(57)【要約】  隠れている被加工部をエネルギビームによって接合する方法である。下側被加工部と上側被加工部とが互いに位置決めされると、上側被加工部が、下側被加工部の接合線に沿って下側被加工部に接触し、接合線が隠れ、接合線の目標輪郭はコントローラに既知である。上側被加工部を、材料係止状態で接合線に接合する目的で、下側被加工部とは反対側の上側被加工部の上面にエネルギビームを導き、接合線に沿って動かす。接合線を検出するため、エネルギビームを使用して、上側被加工部の上面に探索継ぎ目を形成する。下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域と、接合線に接触している上側被加工部の表面領域とが接する境界を検出する。コントローラは、境界の位置を登録し、その位置とコントローラが格納する境界の目標位置とを比較し、境界の位置が逸脱している場合、接合線に沿ったエネルギビームの動きを修正する。
2016525944.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隠れている被加工部をエネルギビーム（３）によって接合する方法であって、
ａ）  少なくとも１つの下側被加工部（３）と少なくとも１つの上側被加工部（２）が互いに対して位置決めされ、
ｂ）  前記少なくとも１つの下側被加工部（３）と前記少なくとも１つの上側被加工部（２）が位置決めされると、前記少なくとも１つの上側被加工部（２）が、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）の接合線（４）に沿って前記少なくとも１つの下側被加工部（３）に接触し、かつ前記接合線（４）を隠し、前記接合線（４）の目標輪郭が、１つの座標系においてコントローラに既知であり、
ｃ）  前記少なくとも１つの上側被加工部（２）を、材料係止された状態に前記接合線（４）に接合する目的で、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）とは反対側の前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の上面（２ａ）に前記エネルギビーム（１０）が導かれ、前記エネルギビーム（１０）がコントローラによって前記接合線（４）に沿って動かされ、
ｄ）  前記接合線（４）を検出するため、前記エネルギビーム（１０）を使用して、前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の前記上面（２ａ）に探索継ぎ目（５，５’，６）が形成され、
ｅ）  前記少なくとも１つの下側被加工部（３）に接触していない前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の表面領域（Ａ１）と、前記接合線（４）に接触している前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の表面領域（Ａ２）とが接している境界（７，８）が、検出器（１１）によって検出され、
ｆ）  前記コントローラが、前記境界（７，８）の位置を登録し、前記位置と、前記コントローラに格納されている前記境界（７，８）の目標位置とを比較し、
ｇ）  前記境界（７，８）の前記位置が逸脱している場合、前記接合線に沿って前記エネルギビーム（１０）の動きを修正する（４）、
方法。
【請求項２】
前記探索継ぎ目（５，６）が、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）に接触していない前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の前記表面領域（Ａ１）から、前記接合線（４）に接触している前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の前記表面領域（Ａ２）を超えて、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）に接触していない前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の別の表面領域（Ａ１）内に、延び、前記コントロールユニットが、前記２つの境界（７，８）の位置を登録する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記探索継ぎ目（５，５’，６）の特性であるパラメータ、特に、物理パラメータまたは化学パラメータが、前記検出器（１１）によって検出および監視される、
請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記検出器（１１）によって検出される前記パラメータの値が、前記境界（７，８）において急峻に変化する、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の前記上面（２ａ）に、間隔を隔てた少なくとも２本または３本の探索継ぎ目（５，６）が形成され、前記検出器（１１）によって監視される、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
最初の境界（７，８）、または最初および２番目の境界（７，８）が登録された後に、前記エネルギビーム（１０）の動きが修正され、前記探索継ぎ目（５’）が、前記エネルギビーム（１０）の動きを中断することなく、前記接合線（４）に沿った接合継ぎ目に移行する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記エネルギビーム（１０）が、前記コントローラによって、蛇行状の動きにより前記接合構造（４）の実際の輪郭を安定的にたどるようにされる、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記境界（７，８）の前記位置が前記コントローラによって登録され、前記コントローラに格納されている前記境界（７，８）の前記位置と比較され、前記境界（７，８）のうちの少なくとも１つの境界の位置が逸脱している場合、前記接合線（４）に沿って前記エネルギビームの動きが修正される、
請求項５から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記探索継ぎ目（５，５’，６）が、前記接合線（４）に対して斜めに、または前記接合線（４）を横切る方向に形成される、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記探索継ぎ目（５，５’，６）が形成されているとき、少なくとも点において材料係止された状態に、前記少なくとも１つの上側被加工部（２）が前記少なくとも１つの下側被加工部（３）の前記接合線（４）に結合される、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記検出器（１１）が、接合継ぎ目の品質を監視するシステムの検出器（１１）である、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのパラメータが、熱エネルギまたは温度、光強度、波長、定格電流、または他の特徴的な接合パラメータである、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記接合方法が、溶接法、はんだ付け法、または接着法である、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記溶接法が、溶解用電極を使用する電気アーク溶接法、レーザ溶接法、高周波誘導溶接法、またはプラズマ溶接法である、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記下側被加工部（３）が自動車の構造部または自動車の車体の一部であり、前記上側被加工部（４）が自動車の構造部または自動車の車体の一部である、
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの下側被加工部（３）および前記少なくとも１つの上側被加工部（２）を接合する目的で、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）もしくは前記少なくとも１つの上側被加工部（２）またはその両方が、接合ステーション（９）内に配置され、好ましくは前記接合ステーション（９）内で互いに対して位置決めされる、または前記接合ステーション（９）内に配置される前に互いに対して位置決めされる、または、前記少なくとも１つの上側被加工部（２）および前記少なくとも１つの下側被加工部（３）が、各ロボットアームによって保持され、前記ロボットアームによって互いに対して位置決めされ、前記接合ステーション（９）が、据置き型の接合ステーション（９）である、または、ロボットアーム（１５）に結合されており接合時に前記ロボットアーム（１５）によって空間的に移動する接合ステーション（９）である、
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記検出器（１１）、もしくは、前記エネルギビーム（１９）を発生させるシステム（１０ａ）の少なくともビーム出射部、またはその両方が、ロボットアーム（１５）に固定されている、
請求項１から請求項１６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、隠れている被加工部をエネルギビームによって接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一方の部材が他方の部材の上に位置している領域において２つの部材を互いに接合する接合技術が公知であり、この方法では、２つの部材を結合する接合継ぎ目を、上側に位置する部材を貫いて形成しなければならず、この場合、２つの部材の互いに対する相対位置は、通常では、部材を測定し、接合位置における２つの部材の互いに対する位置を測定することによって求める。
【０００３】
