JP2018001220A - 下向き溶接における溶接条件作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】下向き溶接における溶接条件を適切に設定する。【解決手段】本発明の下向き溶接における溶接条件作成方法は、溶接ロボットを用いて、Ｖ型開先、レ型開先、すみ肉開先を下向き溶接で溶接する際の溶接条件を決定する方法であって、溶接条件を決定するための計算に使用するパラメータとして、複数のパラメータを有する条件Ａと、複数のパラメータを有する条件Ｂを用意しておき、条件Ａは、継手形状、開先形状、開先角度、ギャップ幅、裏当ての有無の少なくとも１つ以上のパラメータを有し、条件Ｂは、溶接時におけるガス種類、溶接ワイヤ径、溶接ワイヤ種類、溶接ワイヤの突出長さ、溶接電源の種類、電源特性、トーチの種類の少なくとも１つ以上のパラメータを有していて、条件Ａから得られるパラメータと、条件Ｂから得られるパラメータを組み合わせると共に、その組み合わせを切り替えることにより溶接条件を作成する。【選択図】図１

Description

本発明は、下向き溶接における溶接条件作成方法に関する。

ワークに対して自動的に溶接を行う溶接ロボットにおいては、この溶接ロボット（例えば多関節ロボット）の先端部分に、溶接トーチ等を備えたツールが取り付けられている。このような溶接ロボットの動作を制御するコントローラには、溶接ロボットを操作するための教示ペンダント（操作装置）が接続されているのが一般的である。
教示ペンダントは、可搬型の操作装置であり、主として、手動操作によって溶接ロボットを実際に動作させることによって、ワークに対するツールの移動経路及び位置などを教示する。加えて、溶接条件なども、この教示ペンダントを通じて教示される。

教示ペンダントを通じて教示される溶接条件は、多岐にわたり、例えば、母材の形状、継手形状、溶接姿勢、溶接狙い位置（トーチ狙い位置）などがある。これらの溶接条件を最適なものとすることは、最良な溶接を行うために必要不可欠である。特に下向き溶接においては、適切な溶接条件を作成した上で設定することは非常に重要であるものの、熟練した作業者であればともかく、経験の浅い作業者にとっては、最適な溶接条件を作成、決定する作業は困難なことが多い。

例えば、特許文献１には、アーク溶接の溶接条件を選定するに当り、オペレータの指令により操作部から溶接条件を選定して必要な情報である被溶接材、開先形状、溶接姿勢、溶接法、及び溶材を設定することが開示されている。

特開平６−１２６４５３号公報

溶接を行うに際しては、多種多様な溶接条件を決定し設定する必要があり、前述した通り、経験の浅い作業者にとっては、最適な溶接条件を作成、決定することは困難なことが多い。
ところが、特許文献１に開示された技術は、このような状況を解決する技術とはなっておらず、この技術を適用したとしても、下向き溶接における溶接条件を適切に作成、決定できるか甚だ疑問が残る。

そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、下向き溶接における溶接条件を適切に設定するための溶接条件作成方法を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明においては以下の技術的手段を講じた。
本発明にかかる下向き溶接における溶接条件作成方法は、溶接ロボットを用いて、Ｖ型開先、レ型開先、すみ肉開先を下向き溶接で溶接する際の溶接条件を決定する方法であって、前記溶接条件を決定するための計算に使用するパラメータとして、複数のパラメータを有する条件Ａと、複数のパラメータを有する条件Ｂを用意しておき、前記条件Ａは、継手形状、開先形状、開先角度、ギャップ幅、裏当ての有無の少なくとも１つ以上のパラメータを有し、前記条件Ｂは、溶接時におけるガス種類、溶接ワイヤ径、溶接ワイヤ種類、溶接ワイヤの突出長さ、溶接電源の種類、電源特性、トーチの種類の少なくとも１つ以上のパラメータを有していて、前記条件Ａから得られるパラメータと、前記条件Ｂから得られるパラメータを組み合わせると共に、その組み合わせを切り替えることにより溶接条件を作成することを特徴とする。

