JPS59501540A - 自動溶接システム - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 自動溶接システム 技術分野 本発明は一般に自動溶接装置、特に、溶接すべさシーム（８ｇ６ｍ）の追跡と、 シームの形状に関する情報の取得との両者に適応するシステムに使用する改良さ れた光学式シームセンサーに関する。

背景技術 溶接作業の省力化が望ましいことは広く認められている。従って、過去１０年間 にわたって、溶接すベキシームないし溝に対し溶接トーチを自動的に操作可能の 好適な機械を開発する努力がなされて来た。現在入手可能な自動溶接システムは 、溶接トーチの位置決めと、溶接材料の最適泄を溶着する性能とにおける精密さ が不充分である。このため、現在入手可能な大抵の自動溶接システムは点溶接又 は、ワークピースが溶接ビードの正確な位置決めおよび均等さを保証するために 精密に固定可能な溶接の用途とに限られている。

また、溶接状態に自動案内および制御技術を適用するための努力がなされている 。例えば、１９７５年１２月２日付ノハウアードム、ハンセン等による「軌道運 動のトーチ装着変換組立体を有する溶接制御装置」の米国特許第３．９２４，０ ９４号を参照されたい。ハンセン等によって開発された機械的な溶接シームセン サーは多くの用途に満足すべきものであることが判明したが、直角の曲りを認識 してたどる能力の様な継手追跡性能、および垂直および非垂直のシーム壁と継手 の巾および深さの小さい変化との様な変化するシー人形状を解析する性能をまだ 改良する必要がある。

機械的なセンサーの代りに、主として光学式認識システム、走査用電子ビーム、 渦流設定、監視システム等を備えている。従来提案された多くの光学センサーは 、追跡の目的に使用される光学信号を圧倒する溶接作業の強烈な光により溶接の 用途には使用できない。その上、既在の光学式追跡システムは、代表的に、受取 る信号の強さの変動に依存する。スケールおよび表面の凹凸が反射光線の強さに 著しく影響を及ぼし、従って、ノイズが発生し、多くの困藩がある。光の強さに よるタイプの一システムは、１９７３年９月４日付のオカダ等による「光学式追 跡装置」の米国特許第３，７５７，１２５号に示される。

回転する走査路を利用する電子ビーム走査装置は、１９７３年１１月２７日付の アルバートＬ　スシアキイによる「継手追跡方法」の米国特許第３，７７５，５ ８１号に開示される。

このシステムでは、走査用電子ビームは追跡すべきシームのまわりを円形のパタ ーンで回転される。反射される電子および二次放射′電子は近くのセンサーによ って集められる。観察された反射電子および二次放射電子の数が電子ビームが継 手の境界に接触する際に急激に変化する。

受取り信号のこれ等の急激な低下が検出される点は、走査円の中心に対する継手 の位置を示す。走査円の中心がシームの中心に対して偏位する状態は、信号の強 さの幾つかの鋭い変化の間に不平衡なラジアン間隔を生じる。

スシアキイのシステムは、実際上、強さ依存システムであり、光学式強さ依存シ ステムに共通な様に、深さおよび壁の形状の様なシームの物理的特性に関する正 確な情報を得る能力を欠く。更に、スシアキイによって使用される検出装置およ び溶接トーチは、相互に対し固定された方位を有する様に思われる。これは、複 雑なシー人形状をたどる際に困難を生じる。

本発明は上述の様な問題の一つまたはそれ以上を克服することに指向される。

発明の開示 本発明の一側面では、溶接システムは、溶接トーチと、溶接トーチサポート組立 体と、溶接材料を溶着すべきワークピースに沿う溶接路を追跡する装置とを備え ている。

該追跡装置は、溶接トーチサポート組立体に旋回可能に取付けられる。ワークピ ースに対して光線を投射して、光学的走査軸のまわりに光線を移動する装置が設 けられる。また、該ワークピースから該光線の反射を受取って、光線が瞬間的に 入射するワークピースの部分の高さを光線の位置の関数として測定する装置が設 けられる。溶接路の方位の変化に応答して溶接トーチに対し追跡装置を旋回する 装置が包含される。

本発明の他の側面によると、ワークピースの継手を検出する新規な方法が提供さ れる。該方法は、ワークピースの入射点へ第１基準軸に沿って光線を投射し、シ ームを横切る閉鎖ループ路を通って点を移動し、第１基準軸から角度的に偏位す る第２基準軸に沿って点の反射される像を受取り、光学式走査センサーとワーク ピース上の光線の入射点との間の距離を示す電気信号をループ路に沿う複数の個 所で発生し、シームの直接上方に適当に位置決めされる溶接トーチおよびシーム センサーの両者を維持するように溶接トーチに対してシームセンサーを回転する 手順を備えている。従って、閉鎖ループを限定する点の各位置でのワークピース の高さがわかる。

上述の光学式シームセンサーは、自動溶接システムに組合わせて使用するように 構成される。該光学式シームセンサーは、溶接継手を探索して追跡し該シームの 形状を解析する性能を有すると共に、鋭い隅に適応することができない、溶接領 域からの強烈な光線による信号が失われる、溶接シームを検出するために反射さ れる信号の強さに依存する等の従来技術の光学式走査装置の多くの欠点が除かれ る。これ等の利点はは寸非拡散性の単色光源と、ワークピースへ個々の返還され る光の点を方向づける如く光源に関連する投射装置と、焦点から返される反射を 受取って光学的に修正する装置とを使用し、該受取り装置が、溶接シームに交差 するは寸閉鎖したループ路に沿う複数の位置の反射を受取り、更に、溶接トーチ に独立に設置されるのを光学式シームセンサーに許容する別個の制御装置を使用 することによって達成される。

該システムは、継手領域の輪郭を設定する目的のために光学的な三角測量の原理 を利用する。レシーバは光学式シームセンサーとワークピース上の光線の入射点 との間の一間的な距離を示す電子信号を発生する装置を備えている。

図面の簡単な説明 本発明の一層良好な理解のため、添付図面を参照されたく、こ（に、 第１図は本発明の好適実施例を具現する自動溶接システムの斜視図であり、 第２図は第１図の自動溶接システムの一部を形成する光学走査組立体を示す側部 断面図、特に第１図の線■−Ｈに沿う断面図である。

第３図は第１図に示される装置に関連して使用されるデカルト座標追跡システム の斜視図であり、この図では、ワークピースと光学式走査センサーとの間の分離 は、解り易くするために幾分誇張されており、第４図は第１図乃至第３図に示さ れる装置の一部を形成する光線投射装置の簡単にされた図式的な図であり、第５ 図は第１図乃至第４図の実施例に使用される光電池配列の像データの内容全解析 して、シーム形状を表示可能な出力を発生する回路の簡単にされたプマツク図で あり、 第６図は点がシームを横切る走査パターンにおいて監視されるベータ位置の図式 的な図であり、第７図は第６図に相当する点位置の関数として継手深さに関する データの線図的表示であり、該データはシーム形状解析コンピュータに関連して 作用する第５図の装置によって与えられ、 第８図はシーム形状解析コンピュータに使用されるプ四グラムの流れ図であり、 第９α、第９ｂ図はシームに対する溶接トーチの運動を制御するプログラムの流 れ図を形成する。