接合ステーション（joining station）において２つの部材をそれぞれの接合位置に調整した後、エネルギビームを接合構造に沿った所定の接合軌跡沿いに移動させて２つの部材を接合することができるが、この場合、例えば被加工部における許容製造公差が蓄積することによって、被加工部の間の確実かつ永久的な結合が確保されない位置に接合継ぎ目が配置されることがある。このような不完全な被加工物は、品質管理によって検出して取り除く、または再加工に送ることができる。この追加の工程ステップは時間がかかり、したがってコストが増す。
【０００４】
特許文献１には、２つの被加工部をビームを使用して接合する方法が開示されており、この方法では、下側被加工部の上部の接合線（joining contour）が上側被加工物によって隠れ、したがって、下側被加工部と上側被加工部を接合するための接合継ぎ目が正しく配置されているかをインラインで監視できない状態で、接合継ぎ目を配置しなければならない。この方法は、ビームを使用して接合する工程を開始する前に、被加工物を測定して位置合わせするステップを含む。
【０００５】
各被加工部を測定して位置合わせするステップは時間がかかり、したがって、例えば生産ラインにおけるサイクルタイムが長くなりうる。サイクルタイムが長くなると、単位時間あたりのスループットが低下し、したがってコストが増す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０６２５３５号明細書
【特許文献２】国際公開第２００９／１４０９７７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、接合工程を開始する前に、手間とコストをかけて被加工部を測定する必要なしに、隠れている接合構造の位置を検出することが可能である方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１に記載の方法によって解決される。本発明の別の実施形態それぞれは、従属請求項の主題である。これらの別の実施形態は、技術的に有利な任意の方法において互いに組み合わせることができる。後からの説明において、特に、図面と合わせて、本発明のさらなる特徴を開示する。
【０００９】
本発明の一態様は、隠れている被加工部をエネルギビームによって接合する方法に関し、本方法では、第１のステップにおいて、下側被加工部と上側被加工部とを互いに対して位置決めし、上側被加工部と下側被加工部とが位置決めされると、上側被加工部が、下側被加工部の接合線に沿った領域において、または接合線に沿って直線状に、下側被加工部に接触し、これによって接合線が隠れる。接合線の目標輪郭は、１つの座標系においてエネルギビームのコントローラに既知である。
【００１０】
上側被加工部と下側被加工部とが共通の接合接触部を形成しており、上側被加工部を、材料係止された状態に下側被加工部の接合線に接合する目的で、下側被加工部とは反対側の上側被加工部の上面にエネルギビームを導き、コントローラによって接合線または接合接触部に沿ってエネルギビームを動かす。
【００１１】
上側被加工部を下側被加工部に接合する実際の工程を開始する前に、接合線またはその正確な位置および配置状態を検出するため、エネルギビームを使用して、上側被加工部の上面に探索継ぎ目（exploratory seam）を形成する。
【００１２】
下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域と、接合線に接触している上側被加工部の表面領域とが接している境界を、検出器によって検出する。コントローラは、境界の位置を登録し、その位置と、コントローラに格納されている境界の目標位置とを比較する。
【００１３】
コントロールユニットは、境界の実際の位置が、コントローラに格納されている目標位置から逸脱しているものと判定される場合、接合線に沿ってエネルギビームの目標輪郭を修正する。
【００１４】
探索継ぎ目は、その開始位置から、第１の境界が検出された位置を超えて延びることができる。具体的には、探索継ぎ目は、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域を超えて、下側被加工部に接触していない上側被加工部の別の表面領域内に、延びることができる。すなわち、探索継ぎ目は、上側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域に探索継ぎ目が移行するときの第１の境界と、接合構造に接触している上側被加工部の表面領域から、接合構造に接触していない上側被加工部の別の表面領域に探索継ぎ目が移行するときの、接合構造に接触している上側被加工部の第１の境界に対向する第２の境界と、を備えていることができる。
【００１５】
探索継ぎ目の特性であるパラメータ、特に、物理パラメータまたは化学パラメータを、検出器によって検出および監視することができる。このようなパラメータは、例えば、探索溶接継ぎ目の熱エネルギ場、定格電流、電圧、またはガス流量とすることができる。
【００１６】
検出器は、例えば、エネルギビームから近い距離における、またはエネルギビームの側に配置されている、エネルギビームを追跡する光学検出器とすることができる。検出器は、例えば、エネルギビームによって探索継ぎ目を形成している間にも、探索継ぎ目における熱エネルギ分布を検出することができる。
【００１７】
検出器によって検出される（１つまたは複数の）パラメータの値は、境界において急峻に変化しうる。この急峻な変化は、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域と、接合線に接触している上側被加工部の表面領域との間の境界または境界点が、この位置に存在していることを示している。検出器は、例えば、特に上側被加工部に線状に接触している接合線の縁部、または接合構造の別の領域を検出し、すなわち、探索継ぎ目は、エネルギビームの側の上側被加工部の上面において、下側被加工部によって形成されている（下側被加工部の上部の）接合構造を隠している上側被加工部の表面領域内まで延びる。
【００１８】
境界または境界点において検出された、（１つまたは複数の）パラメータの急峻な変化は、コントローラによって識別して登録することができる。この場合、「登録する」とは、上側被加工部および下側被加工部の寸法および方向が既知である例えばデカルト座標系において、境界をそのｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に関して定義することを意味する。
【００１９】
できる限り正確な位置を得る目的で、コントローラは、検出器によって取得されたデータにおける既知の歪みの少なくとも一部を排除するため、取得されたデータを処理するフィルタアルゴリズムを備えていることができる。
【００２０】
特に、上側被加工部の下の複雑な接合線または角度のついた接合線の正確な位置を検出する目的で、上側被加工部の上面に少なくとも２本の探索継ぎ目をエネルギビームによって形成することが有利であり、これら探索継ぎ目のうちの少なくとも１本は、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域を超えて、下側被加工部に接触していない上側被加工部の別の表面領域内まで延び、他方の探索継ぎ目は、少なくとも、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域内に延びる。したがって、少なくとも２つの境界が検出器によって検出され、少なくとも２つの境界または境界点の実際の位置をコントローラによって登録する。次いで、境界の実際の位置を、コンピュータに格納されている境界の目標位置と比較することができ、したがって、被加工物の複雑または角度のついた隠れている接合線の実際の輪郭を求めることができる。
【００２１】
２本の探索継ぎ目ではなく、３本以上の探索継ぎ目をエネルギビームによって配置し、検出器によって３つ以上の境界を検出してコントローラによって登録することも可能である。しかしながら、探索継ぎ目を追加するごとに、材料やエネルギ消費量が増大し、したがって時間およびコストがかかるため、本方法を適用する前に、各被加工物および各接合線について必要最小限の探索継ぎ目の数を求めることができ、各接合継ぎ目の開始位置、方向、および長さを定義することができる。
【００２２】
コントローラは、所定の境界のすべてを登録すると、上側被加工部によって隠れている接合線の実際の位置を求め、それを接合線の目標位置と比較し、接合線の実際の位置と目標位置とがずれている場合、コントローラに格納されているエネルギビームの接合軌跡を修正することができる。次いで、隠れている接合線において上側被加工部を下側被加工部に結合する目的で、コントローラは、上側被加工部の上面において、エネルギビームを接合線の実際の位置に沿ってガイドすることができる。
【００２３】
これに代えて、最初の境界、または最初および２番目の境界が検出されて登録された後に、エネルギビームの動きを修正することができ、エネルギビームの動きを中断させることなく、探索継ぎ目を接合線に沿った接合継ぎ目に移行させることができる。すなわち、コントロールユニットは、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域が、接合線に接触している上側被加工部の表面領域に移行する第１の境界の実際の位置と目標位置とを比較するとき、検出されて登録された接合線の実際の位置と、所定の目標位置とを比較し、必要な場合、コントローラに格納されている目標位置における接合線に沿ったエネルギビームの接合軌跡に最初の修正を行う。
【００２４】
上側被加工部を下側被加工部に接合している間に、エネルギビームが、接合線に接触している上側被加工部の表面領域から、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域に移行することが検出器によって検出された場合、目標位置における接合線に沿ったエネルギビームの接合軌跡（コントローラにおいてすでに一回修正されている）を、もう一度修正する。接合構造に接触している上側被加工部の表面領域のみに沿ってエネルギビームが動くようになるまで、このプロセスを繰り返すことができる。
【００２５】
