JP6546407B2 - アーク溶接監視システム - Google Patents

Description

本発明は、アーク溶接監視システムに関する。

溶接ロボットを使用した生産現場において、安定生産を阻害する主な要因の１つとして、溶接不良が挙げられる。そのため、従来から、溶接不良そのものを低減する技術や、溶接不良をより正確に検出する技術が開発されている。溶接不良をより正確に検出する技術として、例えば、下記の特許文献１，２が提案されている。特許文献１では、アーク溶接中に計測される溶接電圧が設定電圧しきい値以上であった場合であって、かつ、溶接電流が設定電流範囲外にあるときに、溶接異常が発生したことを知らせる技術が提案されている。特許文献２では、アーク溶接中の溶接電流および溶接電圧に異常があるときに、異常と判定された箇所をロボットの動作軌跡と関連づけてディスプレイ上に表示する技術が提案されている。

特許第３４４９５０６号明細書 特許第３８５２６３５号明細書

上記の特許文献１，２に記載の発明では、溶接異常の判定に溶接電圧や溶接電流のしきい値が使われている。そのため、例えば、溶接電圧や溶接電流が、設定されたしきい値を超えない範囲内でアーク放電が伸び縮みして不安定になることに起因して起こる溶接の状態変化が見逃される可能性がある。また、例えば、普段とアーク放電の状態が異なることに起因して起こる溶接の状態変化が見逃される可能性がある。見逃された状態変化が、実際には溶接異常に該当する可能性もあり、その場合には、ユーザは溶接異常を見逃しかねない。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接電圧や溶接電流を監視しているだけでは見逃される可能性のある溶接の状態変化や溶接異常についても検出することを可能にするアーク溶接監視システムを提供することにある。

本発明のアーク溶接監視システムは、溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度のうち少なくとも１つの計測値の単位時間あたりの周波数特性を導出する導出部を備えている。

本発明のアーク溶接監視システムでは、溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度のうち少なくとも１つの計測値の単位時間あたりの第１周波数特性が導出される。溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度の変化は、ともに、振幅の経時変化の中に現れる。そのため、特定の振幅値をしきい値に設定して、溶接の状態変化や溶接異常を判別することは容易ではない。一方で、溶接の状態変化や溶接異常の疑いのある変化が溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度に起こっている場合には、その変化は、比較的はっきりと周波数特性の中に表れ得る。

そのため、例えば、溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度のうち少なくとも１つの計測値から単位時間あたりの第１周波数特性を導出し、導出した第１周波数特性が所定のパワースペクトラム領域内に該当するかを判定することにより、溶接の状態変化や溶接異常を見つけることが可能である。また、例えば、上述のようにして導出した第１周波数特性を表示させ、表示させた第１周波数特性をユーザが観察することによっても、溶接の状態変化や溶接異常を見つけることが可能である。

本発明のアーク溶接監視システムに対して、導出部により得られた第１周波数特性に基づいて、形成された溶接ビードの状態を判定する判定部をさらに設けることが可能である。このようにした場合に、判定部が、導出部により得られた第１周波数特性が所定のパワースペクトラム領域内に該当すると判定したときには、形成された溶接ビードが、所定のパワースペクトラム領域に対応して規定された状態であると判定するようにしてもよい。ここで、「規定された状態」とは、例えば、溶接ビードにおける通常の状態、通常の状態とは異なる状態、もしくは異常状態を指している。

本発明のアーク溶接監視システムによれば、アーク溶接の監視パラメータとして第１周波数特性を用いるようにしたので、溶接電圧や溶接電流を監視しているだけでは見逃される可能性のある溶接の状態変化や溶接異常についても検出することが可能である。

本発明の第１の実施の形態に係るアーク溶接監視システムを備えた溶接ロボットシステムの概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムの、学習モードにおける機能ブロックの一例を表す図である。 図１のロボット制御装置の概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムを用いたアーク溶接の様子の一例を表す斜視図である。 図４Ａの溶接区間を複数の軌道に区分けしたときの、各軌道ｍ、単位時間ΔＴおよび周波数解析開始指令のそれぞれの関係の一例を表す図である。 Ｎ回の学習を実施することにより得られる周波数特性ファイルの一例を表す図である。 Ｎ回の学習を実施することにより得られる周波数特性ファイルの一例を表す図である。 Ｎ回の学習を実施することにより得られるクラスタファイルの一例を概念的に表す図である。 図１のティーチペンダントの概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接電源装置の概略構成の一例を表す図である。 学習モードにおける図２の軌道記録部の動作手順の一例を表す図である。 学習モードにおける図２の周波数解析部の動作手順の一例を表す図である。 学習モードにおける図２のクラスタ分割部の動作手順の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムの、解析モードにおける機能ブロックの一例を表す図である。 解析モードにおいて得られる周波数特性ファイルの一例を表す図である。 図１４のパワースペクトルと、図７の各クラスタの代表値で表現される範囲との関係の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの概略構成の一例を表す図である。 解析モードにおける図１３の周波数解析部の動作の一例を表す図である。 解析モードにおける図１３のクラスタ比較部の動作の一例を表す図である。 本発明の第２の実施の形態に係るアーク溶接監視システムを備えた溶接ロボットシステムの機能ブロックの一例を表す図である。 本発明の第３の実施の形態に係るアーク溶接監視システムを備えた溶接ロボットシステムの機能ブロックの一例を表す図である。 Ｎ＋１回以降の学習を実施することにより得られる周波数特性ファイルの一例を表す図である。 学習モードにおける図２０の周波数解析部の動作手順の一例を表す図である。 学習モードにおける図２０のクラスタ分割部の動作手順の一例を表す図である。 解析モードにおける図１３の周波数解析部の動作の一例を表す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。

１．第１の実施の形態
計測値から得られた周波数特性に基づいて溶接ビードの状態を判定する例
２．第２の実施の形態
第１の実施の形態において、学習モードが省略されている例
３．第１および第２の実施の形態に共通の変形例
溶接電圧またはワイヤ送給速度が用いられる例
４．第３の実施の形態
伝達関数に基づいて溶接ビードの状態を判定する例
５．第３の実施の形態の変形例
変形例Ａ：溶接ビードの状態の判定方法の一変形例
変形例Ｂ：学習モードが省略されている例
変形例Ｃ：溶接電圧またはワイヤ送給速度が用いられる例

＜１．第１の実施の形態＞
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るアーク溶接監視システムを備えた溶接ロボットシステム１の概略構成の一例を表したものである。図２は、図１の溶接ロボットシステム１の、学習モードにおける機能ブロックの一例を表したものである。溶接ロボットシステム１は、学習モードおよび解析モードの、２つのモードを備えている。

溶接ロボットシステム１は、最初に学習モードにおいて同一の設定条件でアーク溶接を複数回（Ｎ回）行ってアークの特徴を捉えるようになっている。溶接ロボットシステム１は、その後に学習モードから解析モードに切り替えて、学習モードのときと同一の設定条件でアーク溶接を行い、学習モードで得られたアークの特徴と、解析モードで得られたアークの特徴とを対比することにより、形成された溶接ビードの状態を判定するようになっている。なお、設定条件とは、溶接ビードを形成する際の設定条件を指している。

つまり、「学習モード」とは、解析モードで溶接ビードを形成する際の設定条件と同一の設定条件で複数回、アーク溶接を実施することにより、解析モードで形成される溶接ビードの状態を判定する際の所定の判定基準を作成するモードを指している。また、「解析モード」とは、学習モードで取得した所定の判定基準を用いて、解析モードで形成された溶接ビードの状態を判定するモードを指している。以下では、最初に、学習モードと関連する構成を中心に説明し、その後に、解析モードと関連する構成について説明するものとする。

[学習モードにおける構成]
溶接ロボットシステム１は、プログラム制御された多関節ロボットによってワークＷにアーク溶接を行うものである。溶接ロボットシステム１は、マニピュレータ１０と、ロボット制御装置２０と、ティーチペンダント３０と、溶接機４０とを備えている。ロボット制御装置２０、ティーチペンダント３０および溶接機４０からなるシステムが、本発明の「アーク溶接監視システム」の一具体例に相当する。なお、ロボット制御装置２０およびティーチペンダント３０は、互いに一体に構成されていてもよいし、図１に示したように互いに別体で構成されていてもよい。

溶接ロボットシステム１は、例えば、ロボット制御装置２０と各種装置とを互いに接続するケーブルＬ１〜Ｌ６を備えている。ケーブルＬ１は、ロボット制御装置２０とマニピュレータ１０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０およびマニピュレータ１０に接続されている。ケーブルＬ２は、ロボット制御装置２０とティーチペンダント３０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０およびティーチペンダント３０に接続されている。ケーブルＬ３は、ロボット制御装置２０と溶接機４０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０および溶接機４０に接続されている。ケーブルＬ４は、溶接機４０と後述のワイヤ送給装置１４との間で通信するための通信ケーブルであり、溶接機４０およびワイヤ送給装置１４に接続されている。ケーブルＬ５，Ｌ６は、後述の溶接ワイヤ１４とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧Ｖｓを供給するための電源ケーブルである。ケーブルＬ５は、溶接機４０および後述の作業台１５に接続されており、ケーブルＬ６は、溶接機４０および後述の溶接トーチ１３に接続されている。

（マニピュレータ１０）
マニピュレータ１０は、ロボット制御装置２０、ティーチペンダント３０および溶接機４０による制御によってワークＷにアーク溶接を行うものである。マニピュレータ１０は、フロア等に固定されるベース部材１１と、ベース部材１１上に設けられた多関節アーム部１２と、多関節アーム部１２の先端に連結された溶接トーチ１３と、多関節アーム部１２等に固定されたワイヤ送給装置１４と、作業台１５とを有している。

多関節アーム部１２は、例えば、複数のアーム１２Ａと、２つのアーム１２Ａ同士を回動可能に連結する関節軸（図示せず）とを有している。多関節アーム部１２は、さらに、例えば、アーム１２Ａごとに１つずつ設けられ、対応するアーム１２Ａを駆動する複数の駆動モータ（図示せず）と、各駆動モータに連結され、各アーム１２Ａの現在位置を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。各駆動モータは、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置２０から入力される制御信号によって駆動される。このようにして各駆動モータが駆動されることにより、各アーム１２Ａが変位し、結果的に溶接トーチ１３が上下前後左右に移動する。エンコーダは、検出した各アーム１２Ａの現在位置（以下、「位置情報」と称する。）を、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置２０に出力するようになっている。

多関節アーム部１２の一端（先端）が溶接トーチ１３に連結されており、多関節アーム部１２の他端がベース部材１１に連結されている。溶接トーチ１３の先端には、溶加材としての溶接ワイヤ１４が露出している。溶接トーチ１３は、溶接ワイヤ１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させ、そのアークの熱で溶接ワイヤ１４およびワークＷを溶融させることにより、ワークＷに対してアーク溶接を行うものである。溶接トーチ１３は、ケーブルＬ４に電気的に接続されたコンタクトチップ（図示せず）を有している。コンタクトチップは、ケーブルＬ４から供給される溶接電圧Ｖｓを溶接ワイヤ１４に供給するように構成されている。

ワイヤ送給装置１４は、溶接ワイヤ１４を溶接トーチ１３に供給するものである。ワイヤ送給装置１４は、例えば、溶接ワイヤ１４を保持すると共に送給可能に構成された一対のロール（図示せず）と、一方のロールを回転駆動するモータ（図示せず）とを有している。一対のロールは、溶接ワイヤ１４を挟み込むと共に、上記モータによる回転駆動で発生する摩擦力で溶接ワイヤ１４をワイヤリール（図示せず）から引っ張り出すように構成されている。上記モータは、例えば、エンコーダ付きサーボモータで構成されている。上記モータは、ケーブルＬ４を介して溶接機４０から入力される制御信号によって駆動される。上記モータは、例えば、上記エンコーダからフィードバックされるパルスを、ケーブルＬ４を介して溶接機４０に出力するように構成されている。このパルスは、溶接ワイヤ１４の送給速度の算出に好適に利用可能である。なお、上記モータは、上記のパルスに代わる何らかの信号を生成し、出力するようになっていてもよい。

作業台１５は、フロア等に固定されており、ワークＷを設置する台座として使用される。作業台１５は、ワークＷに対するトーチ姿勢を最適に維持するためのポジショナであってもよい。作業台１５が上述のポジショナである場合には、ロボット制御装置２０によってポジショナの軸が駆動制御される。作業台１５は、ケーブルＬ５を介して溶接機４０に接続されており、作業台１５に設置されるワークＷとケーブルＬ５とを互いに電気的に接続するように構成されている。

