JP2020075266A - 調整装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アークエンド条件又はアークスタート条件を自動的に最適化することができる調整装置を提供する。【解決手段】溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させて母材を溶接する消耗電極式アーク溶接のアークエンド条件を調整する調整装置５であって、一の溶接工程終了時における溶接ワイヤの先端部及び母材を撮像して得られる画像データを取得するアークエンド画像取得部５３ａと、一の溶接工程終了時における溶接電流の供給方法を示すアークエンド条件を取得するアークエンド条件取得部５３ｂと、一の溶接工程の次溶接工程における溶接開始の成否を評価するアークスタート評価部５２と、取得した画像データ、アークエンド条件及びアークスタートの成否に基づいて、少なくともアークスタートが可能なアークエンド条件を調整するエンド条件調整部５４とを備える。【選択図】図１

Description

本発明は、アークエンド条件又はアークスタート条件を調整する調整装置に関する。

溶接方法の一つに、消耗電極式のガスシールドアーク溶接法がある。ガスシールドアーク溶接法は、母材の被溶接部に送給された溶接ワイヤと、母材との間にアークを発生させ、アークの熱によって母材を溶接する手法であり、特に高温になった母材の酸化を防ぐために、シールドガスを溶接部周辺に噴射しながら溶接を行うものである。

連続生産において、溶接ロボットを用いたアーク溶接を行う場合、溶接トーチを溶接開始位置に移動させた後、ワイヤスローダウンを開始し、溶接ワイヤが母材に接触するタイミングで所定のアークスタート電流を供給することによってアークを点火させる。また、溶接終了時に、溶接ワイヤに小電流パルスを供給して溶接ワイヤを一定時間燃え上がらせるアンチスティック処理が行われる（例えば、特許文献１）。アンチスティック処理を行う理由は次の通りである。ワイヤ送給機に停止信号が入力された後も、送給モータは慣性力によって溶接ワイヤを送給する。従って、溶接ワイヤが溶融池に進入し、溶融池が冷却すると溶接ワイヤの先端部が溶着金属に固着（スティック）してしまう。この固着を防ぐために、ワイヤ送給機に停止信号を入力した後、溶接電流値よりも小さい電流を通電することによって溶接ワイヤを溶融させて、溶接ワイヤが溶融池に進入することを防止する必要がある。

特開２０１５−６６７５号公報

ところで、アークエンド時の電流供給方法を示すアークエンド条件、アークスタート時の電流供給方法を示すアークスタート条件は、溶接電源の製造時に条件出しされるが、最適条件は実際の溶接電源の配置、溶接電源から引き回される電源ケーブルの長さ、母材及び溶接ワイヤの材質、種類等によって変動する。このため、溶接品質を担保するためには、現場で作業者、サービスマンが手作業で繰り返しアークエンド処理及びアークスタート処理を試行し、多数の試行結果から最適と思われる条件に設定する必要があった。環境に応じた条件出しには多大な労力を要している。

本発明の目的は、アークエンド条件又はアークスタート条件を自動的に最適化することができる調整装置を提供することにある。

本態様に係る調整装置は、溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させて該母材を溶接する消耗電極式アーク溶接のアークエンド条件を調整する調整装置であって、一の溶接工程終了時における前記溶接ワイヤの先端部及び前記母材を撮像して得られる画像データを取得する画像データ取得部と、前記一の溶接工程終了時におけるアークエンド条件を取得するアークエンド条件取得部と、前記一の溶接工程の次溶接工程における溶接開始の成否を示す成否データを取得する成否データ取得部と、前記画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークエンド条件取得部にて取得したアークエンド条件、及び前記成否データ取得部にて取得した成否データに基づいて、少なくともアークスタートが可能なアークエンド条件を調整するエンド条件調整部とを備える。

本態様によれば、エンド条件調整部は、一の溶接工程終了時における溶接ワイヤの先端部及び母材を撮像して得られる画像データと、現在のアークエンド条件と、溶接開始の成否に基づいて、アークエンド条件を調整する。
溶接終了時における溶接ワイヤ先端部及び母材の画像は、アークエンド処理の結果に関する情報が含まれている。例えば、画像データには、母材と溶接ワイヤ先端部との距離、溶接ワイヤの先端部の形状、溶接ワイヤ先端部に形成される粒状部分の大きさ等の情報が含まれる。
また、アークエンド条件及び画像データは、現在の溶接環境がどのようなものであるかを示す情報が得られる。アークエンド条件は、所定の溶接環境において条件出しされており、画像データから得られるアークエンド処理の結果は、当該溶接環境からの乖離を示していると言える。なお、アークエンド条件は、実質的にアークエンド条件を示す情報であれば、そのデータ形式は特に限定されるものでは無い。例えば、アークエンド処理時の溶接電流又は溶接電圧をアークエンド条件として用いても良い。
更に、アークスタートの成否も、現在の溶接環境がどのようなものであるかを示す情報である。所定の溶接環境において最適とされていた溶接ワイヤの先端部の形状、粒状部分の大きさとなるように調整しても、実際の溶接環境においては、アークスタートが可能な状態とならないことがある。
エンド条件調整部は、上記の画像データ、アークエンド条件、成否データを活用することによって、実際の溶接環境に適したアークエンド条件に調整することができる。