すなわち、コントローラは、蛇行状の動きによって、エネルギビームが接合構造の実際の輪郭を安定的にたどるようにする。
【００２６】
エネルギビームのエネルギは、探索継ぎ目を形成するときよりも接合継ぎ目を形成するときに、より高くする、またはより低くすることができる。探索継ぎ目を形成するときには、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域にエネルギビームが移行するとき、またはこの逆方向にエネルギビームが移行するときに、探索継ぎ目の少なくとも１つの特性パラメータが高い信頼性で急峻に変化する大きさのエネルギを使用することができる。エネルギビーム検出器が最初の境界を検出したとき、または例えばコントローラにおける所定のタイミングより後に、探索継ぎ目が中断なしに接合継ぎ目に移行する場合、エネルギビームのエネルギを、例えば探索継ぎ目のエネルギ値から接合継ぎ目のエネルギ値に増大または減少させることができる。
【００２７】
これに代えて、またはこれに加えて、エネルギビームの側の上側被加工部の上面をエネルギビームが動く速度は、探索継ぎ目を形成するときと接合継ぎ目を形成するときとで異なっていてよい。例えば、接合継ぎ目を形成するときよりも探索継ぎ目を形成するときに、より高い速度、またはより低い速度でエネルギビームを動かすことができる。
【００２８】
本方法の全体をまとめると、一般的には、検出器によって境界を検出し、コントローラによって境界の位置を登録し、それをコントローラに格納されている境界の位置と比較し、境界のうちの少なくとも１つの位置が逸脱している場合、接合線に接触している上側被加工部の表面領域内にエネルギビームを導くまたは戻す目的で、接合線に沿ってエネルギビームの動きを修正する。
【００２９】
探索継ぎ目は、コントローラに格納されている接合線に対して斜めに、または接合線を横切る方向に形成することができる。
【００３０】
特に、接合構造を実質的に横切る方向に延びる探索継ぎ目を形成しているとき、エネルギビームによって、少なくとも点において材料係止された状態に、上側被加工部を下側被加工部の接合線に結合または固定することができる。したがって、上側被加工部が点において接合構造に結合され、次の接合工程のための接合位置が確定される。
【００３１】
検出器は、接合継ぎ目の品質を監視するシステムの検出器とすることができる。品質監視システムは、特に、接合継ぎ目の品質をインラインで監視することのできる品質監視システムである。この場合に「インラインで」とは、接合継ぎ目または探索継ぎ目が形成されるのと実質的に並行して品質管理が実行されることを意味する。
【００３２】
接合方法は、溶接法、はんだ付け法、または接着法とすることができる。接着法においては、接合線の上に塗布してエネルギビームの熱エネルギによって活性化させる接着剤を使用することができる。接着法およびはんだ付け法においては、接着剤を活性化させる、またははんだを溶かすのに、探索継ぎ目を形成するためのエネルギビームのエネルギで十分である。すなわち、エネルギビームが中断なしに探索継ぎ目から接合継ぎ目に移行し、かつ、エネルギビームが蛇行状に接合線の上を安定的に動いている、すなわち接合線に接触している上側被加工部の表面の表面領域を安定的に動いている場合、接着法やはんだ付け法においては、接合方法に関して上述したエネルギビームのエネルギを増大させるステップを省くことができる。
【００３３】
溶接法は、例えば、溶解用電極（ＭＩＧ，ＭＡＧ）を使用する電気アーク溶接法、レーザ溶接法、高周波誘導溶接法、プラズマ溶接法、またはその他の適切な溶接法とすることができる。
【００３４】
説明した本方法は、原理的には、任意の２つの被加工物を、隠れている継ぎ目において接合する目的に有利に使用することができ、この場合、上側被加工部および上側被加工部を同じ材料（例えば金属またはプラスチック）から形成することができる。金属は、特に、薄肉鋳鋼物または金属鋳造物とすることができる。しかしながら、接合構造を含む下側被加工部とは異なる材料から上側被加工部を形成することも可能である。
【００３５】
上側被加工部および下側被加工部は、いずれも、例えば自動車の構造部または自動車の車体の一部とすることができ、すなわち、本方法は、自動車など大量生産される製品の生産ラインにおいて有利に使用することができる。
【００３６】
下側被加工部を上側被加工部に接合する目的で、下側被加工部もしくは上側被加工部またはその両方を、接合ステーション内に配置することができ、好ましくは接合ステーション内で互いに対して位置決めする、または接合ステーション内に配置する前に互いに対して位置決めする。この場合、接合ステーションは、据置き型の接合ステーション、または、ロボットアームに結合されており、接合時にロボットアームによって空間的に移動する接合ステーションである。
【００３７】
接合ステーションは、下側被加工部および上側被加工部が接合ステーション内に配置された（場合によってはさらに位置決めされた）後に、下側被加工部および上側被加工部が座標系（例えばデカルト座標系）において既知の位置に存在するように、構成することができる。この既知の位置を、コントロールユニットに入力し、コントローラに格納することができ、すなわちコントローラは、上側被加工部によって上に隠れている、下側被加工部の上部の接合線の理論的位置および理論的輪郭を認識しており、接合線に沿ってエネルギビームをガイドすることができる。例えば上側被加工部および下側被加工部における許容公差が蓄積することに起因して、コントローラに格納されている目標位置に接合線が存在しないことがある。したがって、コントローラがエネルギビームを高い信頼性で接合線に沿ってガイドすることができず、こうして形成された接合継ぎ目が不良となることがある。隠れている接合線またはその実際の位置を特定する目的で、上述したようにエネルギビームによって上側被加工部の上面に探索継ぎ目を形成することができる。
【００３８】
探索継ぎ目および接合継ぎ目を形成する目的で、高エネルギビームを発生させるシステムのビーム出射部、もしくは、品質管理装置の検出器、またはその両方を、ロボットアームに固定して、組合せ型の接合・制御装置（combined joining and control tool）を形成することができる。ロボットアームは、空間的に自由に動くことができるものとすることができる。
【００３９】
接合する部材それぞれがロボットアームに結合されており、したがってこれらの部材を空間的に自由に動かすことができ、組合せ型の接合・制御装置が据置き型の装置である、または別のロボットアームに結合されており空間的に自由に動かすことができる場合、下側被加工部を上側被加工部に接合するステップを、連続的な接合工程として実行することができる。
【００４０】
締め付け枠（clamping frame）を使用することなく要素を接合する方法および装置は、出願人の国際出願である特許文献２から公知であり、この文書は参照によって本明細書に明示的に組み込まれている。
【００４１】
本発明の別の態様は、上述した本方法を実行するコンピュータプログラムに関する。
【００４２】
コンピュータは、記憶システムおよびバスシステムとのデータ接続を有するデジタルマイクロプロセッサユニット（ＣＰＵ）と、ワーキングメモリ（ＲＡＭ）と、記憶手段と、を備えていることができる。ＣＰＵは、記憶システムに格納されているプログラムとして具体化されている命令を実行し、データバスからの入力信号を検出し、出力信号をデータバスに出力するように、設計されている。記憶システムは、本方法および有利な実施形態を実行する対応するコンピュータプログラムが格納されている、さまざまな記憶媒体（光媒体、磁気媒体、固体媒体、他の不揮発性媒体など）を備えていることができる。プログラムは、本明細書に記載されている本方法に相当する、もしくは本方法を実行することができる、またはその両方であるように設計することができ、したがって、ＣＰＵはそのような方法のステップを実行することができ、したがって接合装置のエネルギビームを制御することができる。
【００４３】
本方法を実行するのに適するコンピュータプログラムは、プログラムがコンピュータ上で実行されるときに本方法のすべてのステップを実行するプログラムコード手段、を備えている。
【００４４】
コンピュータプログラムは、すでに存在するコントロールユニットに、簡単な手段によって入力することができ、このコンピュータプログラムを使用することで、隠れている接合継ぎ目に沿って被加工物を接合する方法を制御することができる。
【００４５】
本発明の別の態様は、プログラムコード手段がコンピュータ上で実行されるときに、上述した本方法を実行できるようにする目的で、コンピュータ可読データ記憶媒体に格納されているプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム製品、に関する。
【００４６】
コンピュータプログラム製品は、改造オプションとしてコントロールユニットに組み込むこともできる。
【００４７】
本明細書の説明全体および請求項において、冠詞（「ａ（ｎ）」）は、不定冠詞として使用されており、要素の数を単数に制限しない。「ａ（ｎ）」が「ただ１つの」の意味を持つように意図される場合、そのことは、当業者には文脈から理解される、または、例えば「１つの」などの適切な表現を使用することによって明確に示してある。
【００４８】
以下では、例示的な実施形態について、図面に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】２本の探索継ぎ目が形成された被加工物を示している。
【図２】図１の被加工物を斜視図において示している。
【図３】代替の探索継ぎ目を有する被加工物を示している。
【図４】探索継ぎ目を形成するときのエネルギビームおよび検出器の詳細図を示している。
【図５】接合ロボットを有する据置き型の接合ステーションを示している。
【図６】境界を検出するときの測定曲線の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、上側被加工部２および下側被加工部３からなる被加工物１を示している。上側被加工部２は下側被加工部３の上に位置しており、したがって、図３に示したエネルギビーム１０は、上側被加工部２が下側被加工部３に接触している接合線４を直接的に処理することができない。
