸が測られる。尖針で第３点を選ぶことによりｘ，ｙ面が決められる。端壁の面上で離れた３つの点により、背景プログラムによって算出される基準面が決められる。この基準面は端壁面の実際の平面を表わす「ユーザーフレーム」である。これと同じ手続きが他の端壁でも行われ、ユーザーフレームが２つの端壁の各々に対して算出される。これらの端壁は平行でなく、垂直あるいは水平である。基準面を算出することにより、実際のギャップが決まる。２つの基準面の中間の面が背景プログラムによって算出される。この中間ユーザーフレームは、各端壁面から等距離にある。
【０００６】
本発明を用いるとき、データアレイすなわちテキストファイルが、現場で処理される特定ギャップに対して作られる。このデータは「ユーザーフレーム」を有する位置関係と間隔に基づく座標をもつ多数の個々の位置を含む。データアレイに貯えられた各位置は、堆積される溶融金属の予め選ばれた垂直層に関連している。このデータアレイの１つの新規な面によれば、トーチの位置が各埋込の直前に現場で算出される基準面に関して決められる。したがって、現場で基準面は尖針および背景プログラムを使った計算によって決められる。よって、ＫＡＲＥＬプログラムによって作られる基準面は理論的なギャップではなく、実際のギャップに基づいて、いつでも、トーチの実際の位置を決定する。データアレイ内の位置によって決められる各溶接サイクルが処理されるとき、トーチ高さが検知される。実際のｚ座標は位置によって決められる溶接プロセスに対して用いられる。最後の溶接ステップを処理するとき、トーチの検知された高さが使われてその層は埋め込まれてしまったかどうかを決定する。その層がまだ埋め込まれていなければ、そしてそれがくり返されるべき層であるならば、その層を作るための溶接プロセスがくり返される。その層の高さが、完全に埋め込まれたときの層の高さと再び比べられる。
【０００７】
低次ロボット実行ソフトプログラムと高次背景プログラムの双方を使うことにより、データアレイに永久保存された理想的な溶接プロセスが実際の溶接条件に従って修正され、ギャップと溶接プロセスにおける変動を調整する。予め選ばれた組ステップとともにデータアレイを使うことにより、完全にプログラムを書き直すことなくどの１つのステップも修正できる。金属の特定垂直層に関連した個々の位置の概念を使って、特定領域の変化が可能になる。これは、離れた鉄道レール間のギャップを溶接するためのアーク溶接における実質的な進歩である。
【０００８】
溶接トーチの運動を制御するための標準ロボット実行プログラムを、背景プログラムとしてＫＡＲＥＬやＶａｌ　ＩＩのような高次言語と共に使うことにより、ロボットの動きの間、ロボットとＩ／Ｏにわたってさらに制御することができる。背景プログラムがロボット動きプログラムと同時に走るので、ロボットプログラムがトーチをある位置から次の位置へ実際に動かすとき、背景プログラムが計算を行う。これはＶａｌ　ＩＩやＫＡＲＥＬなどの高次言語を使う制御プログラムによって可能である。ロボットプログラムと背景ＫＡＲＥＬ計算プログラムを実行するために使われるコンピュータは、本発明の一部をなしていない。
【０００９】
本発明によれば、ロボット機構を使うトーチによってギャップに溶融金属の垂直層を堆積することによって、隣り合う第１・第２鉄道レールの対面する端壁間の狭いギャップを自動的に埋める方法が提供される。トーチはある空間位置から次の空間位置へ動く。この方法は特定ギャップに対するデータアレイを使用する。このデータアレイは理想的なギャップを定め、トーチが垂直層内でギャップを埋めるとき、トーチの理想的な進行を構成する一連の位置を含む。各位置はｘ，ｙ，ｚおよびこれらの軸に対する回転座標のような少なくとも４つの座標によって定まるトーチの位置によって固定される。層もデータアレイに固定される。データアレイは次のトーチ位置に達するまで実行される溶接パラメータを含む。