本態様に係る調整装置は、前記エンド条件調整部は、前記画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークエンド条件取得部にて取得したアークエンド条件、前記成否データ取得部にて取得した成否データが入力された場合、前記アークエンド条件の調整量に対する評価値を出力する評価ニューラルネットワークと、該評価ニューラルネットワークから出力される評価値に基づいて調整量を選択する調整量選択部とを備える。

本態様によれば、強化学習された評価ニューラルネットワークを用いることにより、評価値に応じた調整量にてアークエンド条件を調整することができる。適切かつ効率的にアークエンド条件を調整することができる。

本態様に係る調整装置は、前記エンド条件調整部による調整結果に対する報酬を算出する報酬算出部と、前記画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークエンド条件取得部にて取得したアークエンド条件、前記成否データ取得部にて取得した成否データ、前記アークエンド条件の調整量、及び前記報酬算出部にて算出された報酬に基づいて、前記評価ニューラルネットワークを学習させる強化学習部とを備える。

本態様によれば、より効率的にアークエンド条件を調整することができるように、評価ニューラルネットワークを強化学習させることができる。

本態様に係る調整装置は、アークスタート時、前記溶接ワイヤが燃え上がったときに撮像して得られる画像データを取得する第２の画像データ取得部と、アークスタート条件を取得するアークスタート条件取得部と、前記第２の画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークスタート条件取得部にて取得したアークスタート条件、及び前記成否データ取得部にて取得した成否データに基づいて、少なくともアークスタートが可能なアークスタート条件を調整するスタート条件調整部とを備える。

本態様によれば、スタート条件調整部は、アークスタート時、溶接ワイヤが燃え上がったときに撮像して得られる画像データと、アークスタート条件と、前回の溶接開始の成否に基づいて、アークスタート条件を調整する。なお、アークスタート条件の調整に用いる画像データは、１枚の画像データであっても良いし、複数枚の画像データであっても良い。アークスタート時、溶接ワイヤが燃え上がったときの画像は、アークスタート時の溶接環境がどのようなものであるかを示す情報を含む。
スタート条件調整部は、上記画像データ、アークスタート条件及び成否データを活用することによって、実際の溶接環境に適したアークスタート条件に調整することができる。

本態様に係る調整装置は、前記スタート条件調整部は、前記第２の画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークスタート条件取得部にて取得したアークスタート条件、前記成否データ取得部にて取得した成否データが入力された場合、前記アークスタート条件の調整量に対する評価値を出力する第２の評価ニューラルネットワークと、該第２の評価ニューラルネットワークから出力される評価値に基づいて調整量を選択する第２の調整量選択部とを備える。

本態様によれば、強化学習された評価ニューラルネットワークを用いることにより、評価値に応じた調整量にてアークスタート条件を調整することができる。適切かつ効率的にアークスタート条件を調整することができる。

本態様に係る調整装置は、前記スタート条件調整部による調整結果に対する報酬を算出する第２の報酬算出部と、前記第２の画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークスタート条件取得部にて取得したアークスタート条件、前記成否データ取得部にて取得した成否データ、前記アークスタート条件の調整量、及び前記第２の報酬算出部にて算出された報酬に基づいて、前記第２の評価ニューラルネットワークを学習させる第２の強化学習部とを備える。

本態様によれば、より効率的にアークスタート条件を調整することができるように、第２の評価ニューラルネットワークを強化学習させることができる。

本態様に係る調整装置は、溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させて該母材を溶接する消耗電極式アーク溶接のアークスタート条件を調整する調整装置であって、アークスタート時、溶接ワイヤが燃え上がったときに撮像して得られる画像データを取得する画像データ取得部と、アークスタート条件を取得するアークスタート条件取得部と、溶接開始の成否を示す成否データを取得する成否データ取得部と、前記画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークスタート条件取得部にて取得したアークスタート条件、及び前記成否データ取得部にて取得した成否データに基づいて、少なくともアークスタートが可能なアークスタート条件を調整するスタート条件調整部とを備える。

本態様によれば、スタート条件調整部は、アークスタート時、溶接ワイヤが燃え上がったときに撮像して得られる画像データと、アークスタート条件と、溶接開始の成否に基づいて、アークスタート条件を調整する。なお、アークスタート条件の調整に用いる画像データは、１枚の画像データであっても良いし、複数枚の画像データであっても良い。アークスタート時、溶接ワイヤが燃え上がったときの画像は、アークスタート時の溶接環境がどのようなものであるかを示す情報を含む。
スタート条件調整部は、上記画像データ、アークスタート条件及び成否データを活用することによって、実際の溶接環境に適したアークスタート条件に調整することができる。

本発明によれば、アークエンド条件又はアークスタート条件を自動的に最適化することができる。

実施形態に係るアーク溶接システムを示す模式図である。 実施形態に係る調整装置を示すブロック図である。 実施形態に係る調整装置を示す機能ブロック図である。 エンド条件調整部を示す機能ブロック図である。 第１評価ニューラルネットワークを示す模式図である。 アークエンド時に撮像して得られる画像を示す模式図である。 アークエンド条件及び調整量を示す説明図である。 スタート条件調整部を示す機能ブロック図である。 第２評価ニューラルネットワークを示す模式図である。 アークスタート時に撮像して得られる画像を示す模式図である。 アークスタート条件及び調整量を示す説明図である。