【００５１】
上側被加工部２に対する下側被加工部３の正確な位置を求めることができるようにする目的で、エネルギビーム１０の側の上側被加工部２の上面２ａに、（この例示的な実施形態においてはエネルギビーム１０によって）２本の探索継ぎ目５，６が形成されている。
【００５２】
上側被加工部２に対する下側被加工部３のおよその位置は、一般的な接合公差の範囲内で既知であるため、上側被加工部２の表面２ａの、すでに接合線４に近い領域に、探索継ぎ目５，６の開始部分にエネルギビーム１０を配光することができ、この場合、探索継ぎ目５，６は、接合線４を実質的に横切る方向に形成する、または、接合線４の角部または曲線の領域に形成し、したがって、探索継ぎ目５，６によって角部の前後に接合線４を検出することができる。
【００５３】
探索継ぎ目５，６を形成しているとき、探索継ぎ目５，６または探索継ぎ目５，６の少なくとも１つの代表的なパラメータを、図３に示した検出器１１によって監視することができる。探索継ぎ目５，６が、下側被加工部３に接触していない上側被加工部２の表面領域Ａ１から、上側被加工部２が接合線４に接触している表面領域Ａ２に移行するとき、検出器１１によって監視されている探索継ぎ目５，６の少なくとも１つのパラメータが急峻に変化する。逆の場合、すなわち探索継ぎ目５，６が表面領域Ａ２から表面領域Ａ１に移行するときにも、同じことが起こる。
【００５４】
すなわち、探索継ぎ目５，６が表面領域Ａ１から表面領域Ａ２に移行する、または表面領域Ａ２から表面領域Ａ１に移行する境界または接触点７，８を、検出器１１によって検出することができる。下側被加工部３および上側被加工部２の位置は、例えば接合ステーション９の基準系（デカルト座標系など）において既知であるため、接触点７，８の位置を正確に検出することができる。上側被加工部２に対する下側被加工部３の実際の位置は、接触点７，８の位置から得られる。
【００５５】
上側被加工部２に対する下側被加工部３の目標位置、またはエネルギビーム１０の所定の目標接合軌跡（これらはコンピュータ１８に格納されており、図１には示していない）を、探索継ぎ目５，６または探索継ぎ目５，６の接触点７，８の検出された位置を使用して、エネルギビーム１０の実際の接合軌跡に修正する。
【００５６】
図２は、図１の被加工物１を斜視図において示している。下側被加工部３の接合線４の位置、または上側被加工部２が下側被加工部３の接合線４の上に位置している領域は、破線によって示してある。探索継ぎ目５，６は、上側被加工部２が下側被加工部３に接触していない表面領域Ａ１から、上側被加工部２が下側被加工部３の接合線４に接触している表面領域Ａ２を超えて、別の表面領域Ａ１の中まで延在している。図１に関連してすでに説明したように、表面領域Ａ１と表面領域Ａ２との間の境界における接触点７と、表面領域Ａ２と表面領域Ａ１との間の境界における接触点８が、検出器１１（図示していない）によって検出され、上側被加工部２に対する下側被加工部３の現在位置および配置状態を、接触点７，８の実際の位置から計算する。下側被加工部３のこの計算された位置および配置状態に基づいて、エネルギビーム１０（図示していない）を移動させる接合軌跡を計算する。
【００５７】
図３は、代替の探索継ぎ目５’を示している。探索継ぎ目５’は、接合線４に対して鋭角をなす方向に形成されている。この場合、検出器１１によって接触点７，８が検出されると、コンピュータ１８に格納されているエネルギビーム１０の目標接合軌跡がただちに修正され、エネルギビーム１０が接合線４の実際の位置の方に旋回する。そのわずか後に、検出器１１によって別の接触点７，８が検出されると、エネルギビーム１０の接合軌跡がもう一度修正される。図２に示したように、蛇行状の動きによって、エネルギビーム１０が、被加工物１を接合するための正しい実際の接合軌跡を安定的にたどるようになるまで、このプロセスを複数回繰り返すことができる。
【００５８】
図４は、エネルギビーム１０を使用して探索継ぎ目５，６が形成されており、それと同時に探索継ぎ目５，６の少なくとも１つの代表的なパラメータが検出器１１によって監視されている状況を示している。
【００５９】
図示した例示的な実施形態においては、エネルギビーム１０はレーザビームであり、検出器１１は、品質保証装置の光学検出器１１であり、品質保証装置を使用することで、溶接継ぎ目の品質を、インラインで（すなわち溶接継ぎ目が形成されている間に、または溶接継ぎ目が形成されたわずか後に）監視することができる。
【００６０】
この例示的な実施形態においては、検出器１１と、エネルギビーム１０を出射させる装置１０ａは、共通のツールヘッド（tool head）１４に固定されており、ツールヘッド１４は、図５に示したように、産業用ロボット１６のロボットアーム１５に固定されている。ロボットアーム１５は、組合せ型の接合・制御装置を、図１および図３に従って、探索継ぎ目５，６に沿った方向と、接合継ぎ目に沿った方向の両方に、空間的に動かすことができる。
【００６１】
図１の探索継ぎ目５，６の場合には、最初に探索継ぎ目５，６を形成した後、上側被加工部２を下側被加工部３の接合線４に接合するため、エネルギビーム１０および検出器１１を所定の開始点まで動かす。図３に示した代替の探索継ぎ目５，６の場合には、エネルギビーム１０は中断することなく接合継ぎ目に移行する。
【００６２】
図１の探索継ぎ目５，６を形成しているときでさえ、エネルギビーム１０によって、上側被加工物側２を下側被加工物側３の接合線４に点において結合することができる。したがって、被加工物は材料係止された状態にすでに予備的に固定され、その予備的に固定された位置において接合線４に沿って接合することができる。
【００６３】
エネルギビーム１０は、探索継ぎ目５，６および接合継ぎ目を、同じエネルギを使用して同じ速度で形成することができる。しかしながら、接合継ぎ目を形成するためのエネルギより大きい、または小さいエネルギを使用して、もしくは、接合継ぎ目を形成するための速度より小さい、または大きい速度で、またはその両方において、探索継ぎ目５，６を形成することもできる。
【００６４】
図５は、据置き型の接合ステーション１３および産業用ロボット１６を備えたシステムの例を示している。産業用ロボット１６は、ツールヘッド１４を支持しているロボットアーム１５を備えている。検出器１１と、ツールヘッドに接続され、エネルギビーム１０を出射させる装置１０ａと、が結合されている。
【００６５】
装置１０ａは、エネルギ源１７（エネルギビーム１０のためのエネルギを生成または提供する）にラインＬＥを介して結合されており、コンピュータ１８（例えばエネルギビーム１０の動きを制御し、エネルギビームのエネルギを調整する）にラインＬ１を介して接続されている。
【００６６】
検出器１１は、ラインＬ２を介してコンピュータ１８に接続されており、探索継ぎ目５，６および接合継ぎ目の両方について、溶接継ぎ目の代表的なパラメータの検出したデータをコンピュータ１８に送信する。
【００６７】
コンピュータはメモリ１９を備えており、メモリ１９には、加工するツールの、下側ツール部３に対する上側ツール部２の目標位置と、上側被加工部２を下側被加工部３に接合するためのエネルギビーム１０の目標接合軌跡とが格納されている。コンピュータ１８は、検出器１１によって検出されたデータと、被加工物の目標位置データとを比較することができる。コンピュータ１８は、検出器１１によって検出された境界または接触点７，８に基づいて、下側被加工部３の上部の接合線４の検出された実際の位置が、コンピュータ１８に格納されている、接合構造または下側被加工部３の目標位置から逸脱しているものと判定される場合、エネルギビーム１０の目標接合軌跡を、コンピュータ１８に格納されているアルゴリズムによって修正することができ、したがってコンピュータ１８は、接合線４の検出された実際の輪郭に沿ってエネルギビーム１０をガイドすることができる。
【００６８】
図６は、下側被加工部３に接触していない上側被加工部２の表面領域Ａ１と、上側被加工部２が下側被加工部３の接合線４に接触している表面領域Ａ２との間の境界において、検出器１１によって検出される探索継ぎ目５，６のパラメータの一般的な概形を示している。検出器１１によって検出されるパラメータは、表面領域Ａ１と表面領域Ａ２との間の境界において急峻に変化する。
【００６９】
エネルギビーム１０によって探索継ぎ目５，６の形成が開始される、上側被加工部２の上面２ａにおける位置が、コンピュータ１８によって検出されて登録される、または所定の位置でありコンピュータ１８に格納されているため、さらには、探索継ぎ目５，６を形成するときにエネルギビーム１０を動かす方向および速度が所定の値でありコンピュータ１８に格納されているため、コンピュータ１８は、パラメータの急峻な変化に基づいて接触点７，８を登録することができ、１つまたは複数の登録された接触点７，８に基づいて、エネルギビーム１１の接合軌跡の修正を計算することができる。
【００７０】
ここまでの説明では、本発明の複数の可能な実施形態を開示してきたが、上述した技術的な特徴および実施形態と、当業者に明らかである技術的な特徴および実施形態の可能な組合せを通じて、実施形態の膨大な別の変形形態が存在することが理解されるであろう。さらに、例示的な実施形態は、単なる例にすぎず、本発明の保護範囲、適用範囲、または構造を制限するものではないことを理解されたい。そうではなく、ここまでの説明は、少なくとも１つの例示的な実施形態を実施する適切な方法を当業者に説明することを目的としている。例示的な実施形態には、請求項に開示されている保護範囲および均等範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置に関して膨大な変更を行うことができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００７１】
１  被加工物
２  上側被加工部
２ａ  上面
３  下側被加工部
４  接合線
５，５’  探索継ぎ目
６  探索継ぎ目
７  接触点、境界
８  接触点、境界
９  接合ステーション
１０  エネルギビーム
１０ａ  装置
１１  検出器
１２  コンピュータ
１３  メモリ