（ロボット制御装置２０）
図３は、ロボット制御装置２０の概略構成の一例を表したものである。ロボット制御装置２０は、ティーチペンダント３０からの指示に従って多関節アーム部１２および溶接機４０を制御するものである。ロボット制御装置２０は、さらに、溶接ワイヤ１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させることにより形成される溶接ビードの品質を判定するようにもなっている。ロボット制御装置２０は、制御部２１と、サーボ制御部２２と、通信部２３と、記憶部２４とを有している。以下では、記憶部２４、サーボ制御部２２、通信部２３、制御部２１の順に説明する。

記憶部２４は、各種プログラムや各種データファイルを記憶可能となっている。記憶部２４は、多関節アーム１２の動作を制御する制御プログラム２２Ａを記憶している。制御プログラム２２Ａは、例えば、ＲＯＭ（read only memory）に格納されている。記憶部２４は、さらに、マニピュレータ１０の溶接作業の手順が教示された１または複数の作業プログラム２２Ｂと、溶接ビードの品質を判定するアーク溶接監視プログラム２２Ｃと、各種設定値が記述された設定ファイル２２Ｄとを記憶している。１または複数の作業プログラム２２Ｂ、アーク溶接監視プログラム２２Ｃおよび設定ファイル２２Ｄは、例えば、ハードディスクに格納されている。設定ファイル２２Ｄには、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのそれぞれの設定値が記述されている。アーク溶接監視プログラム２２Ｃについては、後に詳述するものとする。

記憶部２４は、さらに、アーク溶接監視プログラム２２Ｃが実行されることにより生成される各種データを記憶可能となっている。そのようなデータを含むファイルとしては、例えば、計測ファイル２２Ｅ、周波数特性ファイル２２Ｆおよびクラスタファイル２２Ｇが挙げられる。計測ファイル２２Ｅには、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのそれぞれの計測値が記述される。周波数特性ファイル２２Ｆには、例えば、後述の周波数解析部２１５によって生成される複数の周波数特性が記述される。複数の周波数特性としては、例えば、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²が挙げられる。クラスタファイル２２Ｇには、例えば、後述のクラスタ分割部２１６によって生成される、各クラスタの中心値Ｆｋおよび最大距離Ｔｋが記述される。これらのファイルは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）に格納される。周波数特性ファイル２２Ｆおよびクラスタファイル２２Ｇについては、後に詳述するものとする。

サーボ制御部２２は、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するものである。サーボ制御部２２は、作業プログラム２２Ｂに記載の移動命令と、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報とに基づいて、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するようになっている。移動命令には、例えば、移動開始命令、移動停止命令、作業経路（教示点）、およびトーチ姿勢などが含まれ得る。また、サーボ制御部２２は、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報に基づいて溶接トーチ１３先端の位置情報Ｐｆや溶接速度を導出（計測）するようになっている。サーボ制御部２２は、位置情報Ｐｆや溶接速度を制御部２１に出力するようになっている。

通信部２３は、ケーブルＬ２を介してティーチペンダント３０と通信を行ったり、ケーブルＬ３を介して溶接機４０と通信を行ったりするものである。通信部２３は、ティーチペンダント３０からの作業指令を受信して、制御部２１に出力するようになっている。作業指令には、例えば、作業者が選択した作業プログラム２２Ｂの番号などが含まれ得る。

通信部２３は、制御部２１からの溶接命令を、溶接機４０に送信するようになっている。溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、溶接電圧Ｖｓの設定値、ワイヤ送給の開始命令、ワイヤ送給の停止命令、およびワイヤ送給速度Ｖｆの設定値などが含まれ得る。通信部２３は、溶接機４０からの各種計測値を受信して、記憶部２４に出力するようになっている。各種計測値には、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆの計測値が含まれ得る。通信部２３は、溶接機４０からの通知情報を受信して、制御部２１に出力するようになっている。通知情報には、例えば、アーク発生通知などが含まれ得る。

制御部２１は、ティーチペンダント３０から入力された作業指令に基づいて、作業プログラム２２Ｂやアーク溶接監視プログラム２２Ｃを読み出し、その内容を解析する解析部２１１を有している（図２参照）。解析部２１１は、解析部２１１での解析結果に基づいて、これらのプログラムに記載の指示に対応する命令通知を生成するようになっている。制御部２１は、解析部２１１で生成された命令通知の内容に応じて、移動命令や溶接命令を出力する実行部２１２を有している（図２参照）。

制御部２１は、実行部２１２で生成された溶接命令を、通信部２３を介して溶接機４０に出力する溶接制御部２１３を有している（図２参照）。溶接制御部２１３は、例えば、実行部２１２で溶接命令が生成されると、溶接トーチ１３先端の軌道記録を開始する通知（軌道記録開始通知）を生成するようになっている。また、溶接制御部２１３は、例えば、溶接トーチ１３先端の移動距離Δｄｉｓｔに応じて、溶接トーチ１３先端の軌道記録を終了する通知（軌道記録終了通知）を生成するようになっている。移動距離Δｄｉｓｔは、後述の軌道記録部２１４（図２参照）によって導出される。

制御部２１は、溶接制御部２１３からの軌道記録開始通知に従って、溶接トーチ１３先端の軌道記録を開始する軌道記録部２１４を有している（図２参照）。軌道記録部２１４は、溶接区間ＷＳにおける溶接トーチ１３先端の位置情報Ｐｆを、単位時間ΔＴごとに記録するとともに、溶接トーチ１３先端の移動距離Δｄｉｓｔを単位時間ΔＴごとに算出し、記録するようになっている。移動距離Δｄｉｓｔは、例えば、最新の位置情報Ｐｆと、単位時間ΔＴ前の位置情報Ｐｆとの差分を取ることにより得られる。軌道記録部２１４は、さらに、単位時間ΔＴごとに周波数解析開始指令Ｏｓを出力するようになっている。軌道記録部２１４は、周波数解析開始指令Ｏｓを、後述する軌道ｍの番号（軌道番号Ｍｎｕｍ）と、軌道ｍの移動距離Δｄｉｓｔとを付加して出力するようになっている。

ここで、溶接区間ＷＳ、単位時間ΔＴ、周波数解析開始指令Ｏｓおよび軌道ｍについて説明する。図４Ａは、溶接ロボットシステム１を用いたアーク溶接の様子の一例を表したものである。図４Ｂは、溶接区間ＷＳを複数（Ｍ個）の軌道ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）に区分けしたときの、各軌道ｍ、単位時間ΔＴおよび周波数解析開始指令Ｏｓのそれぞれの関係の一例を表したものである。図４Ａには、ワークＷとして、２枚の母材１１０が互いに直交するように、２枚の母材１１０の端部同士が互いに接触しているものが示されている。図４Ａでは、いわゆるすみ肉溶接の様子が例示されている。なお、溶接ロボットシステム１は、用途がすみ肉溶接に限定されるものではなく、他の方式の溶接に用いることが可能である。

溶接区間ＷＳとは、アーク溶接開始からアーク溶接終了までの溶接線の区間を示したものである。溶接ビード１２０は、溶接区間ＷＳの全体または一部に形成される。溶接区間ＷＳはＭ個の軌道ｍに分割されており、溶接トーチ１３の先端が各軌道ｍを移動するのに要する時間が単位時間ΔＴとなっている。軌道記録部２１４は、溶接トーチ１３の先端が新たな軌道ｍに移るタイミングで周波数解析開始指令Ｏｓを出力するようになっている。つまり、軌道記録部２１４は、周波数解析開始指令Ｏｓを、単位時間ΔＴ前から現時点まで溶接トーチ１３の先端が移動してきた軌道ｍの番号（軌道番号Ｍｎｕｍ）と、その軌道ｍの移動距離Δｄｉｓｔとを付加して出力するようになっている。なお、図４Ｂ中のΔｔについては、後述の周波数解析部２１５の説明と併せて詳述するものとする。

制御部２１は、周波数解析開始指令Ｏｓに従って周波数解析を行う周波数解析部２１５を有している（図２参照）。周波数解析部２１５が、本発明の「導出部」の一具体例に相当する。周波数解析部２１５は、周波数解析開始指令Ｏｓを受けると、単位時間ΔＴ前から現時点まで溶接トーチ１３の先端が移動してきた軌道ｍにおける、単位時間Δｔ分の溶接電流Ｉｓの計測値を、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得するようになっている。ここで、計測ファイル２２Ｅには、サンプリング周波数Δｆｓで計測することにより得られた溶接電流Ｉｓが記述されている。従って、周波数解析部２１５は、周波数解析開始指令Ｏｓを受けると、単位時間Δｔの間に得られたｓｍｐｌ個の溶接電流Ｉｓの計測値を、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得するようになっている。周波数解析部２１５は、学習モードにおいて、溶接区間ＷＳに対してアーク溶接を行うごとに、各軌道ｍにおける単位時間Δｔ分の溶接電流Ｉｓの計測値を、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得するようになっている。単位時間Δｔが、本発明の「単位時間」の一具体例に相当する。

周波数解析部２１５は、さらに、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得した溶接電流Ｉｓの計測値を用いて、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１５は、学習モードにおいて、軌道ｍごとに、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１５は、さらに、学習モードにおいて、溶接区間ＷＳに対してアーク溶接を行うごとに、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。

周波数解析部２１５は、各軌道ｍにおける上記周波数特性を導出するたびに、導出した上記周波数特性を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）（１≦Ｆｎｕｍ≦Ｎ）へ記録するようになっている。ここで、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）における「Ｆｎｕｍ」は、学習モードにおけるアーク溶接回数に対応している。つまり、周波数解析部２１５は、学習モードにおいて溶接区間ＷＳに対してアーク溶接を行うたびに、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を生成し、生成した周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）に、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけられた上記周波数特性を記録するようになっている。

単位時間Δｔは、例えば、アーク溶接の状態変移が起こる周期よりも長くなっている。アーク溶接の状態には、例えば、短絡、アークおよび溶滴移行がある。アーク溶接の状態変移とは、例えば、上で例示した状態の間を変移することを指している。アーク溶接の状態変移は、例えばμｓオーダで起こる。従って、単位時間Δｔがアーク溶接の状態変移が起こる周期よりも長くなっている場合には、単位時間Δｔに得られる溶接電流Ｉｓの周波数特性には、アーク溶接の各状態に対応する周波数特性が含まれ得る。単位時間Δｔは、アーク溶接の状態変移が起こる周期よりも短くなっていてもよい。この場合には、単位時間Δｔの期間に得られる溶接電流Ｉｓの周波数特性には、例えば、アーク溶接の１つの状態（例えば、短絡、アーク、または溶滴移行）に対応する周波数特性だけが含まれ得る。

図５、図６は、Ｎ回の学習を実施することにより得られる周波数特性ファイル２２Ｆの一例を表したものである。周波数特性ファイル２２Ｆは、複数（Ｎ個）の周波数特性ファイル２２Ｆ（１）〜２２Ｆ（Ｎ）で構成されている。各周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）には、溶接電流Ｉｓの周波数特性として、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²が記述されている。各周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）において、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²は、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて記述されている。各軌道番号Ｍｎｕｍは、例えば、ファイルの中に１行ごとに１つずつ記述されており、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²が、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。

周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）において、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²は、例えば、１Ｈｚ以上Δｆ／２Ｈｚ以下の範囲において１Ｈｚ刻みで記述されていることが好ましい。これは、Δｆ／２Ｈｚよりも大きな周波数では、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²にエイリアシングが発生しているためである。なお、例えば、図６に示したように、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²が、軌道番号Ｍｎｕｍだけでなく、溶接トーチ１３先端の移動距離Δｄｉｓｔとも関連づけて記述されていてもよい。このとき、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²および移動距離Δｄｉｓｔが、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。

周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆの作成が完了すると、周波数特性ファイル２２Ｆからクラスタファイル２２Ｇを生成する指令（クラスタ分割指令）を生成するようになっている。

図７は、クラスタファイル２２Ｇの一例を概念的に表したものである。クラスタファイル２２Ｇは、複数（Ｍ個）のクラスタファイル２２Ｇ（１）〜２２Ｇ（Ｍ）で構成されている。制御部２１は、周波数解析部２１５からのクラスタ分割指令に従って周波数特性ファイル２２Ｆからクラスタファイル２２Ｇを生成するクラスタ分割部２１６を有している（図２参照）。クラスタ分割部２１６は、クラスタ分割指令を受けると、各周波数特性ファイル２２Ｆ（１）〜２２Ｆ（Ｎ）に含まれる複数の周波数特性を、軌道ｍごとに分類するようになっている。このとき、軌道ｍごとに、Ｎ個の周波数特性が存在している。クラスタ分割部２１６は、軌道ｍごとに分けられたＮ個の周波数特性を、周波数およびパワーの観点でＫ個のクラスタＣｋ（１≦ｋ≦Ｋ）に分類するようになっている。

