JP2023010548A - 欠陥監視装置、欠陥監視方法、溶接支援システム及び溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】溶接中に欠陥の発生しそうな部位を特定して、欠陥の発生を未然に防止させる欠陥監視装置、欠陥監視方法、溶接支援システム及び溶接システムを提供する。【解決手段】欠陥監視装置１７０は、既設の溶着ビードの形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得部３３と、形状プロファイルに含まれる複数の既設の溶着ビードが形成する凹部形状の特徴量を抽出する特徴量抽出部３５と、抽出された特徴量に応じて溶接欠陥の発生が予想される欠陥候補箇所を特定する欠陥位置特定部３７と、溶接装置が新たに溶着ビードを形成すると形状プロファイル取得部３３に形状プロファイルを更新させ、特徴量抽出部３５による前記特徴量の抽出、及び欠陥位置特定部３７による欠陥候補箇所の特定を繰り返し実行させる制御部１１と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、欠陥監視装置、欠陥監視方法、溶接支援システム及び溶接システムに関する。

アーク溶接において、溶接された構造物に発生した欠陥を検出して適正な溶接施工がなされているかを判定する技術が知られている。例えば特許文献１には、半自動溶接中に溶接士の挙動、溶融プール形状ならびにワイヤ突出し長さ等に関する複数の情報を取得して、溶接施工の良否の判定を行う技術が開示されている（特許文献１）。

特開２００８－１１０３８８号公報

例えば、溶加材を溶融及び凝固させて形成する溶着ビードを積層し、多層状の造形物を造形する場合、溶着ビードの形状や配置によっては、造形後の造形物の内部に空洞等の欠陥が生じる。例えば、溶着ビードを枠状に積層した壁部の形成後、壁部の内側領域を溶着ビードで充填する際、溶着ビードの狙い位置が、隣り合う既設の溶着ビードによって狭くなったり、既設の溶着ビードの側面の傾斜が大きく、下地との間に微小な凹みを生じたりする。すると、溶着ビードの溶融金属が、狙い位置の充填予定領域の全体に流れ込むことができず、局所的な空洞（未溶着部位）を生じることがある。このことは、積層造形に限らず、通常の溶接においても生じ得る。

このような未溶着部位等の欠陥を確認するには、溶接後に非破壊検査により溶着ビードの全線にわたって検査すること、又は溶接した構造物を切断することで欠陥の発生部位を特定できる。また、溶接工程を記録した生産ログと照合して確認する等の手法も考えられる。しかしながら、いずれの手法も手間と時間を要する煩雑な作業となり、現実的ではない。さらに、製品となる構造物を切断した場合、製品として復旧させるには非常に手間と時間がかかる。

また、発生する未溶着部位の欠陥については、構造物の品質に与える影響度合いを評価できることがさらに望ましい。これは、欠陥が発生した場合に補修を行うべきか、それとも溶接を続行してもよいかの判断が容易となり、結果的に生産性と品質のバランスを良好にできる。具体的な評価指標の例として、欠陥サイズが挙げられるが、複雑な形状をもつ構造物に対しては、超音波探傷等の非破壊検査では欠陥サイズを十分に評価することが難しい。

そこで本発明は、溶接中に欠陥の発生しそうな部位を特定して、欠陥の発生を未然に防止させる欠陥監視装置、欠陥監視方法、溶接支援システム及び溶接システムの提供を目的とする。

本発明は、下記の構成からなる。
（１） 溶接装置によって溶加材を溶融及び凝固させて形成する複数の溶着ビードを、層状に重ねて構造物を形成する際に、前記溶接装置が前記溶着ビードを形成した履歴情報から溶接欠陥の発生を予測する欠陥監視装置であって、
既設の溶着ビードの形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得部と、
前記形状プロファイルに含まれる複数の前記既設の溶着ビードが形成する凹部形状の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
抽出された前記特徴量に応じて前記溶接欠陥の発生が予想される欠陥候補箇所を特定する欠陥位置特定部と、
前記溶接装置が新たに前記溶着ビードを形成すると前記形状プロファイル取得部に前記形状プロファイルを更新させ、前記特徴量抽出部による前記特徴量の抽出、及び前記欠陥位置特定部による前記欠陥候補箇所の特定を繰り返し実行させる制御部と、
を備える欠陥監視装置。
（２） 溶接装置によって溶加材を溶融及び凝固させて形成する複数の溶着ビードを、層状に重ねて構造物を形成する際に、前記溶接装置が前記溶着ビードを形成した履歴情報から溶接欠陥の発生を予測する欠陥監視方法であって、
既設の溶着ビードの形状プロファイルを取得する工程と、
前記形状プロファイルに含まれる複数の前記既設の溶着ビードが形成する凹部形状の特徴量を抽出する工程と、
抽出された前記特徴量に応じて前記溶接欠陥の発生が予想される欠陥候補箇所を特定する工程と、
前記溶接装置が新たに前記溶着ビードを形成すると前記形状プロファイルを更新し、前記特徴量の抽出と前記欠陥候補箇所の特定とを繰り返し実行する工程と、
を備える欠陥監視方法。
（３） （１）に記載の欠陥監視装置と、
検出された前記欠陥候補箇所の前記溶接欠陥を改善させる指示情報を生成する指示情報生成装置と、
を備える、溶接支援システム
（４） （３）に記載の溶接支援システムと、
前記溶着ビードを形成する前記溶接装置と、
形成した構造物の前記溶着ビードの欠陥候補箇所を加工するビード加工装置と、
を備える溶接システム。

本発明によれば、積層造形中に欠陥の発生しそうな部位を特定することで、欠陥の発生を未然に防止させることを可能にする。

図１は、溶接システムの全体構成図である。 図２は、制御部の概略的な機能ブロック図である。 図３は、欠陥の発生を監視する手順を示すフローチャートである。 図４は、溶接トーチ及び形状検出部と、溶着ビードのビード形成軌道とを示す模式図である。 図５Ａは、隣り合って形成された既設溶着ビードの断面形状を模式的に示す図であって、既設溶着ビードＢ同士が適正に離隔して配置された場合の断面図である。 図５Ｂは、隣り合って形成された既設溶着ビードの断面形状を模式的に示す図であって、既設溶着ビード同士が接近して配置された場合の断面図である。 図６は、表示部に表示される欠陥候補箇所の情報の一例を示す説明図である。 図７は、欠陥候補箇所の判定結果の例をビード形成軌道に沿って示したグラフである。 図８は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面における他の特徴量の例を示す説明図である。 図９は、図８に示す既設溶着ビードの間隔を変化させた様子を示す説明図である。 図１０は、図８に示す既設溶着ビードの間隔を変化させた様子を示す説明図である。 図１１は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面における他の特徴量の例を示す説明図である。 図１２は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、既設溶着ビードを台形近似した場合の特徴量の例を示す説明図である。 図１３は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、既設溶着ビードの特徴量の例を示す説明図である。 図１４は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、壁部の内側の充填部に溶着ビードを形成した場合の特徴量の例を示す説明図である。 図１５は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、複数の溶着ビードが積層された場合の各溶着ビードのピッチを示す説明図である。 図１６は、形状プロファイルを曲線近似した様子を示す説明図である。 図１７は、既設溶着ビードが積層された造形物の形状を予測した結果を示す説明図である。 図１８は、欠陥に対する影響因子を示す説明図である。 図１９は、図１９は、既設溶着ビードと、新設溶着ビードのビード形成予定面とを示す平面図である。 図２０は、図１９に示すXX―XX線に沿った断面図である。 図２１は、図１９に示すXXI－XXI線に沿った断面図である。 図２２は、後加工の一例を説明する平面図である。 図２３は、図２２に示すXXIII－XXIII線に沿った断面図である。 図２４は、発生した突出部を再溶融させる様子を示す平面図である。 図２５は、図２４のXXV－XXV線に沿った断面図である。

以下、本発明の構成例について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、溶着ビードを積層して積層造形物を造形する積層造形を例に説明するが、隅肉溶接、突き合わせ溶接等の一般的な溶接についても本発明の適用が可能である。

＜溶接システムの構成＞
図１は、溶接システムの全体構成図である。
溶接システム１００は、溶接装置１１０と、ビード加工装置１３０と、溶接支援システム１５０とを備える。溶接支援システム１５０は、ここでは溶接装置１１０の制御部１１に含まれる構成を例示するが、溶接装置１１０とは別体に構成されていてもよい。