１４  ツールヘッド
１５  ロボットアーム
１６  産業用ロボット
１７  エネルギ源
Ａ１  表面領域
Ａ２  表面領域
Ｌ１  ライン
Ｌ２  ライン
ＬＥ  ライン
【図１】
2016525944.tif 000003
【図２】
2016525944.tif 000004
【図３】
2016525944.tif 000005
【図４】
2016525944.tif 000006
【図５】
2016525944.tif 000007
【図６】
2016525944.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成28年1月19日(2016.1.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、隠れている被加工部をエネルギビームによって接合する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一方の部材が他方の部材の上に位置している領域において２つの部材を互いに接合する接合技術が公知であり、この方法では、２つの部材を結合する接合継ぎ目を、上側に位置する部材を貫いて形成しなければならず、この場合、２つの部材の互いに対する相対位置は、通常では、部材を測定し、接合位置における２つの部材の互いに対する位置を測定することによって求める。
【０００３】
接合ステーション（joining station）において２つの部材をそれぞれの接合位置に調整した後、エネルギビームを接合線に沿った所定の接合軌跡沿いに移動させて２つの部材を接合することができるが、この場合、例えば被加工部における許容製造公差が蓄積することによって、被加工部の間の確実かつ永久的な結合が確保されない位置に接合継ぎ目が配置されることがある。このような不完全な被加工物は、品質管理によって検出して取り除く、または再加工に送ることができる。この追加の工程ステップは時間がかかり、したがってコストが増す。
【０００４】
特許文献１には、２つの被加工部をビームを使用して接合する方法が開示されており、この方法では、下側被加工部の上部の接合線が上側被加工部によって隠れ、したがって、下側被加工部と上側被加工部を接合するための接合継ぎ目が正しく配置されているかをインラインで監視できない状態で、接合継ぎ目を配置しなければならない。この方法は、ビームを使用して接合する工程を開始する前に、被加工部を測定して位置合わせするステップを含む。
【０００５】
各被加工部を測定して位置合わせするステップは時間がかかり、したがって、例えば生産ラインにおけるサイクルタイムが長くなりうる。サイクルタイムが長くなると、単位時間あたりのスループットが低下し、したがってコストが増す。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】独国特許出願公開第１０２００７０６２５３５号明細書
【特許文献２】国際公開第２００９／１４０９７７号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、接合工程を開始する前に、手間とコストをかけて被加工部を測定する必要なしに、隠れている接合線の位置を検出することが可能である方法が必要とされている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的は、請求項１に記載の方法によって解決される。本発明の別の実施形態それぞれは、従属請求項の主題である。これらの別の実施形態は、技術的に有利な任意の方法において互いに組み合わせることができる。後からの説明において、特に、図面と合わせて、本発明のさらなる特徴を開示する。
【０００９】
本発明の一態様は、隠れている被加工部をエネルギビームによって接合する方法に関し、本方法では、第１のステップにおいて、下側被加工部と上側被加工部とを互いに対して位置決めし、上側被加工部と下側被加工部とが位置決めされると、上側被加工部が、下側被加工部の接合線に沿った領域において、または接合線に沿って直線状に、下側被加工部に接触し、これによって接合線が隠れる。接合線の目標輪郭は、１つの座標系においてエネルギビームのコントローラに既知である。
【００１０】
上側被加工部と下側被加工部とが共通の接合接触部を形成しており、上側被加工部を、材料係止された状態に下側被加工部の接合線に接合する目的で、下側被加工部とは反対側の上側被加工部の上面にエネルギビームを導き、コントローラによって接合線または接合接触部に沿ってエネルギビームを動かす。
【００１１】
上側被加工部を下側被加工部に接合する実際の工程を開始する前に、接合線またはその正確な位置および配置状態を検出するため、エネルギビームを使用して、上側被加工部の上面に探索継ぎ目（exploratory seam）を形成する。
【００１２】
下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域と、接合線に接触している上側被加工部の表面領域とが接している境界を、検出器によって検出する。コントローラは、境界の位置を登録し、その位置と、コントローラに格納されている境界の目標位置とを比較する。
【００１３】
コントローラは、境界の実際の位置が、コントローラに格納されている目標位置から逸脱しているものと判定される場合、接合線に沿ってエネルギビームの目標輪郭を修正する。
【００１４】
探索継ぎ目は、その開始位置から、第１の境界が検出された位置を超えて延びることができる。具体的には、探索継ぎ目は、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域を超えて、下側被加工部に接触していない上側被加工部の別の表面領域内まで、延びることができる。すなわち、探索継ぎ目は、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域に探索継ぎ目が移行するときの第１の境界と、接合線に接触している上側被加工部の表面領域から、接合線に接触していない上側被加工部の別の表面領域に探索継ぎ目が移行するときの、接合線に接触している上側被加工部の第１の境界に対向する第２の境界と、を備えていることができる。
【００１５】
探索継ぎ目の特性であるパラメータ、特に、物理パラメータまたは化学パラメータを、検出器によって検出および監視することができる。このようなパラメータは、例えば、探索溶接継ぎ目の熱エネルギ場、定格電流、電圧、またはガス流量とすることができる。
【００１６】
検出器は、例えば、エネルギビームから近い距離における、またはエネルギビームの側に配置されている、エネルギビームを追跡する光学検出器とすることができる。検出器は、例えば、エネルギビームによって探索継ぎ目を形成している間にも、探索継ぎ目における熱エネルギ分布を検出することができる。
【００１７】
検出器によって検出される（１つまたは複数の）パラメータの値は、境界において急峻に変化しうる。この急峻な変化は、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域と、接合線に接触している上側被加工部の表面領域との間の境界または境界点が、この位置に存在していることを示している。検出器は、例えば、特に上側被加工部に線状に接触している接合線の縁部、または接合線の別の領域を検出し、すなわち、探索継ぎ目は、エネルギビームの側の上側被加工部の上面において、下側被加工部によって形成されている（下側被加工部の上部の）接合線を隠している上側被加工部の表面領域内まで延びる。
【００１８】
境界または境界点において検出された、（１つまたは複数の）パラメータの急峻な変化は、コントローラによって識別して登録することができる。この場合、「登録する」とは、上側被加工部および下側被加工部の寸法および方向が既知である例えばデカルト座標系において、境界をそのｘ方向、ｙ方向、およびｚ方向に関して定義することを意味する。
【００１９】
できる限り正確な位置を得る目的で、コントローラは、検出器によって取得されたデータにおける既知の歪みの少なくとも一部を排除するため、検出器によって検出されたパラメータ値を処理するフィルタアルゴリズムを備えていることができる。
【００２０】
特に、上側被加工部の下の複雑な接合線または角度のついた接合線の正確な位置を検出する目的で、上側被加工部の上面に少なくとも２本の探索継ぎ目をエネルギビームによって形成することが有利であり、これら探索継ぎ目のうちの少なくとも１本は、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域を超えて、下側被加工部に接触していない上側被加工部の別の表面領域内まで延び、他方の探索継ぎ目は、少なくとも、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域内まで延びる。したがって、少なくとも２つの境界が検出器によって検出され、少なくとも２つの境界または境界点の実際の位置をコントローラによって登録する。次いで、境界の実際の位置を、コンピュータに格納されている境界の目標位置と比較することができ、したがって、被加工物の複雑または角度のついた隠れている接合線の実際の輪郭を求めることができる。
【００２１】
２本の探索継ぎ目ではなく、３本以上の探索継ぎ目をエネルギビームによって配置し、検出器によって３つ以上の境界を検出してコントローラによって登録することも可能である。しかしながら、探索継ぎ目を追加するごとに、材料やエネルギ消費量が増大し、したがって時間およびコストがかかるため、本方法を適用する前に、各被加工物および各接合線について必要数の探索継ぎ目の数を求めることができ、各接合継ぎ目の開始位置、方向、および長さを定義することができる。
【００２２】
コントローラは、所定の境界のすべてを登録すると、上側被加工部によって隠れている接合線の実際の位置を求め、それを接合線の目標位置と比較し、接合線の実際の位置と目標位置とがずれている場合、コントローラに格納されているエネルギビームの接合軌跡を修正することができる。次いで、隠れている接合線において上側被加工部を下側被加工部に結合する目的で、コントローラは、上側被加工部の上面において、エネルギビームを接合線の実際の位置に沿ってガイドすることができる。