したがって、本発明によるデータアレイは、トーチおよび溶融金属層の位置を示す一連の位置を有する。与えられた位置に関して溶接ステップの間に実行される溶接パターンも、位置とともに保存される。アレイからのデータは、特定の位置に対して出力される。その位置に対する溶接パラメータは、ロボットプログラムを使って処理される。その後、固定データの次の位置が出力され、ロボットプログラムによって処理される。このくり返しが、全埋めプロセスが完了するまで続けられる。この方法を使って、データアレイは全プログラムを書き直すことなく、個々に修正され得る。表計算プログラムを使うことにより、各溶接ステップを修正するための背景プログラムを利用することができる。固定された一連の溶接ステップを与えるため、表計算プログラムを使うことは、鉄道レールの端間のギャップを埋める技術においては新規である。
【００１０】
背景プログラムを使うことにより、表計算ソフト内の固定された溶接ステップが、トーチの高さに関連するパラメータを検知することによって絶えず更新される。トーチの高さはある位置に関する溶接ステップの最後に検知される。その高さは次の溶接ステップに対するトーチ位置を修正するのに使われる。実際には、検知された高さは次の位置の処理に使われる。ｚ座標におけるこの変化はＫＡＲＥＬプログラムによって行われ、ロボットプログラムが溶接プロセスを行っている間、実際のｚ座標を計算する。ある溶接ステップの最後に、トーチの高さが埋められている層の高さと比較される。層が埋められてしまうと、次のステップが行われる。層が埋められず、かつその層がくり返されるべき層であれば、その前の溶接プロセスがくり返されてその層を埋める。各ステップは、データアレイの特定位置におけるデータによって決まる方向にトーチを向けることから始まる。１つの層を完了すると、次の位置で処理が行われる。実際には、くり返されるべき層はギャップのベースやウェブ、ヘッド部の低い垂直位置にある。ギャップの他の領域では、１つの層をくり返し埋めない。
【００１１】
データアレイは理論的なギャップに基づいて工場内で作られるので、データアレイの各ステップの位置情報は「ユーザーフレーム」に関連し、ロボットのホーム位置には関与していない。背景計算プログラムは、現場で「ユーザーフレーム」を作り、トーチの方向を与える。本発明において、トーチの方向はロボットのホーム位置には関与しない。本発明は実際のレールの端壁に基づく基準面を用いる。このため、背景プログラムは第１レールの内壁上の第１点の特定位置を記録する。次に、第１レールの端壁の第２点が記録される。その後、同じ端壁上の第３点が記録される。端壁の面上のこれら３点すべてのｘ，ｙ，ｚ座標を与えることにより、基準面が計算される。同じプロセスが他の端壁に対しても使われる。溶接プロセスの実行前に、この２つの基準面が作られる。これらの面、すなわち「ユーザーフレーム」は常に平行ではない。ユーザーフレーム間隔が０．２５０インチのようなある量を越えると、溶接プロセスは中断される。実際の基準面はデータアレイの各位置における開始位置である。これらの面は各ステップの開始時にトーチのｘ，ｙ，ｚ軸に対する面を方向づけるために使われる。ｘ，ｙ，ｚ軸およびこれらの回転座標は開始時のトーチの位置を固定する。次に、予め選ばれたパスに沿って次の位置まで進み、新しいサイクルが行われる。
【００１２】
要するに、溶接プロセスは固定されたデータレイ内に定められている。各溶接位置は、与えられたユーザーフレームに関するトーチの位置から開始する。現場で、背景プログラムを使って溶接プロセスの前にユーザーフレームが作られる。ユーザーフレームはトーチの位置制御をするために使われる。こうして、一連の垂直金属層が埋められる。ベースを形成する層内に金属が堆積する。ウェブにはほんのわずかな金属しか堆積しない。ウェブ層は埋められなければくり返される。ヘッドは参考文献に挙げた各特許に明示されているような一連の垂直層を含む。特定層のための溶接パスを定める１組の位置を処理するとき、その層が埋められていなければくり返される。