好ましくは、前記条件Ａが有するパラメータであるギャップ幅は、０ｍｍ以上所定閾値以下の範囲と、所定閾値以上最大ギャップ幅以下の範囲との２つの範囲の間で切り替えるようにするとよい。
好ましくは、前記条件Ｂが有するパラメータである溶接ワイヤ種類及び溶接電源に関して、前記溶接ワイヤ種類は、ワイヤ規格が同じであれば同一パラメータとして選定し、前記溶接電源は、電源特性が同じと見做せるのであれば同一パラメータとして選定するとよい。

好ましくは、前記条件Ｂは、パラメータとして溶着量を有しており、前記溶着量が、最大余盛り量を考慮した最大溶着量と余盛り無しの最小溶着量の範囲に入ると共に、前記最大溶着量と最小溶着量の間の値以上であって最大溶着量以下の範囲に入るようにするとよい。
好ましくは、前記条件Ｂは、パラメータとして所定のワイヤ供給速度となる目標の溶接電流と溶接速度とを有しており、前記溶接電流と溶接速度の組み合わせを決定するに際しては、溶接の第１層目においては、前述の技術により決定されたパラメータに基づいて、前記溶接電流と溶接速度の組み合わせを決定するとよい。

好ましくは、溶接の第２層目以降においては、前述した技術にて決定された第１層目における溶接電流に対して、所定量もしくは所定量範囲内で変更した電流値を共通電流とし、溶接速度は、Ｖi＝Ｖi-1ーΔＶ（ΔＶは決められた範囲）とし、Ｖ最大速度≧Ｖ２＞…＞Ｖｎ≧Ｖ最低速度となり、かつ速度差は広げないという制約、V(i)-V(i+1)≧V(i+1)-V(i+2) （i=i0,…：i0は１もしくは２）により決定するとよい。

好ましくは、溶接を行うに際して、溶接の層を積層するごとに残りの積層断面積を台形近似した形状で計算し、台形の底辺長さが、所定量を超えるごとに、層の振り分け数を追加するとよい。
好ましくは、上記した技術において決定された層の振り分け数の追加を実際の溶接に適用した際には、溶接速度を上記したＶ２となる条件に戻すとよい。

好ましくは、上記した方法により、溶接において層の振り分けを行った際には、層の振分け後の同じ層に対する溶接電流と溶接速度とはそれぞれ同じとするとよい。
好ましくは、溶接狙い位置として、第１層目は、底部のルート原点位置高さｘに対して、狙い位置高さｙ＝ｘ＋ｂ0なる１次式で決定するとよい。
好ましくは、溶接狙い位置として、第２層目以降は、既に溶接された溶着高さｘに対して、狙い位置高さｙ＝ｘ＋ｂ1なる傾き１となる１次式で決定するとよい。

好ましくは、前記条件Ｂは、パラメータとしてウィービング幅を有しており、前記ウィービング幅は、上記した技術で計算された近似台形の底辺長に対して、所定のオフセット量を加減算するとよい。
好ましくは、上記した方法を行うに際しては、第１層目は予め決定された値を使用するとよい。

好ましくは、上記した方法を行うに際しては、第２層目と第３層目以降で所定のオフセット量を異なるものとするとよい。
好ましくは、上記した方法を行うに際しては、「振り幅＝（底辺長＋オフセット量＋振分けラップ量×（振分け回数ー１））／振分け回数」の式より算出されるウィービング幅を使用するとよい。

好ましくは、前記条件Ｂは、パラメータとしてウィービング回数とウィービングにおける端停止時間とを有しており、第１層目および２第層目は、前記ウィービング回数と前記端停止時間に関して、予め決められた値を採用するとよい。
好ましくは、溶接ビード上に形成される波形の波長が、所定範囲を逸脱する場合は、前記波長が所定の範囲に入るように、ウィービング回数を所定の刻み幅で調整するとよい。

好ましくは、前記ウィービング振幅とウィービング回数とをもとに、前記端停止時間を決定するとよい。
好ましくは、前記条件Ａ及び前記条件Ｂが有するパラメータを、過去の溶接実績により学習することで決定乃至は更新するとよい。