【００２３】
これに代えて、最初の境界、または最初および２番目の境界が検出されて登録された後に、エネルギビームの動きを修正することができ、エネルギビームの動きを中断させることなく、探索継ぎ目を接合線に沿った接合継ぎ目に移行させることができる。すなわち、コントローラは、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域が、接合線に接触している上側被加工部の表面領域に移行する第１の境界の実際の位置と目標位置とを比較するとき、検出されて登録された接合線の実際の位置と、所定の目標位置とを比較し、必要な場合、コントローラに格納されている目標位置における接合線に沿ったエネルギビームの接合軌跡に最初の修正を行う。
【００２４】
上側被加工部を下側被加工部に接合している間に、エネルギビームが、接合線に接触している上側被加工部の表面領域から、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域に移行することが検出器によって検出された場合、目標位置における接合線に沿ったエネルギビームの接合軌跡（コントローラにおいてすでに一回修正されている）を、もう一度修正する。接合線に接触している上側被加工部の表面領域のみに沿ってエネルギビームが動くようになるまで、このプロセスを繰り返すことができる。
【００２５】
すなわち、コントローラは、蛇行状の動きによって、エネルギビームが接合線の実際の輪郭を安定的にたどるようにする。
【００２６】
エネルギビームのエネルギは、探索継ぎ目を形成するときよりも接合継ぎ目を形成するときに、より高くする、またはより低くすることができる。探索継ぎ目を形成するときには、下側被加工部に接触していない上側被加工部の表面領域から、接合線に接触している上側被加工部の表面領域にエネルギビームが移行するとき、またはこの逆方向にエネルギビームが移行するときに、探索継ぎ目の少なくとも１つの特性パラメータが高い信頼性で急峻に変化する大きさのエネルギを使用することができる。検出器が最初の境界を検出したとき、または例えばコントローラにおける所定のタイミングより後に、探索継ぎ目が中断なしに接合継ぎ目に移行する場合、エネルギビームのエネルギを、例えば探索継ぎ目のエネルギ値から接合継ぎ目のエネルギ値に増大または減少させることができる。
【００２７】
これに代えて、またはこれに加えて、エネルギビームの側の上側被加工部の上面をエネルギビームが動く速度は、探索継ぎ目を形成するときと接合継ぎ目を形成するときとで異なっていてよい。例えば、接合継ぎ目を形成するときよりも探索継ぎ目を形成するときに、より高い速度、またはより低い速度でエネルギビームを動かすことができる。
【００２８】
本方法の全体をまとめると、一般的には、検出器によって境界を検出し、コントローラによって境界の位置を登録し、それをコントローラに格納されている境界の位置と比較し、境界のうちの少なくとも１つの位置が逸脱している場合、接合線に接触している上側被加工部の表面領域内にエネルギビームを導くまたは戻す目的で、接合線に沿ってエネルギビームの動きを修正する。
【００２９】
探索継ぎ目は、コントローラに格納されている接合線に対して斜めに、または接合線を横切る方向に形成することができる。
【００３０】
特に、接合線を実質的に横切る方向に延びる探索継ぎ目を形成しているとき、エネルギビームによって、少なくとも点において材料係止された状態に、上側被加工部を下側被加工部の接合線に結合または固定することができる。したがって、上側被加工部が点において接合線に結合され、次の接合工程のための接合位置が確定される。
【００３１】
検出器は、接合継ぎ目の品質を監視するシステムの検出器とすることができる。品質監視システムは、特に、接合継ぎ目の品質をインラインで監視することのできる品質監視システムである。この場合に「インラインで」とは、接合継ぎ目または探索継ぎ目が形成されるのと実質的に並行して品質管理が実行されることを意味する。
【００３２】
接合方法は、溶接法、はんだ付け法、または接着法とすることができる。接着法においては、接合線の上に塗布してエネルギビームの熱エネルギによって活性化させる接着剤を使用することができる。接着法およびはんだ付け法においては、接着剤を活性化させる、またははんだを溶かすのに、探索継ぎ目を形成するためのエネルギビームのエネルギで十分である。すなわち、エネルギビームが中断なしに探索継ぎ目から接合継ぎ目に移行し、かつ、エネルギビームが蛇行状に接合線の上を安定的に動いている、すなわち接合線に接触している上側被加工部の上側表面領域を安定的に動いている場合、接着法やはんだ付け法においては、接合方法に関して上述したエネルギビームのエネルギを増大させるステップを省くことができる。
【００３３】
溶接法は、例えば、溶解用電極（ＭＩＧ，ＭＡＧ）を使用する電気アーク溶接法、レーザ溶接法、高周波誘導溶接法、プラズマ溶接法、またはその他の適切な溶接法とすることができる。
【００３４】
説明した本方法は、原理的には、任意の２つの被加工部を、隠れている継ぎ目において接合する目的に有利に使用することができ、この場合、上側被加工部および下側被加工部を同じ材料（例えば金属またはプラスチック）から形成することができる。金属は、特に、薄肉鋳鋼物または金属鋳造物とすることができる。しかしながら、接合線を含む下側被加工部とは異なる材料から上側被加工部を形成することも可能である。
【００３５】
上側被加工部および下側被加工部は、いずれも、例えば自動車の構造部または自動車の車体の一部とすることができ、すなわち、本方法は、自動車など大量生産される製品の生産ラインにおいて有利に使用することができる。
【００３６】
下側被加工部を上側被加工部に接合する目的で、下側被加工部もしくは上側被加工部またはその両方を、接合ステーション内に配置することができ、好ましくは接合ステーション内で互いに対して位置決めする、または接合ステーション内に配置する前に互いに対して位置決めする。この場合、接合ステーションは、据置き型の接合ステーション、または、ロボットアームに結合されており、接合時にロボットアームによって空間的に移動する接合ステーションである。
【００３７】
接合ステーションは、下側被加工部および上側被加工部が接合ステーション内に配置された（場合によってはさらに位置決めされた）後に、下側被加工部および上側被加工部が座標系（例えばデカルト座標系）において既知の位置に存在するように、構成することができる。この既知の位置を、コントローラに入力し、コントローラに格納することができ、すなわちコントローラは、上側被加工部によって隠れている、下側被加工部の上部の接合線の理論的位置および理論的輪郭を認識しており、接合線に沿ってエネルギビームをガイドすることができる。例えば上側被加工部および下側被加工部における許容公差が蓄積することに起因して、コントローラに格納されている目標位置に接合線が存在しないことがある。したがって、コントローラがエネルギビームを高い信頼性で接合線に沿ってガイドすることができず、こうして形成された接合継ぎ目が不良となることがある。隠れている接合線またはその実際の位置を特定する目的で、上述したようにエネルギビームによって上側被加工部の上面に探索継ぎ目を形成することができる。
【００３８】
探索継ぎ目および接合継ぎ目を形成する目的で、高エネルギビームを発生させるシステムのビーム出射部、もしくは、品質管理装置の検出器、またはその両方を、ロボットアームに固定して、組合せ型の接合・制御装置（combined joining and control tool）を形成することができる。ロボットアームは、空間的に自由に動くことができるものとすることができる。
【００３９】
接合する部材それぞれがロボットアームに結合されており、したがってこれらの部材を空間的に自由に動かすことができ、組合せ型の接合・制御装置が据置き型の装置である、または別のロボットアームに結合されており空間的に自由に動かすことができる場合、下側被加工部を上側被加工部に接合するステップを、連続的な接合工程として実行することができる。
【００４０】
締め付け枠（clamping frame）を使用することなく要素を接合する方法および装置は、出願人の国際出願である特許文献２から公知であり、この文書は参照によって本明細書に明示的に組み込まれている。
【００４１】
本発明の別の態様は、上述した本方法を実行するコンピュータプログラムに関する。
【００４２】
コンピュータは、記憶システムおよびバスシステムとのデータ接続を有するデジタルマイクロプロセッサユニット（ＣＰＵ）と、ワーキングメモリ（ＲＡＭ）と、記憶手段と、を備えていることができる。ＣＰＵは、記憶システムに格納されているプログラムとして具体化されている命令を実行し、データバスからの入力信号を検出し、出力信号をデータバスに出力するように、設計されている。記憶システムは、本方法および有利な実施形態を実行する対応するコンピュータプログラムが格納されている、さまざまな記憶媒体（光媒体、磁気媒体、固体媒体、他の不揮発性媒体など）を備えていることができる。プログラムは、本明細書に記載されている本方法に相当する、もしくは本方法を実行することができる、またはその両方であるように設計することができ、したがって、ＣＰＵはそのような方法のステップを実行することができ、したがって接合装置のエネルギビームを制御することができる。
【００４３】
本方法を実行するのに適するコンピュータプログラムは、プログラムがコンピュータ上で実行されるときに本方法のすべてのステップを実行するプログラムコード手段、を備えている。
【００４４】
コンピュータプログラムは、すでに存在するコントローラに、簡単な手段によって入力することができ、このコンピュータプログラムを使用することで、隠れている接合継ぎ目に沿って被加工物を接合する方法を制御することができる。
【００４５】
本発明の別の態様は、プログラムコード手段がコンピュータ上で実行されるときに、上述した本方法を実行できるようにする目的で、コンピュータ可読データ記憶媒体に格納されているプログラムコード手段を備えたコンピュータプログラム製品、に関する。
【００４６】
コンピュータプログラム製品は、改造オプションとしてコントローラに組み込むこともできる。