クラスタ分割部２１６は、各クラスタＣｋにおいて、クラスタＣｋに含まれる１または複数の周波数特性の代表値を算出するようになっている。具体的には、クラスタ分割部２１６は、クラスタＣｋに含まれる１または複数の周波数特性の中心値Ｆｋ（１≦ｋ≦Ｋ）および最大距離Ｔｋ（１≦ｋ≦Ｋ）を算出するようになっている。クラスタ分割部２１６は、クラスタＣｋごとに算出した代表値（中心値Ｆｋおよび最大距離Ｔｋ）を、軌道ｍごとにクラスタファイル２２Ｇ（Ｍｎｕｍ）へ記録するようになっている。

各クラスタＣｋの代表値によって規定される特定の範囲が、図７において、環状の破線で表現されている。つまり、各クラスタＣｋの代表値によって規定される特定の範囲が、本発明の「所定のパワースペクトラム領域」の一具体例に相当する。各クラスタＣｋの代表値によって規定される特定の範囲が、解析モードで形成される溶接ビードの状態を判定する際の判定基準となる。

制御部２１は、通信部２３を介して溶接機４０と通信をすることにより、溶接機４０と同期をとり、例えば、アーク溶接の開始や終了、溶接電圧Ｖｓの設定、または、ワイヤ送給速度Ｖｆの設定を指示するようになっている。また、制御部２１は、溶接機４０にワイヤ送給装置１４の制御を指示し、溶接機４０からワイヤ送給装置１４に対して溶接ワイヤ１４を、例えば、アーク溶接の開始や終了、または、溶接電圧Ｖｓ等の設定を指示するようになっている。

（ティーチペンダント３０）
図８は、ティーチペンダント３０の概略構成の一例を表したものである。ティーチペンダント３０は、作業者がマニピュレータ１０の動作を教示するものである。ティーチペンダント３０は、例えば、制御部３１、表示部３２、入力部３３、通信部３４および記憶部３５を有している。

表示部３２は、映像信号に基づく映像を表示するものである。表示部３２は、映像を表示する表示面を有する表示パネルと、映像信号に基づいて表示パネルを駆動する駆動部とを有している。入力部３３は、作業者からの教示を受け付けるものである。入力部３３は、例えば、複数のキーを有しており、各キーの操作に応じて入力信号を生成し、制御部３１に出力するようになっている。通信部３４は、ケーブルＬ２を介してロボット制御装置２０と通信を行うものである。通信部３４は、制御部３１からの作業指令を、ロボット制御装置２０に送信するようになっている。記憶部３５は、各種のモードで種々の表示や作業指示を可能にする教示プログラム３５Ａを記憶する。教示プログラム３５Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。

制御部３１は、映像信号を生成し、表示部３２に出力すると共に、必要に応じて作業指令を生成し、通信部３４に出力するものである。制御部３１は、読み出した教示プログラム３５Ａに従って映像信号を生成したり、必要に応じて作業指令を生成したりするようになっている。例えば、入力部３３から入力された入力信号が、加工作業を実施する再生モードの選択信号であった場合、制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、記憶部２４に格納されている１または複数の作業プログラム２２Ｂのリストを表示するための映像信号を生成するようになっている。さらに、例えば、再生モードが選択されている場合に、再生する１つの作業プログラム２２Ｂが選択されたときには、制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、再生する作業プログラム２２Ｂの番号等を含む作業指令を生成するようになっている。さらに、例えば、再生モードが選択されている場合に、学習モードもしくは解析モードが選択された場合には、制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、学習モードもしくは解析モードの起動指令を含む作業指令を生成するようになっている。

（溶接機４０）
図９は、溶接機４０の概略構成の一例を表したものである。溶接機４０は、ロボット制御装置２０による制御に基づいて、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆ等を緻密に制御することにより、溶接ワイヤ１４の先端とワークＷとの間にアークを発生させるものである。溶接機４０は、制御部４１、通信部４２、溶接制御部４３、溶接電源４４、電流・電圧計測部４５および記憶部４６を有している。

記憶部４６は、溶接制御部４３および溶接電源４４の動作を制御する制御プログラム４６Ａを記憶している。制御プログラム４６Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。制御部４１は、溶接機４０の各部を制御すると共に、読み出した制御プログラム４６Ａに従って、溶接制御部４３および溶接電源４４の動作を制御するものである。制御部４１は、電流・電圧計測部４５から取得したモニタ情報（例えば、各種計測値、または、アーク発生通知などの通知情報）を、通信部４２に出力するようになっている。通信部４２は、ケーブルＬ３を介してロボット制御装置２０と通信を行うものである。通信部４２は、ロボット制御装置２０からの溶接指令を受信し、制御部４１に出力するようになっている。通信部４２は、制御部４１からのモニタ情報（例えば、各種計測値または通知情報）をロボット制御装置２０に出力するようになっている。

溶接制御部４３は、制御プログラム４６Ａと、ロボット制御装置２０からの溶接命令とに基づく制御部４１からの指示に従って、ワイヤ送給装置１４の動作を制御するものである。ロボット制御装置２０からの溶接命令には、例えば、ワイヤ送給の開始命令、ワイヤ送給の停止命令、およびワイヤ送給速度Ｖｆの設定値などが含まれ得る。また、溶接制御部４３は、ワイヤ送給装置１４のモータから出力されたパルス（または、上記のパルスの代わる何らかの信号）に基づいて、ワイヤ送給速度Ｖｆを計測するようになっている。溶接制御部４３は、ワイヤ送給速度Ｖｆの計測値を制御部４１に出力するようになっている。

溶接電源４４は、例えば、デジタルインバータ回路を有しており、外部から入力される商用電源（例えば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行うようになっている。すなわち、溶接電源４４は、ケーブルＬ５，Ｌ６を介して溶接トーチ１３とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧Ｖｓを供給するようになっている。溶接電源４４は、制御プログラム４６Ａと、ロボット制御装置２０からの溶接命令に従って、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを制御するものである。ロボット制御装置２０からの溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、溶接電圧Ｖｓの設定値などが含まれ得る。

電流・電圧計測部４５は、溶接トーチ１３とワークＷとの間に流れる溶接電流Ｉｓや、溶接トーチ１３とワークＷとの間の溶接電圧Ｖｓを計測するものである。電流・電圧計測部４５は、サンプリング周波数Δｆｓで、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを計測し、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓのそれぞれの計測値（各種計測値）を制御部４１に出力するようになっている。電流・電圧計測部４５は、さらに、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓの計測値から、アーク発生の有無を判定するようになっている。電流・電圧計測部４５は、アークが発生した場合には、アーク発生通知を生成し、制御部４１に出力するようになっている。

［学習モードにおける動作手順］
次に、学習モードにおける動作手順について説明する。以下では、学習モードにおける動作手順として、軌道記録部２１４、周波数解析部２１５およびクラスタ分割部２１６のそれぞれの動作手順の一例を説明する。

（軌道記録部２１４の動作手順）
図１０は、学習モードにおける軌道記録部２１４の動作手順の一例を表したものである。まず、軌道記録部２１４は、溶接区間ＷＳが開始されたか判定する（ステップＳ１０１）。具体的には、軌道記録部２１４は、例えば、溶接命令が生成されたか否かで、溶接区間ＷＳが開始されたか判定する。軌道記録部２１４は、例えば、溶接命令を検知すると、軌道番号Ｍｎｕｍを１に設定する（ステップＳ１０２）。次に、軌道記録部２１４は、軌道記録開始通知が生成されたか判定する（ステップＳ１０３）。軌道記録部２１４は、軌道記録開始通知を検知すると、単位時間ΔＴ前の位置情報ｐｒｅＰｏｓｉに、溶接区間ＷＳ開始時の位置情報Ｐｆを書き込む（ステップＳ１０４）。

軌道記録部２１４は、軌道記録終了通知が生成されたか判定する（ステップＳ１０５）。軌道記録部２１４は、軌道記録終了通知を検知すると、軌道記録を停止するとともに、周波数解析終了指令を生成し、出力する（ステップＳ１０６）。軌道記録部２１４は、軌道記録終了通知が検知されない間は、軌道番号Ｍｎｕｍに対応する軌道ｍが開始されてから単位時間ΔＴが経過したか判定し続ける（ステップＳ１０７）。一方、軌道記録部２１４は、軌道番号Ｍｎｕｍに対応する軌道ｍが開始されてから単位時間ΔＴが経過した場合には、最新の位置情報ｎｅｗＰｏｓｉに、軌道番号Ｍｎｕｍに対応する軌道ｍが開始されてから単位時間ΔＴが経過したときの位置情報Ｐｔを書き込む（ステップＳ１０８）。軌道記録部２１４は、位置情報ｎｅｗＰｏｓｉから位置情報ｐｒｅＰｏｓｉを減算することにより得られた値を、移動距離Δｄｉｓｔに書き込んだ後（ステップＳ１０９）、周波数解析開始指令を出力する（ステップＳ１１０）。そして、最後に、軌道記録部２１４は、位置情報ｐｒｅＰｏｓｉに、位置情報ｎｅｗＰｏｓｉを書き込むとともに、軌道番号Ｍｎｕｍに１を加え（ステップＳ１１１）、ステップＳ１０５に戻る。

（周波数解析部２１５の動作手順）
図１１は、学習モードにおける周波数解析部２１５の動作手順の一例を表したものである。まず、周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）のファイル番号Ｆｎｕｍを１にしておく（ステップＳ２０１）。周波数解析部２１５は、周波数解析開始指令Ｏｓが生成されたか判定する（ステップＳ２０２）。周波数解析部２１５は、周波数解析開始指令Ｏｓを検知すると、計測ファイル２２Ｅから、単位時間Δｔの間（ｓｍｐｌ個）の溶接電流Ｉｓの計測値を取得する（ステップＳ２０３）。周波数解析部２１５は、周波数解析開始指令を検知しなかった場合は、周波数解析終了指令が生成されたか判定する（ステップＳ２０８）。周波数解析部２１５は、周波数解析終了指令を検知しなかった場合は、再び、ステップＳ２０２に戻る。

周波数解析部２１５は、ステップＳ２０３を実行した後、窓関数により、溶接電流Ｉｓの波形を整形する（ステップＳ２０４）。窓関数には、例えば、ハミング窓などの公知のアルゴリズムが用いられる。周波数解析部２１５は、波形整形がなされた溶接電流Ｉｓに対して高速フーリエ変換ＦＦＴを行い、溶接電流Ｉｓの振幅スペクトルＸａを導出し（ステップＳ２０５）、さらに２乗して、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²を導出する（ステップＳ２０６）。このとき、周波数解析部２１５は、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づける。

周波数解析部２１５は、周波数解析終了指令を検知した場合は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を開き（ステップＳ２０９）、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけた溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²を周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）に書き込む（ステップＳ２１０）。その後、周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を閉じ（ステップＳ２１１）、ファイル番号Ｆｎｕｍに１を加える（ステップＳ２１２）。周波数解析部２１５は、ファイル番号Ｆｎｕｍが学習回数Ｎを超えたか判定する（ステップＳ２１３）。周波数解析部２１５は、ファイル番号Ｆｎｕｍが学習回数Ｎを超えていない場合には、ステップＳ２０２に戻り、ファイル番号Ｆｎｕｍが学習回数Ｎを超えている場合には、クラスタ分割指令を出力する（ステップＳ２１４）。

（クラスタ分割部２１６の動作手順）
図１２は、学習モードにおけるクラスタ分割部２１６の動作手順の一例を表したものである。まず、クラスタ分割部２１６は、ファイル番号Ｆｎｕｍを１にするとともに、行番号Ｌｉｎｅを１にする（ステップＳ３０１）。クラスタ分割部２１６は、クラスタ分割指令が生成されたか判定する（ステップＳ３０２）。クラスタ分割部２１６は、クラスタ分割指令を検知すると、行番号Ｌｉｎｅが軌道番号Ｍを超えているか判定する（ステップＳ３０３）。クラスタ分割部２１６は、行番号ＬｉｎｅがＭを超えている場合には、クラスタ分割を終了し、行番号Ｌｉｎｅが軌道番号Ｍを超えていない場合には、ファイル番号ＦｎｕｍがＮ以下となっているか判定する（ステップＳ３０４）。クラスタ分割部２１６は、ファイル番号ＦｎｕｍがＮ以下となっている場合には、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を読み込んだのち（ステップＳ３０５）、Ｌｉｎｅ番目の行を読み込み（ステップＳ３０６）、周波数ｉを１にする（ステップＳ３０７）。