以下、本発明をその実施形態を示す図面に基づいて詳述する。また、以下に記載する実施形態の少なくとも一部を任意に組み合わせても良い。
図１は実施形態に係るアーク溶接システムを示す模式図である。本実施形態に係るアーク溶接システムは、消耗電極式のガスシールドアーク溶接機であり、溶接ロボット１、溶接電源２、制御装置３、撮像装置４及び調整装置５とを備える。調整装置５は制御装置３に設けられている。なお、作図及び説明の便宜上、調整装置５のユニットが制御装置３に含まれるものとして説明するが、制御装置３及び調整装置５は渾然一体の構成であっても良く、見かけ上、制御装置３のハードウェア及びソフトウェアが調整装置５の機能を実現しても良い。また、調整装置５は溶接電源２に設けても良いし、他の装置に設けても良い。更に、調整装置５の機能を複数の装置及びサーバで分散処理するように構成しても良い。

溶接ロボット１は、母材Ａのアーク溶接を自動で行うものである。溶接ロボット１は、床面の適宜箇所に固定される基部を備える。基部には、複数のアームが軸部を介して回動可能に連結しており、アームの先端部には溶接トーチ１１が保持されている。また、アームの適宜箇所にワイヤ送給装置１２が設けられている。各アームの連結部分にはモータが設けられており、モータの回転駆動力によって軸部を中心に各アームが回動する。モータの回転は制御装置３によって制御されている。制御装置３は、各アームを回動させることによって、母材Ａに対して溶接トーチ１１を上下前後左右に移動させることができる。また、各アームの連結部分には、アームの回動位置を示す信号を制御装置３へ出力するエンコーダが設けられており、制御装置３は、エンコーダから出力された信号に基づいて、溶接トーチ１１の位置を認識する。

溶接トーチ１１は、銅合金等の導電性材料からなり、溶接対象の母材Ａへ溶接ワイヤＷを案内すると共に、アークの発生に必要な溶接電流を供給する円筒形状のコンタクトチップを有する。溶接電流は溶接電源２から供給される。溶接ワイヤＷは、図示しないワイヤ供給源からワイヤ送給装置１２によって溶接トーチ１１に供給される。溶接ワイヤＷは、例えばソリッドワイヤであり、消耗電極として機能する。
コンタクトチップは、その内部を挿通する溶接ワイヤＷに接触し、溶接電流を溶接ワイヤＷに供給する。また、溶接トーチ１１は、コンタクトチップを囲繞する中空円筒形状をなし、先端の開口から母材Ａへシールドガスを噴射するノズルを有する。シールドガスは、アークによって溶融した母材Ａ及び溶接ワイヤＷの酸化を防止するためのものである。シールドガスは、例えば炭酸ガス、炭酸ガス及びアルゴンガスの混合ガス、アルゴン等の不活性ガス等である。シールドガスは溶接電源２から供給される。

溶接電源２は、電源部２１、ワイヤ送給制御部２２、シールドガス供給部２３及び検出部２４を備える。電源部２１は、給電ケーブルを介して、溶接トーチ１１のコンタクトチップ及び母材Ａに接続され、溶接電流を供給する。ワイヤ送給制御部２２は、ワイヤ送給装置１２による溶接ワイヤＷの送給速度を制御する。シールドガス供給部２３は、シールドガスを溶接トーチ１１に供給する。検出部２４は、溶接工程中にアークを流れる溶接電流、アークエンド処理中、アークスタート処理中の電流とを検出する電流検出部、溶接トーチ１１及び母材Ａに印加される電圧を検出する電圧検出部を含む。電源部２１は、検出部２４にて検出された溶接電流及び溶接電圧に基づいてＰＷＭ制御された直流電流を出力する電源回路、信号処理回路等を含む。また、溶接電源２は、アークスタート時、溶接工程中、アークエンド時の溶接状態を示す溶接モニタデータを制御装置３へ出力する。溶接モニタデータは、例えば、溶接中に検出された溶接電流又は溶接電圧を示す溶接電流データ又は溶接電圧データである。溶接モニタデータには、アークエンド時及びアークスタート時に検出される電圧又は電流のデータが含まれる。更に溶接モニタデータとして、溶接ワイヤＷの送給速度を示す送給速度データ、短絡状況を示す短絡状況データ、図示しないマイクで集音して得られる溶接音データを制御装置３へ出力しても良い。

撮像装置４は、動画を撮像するカメラであり、少なくともアークエンド時及びアークスタート時における溶接ワイヤＷの先端部及び母材Ａを撮像し、撮像して得た時系列の画像データを制御装置３へ出力する。