本発明の技術によれば、経験の浅い作業者であっても、下向き溶接における最適な溶接条件を作成することが可能となる。

溶接ロボットシステムの概略構成図である。 様々な形状における溶接断面を示した図である。 １層を１パスで溶接する際と、１層を２パスに振り分けて溶接する際のモデルを示した図である。 振幅幅と回数に対する端停止時間の関係を示した図である（実データとモデル）。 開先断面係数に関して説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態による溶接ロボットシステム１（以下、単にロボットシステム１という）を説明する。
まず、図１を参照しながら、本実施形態によるロボットシステム１の全体構成を説明する。
図１に示すように、ロボットシステム１は、溶接ロボット２と、教示ペンダント３を有する制御装置４と、パソコン５とを含む。

溶接ロボット２は、例えば垂直多関節型の６軸の産業用ロボットであり、その先端に設けられたフランジ部に溶接トーチなどから構成される溶接ツール６が取り付けられている。この溶接ロボット２は、溶接ロボット２自体を搭載し移動させるスライダ（図示せず）に搭載されていてもよい。
制御装置４は、教示ペンダント３から出力された溶接ロボット２の動作方向を指示する操作指示情報を基に溶接ロボット２に対して動作指示を出力すると共に、溶接ロボット２に対する動作指示を予め教示されたプログラム（教示プログラム）に従って出力することで溶接ロボット２の動作を制御するものである。なお、操作指示情報は、教示ペンダント３に設けられた操作ボタンの操作によって設定される。

教示プログラムは、制御装置４に接続された教示ペンダント３を使用して作成する場合や、パソコン５を利用したオフライン教示システムを使用して作成する場合がある。いずれの場合であっても、教示プログラムは、溶接ロボット２が実際に溶接作業を行う前に予め作成されて、溶接作業中の溶接ロボット２の動作を指示するものである。パソコン５によりオフラインで作成された教示プログラムは、磁気的又は電気的にデータを記憶した媒体等を介して制御装置４に受渡しされたり、データ通信により制御装置４に転送されたりする。

パソコン５、すなわちオフライン教示システムは、表示装置としてグラフィック表示可能なディスプレイを備え、入力装置としてキーボードやマウスを備える。また、ワークのＣＡＤ情報を取込むために、読取装置又は通信装置が設けられている。
上述のとおり、本実施形態によるロボットシステム１では、教示ペンダント３やパソコン５を用いて教示プログラムが作成される。この教示プログラムの作成を教示作業というが、教示作業に限らず溶接ロボット２を操作する際には、教示ペンダント３を持つオペレータは、溶接ツール６の稼働範囲外に立って作業を行う。

さて、この教示ペンダント３を介して設定する溶接条件は、多岐にわたり、例えば、母材の形状、継手形状、溶接姿勢（母材の角度）、溶接狙い位置（トーチ狙い位置）などを教示ペンダント３に備えられた入力キーを使用して、入力することとなる。
以下、本発明では、教示ペンダント３を介して設定する溶接条件の適切な作成方法、特に、下向き溶接における溶接条件の作成方法をそれぞれの場合について、説明する。
［溶接条件の作成方法１］
まず、溶接条件の作成を行うにあたり、対象とする階層区分であるが、条件Ａとして、対象とする継手及び開先形状パラメータとして、(1)下向きすみ肉、(2)下向きＶ開先、(3)下向きレ型の区分のいずれか、開先角度、ギャップ幅、裏当ての有無などを有するものとする。また、条件Ｂとして、溶接諸元に関するパラメータとして、ガス種、ワイヤ径、ワイヤ種類（銘柄/規格）、ワイヤ突出長さ、溶接電源（型番）、電源特性（パルス／定電圧）、トーチ（シングル／タンデム）などを有するものとする。

その上で、下向き溶接における溶接条件（各種パラメータ）は、条件Ａに含まれる諸元（(1)〜(3)の区分と、開先角度と、ギャップ幅と、裏当ての有無）と、条件Ｂに含まれる溶接諸元の組み合わせで決定される。
ギャップ幅は、梨割れの発生有無を考慮し、例えば３ｍｍ以下と３ｍｍ以上で条件を分岐するため、０ｍｍと５ｍｍの２条件を保有するなどとしておく。また、本明細書では、全て裏当て金属有での条件例を示している。