次に、クラスタ分割部２１６は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっているか判定する（ステップＳ３０８）。クラスタ分割部２１６は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっている場合には、Ｌｉｎｅ番目の行における周波数ｉのパワースペクトルＸａ²を取得し（スペックＳ１１０）、周波数ｉと関連づける（ステップＳ１１１）。その後、クラスタ分割部２１６は、周波数ｉに１を加え（ステップＳ３１２）、ステップＳ３０８に戻る。クラスタ分割部２１６は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっていない場合には、ファイル番号Ｆｎｕｍに１を加え（ステップＳ３０９）、ステップＳ３０４に戻る。

クラスタ分割部２１６は、ファイル番号ＦｎｕｍがＮ以下となっていない場合には、周波数ｉと関連づけた溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²をＫ個のクラスタＣｋ（Ｍｎｕｍ）に分割する（ステップＳ３１３）。クラスタ分割には、例えば、ｋ−ｍｅａｎｓ法などの公知のアルゴリズムが用いられる。クラスタ分割部２１６は、各クラスタＣｋ（Ｍｎｕｍ）において、クラスタＣｋ（Ｍｎｕｍ）の中心値Ｆｋと最大距離Ｔｋを導出し（ステップＳ３１４）、クラスタファイル２２Ｇ（Ｍｎｕｍ）に記録する。その後、クラスタ分割部２１６は、行番号Ｌｉｎｅに１を加え（ステップＳ３１５）、ステップＳ３０３に戻る。

[解析モードにおける構成]
次に、解析モードにおける構成について説明する。

図１３は、溶接ロボットシステム１の、解析モードにおける機能ブロックの一例を表したものである。溶接ロボットシステム１は、解析モードにおいては、学習モードにおける周波数解析部２１５およびクラスタ分割部２１６の代わりに、周波数解析部２１７およびクラスタ比較部２１８を備えている。クラスタ比較部２１８が、本発明の「判定部」の一具体例に相当する。そこで、以下では、学習モードと異なる内容について主に説明するものとし、学習モードと共通する内容については、適宜省略するものとする。

制御部２１は、周波数解析開始指令Ｏｓに従って周波数解析を行う周波数解析部２１７を有している。周波数解析部２１７は、周波数解析開始指令Ｏｓを受けると、単位時間ΔＴ前から現時点まで溶接トーチ１３の先端が移動してきた軌道ｍにおける、単位時間Δｔ分の溶接電流Ｉｓの計測値を、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得するようになっている。周波数解析部２１７は、各軌道ｍにおける単位時間Δｔ分の溶接電流Ｉｓの計測値を、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得するようになっている。ここで、解析モードにおいては、クラスタファイル２２Ｇが既に存在しているので、アーク溶接を繰り返し行う必要はない。

周波数解析部２１７は、さらに、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得した溶接電流Ｉｓの計測値を用いて、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１７は、解析モードにおいて、溶接区間ＷＳに対して行われるアーク溶接において、軌道ｍごとに、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１７は、各軌道ｍにおける上記周波数特性を導出するたびに、導出した上記周波数特性を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）へ記録するようになっている。

図１４は、解析モードにおいて得られる周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）の一例を表したものである。周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）には、溶接電流Ｉｓの周波数特性として、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²が記述されている。周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）において、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²は、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて記述されている。各軌道番号Ｍｎｕｍは、例えば、ファイルの中に１行ごとに１つずつ記述されており、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²が、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。

周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）において、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²は、例えば、１Ｈｚ以上Δｆ／２Ｈｚ以下の範囲において１Ｈｚ刻みで記述されていることが好ましい。これは、Δｆ／２Ｈｚよりも大きな周波数では、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²にエイリアシングが発生しているためである。なお、例えば、図示しないが、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²が、軌道番号Ｍｎｕｍだけでなく、溶接トーチ１３先端の移動距離Δｄｉｓｔとも関連づけて記述されていてもよい。このとき、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²および移動距離Δｄｉｓｔが、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。

周波数解析部２１７は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）の作成が完了すると、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）と、クラスタファイル２２Ｇとを比較する指令（クラスタ比較指令）を生成するようになっている。

図１５は、図１４の溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²と、図７の各クラスタＣｋの代表値で表現される範囲との関係の一例を表したものである。図１５では、図１４の溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²が、全て、各クラスタＣｋの代表値で表現される範囲内に収まっている様子が例示されている。クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７からのクラスタ比較指令に従って、形成された溶接ビードの状態を判定するようになっている。クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７からのクラスタ比較指令を受けると、各軌道ｍにおいて、周波数解析部２１７で得られた周波数特性が周波数およびパワーの観点で各クラスタＣｋの代表値によって規定される１または複数の特定の範囲内に該当するか判定するようになっている。なお、「１または複数の特定の範囲」が、本発明の「所定のパワースペクトラム領域」の一具体例に相当する。具体的には、クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７からのクラスタ比較指令を受けると、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²の座標が、各クラスタＣｋの代表値によって規定される１または複数の特定の範囲内に該当するか判定するようになっている。

クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７で得られた周波数特性が上記「１または複数の特定の範囲」内に該当するときは、形成された溶接ビードが、上記「１または複数の特定の範囲」に対応して規定された状態であると判定するようになっている。具体的には、クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７で得られた溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²の座標が、各クラスタＣｋの代表値によって規定される「１または複数の特定の範囲」内に該当するときは、形成された溶接ビードが、上記「１または複数の特定の範囲」に対応して規定された状態であると判定するようになっている。ここで、「規定された状態」とは、例えば、溶接ビードにおける通常の状態（溶接異常のない状態）、通常の状態とは異なる状態、もしくは、異常状態などを指している。

なお、クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７で得られた周波数特性のごく一部が上記「１または複数の特定の範囲」から外れている場合であっても、形成された溶接ビードが、上記「１または複数の特定の範囲」に対応して規定された状態であると判定するようになっていてもよい。具体的には、クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７で得られた溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²の座標のごく一部が、各クラスタＣｋの代表値によって規定される１または複数の特定の範囲から外れている場合であっても、形成された溶接ビードが、上記「１または複数の特定の範囲」に対応して規定された状態であると判定するようになっていてもよい。

クラスタ比較部２１８は、上記判定結果を、移動距離Δｄｉｓｔおよび軌道番号Ｍｎｕｍの少なくとも一方と関連付けて、監視情報として通信部２３に出力するようになっている。

通信部２３は、制御部２１（クラスタ比較部２１８）からの監視情報を、ティーチペンダント３０（通信部３４）に送信するようになっている。監視情報には、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの計測値、溶接電流Ｉｓの周波数特性、移動距離Δｄｉｓｔおよび軌道番号Ｍｎｕｍの少なくとも一方、ならびに上述の判定結果などが含まれ得る。

ティーチペンダント３０において、制御部３１は、例えば、再生モードが選択されている場合に、通信部３４から監視情報を取得したときには、取得した監視情報を表示するための映像信号を生成するようになっている。表示部３２は、監視情報を表示するための映像信号に基づいて、例えば、溶接電流Ｉｓの周波数特性と、上述の判定結果とを表示するようになっている。

ティーチペンダント３０において、入力部３３は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を調整可能な調整部３３Ａを有していてもよい（図１６参照）。また、入力部３３が調整部３３Ａを有している場合に、調整部３３Ａが、上述の判定結果に基づいて、溶接電流Ｉｓの周波数特性が所定の周波数特性となるように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整するようになっていてもよい。このとき、調整部３３Ａが、例えば、溶接電流Ｉｓの周波数特性の調整方針を示唆する１または複数のキーを有していてもよい。調整部３３Ａは、そのようなキーとして、例えば、「溶接時のアークがより硬くなる」ように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整することの可能なキーを有していてもよい。また、調整部３３Ａは、そのようなキーとして、例えば、「溶接時のアークがより柔らかくなる」ように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整することの可能なキーを有していてもよい。

［解析モードにおける動作手順］
次に、解析モードにおける動作手順について説明する。以下では、解析モードにおける動作手順として、周波数解析部２１７およびクラスタ比較部２１８のそれぞれの動作手順の一例を説明する。

（周波数解析部２１７の動作手順）
図１７は、解析モードにおける周波数解析部２１７の動作手順の一例を表したものである。まず、周波数解析部２１７は、例えば、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）のファイル番号ＦｎｕｍをＮ＋１にしておく（ステップＳ４０１）。周波数解析部２１７は、周波数解析開始指令が生成されたか判定する（ステップＳ２０２）。周波数解析部２１７は、周波数解析開始指令を検知すると、計測ファイル２２Ｅから、単位時間Δｔの間（ｓｍｐｌ個）の溶接電流Ｉｓの計測値を取得する（ステップＳ４０３）。周波数解析部２１７は、周波数解析開始指令を検知しなかった場合は、周波数解析終了指令が生成されたか判定する（ステップＳ４０８）。周波数解析部２１７は、周波数解析終了指令を検知しなかった場合は、再び、ステップＳ４０２に戻る。

周波数解析部２１７は、ステップＳ２０３を実行した後、窓関数により、溶接電流Ｉｓの波形を整形する（ステップＳ４０４）。窓関数には、例えば、ハミング窓などの公知のアルゴリズムが用いられる。周波数解析部２１７は、波形整形がなされた溶接電流Ｉｓに対して高速フーリエ変換ＦＦＴを行い、溶接電流Ｉｓの振幅スペクトルＸａを導出し（ステップＳ４０５）、さらに２乗して、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²を導出する（ステップＳ４０６）。このとき、周波数解析部２１７は、溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づける（ステップＳ４０７）。

周波数解析部２１７は、周波数解析終了指令を検知した場合は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）を開き（ステップＳ４０９）、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけた溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²を周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）に書き込む（ステップＳ４１０）。その後、周波数解析部２１７は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）を閉じ（ステップＳ４１１）、クラスタ比較指令を出力する（ステップＳ４１２）。

（クラスタ比較部２１８の動作手順）
図１８は、解析モードにおけるクラスタ比較部２１８の動作手順の一例を表したものである。まず、クラスタ比較部２１８は、ファイル番号ＦｎｕｍをＮ＋１にするとともに、行番号Ｌｉｎｅを１にする（ステップＳ５０１）。クラスタ比較部２１８は、クラスタ比較指令が生成されたか判定する（ステップＳ５０２）。クラスタ比較部２１８は、クラスタ比較指令を検知すると、行番号Ｌｉｎｅが軌道番号Ｍを超えているか判定する（ステップＳ５０３）。クラスタ比較部２１８は、行番号ＬｉｎｅがＭを超えている場合には、クラスタ比較を終了する。クラスタ比較部２１８は、行番号Ｌｉｎｅが軌道番号Ｍを超えていない場合には、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）から、軌道番号Ｍｎｕｍに対応させた電流値ＩｓのパワースペクトルＸａ²を取得する（ステップＳ５０４）。クラスタ比較部２１８は、クラスタファイル２２Ｇから、クラスタＣｋ（Ｍｎｕｍ）の中心値Ｆｋ（Ｍｎｕｍ）と最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）を読み込む（ステップＳ５０５）。その後、クラスタ比較部２１８は、周波数ｉを１にすると共に、異常数Ｅｃｎｔを０にする（ステップＳ５０６）。

次に、クラスタ比較部２１８は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっているか判定する（ステップＳ５０７）。クラスタ比較部２１８は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっている場合には、中心値Ｆｋ（Ｍｎｕｍ）の座標から、Ｌｉｎｅ番目の行における周波数ｉの電流値ＩｓのパワースペクトルＸａ²の座標までの距離Ｔａ（Ｍｎｕｍ）を導出する（ステップＳ５０９）。クラスタ比較部２１８は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さいか判定する（ステップＳ５１０）。クラスタ比較部２１８は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さい場合には、周波数ｉに１を加え（ステップＳ５１１）、ステップＳ５０７に戻る。クラスタ比較部２１８は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さくない場合には、異常数Ｅｃｎｔに１を加える（ステップＳ５１２）。クラスタ比較部２１８は、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっているか判定する（ステップＳ５１３）。クラスタ比較部２１８は、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっていない場合には、ステップＳ５１１に移行し、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっている場合には、異常信号を出力し（ステップＳ５１４）、クラスタ比較を終了する。