制御装置３は、溶接ロボット１の動作を制御すると共に、溶接電源２に溶接電流、溶接電圧、溶接ワイヤＷの送給速度、シールドガスの供給量等の溶接条件を溶接電源２へ出力して溶接電源２の動作を制御する。制御装置３は、母材Ａの材質及び開先の種類等に対する各種溶接条件を記憶している。また、制御装置３は、アークエンド条件、アークスタート条件を出力して、アークエンド処理を実行させる。制御装置３が記憶する上記アークエンド条件及びアークスタート条件は必ずしも最適なものでは無く、アーク溶接システムが設置された環境に対応するように調整装置５によって調整される。
なお、図１には一組の溶接電源２及び溶接トーチ１１のみが図示されているが、生産ラインに複数の溶接電源２が設置されている場合、一つの調整装置５が、複数の溶接電源２毎に当該電源におけるアークエンド条件及びアークスタート条件をそれぞれ調整するように構成しても良いし、複数の溶接電源２それぞれに、調整装置５を各別に設け、各電源におけるアークエンド条件及びアークスタート条件を調整するように構成してもよい。

図２は実施形態に係る調整装置５を示すブロック図である。調整装置５は、当該調整装置５の各構成部の動作を制御する制御部５０を備える。制御部５０には、入力部５０ａ、出力部５０ｂ及び記憶部５０ｃが接続されている。

記憶部５０ｃは、ＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable ROM）、フラッシュメモリ等の不揮発性メモリである。記憶部５０ｃは、アーク溶接システムが設置された環境に応じて、アークエンド条件及びアークスタート条件を最適化するためのコンピュータプログラム５０ｄを記憶している。

制御部５０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）又はマルチコアＣＰＵ等のプロセッサ、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、入出力インタフェース等を有するコンピュータであり、インタフェースには、入力部５０ａ、出力部５０ｂ及び記憶部５０ｃが接続されている。制御部５０は、記憶部５０ｃが記憶するコンピュータプログラム５０ｄを実行することにより、アークエンド条件及びアークスタート条件を最適化させる調整方法を実施し、コンピュータを調整装置５として機能させる。

入力部５０ａは、溶接電源２及び撮像装置４に接続されている。入力部５０ａには、溶接電源２から出力された溶接モニタデータと、撮像装置４から出力された時系列の画像データが入力される。溶接モニタデータは、例えば溶接工程中の溶接電流及び溶接電圧、アークエンド時及びアークスタート時の電流及び電圧、溶接ワイヤＷの送給速度、短絡状況、溶接音等を示す時系列データである。画像データは、溶接ワイヤＷの先端部及び母材Ａの外観を表したデータである。アークエンド時に撮像される画像データは、アンチスティック処理完了後における溶接ワイヤＷの先端部と、母材Ａとの距離、先端部に形成される粒状部分の形状及び大きさ等を示す情報を含む。また、アークスタート時に撮像される時系列の画像データには、溶接ワイヤＷが燃え上がったときに撮像される画像データが含まれている。

出力部５０ｂは、溶接ロボット１及び溶接電源２に接続されている。制御部５０は、溶接工程、アークエンド手順、アークスタート手順を制御し、またアークスタート条件及びアークエンド条件を変更するための制御データを溶接ロボット１及び溶接電源２へ出力する。アークエンド条件及びアークスタート条件を変更するための制御データは、各条件の変更を指示するものであっても良いし、変更後のアークエンド条件及びアークスタート条件を示すものであっても良い。

図３は実施形態に係る調整装置５を示す機能ブロック図である。調整装置５は、機能ブロックとして、溶接モニタデータ取得部５１ａと、動画データ取得部５１ｂと、アークスタート評価部５２と、アークエンド画像取得部５３ａと、アークエンド条件取得部５３ｂと、アークスタート画像取得部５３ｃと、アークスタート条件取得部５３ｄと、エンド条件調整部５４と、スタート条件調整部５５と、調整制御部５６とを備える。

溶接モニタデータ取得部５１ａは、溶接電源２から出力される溶接モニタデータを取得し、取得した溶接モニタデータをアークスタート評価部５２へ出力する。

動画データ取得部５１ｂは、撮像装置４から出力された時系列の画像データを取得し、取得した画像データをアークスタート評価部５２へ出力する。特に、動画データ取得部５１ｂは、アークスタート時に撮像された複数の画像データをアークスタート評価部５２へ出力する。

アークスタート評価部５２は、溶接モニタデータ及び画像データに基づいて、アークスタートの成否ないし良否を判定する。そして、アークスタートの成否ないし良否を示す成否データをエンド条件調整部５４及びスタート条件調整部５５へ出力する。例えば、アークスタート評価部５２は、溶接モニタデータ及び画像データに基づいて、スパッタの有無、アーク長が所定範囲内にあるか否か、ヒューズ溶断の有無、短絡スタートの有無、アーク点弧の有無等を判定する。そして、アークスタート評価部５２は、スパッタが少なく、アーク長が所定範囲内にあり、ヒューズ溶断及び短絡スタートでは無く、アーク点弧している状態を、良好な状態と判定する。
アークスタートの評価は、溶接電流の変化パターンからスパッタの有無を判定したり、溶接電圧の大きさでアーク長を判定する等、溶接モニタデータ及び画像データの特徴量を算出してアークスタートの良否を判定しても良いし、ニューラルネットワークを用いて、その良否を判定しても良い。
例えば、アークスタートの評価は、再帰型ニューラルネットワーク（RNN: Recurrent Neural Network）を備え、時系列の溶接モニタデータ及び画像データが入力された場合、アークスタートの良否を示す数値を出力するようにＲＮＮを学習させると良い。