（溶接装置）
まず、溶接装置１１０の構成を説明する。
溶接装置１１０は、制御部１１と、それぞれ制御部１１に接続される溶接ロボット１３と、ロボット駆動部１５と、溶加材供給部１７と、溶接電源部１９と、形状検出部２１と、表示部２３と出力部２５とを備える。

溶接ロボット１３は、多関節ロボットであり、その先端軸に溶接トーチ２７が装着されている。ロボット駆動部１５は、溶接ロボット１３を駆動する指令を出力し、溶接トーチ２７の位置及び姿勢をロボットアームの自由度の範囲で３次元的に任意に設定する。また、溶接トーチ２７の先端には、連続供給される溶加材（溶接ワイヤ）Ｍが支持される。

溶接トーチ２７は、不図示のシールドノズルを有し、シールドノズルからシールドガスが供給されるガスメタルアーク溶接用のトーチである。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、ＴＩＧ溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する造形物（構造物）に応じて適宜選定される。例えば、消耗電極式の場合、シールドノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶融電流が給電される溶加材Ｍがコンタクトチップに保持される。溶接トーチ２７は、溶加材Ｍを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Ｍの先端からアークを発生する。

溶加材供給部１７は、溶加材Ｍが巻回されたリール１７ａを備える。溶加材Ｍは、溶加材供給部１７からロボットアーム等に取り付けられた繰り出し機構（不図示）に送られ、必要に応じて繰り出し機構により正逆送給されながら溶接トーチ２７へ送給される。

溶加材Ｍとしては、あらゆる市販の溶接ワイヤを使用できる。例えば、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１２）、軟鋼，高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ（ＪＩＳ Ｚ ３３１３）等で規定される溶接ワイヤが使用可能である。さらに、求められる特性に応じてアルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル基合金等の溶加材Ｍの使用も可能である。

溶接電源部１９は、トーチ先端からアークを発生させるための溶接電流及び溶接電圧を溶接トーチ２７に供給する。

形状検出部２１は、溶接ロボット１３の先端軸又は先端軸の近傍に設けられ、溶接トーチ２７の先端付近を計測領域とする。形状検出部２１は、溶接トーチ２７とは別位置に設けた他の検出手段であってもよい。

本構成の形状検出部２１は、溶接ロボット１３の駆動によって溶接トーチ２７とともに移動され、溶着ビードＢ及び溶着ビードＢを形成する際の下地となる部分の形状を計測する。この形状検出部２１としては、例えば、照射したレーザ光の反射光を高さデータとして取得するレーザセンサを使用できる。また、形状検出部２１として、３次元形状計測用のカメラ等、他の検出手段を用いてもよい。

表示部２３は、液晶パネルや有機ＥＬパネル等のディスプレイであり、指やペンを接触させて各種の処理を行うＵＩ（ユーザーインターフェース）型の入力機能付きのタッチパネルであってもよい。表示部２３には、溶接システム１００の各種操作に必要な情報が表示される。また、表示部２３は、形状検出部２１で計測したレーザ反射光の各断面における線分を集合させた３Ｄ画像の表示、後述する欠陥候補箇所の情報の表示、溶接条件の表示、等を行ってもよい。

さらに、制御部１１は、出力部２５と電気的に接続されていてもよい。出力部２５には、表示部２３に出力される情報、造形プログラム等の各種の情報が出力される。

上記構成の溶接装置１１０によれば、ロボット駆動部１５に、作製しようとする造形物に応じた造形プログラムが制御部１１から送信されてくる。造形プログラムは、多数の命令コードにより構成され、造形物の形状データ（ＣＡＤデータ等）、材質、入熱量等の諸条件に応じて、適宜なアルゴリズムに基づいて作成される。

ロボット駆動部１５は、受信した造形プログラムを実行して、溶接ロボット１３、溶加材供給部１７及び溶接電源部１９等を駆動し、造形プログラムに応じて溶着ビードＢを形成する。つまり、ロボット駆動部１５は、溶接ロボット１３を駆動して、造形プログラムに設定された溶接トーチ２７の軌道（ビード形成軌道）に沿って溶接トーチ２７を移動させる。これとともに、設定された溶接条件に応じて溶加材供給部１７及び溶接電源部１９を駆動して、溶接トーチ２７の先端の溶加材Ｍをアークによって溶融、凝固させる。これにより、ベースプレートＰ上に、溶接トーチ２７の軌道に沿って溶着ビードＢが形成される。溶着ビードＢは互いに隣接して形成されて、複数の溶着ビードＢからなる溶着ビード層を形成する。この溶着ビード層の上に次層の溶着ビード層が積層される等して、所望の３次元形状の造形物ＷＫが造形される。

（ビード加工装置）
ビード加工装置１３０は、先端軸に加工工具５１が装着されたロボットアーム５３を加工駆動部５５が駆動することで、溶着ビードＢを機械加工する。加工駆動部５５は、制御部１１からの駆動指令を受けて、ロボットアーム５３を移動させ、加工工具５１を所望の位置、姿勢に配置する。そして、加工工具５１によって後述する溶着ビードＢの一部を除去する。

（制御部）
図２は、制御部１１の概略的な機能ブロック図である。
制御部１１は、図１に示すロボット駆動部１５、溶加材供給部１７、溶接電源部１９、形状検出部２１及び表示部２３を統括して制御する機能を有する他に、造形プログラム生成部３１と、溶接支援システム１５０とを備えていてもよい。

造形プログラム生成部３１は、入力された造形対象、造形条件等に応じて、造形物を造形するための溶着ビードＢの形成順序を表すビード形成軌道を決定し、前述した造形プログラムを生成する。

溶接支援システム１５０は、溶接装置１１０によって溶加材Ｍを溶融及び凝固させて形成する複数の溶着ビードＢを、層状に重ねて造形物を造形する際に、溶接装置１１０が溶着ビードＢを形成した履歴情報から溶接欠陥の発生を予測し、予測した溶接欠陥を改善させる指示情報を生成する。溶接支援システム１５０には、欠陥監視装置１７０と指示情報生成装置１９０とが含まれる。欠陥監視装置１７０と指示情報生成装置１９０の詳細については後述する。

上記した機能を有する制御部１１は、図示を省略するが、ＣＰＵ等のプロセッサと、ＲＯＭ、ＲＡＭ等のメモリと、ＨＤ（ハードディスクドライブ）、ＳＳＤ（ソリッドステートドライブ）等の記憶部とを含むコンピュータデバイスにより構成される。上記した制御部１１の各構成要素は、それぞれＣＰＵの指令によって動作して、それぞれの機能を発揮する。また、制御部１１は、溶接装置１１０と離隔して配置され、ネットワーク等の通信手段を介して遠隔地から溶接装置１１０に接続される構成であってもよい。造形プログラムは、制御部１１で作成される以外にも、他の装置で作成され、通信又は記憶媒体を介して制御部１１に入力されたものであってもよい。

（欠陥監視装置）
欠陥監視装置１７０は、図１に示す溶接装置１１０によって溶加材Ｍを溶融及び凝固させて形成する複数の溶着ビードを、層状に重ねて造形物を造形する際に、溶接装置１１０が溶着ビードを形成した履歴情報から溶接欠陥の発生を予測する。つまり、予め定めた造形プログラムに従って溶接装置１１０が溶着ビードＢを形成する際、溶接欠陥が発生しそうな箇所を、溶接部の形状を表す特徴量を用いて予測する。この欠陥監視装置１７０は、形状プロファイル取得部３３と、特徴量抽出部３５と、欠陥位置特定部３７と、形成部位識別部３９と、欠陥サイズ予測部４１とを備える。上記した各部の機能を、以下に示す造形例を用いて概略的に説明する。

＜欠陥監視方法＞
図３は、欠陥の発生を監視する手順を示すフローチャートである。
（形状プロファイル取得工程）
まず、図１に示す溶接装置１１０により、駆動プログラムに設定された溶接トーチ２７の移動軌道であるビード形成軌道に沿って溶接トーチ２７を移動させ、溶着ビードを形成する。このビード形成とともに、形状検出部２１が溶着ビード、及び溶着ビードの下地となるビード形成予定面の形状を計測する（Ｓ１）