［効果］
次に、溶接ロボットシステム１におけるアーク溶接監視システムの効果について説明する。

従来から、溶接不良をより正確に検出する技術として、例えば、上記の特許文献１，２が提案されている。特許文献１では、アーク溶接中に計測される溶接電圧が設定電圧しきい値以上であった場合であって、かつ、溶接電流が設定電流範囲外にあるときに、溶接異常が発生したことを知らせる技術が提案されている。特許文献２では、アーク溶接中の溶接電流および溶接電圧に異常があるときに、異常と判定された箇所をロボットの動作軌跡と関連づけてディスプレイ上に表示する技術が提案されている。

上記の特許文献１，２に記載の発明では、溶接異常の判定に溶接電圧や溶接電流のしきい値が使われている。そのため、例えば、溶接電圧や溶接電流が、設定されたしきい値を超えない範囲内でアーク放電が伸び縮みして不安定になることに起因して起こる溶接の状態変化が見逃される可能性がある。また、例えば、普段とアーク放電の状態が異なることに起因して起こる溶接の状態変化が見逃される可能性がある。見逃された状態変化が、実際には溶接異常に該当する可能性もあり、その場合には、ユーザは溶接異常を見逃しかねない。

一方、本実施の形態では、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性（電流値ＩｓのパワースペクトルＸａ²）が導出される。溶接電流Ｉｓの変化は、振幅の経時変化の中に現れる。そのため、特定の振幅値をしきい値に設定して、溶接の状態変化や溶接異常を判別することは容易ではない。一方で、溶接の状態変化や溶接異常の疑いのある変化が溶接電流Ｉｓに起こっている場合には、その変化は、比較的はっきりと周波数特性（電流値ＩｓのパワースペクトルＸａ²）の中に表れ得る。

そこで、本実施の形態では、導出した周波数特性（電流値ＩｓのパワースペクトルＸａ²）が各クラスタＣｋの代表値によって規定される特定の範囲（所定のパワースペクトラム領域）内に該当するかが判定される。これにより、溶接電圧Ｉｓや溶接電流Ｉｖを監視しているだけでは見逃される可能性のある溶接の状態変化や溶接異常についても検出することが可能である。その結果、例えば、スパッタの増加や、溶着量の不足などの異常も検出することが可能である。

また、本実施の形態において、入力部３３に調整部３３Ａが設けられている場合には、作業者は、例えば、表示部３２に表示される溶接電流Ｉｓの周波数特性と、上述の判定結果とを見ながら、入力部３３のキーから、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を調整することができる。これにより、作業者は、溶接電流Ｉｓの周波数特性を調整することができるので、溶接の状態を調整することができる。

また、本実施の形態において、調整部３３Ａが、上述の判定結果に基づいて、溶接電流Ｉｓの周波数特性が所定の周波数特性となるように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整するようになっている場合には、作業者がアーク溶接に熟練していなくても、溶接の状態を調整することができる。

＜２．第２の実施の形態＞
[構成]
図１９は、本発明の第２の実施の形態に係るアーク溶接監視システムを備えた溶接ロボットシステム２の機能ブロックの一例を表したものである。溶接ロボットシステム２は、上述の学習モードを備えておらず、上述の解析モードを備えている点で、溶接ロボットシステム１の構成と相違する。そこで、以下では、上記実施の形態と異なる内容について主に説明するものとし、上記実施の形態と共通する内容については、適宜省略するものとする。

溶接ロボットシステム２は、溶接ロボットシステム１の解析モードにおける構成（図１３参照）において、クラスタ比較部２１８およびクラスタファイル２２Ｇを省略したものか、もしくは、クラスタ比較部２１８およびクラスタファイル２２Ｇを使用しないものに相当する。

本実施の形態では、周波数解析部２１７は、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得した溶接電流Ｉｓの計測値を用いて、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１７は、溶接区間ＷＳに対して行われるアーク溶接において、各軌道ｍにおける、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１７は、各軌道ｍにおける上記周波数特性を導出するたびに、導出した上記周波数特性を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）へ記録するようになっている。

周波数解析部２１７は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）の作成が完了すると、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）に含まれる複数の周波数特性などを、監視情報として通信部２３に出力するようになっている。監視情報には、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの計測値、溶接電流Ｉｓの周波数特性、ならびに移動距離Δｄｉｓｔおよび軌道番号Ｍｎｕｍの少なくとも一方などが含まれ得る。

通信部２３は、制御部２１（周波数解析部２１７）からの監視情報を、ティーチペンダント３０（通信部３４）に送信するようになっている。ティーチペンダント３０において、制御部３１は、例えば、再生モードが選択されている場合に、通信部３４から監視情報を取得したときには、取得した監視情報を表示するための映像信号を生成するようになっている。表示部３２は、監視情報を表示するための映像信号に基づいて、例えば、溶接電流Ｉｓの周波数特性を表示するようになっている。

ティーチペンダント３０において、入力部３３は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を調整可能な調整部３３Ａを有していてもよい（図１８参照）。また、入力部３３が調整部３３Ａを有している場合に、調整部３３Ａが、上述の判定結果に基づいて、溶接電流Ｉｓの周波数特性が所定の周波数特性となるように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整するようになっていてもよい。このとき、調整部３３Ａが、例えば、溶接電流Ｉｓの周波数特性の調整方針を示唆する１または複数のキーを有していてもよい。調整部３３Ａは、そのようなキーとして、例えば、「溶接時のアークがより硬くなる」ように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整することの可能なキーを有していてもよい。また、調整部３３Ａは、そのようなキーとして、例えば、「溶接時のアークがより柔らかくなる」ように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整することの可能なキーを有していてもよい。

［効果］
本実施の形態では、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性（電流値ＩｓのパワースペクトルＸａ²）が導出される。これにより、例えば、上記周波数特性を表示部３２に表示させ、表示させた周波数特性をユーザが観察することによって、溶接の状態変化や溶接異常を見つけることが可能である。その結果、例えば、スパッタの増加や、溶着量の不足などの異常も検出することが可能である。

また、本実施の形態において、入力部３３に調整部３３Ａが設けられている場合には、作業者は、例えば、表示部３２に表示される溶接電流Ｉｓの周波数特性と、上述の判定結果とを見ながら、入力部３３のキーから、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を調整することができる。これにより、作業者は、溶接電流Ｉｓの周波数特性を調整することができるので、溶接の状態を調整することができる。

また、本実施の形態において、調整部３３Ａが、上述の判定結果に基づいて、溶接電流Ｉｓの周波数特性が所定の周波数特性となるように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整するようになっている場合には、作業者がアーク溶接に熟練していなくても、溶接の状態を調整することができる。

＜３．第１および第２の実施の形態に共通の変形例＞
上記各実施の形態では、溶接電流Ｉｓの周波数特性が導出されていたが、溶接電圧Ｖｓの周波数特性が導出されていてもよい。この場合、上記各実施の形態において、必要に応じて、「溶接電流Ｉｓ」を「溶接電圧Ｖｓ」に読み替えるものとする。また、「溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²」を「溶接電圧ＶｓのパワースペクトルＸｖ²」に読み替え、「溶接電流Ｉｓの振幅スペクトルＸａ」を「溶接電圧Ｖｓの振幅スペクトルＸｖ」に読み替えるものとする。

上記各実施の形態では、溶接電流Ｉｓの周波数特性が導出されていたが、ワイヤ送給速度Ｖｆの周波数特性が導出されていてもよい。この場合、上記各実施の形態において、必要に応じて、「溶接電流Ｉｓ」を「ワイヤ送給速度Ｖｆ」に読み替えるものとする。また、「溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²」を「ワイヤ送給速度ＶｆのパワースペクトルＸｓ²」に読み替え、「溶接電流Ｉｓの振幅スペクトルＸａ」を「ワイヤ送給速度Ｖｆの振幅スペクトルＸｓ」に読み替えるものとする。

上記各実施の形態では、溶接電流Ｉｓの周波数特性が導出されていたが、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのうちの少なくとも１つの周波数特性が導出されていてもよい。この場合、上記各実施の形態において、必要に応じて、「溶接電流Ｉｓ」を「溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのうちの少なくとも１つ」に読み替えるものとする。また、「溶接電流ＩｓのパワースペクトルＸａ²」を「溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度ＶｆのパワースペクトルＸａ²，Ｘｖ²，Ｘｓ²のうちの少なくとも１つ」に読み替えるものとする。また、「溶接電流Ｉｓの振幅スペクトルＸａ」を「溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆの振幅スペクトルＸａ，Ｘｖ，Ｘｓのうちの少なくとも１つ」に読み替えるものとする。

＜４．第３の実施の形態＞
次に、本発明の第３の実施の形態に係るアーク溶接監視システムを備えた溶接ロボットシステム３について説明する。本実施の形態の溶接ロボットシステム３は、上記第１の実施の形態の溶接ロボットシステム１において、計測値から得られた周波数特性の代わりに伝達関数を用いて、溶接ビードの状態を判定するようにしたものである。なお、以下では、上記第１の実施の形態と共通の構成要素に対しては、上記第１の実施の形態で付されていた符号と同一の符号が付される。また、上記第１の実施の形態と異なる構成要素の説明を主に行い、上記第１の実施の形態と共通の構成要素の説明については、適宜、省略するものとする。

図２０は、溶接ロボットシステム３の、学習モードにおける機能ブロックの一例を表したものである。溶接ロボットシステム３は、学習モードおよび解析モードの、２つのモードを備えている。以下では、最初に、学習モードと関連する構成を中心に説明し、その後に、解析モードと関連する構成について説明するものとする。

[学習モードにおける構成]
溶接ロボットシステム３は、プログラム制御された多関節ロボットによってワークＷにアーク溶接を行うものである。溶接ロボットシステム３は、マニピュレータ１０と、ロボット制御装置２０と、ティーチペンダント３０と、溶接機４０とを備えている。

ロボット制御装置２０に設けられた記憶部２４は、アーク溶接監視プログラム２２Ｃが実行されることにより生成される各種データを記憶可能となっている。そのようなデータを含むファイルとしては、例えば、計測ファイル２２Ｅ、周波数特性ファイル２２Ｆおよびクラスタファイル２２Ｇが挙げられる（図３参照）。本実施の形態では、周波数特性ファイル２２Ｆには、例えば、後述の周波数解析部２１５によって生成される複数の伝達関数Ｇの周波数特性が記述される。

ロボット制御装置２０の制御部２１に設けられた周波数解析部２１５は、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得した溶接電流Ｉｓの計測値を用いて、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１５は、学習モードにおいて、軌道ｍごとに、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間ΔｔあたりのパワースペクトルＸａ１²を導出するようになっている。周波数解析部２１５は、さらに、学習モードにおいて、溶接区間ＷＳに対してアーク溶接を行うごとに、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間ΔｔあたりのパワースペクトルＸａ１²を導出するようになっている。

周波数解析部２１５は、さらに、設定ファイル２２Ｄから取得した溶接電流Ｉｓの設定値を用いて、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間Δｔあたりの周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１５は、学習モードにおいて、軌道ｍごとに、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間ΔｔあたりのパワースペクトルＸａ２²を導出するようになっている。周波数解析部２１５は、さらに、学習モードにおいて、溶接区間ＷＳに対してアーク溶接を行うごとに、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間ΔｔあたりのパワースペクトルＸａ２²を導出するようになっている。

周波数解析部２１５は、溶接電流Ｉｓの設定値（制御波形）を入力信号とし、溶接電流Ｉｓの計測値（観測波形）を出力信号としたときのシステムの伝達関数Ｇを軌道ｍごとに導出し、導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）（１≦Ｆｎｕｍ≦Ｎ）へ記録するようになっている。周波数解析部２１５は、導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、応答モデルとして周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）へ記録するようになっている。なお、周波数解析部２１５は、学習モードにおいて、軌道ｍごとに、複数の単位時間Δｔを設定し、設定した単位時間Δｔごとに、伝達関数Ｇを導出するようになっていてもよい。この場合、周波数解析部２１５は、共通の軌道ｍに対応する複数の伝達関数Ｇの周波数特性を、周波数ごとに平均化したものを、応答モデルとして周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）へ記録するようになっていてもよい。

周波数解析部２１５は、例えば、同じ作業プログラム２２ＢによってＮ回の正常溶接が行われている時に、伝達関数Ｇを軌道ｍごとに導出し、導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、正常な応答モデルとして周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）へ記録するようになっていてもよい。この場合に、周波数解析部２１５は、軌道ｍごとに複数の伝達関数Ｇを導出するときには、共通の軌道ｍに対応する複数の伝達関数Ｇの周波数特性を、周波数ごとに平均化したものを、正常な応答モデルとして周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）へ記録するようになっていてもよい。