溶接諸元については、本明細書ではよく使われる標準条件、「Ar-CO2、φ1.2、MG50-R、突出長22ｍｍ、AB500、定電圧、シングル」での実際の条件での作成例を示すが、溶接条件作成のためのパラメータはこの溶接諸元毎に持っておく。
例えば、一致する溶接諸元が無い場合は、ワイヤ種類に関しては銘柄をワイヤ規格で置き換え、溶接電源に関しては電源特性など同種と見做せる項目が一致する条件を選択する。このことは、逆に言うと、ガス種、ワイヤ径、突出し長さ、トーチは一致させる必要があることを意味する。

さて、前提として、条件Ｂのパラメータが決まると、ワイヤ供給速度と目標溶接電流の関係が決定され、ワイヤ供給速度と適正な溶接電圧値も決定できる。この関係にはテーブルや計算式などが用いられる。したがって、条件Ｂのパラメータのもと、溶接電流と溶接速度が決まれば、単位時間当たりの溶着量が計算でき、溶着断面積が計算できる。
すなわち、条件Ｂは、いわゆる溶融パラメータと呼ばれる条件を決定する必要十分な項目である。とはいえ、本明細書に示す条件Ｂのパラメータの項目は、アーク溶接における一例である。

なお、本明細書では、溶接条件として自動計算する対象項目は、以下の項目とする。
(1)層数およびパス数
(2)各層およびパスでの溶接電流と溶接速度
(3)各層およびパスでの狙い位置
(4)各層およびパスでのウィービング条件（幅、回数、端停止時間）
また、数値の計算分解能としては本明細書では以下の刻みで計算する事例を示す。

溶接電流：１０Ａ、溶接速度：１ｃｍ／分、狙い位置・ウィービング幅：１ｍｍ、
ウィービング回数：５回／分、ウィービング端停止時間：０．１秒
このような自動計算において、本発明では、条件Ａから得られるパラメータと、条件Ｂから得られるパラメータを組み合わせると共に、その組み合わせを切り替えることにより、その溶接条件を作成することとしている。

次に、継手及び開先形状の種別ごとの幾何学的パラメータの選定について述べる。
すなわち、継手及び開先形状「(1)下向きすみ肉、又は(2)下向きＶ開先、又は(3)下向きレ型」の種別に応じて、板厚、開先角度（左角度、右角度）、開先深さ、ルートフェース、脚長、ギャップなどの部材と溶着量の幾何的な形状が決定できるパラメータがあり、それらを図２のように定義する。

継手及び開先形状の幾何学的パラメータが決まった後は、モデル化（溶接モデル）を構築する。その考え方について、説明する。
まず、溶接における層数とパス数の考え方であるが、最初に、余盛りを含めた総溶着量を計算し、ルートギャップに相当するルート部の面積と、底辺をギャップ幅とし開先角度が同じとなる等価台形を計算し、上辺および高さを計算する。

Ｔ型継手すみ肉の場合は、ルートギャップに相当するルート部の面積と、ギャップ幅を０と見做した底辺０の等価台形、すなわち図２に示すような三角形の高さと底辺（等価台形の上辺）を計算する。本明細書ではこの形状も底辺０の等価台形として扱う。
その後、後述する初層（第１層）の電流と溶接速度により充填される溶着断面積をルート部および等価台形の底辺側から減じた残りの溶着すべき台形形状を算出する。

算出した等価台形高さと１層あたりの最小溶着高さおよび最大溶着高さから、層数の取りうる範囲を暫定的に計算し、探索すべき層数範囲を事前に取得しておく。
さらに、後述する方法で電流と溶接速度の組み合わせを決定し、電流より決定されるワイヤ供給速度から溶着量を計算し、等価台形形状より溶着断面積を減じた残りの等価台形形状をその都度計算する。

その際、埋めるべき等価台形形状の底辺長さが、所定値を超えた場合にパス振分けを行うルールとする。具体的には標準条件にて、等価台形の底辺長さが２５ｍｍを超えると２パス振分け、３８ｍｍを超えると３パス振分け、以降１３ｍｍ増えるごとに振分け回数を増やす。
このようにすることで、最適な溶接条件（層数とパス数）を決定することができる。