アークエンド画像取得部５３ａは、撮像装置４から出力された画像データの内、特にアークエンド時に撮像して得られた画像データ（図６参照）を取得し、取得した画像データをエンド条件調整部５４へ出力する。調整装置５の制御部５０は、アンチスティック処理後、溶接電流がゼロになったタイミングを認識することができ、アークエンド画像取得部５３ａは当該タイミングの画像データを取得すれば良い。

アークエンド条件取得部５３ｂは、現在設定されているアークエンド条件を取得し、取得したアークエンド条件をエンド条件調整部５４へ出力する。アークエンド条件は、アークエンド時の溶接電源２の挙動を定めたものである。溶接電源の挙動は、例えば、溶接電源２から供給される電流及び電圧の大きさ、変化等である。

アークスタート画像取得部５３ｃは、撮像装置４から出力された画像データの内、特にアークスタート時、より具体的には溶接ワイヤＷが燃え上がったときに撮像して得られた画像データ（図１０参照）を取得し、取得した画像データをスタート条件調整部５５へ出力する。調整装置５の制御部５０は、アークスタート時の溶接電圧が極大になるタイミングを認識することができ、アークスタート画像取得部５３ｃは当該タイミングの画像データを取得すれば良い。

アークスタート条件取得部５３ｄは、現在設定されているアークスタート条件を取得し、取得したアークスタート条件をスタート条件調整部５５へ出力する。アークスタート条件は、アークスタート時の溶接電源２の挙動を定めたものである。溶接電源の挙動は、例えば、溶接電源２から供給される電流及び電圧の大きさ、変化等である。

エンド条件調整部５４は、アークエンド画像取得部５３ａ、アークエンド条件取得部５３ｂ、アークスタート評価部５２から出力されたアークエンド時の画像データ、アークエンド条件、成否データに基づいて、第１の所定の溶接開始状態を実現するためのアークエンド条件の調整量を算出し、算出された調整量を調整制御部５６へ出力する。第１の所定の溶接開始状態は、少なくともアークスタートが可能な状態であり、例えばアークスタート評価部５２にて算出された評価値が所定の第１閾値以上の状態である。エンド条件調整部５４は、少なくともアークスタートが実現されるようにアークエンド条件を最適化するものである。エンド条件調整部５４の詳細は後述する。

スタート条件調整部５５は、アークスタート画像取得部５３ｃ、アークスタート条件取得部５３ｄ、アークスタート評価部５２から出力されたアークスタート時の画像データ、アークスタート条件、成否データに基づいて、第２の所定の溶接開始状態を実現するためのアークスタート条件の調整量を算出し、算出された調整量を調整制御部５６へ出力する。第２の所定の溶接開始状態は、少なくともアークスタートが可能な状態であり、例えばアークスタート評価部５２にて算出された評価値が第１の閾値より大きい第２の閾値以上の状態である。つまり、スタート条件調整部５５は、アークスタートが実現されることを前提として、良好な所要の溶接開始条件が実現されるようにアークスタート条件を最適化するものである。スタート条件調整部５５の詳細は後述する。

調整制御部５６は、エンド条件調整部５４から出力された調整量に基づいて、アークスタート条件を調整するための制御データを溶接電源２に出力する。また、調整制御部５６は、スタート条件調整部５５から出力された調整量に基づいて、アークエンド条件を調整するための制御データを溶接電源２に出力する。

図４は、エンド条件調整部５４を示す機能ブロック図、図５は、第１評価ニューラルネットワークを示す模式図である。エンド条件調整部５４は、深層強化学習によって、アークエンド条件を最適化する調整方法を学習させるものであり、第１調整量評価部５４ａ、第１調整量選択部５４ｂ、第１強化学習部５４ｃ及び第１報酬算出部５４ｄを備える。

第１調整量評価部５４ａは、現在の溶接状態において、これからアークエンド条件を調整しようとする調整量が、どの程度妥当なものかを評価する値を出力する演算機能部である。第１調整量評価部５４ａには、アークエンド時に撮像して得た画像データ、アークエンド条件及び成否データが、現在の状態ｓを示した状態データとして入力される。第１調整量評価部５４ａは、状態ｓにおいて、アークエンド条件の調整量（行動ａ）に対する評価値Ｑを算出し、算出された評価値Ｑを出力する。以下、状態ｓに係る画像データと、調整量を説明する。

図６は、アークエンド時に撮像して得られる画像を示す模式図である。図６に示すように、撮像装置４によって撮像された画像には、母材Ａと、溶接ワイヤＷの先端部の画像が含まれており、先端部に形成された粒状部分の形状及び大きさも画像として表れている。当該画像は、現在の溶接環境を間接的に示している。
調整前の標準のアークエンド条件が想定している溶接環境と、現在の溶接環境が同一環境であれば、粒状部分の形状及び大きさ、溶接ワイヤＷの先端部と、母材Ａとの距離は最適なものとなる。しかし、想定されている溶接環境と、現在の溶接環境とが異なる場合、粒状部分の形状及び大きさ等は、理想的なそれとは異なるものとなる。アークエンド時に撮像して得られた溶接ワイヤＷ及び母材Ａの画像には、想定されている溶接環境と、現在の溶接環境との差異が表れる。