周波数解析部２１５は、例えば、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性と、溶接電流Ｉｓの測定値の単位時間Δｔあたりの周波数特性とを導出するたびに、導出したこれらの周波数特性に基づいて、伝達関数Ｇを導出するようになっている。周波数解析部２１５は、例えば、そのようにして導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）へ記録するようになっている。周波数解析部２１５は、軌道ｍごとに複数の伝達関数Ｇを導出する場合には、共通の軌道ｍに対応する複数の伝達関数Ｇの周波数特性（パワースペクトルＸａ²）を、周波数ごとに平均化したものを周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）へ記録するようになっていてもよい。周波数解析部２１５は、例えば、そのようにして導出した伝達関数Ｇの周波数特性（パワースペクトルＸａ²）を、応答モデルとして周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）へ記録するようになっている。

周波数特性ファイル２２Ｆは、複数（Ｎ個）の周波数特性ファイル２２Ｆ（１）〜２２Ｆ（Ｎ）で構成されている。各周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）には、伝達関数Ｇの周波数特性として、伝達関数Ｇの周波数特性が記述されている。各周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）において、伝達関数Ｇの周波数特性は、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて記述されている。各軌道番号Ｍｎｕｍは、例えば、ファイルの中に１行ごとに１つずつ記述されており、伝達関数Ｇの周波数特性が、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。なお、伝達関数Ｇの周波数特性が、軌道番号Ｍｎｕｍだけでなく、溶接トーチ１３先端の移動距離Δｄｉｓｔとも関連づけて記述されていてもよい。このとき、伝達関数Ｇの周波数特性および移動距離Δｄｉｓｔが、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆの作成が完了すると、周波数特性ファイル２２Ｆからクラスタファイル２２Ｇを生成する指令（クラスタ分割指令）を生成するようになっている。

ロボット制御装置２０の制御部２１に設けられたクラスタ分割部２１６は、クラスタ分割指令を受けると、各周波数特性ファイル２２Ｆ（１）〜２２Ｆ（Ｎ）に含まれる複数の伝達関数Ｇの周波数特性を、軌道ｍごとに分類するようになっている。クラスタ分割部２１６は、軌道ｍごとに分けられたＮ個の周波数特性を、周波数およびパワーの観点でＫ個のクラスタＣｋに分類するようになっている。

クラスタ分割部２１６は、各クラスタＣｋにおいて、クラスタＣｋに含まれる１または複数の周波数特性の代表値を算出するようになっている。具体的には、クラスタ分割部２１６は、クラスタＣｋに含まれる１または複数の周波数特性の中心値Ｆｋおよび最大距離Ｔｋを算出するようになっている。クラスタ分割部２１６は、クラスタＣｋごとに算出した代表値（中心値Ｆｋおよび最大距離Ｔｋ）を、軌道ｍごとにクラスタファイル２２Ｇ（Ｍｎｕｍ）へ記録するようになっている。

クラスタ分割部２１６は、溶接ビードの状態ごとにクラスタファイル２２Ｇを形成するようになっていてもよい。クラスタ分割部２１６は、例えば、正常溶接時の応答モデルのクラスタファイル２２Ｇだけでなく、非正常溶接時の応答モデルのクラスタファイル２２Ｇや、異常時の応答モデルのクラスタファイル２２Ｇを形成するようになっていてもよい。

その場合、ロボット制御装置２０の制御部２１は、クラスタ比較部２１９を有している（図２０参照）。クラスタ比較部２１９については、後に詳述する。周波数解析部２１５は、例えば、正常溶接時のＮ回の学習の実施が全て完了した段階で、クラスタ分割指令を生成するようになっている。周波数解析部２１５は、例えば、さらに、Ｎ＋１回目以降の学習が実施される度に、導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけた周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）（１≦Ｆｎｕｍα≦Ｘ）へ記録するようになっている。ここで、周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）における「Ｆｎｕｍα」は、学習モードにおけるＮ＋１回目以降のアーク溶接回数に対応している。つまり、周波数解析部２１５は、例えば、学習モードにおいて溶接区間ＷＳに対してＮ＋１回目以降のアーク溶接を行うたびに、周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）を生成し、生成した周波数特性ファイルＩ（Ｆｎｕｍα）に、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけられた伝達関数Ｇの周波数特性を記録するようになっている。

図２１は、Ｎ＋１回目以降の学習を実施することにより得られる周波数特性ファイル２２Ｉの一例を表したものである。周波数特性ファイル２２Ｉは、複数（Ｘ個）の周波数特性ファイル２２Ｉ（１）〜２２Ｉ（Ｘ）で構成されている。各周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）には、伝達関数Ｇの周波数特性として、伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²が記述されている。各周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）において、伝達関数Ｇの周波数特性は、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて記述されている。各軌道番号Ｍｎｕｍは、例えば、ファイルの中に１行ごとに１つずつ記述されており、伝達関数Ｇの周波数特性が、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。

周波数解析部２１５は、例えば、周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）が生成される度に、周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）と、正常の応答モデルのクラスタファイル２２Ｇとを比較する指令（クラスタ比較指令）を生成するようになっている。クラスタ比較部２１９は、周波数解析部２１５からのクラスタ比較指令に従って、得られた応答モデルと、正常の応答モデルとのパターンマッチングを行うようになっている。

クラスタ比較部２１９は、周波数解析部２１５からのクラスタ比較指令を受けると、例えば、各軌道ｍにおいて、周波数解析部２１５で得られた伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²の座標が、周波数およびパワーの観点で各クラスタＣｋの代表値によって規定される１または複数の特定の範囲内に該当するか判定するようになっている。

クラスタ比較部２１９は、周波数解析部２１５で得られた伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²の座標が、各クラスタＣｋの代表値によって規定される「１または複数の特定の範囲」内に該当するときは、形成された溶接ビードが、上記「１または複数の特定の範囲」に対応して規定された状態（すなわち、正常状態）であると判定するようになっている。クラスタ比較部２１９は、周波数解析部２１５で得られた伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²の座標が、上記「１または複数の特定の範囲」内に該当しないときは、周波数解析部２１５で得られた伝達関数Ｇの周波数特性を、非正常時または異常時の周波数特性として、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、正常時または異常時用の周波数特性ファイル２２Ｆへ記録するようになっている。このとき、クラスタ比較部２１９は、溶接ビードの状態に変化を与えた原因についての情報を、周波数解析部２１５で得られた伝達関数Ｇの周波数特性と併せて、非正常時または異常時用の周波数特性ファイル２２Ｆへ記録するようになっていてもよい。

［学習モードにおける動作手順］
次に、学習モードにおける動作手順について説明する。以下では、学習モードにおける動作手順として、周波数解析部２１５およびクラスタ比較部２１９のそれぞれの動作手順の一例を説明する。

（周波数解析部２１５の動作手順）
まず、周波数解析部２１５の動作手順について説明する。図２２は、学習モードにおける周波数解析部２１５の動作手順の一例を表したものである。まず、周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）のファイル番号Ｆｎｕｍを１にしておく（ステップＳ６０１）。次に、周波数解析部２１５は、周波数解析開始指令Ｏｓが生成されたか判定する（ステップＳ６０２）。周波数解析部２１５は、周波数解析開始指令Ｏｓを検知すると、計測ファイル２２Ｅから、単位時間Δｔの間（ｓｍｐｌ個）の溶接電流Ｉｓの計測値を取得する（ステップＳ６０３）。周波数解析部２１５は、周波数解析開始指令を検知しなかった場合は、周波数解析終了指令が生成されたか判定する（ステップＳ６０７）。周波数解析部２１５は、周波数解析終了指令を検知しなかった場合は、再び、ステップＳ６０２に戻る。

周波数解析部２１５は、ステップＳ６０３を実行した後、窓関数により、溶接電流Ｉｓの波形を整形する（ステップＳ６０４）。窓関数には、例えば、ハミング窓などの公知のアルゴリズムが用いられる。周波数解析部２１５は、波形整形がなされた溶接電流Ｉｓに対して高速フーリエ変換ＦＦＴを行い、溶接電流Ｉｓの設定値の振幅スペクトルＸａ１を導出する（ステップＳ６０５）。周波数解析部２１５は、さらに、振幅スペクトルＸａ１を２乗して、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間ΔｔあたりのパワースペクトルＸａ１²を導出する（ステップＳ６０６）。このとき、周波数解析部２１５は、パワースペクトルＸａ１²を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づける。

周波数解析部２１５は、周波数解析終了指令を検知した場合は、設定ファイル２２Ｄから溶接電流Ｉｓの設定値を読み出し、読み出した溶接電流Ｉｓの設定値に対して高速フーリエ変換ＦＦＴを行い、溶接電流Ｉｓの設定値の振幅スペクトルＸａ２を導出する（ステップＳ６０８）。周波数解析部２１５は、さらに、振幅スペクトルＸａ２を２乗して、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間ΔｔあたりのパワースペクトルＸａ２²を導出する（ステップＳ６０９）。このとき、周波数解析部２１５は、パワースペクトルＸａ２²を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づける。

周波数解析部２１５は、導出したパワースペクトルＸａ１²およびパワースペクトルＸａ２²に基づいて、伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ２²を導出する（ステップＳ６１０）。周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を開き（ステップＳ６１１）、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけた伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ２²を周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）に書き込む（ステップＳ６１２）。

その後、周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を閉じ（ステップＳ６１３）、ファイル番号Ｆｎｕｍに１を加える（ステップＳ６１４）。周波数解析部２１５は、ファイル番号Ｆｎｕｍが学習回数Ｎを超えたか判定する（ステップＳ６１５）。周波数解析部２１５は、ファイル番号Ｆｎｕｍが学習回数Ｎを超えていない場合には、ステップＳ６０２に戻り、ファイル番号Ｆｎｕｍが学習回数Ｎを超えている場合には、クラスタ分割指令を出力し（ステップＳ６１６）、周波数解析動作を終了する。

なお、周波数解析部２１５は、ファイル番号Ｆｎｕｍが学習回数Ｎを超えている場合に、周波数解析動作を終了する代わりに、Ｎ＋１回以降の学習を実行し、非正常時または異常時用の周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を形成してもよい。この場合、周波数解析部２１５は、まず、Ｎ＋１回目以降の学習の実施が完了する度に、導出した伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ２²を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけた周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）へ記録する。次に、周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｆｎｕｍα）が生成される度に、クラスタ比較指令を生成する。

（クラスタ比較部２１９の動作手順）
次に、クラスタ比較部２１９の動作手順について説明する。図２３は、学習モードにおけるクラスタ比較部２１９の動作手順の一例を表したものである。まず、クラスタ比較部２１９は、行番号Ｌｉｎｅを１にする（ステップＳ７０１）。次に、クラスタ比較部２１９は、クラスタ比較指令が生成されたか判定する（ステップＳ７０２）。クラスタ比較部２１９は、クラスタ比較指令を検知すると、行番号Ｌｉｎｅが軌道番号Ｍを超えているか判定する（ステップＳ７０３）。クラスタ比較部２１９は、行番号ＬｉｎｅがＭを超えている場合には、クラスタ比較を終了する。クラスタ比較部２１９は、行番号Ｌｉｎｅが軌道番号Ｍを超えていない場合には、周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｋ）から、軌道番号Ｍｎｕｍに対応させた伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²を取得する（ステップＳ７０４）。クラスタ比較部２１９は、クラスタファイル２２Ｇから、クラスタＣｋ（Ｍｎｕｍ）の中心値Ｆｋ（Ｍｎｕｍ）と最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）を読み込む（ステップＳ７０５）。その後、クラスタ比較部２１９は、周波数ｉを１にすると共に、異常数Ｅｃｎｔを０にする（ステップＳ７０６）。

次に、クラスタ比較部２１９は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっているか判定する（ステップＳ７０７）。クラスタ比較部２１９は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっていない場合には、行番号Ｌｉｎｅに１を加えて、ステップ７０３に戻る。クラスタ比較部２１９は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっている場合には、中心値Ｆｋ（Ｍｎｕｍ）の座標から、Ｌｉｎｅ番目の行における伝達関数Ｇの周波数ｉのパワースペクトルＸａ²の座標までの距離Ｔａ（Ｍｎｕｍ）を導出する（ステップＳ７０９）。クラスタ比較部２１９は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さいか判定する（ステップＳ７１０）。クラスタ比較部２１９は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さい場合には、周波数ｉに１を加え（ステップＳ７１１）、ステップＳ７０７に戻る。クラスタ比較部２１９は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さくない場合には、異常数Ｅｃｎｔに１を加える（ステップＳ７１２）。クラスタ比較部２１９は、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっているか判定する（ステップＳ７１３）。クラスタ比較部２１９は、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっていない場合には、ステップＳ７１１に移行する。クラスタ比較部２１９は、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっている場合には、周波数特性ファイル２２Ｉ（Ｋ）を非正常時または異常時用の周波数特性ファイル２２Ｆとして、記憶部２４に記録し（ステップＳ７１４）、クラスタ比較を終了する。