図４は、溶接トーチ２７及び形状検出部２１と、溶着ビードＢのビード形成軌道とを示す模式図である。
溶着ビードＢは、溶接トーチ２７がベースプレートＰ上で、予め作成されたビード形成軌道に沿って移動することで順次に形成される。また、溶接トーチ２７を移動させると同時に、形状検出部２１により、既設の溶着ビードＢ及びビード形成予定面Ｇの表面形状を計測する。そして、形状検出部２１は、溶着ビードＢ及びビード形成予定面Ｇの表面形状（これらを纏めて形状プロファイルという）を制御部１１に出力する。

形状プロファイルの計測は、溶着ビードＢの形成時と同時に実施することが好ましい。例えば、溶接トーチ２７を固定した状態でワークを動かしつつ溶着ビードを積層する場合は、固定位置に形状検出部２１を配置してもよいし、溶接トーチ２７を動かしつつ溶着ビードを積層する場合は、溶接トーチ２７の周囲に形状検出部が固定されるように配置してもよい。これによれば、溶接トーチ２７の移動によって溶着ビードＢを形成しつつ、その移動パスで、形成した溶着ビードＢの形状を効率よく計測できるため、タクトタイムの短縮が図れる。この形状プロファイルの計測は、溶着ビードＢの形成時とは別のタイミングで実施してもよく、種々の条件に応じて所望のタイミングで行ってよい。以下、これから形成する予定の形成前の溶着ビードを「新設溶着ビード」、既に形成した溶着ビードを「既設溶着ビード」ともいう。

ここで示す造形物ＷＫは、溶着ビードＢにより形成された枠状の壁部Ａｗと、壁部Ａｗに囲まれた領域内を溶着ビードＢで充填する充填部Ａｆとを有する。この充填部Ａｆは、壁部Ａｗを形成した後に形成される。つまり、壁部Ａｗを形成した後、壁部Ａｗの内側で充填部Ａｆとなる溶着ビードＢを、点線で示すビード形成軌道Ｆ１～Ｆ３に沿って形成する。その後、ビード形成軌道Ｆ４に沿って溶着ビードＢを形成する。なお、充填部Ａｆ内の溶着ビードＢの形成順は任意である。

壁部Ａｗを形成する溶着ビードは、形状精度を高めて造形することが優先され、壁部Ａｗで囲まれた充填部Ａｆを形成する溶着ビードは、精度よりも、早く多量に溶着ビードで埋めることが優先される。充填部Ａｆに溶着ビードを形成する際、特に空洞等の欠陥が生じやすくなるが、このような欠陥を発生させないことが重要である。

例えば、ビード形成軌道Ｆ２，Ｆ３のビード形成時に、図２に示す形状プロファイル取得部３３は、形状検出部２１を駆動して既設溶着ビードＢの形状プロファイルを計測し、その形状プロファイルを取得する。つまり、ビード形成軌道Ｆ４の両脇に存在する一対の既設溶着ビードＢと、ビード形成予定面Ｇとの形状プロファイルを求める。

（特徴量抽出工程）
そして、図２に示す特徴量抽出部３５は、取得された形状プロファイルから所定の特徴量を抽出する。
特徴量抽出部３５は、これから形成しようとする新設溶着ビードのビード形成軌道と隣り合う既設溶着ビードを特定する。そして、特定された既設溶着ビード及びビード形成予定面の形状プロファイルの情報を用いて、特徴量を求める（Ｓ２）。

図５Ａは、隣り合って形成された既設溶着ビードＢの断面形状を模式的に示す図であって、既設溶着ビードＢ同士が適正に離隔して配置された場合の断面図である。図５Ｂは、隣り合って形成された既設溶着ビードＢの断面形状を模式的に示す図であって、既設溶着ビードＢ同士が接近して配置された場合の断面図である。

図５Ａに示すように、隣り合う一対の既設溶着ビードＢが適正に離隔して配置された場合に、点線で示される新設溶着ビードＢａがビード形成予定面Ｇ上に形成されるとする。このときのビード形成方向の直交方向（図５Ａの左右方向）に関して、互いに隣り合って配置されて谷部を形成する一対の既設溶着ビードＢの、谷底における既設溶着ビード同士の間隔（ビード形成領域幅）を底部間隔Ｕ、ビード頂部Ｐｔ１とビード頂部Ｐｔ２との間の間隔をビード間隔Ｗとする。底部間隔Ｕは、一対の既設溶着ビードのビード止端（ビード形成の開始端、終了端）同士の間隔であってもよい。

また、既設溶着ビードＢのビード形成方向に直交する断面において、ビード頂部Ｐｔ２を有する既設溶着ビードＢが、その既設溶着ビードＢの下地面ＦＬと接する位置Ｐ１での接線をＬ１とする。また、その接線Ｌ１と下地面ＦＬとの交差角のうち、接線Ｌ１に接する既設溶着ビードＢ側の角を根元角θとする。ビード頂部Ｐｔ１を有する既設溶着ビードＢについても、同様に根元角θが求められる。なお、ここでは、ビード頂部Ｐｔ１，Ｐｔ２の各既設溶着ビードＢの根元角θは、互いに等しいとみなすが、それぞれの平均値、最大値等を根元角θの代表値として決定してもよい。

図５Ｂに示すように、既設溶着ビードＢ同士が接近して形成された場合、底部間隔Ｕｎは図５Ａに示す場合よりも狭くなる（Ｕｎ＜Ｕ）。また、既設溶着ビードＢの側面の根元角θｎが大きくなる（θｎ＞θ）。その場合、既設溶着ビードＢ同士の間には狭隘部Ｋが形成される。この狭隘部Ｋに新たに溶着ビードを形成しようとすると、新設溶着ビードの溶融金属が、既設溶着ビードＢとビード形成予定面Ｇとの間の狭い空間に完全に流れ込まず、微小な空間が残存して空洞を生じることがある。この空洞は、欠陥（未溶着部位）となって溶接品質を低下させ、ひいては造形物の強度を低下させる。

そこで、欠陥監視装置１７０は、上記した新たに溶着ビードを形成する幅となる底部間隔Ｕ（Ｕｎ）と、根元角θ（θｎ）との特徴量を監視して、欠陥になりそうな欠陥候補箇所を特定する。
特徴量として、底部間隔Ｕ（Ｕｎ）と根元角θ（θｎ）とを併用すれば、一つの特徴量を用いる場合よりも欠陥候補の検出精度の向上が期待できる。さらに、特徴量としてビード間隔Ｗを併用してもよい。

図５Ａ，図５Ｂは、互いに隣り合う一対の既設溶着ビードＢの間に新設溶着ビードを形成する例であるが、既設溶着ビードが片側にしか存在しない場合もある。その場合は、片側の既設溶着ビードと、新設溶着ビードのビード形成軌道（予定線）との間の距離を、上記した底部間隔Ｕ又はビード間隔Ｗと同様に特徴量として扱ってもよい。つまり、特徴量は、既設溶着ビードＢの配置状態に応じて適宜に選定できる。

この特徴量の抽出には、予め形状プロファイルと特徴量とを関係付けた形状データベースＤＢ１を用いてもよい。形状データベースＤＢ１は、形状検出部２１により計測された形状プロファイルの情報を、ビード形成軌道の位置（座標、パス）に関連付けて登録されたものである。形状プロファイルの情報には、例えば、溶着ビードＢの表面形状と、計測した位置の座標値、既設溶着ビードＢのビード幅及びビード高さ、等が含まる。例えば、形状検出部２１がレーザセンサである場合、レーザ光の反射プロファイルの情報を形状データベースＤＢ１に記録すればよい。また、反射プロファイルの情報から上記した既設溶着ビードの形状に関する情報を演算により求めて記録してもよい。

形状データベースＤＢ１を用いる場合、図２に示す特徴量抽出部３５は、形状データベースＤＢ１を参照して、計測した形状プロファイルと近似できる特定の形状プロファイルの情報を形状データベースＤＢ１から抽出し、抽出した形状プロファイルに応じた特徴量を求める。この特徴量は、形状データベースＤＢ１から取得した形状プロファイルの情報から求めてもよく、形状データベースＤＢ１に予め記録された既設溶着ビードの形状に関する情報を特徴量として設定してもよい。