【００４７】
本明細書の説明全体および請求項において、冠詞（「ａ（ｎ）」）は、不定冠詞として使用されており、要素の数を単数に制限しない。「ａ（ｎ）」が「ただ１つの」の意味を持つように意図される場合、そのことは、当業者には文脈から理解される、または、例えば「１つの」などの適切な表現を使用することによって明確に示してある。
【００４８】
以下では、例示的な実施形態について、図面に基づいてさらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】２本の探索継ぎ目が形成された被加工物を示している。
【図２】図１の被加工物を斜視図において示している。
【図３】代替の探索継ぎ目を有する被加工物を示している。
【図４】探索継ぎ目を形成するときのエネルギビームおよび検出器の詳細図を示している。
【図５】接合ロボットを有する据置き型の接合ステーションを示している。
【図６】境界を検出するときの測定曲線の例を示している。
【発明を実施するための形態】
【００５０】
図１は、上側被加工部２および下側被加工部３からなる被加工物１を示している。上側被加工部２は下側被加工部３の上に位置しており、したがって、図４に示したエネルギビーム１０は、上側被加工部２が下側被加工部３に接触している接合線４を直接的に処理することができない。
【００５１】
上側被加工部２に対する下側被加工部３の正確な位置を求めることができるようにする目的で、エネルギビーム１０の側の上側被加工部２の上面２ａに、（この例示的な実施形態においてはエネルギビーム１０によって）２本の探索継ぎ目５；６が形成されている。
【００５２】
上側被加工部２に対する下側被加工部３のおよその位置は、一般的な接合公差の範囲内で既知であるため、上側被加工部２の上側２ａの、すでに接合線４に近い領域に、探索継ぎ目５；６の開始部分にエネルギビーム１０を配光することができ、この場合、探索継ぎ目５；６は、接合線４を実質的に横切る方向に形成する、または、接合線４の角部または曲線の領域に形成し、したがって、探索継ぎ目５；６によって角部の前後に接合線４を検出することができる。
【００５３】
探索継ぎ目５；６を形成しているとき、探索継ぎ目５；６または探索継ぎ目５；６の少なくとも１つの代表的なパラメータを、図４に示した検出器１１によって監視することができる。探索継ぎ目５；６が、下側被加工部３に接触していない上側被加工部２の表面領域Ａ１から、上側被加工部２が接合線４に接触している表面領域Ａ２に移行するとき、検出器１１によって監視されている探索継ぎ目５；６の少なくとも１つのパラメータが急峻に変化する。逆の場合、すなわち探索継ぎ目５；６が表面領域Ａ２から表面領域Ａ１に移行するときにも、同じことが起こる。
【００５４】
すなわち、探索継ぎ目５；６が表面領域Ａ１から表面領域Ａ２に移行する、または表面領域Ａ２から表面領域Ａ１に移行する境界または接触点７，８を、検出器１１によって検出することができる。下側被加工部３および上側被加工部２の位置は、例えば接合ステーション９の基準系（デカルト座標系など）において既知であるため、接触点７，８の位置を正確に検出することができる。上側被加工部２に対する下側被加工部３の実際の位置は、接触点７，８の位置から得られる。
【００５５】
上側被加工部２に対する下側被加工部３の目標位置、またはエネルギビーム１０の所定の目標接合軌跡（これらはコンピュータ１２に格納されており、図１には示していない）を、探索継ぎ目５；６または探索継ぎ目５；６の接触点７，８の検出された位置を使用して、エネルギビーム１０の実際の接合軌跡に修正する。
【００５６】
図２は、図１の被加工物１を斜視図において示している。下側被加工部３の接合線４の位置、または上側被加工部２が下側被加工部３の接合線４の上に位置している領域は、破線によって示してある。探索継ぎ目５，６は、上側被加工部２が下側被加工部３に接触していない表面領域Ａ１から、上側被加工部２が下側被加工部３の接合線４に接触している表面領域Ａ２を超えて、別の表面領域Ａ１の中まで延在している。図１に関連してすでに説明したように、表面領域Ａ１と表面領域Ａ２との間の境界における接触点７と、表面領域Ａ２と表面領域Ａ１との間の境界における接触点８が、検出器１１（図示していない）によって検出され、上側被加工部２に対する下側被加工部３の現在位置および配置状態を、接触点７，８の実際の位置から計算する。下側被加工部３のこの計算された位置および配置状態に基づいて、エネルギビーム１０（図示していない）を移動させる接合軌跡を計算する。
【００５７】
図３は、代替の探索継ぎ目５’を示している。探索継ぎ目５’は、接合線４に対して鋭角をなす方向に形成されている。この場合、検出器１１によって接触点７；８が検出されると、コンピュータ１２に格納されているエネルギビーム１０の目標接合軌跡がただちに修正され、エネルギビーム１０が接合線４の実際の位置の方に旋回する。そのわずか後に、検出器１１によって別の接触点７；８が検出されると、エネルギビーム１０の接合軌跡がもう一度修正される。図３に示したように、蛇行状の動きによって、エネルギビーム１０が、被加工物１を接合するための正しい実際の接合軌跡を安定的にたどるようになるまで、このプロセスを複数回繰り返すことができる。
【００５８】
図４は、エネルギビーム１０を使用して探索継ぎ目５’が形成されており、それと同時に探索継ぎ目５’の少なくとも１つの代表的なパラメータが検出器１１によって監視されている状況を示している。
【００５９】
図示した例示的な実施形態においては、エネルギビーム１０はレーザビームであり、検出器１１は、品質保証装置の光学検出器１１であり、品質保証装置を使用することで、溶接継ぎ目の品質を、インラインで（すなわち溶接継ぎ目が形成されている間に、または溶接継ぎ目が形成されたわずか後に）監視することができる。
【００６０】
この例示的な実施形態においては、検出器１１と、エネルギビーム１０を出射させる装置１０ａは、共通のツールヘッド（tool head）１４に固定されており、ツールヘッド１４は、図５に示したように、産業用ロボット１６のロボットアーム１５に固定されている。ロボットアーム１５は、組合せ型の接合・制御装置を、図１および図３に従って、探索継ぎ目に沿った方向と、接合継ぎ目に沿った方向の両方に、空間的に動かすことができる。
【００６１】
図１の探索継ぎ目５；６の場合には、最初に探索継ぎ目５，６を形成した後、上側被加工部２を下側被加工部３の接合線４に接合するため、エネルギビーム１０および検出器１１を所定の開始点まで動かす。図３に示した代替の探索継ぎ目５’の場合には、エネルギビーム１０は中断することなく接合継ぎ目に移行する。
【００６２】
図１の探索継ぎ目５；６を形成しているときでさえ、エネルギビーム１０によって、上側被加工部２を下側被加工部３の接合線４に点において結合することができる。したがって、被加工物１は材料係止された状態にすでに予備的に固定され、その予備的に固定された位置において接合線４に沿って接合することができる。
【００６３】
エネルギビーム１０は、探索継ぎ目５；６および接合継ぎ目を、同じエネルギを使用して同じ速度で形成することができる。しかしながら、接合継ぎ目を形成するためのエネルギより大きい、または小さいエネルギを使用して、もしくは、接合継ぎ目を形成するための速度より小さい、または大きい速度で、またはその両方において、探索継ぎ目５；６を形成することもできる。
【００６４】
図５は、据置き型の接合ステーション９および産業用ロボット１６を備えたシステムの例を示している。産業用ロボット１６は、ツールヘッド１４を支持しているロボットアーム１５を備えている。検出器１１とエネルギビーム１０を出射させる装置１０ａとがツールヘッド１４に結合されている。
【００６５】
装置１０ａは、エネルギ源１７（エネルギビーム１０のためのエネルギを生成または提供する）にラインＬＥを介して結合されており、コンピュータ１２（例えばエネルギビーム１０の動きを制御し、エネルギビーム１０のエネルギを調整する）にラインＬ１を介して接続されている。
【００６６】
検出器１１は、ラインＬ２を介してコンピュータ１２に接続されており、探索継ぎ目５；６および接合継ぎ目の両方について、溶接継ぎ目の代表的なパラメータの検出したデータをコンピュータ１２に送信する。
【００６７】
コンピュータ１２はメモリ１３を備えており、メモリ１３には、加工する被加工物１の、下側被加工部３に対する上側被加工部２の目標位置と、上側被加工部２を下側被加工部３に接合するためのエネルギビーム１０の目標接合軌跡とが格納されている。コンピュータ１２は、検出器１１によって検出されたデータと、被加工物１の目標位置データとを比較することができる。コンピュータ１２は、検出器１１によって検出された境界または接触点７，８に基づいて、下側被加工部３の上部の接合線４の検出された実際の位置が、コンピュータ１２に格納されている、接合線または下側被加工部３の目標位置から逸脱しているものと判定される場合、エネルギビーム１０の目標接合軌跡を、コンピュータ１２に格納されているアルゴリズムによって修正することができ、したがってコンピュータ１２は、接合線４の検出された実際の輪郭に沿ってエネルギビーム１０をガイドすることができる。
【００６８】
図６は、下側被加工部３に接触していない上側被加工部２の表面領域Ａ１と、上側被加工部２が下側被加工部３の接合線４に接触している表面領域Ａ２との間の境界において、検出器１１によって検出される探索継ぎ目５；６のパラメータの一般的な概形を示している。検出器１１によって検出されるパラメータは、表面領域Ａ１と表面領域Ａ２との間の境界において急峻に変化する。
【００６９】
エネルギビーム１０によって探索継ぎ目５；６の形成が開始される、上側被加工部２の上面２ａにおける位置が、コンピュータ１２によって検出されて登録される、または所定の位置でありコンピュータ１２に格納されているため、さらには、探索継ぎ目５；６を形成するときにエネルギビーム１０を動かす方向および速度が所定の値でありコンピュータ１２に格納されているため、コンピュータ１２は、パラメータの急峻な変化に基づいて接触点７；８を登録することができ、１つまたは複数の登録された接触点７；８に基づいて、エネルギビーム１０の接合軌跡の修正を計算することができる。