尚、これ等の図は本発明を限定するものではなく、本発明の好適実施例を示すた めにのみ提供される。

発明を実施するための最良の形態 第１図を参照すると、継手／２を追跡して肉盛りするシーム追跡溶接組立体ＩＯ の好適実施例が示される。溶接シーム１２は突合わせまたは重ねた二つのワーク ピース／ｌＩ。

／６の間の継目によって限定され、その上側面は共通平面にあってもなくてもよ い。この継目は第１図に示す様な溝を限定するかまたは直角でもよく、当該技術 分野で認められる様な多くのその他の形状を取ってもよい。特に、溶接材料が溶 着される領域は、請求の範囲において［溶接パス（／２）　Ｊと称するが、簡潔 にするため「シーム」と称する。

シーム追跡溶接組立体１０は溶接トーチ２０を有するのが好ましく、該トーチは 好適実施例では、７ラツクス芯ア一り溶接法（ＦＣＡＷ　）に適合する。溶接ト ーチ２ｏは細長い溶接トーチサポート２／によってワークピース／４Ｃ、／４の 上方に離れて懸吊され、サポート２／は剛性サポート台ｌざに固定され談合から 下方に垂下する。溶接トーチ２ｏは調節可能に制御される比率で溶接材料１７を シーム／２に溶着するように作用可能である。中実または７ラツクス芯のいづれ でもよい溶接ワイヤｎは、ワイヤ送給モータコによって駆動されるローラ送給組 立体評を介して供給リールｔｔｒ　（第３図参照）から溶接トーチ２ｏへ供給さ れる。

円筒形センサー回転スリーブ／りは溶接トーチサポート２１を包囲し、サポート 台／ｒに対して回転するようにサポート台／Ｉに支承される上端を有している。

低パワーのガスレーザ３２を支持する装着板２６はサポート台ｉｔの下方の位置 で回転スリーブ／ｑに固定され、スリーブ／ｑから半径方向へ延びる。装着板、 ２ｔは、それが固着される調節スリーブ２７を介して回転スリーブ／９に取付け られるのが好ましい。止めねじ２９は調節スリーブ２７を貫通し、スリーブ２７ がセンサー回転スリーブ／ｑに調節可能に固定されるのを可能にする。下記に詳 細に説明する光学システムに関連して、該レーザ３２はワークピース／≠、／乙 に光の点１００を設定するように非拡散性単色光線≦０をワークピース／弘。

１６へ投射する様に作用する（第４図）。

シーム追跡溶接組立体１０の光学部分に関しこ＼に使用される「光」および「光 学」は、人の目が感応する波長の電磁放射をのみ意味するのではなく、非可視性 の好適な痕長をも意味する。例えば、光学技術の専問家によって認められるよう に、スペクトルの赤外および紫外バンドの特定の波長の光を利用してもよい。

第２図に最良に示すように、レーザ３２は光学走査組立体Ｕの一部を形成する。

該組立体Ｕはレーザ光源６ｏをワークピース／＃　、　／／；に向って方向づけ 、光線６０を閉鎖ループにおいて回転し、点１００からの反射のは文集中された 像を形成するように作用する。溶接シーム／２の位置および形状に関するデータ を引き出し、これに応答して光学走査組立体Ｕの位置を制御するためにレーザ点 １００から集中されえ像を検出して解析する装置３ｔも設けられる。

走査／２の計算解析を行い光学走査組立体ｄの制御に使用されるデータを与える ため、検出、解析、制御用装置３１は、好ましくはマイクロプロセッサベースの コンピュータ２１０を有している。光学走査組立体ｄおよび検出、解析、制御用 装置３ｔは溶接シーム１２を追跡し解析する装置ｘ、　３ｔを一緒に形成する。

光学走査組立体Ｕは、回転スリーブ１９に固定されて片持ちされたブラケッ）　 ３０に装着される円筒形光学ハウジング５０を有している。センサー回転スリー ブｌりおよび光学走査組立体Ｕの両者へのブラヶッ）ｊＯの固着は、光学走査組 立体の中心投射軸μの溶接トーチ軸心ｐに対する位置を固定する。溶接トーチ軸 心鑞は、溶接される点がら溶接トーチ２０へ延びる細心として定義される。この 実施例では、溶接トーチ２０．溶接トーチのサボー′ト２／および回転スリーブ １９は、垂直に延びる溶接トーチ軸心心に沿って対称的に整合する。中心投射軸 棒は、下記で詳述する様にそのまわりにレーザ光線６０が移動する軸心として定 義される。好適実施例では、これ等の軸心４１．２　、　ｕは、平行で約１０ｃ ＰＲ４ｉれている。

装着プラテン）ｊＯ，従って回転スリーブ／ｑの各々は、走査組立体ｄの全重量 を支持する。好適実施例では、二つの軸心ｔＩ２．　ＩＩＱが精密に平行な方向 で維持されることは、極めて重要である。従って、回転スリーブｌりおよびプラ テン）　３０の剛性と、溶接トーチサボー）！／への回転スリーブ１９の精密な 支承とは、光学走査組立体２１の不整合を防止するために維持されねばならない 。

特に第２図を参照すると、光学走査組立体Ｕは、ハウジングＳＯの下端に設置さ れる光線投射装置３１を有している。投射装置３１は中心投射軸棒に平行な方向 ヘワークピースｌψ、／４に向ってレーザ光線ωを投射する。下記で詳述するよ うに、投射装置３１は、更に投射光線６０を中心投射軸棒のまわりに回転すると 共に、光線−を該軸椰に平行に維持する。

走査組立体Ｕは、中心投射軸≠μのまわりには！対称的に位置し、シーム／２の 領域のワークビ・−ス／４Ｃ、／６の上側面ヘレーザ３２から光点１００を方向 づけるようにレーザ光線投射装＠３／を介して作用する。走査組立体λぼけ、光 点ｉｏｎからの反射を受取って集中する装置３３を更に有している。光の線より もむしろ点で受取ることは、この実施例において有利である。これは、受取り集 中す７４置３３がワークピース／４Ｃ、／６を横切る光の全体の線からの反射を 受取る場合よりも大きな信号対ノイズの比を与えろ集中された点の比較的高い強 さによる。これは、多量の背景光線が光線受取り集中用装置３３に近接して生じ る溶接の用途において特に重要である。

点／ＤＯの集中された像の位置に関するデータを与える感光性像検出装置３９は 、走査組立体コの上部に配置される。像検出装置３９は下記で詳述される検出、 解析、制御用装置３１の一部を形成し、コンピュータ（ｄａｔααｅｑｕｉｓｉ ｔｉｏｕ　ｅｏｖｎｐｍｔｇｒ　）　２１０が継手／２の位置および形状を取得 可能な信号を発生する。この情報は、下記で更に詳細に述べるように三角測量の 原理を利用しワークピース／２　。

／４’からのレーザ光！Ｉ６０の反射から収集される。

第１図を参照すると、ブラケット３０および装着板２ｔは、回転スリーブ１９に 固着されるので、溶接トーチ軸心幇のまわりに該スリーブ／９と共に回転可能で あり、従って、溶接トーチ軸心鋪に対する中心投射軸棒の方向ではなく位置は、 溶接トーチ軸心幇に垂直な平面において変更可能である。第３図に示される実施 例では、この平面は水平なＸ−Ｙ面であり、該面はワークピース／弘、／４の上 側面をも含む。中心投射軸鉾の相対的な位置のこの変更は、溶接トーチ軸心輯の 位置または方向のいづれをも変更することなく行われる。回転スリーブ１９、従 ってブラケット３０、支持板２６および光学走査組立体コの溶接トーチ軸心ｐの まわりの回転は、すボート台ｉｔに装架される選択的に制御可能なステッパモー タりによって行なわれる。