[解析モードにおける構成]
次に、解析モードにおける構成について説明する。

溶接ロボットシステム３は、解析モードにおいては、学習モードにおける周波数解析部２１５、クラスタ分割部２１６、クラスタ比較部２１９および周波数特性ファイル２２Ｉを割愛し、周波数解析部２１７およびクラスタ比較部２１８をさらに備えている。つまり、溶接ロボットシステム３は、解析モードにおいては、上記第１の実施の形態の溶接ロボットシステム１と同様の構成要素を備えている。そこで、以下では、学習モードと異なる内容について主に説明するものとし、学習モードと共通する内容については、適宜省略するものとする。

ロボット制御装置２０の制御部２１に設けられた周波数解析部２１７は、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得した溶接電流Ｉｓの計測値を用いて、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性（以下、「第１周波数特性」と称する。）を導出するようになっている。計測値から導出される周波数特性が、本発明の「第１周波数特性」の一具体例に相当する。周波数解析部２１７は、解析モードにおいて、溶接区間ＷＳに対して行われるアーク溶接において、軌道ｍごとに、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの第１周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１７は、さらに、解析モードにおいて、溶接区間ＷＳに対してアーク溶接を行うごとに、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの第１周波数特性を導出するようになっている。

周波数解析部２１７は、さらに、設定ファイル２２Ｄから取得した溶接電流Ｉｓの設定値を用いて、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間Δｔあたりの周波数特性（以下、「第２周波数特性」と称する。）を導出するようになっている。設定値から導出される周波数特性が、本発明の「第２周波数特性」の一具体例に相当する。周波数解析部２１７は、解析モードにおいて、溶接区間ＷＳに対して行われるアーク溶接において、軌道ｍごとに、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間Δｔあたりの第２周波数特性を導出するようになっている。周波数解析部２１５は、さらに、解析モードにおいて、溶接区間ＷＳに対してアーク溶接を行うごとに、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間Δｔあたりの第２周波数特性を導出するようになっている。

周波数解析部２１７は、溶接電流Ｉｓの設定値（制御波形）を入力信号とし、溶接電流Ｉｓの計測値（観測波形）を出力信号としたときのシステムの伝達関数Ｇを軌道ｍごとに導出し、導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）へ記録するようになっている。周波数解析部２１５は、導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、応答モデルとして周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）へ記録するようになっている。なお、周波数解析部２１７は、解析モードにおいて、軌道ｍごとに、複数の単位時間Δｔを設定し、設定した単位時間Δｔごとに、伝達関数Ｇを導出するようになっていてもよい。この場合、周波数解析部２１７は、共通の軌道ｍに対応する複数の伝達関数Ｇの周波数特性を、周波数ごとに平均化したものを、応答モデルとして周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）へ記録するようになっていてもよい。

周波数解析部２１７は、例えば、各軌道ｍにおける第１周波数特性および第２周波数特性を導出するたびに、導出した第１周波数特性および第２周波数特性に基づいて、伝達関数Ｇの周波数特性を軌道ｍごとに導出するようになっている。周波数解析部２１７は、例えば、そのようにして導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）へ記録するようになっている。周波数解析部２１７は、例えば、そのようにして導出した伝達関数Ｇの周波数特性を、応答モデルとして周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）へ記録するようになっている。

周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）には、伝達関数Ｇの周波数特性として、伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²が記述されている。周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）において、伝達関数Ｇの周波数特性は、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて記述されている。各軌道番号Ｍｎｕｍは、例えば、ファイルの中に１行ごとに１つずつ記述されており、伝達関数Ｇの周波数特性が、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。周波数解析部２１７は、軌道ｍごとに複数の伝達関数Ｇの周波数特性を導出する場合には、共通の軌道ｍに対応する複数の伝達関数Ｇの周波数特性を、周波数ごとに平均化したものを周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）へ記録するようになっている。なお、例えば、図示しないが、伝達関数Ｇの周波数特性が、軌道番号Ｍｎｕｍだけでなく、溶接トーチ１３先端の移動距離Δｄｉｓｔとも関連づけて記述されていてもよい。このとき、伝達関数Ｇの周波数特性および移動距離Δｄｉｓｔが、対応する軌道番号Ｍｎｕｍの行と同一の行に並んで記述されている。

周波数解析部２１７は、周波数特性ファイル２２Ｈの作成が完了すると、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）と、クラスタファイル２２Ｇとを比較する指令（クラスタ比較指令）を生成するようになっている。

クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７からのクラスタ比較指令に従って、形成された溶接ビードの状態を判定するようになっている。クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７からのクラスタ比較指令を受けると、各軌道ｍにおいて、周波数解析部２１７で得られた伝達関数Ｇの周波数特性が周波数およびパワーの観点で各クラスタＣｋの代表値によって規定される１または複数の特定の範囲内に該当するか判定するようになっている。なお、「１または複数の特定の範囲」が、本発明の「所定のパワースペクトラム領域」の一具体例に相当する。具体的には、クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７からのクラスタ比較指令を受けると、伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²の座標が、各クラスタＣｋの代表値によって規定される１または複数の特定の範囲内に該当するか判定するようになっている。

クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１７で得られた伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²の座標が、各クラスタＣｋの代表値によって規定される「１または複数の特定の範囲」内に該当するときは、形成された溶接ビードが、上記「１または複数の特定の範囲」に対応して規定された状態であると判定するようになっている。ここで、「規定された状態」とは、例えば、溶接ビードにおける通常の状態（溶接異常のない状態）、通常の状態とは異なる状態、もしくは、異常状態などを指している。

なお、周波数解析部２１７で得られた伝達関数Ｇの周波数特性の座標のごく一部が、各クラスタＣｋの代表値によって規定される１または複数の特定の範囲から外れている場合がある。この場合、クラスタ比較部２１８は、形成された溶接ビードが、上記「１または複数の特定の範囲」に対応して規定された状態であると判定するようになっていてもよい。また、周波数解析部２１７で得られた伝達関数Ｇの周波数特性の座標の所定割合が、各クラスタＣｋの代表値によって規定される１または複数の特定の範囲から外れている場合もある。この場合、クラスタ比較部２１８は、周波数解析部２１５で得られた伝達関数Ｇの周波数特性を、非正常時または異常時の周波数特性として、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、正常時または異常時用の周波数特性ファイル２２Ｆへ記録するようになっていてもよい。このとき、クラスタ比較部２１８は、溶接ビードの状態に変化を与えた原因についての情報を、周波数解析部２１５で得られた伝達関数Ｇの周波数特性と併せて、非正常時または異常時用の周波数特性ファイル２２Ｆへ記録するようになっていてもよい。

［解析モードにおける動作手順］
次に、解析モードにおける動作手順について説明する。以下では、解析モードにおける動作手順として、周波数解析部２１７およびクラスタ比較部２１８のそれぞれの動作手順の一例を説明する。

（周波数解析部２１７の動作手順）
まず、周波数解析部２１７の動作手順について説明する。図２４は、解析モードにおける周波数解析部２１７の動作手順の一例を表したものである。まず、周波数解析部２１７は、例えば、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）のファイル番号ＦｎｕｍをＮ＋１にしておく（ステップＳ８０１）。周波数解析部２１７は、周波数解析開始指令が生成されたか判定する（ステップＳ８０２）。周波数解析部２１７は、周波数解析開始指令を検知すると、計測ファイル２２Ｅから、単位時間Δｔの間（ｓｍｐｌ個）の溶接電流Ｉｓの計測値を取得する（ステップＳ８０３）。周波数解析部２１７は、周波数解析開始指令を検知しなかった場合は、周波数解析終了指令が生成されたか判定する（ステップＳ８０７）。周波数解析部２１７は、周波数解析終了指令を検知しなかった場合は、再び、ステップＳ８０２に戻る。

周波数解析部２１７は、ステップＳ８０３を実行した後、窓関数により、溶接電流Ｉｓの計測値の波形を整形する（ステップＳ８０４）。窓関数には、例えば、ハミング窓などの公知のアルゴリズムが用いられる。周波数解析部２１７は、波形整形がなされた溶接電流Ｉｓの計測値に対して高速フーリエ変換ＦＦＴを行い、溶接電流Ｉｓの計測値の振幅スペクトルＸａ１を導出し（ステップＳ８０５）、さらに２乗して、溶接電流Ｉｓの計測値のパワースペクトルＸａ１²を導出する（ステップＳ８０６）。このとき、周波数解析部２１７は、溶接電流Ｉｓの計測値のパワースペクトルＸａ１²を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づける。

周波数解析部２１７は、周波数解析終了指令を検知した場合は、設定ファイル２２Ｄから溶接電流Ｉｓの設定値を読み出し、読み出した溶接電流Ｉｓの設定値に対して高速フーリエ変換ＦＦＴを行い、溶接電流Ｉｓの設定値の振幅スペクトルＸａ２を導出する（ステップＳ８０８）。周波数解析部２１５は、さらに、振幅スペクトルＸａ２を２乗して、溶接電流Ｉｓの設定値の単位時間ΔｔあたりのパワースペクトルＸａ２²を導出する（ステップＳ８０９）。このとき、周波数解析部２１５は、パワースペクトルＸａ２²を、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づける。

周波数解析部２１５は、導出したパワースペクトルＸａ１²およびパワースペクトルＸａ２²に基づいて、伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²を導出する（ステップＳ８１０）。周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を開き（ステップＳ８１１）、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけた伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²を周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）に書き込む（ステップＳ８１２）。

その後、周波数解析部２１５は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）を閉じ（ステップＳ８１３）、クラスタ比較指令を出力し（ステップＳ８１４）、周波数解析動作を終了する。

（クラスタ比較部２１８の動作手順）
次に、図１８を参照して、クラスタ比較部２１８の動作手順について説明する。まず、クラスタ比較部２１８は、ファイル番号ＦｎｕｍをＮ＋１にするとともに、行番号Ｌｉｎｅを１にする（ステップＳ５０１）。クラスタ比較部２１８は、クラスタ比較指令が生成されたか判定する（ステップＳ５０２）。クラスタ比較部２１８は、クラスタ比較指令を検知すると、行番号Ｌｉｎｅが軌道番号Ｍを超えているか判定する（ステップＳ５０３）。クラスタ比較部２１８は、行番号ＬｉｎｅがＭを超えている場合には、クラスタ比較を終了する。クラスタ比較部２１８は、行番号Ｌｉｎｅが軌道番号Ｍを超えていない場合には、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）から、軌道番号Ｍｎｕｍに対応させた伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²を取得する（ステップＳ５０４）。クラスタ比較部２１８は、クラスタファイル２２Ｇから、クラスタＣｋ（Ｍｎｕｍ）の中心値Ｆｋ（Ｍｎｕｍ）と最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）を読み込む（ステップＳ５０５）。その後、クラスタ比較部２１８は、周波数ｉを１にすると共に、異常数Ｅｃｎｔを０にする（ステップＳ５０６）。

次に、クラスタ比較部２１８は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっているか判定する（ステップＳ５０７）。クラスタ比較部２１８は、周波数ｉがΔｆ／２以下となっている場合には、中心値Ｆｋ（Ｍｎｕｍ）の座標から、Ｌｉｎｅ番目の行における伝達関数Ｇの周波数ｉのパワースペクトルＸａ²の座標までの距離Ｔａ（Ｍｎｕｍ）を導出する（ステップＳ５０９）。クラスタ比較部２１８は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さいか判定する（ステップＳ５１０）。クラスタ比較部２１８は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さい場合には、周波数ｉに１を加え（ステップＳ５１１）、ステップＳ５０７に戻る。クラスタ比較部２１８は、距離Ｔａが最大距離Ｔｋ（Ｍｎｕｍ）よりも小さくない場合には、異常数Ｅｃｎｔに１を加える（ステップＳ５１２）。クラスタ比較部２１８は、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっているか判定する（ステップＳ５１３）。クラスタ比較部２１８は、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっていない場合には、ステップＳ５１１に移行し、異常数Ｅｃｎｔがしきい値Ｅ以上となっている場合には、異常信号を出力し（ステップＳ５１４）、クラスタ比較を終了する。

［効果］
次に、溶接ロボットシステム３におけるアーク溶接監視システムの効果について説明する。

溶接機４０によって制御されている溶接電流Ｉｓの設定値（制御波形）と、実際に観測される溶接電流Ｉｓの計測値（観測波形）との間には、何らかの相関関係があると考えられる。制御波形を入力信号とし、観測波形を出力信号としたとき、出力信号は、入力信号に対して、何らかの特性が畳み込まれた信号に相当すると考えられる。そこで、制御波形を入力信号とし、観測波形を出力信号としたときのシステムの伝達関数Ｇについて考察する。