【００１３】
本発明の主な目的は、隣り合う第１・第２鉄道レールの対面する端壁間の狭ギャップを自動的に埋めるための方法およびシステムを提供することにあり、該方法とシステムは一連の溶接ステップの表計算ソフトを利用し、該ステップは特定ギャップの溶接プロセスを定めるために修正される。
本発明の他の目的は、理想的なギャップ配列からのさまざまな偏移を調整するため現場で使い得る上記方法およびシステムを提供することにある。
さらに本発明の他の目的は、ロボット制御プログラムと背景計算プログラムの双方を使い、溶接トーチを予め選ばれたパスに動かし、溶接プロセスの変動に基づいて該パスを修正する上記方法およびシステムを提供することにある。
さらに他の目的は、トーチのロボット制御を鉄道レールの端間のギャップを埋めるアーク溶接に用い、予め選ばれた溶接プロセスと相互計算プロセスの双方によって、プロセスが変動しても適切に溶接を行わせる上記方法およびシステムを提供することにある。
これらおよび他の目的と効果は、図面を用いて行なう以下の説明から明らかになるであろう。
【００１４】
以下、図面を参照するが、これらは本発明の実際例を説明するためだけのものであり、これらと同一のものに本発明を限定する目的ではない。図１・２に標準的なベース１０、ウェブ１２、ヘッド１４および上部キャップ１６をそれぞれ有する鉄道レールＡ・Ｂを示す。アーク溶接のため電気的に接続するため、離れたレールＡ・Ｂは垂直に伸びるギャップｇの下部を閉じるバックプレート２０によってともにアースされている。このギャップは米国特許第５，７７３，７７９号・第５，８７７，４６８号に開示されているように電気アーク溶接によって埋められる。すなわち、トーチ３０を通って溶接ワイヤすなわち電極３２が進むことによりギャップ内に溶融金属Ｍが堆積される。標準的な電源４０がリード線４２を有してトーチ３０に電気的に接続され、電極３２と溶融金属Ｍとの間に電圧を生じる。この電圧により電気アークａを生じ、アークによって電極が金属Ｍに向かって進むとき電極が溶けてさらに溶融金属を堆積させる。トーチ３０は標準的なロボット機構５０によってギャップｇ中をある位置から他の位置へと移動して、図８の層ｌａのような垂直に離れた金属層を形成する。この層も上記米国特許に開示されている。
【００１５】
トーチ３０がギャップｇ内を上下に動くとき、溶融金属の層が金属Ｍの上に堆積される。各特定の堆積層に対する異なるタイプの溶接プロセスによって、連続層がくり返される。上記米国特許は本発明の一部をなしていないので、これ以上説明する必要がない。ロボット５０はトーチ３０を動かして、ギャップ内に金属層を次々と増す。トーチの進路はロボット５０によって制御できるが、その詳細は運動実行プログラムによって決定される。このプログラムはロボット機構の一部で、マイクロプロセッサ５２のようなオンボード・コンピュータによって実行される。このようなデバイスがロボット機構に備えられている。実際には、ロボット５０はトーチ３０を標準的な低次運動実行プログラムによって動かす。そのプログラムを作るため、トーチ３０は前後に動く。トーチ位置がプログラムに記録され保存される。これらの位置の記録と保存は標準的なロボット技術によってくり返され、溶接プロセスを実行する。すなわち、運動が記録された後、低次実行プログラムの実行によってコピーされる。ロボットは各溶接プロセスの間、同じ運動を行う。本発明は標準的なロボットプログラムと並行して実行される高次言語からなるＫＡＲＥＬ背景プログラムを用いる。ロボットプログラムによりトーチを動かし、さまざまな位置によって現在の運動プログラムを修正するとき、溶接条件を計算し検知するプログラムを用いる。現場でレールＡ・Ｂはギャップｇだけ正確に間隔を設けて置かれる。その後で、図２のように銅シュー６０・６２が内側に動いてギャップｇの両側面を閉じる。シューが閉じる前に、トーチ３０をベース部間で前後に動かすことによりベース１０が溶接される。金属Ｍがベース部に次々に堆積される。溶接プロセスがウェブ１２まで上がると、シューが閉じてウェブ部を埋めるまで閉じ続ける。ここまでの説明は上記米国特許の開示されている技術と異ならないが、該米国特許はロボットの低次運動プログラムと併用する背景高次プログラムを用いることについて教示している。