このようにして、特徴量抽出部３５は、求めた特徴量の情報を欠陥位置特定部３７に出力する。

（欠陥位置特定工程）
次に、欠陥位置特定部３７は、抽出された特徴量に応じて溶接欠陥の発生が予想される欠陥候補箇所を特定する（Ｓ３）。つまり、求めた溶着ビードＢの特徴量に応じて、これから形成しようとする新設溶着ビードに、欠陥の発生が予測される欠陥候補箇所を特定する。

例えば、底部間隔Ｕが、予め定めた閾値より大きい許容範囲外である場合、又は根元角θが予め定めた閾値より大きい許容範囲外である場合に、その位置を欠陥候補箇所に設定する。また、上記した閾値により設定される許容範囲を、底部間隔Ｕと根元角θとが共に超えた場合に、その位置を欠陥候補箇所としてもよい。他方、底部間隔Ｕが予め定めた閾値より小さい場合は溶融金属が底部に十分流れ込まなくなる可能性を想定して、その位置を欠陥候補箇所に設定してもよい。

欠陥候補箇所を決定する上記の閾値は、例えば、既存の要素試験やシミュレーションから、底部間隔Ｕ、根元角θ等の特徴量に対する欠陥発生の関係を調べることで求められる。また、閾値は、特徴量毎に個別に設定してもよく、複数の特徴量を組合せて設定してもよい。例えば、ビード形成予定面Ｇの溶着可能な空間の断面積について、底部間隔Ｕと根元角θの値を用いた所定の演算により閾値を求めてもよい。

以上の工程により抽出された欠陥候補箇所の情報は、例えば、図１に示す表示部２３に表示して、作業者が確認可能にしてもよい。また、欠陥候補箇所の情報を出力部２５に出力して、適宜な外部装置により読み取られることであってもよい。

図６は、表示部２３に表示される欠陥候補箇所の情報の一例を示す説明図である。
抽出された欠陥候補箇所Ｐｆは、表示部２３に現在の溶着ビード形成位置Ｐｋと共に表示されてもよい。これにより、作業者による欠陥候補箇所の把握が容易になる。また、表示部２３に、溶着ビードを形成した現在のパスの次に、新たな溶着ビードを形成するパス（ビード形成軌道Ｆｎ）を表示してもよい。その場合、次のパスで欠陥が生じやすい箇所を事前に把握できる。そして、図示はしないが、溶接速度、溶加材の供給速度等の現在の溶接条件、欠陥候補箇所に対する溶接条件等、推奨作業の内容を表示してもよい。

さらに、表示部２３の画面に表示された３Ｄモデルに対して、形成が進行中の溶着ビードＢを温度毎に色分けすること、欠陥候補箇所をドットで表示すること、等により、ビード形成途中の状況を視覚的に把握し易く表示してもよい。また、欠陥候補箇所数が一定数以上になった場合に、後加工の推奨作業又は変更する溶接条件等の情報を表示してもよい。そうすることで、既設の溶着ビードの補修、次のパスの溶接条件の変更、造形停止の有無等を、作業者が視覚的に容易に判断できるようになる。

上記した欠陥候補箇所の特定は、溶着ビードを形成する全パスについて行うことでもよいが、処理の軽減のため、一部のパスのみに限定することもよい。
例えば、前述した図４に示すように、造形物ＷＫが、溶着ビードＢにより形成された枠状の壁部Ａｗと、壁部Ａｗに囲まれた領域内を溶着ビードＢで充填する充填部Ａｆとを有する場合、図２に示す形成部位識別部３９は、既設の溶着ビードＢが、壁状に連なった壁部Ａｗか充填部Ａｆかを識別する。この識別には、例えば計測された形状プロファイルから得られる各既設溶着ビードの幅、既設溶着ビードの高さ分布等から判断してもよく、造形物ＷＫの造形計画で設定された各溶着ビードの溶着体積やビード幅等の情報に基づいて判断してもよい。

形成部位識別部３９が、既設の溶着ビードＢから充填部Ａｆを識別して、次のパスが充填部Ａｆ上に形成されることが判断できれば、欠陥候補箇所の特定を実施する。一方、既設の溶着ビードＢから壁部Ａｗを識別して、次のパスが壁部Ａｗ上に形成されることが判断できれば、その次のパスにおいては、欠陥候補箇所の特定を省略する。このように、特に欠陥が生じやすい充填部Ａｆを形成するパスの場合にだけ欠陥候補箇所の特定を実施することで、工程を簡略化でき、タクトタイムを短縮できる。

なお、図４には、充填部Ａｆの四辺が壁部Ａｗにより囲まれた形態を示しているが、充填部Ａｆが囲まれる形態はこれに限らない。例えば、並設される一対の壁部同士の間に充填部Ａｆが配置された、二辺に囲まれる形態であってもよく、並設される一対の壁部同士と、その一対の壁部の端部同士を接合する他の壁部とによって囲まれる領域に充填部Ａｆが配置された、三辺に囲まれる形態であってもよい。また、充填部Ａｆの形状も四角形に限らず、５角形以上の多角形であってもよく、円形、楕円形であってもよく、任意である。

また、図２に示す欠陥サイズ予測部４１は、抽出された欠陥候補箇所の位置情報から欠陥サイズを予測する。つまり、欠陥候補箇所がビード形成軌道に沿って連続して発生する場合に、それら欠陥候補箇所が一つの塊状の欠陥であると判断して、連続する欠陥候補箇所の領域を１つの欠陥の欠陥サイズとみなす。

図７は、欠陥候補箇所の判定結果の例をビード形成軌道に沿って示したグラフである。
欠陥サイズ予測部４１は、欠陥位置特定部３７がビード形成軌道に沿った位置毎に特徴量を求めた結果から、特徴量が予め定めた許容範囲を超えるか否かを判定する。図７では、特徴量が許容範囲を超えた場合は「１」、超えない場合は「０」として区別した例を示している。

欠陥サイズ予測部４１は、欠陥位置特定部３７からビード形成軌道に沿って連続的に出力される特徴量の判定結果から、欠陥候補箇所の大きさを予測する。つまり、特徴量が許容範囲を超えて判定結果が「１」となった領域Ｌｃ１，Ｌｃ２を抽出する。この判定結果の「１」となる領域の長さ（ビード規制軌道に沿った長さ）から、欠陥長さを予測する。欠陥サイズ予測部４１は、欠陥候補箇所と、予測した欠陥長さとの情報を、表示部２３に表示させる。また、各情報を出力部２５に出力させてもよい。

これによれば、欠陥候補箇所の位置に加え、その欠陥長さが予測できるため、詳細を後述する欠陥の発生を防止させる具体的な処置内容を正確に設定できる。

以上説明した本溶接システム１００においては、制御部１１が、溶接装置１１０により新たに溶着ビードを形成すると、形状プロファイル取得部３３に形状プロファイルを更新させ、特徴量抽出部３５による特徴量の抽出と、欠陥位置特定部３７による欠陥候補箇所の特定とを繰り返し実行させる。このようにして求めた欠陥候補箇所の既設溶着ビードを、ビード加工装置１３０により機械加工、再溶着等の後加工、又は新設溶着ビードの溶接条件を変更することにより、欠陥候補箇所での欠陥の発生を未然に防止できる。

（特徴量の他の例）
上記した特徴量として、例示した各パラメータの他にも種々のパラメータを採用できる。
図８は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面における他の特徴量の例を示す説明図である。
ベースプレート又は下層の既設溶着ビードの表面を表す下地面ＦＬ上に、互いに隣り合う一対の既設溶着ビードＢ１，Ｂ２が形成されている場合、前述した底部間隔Ｕ及びビード間隔Ｗに加え、下地面ＦＬからビード頂部Ｐｔ１までの高さと、下地面ＦＬからビード頂部Ｐｔ２までの高さとの平均高さＨを特徴量としてもよい。平均高さＨは、積層方向に関して、一対の既設溶着ビードＢ１，Ｂ２により形成される谷部の谷底までの谷深さに相当する。

図９、図１０は、図８に示す既設溶着ビードの間隔を変化させた様子を示す説明図である。
図９に示すように、既設溶着ビードＢ１，Ｂ２が互いに接する位置まで接近した場合、底部間隔Ｕは０となり、平均高さＨは、点線で示すＰｔ１－Ｐｔ２－Ｐ１（Ｐ２）の三角形で表されるビード間の谷深さとなる。
更に図１０に示すように、既設溶着ビードＢ１，Ｂ２同士が互いに重なる場合には、底部間隔Ｕは０であり、平均高さＨは図８、図９に示す場合よりも浅くなる。