図７は、アークエンド条件及び調整量を示す説明図である。横軸は時間、縦軸は電流を示している。アークエンド時、溶接電源２は、溶接時よりも小さい直流のアンチスティックパルスを複数回供給する。小電流のアンチスティックパルスが溶接ワイヤＷに供給される都度、溶接ワイヤＷが燃え上がり、母材Ａと溶接ワイヤＷ先端部との距離が大きくなる。当該距離は、アークスタートに影響する。
溶接電源２は、最後にアンチスティックパルスよりも大きなエンドパルス電流を供給する。エンドパルス電流が溶接ワイヤＷに供給されると、溶接ワイヤＷの先端部が溶融し、粒状部分が形成される。粒状部分の形状及び大きさは、エンドパルス電流の大きさ、パルス幅に依存する。粒状部分の形状及び大きさは、引き続き行われるアークスタートの成否、良否に影響する。従って、アークエンド条件として、アンチスティックパルス電流、アンチスティックパルス時間、アンチスティックパルスの回数、エンドパルス電流及びエンドパルス時間を調整（行動ａ）することにより、アークエンド時における溶接ワイヤＷ先端部の状態を制御することができる。

第１調整量評価部５４ａは、例えば、状態データが入力された場合、図５に示すように、アークエンド条件の調整量（行動ａ）に対する評価値Ｑ（ｓ，ａ）を出力する第１評価ＮＮ（Neural Network）５４ｅを備える。例えば、第１評価ＮＮ５４ｅは、アンチスティックパルスの回数を増加させる調整量ａ１に対する評価値が出力されるノード、パルス回数を減少させる調整量ａ２に対する評価値が出力されるノード、パルス時間を増加させる調整量ａ３に対する評価値が出力されるノード、その他同様にして、各種調整量に対する評価値が出力されるノードを出力層に有する。なお、パルス回数の値毎に評価値を出力するノードを設けても良い。また、パルス回数、パルス時間の組合せ毎にノードを設けても良い。
なお、第１評価ＮＮ５４ｅは、画像データを認識するための畳み込み層及びプーリング層５４ｆを前段に備えると良い。また、第１調整量評価部５４ａは、ニューラルネットワークに代えて、状態データ、及び調整量に係る行動データと、評価値とを関係付けるテーブルを備え、当該テーブルを用いて評価値を出力するように構成しても良い。

第１調整量選択部５４ｂは、ある状態ｓにおいて第１調整量評価部５４ａにて算出された評価値Ｑが最大の調整量（行動ａ）を選択する。エンド条件調整部５４は、第１調整量選択部５４ｂによって選択された調整量を調整制御部５６へ出力する。

第１報酬算出部５４ｄは、アークスタート評価部５２から出力された成否データと、エンド条件調整部５４によるアークエンド条件の調整結果に基づいて、報酬を算出する。報酬は、アークスタートの状態が良好である程、調整完了までの時間が短い程、高い値となるように算出する。報酬を算出する演算式は特に限定されるものでは無い。

第１強化学習部５４ｃは、第１評価ＮＮ５４ｅに入力される状態データと、各データが入力されたときに出力される評価値Ｑと、行動データと、第１報酬算出部５４ｄにて算出される報酬とに基づいて、第１評価ＮＮ５４ｅを学習させる。具体的には、下記式（１）で表される評価値Ｑにて、ニューラルネットの重み係数を学習させると良い。
Ｑ（ｓ，ａ）←Ｑ（ｓ，ａ）＋α（ｒ＋γｍａｘＱ（ｓ＿ｎｅｘｔ，ａ＿ｎｅｘｔ）−Ｑ（ｓ，ａ））…（１）
但し、
ｓ：状態
ａ：状態ｓで選択した行動
α：学習係数
ｒ：行動の結果得られた報酬
γ：割引率
ｍａｘＱ（ｓ＿ｎｅｘｔ，ａ＿ｎｅｘｔ）：次状態で取り得る行動に対する評価値Ｑの最大値

学習係数αは１以下の正の値であり、例えば０．１程度の値である。割引率γは１以下の正の値であり、例えば０．９程度の値である。

上記式（１）を用いた機械学習により、より高い報酬が得られるような行動ａに対して、より高い評価値Ｑが与えられるように、第１評価ＮＮ５４ｅを学習させることができる。なお、強化学習を行う際、一定の確率でランダムに行動させ、様々な行動に対するＱ値を学習させるε−グリーディ法等を用いると良い。
このように構成されたエンド条件調整部５４は、溶接システムの環境に応じた、より適切な行動ａ、即ちアーク条件の調整量を選択することができ、アークエンド条件を最適化させることができる。