ロボット溶接において、同じ溶接プログラムの再生時には、溶接軌跡・溶接条件・ワイヤ・ガス等は等しい。従って、同じ溶接プログラムの再生時に得られる伝達関数Ｇは、互いに似通っていると考えられる。何らかの原因により溶接軌跡等が乱れた場合には、想定される伝達関数Ｇとは異なる伝達関数Ｇが得られる。同じ原因による異常が発生した時に得られる伝達関数Ｇは、正常時に得られる伝達関数Ｇと異なるだけでなく、互いに似通っていると考えられる。つまり、伝達関数Ｇを監視することにより、溶接の状態変化や溶接異常を見つけることが可能である。

本実施の形態では、伝達関数Ｇの単位時間Δｔあたりの周波数特性（伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²）が導出される。これにより、溶接電圧Ｉｓや溶接電流Ｉｖを監視しているだけでは見逃される可能性のある溶接の状態変化や溶接異常についても検出することが可能である。その結果、例えば、スパッタの増加や、溶着量の不足などの異常も検出することが可能である。

＜３．第３の実施の形態の変形例＞

[変形例Ａ]
上記第３の実施の形態において、クラスタ分割部２１６、クラスタ比較部２１９およびクラスタファイル２２Ｇが省略されていてもよい。この場合、周波数解析部２１５は、学習モードにおいて、クラスタ分割指令およびクラスタ比較指令を生成することなく、周波数解析動作を終了するようになっている。また、周波数解析部２１７は、解析モードにおいて、クラスタ比較指令を生成する代わりに、スペクトル比較指令を生成するようになっていてもよい。スペクトル比較指令とは、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）に記録された伝達関数Ｇの周波数特性（パワースペクトルＸａ²）と、新たな計測により得られた伝達関数Ｇの周波数特性（パワースペクトルＸａ²）とを対比する指令を指している。

周波数解析部２１７は、例えば、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）に記録された伝達関数Ｇの周波数特性（パワースペクトルＸａ²）と、新たな計測により得られた伝達関数Ｇの周波数特性（パワースペクトルＸａ²）との、周波数ごとの差分の二乗を、全周波数に渡って積算するようになっている。周波数解析部２１７は、例えば、そのようにして導出した積算値と、予め設定しておいた閾値とを対比し、積算値が閾値よりも小さいときは、形成された溶接ビードが、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）に対応して規定された状態であると判定するようになっている。ここで、「規定された状態」とは、例えば、溶接ビードにおける通常の状態（溶接異常のない状態）、通常の状態とは異なる状態、もしくは、異常状態などを指している。周波数解析部２１７は、例えば、積算値が閾値を超えているときは、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｆｎｕｍ）に対応して規定された状態とは異なると判定するようになっている。

なお、周波数解析部２１７は、例えば、積算値が閾値を超えているときに、導出した伝達関数Ｇの周波数特性（パワースペクトルＸａ²）を、非正常時または異常時の周波数特性として、軌道番号Ｍｎｕｍと関連づけて、正常時または異常時用の周波数特性ファイル２２Ｆへ記録するようになっていてもよい。このとき、周波数解析部２１７は、溶接ビードの状態に変化を与えた原因についての情報を、導出した伝達関数Ｇの周波数特性（パワースペクトルＸａ²）と併せて、非正常時または異常時用の周波数特性ファイル２２Ｆへ記録するようになっていてもよい。

本変形例では、溶接ビードの状態の判定方法が上記第３の実施の形態とは若干、異なる。しかし、本変形例では、上記第３の実施の形態と同様、溶接ビードの状態の判定方法に、伝達関数Ｇの単位時間Δｔあたりの周波数特性（伝達関数ＧのパワースペクトルＸａ²）が用いられる。これにより、溶接電圧Ｉｓや溶接電流Ｉｖを監視しているだけでは見逃される可能性のある溶接の状態変化や溶接異常についても検出することが可能である。その結果、例えば、スパッタの増加や、溶着量の不足などの異常も検出することが可能である。

[変形例Ｂ]
上記変形例Ａにおいて、周波数解析部２１５が、解析モードにおいて、スペクトル比較指令を生成しないようになっていてもよい。この場合、周波数解析部２１７は、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）の作成が完了すると、周波数特性ファイル２２Ｆ（Ｎ＋１）に含まれる複数の周波数特性などを、監視情報として通信部２３に出力するようになっている。監視情報には、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの計測値、溶接電流Ｉｓの周波数特性、ならびに移動距離Δｄｉｓｔおよび軌道番号Ｍｎｕｍの少なくとも一方などが含まれ得る。

通信部２３は、制御部２１（周波数解析部２１７）からの監視情報を、ティーチペンダント３０（通信部３４）に送信するようになっている。ティーチペンダント３０において、制御部３１は、例えば、再生モードが選択されている場合に、通信部３４から監視情報を取得したときには、取得した監視情報を表示するための映像信号を生成するようになっている。表示部３２は、監視情報を表示するための映像信号に基づいて、例えば、溶接電流Ｉｓの周波数特性を表示するようになっている。

ティーチペンダント３０において、入力部３３は、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を調整可能な調整部３３Ａを有していてもよい（図１８参照）。また、入力部３３が調整部３３Ａを有している場合に、調整部３３Ａが、上述の判定結果に基づいて、溶接電流Ｉｓの周波数特性が所定の周波数特性となるように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整するようになっていてもよい。このとき、調整部３３Ａが、例えば、溶接電流Ｉｓの周波数特性の調整方針を示唆する１または複数のキーを有していてもよい。調整部３３Ａは、そのようなキーとして、例えば、「溶接時のアークがより硬くなる」ように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整することの可能なキーを有していてもよい。また、調整部３３Ａは、そのようなキーとして、例えば、「溶接時のアークがより柔らかくなる」ように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整することの可能なキーを有していてもよい。

本変形例では、溶接電流Ｉｓの計測値の単位時間Δｔあたりの周波数特性（電流値ＩｓのパワースペクトルＸａ²）が導出される。これにより、例えば、上記周波数特性を表示部３２に表示させ、表示させた周波数特性をユーザが観察することによって、溶接の状態変化や溶接異常を見つけることが可能である。その結果、例えば、スパッタの増加や、溶着量の不足などの異常も検出することが可能である。

また、本変形例において、入力部３３に調整部３３Ａが設けられている場合には、作業者は、例えば、表示部３２に表示される溶接電流Ｉｓの周波数特性と、上述の判定結果とを見ながら、入力部３３のキーから、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を調整することができる。これにより、作業者は、溶接電流Ｉｓの周波数特性を調整することができるので、溶接の状態を調整することができる。

また、本変形例において、調整部３３Ａが、上述の判定結果に基づいて、溶接電流Ｉｓの周波数特性が所定の周波数特性となるように、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整するようになっている場合には、作業者がアーク溶接に熟練していなくても、溶接の状態を調整することができる。

[変形例Ｃ]
上記第３の実施の形態およびその変形例（変形例Ａ，Ｂ）では、溶接電流Ｉｓの計測値および設定値を用いて伝達関数Ｇが導出されていたが、溶接電圧Ｖｓの計測値および設定値を用いて伝達関数Ｇが導出されていてもよい。この場合、上記第３の実施の形態およびその変形例（変形例Ａ，Ｂ）において、必要に応じて、「溶接電流Ｉｓ」を「溶接電圧Ｖｓ」に読み替えるものとする。

また、上記第３の実施の形態およびその変形例（変形例Ａ，Ｂ）では、溶接電流Ｉｓの計測値および設定値を用いて伝達関数Ｇが導出されていたが、ワイヤ送給速度Ｖｆの計測値および設定値を用いて伝達関数Ｇが導出されていてもよい。この場合、上記第３の実施の形態およびその変形例（変形例Ａ，Ｂ）において、必要に応じて、「溶接電流Ｉｓ」を「ワイヤ送給速度Ｖｆ」に読み替えるものとする。

また、上記第３の実施の形態およびその変形例（変形例Ａ，Ｂ）では、溶接電流Ｉｓの計測値および設定値を用いて伝達関数Ｇが導出されていたが、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのうちの少なくとも１つの計測値および設定値を用いて伝達関数Ｇが導出されていてもよい。この場合、上記第３の実施の形態およびその変形例（変形例Ａ，Ｂ）において、必要に応じて、「溶接電流Ｉｓ」を「溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆのうちの少なくとも１つ」に読み替えるものとする。

１，２，３…溶接ロボットシステム、１０…マニピュレータ、１１…ベース部材、１２…多関節アーム部、１２Ａ…アーム、１３…溶接トーチ、１４…溶接ワイヤ、１５…作業台、２０…ロボット制御装置、２１…制御部、２２…サーボ制御部、２２Ａ…制御プログラム、２２Ｂ…作業プログラム、２２Ｃ…アーク溶接監視プログラム、２２Ｄ…設定ファイル、２２Ｅ…計測ファイル、２２Ｆ，２２Ｆ（１），２２Ｆ（２），…，２２Ｆ（Ｎ），２２Ｆ（Ｎ＋１），２２Ｉ…周波数特性ファイル、２２Ｇ…クラスタファイル、２３…通信部、３０…ティーチペンダント、３１…制御部、３２…表示部、３３…入力部、３４…通信部、３５…記憶部、３５Ａ…教示プログラム、４０…溶接機、４１…制御部、４２…通信部、４３…溶接制御部、４４…溶接電源、４５…電流・電圧計測部、４６…記憶部、４６Ａ…制御プログラム、１１０…母材、１２０…溶接ビード、２１１…解析部、２１２…実行部、２１３…溶接制御部、２１４…軌道記録部、２１５…周波数解析部、２１６…クラスタ分割部、２１７…周波数解析部、２１８，２１９…クラスタ比較部、Ｃｋ…クラスタ、Ｆｋ…中心値、Ｆｎｕｍ，Ｆｎｕｍα…ファイル番号、Ｇ…伝達関数、ｉ…周波数、Ｉｓ…溶接電流、Ｌ１〜Ｌ６…ケーブル、Ｍｎｕｍ…軌道番号、Ｏｓ…周波数解析開始指令、Ｐｆ…位置情報、Ｗ…ワーク、Ｔｋ…最大距離、Ｖｆ…ワイヤ送給速度、Ｖｓ…溶接電圧、ＷＳ…溶接区間、Ｘａ，Ｘａ１，Ｘａ２，Ｘｖ，Ｘｓ…振幅スペクトル、Ｘａ²，Ｘａ１²，Ｘａ２²，Ｘｖ²，Ｘｓ²…パワースペクトル、Δｄｉｓｔ…移動距離、ΔＴ，Δｔ…単位時間。

Claims (6)

1. 溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度のうち少なくとも１つの計測値の単位時間あたりの第１周波数特性と、溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度のうち少なくとも１つの設定値の単位時間あたりの第２周波数特性とを導出し、さらに、前記第１周波数特性および前記第２周波数特性に基づいて、伝達関数の周波数特性を導出する導出部と、
   前記導出部により得られた前記伝達関数の周波数特性に基づいて、形成された溶接ビードの状態を判定する判定部と
   を備えた
   アーク溶接監視システム。
2. 前記判定部は、前記導出部により得られた前記伝達関数の周波数特性が所定のパワースペクトラム領域内に該当するときは、形成された溶接ビードが、前記所定のパワースペクトラム領域に対応して規定された状態であると判定する
   請求項１に記載のアーク溶接監視システム。
3. 前記所定のパワースペクトラム領域は、溶接ビードを形成する際の設定条件と同一の設定条件で複数回、アーク溶接が実施されたときに得られた複数の伝達関数の周波数特性を分類することにより得られる
   請求項２に記載のアーク溶接監視システム。
4. 前記導出部は、アーク溶接開始からアーク溶接終了までの溶接区間が分割されることにより得られた軌道ごとに、前記伝達関数の周波数特性を導出する
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のアーク溶接監視システム。
5. 前記判定部による判定結果に基づいて、溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度のうち少なくとも１つの設定値を自動的に調整する調整部を更に備えた
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアーク溶接監視システム。
6. 溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度のうち少なくとも１つの設定値を調整可能な調整部を更に備え、
   前記調整部は、溶接電流、溶接電圧およびワイヤ送給速度のうち少なくとも１つの設定値の調整方針を示唆する１または複数のキーを有する
   請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のアーク溶接監視システム。
   
   

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