【００１６】
本発明は、ロボットプログラムによってトーチを動かすために使われたデータを修正するために用いるＫＡＲＥＬのような背景高次プログラムによって、ギャップを埋めるトーチの動きを制御する。図３に示すようなテキストファイルすなわちデータアレイ１００を用いる。図４に示す表計算フォーマットをデータ用に使う。特定ギャップに対するデータの詳細を図４Ａ〜４Ｄに示す。溶接開始時におけるトーチの正確な方向を「位置」として保存する。図４Ａ・４Ｂに示すように、位置の積み重ねによって全溶接プロセスが形成される。トーチの位置は１組の座標によって保存される。実際には、ｘ，ｙ，ｚ座標および回転座標である。回転座標はＷ，Ｐ，Ｒである。各位置はトーチの開始点に対する正確な方向と溶接パラメータを有する。保存されたデータも、座標が実際のギャップ内で方向付けされるユーザーフレームをもつ。後述するように、基準面すなわち「ユーザーフレーム」は前レールＡあるいは後レールＢの端の現実の表面であり、溶接開始前に作られる。ユーザーフレームに関しトーチを開始位置に正しく置くことにより、保存データに対応する理論上のギャップではなく、現実のギャップが溶接される。データアレイ１００に保存されたデータは層ｌａを含む。要するに、データアレイ１００内の各溶接ステップはユーザーフレームからのトーチの正確な位置を含んでいる。実際には、ユーザーフレーム３は一方のレールの端、ユーザーフレーム４は他方のレールの端である。これらのユーザーフレームは各接合に対して唯一のものである。これらは各溶接の前に背景プログラムによって計算される。表計算プログラムによって、個々の溶接ステップの１つを変えるだけで、溶接プロセスが修正される。いくつかの位置が処理されてｌａを生じる。図４Ａに示すように、１４の個別位置が層３を作るために用いられる。ウェブのようなより小さなギャップ域では、１つの層に対してより少ない数の位置が使われる。トーチは一方のレール（ユーザーフレーム３）に関して正しく位置づけられた後、他方のレール（ユーザーフレーム４）に関して位置づけられる。この柔軟性によって、溶接プロセスの精度が向上する。データアレイのいくつかのステップのうちの１つを変えるためには、全データアレイを書き換えることなく、単にその１つだけを修正すれば済む。したがって、各保存データは各ギャップに対して利用できる。ギャップがある間隔をもつあるレールに対するものであれば、データアレイ１００はその特定のギャップに対するものである。
【００１７】
ＫＡＲＥＬ背景プログラムを使うことにより、各ステップは修正されて現場で遭遇する条件に合うように調整される。図３のように、「次位置選択」ルーチン１０２からのコマンドによってさまざまな位置が次々と出力されるので、通常のロボット運動プログラムを制御する機械論理レジスタ１１０内にその情報が保存される。各位置は図４の表計算フォーマットで示されるデータアレイから次々と出力される。しかし、ギャップを埋める前に背景プログラムが使われる。図１０に示すように、ｘ，ｙ方向のヘッド１４をウェブ１２の側方オフセットをプログラムが決定する。このオフセットはベース１０の中心から側方に測られる。各層ｌａに対する測定オフセットの量は、溶接開始前に図３のブロック１２０に保存される。次のプロセスの間、背景ＫＡＲＥＬプログラムはライン１２２で示すように保存されているｘ，ｙ座標を読み取る。これらの値はブロック１２４の保存オフセットによって修正される。特定レールの付加オフセットを含む新しいｘ，ｙ座標が処理される。