このように、特徴量として底部間隔Ｕ、ビード間隔Ｗ、平均高さＨの組合せを含むことで、前述した根元角θを含む特徴量の組合せと略同等に、谷部の形状を特定できる。また、特徴量としては、根元角θ、ビード形成領域幅、ビード間隔Ｗ、平均高さＨ（谷深さ）、底部間隔Ｕ等のうち、少なくともいずれかを使用して計算される凹部形状の断面積であってもよい。特徴量として断面積を用いる場合、計測点の精度が計測場所毎にバラついていても、その影響を緩和しつつ評価できる。

図１１は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面における他の特徴量の例を示す説明図である。
図１１に示す一方の既設溶着ビードＢ１におけるビード中心Ｐｃ１からの半径距離をｒ１、他方の既設溶着ビードＢ２におけるビード中心Ｐｃ２からの半径距離をｒ２とする。また、任意の幅Ｗａを設定し、既設溶着ビードＢ１と既設溶着ビードＢ２との距離が幅Ｗａとなる表面位置Ｐｒ１，Ｐｒ２の高さ（直線Ｌ２の高さ）をＨａとする。また、高さＨａを任意に設定して、高さＨａでの既設溶着ビードＢ１の表面位置をＰｒ１、既設溶着ビードＢ２の表面位置をＰｒ２とし、表面位置Ｐｒ１と表面位置Ｐｒ２との距離をＷａとしてもよい。

上記の半径距離ｒ１，ｒ２、及び高さＨａに対する表面位置Ｐｒ１，Ｐｒ２の少なくとも１つを特徴量とすることもできる。

また、既設溶着ビードＢ１，Ｂ２を台形に近似して特徴量を設定してもよい。
図１２は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、既設溶着ビードを台形近似した場合の特徴量の例を示す説明図である。

既設溶着ビードＢ１を台形近似した台形Ｄｂ１の下辺（下底）をＴａ１、上辺（上底）をＴｂ１、高さをＨｂ１とし、既設溶着ビードＢ２を台形近似した台形Ｄｂ２の下辺をＴａ２、上辺をＴｂ２、高さをＨｂ２とする。また、台形Ｄｂ１と台形Ｄｂ２との下地面ＦＬ上における端部同士の距離を底部間隔Ｕとする。台形Ｄｂ１と台形Ｄｂ２の上辺の端部同士の距離をＷｂとする。これらの各パラメータを特徴量に設定してもよい。

図１３は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、既設溶着ビードの特徴量の例を示す説明図である。
既設溶着ビードＢ１，Ｂ２の断面形状が、図１１に示す半円よりもさらに円弧長が長い円である場合、下地面ＦＬから既設溶着ビードＢ１と既設溶着ビードＢ２とが互いに最接近する表面位置Ｐｎ１、Ｐｎ２の距離をＷｃ、この最接近する表面位置Ｐｎ１，Ｐｎ２の下地面ＦＬからの高さ（直線Ｌ３）をＨｃ、既設溶着ビードＢ１の下地面ＦＬと接する位置Ｐ１から表面位置Ｐｎ１に対応する下地面ＦＬに沿った位置までの間の溶接脚の深さをＫ１、既設溶着ビードＢ２の下地面ＦＬと接する位置Ｐ２から表面位置Ｐｎ２に対応する下地面ＦＬに沿った位置までの間の溶接脚の深さをＫ２とする。また、φ１，φ２は溶接脚の角度（１８０°から根元角を減じた角度）であり、前述したＵは底部間隔である。

このように図１３に示すＷｃ，Ｈｃ，Ｋ１，Ｋ２，φ１，φ２、Ｕの少なくとも１つを特徴量に設定することもできる。

そして、上記した幅、高さ（谷深さ）は、互いに直交するビード積層方向（例えば鉛直方向）と下地面ＦＬの面内方向との直交２軸の座標系で表した長さであるが、これと傾斜した座標系にて表した長さであってもよい。
図１４は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、壁部Ａｗの内側の充填部Ａｆに溶着ビードを形成した場合の特徴量の例を示す説明図である。

枠状の壁部Ａｗとなる一側の既設溶着ビードＢ１，Ｂ３と、他側の既設溶着ビードＢ４との間に、充填部Ａｆとなる既設溶着ビードＢ２が配置された場合、既設溶着ビードＢ２と既設溶着ビードＢ３との間に狭隘部Ｐｎｐが形成される。この狭隘部Ｐｎｐを含む位置では、新たに溶着ビードを形成する際に空洞（欠陥）が生じやすくなる。

しかし、既設溶着ビードＢ３は既設溶着ビードＢ２の形成後に形成されたビードであり、狭隘部Ｐｎｐの向きは、ビード積層方向Ｄｈから傾斜している。そこで、既設溶着ビードＢ２，Ｂ３との共通接線Ｌ４を求め、共通接線Ｌ４と既設溶着ビードＢ２との接点をＰｍ１、共通接線Ｌ４と既設溶着ビードＢ３との接点をＰｍ２とする。そして、狭隘部Ｐｎｐを通り共通接線Ｌ４に直交する傾斜方向Ｄｎを求める。この傾斜方向Ｄｎとビード積層方向Ｄｈとのなす角を傾斜角ψとする。また、共通接線Ｌ４に沿った接点Ｐｍ１から接点Ｐｍ２までの距離をＷｄとし、傾斜方向Ｄｎに沿った狭隘部Ｐｎｐから共通接線Ｌ４まで距離を高さＨｄとする。

このように図１４に示すψ，Ｗｄ，Ｈｄの少なくとも１つを特徴量に設定することもできる。

また、複数の溶着ビードを周期的に積層する場合には、各既設溶着ビードの大きさと配置ピッチが一定となることが多い。しかし、溶着ビードの形状が突発的に乱れた場合には、その乱れた溶着ビードに周囲よりも更に狭い狭隘部が形成される等、欠陥を誘引する形状が含まれる可能性がある。そこで、既設溶着ビードの配置ピッチを特徴量に設定してもよい。

図１５は、既設溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、複数の溶着ビードが積層された場合の各溶着ビードのピッチを示す説明図である。
複数の既設溶着ビードＢが配置される場合、それぞれの既設溶着ビードＢのビード積層方向Ｄｈに沿った配置ピッチＰａ、ビード並び方向Ｄｒに沿った配置ピッチＰｂを求め、各配置ピッチＰａ，Ｐｂを特徴量に設定してもよい。また、求めた配置ピッチＰａ，Ｐｂの基準値からのずれ量を特徴量に設定してもよい。

また、上記した各種の特徴量は、形状プロファイルから直接求めた値を設定する以外にも、形状プロファイルを曲線近似又は特定のモデル形状に近似した結果から求めてもよい。

図１６は、形状プロファイルを曲線近似した様子を示す説明図である。
まず、計測された形状プロファイルから、溶着ビード部分以外の下地面となるベースラインＢＬを曲線近似により決定する。そして、決定した近似曲線ＡＣから、前述した一対の既設溶着ビードのビード間隔Ｗ、底部間隔Ｕ、平均高さＨ等の特徴量を演算により求める。

ここで、平均高さＨについては、近似曲線ＡＣがベースラインＢＬより更に低くなった最下点Ｐｄから、一方のビード頂部Ｐｔ１までの高さと、他方のビード頂部Ｐｔ２までの高さとの平均高さとしてもよい。

図１７は、既設溶着ビードが積層された造形物の形状を予測した結果を示す説明図である。
溶着ビードを積層して得られる造形物ＷＫの形状は、例えば、台形等の多角形状で溶着ビードの形状を模した形状モデルＢＭを設定し、この形状モデルＢＭを擬似的に積層することで、造形物ＷＫの形状を予測できる。このように造形物ＷＫの形状をシミュレーションにより予測する場合、そのシミュレーション結果の予測形状と、実際に計測した形状プロファイルとの差分に応じて特徴量を設定してもよい。この場合の特徴量としては、予測形状と形状プロファイルとの特定領域における断面積、例えば、狭隘部の断面積、溶着可能な領域の断面積等が挙げられる。