次に、溶接における電流と溶接速度の考え方について述べる。
まず、初層（第１層目、１パス目）は、条件Ａ：「継手及び開先形状＋開先角度＋ギャップ幅＋裏当て有無」によって梨割れの起きない溶接条件が決定される。この梨割れしない条件をパラメータとして保有しておき、初層の電流Ｉ１と溶接速度Ｖ１は一意に決める。ギャップ幅はこの観点から、３ｍｍ以下と３ｍｍ以上で条件を切り替え可能なように、ギャップ０の条件とギャップ５ｍｍの条件を保有しておき、実際の対象ギャップに応じて、使用する条件を切り替える。ただし、開先角度や形状によっては、電流値および溶接速度に範囲指定を可能とし、その範囲での全ての組み合わせを探索することも可能である。

例として、（Ｖ1，Ｉ1）＝（２８，３００）、（２９，３００）、（３０，３００）
次に、２層目以降は、初層電流Ｉ１＜共通電流Ｉｃとなる電流を、共通電流Ｉｃとする。共通電流Ｉｃは、Ｉｃ＝Ｉ１＋ΔＩ、ΔＩは範囲指定されたパラメータであり、具体的には１０〜３０Ａである。溶接速度は、Ｖi＝Ｖi-1ーΔV （例：ΔV＝２〜５ｃｍ/分）となるよう層が進むにつれ一定の範囲で遅くする。すなわち、
Ｖ最大速度≧Ｖ２＞…＞Ｖｎ≧Ｖ最低速度
その後、２層目以降の溶接速度については、速度差は広げないという制約を設ける。

V(i)-V(i+1)≧V(i+1)-V(i+2) （i=i0,…）
i0＝１ … 初層と２層目もこのルールに従う。
i0＝2 … ２層目以降がこのルールに従う。
パス振分けが実行された後は、溶接速度はＶ２となる条件を満たす溶接速度から選択する。この際、パス振分けされた同層は、電流および溶接速度は同じとする。

探索結果として、溶着量が十分あるときは、最終層を所定の範囲となるように、共通電流値Icに対して１０〜２０Ａ程度減じる調整をしてもよい。この点、人の調整代として残しているが、システムとして対応可能なパラメータを用意している。
このようにすることで、最適な溶接条件（電流と溶接速度）を決定することができる。
以上述べたように、「層数とパス数の考え方」と「電流と溶接速度の決定方法」に従い、各層およびパスに電流と溶接速度として取り得る可能な組み合わせを適用し、最大溶着量に対して、適用した場合の総溶着量が適正な範囲に入れば、条件候補として格納しておく。全ての組み合わせを探索し終わった後、複数の条件候補に対して、総パス数やタクトタイムなどの観点から優先順位をつけ、最善候補を選択・決定する。

続いて、溶接における狙い位置とウィービング幅、回数、端停止時間の考え方について述べる。
まず、上下狙い位置に関してであるが、累積溶着高さに対して、上下狙い位置は、
初層 ：Ｙ＝Ｘ＋ｂ0
２層目以降 ：Ｙ＝Ｘ＋ｂ1
という直線式で上下シフト量をモデル化し、決定する。

なおこの手法では、初層（第１層）はトーチの干渉などにより高さ０の原点から浮いた位置を狙っている。２層目以降は、計算された溶着高さに対して、一律のオフセットを持たせる傾き１の直線とする。
ここで、ｂ0，ｂ1を各開先形状に応じて回帰計算で学習するなどして決定している。決定方法としては、１変数なので以下の式となる。

b0の導出式：b0=(ΣYi-ΣXi)/n
b1の導出式：b1=(ΣYi-ΣXi)/n （ｎ個のデータがある場合）
また、左右狙い位置に関してであるが、位置はウィービング幅の中心とする。
次に、溶接におけるウィービング幅と左右狙い位置の考え方について述べる。
ウィービング幅と左右狙い位置の条件を決定する際のモデルは、以下のようにする。

まず、１層１パスの時と１層２パス振分けの時のモデルは、図３のようにする。加えて、初層は、条件Ａごとに定められた指定値とする。２層目は、「振り幅＝（等価台形の）底辺長＋オフセット量」とする。３層目以降は、オフセット量を共通化するため、以下のような式にする。
振り幅＝（底辺長＋オフセット量＋振分けラップ量×（振分け回数ー１））／振分け回数
上記の計算式で振り幅をモデル化し、決定する。