このｘ，ｙ座標はライン１２６で示すようにレジスタ１１０に再ロードされる。こうして、ロボットによる通常処理のため、位置情報がレジスタ１１０にロードされる。ｘ，ｙ座標は側方オフセットを受け、測られて溶接開始前にブロック１２０に保存される。これらのオフセット値は、たいていのロボットに使われるＴｅａｃｈ　ＰｅｎｄａｎｔプログラムＴＰを使うロボットによる究極の使用のため、ｘ，ｙ座標を修正するのに使われる。オフセットは全溶接プロセスに対して固定される。ｘ，ｙ方向のトーチの動きは、測定オフセットとともに溶接プロセスを通して固定される。金属Ｍ、したがってトーチ３０の垂直高さを表すｚ座標は、さまざまな位置に対して変わる。溶融金属は一定状態では垂直方向に堆積しないので、ｚ座標は表すのが最も困難である。トーチの垂直高さの変動を補正するために背景プログラムを使わないと、ギャップｇを埋めるのにある不完全状態が生じる可能性がある。図３に示される各位置でないとしても、そのｚ座標が検知される。ロボットプログラムによって実際のｚ座標Ｚａがレジスタ１３０にロードされる。このレジスタはプログラムの間いつでも金属Ｍの垂直高さを検知するために積分し得る。レジスタ１３０のｚ座標はＫＡＲＥＬプログラムによって検知されるので、ブロック１３２によって示される実際の垂直高さがＫＡＲＥＬ変数としてサブルーチン１３４に出力される。この新しいｚ座標はライン１３６で示すようにデータアレイの座標を置き換えるために使われる。それは、Ｔｅａｃｈ　Ｐｅｎｄａｎｔ変数に変換されてレジスタ１１０に保存される。したがって、ロボットプログラムで処理される位置はｘ，ｙ，ｚ座標をもち、個々のレール配置に対するオフセットを含み、ｚ座標はギャップｇの金属Ｍの実際の高さを表わす。レジスタ１１０はこうしてトーチ３０の動きに対するＴＰ言語でロードされる。各位置は次々と付加ｘ，ｙオフセットおよび置き換えｚ座標によって修正される。各ステップの処理をブロック１５０で示す。ロボットプログラムは各位置を次々と実行するのに使われる。背景プログラムは位置Ｘに対するｘ，ｙ，ｚ座標を修正する。ロボットは標準プログラムに対してのみ反応する。位置Ｘの保存座標を処理する代りに、プログラムは位置Ｘ’に対する新座標を処理する。全ギャップが埋まるまで、全ステップはＴＰプログラムによって処理される。位置の最後のステップを決めるために、プログラムの一変形が使われる。位置の同定がライン１５２を通して決定ルーチン１５４によって処理される。最後の位置が処理されると、図３のプログラムはブロック１５６で終了する。そうでなければ、ライン１５８を通じてブロック１５０に行き、ライン１６０上のデータによってプログラムが続けられる。
【００１８】
いくつかの位置が実行プログラム１５０によって処理され、層ｌａを形成する。ある層に関する各ステップの終りに、溶接パラメータが処理され、位置番号がライン１６０から決定ルーチン１７０へＫＡＲＥＬ言語で送られる。その位置がその層に対する最後のステップでなければ、「次位置選択」ルーチン１０２がライン１７２の情報によって実行される。その位置が最後であれば、その情報がライン１７４から決定ルーチン１８０に出力される。ルーチン１８０は、その終わった層がくり返されるべきかどうか決定する。ウェブ１２の層は完全に埋められていなければくり返されなければならない。ウェブをヘッドの間の領域では、層はくり返されない。これらは十分な量の金属を堆積し、その高さは決定的ではない。ヘッド・フィル（ｈｅａｄ　ｆｉｌｌ）は非常に重要である。ヘッド・フィルの層をなす最後の位置によって決まる垂直高さにその層が達していなければ、この領域のレベルがくり返される。同様のことがキャップ・パスについても成り立つ。その領域で、いくつかの層がヘッドの上部に堆積されて接合の最上部を形成する。この垂直高さは、空洞を残すことなく所定寸法までレールを研磨するために必要である。その層がくり返す必要がないものであれば、ライン１８２から「次位置選択」ルーチン１０２に信号が行き、次のステップを行わせる。