＜欠陥候補箇所を改善する指示情報＞
（指示情報生成装置）
溶接支援システム１５０では、上記したように計測した形状プロファイルから種々の特徴量を抽出し、得られた特徴量から欠陥候補箇所を特定する。そして、溶接支援システム１５０は、特定された欠陥候補箇所の情報に基づいて、ビード形成後の既設溶着ビードの後加工の指示、新たに形成する新設溶着ビードの溶接条件の変更の指示、の指示情報を生成する（Ｓ４）。

図２に示す指示情報生成装置１９０は、後加工条件設定部６１と、溶接条件設定部６３とを備える。
後加工条件設定部６１は、検出された欠陥候補箇所に機械加工又は再溶融させて補修する後加工の条件を設定する。溶接条件設定部６３は、検出された欠陥候補箇所に溶着ビードを形成するときの溶接条件を設定する

図１８は、欠陥に対する影響因子を示す説明図である。
溶接条件設定部６３は、欠陥候補箇所の情報から軌道計画で設定されている溶接条件を基準に、調整すべきプロセス条件を探索する。例えば、狭隘部Ｐｎｐが形成された場合に狭隘部Ｐｎｐの底部までビードが溶け込むように溶接時の入熱量を増加させるため、溶接電流、溶接電圧、溶加材送給速度、溶接速度又は溶接トーチ２７の傾斜角α（後退角）等を設定する。また、溶接トーチ２７から発生するアークに対して溶融金属が先行しないように溶接速度を増加させてもよい。さらに、狭隘部Ｐｎｐと溶接トーチ２７との水平方向の距離δを設定してもよい。上記各プロセス条件の具体的な調整量については、ビードオンプレート（ＢＯＰ）の要素試験等にて試行した条件に基づいて、溶着量を変更しない範囲で適宜決定すればよい。

また、後加工条件設定部６１は、前層の溶着ビードの狭隘部Ｐｎｐの形状をグラインダ等による切削補修等を行って変更する。こうすることで、溶接条件による補正だけでは難しい場合であっても、確実に欠陥の発生を防止できる。

後加工条件設定部６１と溶接条件設定部６３とは、いずれも予め用意された欠陥防止条件データベースＤＢ２を参照して、各条件を設定してもよい。欠陥防止条件データベースＤＢ２には、想定される特徴量毎に、欠陥の発生を防止させる条件が要素試験又はシミュレーションにより対応付けられて保存されている。この欠陥防止条件データベースＤＢ２を参照することで、欠陥候補箇所の特徴量に応じて、その欠陥候補箇所に欠陥を発生させない条件を特定できる。

（欠陥候補箇所の改善例）
次に、抽出された欠陥候補箇所の情報から欠陥の発生を防止させる処置例を説明する。
指示情報生成装置１９０は、抽出された欠陥候補箇所の情報に応じて、欠陥候補箇所における欠陥の発生を未然に防止する処置を決定する。
図１９は、既設溶着ビードと、新設溶着ビードのビード形成予定面とを示す平面図である。図２０は、図１９に示すXX―XX線に沿った断面図、図２１は、図１９に示すXXI－XXI線に沿った断面図である。

ここで、図１９に示すように、ビード形成予定面Ｇに隣接する既設溶着ビードＢの一部に、溶融ダレによる突出部Ｂｐが生じたとする。その場合、図２０に示す他の部位における既設溶着ビードＢ同士の間の幅ｄと比較して、図２１に示す既設溶着ビードＢ同士の幅ｄｎは狭くなり、ビード間に狭隘部Ｋが発生する。また、突出部Ｂｐが形成された既設溶着ビードＢの根元角θｎが大きくなる。これは、高温の溶融金属が必要以上に流れ出た場合、その先端は底面から冷却されて、さらにその上に溶融金属が重なって冷却されるため、突出部Ｂｐの先端が切り立った形状になるためと考えられる。

狭隘部Ｋでは、新設溶着ビードを形成する際、溶融金属が狭隘部Ｋの隅まで流動せずに空洞（欠陥）が生じやすくなる。そこで、欠陥の発生を防止するため、後加工条件設定部６１は、機械加工又は再溶融させて補修する後加工を行うための指示情報を生成する。

図２２は、後加工の一例を説明する平面図であり、図２３は、図２２に示すXXIII－XXIII線に沿った断面図である。
図２２、図２３に示すように、後加工条件設定部６１が生成した指示情報に基づいて、突出部Ｂｐを、図１に示す砥石又はカッター等の加工工具５１により除去する。これにより、狭隘部Ｋをなくし、図２０に示す場合と同程度の幅ｄに戻すことができる。よって、突出部Ｂｐを除去した後に溶着ビードを形成しても、狭隘部Ｋが存在しないため、欠陥の発生が抑制される。

図２４は、発生した突出部Ｂｐを再溶融させる様子を示す平面図である。図２５は、図２４のXXV－XXV線に沿った断面図である。
図２４，図２５に示すように、後加工条件設定部６１が生成した指示情報に基づいて、突出部Ｂｐを溶接トーチ２７からのアークにより加熱して再溶融させる（ＴＩＧ溶接における「ナメ付け」）。これにより、突出部Ｂｐの溶融金属が狭隘部Ｋに流動して、狭隘部Ｋの傾斜が緩やかになり、また、表面が滑らかな溶着部Ｍｔが形成される。溶着部Ｍｔは、突出部Ｂｐ自体が溶融したものであって空洞等の欠陥を含まない。また、溶着部Ｍｔの上に溶着ビードを形成した場合に、表面が滑らかであるために空洞を生じることがなく、欠陥の発生を抑制できる。

このような後加工により突出部Ｂｐを補修することで、ビード形成予定面Ｇに溶着ビードＢを形成しても空洞を生じることがなく、溶接不良の発生を未然に防止できる。

また、指示情報生成装置１９０は、突出部Ｂｐを生じた箇所に溶着ビードを形成する際、溶接条件設定部６３によって、その溶着ビードを形成する溶接条件を変更して欠陥の発生を防止させるための指示情報を生成してもよい。

その場合、制御部１１は、指示情報生成装置１９０が出力する溶接条件の指示情報に応じて、突出部Ｂｐに対応する位置のビード形成軌道での溶接条件を変更する。そうすることで、突出部Ｂｐが残存した状態のまま溶着ビードを形成しても、空洞の発生を抑制できる。

溶接条件の具体的な変更内容としては、前述した溶接電流、溶接電圧、溶加材Ｍの供給速度、溶接速度、溶接トーチ２７の傾斜角度（前進角、後退角）、前進法から後退法への変更等であり、入熱量を調整（増加）させる設定にすることが好ましい。上記のうち、例えば後退法へ変更した場合、ビード形成時の溶融金属がアークの前方に流れず、溶け込みが深くなり、突出部Ｂｐによる影響を低減できる。また、アーク先行型の溶接であっても、溶接電流、溶接電圧、溶接速度を増加させることで同様の効果が得られる。

また、後加工、又は溶接条件の変更のいずれか一方の対処では欠陥抑制が難しい場合には、双方を共に実施してもよい。その場合、突出部Ｂｐの対応範囲を拡大できる。

指示情報生成装置１９０は、上記した後加工を実施するか、又は溶接条件を変更するかの決定、及び、後加工又は溶接条件の詳細を、これから形成する溶着ビードに対応したビード形成軌道における特徴量に応じて、欠陥防止条件データベースＤＢ２を参照して決定してもよい。また、指示情報生成装置１９０は、欠陥サイズ予測部４１により推定された欠陥長さに応じて、後加工又は溶接条件の変更の内容を調整してもよい。

指示情報生成装置１９０は、特徴量に応じて決定する上記した各対処を、段階的に実施することもできる。例えば、欠陥候補箇所での特徴量が、正常な場合の特徴量（例えば、突出部Ｂｐが存在しない場合の正常時特徴量）に近い第１レベルである場合は、溶接条件の変更により、次に形成する溶着ビードで対処する。正常時特徴量からのずれが第１レベルよりも大きい第２レベルである場合には、既設溶着ビードの再溶着で対処する。更に第２レベルより大きい第３レベルである場合には、機械加工を実施する。これによれば、発生が予想される欠陥の程度に応じて補修作業の負担を最小限に抑えられる。よって、作業効率が向上して、タクトタイムを短縮できる。