溶接トーチ軸心ｐのまわりのこの旋回性は、下記で「手首運動Ｊ　（ｗｒｉｓｔ 　ｍｏｔｉｏｎ）と呼ばれる第４次の動きを光学走査組立体Ｕに与える。下記で 詳述するように、装置ｉｓｏは溶接トーチ軸心々に対する光学走査組立体２ｇの 位置を監視するために設けられる。

第２図を再度参照すると、該図は光学走査組立体Ｕの内部構造と、走査組立体Ｕ に対する感光性像検出装置３９の位置とを詳細に示す。レーザ３２は二つのクラ ンプ≠６゜ｔＩｔにより垂直方向に装着される。下側のもの＼クランプ≠ｌは、 光学走査組立体ＵのハウジングＳＯに結合され、上側のもの＼クランプｑｔは装 着板ムに結合される。クランプ＃４　、　ｔＩＪｒの少くとも一つを調ａ可能と し、レーザ３２の上側および下側の一方が溶接トーチ軸心ｐに向いまた離れる様 に調節可能とするのが好ましい。調節可能なりランプｖｔと、調節スリーブ２７ との両者の調節は、レーザ３２の投射軸の方向が正確な整合の目的のために精密 に制御されるのを可能にする。

第２図に最良に示されるように、レーザ３２によって発生される殆んど非拡散性 の単色光線６０は、レーザ３２の下端から出て好適に方向づけられる第１プリズ ムｊ２によって反射される。該プリズムｊコは、光学走査組立体の中心投射軸μ の垂直二等分線に沿って光線６０を方向づけるようにレーザ出力の直ぐ下に位置 している。第２プリズムｊμは水平なレーザ光線６０を受取って上方の方向へ、 好ましくは中心投射軸棒と同一直線上において反射する。上方の通路では、光線 ６０は装置Ｓｔにぶつかって・中心投射軸郷に平行な方向へ下方に向けられ、中 心投射軸棒のまわりの平行な閉鎖ループ路内で移動する。該装置Ｓｔは第１０− タ体部ｓｒ内に装着される第３プリズム！７を有しているのが好ましい。該プリ ズム５７は中心投射軸鐸から半径方間へ浬れる様に光線ωを変位し、中心投射軸 ←のまわりの第１四−夕体部５ｇの回転に応答して円形パターンを通って回転す る投射された出力光線６０を生じるように中心投射軸停に平行な通路に沿って下 方に光線Ｗを再度方向づける。第１０−タ体部ｊＩｒの回転および支持はハウジ ング５０内の軸受Ω、６りによって行なわれる。回転の速度および方向は、駆動 軸７０を介してプーリＵを駆動するモータ、好ましくは精密ステッパモータ（５ ｔｅｐｐｅｒ　ｍｏｔｏｒ　）６乙によって設定される。プーリｕは第１０−タ 体部５ｔと、これに取付けられる第３プリズムｊ７とを回転し、従って、投射光 線１０を回転するように、第１０−タ体部ｓｒにベル）　７／によって結合され る。滑りを排除するため、ベルト７１が歯付きで、プーリｄおよびロータ体部ｊ １ｒがベル）　７／の輪郭に適合する様に構成されることが好ましい。

上述により、レーザ３２、プリズム！２　、　ＩＩＩ　、　ｊ？　、ロータ体部 ５ｔおよびモータ６６は、点１００を形成する様に継手１２の領域のワークピー ス／４’　、　／４へ回転する光線１０を送って、継手１２に交差する円形路を 通り該光線１０．従って点ｉｏ。

を回転する投射装置３１の主要部分を構成することが認められる。

投射軸杯に対し直線よりもむしろ閉鎖ループを限定する走査の使用は、本発明に よって提供される重要な利点。

である。この回転走査は、下記で詳述する三角測量法を直線走査に対し殆んど全 方向性にする。即ち、回転走査は継手位置の測定の精度が直線走査を利用する走 査装置の場合よりも光学走査組立体Ｕに対する継手の方向性に敏感でない様にす る。これは、閉鎖ループが直線の場合よりも更に殆んど垂直な横断において変化 する方向性のシームを横切ることから生じる。

尚、こ＼に使用される「垂直」、「水平」、「上」、「下」等は、便宜上、単に 図面についてのものであり、任意の特定の空間的な方向に装置の使用を限定する ことを意図するものではない。

第２図に更に示すように・光線Ｗは第１図でワークピース／ｌｌ、／４の最高レ ベルを示す最上面２００’と、継手１２の最低点を示す底面２００との間で高さ が変化するワークピース／４’　、　／４の上側面で限定される面２００へ投射 される。

光線の直径はシーム／２の巾に比し比較的小さいのが好ましく、例えば、０．５ ■のオーダでもよい。光線６０はワークピース厚、／６に当たるとき、総ての方 向へ低減された強さで点１００から散乱される。

上述のように、光学走査組立体Ｕはレーザ点１００の反射を受取って集中する装 置３３を更に有している。像設定装置３３は、第１０−タ体部ｓｒに回転可能に 装着され中心投射軸杯に対して半径方向に離れた関係にある平坦な第１鏡ｎを有 している。第１鏡ｎは点１００から反射される円錐形の発散光線を受取る。該円 錐は、点ｔｏｏ　、　ｉｏｏ’から第１鏡ｎの中心へ延びる受取り軸弘／　、　 ＩＩ／’のまわりに対称的である。第１鏡７２は光線６０に対して距離および方 向を固定される。従って、中心投射軸杯に対する受取り軸＃／　、　＃／’の角 度は、走査組立体Ｕからレーザ光線６０に沿うワークピース／４’　、　／４の 夫々の一つまでの距離の関数である。

レーザ点１００からの反射は第１鏡７２がら第１収斂レンズ７ｑを通り第２鏡７ ６へ反射される。第１鏡７２と共通に、第ルンズ芹および第２鏡７乙の各々は、 第１０−タ体部５ｔに一緒に回転するように装着される。第ルンズ７ダはワーク ピース／４’　、　／４の反射面からレンズ７４（まで延びる光学路の長さには 寸等しい焦点距離を有している。第１、第２鏡７２　、７４は、光線６０からの 反射の光学軸を中心投射軸棒へはＹ折り返えすように作用する。

レーザ光線≦Ｏの反射は第２鏡７６からは！中心投射軸ＩＩｌに沿い上方の方向 へ垂直に反射され、次に、点１００の反射光線は、反射光線の回転を除去する装 置７７にぶつかる。

該回転を除去する装置７７は中心投射軸杯に沿って位置し第２０−タ体部１０内 に装着されるドーププリズム７ｒヲ備エテいる。下記で詳細に説明する態様での ドーププリズム７ｔの使用は、点１００からの反射光線の回転を除去するように 作用する。第２０−タ体部１０はは寸円筒形であり、第１、第２０−タ体部ｓｒ 　、　ｔｏの間の独立の相対的な回転を可能にするように第１、第２０−タ体部 ｓｒ　、　ｔｏの間に設置される第２０−タ体部の軸受評、　ｒｔ、に装架され る。