垂直高さが足りなくてその層がくり返される必要があれば、ライン１８４にその情報が出力され、ブロック１９２でライン１９０上に実際のｚ座標Ｚａを調べる。ブロック１３２で背景プログラムによって測られた実際のｚ座標Ｚａが、処理されたばかりの位置Ｘ’に対するｚ座標と比較される。この比較は決定ルーチン２００によってなされる。Ｚａが低すぎれば、まだ埋めていない層を形成するすべての位置が命令ブロック２１０に示すようにくり返される。金属Ｍのレベルが適切であれば、その情報がライン２０２に得られ、「次位置選択」ルーチン１０２を作動させる。図３のプログラムを使って、ブロック１５６で終了する。これが本発明の最も広い側面である。一方、本発明の限られた面によれば、ライン１６０上の情報はさらに処理される。金属Ｍの垂直高さを検知するための背景プログラムが、その垂直高さが所定値に達するように確保するために使われる。実際には、ブロック１５０でＴＰ運動を超えるソフト処理をせずにプログラムが使われたとしても、ギャップを埋めるために全プログラムが用いられる。
【００１９】
本発明の基本は、図４および図４Ａ〜４Ｄに表すようなデータアレイを使うことにある。図４で、回転座標Ｗ，Ｐ，Ｒとともにｘ，ｙ，ｚ座標が各ステップに対して保存されている。また、各位置で処理されるパラメータもａ，ｂ，ｃで示され、データアレイ１００に保存されている。さらに詳しいデータアレイを図４Ａ〜４Ｄにそれぞれ示している。ルートパスは層１である。それは位置１〜４を実行することで形成される。ルートパスの上に層２があり、溶接スケジュール１６から同６に動き、同９に戻る。溶接スケジュールは電圧と電流を設定するのに使われる標準的なロボット表である。「ウィーブ」（ｗｅａｖｅ）は位置８でのみ実行される。最後の垂直欄の次はトーチの速さである。データアレイの最後の溶接パラメータは終了遅延である。これは、ある位置における溶接プロセスの終了と次の位置における同プロセスの開始の間の時間（秒単位）である。溶接プロセスは続いて行われるので、この遅延は次の位置までのわずかな時間にすぎない。第１相がルートパスの上に堆積した後、位置１１〜２４を処理することにより単一の層３としてベースが埋められる。この層は層４に対してくり返され、データアレイ内でコピーされない。ベースを埋めた後、いくつかの層がベースのテーパ部を埋めるために使われる。図４Ｃの位置７６〜８１を処理することにより形成された単一の層１１がウェブ・フィルである。このとき、ユーザーフレーム２がトーチをある位置に向ける。この面は、それぞれ「ユーザーフレーム」３・４として名付けられたレールの２つの端壁の間の虚像的な中心面である。したがって、２つの面（ＵＦ３，ＵＦ４）が１．２インチ離れていれば、中心面すなわちユーザーフレーム２はこの距離を２等分して、各端壁から０．６インチになる。トーチ位置をギャップの中心に対し端壁の１つと対向させることが、さらに実際的である。さまざまな位置が図４Ａ〜４Ｄのデータアレイに保存されている。各データにより、トーチの運動シーケンスをある位置から次の位置へと制御する。パラメータを変更する必要があれば、全データアレイを書き変えることなくそのパラメータだけを変更する。データアレイ１００は標準的なＴＰロボットプログラムを実行することにより、トーチの運動を制御する。ある特定の位置を実行する前に、背景プログラムを使って現行データアレイを修正する。データアレイはあるレールに対して、理想的なギャップとして形成されている。しかし、そのような理想的なギャップは現場では生じない。したがって、本発明では理想化された溶接プロセスを、現場で行う理想化システムの概念を利用する同プロセスに変換する。
【００２０】