また、積層造形中に欠陥候補箇所が抽出された後の制御シーケンスとして、例えば、以下のパターン（Ａ）～（Ｄ）、又はこれらを組み合わせた対処を実施してもよい。
（Ａ） 溶着ビードを形成する途中で欠陥候補箇所が抽出された場合、溶着ビードの形成を一旦停止して、その欠陥候補箇所の既設溶着ビードを補修する。
（Ｂ） 溶着ビードを形成する途中で欠陥候補箇所が抽出された場合、予定されたビード形成軌道に沿ってそのままビード形成を続行し、図１に示す表示部２３又は出力部２５に欠陥候補箇所が抽出されたことを表す報知情報を出力する。
（Ｃ） さらに、（Ｂ）の後に作業者の指定するタイミングで溶着ビードの形成を停止し、欠陥候補箇所を補修する。補修後に表示部２３又は出力部２５に出力された報知信号による報知を解除する。
（Ｄ） 溶着ビードを形成する途中で欠陥候補箇所が抽出された場合、予定されたビード形成軌道に沿ってそのままビード形成を続行し、その欠陥候補箇所に新設溶着ビードを形成するときに、欠陥候補箇所の領域の範囲内でのみ溶接条件を変更する。

上記した欠陥監視方法によれば、造形中に未溶着の欠陥が発生しそうなパスを特定できるため、造形途中でこれに対処する余地が得られる。したがって、リアルタイムで欠陥の発生を防止でき、造形物の完成後に補修する等の手間が省ける。また、造形途中の対処内容をログデータに保存することで、完成後の造形物の欠陥を検査する際に、実際の欠陥部位とログデータの情報とを突き合わせて、欠陥原因等を特定できる。このように、トレーサビリティに優れた構成にできる。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせること、及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 溶接装置によって溶加材を溶融及び凝固させて形成する複数の溶着ビードを、層状に重ねて構造物を形成する際に、前記溶接装置が前記溶着ビードを形成した履歴情報から溶接欠陥の発生を予測する欠陥監視装置であって、
既設の溶着ビードの形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得部と、
前記形状プロファイルに含まれる複数の前記既設の溶着ビードが形成する凹部形状の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
抽出された前記特徴量に応じて前記溶接欠陥の発生が予想される欠陥候補箇所を特定する欠陥位置特定部と、
前記溶接装置が新たに前記溶着ビードを形成すると前記形状プロファイル取得部に前記形状プロファイルを更新させ、前記特徴量抽出部による前記特徴量の抽出、及び前記欠陥位置特定部による前記欠陥候補箇所の特定を繰り返し実行させる制御部と、
を備える欠陥監視装置。
この欠陥監視装置によれば、溶着ビードの形状プロファイルから特徴量を求め、求めた特徴量に応じて欠陥の生じ得る欠陥候補箇所を抽出することで、溶着ビードの形成の度に造形物に発生する欠陥候補箇所を特定できる。

（２） 前記特徴量は、前記溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、前記既設の溶着ビードが該溶着ビードの下地面と接した位置での接線と前記下地面との交差角のうち、前記溶着ビード側の角である根元角、及び新たに前記溶着ビードの形成を予定する領域のビード形成領域幅、の少なくともいずれかを含む、（１）に記載の欠陥監視装置。
この欠陥監視装置によれば、根元角、ビード形成を予定する幅を特徴量に設定することで、欠陥発生の確率が高い箇所を特定できる。

（３） 前記特徴量は、前記溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、互いに隣り合って配置されて谷部を形成する一対の前記既設の溶着ビードの、ビード頂部同士のビード間隔、前記ビード頂部から谷底までの谷深さ、前記谷底での前記溶着ビード同士の底部間隔、の少なくともいずれかを含む、（１）又は（２）に記載の欠陥監視装置。
この欠陥監視装置によれば、互いに隣り合う一対の既設溶着ビード間に形成される谷部の各距離を特徴量に含めることで、欠陥が発生しやすい箇所を、欠陥候補箇所として確実に特定できる。

（４） 前記特徴量は、前記特徴量のうち少なくともいずれかを使用して計算される前記凹部形状の断面積を含む、（３）に記載の欠陥監視装置。
この欠陥監視装置によれば、特徴量として断面積を用いる場合、計測点の精度が計測場所毎にバラついていても、その影響を緩和しつつ評価できる。

（５） 前記既設の溶着ビードが、壁状に連なった壁部か、前記壁部に囲まれた領域内の充填部かを識別する形成部位識別部を更に備える、（１）～（４）のいずれか１つに記載の欠陥監視装置。
この欠陥監視装置によれば、既設の溶着ビードが壁部か充填部かを識別することで、欠陥候補箇所の特定の実施、不実施を切り替えできる。よって、特に欠陥発生の確率が高い充填部を形成するパスにだけ欠陥候補箇所の特定を集中して実施でき、工程の簡略化と、タクトタイムの短縮が図れる。

（６） 前記欠陥候補箇所の位置情報、又は前記特徴量の大きさから欠陥サイズを予測する欠陥サイズ予測部をさらに備える、（１）～（５）のいずれか１つに記載の欠陥監視装置。
この欠陥監視装置によれば、各欠陥候補箇所での欠陥長さが予測できるため、欠陥が許容サイズか否かを判断できる。これにより、欠陥長さに応じて処置内容を切り替えできる。また、処置が必要となる箇所を精度良く特定でき、その箇所にのみ処置を実施することが可能になる。よって、工程を簡略化でき、タクトタイムを短縮できる。

（７） 溶接装置によって溶加材を溶融及び凝固させて形成する複数の溶着ビードを、層状に重ねて構造物を形成する際に、前記溶接装置が前記溶着ビードを形成した履歴情報から溶接欠陥の発生を予測する欠陥監視方法であって、
既設の溶着ビードの形状プロファイルを取得する工程と、
前記形状プロファイルに含まれる複数の前記既設の溶着ビードが形成する凹部形状の特徴量を抽出する工程と、
抽出された前記特徴量に応じて前記溶接欠陥の発生が予想される欠陥候補箇所を特定する工程と、
前記溶接装置が新たに前記溶着ビードを形成すると前記形状プロファイルを更新し、前記特徴量の抽出と前記欠陥候補箇所の特定とを繰り返し実行する工程と、
を備える欠陥監視方法。
この欠陥監視方法によれば、溶着ビードの形状プロファイルから特徴量を求め、求めた特徴量に応じて欠陥の生じ得る欠陥候補箇所を抽出することで、溶着ビードの形成の度に造形物に発生する欠陥候補箇所を特定できる。

（８） 新たに前記溶着ビードを形成すると同時に、前記形状プロファイルを取得する、（７）に記載の欠陥監視方法。
この欠陥監視方法によれば、溶着ビードを形成するパスで、溶着ビードの形状を計測することで、効率よく形状プロファイルを取得できる。これにより、タクトタイムの短縮が図れる。

（９） 前記既設の溶着ビードが、壁状に連なった壁部か、前記壁部に囲まれた領域内の充填部かを区別して、前記充填部を形成するときにのみ前記特徴量を求める、（７）又は（８）に記載の欠陥監視方法。
この欠陥監視方法によれば、既設の溶着ビードが壁部か充填部かを識別することで、欠陥候補箇所の特定の実施、不実施を切り替えできる。よって、特に欠陥発生の確率が高い充填部を形成するパスにだけ欠陥候補箇所の特定を集中して実施でき、工程の簡略化と、タクトタイムの短縮が図れる。

（１０） 前記欠陥候補箇所の位置情報、又は前記特徴量の大きさから欠陥サイズを予測する工程を更に備える、（７）～（９）のいずれか１つに記載の欠陥監視方法。
この欠陥監視方法によれば、各欠陥候補箇所での欠陥長さが予測できるため、欠陥が許容サイズか否かを判断できる。これにより、欠陥長さに応じて処置内容を切り替えできる。また、処置が必要となる箇所を精度良く特定でき、その箇所にのみ処置を実施することが可能になる。よって、工程を簡略化でき、タクトタイムを短縮できる。

（１１） （１）～（６）のいずれか１つに記載の欠陥監視装置と、
特定された前記欠陥候補箇所での前記溶接欠陥を改善させる指示情報を生成する指示情報生成装置と、
を備える、溶接支援システム。
この溶接支援システムによれば、特定された欠陥候補箇所について、発生が予測される溶接欠陥を未然に防止することが促せる。

（１２） 前記指示情報生成装置は、前記欠陥候補箇所を機械加工又は再溶融させて補修する条件を設定する後加工条件設定部を備える、（１１）に記載の溶接支援システム。
この溶接支援システムによれば、欠陥候補箇所を後加工して、発生が予測される溶接欠陥を未然に防止することが促せる。