【００７０】
ここまでの説明では、本発明の複数の可能な実施形態を開示してきたが、上述した技術的な特徴および実施形態と、当業者に明らかである技術的な特徴および実施形態の可能な組合せを通じて、実施形態の膨大な別の変形形態が存在することが理解されるであろう。さらに、例示的な実施形態は、単なる例にすぎず、本発明の保護範囲、適用範囲、または構造を制限するものではないことを理解されたい。そうではなく、ここまでの説明は、少なくとも１つの例示的な実施形態を実施する適切な方法を当業者に説明することを目的としている。例示的な実施形態には、請求項に開示されている保護範囲および均等範囲から逸脱することなく、要素の機能および配置に関して膨大な変更を行うことができることを理解されたい。
【符号の説明】
【００７１】
１  被加工物
２  上側被加工部
２ａ  上面
３  下側被加工部
４  接合線
５，５’  探索継ぎ目
６  探索継ぎ目
７  接触点、境界
８  接触点、境界
９  接合ステーション
１０  エネルギビーム
１０ａ  ビーム出射装置
１１  検出器
１２  コンピュータ
１３  メモリ
１４  ツールヘッド
１５  ロボットアーム
１６  産業用ロボット
１７  エネルギ源
Ａ１  表面領域
Ａ２  表面領域
Ｌ１  ライン
Ｌ２  ライン
ＬＥ  ライン
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隠れている被加工部をエネルギビーム（１０）によって接合する方法であって、
ａ）  少なくとも１つの下側被加工部（３）と少なくとも１つの上側被加工部（２）が互いに対して位置決めされ、
ｂ）  前記少なくとも１つの下側被加工部（３）と前記少なくとも１つの上側被加工部（２）が位置決めされると、前記少なくとも１つの上側被加工部（２）が、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）の接合線（４）に沿って前記少なくとも１つの下側被加工部（３）に接触し、かつ前記接合線（４）を隠し、前記接合線（４）の目標輪郭が、１つの座標系においてコントローラに既知であり、
ｃ）  前記少なくとも１つの上側被加工部（２）を、材料係止された状態に前記接合線（４）に接合する目的で、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）とは反対側の前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の上面（２ａ）に前記エネルギビーム（１０）が導かれ、前記エネルギビーム（１０）が前記コントローラによって前記接合線（４）に沿って動かされ、
ｄ）  前記接合線（４）を検出するため、前記エネルギビーム（１０）を使用して、前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の前記上面（２ａ）に探索継ぎ目（５；５’；６）が形成され、
ｅ）  前記少なくとも１つの下側被加工部（３）に接触していない前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の表面領域（Ａ１）と、前記接合線（４）に接触している前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の表面領域（Ａ２）とが接している境界（７；８）が、検出器（１１）によって検出され、
ｆ）  前記コントローラが、前記境界（７；８）の位置を登録し、前記位置と、前記コントローラに格納されている前記境界（７；８）の目標位置とを比較し、
ｇ）  前記境界（７；８）の前記位置が逸脱している場合、前記接合線（４）に沿って前記エネルギビーム（１０）の動きを修正する、
方法。
【請求項２】
前記探索継ぎ目（５；６）が、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）に接触していない前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の前記表面領域（Ａ１）から、前記接合線（４）に接触している前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の前記表面領域（Ａ２）を超えて、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）に接触していない前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の別の表面領域（Ａ１）内まで、延び、前記コントローラが、前記２つの境界（７；８）の位置を登録する、
請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記探索継ぎ目（５；５’；６）の特性であるパラメータ、特に、物理パラメータまたは化学パラメータが、前記検出器（１１）によって検出および監視される、
請求項１または請求項２のいずれかに記載の方法。
【請求項４】
前記検出器（１１）によって検出される前記パラメータの値が、前記境界（７；８）において急峻に変化する、
請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記少なくとも１つの上側被加工部（２）の前記上面（２ａ）に、間隔を隔てた少なくとも２本または３本の探索継ぎ目（５，６）が形成され、前記検出器（１１）によって監視される、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項６】
最初の境界（７；８）、または最初および２番目の境界（７；８）が登録された後に、前記エネルギビーム（１０）の動きが修正され、前記探索継ぎ目（５’）が、前記エネルギビーム（１０）の動きを中断することなく、前記接合線（４）に沿った接合継ぎ目に移行する、
請求項１から請求項４のいずれかに記載の方法。
【請求項７】
前記エネルギビーム（１０）が、前記コントローラによって、蛇行状の動きにより前記接合線（４）の実際の輪郭を安定的にたどるようにされる、
請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記境界（７，８）の前記位置が前記コントローラによって登録され、前記コントローラに格納されている前記境界（７，８）の前記位置と比較され、前記境界（７，８）のうちの少なくとも１つの境界の位置が逸脱している場合、前記接合線（４）に沿って前記エネルギビーム（１０）の動きが修正される、
請求項５から請求項７のいずれかに記載の方法。
【請求項９】
前記探索継ぎ目（５，５’，６）が、前記接合線（４）に対して斜めに、または前記接合線（４）を横切る方向に形成される、
請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。
【請求項１０】
前記探索継ぎ目（５，５’，６）が形成されているとき、少なくとも点において材料係合された状態に、前記少なくとも１つの上側被加工部（２）が前記少なくとも１つの下側被加工部（３）の前記接合線（４）に結合される、
請求項１から請求項９のいずれかに記載の方法。
【請求項１１】
前記検出器（１１）が、接合継ぎ目の品質を監視するシステムの検出器（１１）である、
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのパラメータが、熱エネルギまたは温度、光強度、波長、定格電流、または他の特徴的な接合パラメータである、
請求項１から請求項１１のいずれかに記載の方法。
【請求項１３】
前記接合方法が、溶接法、はんだ付け法、または接着法である、
請求項１から請求項１２のいずれかに記載の方法。
【請求項１４】
前記溶接法が、溶解用電極を使用する電気アーク溶接法、レーザ溶接法、高周波誘導溶接法、またはプラズマ溶接法である、
請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記下側被加工部（３）が自動車の構造部または自動車の車体の一部であり、前記上側被加工部（２）が自動車の構造部または自動車の車体の一部である、
請求項１から請求項１４のいずれかに記載の方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの下側被加工部（３）および前記少なくとも１つの上側被加工部（２）を接合する目的で、前記少なくとも１つの下側被加工部（３）もしくは前記少なくとも１つの上側被加工部（２）またはその両方が、接合ステーション（９）内に配置され、好ましくは前記接合ステーション（９）内で互いに対して位置決めされる、または前記接合ステーション（９）内に配置される前に互いに対して位置決めされる、または、前記少なくとも１つの上側被加工部（２）および前記少なくとも１つの下側被加工部（３）が、各ロボットアームによって保持され、前記ロボットアームによって互いに対して位置決めされ、前記接合ステーション（９）が、据置き型の接合ステーション（９）である、または、ロボットアーム（１５）に結合されており接合時に前記ロボットアーム（１５）によって空間的に移動する接合ステーション（９）である、
請求項１から請求項１５のいずれかに記載の方法。
【請求項１７】
前記検出器（１１）、もしくは、前記エネルギビーム（１０）を発生させるシステム（１０ａ）の少なくともビーム出射部、またはその両方が、ロボットアーム（１５）に固定されている、
請求項１から請求項１６のいずれかに記載の方法。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【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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【国際調査報告】
2016525944.tif 000015
2016525944.tif 000016
2016525944.tif 000017
2016525944.tif 000018
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