第２０−タ１０は、軸７０に装着される第２プーリｔ２に巻キ付けられるベルト 、ｒ３によって駆動される。ベルト８、第２プーリｎおよび第２０−タ１０は、 滑りのない保合のために歯付きまたはその他に構成されねばならない。二つのロ ータｓｒ　、　ｔｏの駆動システムの種々な要素は、二つのシステムを同期して 反対方向へ回転させ、かつ、第１０−タ体部Ｓｔの速度の正確に半分で第２０− タ体部ｇｏを回転するのに充分な形状のものである。当該技術の専問家によって 認められるように、ドーププリズム７ｇのこの使用は、円形に移動する点１００ の反射光線の回転を除去する。歯付きのベルトおよびプーリが二つの駆動システ ムの好適実施例で使用されるが、種々なその他の装置、例えば歯車付き駆動シス テムをこの代りに使用してもよいことが認められる。

ドーププリズム７ｒから出る回転を除去された反射光源は、第２０−タ体部１０ の直ぐ上の位置でハウジング５０によって支持される狭い波長帯域のフィルタＵ を介して導かれる。フィルタＵの波長帯域は、レーザ３２によって設定されるレ ーザ光線乙Ｏの波長を中心とする。従って、フィルタＵは溶接作業からの強烈な 光線を含む他の光源からの光線の検出、解析、制御用装置３ｔへの作用を殆んど 排除するのに役立つ。フィルタＵを通過後の点ｌＯＯからの反射光線は、ハウジ ングＳＯに固着される二つの収斂レンズ９０を介して導かれる。二つのレンズｑ Ｏは、回転を除去された像をセンサー９グに集中するために、それ自体と検出、 解析、制御用装置３ｇの光学センサー外との間の光学路の長さに等しい焦点距離 を有している。センサー９≠は光学信号から電気信号への変換器として作用する ２５６素子線形光電池配列汀を有してるのが好ましい。好適な該２５６Ａ子配列 は、カルフォルニア州すニイヴエールのレチコン社（ＴＬｇｔｉｃｏｎ　Ｃｏｒ ｐｏｒａｔｉｏｎ　）によって製造され、部品番号ＲＬ　−２５６ＥＣｊ／１７ として示される。

回転する光学系の使用は、本発明のこの実施例の有利な特徴である。中心投射軸 棒がシーム／２の上にはｙ必用しされて維持され、反射を受取る第１鏡７２が投 射されるレーザ光線６０に対し直径方向で反対側に設置されるため、受入れ軸弘 ｌに沿う光学観察路は、光線６０がシーム１２を横切る時間中、シーム１２の長 手方向軸心には寸平行である。

これは、シーム１２の端縁による光学路の遮断を低減する。

従って、現在述べられる実施例の観察形態は、多くの溶接状態に代表的である凹 形シーム／２の溶接に特に好適である。

更に、この配置はレーザの投射および受入れの線がほぼ平行であるセンサーに対 し有利である。点の反射は入射角平面において入射角の反対の角度において最高 である。反射の強さは、受入れ角が入射角に等しいが反対であるのから逸れるの に従って低減する。従って１、所与の受入れ角に対し、点の強さは受入れ角には 家平行に投射される光線に対してよりもこの実施例の場合の様に垂直に投射され る光線に対する方が大きい。これは、多くの他の配置の場合よりも大きな信号対 ノイズの比をこの実施例に与える。

第２図に示すように、反射された像の光線は、２次元光電池配列９５の点に集中 される。この集中点は、第１鏡７２に対する受入れ軸ｌｌの瞬間的な方位に依存 する。従って、集中され反射される像によって活性化される配列９りの素子の位 置は、光学走査組立体Ｕからワークピース／り。

ｌ乙の対応する一つまでの距離の関数であり、レーザ光線６０に沿って測定され る。高い反復比で配列ｑｒを電子的に走査して、投射されるレーザ光線６０の閉 鎖ループ路における瞬間的な位置にセンサー９ψの出力を絶えず比較することに より、レーザ光線ωで照射するワークピース／ｌＩ。

／ぶの位置の輪郭を示すデジタルデータが発生される。

上述の様に光線Ｗで照射される面の輪郭を測定する際、時間の関数として投射光 線乙Ｏの位置を知ることが必要である。このため、投射光線６０の位置を監視す る装置／６０が設けられる。該光線位置゛監視装置／６０は、ギヤ付き人力軸１ ６弘を有する回転位置エンコーダ／６２を備えているのが好ましい。分岐ギヤ／ ６６はモータ６６の駆動軸７０に装着され、回転位置エンコーダのギヤ付き人力 軸／評に駆動可能に係合する。ギヤ／４ＩＩ、　＃；≦の寸法と、位置エンコー ダ１６２の応答とは、第１０−タ体部Ｓｌの回転の各点が回転から回転へ正確に 反復されるエンコーダｌｔコからの独得な出力を生じるように選定されるのが好 ましい。

第２図に示す様に、光学走査組立体Ｕは、ガラスプリズムのサポートヲ６を更に 有し、該サポートは平坦で好ましくは性質において非歪曲性で、第２プリズムＳ ａに対し剛性支持を与えるようにハウジングＳＯの下端に固着される。ハウジン グＳＯの下端内に同様に装着される熱および煙のガラス遮蔽９１は、ガラスプリ ズムのサポートｑ６に平行かつ下方に離れている。信および熱の該遮蔽９ｔは、 走査組立体Ｕの内部を塵埃および煙なしに維持するシールを備えるのが好ましい 。截頭円錐形光線遮蔽３１ＩがハウジングＳＯの下端に装着され、熱および煙の 遮蔽ｑｒから下方へ延び、溶接作業による強烈な光線が光学走査組立体Ｕに入る 程度を低減する。また、該光線遮蔽芯は溶接作業中に生じるスパッタから熱およ び煙の遮蔽ｑｒを遮蔽する。

第４図は、第２図の光線投射、移動装置３１の簡単にした図であり、溶接シーム １２の領域でワークピース／＃　、　／４に投射される光点１００の性質および パターンを斜視的に示す。レーザ３２は、静止プリズムサポート板ｑ４に装着さ れる第２プリズム評に向けられる光線６０を発生する。簡単にするため、第１プ リズム５２は、第４図に示さない。

第２プリズム５ψはステッパモータ６６の制御下で回転され円形パターンを通っ て移動する点１００を投射光線６０に生じさせる回転第３プリズム５６へ光線を 再度向け゛る。点１００のパターンが円形であることは、回転プリズムよ乙の回 転の軸心が第２プリズムｓＩＡからの反射の際にレーザ光Ｈ６゜がたどる上方へ の通路と同一の直線上にあることによって生じる。この同一直線上になければ、 点１００かたどる通路は、非円形となる。円形パターンの直径は、投射光線６０ の１８０°の照射が溶接シーム／２を完全に横切って延び得るように、期待され る最大溶接シームよりも大きいのが好ましい。約２．３ｃｎ１の直径であれば大 抵の用途に適当であることが判明した。中心光学軸件がシーム１２の中心の近く に維持されると共に、円形パターンの直径がシーム／２の巾よりもかなり大きけ れば、点１００はシーム１２に対しては寸垂直にシーム１２を横切る。これは、 制御の特定の利点を提供する。