次に、溶接におけるウィービング回数と端停止時間の考え方について述べる。
まず、初層の条件として、基本は、所定の固定条件（例：回数１２０回、端停止時間０秒）とする。ただし、波長＝溶接速度／回数＞所定閾値（例：０．３３）を超える時、回数を＋２０ずつ増やして所定閾値以下となるように調整する。
次に、最終層を除く２層目も、所定の固定条件（例：回数６０回、端停止時間０．２秒）とし、３層目以降は、波長が所定の範囲（例：０．３２５〜０．５３３）に入るように回数をある範囲（例：４０〜８０回）の間で調整する。

一方、端停止時間の設定としては、０．２秒と０．１秒および０秒の境界を図４のような振幅と回数に基づいた境界を設定し、これに従って端停止時間を設定する。図４の事例では、０．２秒と０．１秒の境界は、
（振幅、回数）＝（２０、４０）−（１０、６０）を通る直線とする。
また、６０回を超えるウィービングは振幅に関係なく端停止０秒とする。これらの境界値の決定は、ＳＶＭなどの学習手法を用いて決定する。

以上述べたモデル化の考えを基に、以下の手順にて、溶接条件を求める計算を行う。
具体的には、まず、
(1) 対象となる継手形状及び開先形状および寸法値を入力。すなわち、使用する計算パラメータを取得する。
(2) 適正な最大余盛り量を対象とする継手＆開先形状に応じて計算する。この全溶着量と溶着断面積が等価な底辺および開先角度が等しい等価台形を考え、上辺と高さを算出する。
(3) 開始パスの電流、速度の候補数をすべて抽出する。

例えば、（Ｖ1，Ｉ1）＝（２８，３００）、（２９，３００）、（３０，３００）
(4) 初層条件候補の中から初層条件を選択する。（Ｖ1，Ｉ1）
(5) 初層条件で溶接した時の、１パス目の溶着量、溶着形状などを計算し、残りの溶着断面積となる等価台形を算出し、最小溶着高さおよび最大溶着高さから、積層される層数の最小数〜最大数を算出する。
(6) 共通電流Ｉｃの候補をＩ１より作成する。（例：Ｉｃ＝Ｉ１＋１０〜３０）
(7) 共通電流Ｉｃを電流候補より１つ選択し、最大溶着量とＩｃより最低溶接速度Ｖlowを計算する。
(8) 溶接速度の候補を制約条件から、１つ選択し、溶着量、溶着形状などを計算し、残りの溶着断面積となる等価台形を算出する。
(9) 溶着量が、総溶着量に対する目標範囲内となれば計算を抜け、次の候補条件（溶接速度候補、共通電流、初層条件）で探索計算を続ける。
(9)’探索する最大層数に達したにもかかわらず溶着量が目標範囲外ならば終了し、次の候補条件で探索計算を続ける。
(10) 探索終了後、複数の候補の中から、推奨値やパス数、作業速度の観点から作成された評価関数のスコアが最大値のものを結果として提示する。

以上述べた下向き溶接における溶接条件作成方法を行うことで、経験の浅い作業者であっても、下向き溶接における最適な溶接条件を作成することが可能となる。
［溶接条件の作成方法２］
次に、下向き溶接における溶接条件の作成方法を、学習により決定することについて説明を行う。

溶接に用いるパラメータの学習であるが、以下の点に留意しつつ学習を進めることとする。
まず、溶接における最終層にてルールを逸脱して調整している事例を学習データとして使用しないなど、学習されたパラメータに対して、適正な値範囲に設定しなおすなどの必要があるケースがあるが、ほぼルール通りに作られている場合はあまり気にする必要はない。なお、速度差範囲などが大きくなると、探索空間が無駄に大きくなり、計算時間が長大化するので、機械的に最小〜最大を設定せず、ヒストグラムなどを確認しながら、例外を抜きつつ、最適な値を設定する必要性がある。