（１３） 前記指示情報生成装置は、前記欠陥候補箇所に前記溶着ビードを形成する際の、溶接電流、溶接電圧、溶加材送給速度、溶接速度及びトーチ保持角度のうち、少なくともいずれかの溶接条件を設定する溶接条件設定部を備える、（１１）又は（１２）に記載の溶接支援システム。
この溶接支援システムによれば、各種の溶接条件を調整することで、溶接欠陥の発生を防止できる。

（１４） （１１）～（１３）のいずれか１つに記載の溶接支援システムと、
前記溶着ビードを形成する前記溶接装置と、
形成した構造物の前記溶着ビードの欠陥候補箇所を加工するビード加工装置と、
を備える溶接システム。
この溶接システムによれば、溶接欠陥が発生しそうな箇所を特定でき、特定した欠陥候補箇所を加工することで、溶接欠陥の発生を防止できる。

１１ 制御部
１３ 溶接ロボット
１５ ロボット駆動部
１７ 溶加材供給部
１７ａ リール
１９ 溶接電源部
２１ 形状検出部
２３ 表示部
２５ 出力部
２７ 溶接トーチ
３１ 造形プログラム生成部
３３ 形状プロファイル取得部
３５ 特徴量抽出部
３７ 欠陥位置特定部
３９ 形成部位識別部
４１ 欠陥サイズ予測部
５１ 加工工具
５３ ロボットアーム
５５ 加工駆動部
１００ 溶接システム
１１０ 溶接装置
１３０ ビード加工装置
１５０ 溶接支援システム
１７０ 欠陥監視装置
１９０ 指示情報生成装置
ＡＣ 近似曲線
Ａｆ 充填部
Ａｗ 壁部
Ｂ，Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３，Ｂ４ 既設溶着ビード（溶着ビード）
Ｂａ 新設溶着ビード
ＢＬ ベースライン
ＢＭ 形状モデル
Ｂｐ 突出部
ｄ，ｄｎ 幅
ＤＢ１ 形状データベース
ＤＢ２ 欠陥防止条件データベース
Ｄｂ１，Ｄｂ２ 台形
Ｄｈ ビード積層方向
Ｄｎ 傾斜方向
Ｄｒ ビード並び方向
Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４，Ｆｎ ビード形成軌道
ＦＬ 下地面
Ｇ ビード形成予定面
Ｋ 狭隘部
Ｌ１ 接線
Ｌ２，Ｌ３ 直線
Ｌ４ 共通接線
Ｌｃ１，Ｌｃ２ 領域
Ｍ 溶加材
Ｍｔ 溶着部
Ｐ ベースプレート
Ｐ１，Ｐ２ 位置
Ｐａ，Ｐｂ 配置ピッチ
Ｐｃ１，Ｐｃ２ ビード中心
Ｐｄ 最下点
Ｐｆ 欠陥候補箇所
Ｐｋ 溶着ビード形成位置
Ｐｍ１，Ｐｍ２ 接点
Ｐｎ１，Ｐｎ２，Ｐｒ１，Ｐｒ２ 表面位置
Ｐｎｐ 狭隘部
Ｐｔ１，Ｐｔ２ ビード頂部
ｒ１，ｒ２ 半径距離
Ｕ，Ｕｎ 底部間隔
Ｗ ビード間隔
Ｗａ 幅
ＷＫ 造形物（構造物）
θ，θｎ 根元角
φ１，φ２ 溶接脚の角度
ψ 傾斜角

Claims (14)

1. 溶接装置によって溶加材を溶融及び凝固させて形成する複数の溶着ビードを、層状に重ねて構造物を形成する際に、前記溶接装置が前記溶着ビードを形成した履歴情報から溶接欠陥の発生を予測する欠陥監視装置であって、
   既設の溶着ビードの形状プロファイルを取得する形状プロファイル取得部と、
   前記形状プロファイルに含まれる複数の前記既設の溶着ビードが形成する凹部形状の特徴量を抽出する特徴量抽出部と、
   抽出された前記特徴量に応じて前記溶接欠陥の発生が予想される欠陥候補箇所を特定する欠陥位置特定部と、
   前記溶接装置が新たに前記溶着ビードを形成すると前記形状プロファイル取得部に前記形状プロファイルを更新させ、前記特徴量抽出部による前記特徴量の抽出、及び前記欠陥位置特定部による前記欠陥候補箇所の特定を繰り返し実行させる制御部と、
   を備える欠陥監視装置。
2. 前記特徴量は、前記溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、前記既設の溶着ビードが該溶着ビードの下地面と接した位置での接線と前記下地面との交差角のうち、前記溶着ビード側の角である根元角、及び新たに前記溶着ビードの形成を予定する領域のビード形成領域幅、の少なくともいずれかを含む、請求項１に記載の欠陥監視装置。
3. 前記特徴量は、前記溶着ビードのビード形成方向に直交する断面において、互いに隣り合って配置されて谷部を形成する一対の前記既設の溶着ビードの、ビード頂部同士のビード間隔、前記ビード頂部から谷底までの谷深さ、前記谷底での前記溶着ビード同士の底部間隔、の少なくともいずれかを含む、請求項１又は２に記載の欠陥監視装置。
4. 前記特徴量は、前記特徴量のうち少なくともいずれかを使用して計算される前記凹部形状の断面積を含む、請求項３に記載の欠陥監視装置。
5. 前記既設の溶着ビードが、壁状に連なった壁部か、前記壁部に囲まれた領域内の充填部かを識別する形成部位識別部を更に備える、請求項１～４のいずれか１項に記載の欠陥監視装置。
6. 前記欠陥候補箇所の位置情報、又は前記特徴量の大きさから欠陥サイズを予測する欠陥サイズ予測部をさらに備える、請求項１～５のいずれか１項に記載の欠陥監視装置。
7. 溶接装置によって溶加材を溶融及び凝固させて形成する複数の溶着ビードを、層状に重ねて構造物を形成する際に、前記溶接装置が前記溶着ビードを形成した履歴情報から溶接欠陥の発生を予測する欠陥監視方法であって、
   既設の溶着ビードの形状プロファイルを取得する工程と、
   前記形状プロファイルに含まれる複数の前記既設の溶着ビードが形成する凹部形状の特徴量を抽出する工程と、
   抽出された前記特徴量に応じて前記溶接欠陥の発生が予想される欠陥候補箇所を特定する工程と、
   前記溶接装置が新たに前記溶着ビードを形成すると前記形状プロファイルを更新し、前記特徴量の抽出と前記欠陥候補箇所の特定とを繰り返し実行する工程と、
   を備える欠陥監視方法。
8. 新たに前記溶着ビードを形成すると同時に、前記形状プロファイルを取得する、
   請求項７に記載の欠陥監視方法。
9. 前記既設の溶着ビードが、壁状に連なった壁部か、前記壁部に囲まれた領域内の充填部かを区別して、前記充填部を形成するときにのみ前記特徴量を求める、
   請求項７又は８に記載の欠陥監視方法。
10. 前記欠陥候補箇所の位置情報、又は前記特徴量の大きさから欠陥サイズを予測する工程を更に備える、
    請求項７～９のいずれか１項に記載の欠陥監視方法。
11. 請求項１～６のいずれか１項に記載の欠陥監視装置と、
    特定された前記欠陥候補箇所での前記溶接欠陥を改善させる指示情報を生成する指示情報生成装置と、
    を備える、溶接支援システム。
12. 前記指示情報生成装置は、前記欠陥候補箇所を機械加工又は再溶融させて補修する条件を設定する後加工条件設定部を備える、請求項１１に記載の溶接支援システム。
13. 前記指示情報生成装置は、前記欠陥候補箇所に前記溶着ビードを形成する際の、溶接電流、溶接電圧、溶加材送給速度、溶接速度及びトーチ保持角度のうち、少なくともいずれかの溶接条件を設定する溶接条件設定部を備える、
    請求項１１又は１２に記載の溶接支援システム。
14. 請求項１１～１３のいずれか１項に記載の溶接支援システムと、
    前記溶着ビードを形成する前記溶接装置と、
    形成した構造物の前記溶着ビードの欠陥候補箇所を加工するビード加工装置と、
    を備える溶接システム。

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