次に、感光性像検出装置３９の図式的な図を示す第５図を参照して説明する。像 検出装置３９は、光電池配列汀を電気的に走査して、点１００の瞬間的な垂直位 置を示すデジタルデータを発生するように構成される回路ｑ９を備えている。点 の円形路に沿う種々な個所の点１００の垂直位置の蓄積は、シーム／２の輪郭を 画くのに使用される。点位置監視回路ｑ９は、ピーク検出器／２６と、８ビツト カウンタ／２１と、７７　ｆ　／３０と、Ｄ／Ａ変換器／３２と、走査回路／３ １Ｉとを備えている。走査回路／３１７は、２５６アナログ電圧レベルの直列連 鎖を生じ、各レベルは配列りＳの夫々の４池に当たる光の強さに比例する。所与 の瞬間におけるこの連鎖のピーク電圧は、点１００の瞬間的な位置に対応する。

ピーク検出器１２≦は、微分器／３６と、負のピーク検出器１３Ｉｒと、コンパ レータ／１７２　、　Ｉｕ’ｌと、デイバイダ／／ＡＯと、７リツブフロツブ／ ｉとを有してもよい通常の回路である。ピーク検出器／２ｔは、アナログのビデ オ信号連鎖のピーク電圧を検出し、検出されるピーク電圧に応答してランチ／３ ０ヘストロープパルス（ｘｔｒｏｂｇｐｕｌｓｇ　）を送る。

構造において通常のものでありレチコン社（ＢｗｅｔｉｃｏｎＣｏｒｐｏｒａｔ ｉｏｎ　）から入手可能で部品番号ＲＯ１００／１０２である走査回路／３’ｌ は、クロック信号と、ビデオアウト信号と、センサー配列り５の第１電池（Ｃｇ Ｎ）が読取られるときを示す走査開始信号とを提供する。ビデオアウト信号はピ ーク検出器１２≦へ伝達される。クロック信号および走査開始信号の両者は、光 電池（９ｈｏｔｏｃｇｌｌ　）センサー停および８ビツトカウンタ／２１へ供給 される。カウンタ／２１に集積されるカウントは、読取られたセンサー配列の電 池の数に相当する。ラッチ／３０によるストロボ（ｚｉｒｏｔｙｒ　）信号の受 取りの際、カウンタ／２１のカウント値はランチ／３０に負荷される。従って、 ラッチ／３０の８ビツトの二進値はセンサー配列９Ｓの点位置に相当する。

走査回路１３りで作られる走査開始信号は次の走査サイクルに備えてカウンタ／ ２１をリセットする。

点位置を示す点位置監視回路９りの８ビツト二進出力は、処理のためにデータコ ンピュータ（図示せず）−／〜直接に入力される。この出力は、シーム輪郭の視 覚表示を与え　・る光学表示９２を励振するために形成されるアナログ信号を生 じるＶ人変換器／３２に与えられてもよい。

光線６０の回転速度は溶接速度（即ち、溶接トーチ２ｏが溶接シーム／２に沿っ て動く速度）に依存するのが好ましく、従って、溶接トーチ２０による移動距離 は、光学走査組立体Ｕの単一サイクル中一定である。光線６ｏの回転速度は、中 心走査軸ｑが光線サイクル当り約０．５　ｃｍ移動するのが好ましい。位置標本 を取る円形路の「ベータ点」と呼ばれる点の数は、光線の回転速度に独立である のが好ましい。サイクル当り６４０のベータ点が好ましい。第６図では、点の通 路に交差する短い線が１０個のベータ点毎に示される。シーム輪郭（第７図）は 、データコンピユー“夕によって０．０６秒毎（５０ｃ＊／分の代表的な溶接速 度において）に画かれ、像検出装置３？で得られる点の高さと円形路に沿う点の 位置との間の関係から成る。

コンピュータ処理される数値解析は、シームの形状および位置を定めるのに使用 される。上述のように、シームの形状に関する情報（即ち、巾、深さおよび断面 ＠）は、単位シーム長さ当り溶着される溶接ワイヤｎの量の制御に使用される。

シームの中心位置を詳細に示す情報は、溶接トーチ２０および光学走査組立体ｄ をシーム１２の上に直接に設置するのに使用される。第８図は、所要のシームの 形状および位置の情報を得るためにコンピュータ２１０に使用するのに好適なプ ログラムの流れ図を示す。

これ等の計算を実施するためには、溶接フレームのＸ軸（第１図）と、溶接トー チ軸心ｐと中心投射軸ｑとの間で水平面に延びる中心線≠３との間の角Ａが既知 であることが必要である。従って、装置／ｊｏは、回転不能な溶接トーチサボー ）２／に対する光学走査組立体コの回転の角度を監視するために設けられる。回 転測定装置／３０は回転スリーブ１９に固定されるリングギヤｌｊ乙に駆動係合 されるギヤ付き紬／！ｒｉｇを有する回転位置エンコーダ／３２を備えているの が好ましい。

溶接作業の開始の際、シーム追跡溶接組立体ｉｏは、シーム１２の最初の部分の 上の光学走査組立体コを伴って設置される。次に詳述するように、シーム追跡溶 接組立体ＩＯは、当該技術の専問家によく知られる態様において溶接トーチ、２ ０の位置を連続的に監視する装置を備えている。

公知の溶接トーチの位置決めと、角ムを監視する光学走査組立体回転監視装置／ ３０の出力とにより、中心投射軸棒のｘ、ｙ、ｚ座標は、コンピュータ２１０に よって設定される。次に、これ等の二つの既知の点の間で、直線の内挿は、溶接 トーチλ０と中心投射軸棒との間に五つの点を設定するために実施される。

組立体ＩＯの作動の際、レーザ光＠ｍは、その照射を開始する。該照射は、コン ピュータ処理解析のため、溶接トーチ２０から最も遠い全回転の半分の前部パス と、全回転の残りの後部バスとの２部分に区分される。最初に、点通路の９０° マークの点（００の出発点として限定される溶接トーチ２０に最も近い点を有す る通路を示す電６図を参照）は、前部パスを開始し、２７０°の点で前部パスが 終る。上述のように、光線６０の位置は、光線投射点監視装置／６０の使用によ りコンピュータ２１０によって連続的に監視される。使用される位置測定は、０ °の出発点からレーザ点１００の瞬間的な位置まで測定される角Ｂである。

角Ｂの関数として点の高さの組を記憶することによってシーム輪郭の寸法をコン ピュータ２１０が受仰る前部パスの終了の際、シームの輪郭および位置が計算さ れる。最初に、該データが円形路の曲率に対して修正された後、シーム１２の端 縁の位置が計算される。このデータから、シーム１２の幾何学的中心が定められ る。更に、シーム／２の平均深さおよび断面積が定められる。これ等の計算の総 ては、レーザ定量の後部パスにおいて実施される。次に詳述するように、この情 報は次の溶接トーチの位置決めおよび溶接ワイヤの送り速度の設定の際に利用さ れる。

溶接トーチの制御に関連する測定を行うのに加えて、光学走査組立体Ｕは、勿論 、それ自体の作用の制御をも行わねばならない。このため、二つの測定がコンピ ュータ２１０によって実施される。第１に、シームの中心上に中心走査軸杯を維 持するために、溶接トーチの軸心輯に対する中心走査軸棒の方位において実施さ れねばならない任意の修正の測定が行われねばならない。これは、最も近く得ら れたシームの中心位置の解析によって行われる。光線６０がシーム１２を横切っ たときに続いて、走置組立体の再位置決めが出来るだけ急速に生じることが重要 であるため、光学走査組立体コの再位置決めの目的に対する計算は、コンピュー タ２１０によって別個に処理される。一実施例では、該ソフトウェアはワークピ ース１２の輪郭における所定の大きさの凹凸を認めるのを光学走査組立体コに可 能にするサブルーチンを含む。これは、光線６０がシーム１２を横切って出入り するベータ点をコンピュータλ１０が直ちに認めるのを可能にする。第２横断ベ ータ点を認識すると共に、前部パスにまだある際、これ等の二つのベータ点は、 シームの中心のベータ点を生じるように平均される。次に、この迅速に計算され たシーム中心ベータ点１マ、等価のデカルト座標に変換される。