図８は、スタート条件調整部５５を示す機能ブロック図、図９は、第２評価ニューラルネットワークを示す模式図である。スタート条件調整部５５は、深層強化学習によって、アークスタート条件を最適化する調整方法を学習させるものであり、第２調整量評価部５５ａ、第２調整量選択部５５ｂ、第２強化学習部５５ｃ及び第２報酬算出部５５ｄを備える。

第２調整量評価部５５ａは、現在の溶接状態において、これからアークスタート条件を調整しようとする調整量が、どの程度妥当なものかを評価する値を出力する演算機能部である。第２調整量評価部５５ａには、アークスタート時に撮像して得た画像データ、アークスタート条件及び成否データが、現在の状態ｓを示した状態データとして入力される。第２調整量評価部５５ａは、状態ｓにおいて、アークスタート条件の調整量（行動ａ）に対する評価値Ｑを算出し、算出した評価値Ｑを出力する。

図１０は、アークスタート時に撮像して得られる画像を示す模式図である。図１０に示すように、撮像装置４によって撮像された画像には、母材Ａと、溶接ワイヤＷの先端部の画像が含まれており、アークが点弧し、溶接ワイヤＷが燃え上がり切った状態が画像として表れている。当該画像は、現在の溶接環境を間接的に示している。

図１１は、アークスタート条件を示す説明図である。横軸は時間、縦軸は電流及び電圧を示している。アークスタート時、溶接電源２は、溶接時よりも大きい直流のアークスタート電流を、アークスタート時間だけ供給する。アークスタート電流により、アークを点弧させることができる。アークスタート条件として、アークスタート電流、アークスタート電流時間、及びアークスタート時に到達すべき目標電圧を調整（行動ａ）することにより、アークスタート時におけるアーク点弧を制御することができる。

第２調整量評価部５５ａは、例えば、状態データが入力された場合、図９に示すように、アークスタート条件の調整量（行動ａ）に対する評価値Ｑ（ｓ，ａ）を出力する第２評価ＮＮ（Neural Network）５５ｅを備える。例えば、第２評価ＮＮ５５ｅは、スタート電流を増加させる調整量ａ１に対する評価値が出力されるノード、スタート電流を減少させる調整量ａ２に対する評価値が出力されるノード、アークスタート時間を増加させる調整量ａ３に対する評価値が出力されるノード、その他同様にして、各種調整量に対する評価値が出力されるノードを出力層に有する。なお、スタート電流又はアークスタート電流時間の値毎に評価値を出力するノードを設けても良い。また、スタート電流又はアークスタート電流時間の組合せ毎にノードを設けても良い。
なお、第２評価ＮＮ５５ｅは、画像データを認識するための畳み込み層及びプーリング層５５ｆを前段に備えると良い。また、第２調整量評価部５５ａは、ニューラルネットワークに代えて、状態データ及び行動データと、評価値とを関係付けるテーブルを備え、当該テーブルを用いて評価値を出力するように構成しても良い。

第２調整量選択部５５ｂは、ある状態ｓにおいて第２調整量評価部５５ａにて算出された評価値Ｑが最大の調整量（行動ａ）を選択する。スタート条件調整部５５は、第２調整量選択部５５ｂによって選択された調整量を調整制御部５６へ出力する。

第２報酬算出部５５ｄは、アークスタート評価部５２から出力された成否データと、スタート条件調整部５５によるアークスタート条件の調整結果に基づいて、報酬を算出する。報酬は、アークスタートの状態が良好である程、調整完了までの時間が短い程、高い値となるように算出する。報酬を算出する演算式は特に限定されるものでは無い。

第２強化学習部５５ｃは、第２評価ＮＮ５５ｅに入力される状態データ及び行動データと、各データが入力されたときに出力される評価値Ｑと、第２報酬算出部５５ｄにて算出される報酬とに基づいて、第２評価ＮＮ５５ｅを学習させる。学習方法は、第１評価ＮＮ５４ｅの学習方法と同様である。

実施形態係る調整装置５、溶接システム、調整方法及びコンピュータプログラム５０ｄによれば、アークエンド条件又はアークスタート条件を自動的に最適化することができる。

また、強化学習された第１評価ＮＮ５４ｅ及び第２評価ＮＮ５５ｅを用いることにより、評価値が最大の調整量にてアークエンド条件及びスタート条件を調整することができる。適切かつ効率的にアークエンド条件及びアークスタート条件を調整することができる。

更に、より効率的にアークエンド条件を調整することができるように、第１評価ＮＮ５４ｅ及び第２評価ＮＮ５５ｅを強化学習させることができる。

更にまた、アークスタート時、溶接ワイヤＷが燃え上がったときに撮像して得られる画像データに基づいて、実際の溶接環境に適したアークスタート条件に調整することができる。

更にまた、アークエンド条件として、アンチスティックパルス電流、アンチスティックパルス時間、アンチスティックパルスの回数、エンドパルス電流及びエンドパルス時間の少なくとも一つを調整することができる。

更にまた、アークスタート条件として、アークスタート電流、アークスタート電流時間、及びアークスタート時に到達すべき目標電圧の少なくとも一つを調整することができる。

なお、上記実施形態では、深層強化学習を説明したが、ニューラルネットワークに代えて、行動及び状態に対応する評価値Ｑの配列を備え、アークエンド条件及びアークスタート条件を調整するように構成しても良い。