図３のプログラムによってギャップを処理する前に、背景プログラムを使って現場でユーザーフレームを決定する。これを図５〜９を用いて説明する。図５に示すように、ユーザーフレームはレールのベースに原点２２０を設定することによって作られる。原点２２０に対するｘ，ｙ，ｚ座標が与えられる。原点２２０に対する１つの方向を決めるため、ｘ軸２２２が第２点のｘ，ｙ，ｚ座標を記録することで検知される。面の最終決定は、ｘｙ面２２４を検知するためにある点を選択することにより、得られる。３つの点は図８にＰＴ１，ＰＴ２，ＰＴ３で示されている。１本のレールの端壁に関するユーザーフレームを作るため、図９の運動針２５０によって点ＰＴ１〜ＰＴ３を検知する。トーチに関する電気ピックアップ２５２が３つの点の位置を示してユーザーフレームを発生する。針２５０の半径と低部の位置を知ることにより、各点ＰＴ１〜ＰＴ３が読み取られる。背景プログラムがホームポイントに関して３つの点を読み取る。ここまでは、背景プログラムだけが用いられる。レジスタがロボットのホーム位置に関して点ＰＴ１〜ＰＴ３の正確な位置を示すように設定される。これらの点がギャップの実際の端壁を示す面を区切る。この方向付けは端壁からであって、ロボットのホームポイントからではない。溶接プロセスの前に、他方のレールに対して同じ手続きがくり返される。ヘッド１４とウェブ１２はベース１０の中心に対し、しばしば側方にずれる。針２５０を使って、背景プログラムがヘッドのずれを測る。図１０のように、針はヘッドの側方１４ａに動いた後、側方１４ｂに動く。１４ａと１４ｂの間の距離は背景プログラムによって計算され、ヘッドがベース１０の中心からいかにずれているかを決定する。銅シュー６０・６２を閉じて、針２５０も矢印２６０で示すように下方に動いて、シューの１つの位置を決める。シューが両方とも検知され、距離が平均化されて側方オフセットを決める。これがウェブ１２に対する側方オフセットに対応する測定である。このオフセット情報が計算され、図３のブロック１２０に保存される。
【００２１】
本発明によれば、特定のデータアレイ１００が、現場で処理されるレールとギャップの各々に対して作られる。データアレイ１００内の固定データが、接合すべき特定のレールに基づく選択に対して利用できる。従来は、ロボット機構５０だけが使われて、トーチは実験から得られたパターンに従っていた。すなわち、ロボットのＴＰ実行プログラムに記録された位置から位置へ、トーチが動いた。これはロボットの低次プログラム言語だけを用いていた。しかし、本発明によれば、接合に対する標準データアレイが作られ、溶接が予見的に達成されるので、背景プログラムがＴＰプログラムによって実行されるさまざまなプロセスを計算し、検知し、修正する。実際の溶接プロセスをカスタマイズするため、ユーザーフレームが背景プログラムによって作られ、理想的なギャップ面からの端壁の偏移を示す。さらに、ヘッドとウェブの側方オフセットが溶接プロセスの前に決定される。溶接プロセスの間、オフセットがｘ，ｙ位置から加減される。図１１は溶接開始前に現場で使われるプログラムを示している。開始ルーチン３００からスタートする。ボックス３０２に示すように、点ＰＴ１に針２５０を置く。この点が記録された後、針２５０はｘ軸に沿って点ＰＴ３まで動く。ボックス３０４において、ｘ軸情報と位置が記録された後、ブロック３０６において針２５０が動いて、点ＰＴ２の位置を記録することによりｘｙ面を作る。これらの点のすべてを記録した後、対面するレールの対応する点が決定される。ユーザーフレーム間隔を計算するのに必要な点を持って、間隔情報が決定ルーチン３１０に与えられる。理想的なギャップを作る間隔に足りなければ、溶接プロセスは生じない。間隔がギャップよりも１／４インチ大きければ、これまた溶接しない。この２つの場合、ライン３１２に出力されてプロセスを終了する。レールを接合するため、列車はその箇所を迂回しなければならない。決定ルーチン３１０が間隔が理想的ギャップよりも１／４インチ以上大きくないと決定すれば、その情報がライン３１４からブロック３２０に送られる。背景プログラムが隣接レールのユーザーフレーム３・４を計算する。