この得られるシー人中心点と、前に計算された二つのシーム中心位置とは、シー ム中心線に近い最適直線を画くのに使用される。次に、角度Ａの所要の変更が計 算され、次の前部パスの開始に先立ち、この中心線の直ぐ上に中心走査軸杯を位 置決めする様に実施される。

光学走査組立体Ｕの制御のために実施されねばならない第２の測定は、前部パス の開始点に関する。前部パスがシーム１２を横切る個所のシーム１２の予測され る位置で心出しされる前部パスを維持することが望ましく、即ち、前部パスは、 投射される次のシーム中心が前部パスの中点の個所でレーザ走査路に交差する様 な点で開始されねばならない。これは、シーム１２の位置の著しい変化の最大範 囲が光学走査組立体Ｕによって適応されることを保証する。コンピュータ２１０ は、次のシーム中心が生じるのを期待されるベータ点を計算してベータ点の全数 のＶ４をそれから引くことによって前部バスを開始すべきベータ点のこの測定を 行う。

第８図は、コンピュータ２１０の制御に好適なソフトウェアの基本的な流れ図を 与える。該プログラムは、計算精度を向上して、点１００が機械加工された端縁 を有するシームを横切って定食するときの続みにおける端縁の小欠陥を修正する ため、種々なサブルーチンを備えてもよい。例えば、シーム端縁の検出における 同上された精度は、底面レベルを定めるためにシームの各［＋１！Ｉｇの五つの 点を平均することによって達成可能であり、次に、端縁は、どのシーム標本が所 定の閾値の大きさだけ底面レベルを越えるかを測定することによって見出される 。同様に、改良される溶接精度は、平均シーム深さを定めるようにシーム端縁間 の継手点を平均するサブルーチンを使用して得られる。

産業上の利用可能性 第３図を参照すると、第１、第２図の装置は、自動溶接システムに組込まれ、該 システムでは、ＦＯＡＷ溶接トーチ２０は、２個のワークピース／ｌ　、　＃； の間の溝の様な溶接シーム／２をたどる様になり、溶接ワイヤの送り速度は最適 の程度に溶接シーム１２を肉盛りするように変更される。

第３図のシステムは、相互に直交するｘ、ｙ、ｚ軸を有するデカルト座標系を限 定する。

第３図の自動シーム追跡溶接装置１０は、離れた平行し一ルｔｏｘ　、　ｉｖｙ を有して示され、該レールの方位はデカルト座標系のＹ軸を限定する。レールｉ ｏコ、　ｉｏａは、地面の高さより上に一定の高さ離れていて、支持コラムない し支柱１０６によって所定の位置に保持され、かなりな作業領域を与えるために 充分な距離を離される。横ビーム１０ｒはＹ軸に沿い正負の両方向においてレー ル１０２　。

１Ｏ１ｌニ沿って移動するために一対のトローリ／１０　、　／／２に装架され る。キャレツジ／ｌψはＹ軸に沿って移動するように横ビーム１０ｒに装架され る。キャレッジ／ｌりは溶接ワイヤの供給リール／／Ｉを支持するためのサボー ）　／／６を装架する。また、２軸のラック、ピニオン支持塔／２０は溶接アー ク長さを調節しシーム１２の変化する高さ位置に適応するために台／ｒの両方向 の垂直運動を行う様にキャレツジ／／’Ｉで支持される。供給リール／／ｌ”か らのワイヤｎは、アイドルプーリ／２２に巻きついた後、溶接トーチの軸心ｐに は！沿って溶接トーチ２０へ下方に方向づけられる。

当該技術の専問家に明白なように、二つのトローリ／１０　、　／／２と、キャ レッジ／／ｌｌと、ラック、ピニオン支持塔／２０とは、溶接）−−ｆ−２０（ Ｄ３軸（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の位置決め性能を与えるために、所要のモータおよび機械 的駆動装置（図示せず）を有している。これ等の要素は、ｘ、ｙ、ｚ軸に沿う好 適な増分により制御信号に応答して正確に溶接シーム／２上の所定の高さに溶接 トーチ２０を位置決めするため、溶接トーチ２０、従って光学走査組立体２ｇを 有する円筒形スリーブ構造１９を移動する装置１０／を構成する。溶接トーチ２ ０の該位置決めは追跡装置２！ｒ。

３ｔによって与えられるワークピース／４’　、　／４の上側輪郭に関する情報 により溶接トーチ制御コンピュータ９１によって実施される。溶接トーチ制御コ ンピュータタｌは、静止制御パネル９３に収容される。該制御パネル９３は、デ ータ処理コンピュータ２１０をも収容する。ケーブル／２弘は、制御パネルワ３ を像検出装置３ｑと、溶接トーチ移動装置１０／の種々なモータと、ワイヤ送り モータＪとへ接続する。

前に詳述したように、手首運動（ｗｒｉｓｔ　ｍｏｒｉｉｏｎ　）モータｔＯは 溶接シームのコースの溜器または隅に適合する様に溶接トーチの軸心々に対し中 心投射軸グ≠を旋回するように、所要によりコンピュータ２１０で制御され、即 ち、投射器の中心投射軸ｑが溶接トーチｐを導くため、手首運動は中心投射軸棒 が溶接シーム１２の中心の上に正確に位置決めされて維持されるのを可能にする と共に、影達されない溶接トーチ２０の座標位置を残すために第４の自由度（ｆ ｏｒｔｈ　ｄｅｇｒｅｅ　ｏｆ　ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ　ｆｒｅｅｄｏｍ　） として使用される。従って、溶接トーチ２０と光学走査組立体ｄとの両者は、溶 接シーム／２の形状に関係なく溶接継手／２の上に同時に維持される。

溶接トーチ２０を適当に位置決めするためにトローリ／１０　、　／／２および キャレツジ／／’Ｉを移動する種々なモータおよび機械的駆動装置（即ち、溶接 トーチ移動装置１０／）は、３軸数値制御システムの一部を形成し、その詳細は 当該技術において周知である。該システムは上述の様にシーム輪郭を測定するた めにデータを解析するコンピュータ２１０から入力を受取る溶接トーチ制御コン ピュータラｌによって制御され、溶接トーチ制御コンピュータ９／はシームをた どる態様で溶接トーチ２０を移動する制御信号を発生する。該システムは、溶接 トーチ２０のＸ。

Ｙ、Ｚ座標を連続的に監視する装置を備えている。制御シーケンスを行うために 溶接トーチ制御コンピュータ９／に使用する代表的なプログラムの流れ図は、第 ９α、第９ｂ図に示される。該流れ図によって明瞭なように、データはワークピ ースに対する溶接トーチ２ｏの所望の速度と、光線６０の回転速度とに関する溶 接トーチ制御コンピュータタ／への最初の入力である。線形内挿により、溶接ト ーチ２０と点パターンとの間の五つの最初の点はコンピュータ２１０によって計 算される。次に、計算は、これ等の内挿された点の間で溶接トーチ２０を移動す るのに必要なＸ。