具体的には、次の点に留意しつつパラメータの学習を行うと共に、具体的な溶接条件の作成、決定を行う。
パラメータ学習を行うにあたってのウィービング幅であるが、
(1)初層（１層）は、指定値とする。
ギャップありの時は、ギャップ幅〜ギャップ幅−１程度、
ギャップ無しの時は、２（開先角度４５以下）〜４（開先角度９０）
(2)２層目は、「振り幅＝下面長＋オフセット量」とする。
(3)３層目以降は、オフセット量を共通化するため、以下のような式にする。

振り幅＝（下面長＋オフセット量＋振分けラップ量×（振分け回数ー１））／振分け回数」
２層目〜３層目は、上記のモデル式に従い既存データから簡単な回帰計算でパラメータを求める。
次に、パラメータ学習を行うにあたっての上下シフト位置であるが、溶着高さＸとすると、以下の計算値の四捨五入した整数値とする。なお、a0やa1は固定値で不要であるが拡張性を考え、変更できるようにしておく。

初層 ：Y＝a0・X＋b0
３層以降 ：Y＝a1・X＋b1
ここで、b0、b1は回帰計算（最小二乗）にて求める。１変数なので以下の式となる。
b0の導出式：b0=(ΣYi-ΣXi)/n
b1の導出式：b1=(ΣYi-ΣXi)/n （ｎ個のデータがある場合）
これらも既存データから回帰計算などにより簡単にパラメータを求める事が出来る。

次に、パラメータ学習を行うにあたってのウィービング回数と端停止であるが、初層および２層目は、それぞれ固定パラメータとする。ただし、波長＝溶接速度／回数＞所定閾値（例：０．３３）を超える時は、回数を調整して所定閾値以下となるようにする。
２層目の波長≧３層目の波長≧…≧ と徐々に細かくなるように調整する。凸凹させない。

３層目以降は、振幅と回数の関係を元に、端停止時間０．１秒と０．２秒の境界および端停止時間０秒とする境界をＳＶＭなどの学習などにより決定する。図４の例では、（振幅、回数）＝（２０、４０）−（１０、６０）を通る直線と、回数６０回の境界にて、端停止時間を変更する境界を示している。
以上のような条件のもと、条件Ａ及び条件Ｂが有するパラメータを、過去の溶接実績により学習することで決定乃至は更新し、より最適な溶接条件を求めるようにすると、より適切な溶接条件を作成し決定することが可能となる。

ところで、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。特に、今回開示された実施形態において、明示的に開示されていない事項、例えば、動作条件や測定条件、各種パラメータ、構成物の寸法、重量、体積などは、当業者が通常実施する範囲を逸脱するものではなく、通常の当業者であれば、容易に想定することが可能な値を採用している。

１ ロボットシステム
２ 溶接ロボット
３ 教示ペンダント
４ 制御装置
５ パソコン
６ 溶接ツール

Claims (19)