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。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 溶接ロボット
２ 溶接電源
３ 制御装置
４ 撮像装置
５ 調整装置
１１ 溶接トーチ
１２ ワイヤ送給装置
２１ 電源部
２２ ワイヤ送給制御部
２３ シールドガス供給部
２４ 検出部
５０ 制御部
５０ａ 入力部
５０ｂ 出力部
５０ｃ 記憶部
５０ｄ コンピュータプログラム
５１ａ 溶接モニタデータ取得部
５１ｂ 動画データ取得部
５２ アークスタート評価部
５３ａ アークエンド画像取得部
５３ｂ アークエンド条件取得部
５３ｃ アークスタート画像取得部
５３ｄ アークスタート条件取得部
５４ エンド条件調整部
５４ａ 第１調整量評価部
５４ｂ 第１調整量選択部
５４ｃ 第１強化学習部
５４ｄ 第１報酬算出部
５４ｅ 第１評価ＮＮ
５４ｆ 畳み込み層及びプーリング層
５５ スタート条件調整部
５５ａ 第２調整量評価部
５５ｂ 第２調整量選択部
５５ｃ 第２強化学習部
５５ｄ 第２報酬算出部
５５ｅ 第２評価ＮＮ
５５ｆ 畳み込み層及びプーリング層
５６ 調整制御部
Ａ 母材
Ｗ 溶接ワイヤ

Claims (7)

1. 溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させて該母材を溶接する消耗電極式アーク溶接のアークエンド条件を調整する調整装置であって、
   一の溶接工程終了時における前記溶接ワイヤの先端部及び前記母材を撮像して得られる画像データを取得する画像データ取得部と、
   前記一の溶接工程終了時におけるアークエンド条件を取得するアークエンド条件取得部と、
   前記一の溶接工程の次溶接工程における溶接開始の成否を示す成否データを取得する成否データ取得部と、
   前記画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークエンド条件取得部にて取得したアークエンド条件、及び前記成否データ取得部にて取得した成否データに基づいて、少なくともアークスタートが可能なアークエンド条件を調整するエンド条件調整部と
   を備える調整装置。
2. 前記エンド条件調整部は、
   前記画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークエンド条件取得部にて取得したアークエンド条件、前記成否データ取得部にて取得した成否データが入力された場合、前記アークエンド条件の調整量に対する評価値を出力する評価ニューラルネットワークと、
   該評価ニューラルネットワークから出力される評価値に基づいて調整量を選択する調整量選択部と
   を備える請求項１に記載の調整装置。
3. 前記エンド条件調整部による調整結果に対する報酬を算出する報酬算出部と、
   前記画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークエンド条件取得部にて取得したアークエンド条件、前記成否データ取得部にて取得した成否データ、前記アークエンド条件の調整量、及び前記報酬算出部にて算出された報酬に基づいて、前記評価ニューラルネットワークを学習させる強化学習部と
   を備える請求項２に記載の調整装置。
4. アークスタート時、前記溶接ワイヤが燃え上がったときに撮像して得られる画像データを取得する第２の画像データ取得部と、
   アークスタート条件を取得するアークスタート条件取得部と、
   前記第２の画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークスタート条件取得部にて取得したアークスタート条件、及び前記成否データ取得部にて取得した成否データに基づいて、少なくともアークスタートが可能なアークスタート条件を調整するスタート条件調整部と
   を備える請求項１〜請求項３までのいずれか一項に記載の調整装置。
5. 前記スタート条件調整部は、
   前記第２の画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークスタート条件取得部にて取得したアークスタート条件、前記成否データ取得部にて取得した成否データが入力された場合、前記アークスタート条件の調整量に対する評価値を出力する第２の評価ニューラルネットワークと、
   該第２の評価ニューラルネットワークから出力される評価値に基づいて調整量を選択する第２の調整量選択部と
   を備える請求項４に記載の調整装置。
6. 前記スタート条件調整部による調整結果に対する報酬を算出する第２の報酬算出部と、
   前記第２の画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークスタート条件取得部にて取得したアークスタート条件、前記成否データ取得部にて取得した成否データ、前記アークスタート条件の調整量、及び前記第２の報酬算出部にて算出された報酬に基づいて、前記第２の評価ニューラルネットワークを学習させる第２の強化学習部と
   を備える請求項５に記載の調整装置。
7. 溶接ワイヤの先端部及び母材間にアークを発生させて該母材を溶接する消耗電極式アーク溶接のアークスタート条件を調整する調整装置であって、
   アークスタート時、溶接ワイヤが燃え上がったときに撮像して得られる画像データを取得する画像データ取得部と、
   アークスタート条件を取得するアークスタート条件取得部と、
   溶接開始の成否を示す成否データを取得する成否データ取得部と、
   前記画像データ取得部にて取得した画像データ、前記アークスタート条件取得部にて取得したアークスタート条件、及び前記成否データ取得部にて取得した成否データに基づいて、少なくともアークスタートが可能なアークスタート条件を調整するスタート条件調整部と
   を備える調整装置。

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