Ｙ　、　Ｚ軸方向での速度について溶接トーチ制御コンピュータ９／によってな される。該速度は現在の溶接トーチ位置の監視に応答して連続的に更新され、３ 軸数値制御システムタ／、１０／により溶接トーチ２Ｑの運動を制御する信号に 変換される。

当該技術の専問家は、別個のデータ処理コンピュータ２１０と、溶接トーチ制御 コンピュータ９／との代りに、単一のコンピュータが使用されてもよいことを認 める。溶接シームの情報を解析して、溶接トーチに所要の運動を行わせるために 別個のコンピュータを使用する一利点は、該システムが商業的に入手可能な非適 応性３軸溶接トーチ制御システムの使用を包含するのを可能にすることである。

第５図に示す様に、ワークピース／＜＜　、　／乙がシステムの枠組内で溶接ト ーチ２０の下に適当に設置されると、レーザー３コは、光の点を発生するように 作動され、モータ６６は第３図に示す様に円形パターンを通り光の投射点を回転 させるように作動される。円形パターンが溶接シームに遭遇する際、中心投射軸 棒に対する受取り軸ＬＩ／の角度は、レーザー光線６０がワークピース／ＩＩ、 　／ｌ！；に当たる個所の高さの関数である。これは、受取り軸μｌの相対的な 角度の変化に応答して光電池配列デｊに当たる回転を除去された像を光電池配列 りＳに沿い線形に移動し、従って、配列９ｊにおける光点の位置は、光学走査組 立体Ｕからレーザ光線６０によってワークピース／２　、　／ψに形成される点 １００までの距雛の関数である。従って、三角測量の形態は、各ベータ点におけ るワークピース／＜４　、　／乙の高さを決定するのに利用される。シーム輪郭 のデータは、前に詳述した様に、光線の半分のサイクルに対して、計算された点 １００の２座標を投射光線功の対応するＸ−Ｙ座標に比較することにより適当な 電子回路とソフトウェアとによって設定されてもよい。

溶接トーチ制御プロセッサ９／とデータ取得プロセッサ２１０とは共通のメモリ を共有する。該メモリの一部は、コンピュータ２１０によって与えられる様な継 手中心位置の記憶に供される。シームの中心は溶接トーチ３の制御に後で使用す るために継続的に記憶される。上述のように、最初の人為的な五つのシーム中心 位置は最初に計算されるシーム中心と最初の溶接トーチ位置との間への内挿によ って計算される。溶接トーチ２０に最も近いこれ等の点の第１点から、入力溶接 速度で移動する際に該第１点に達するのに必要なＸ、Ｙ、Ｚ軸の速度について計 算が行われる。カウンタは、到達すべき最終シーム中心において零規正された後 、溶接トーチ２０のｘ、ｙ、ｚ位置の変化を追跡する。該カウンタは、次に記憶 される溝中心に反復的に比較され、次に記憶される溝中心に等しいｘ、ｙ、ｚカ ウンタに応答して、溶接トーチ２０はその目標位置に達したことが知られる。こ の点において、Ｘ。

Ｙ、Ｚカウンタの各々の値は、、記憶される各シーム中心から引かれ、カウンタ は再度零規正される。従って、既知のシーム中心に達すると、総ての次のシーム 中心は、その中心として溶接トーチ２０を有する新しいデカルト系に参照される 。記憶したシーム中心のこの更新の際、データ収来プロセッサλ１０からシーム 中心メモリへの入力は却下される。これは、最も最近に計算されたシーム中心の デカルト参照の均等さを保証する。シーム中心の更新に続き、新しい溝中心点は 、メモリから入れられ５．工程は反復される。最初の操作期間に続き、溶接トー チ２０から光学走査組立体ｄまでのシームの部分に関連する約２０のシーム中心 はメモリに保持される。

従って、溶接トーチ２０は隣接するシーム中心を直線状に移動する。しかしなが ら、光学走査組立体の平均の移動がサイクルからサイクルに対して約０．５　ｃ ｍであるため、溶接トーチ２０のこの直線の点から点の移動は、非常に良好な近 似に実際のシーム中心の位置を反映する。更に、向上される精度は、溶接トーチ の速度に対する光学走置組立体Ｕのサイクル速度を増加するか、または認められ るシーム中心に適合する最良の曲線を設定した後、点から点へよりもむしろ該曲 線に沿って溶接トーチを設置するように適合する曲線を利用することにより、得 られる。

回転する点の回転除去のために第２図に示されるドーププリズムおよび多重ロー タ構造の使用に代るものとして、二次元光電池配列、例えば２５６　Ｘ　２５６ 配列を利用して、コンピュータにより信号の回転除去を行うプログラムを考案し てもよい。しかしながら、こ＼に開示される一次元配列のシステムは、二次元配 列に比較するとき、著しく少い信号処理時間によって大きな分解能を与えること が判明した。

当該技術の専問家によって公知の様に、検出、解析、制御用装置３ｇは、前部パ スのみを解析するよりもむしろレーザ光線≦０かたどる全パスを解析してもよい これは、計算に割当てられるプロセッサの時間の再構成を必要とする。これは、 像検出装置３ｑおよび角Ｂ監視装置／６０からの出力の受取りの間の切換えと、 各ベータ点でのデカルト座環の計算とのため、割込み算法を使用する単一の充分 な高速コンピュータを使用して得られる。この代りニ、前部パスおよび後部パス のためのタンデムコンピュータが使用されてもよい。

一度の各前部パスおよび一度の各後部パスのこの二重観察は、二つの見地から有 利である。第１に、これは、濶足すべきシーム中心の位置の故を２倍にし得る。

これは、システムの分解能を改善し、誤差の作用を低減し、特に、前部パスおよ び対応する後部パス（ＭＪち、継手中心の生じる点における前部パスに位置の最 も近い後部パス）の結果が平均され＼ば然りである。第２に、非常に重要なこと には、シーム／２の離れた２点における殆んど同時の観察により、誤差解析を著 しく改善する。例えば、シーム／２の急な消失が前部パスに認められる場合、後 部パスでのシーム／２（これかは立筒３の以前の前部パスにおいて以前に検出さ れた場合）の欠如は、検出、解析、制御用装置の故障を示し、一方、直後の後部 パスの検出を伴う前部パスでのシーム１２の非検出は、シーム１２が終ったこと を示す。