ユーザーフレーム３・４を２等分することで、中間ユーザーフレーム２が計算される。これにより双方の端壁から等距離にある中心面が与えられ、トーチを正しく位置づける。この手続きをブロック３２２に示す。次に、ブロック３３０において背景プログラムによりヘッドオフセットを計算する。ウェブオフセットはブロック３３２で計算される。これらのオフセットはブロック１２０に保存され、これは図３で示した新しいプログラムへのデータの１つの入力である。ロボットプログラムは点ＰＴ１〜ＰＴ３を記録する。背景ＫＡＲＥＬ高次元プログラムが点の方向付けとオフセット位置を使って、データアレイに付加されたデータを計算し、図３のプログラムに示された方法を実行する。
【００２２】
本発明を実行する際、Ｔｅａｃｈ　Ｐｅｎｄａｎｔ言語を使う標準ロボット運動プログラムがトーチを点から点へ動かす。このロボットプログラムはトーチをホーム位置あるいは他の手動方向付けユーザーフレームに関して方向付けることができる。自動的にレール面に対するユーザーフレームを方向付けることは、本発明の新規な概念であり、ロボットプログラムと連携して同時に行われる背景プログラムの実行を要する。背景プログラムとロボットプログラムを処理するためのコンピュータは、セパレートでもよいし、組込でもよい。計算と位置情報の処理はコンピュータプログラム技術における標準的な技術で、いくつかのプログラムと概念がこれらの機能を遂行するために使われ得る。本発明で使われるステップと目的を達成するための詳細と手続きはさまざまなものがある。本発明の基本概念は、理想的なギャップに関するデータアレイ、および理想的なギャップ配置なしに理想的な溶接を受け入れるために各ステップを開始するトーチの方向付けを修正するための背景プログラムを提供することにある。さらに、本発明は単一の層を作るためにいくつかの位置あるいはステップを用いる層概念を使う。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明を用いて埋めるべきギャップの側面図とロボット機構関連のブロック図。
【図２】
図１の２−２矢視断面図。
【図３】
本発明の１実施例を構成するプログラムのフローチャート。
【図４】
本発明に用いられるデータアレイの表。Ａ〜Ｄは本発明を実施する際に用いられる実際のデータアレイの表。
【図５】
本発明の一側面によるユーザーフレーム（基準面）を作る直交座標と面の図。
【図６】
図５の座標を伴う２本のレールの接合すべき端部の斜視図。
【図７】
図５の座標を伴う２本のレールの接合すべき端部の斜視図。
【図８】
レールの端壁を示す正面図。
【図９】
図１の下部に類似した２本のレールの接合部の側面図。
【図１０】
図８に類似した、針によるオフセット測定を説明するためにレールの端壁を示す正面図。
【図１１】
ユーザーフレームとオフセットを作るためのプログラムのフローチャート。
【符号の説明】
Ａ，Ｂ：　鉄道レール
１０：　ベース
１２：　ウェブ
１４：　ヘッド
１６：　上部キャップ
２０：　バックプレート
３０：　トーチ
３２：　電極
４０：　電源
５０：　ロボット機構
Ｍ：　溶融金属
ｇ：　ギャップ
６０，６２：　銅シュー
１００：　データアレイ（テキストファイル）
１０２：　次位置選択ルーチン
２５０：　針
３００：　開始ルーチン
３１０：　決定ルーチン
【国際公開パンフレット】
2004500244.tif 000003
2004500244.tif 000004
2004500244.tif 000005
2004500244.tif 000006
2004500244.tif 000007
2004500244.tif 000008
2004500244.tif 000009
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【国際調査報告】
2004500244.tif 000048
2004500244.tif 000049