1. 溶接ロボットを用いて、Ｖ型開先、レ型開先、すみ肉開先を下向き溶接で溶接する際の溶接条件を決定する方法であって、
   前記溶接条件を決定するための計算に使用するパラメータとして、複数のパラメータを有する条件Ａと、複数のパラメータを有する条件Ｂを用意しておき、
   前記条件Ａは、継手形状、開先形状、開先角度、ギャップ幅、裏当ての有無の少なくとも１つ以上のパラメータを有し、
   前記条件Ｂは、溶接時におけるガス種類、溶接ワイヤ径、溶接ワイヤ種類、溶接ワイヤの突出長さ、溶接電源の種類、電源特性、トーチの種類の少なくとも１つ以上のパラメータを有していて、
   前記条件Ａから得られるパラメータと、前記条件Ｂから得られるパラメータを組み合わせると共に、その組み合わせを切り替えることにより溶接条件を作成する
   ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
2. 前記条件Ａが有するパラメータであるギャップ幅は、０ｍｍ以上所定閾値以下の範囲と、所定閾値以上最大ギャップ幅以下の範囲との２つの範囲の間で切り替えるようにしている
   ことを特徴とする請求項１に記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。
3. 前記条件Ｂが有するパラメータである溶接ワイヤ種類及び溶接電源に関して、
   前記溶接ワイヤ種類は、ワイヤ規格が同じであれば同一パラメータとして選定し、前記溶接電源は、電源特性が同じと見做せるのであれば同一パラメータとして選定する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。
4. 前記条件Ｂは、パラメータとして溶着量を有しており、
   前記溶着量が、最大余盛り量を考慮した最大溶着量と余盛り無しの最小溶着量の範囲に入ると共に、前記最大溶着量と最小溶着量の間の値以上であって最大溶着量以下の範囲に入るようにする
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。
5. 前記条件Ｂは、パラメータとして所定のワイヤ供給速度となる目標の溶接電流と溶接速度とを有しており、前記溶接電流と溶接速度の組み合わせを決定するに際しては、
   溶接の第１層目においては、請求項１〜３のいずれかに記載された方法により決定されたパラメータに基づいて、前記溶接電流と溶接速度の組み合わせを決定する
   ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
6. 溶接の第２層目以降においては、
   請求項５にて決定された第１層目における溶接電流に対して、所定量もしくは所定量範囲内で変更した電流値を共通電流とし、
   溶接速度は、Ｖi＝Ｖi-1ーΔＶ（ΔＶは決められた範囲）とし、
   Ｖ最大速度≧Ｖ２＞…＞Ｖｎ≧Ｖ最低速度
   となり、かつ速度差は広げないという制約
   V(i)-V(i+1)≧V(i+1)-V(i+2) （i=i0,…：i0は１もしくは２）
   により決定する
   ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
7. 溶接を行うに際して、溶接の層を積層するごとに残りの積層断面積を台形近似した形状で計算し、台形の底辺長さが、所定量を超えるごとに、層の振り分け数を追加する
   ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
8. 請求項７において決定された層の振り分け数の追加を実際の溶接に適用した際には、溶接速度を請求項６に記載されたＶ２となる条件に戻す
   ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
9. 請求項７又は８に記載された方法により、溶接において層の振り分けを行った際には、層の振分け後の同じ層に対する溶接電流と溶接速度とはそれぞれ同じとする
   ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
10. 溶接狙い位置として、第１層目は、底部のルート原点位置高さｘに対して、狙い位置高さｙ＝ｘ＋ｂ0なる１次式で決定する
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。
11. 溶接狙い位置として、第２層目以降は、既に溶接された溶着高さｘに対して、狙い位置高さｙ＝ｘ＋ｂ1なる傾き１となる１次式で決定する
    ことを特徴とする請求項１０に記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。
12. 前記条件Ｂは、パラメータとしてウィービング幅を有しており、
    前記ウィービング幅は、請求項７〜１１のいずれかで計算された近似台形の底辺長に対して、所定のオフセット量を加減算する
    ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
13. 請求項１２に記載された方法を行うに際しては、第１層目は予め決定された値を使用する
    ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
14. 請求項１２又は１３に記載された方法を行うに際しては、第２層目と第３層目以降で所定のオフセット量を異なる
    ことを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
15. 請求項１２〜１４のいずれかに記載された方法を行うに際しては、以下の式より算出されるウィービング幅を使用することを特徴とする下向き溶接における溶接条件作成方法。
    振り幅＝（底辺長＋オフセット量＋振分けラップ量×（振分け回数ー１））／振分け回数
16. 前記条件Ｂは、パラメータとしてウィービング回数とウィービングにおける端停止時間とを有しており、
    第１層目および２第層目は、前記ウィービング回数と前記端停止時間に関して、予め決められた値を採用する
    ことを特徴とする請求項１〜１５のいずれかに記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。
17. 溶接ビード上に形成される波形の波長が、所定範囲を逸脱する場合は、前記波長が所定の範囲に入るように、ウィービング回数を所定の刻み幅で調整する
    ことを特徴とする請求項１〜１６のいずれかに記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。
18. 前記ウィービング振幅とウィービング回数とをもとに、前記端停止時間を決定する
    ことを特徴とする請求項１６又は１７に記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。
19. 前記条件Ａ及び前記条件Ｂが有するパラメータを、過去の溶接実績により学習することで決定乃至は更新する
    ことを特徴とする請求項１〜１８のいずれかに記載の下向き溶接における溶接条件作成方法。