本発明のその他の側面、目的、利点および使用は、図面と、開示と、添付の請求 の範囲とを精査することによって明瞭になる。

工三ｚｃ＝ｒｅ 円形熱に沿う７表、のる立直 ＝三三＝レヨ巳 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　溶接トーチ（２のと、溶接トーチサポート組立体（，２／）と、溶接材料（ ／７）を溶着すべきワークピース（ｚｅ　、　１６）の溶接路（／２）を追跡し て解析する装置（ｘ　、　３ｒ）と、該追跡装置（、ｙ　、　３ｔ）によって発 生される信号に応答し該溶接路（１２）に沿って前記溶接トーチサポート組立体 Ｇ２／）を移動する装置（１０／）とを備える溶接システム（ｌのにおいて、前 記追跡、解析装置（ｚ　、　、ｙｒ）が前記溶接トーチサポート組立体（２１） に結合されるワークピース走査組立体＜Ｘ＞を有し、該ワークピース走査組立体 （Ｘ＞が前記ｒｙ−クピース（ｔｔＩ、　＃；）に対して光線（乙のを投射して 、該走査組立体（コ）に対して固定された方位の光学走査軸（井）のまわりに該 光線（６のを移動する装置（３１）と、該光線（−）の該ワークピース（ｌ≠、 ／６）からの反射を受取って集中する装置（３３）と、前記溶接トーチサポート 組立体（２１）に対して該走査組立体（２，ｒ）を旋回する装置（ｔｑ　、　ｕ ）とを有し、前記追跡、解析装置（ｘ　、　３ｔ）が集中された反射を検出して 解析し該集中された反射の解析から得られるデータに応答して該ワークピース走 査組立体（Ｘ）の位置を制御する装置（３１）を更に有することを特徴とする溶 接システム（ｌの。 ２　請求の範囲第１項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記旋回装置（ｔ ｑ　、　ｔＩｏ）が前記光学走査軸（μ）にほぼ平行な軸心のまわりに前記走査 組立体（２ｔ）を旋回するように構成される溶接システム（ｌの。 １　請求の範囲第２項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記反射受取り装 置（３３）が前記光学走査軸（件）に斜めの光学受取り軸（≠／）のまわりの前 記反射を受取る溶接システム（／の。 ４　請求の範囲第３項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記光線（６のか は！単色で非拡散性である溶接システム（／の。 ５、　請求の範囲第１項に記載の溶接システム（／のにおいて、前記検出、解析 、制御用装置（３１）が前記光線（功）の通路上の位置で前記溶接路（／２）の 中心位置を測定する溶接システム（ｌの。 ６、　請求の範囲第５項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解析 、制御用装置（３１）が前記溶接路Ｑλ）の断面積に対するデータを発生する溶 接システム（ｌの。 ７、　請求の範囲第５項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解析 、制御用装置（３ｔ）が測定された溶接路中心に応答して前記走査組立体旋回装 置（ｔｑ　、　ｌ１０）を制御する溶接システム（／の。 ＆　請求の範囲第７項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解析、 制御用装置Ｏｒ）が溶接材料（１７）を溶着すべき前記領域（／２）のはヌ上に 前記走査組立体（ｄ）を維持する溶接シ支テム（ｌの。 ９、　請求の範囲第７項に記載の溶接システム（／のにおいて、前記検出、解析 、制御用装置（３１）が溶接材料（１７）を溶着すべき前記溶接路（１２）に交 差する前記光学走査軸（杯）を伴い前記光学走査組立体（Ｘ＞を維持する溶接シ ステム（１０）。 １０、請求の範囲第１項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記投射光線（ ω）が前記光学走査軸（４’４’）に対する直線路を移動して横行する溶接シス テム（ｌの。 １１、請求の範囲第１項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記投射光線（ ω）が前記光学走査軸（ｌ＃）に対する閉鎖ループ路を移動して横行する溶接シ ステム（１０）。 １２　請求の範囲第１１項に記載の溶泣システム（ｌのにおいて、前記閉鎖ルー プ路が円形であって、前記光学走査軸（鉾）のまわりに心出しされる溶接システ ム（／の。 １１　請求の範囲第１１項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解 析、制御用装置（３ｔ）が前記光線（乙のの通路上の位置において前記溶接路（ １２）の中心位置を測定する溶接システム（ｌの。 １４ＬＨ求の範囲第１３項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解 析、制御用装置（３１）が前記溶接路（／２）の断面積に対するデータを発生す る溶接システム（／の。 瓜　請求の範囲第１３項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解析 、制御用装置（３ｔ）が測定された溶接路中心に応答して前記走査組立体旋回装 置（／ｑｔ　卿）を制御する溶接システム（ｌの。 ｌａ、請求の範囲第１５項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解 析、制御用装置（３ｔ）が溶接材料（１７）を溶着すべき前記領域（１２）のは 賃上に前記走査組立体（コ）を維持する溶接システム（ｌの。 １７、請求の範囲第１５項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解 析、制御用装置（３１）が溶接材料（１７）を溶着すべき前記溶接路（１２）に 交差する前記光学走査軸（杯）を伴い前記光学走査組立体Ｃ２ｒ）を維持する溶 接システム（１０）。 １＆　請求の範囲第１６項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記投射レー ザ光線（ω）の運動で限定される前記閉鎖ループ路が、溶接材料（１７）を溶着 すべき前記領域（１２）を２回横切り、該領域（１２）を横切る前部パスと該領 域（１２）を横切る後部パスとを限定し、該後部パスが該領域（／２）に沿って 測定した際、前記溶接トーチ（、！Ｏ）に最も近い溶接システム（１０）。 １９、請求の範囲第１８項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記検出、解 析、制御用装置（３ｔ）が前記前部パスおよび後部パスの両者に対し溶接材料を 溶着すべき前記領域（１２）の位置を前記投射光線（乙のの単一のループサイク ルにおいて引き出す溶接システム（ｌの。 ２０、請求の範囲第１１項に記載の溶接システム（ｌのにおいて、前記光線（乙 のの前記ワークピース（／≠、１６）からの前記反射による光学的像を与える装 置（７７）を更に備え、該像の位置が前記投射光線（≦のに沿って測定する際、 前記光学走査組立体（２Ｋ）から該ワークピース（／ｌ　、　／＋）までの瞬間 的な距離にのみ殆んど依存する溶接システム（／の。 ２１、請求の範囲第１２＠に記載の溶接システム（／のにおいて、前記ワークピ ース（ｌｐ　、　ｌａ）からの前記反射によって回転を除去された光学的像を発 生する装置（７７）を備える溶接システム（ｌの。 ２２　請求の範囲第１１項に記載の溶接システム（／のにおいて、前記集中され た反射の位置を前記光線（乙のの運動に独立にする装置（７７）を更に備える溶 接システム（／）。 ２３、ワークピースの溝を検出する方法において、前記ワークピース上の焦点に 第１基準軸に沿って光線を投射し、前記溝には！直角に交差する閉鎖ループ路を 通して焦点を移動し、焦点から離れた位置で、前記第１基準軸から角変的に偏位 する第２基準軸に沿い焦点の反射された像を受取り、前記ループ路に沿う複数の 位置の焦点の反射された像を使用し焦点と前記領域との間の距離を示す電気信号 を発生する手順を備える方法。 ２毛　請求の範囲第２３項に記載の方法において、前記移動する手順が、前記第 １基準軸に平行な第３基準軸のまわりに所定の第１回転速度で前記光線を回転す る手順を有し、前記受取り手順が前記反射された像の回転を除去する手順を有す る方法。 ２５、請求の範囲第２４項に記載の方法において、前記回転を除去する手順が、 光学ドーププリズムを介して前記反射さｎた像を方向づけ、該ドーププリズムを 前記第３基準軸のまわりに第２回転速度で回転する手順を有し、該第２回転速度 が、前記第１回転速度よりも小さい方法。 ２６、請求の範囲第２５項に記載の方法において、前記受取り手順が前記点から 反射され前記光線から由来するもの以外の光波を殆んど遮断する手順を有する方 法。 ２７、請求の範囲第２４項に記載の方法において、前記受取り手順が、前記第３ 基準軸に沿い前記領域からの前記反射される像を方向づける手順を有する方法。 ２＆　請求の範囲第２３項に記載の方法において、前記溝の位置の変化に応答し て前記閉鎖ループの中心を移動し、該溝のは賃上に該閉鎖ループの中心を維持す る手順を更に備える方法。