JP7116006B2 - 溶接制御装置、溶接制御方法、および溶接制御プログラム - Google Patents

Description

本開示は、アーク溶接の自動化のための溶接制御に関する。

溶接ワイヤを溶融池に連続的に供給しながら非消耗式電極を用いて施工する自動アーク溶接では、溶接対象物の開先（壁面）と電極との相対位置、溶接ワイヤが溶融池に挿入される位置と電極および溶融池との相対位置を適正に保つ必要がある。例えば、原子力発電プラント機器の溶接部といった高い溶接品質を確保する必要がある場合などには、溶接士は、直接またはカメラを用いて撮影した画像を通して自動溶接施工を監視し、溶接ワイヤや電極が適正位置からずれた場合にはその調整のための介入操作を実施する。そして、このような溶接士による監視調整作業を自動で行うことが可能となれば、溶接作業の無人化など、溶接士技能への依存の低減が図れる。

上記のような監視調整作業の自動化のための技術としては、例えば特許文献１がある。特許文献１には、カメラで撮影した溶接画像から電極、溶接ワイヤ、開先、溶融池の相対位置を認識し、それぞれの相対位置について目標位置に対するずれ量を求め、ずれ量がゼロとなるように、電極や溶接ワイヤといった位置制御対象の位置制御を行うことが開示されている。また、特許文献２には、溶接条件（ワイヤ供給量、溶接速度、溶接電流など）に応じて、位置制御対象の目標位置を決定することを開示する。

特開２０１８－１３８３０９号公報 特願２０１８－０８３９５０号

例えば溶接対象が複雑である場合や、障害物との干渉を避けながら溶接を行う場合などには、多軸（多関節）で電極の姿勢を制御可能な溶接実行装置を用いて、電極の姿勢を変化させながらアーク溶接を行う。そして、本発明者らは、熟練の溶接士による溶接を鋭意分析することにより、電極などの位置制御対象の適切な目標位置は、電極の姿勢や溶接対象物の形状に応じて変化し得ることを見出している。よって、位置制御対象の目標位置を溶接時の電極の姿勢や溶接対象の形状に応じて決定することにより、アーク溶接の溶接品質を向上させることが可能であると考えた。

上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、溶接対象物への溶接施工を電極の姿勢や溶接対象の形状に応じて制御する溶接制御装置を提供することを目的とする。

（１）本発明の少なくとも一実施形態に係る溶接制御装置は、
溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御装置であって、
少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するように構成された第１決定部と、
前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するように構成された第２決定部と、
前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置制御を実行するように構成された制御部と、を備える。

上記（１）の構成によれば、溶接制御装置は、電極の姿勢情報や溶接対象物の形状情報（開先幅など）を含む入力条件に応じて、溶接ワイヤや電極といった位置制御対象の目標位置を決定する。その上で、溶接制御装置は、溶接中に撮影される画像の画像処理を通して得られる位置制御対象の実際の位置（実位置）が目標位置に一致するように、溶接実行装置に対する制御を行う。この位置制御対象の実位置は、画像に設定される座標系における位置（絶対位置）や、位置制御対象の位置となる溶接ワイヤの位置（ワイヤ位置）や電極の位置（電極位置）の、他の溶接特徴量（後述する溶融池位置や開先位置など）に対する相対位置である。これによって、溶接士が行う場合と同等の溶接品質のアーク溶接を自動で行うことができ、溶接士技能への依存を低減した自動溶接を実現することができる。

（２）幾つかの実施形態では、上記（１）の構成において、
前記画像は、前記溶接ワイヤが溶融されることにより前記溶接対象物の開先に形成される溶融池又は前記開先の少なくとも一方をさらに含み、
前記溶接特徴量は、前記開先の開先位置、または前記溶融池の溶融池位置の少なくとも一方をさらに含み、
前記実位置は、前記ワイヤ位置または前記電極位置の少なくとも一方と他の前記溶接特徴量との相対位置である実相対位置を含み、
前記目標位置は、前記溶接対象物を溶接する際の前記入力条件に応じた前記相対位置の目標である目標相対位置を含む。

上記（２）の構成によれば、溶接制御装置は、例えば溶接ワイヤと溶融池との相対位置や、電極と開先との相対位置、電極と溶接ワイヤとの相対位置などの溶接特徴量に含まれるいずれか２つ相対位置の目標（目標相対位置）を、入力条件に応じて決定する。その上で、溶接制御装置は、溶接実行装置による溶接状況を画像の画像処理を通して得られる実際の相対位置（実相対位置）が目標になるように、溶接実行装置に対する制御を行う。これによって、溶接士が行う場合と同等の溶接品質のアーク溶接を自動で行うことができる。

（３）幾つかの実施形態では、上記（１）～（２）の構成において、
前記第２決定部は、
前記入力条件を取得するように構成された第２取得部と、
過去に行われた溶接時の過去入力条件と該過去入力条件の下で設定された前記実位置である過去位置との関係性に基づいて、前記入力条件に応じた前記目標位置を決定するように構成された決定部と、を有する。

上記（３）の構成によれば、溶接士が位置制御対象を操作した結果として得られる、位置制御対象の絶対位置、あるいは電極と開先との相対位置や、溶接ワイヤと溶融池との相対位置、電極と溶接ワイヤとの相対位置といった溶接特徴量のうちのいずれか２つ相対位置などとなる実位置の実績と、その際の入力条件との対応関係を蓄積して学習（例えば機械学習）すると共に、この学習結果を用いて、溶接時の入力条件に応じた目標位置を求める。これによって、位置制御対象の目標位置を適切に決定することができる。また、こうして決定された目標位置を位置制御に用いることにより、溶接士が行う場合と同等の溶接品質を実現することができる。

（４）幾つかの実施形態では、上記（３）の構成において、
前記決定部は、前記過去入力条件と、該過去入力条件の下で設定された前記過去位置とを対応付けた複数のデータを機械学習することにより得られる学習モデルを用いて、前記入力条件に応じた前記目標位置を決定する。
上記（４）の構成によれば、機械学習を通して作成される学習モデルを用いて、入力条件から、それに応じた位置制御対象の目標位置を適切に決定することができる。

（５）幾つかの実施形態では、上記（４）の構成において、
前記入力条件は、前記溶接対象物を溶接する際の溶接条件をさらに含み、
前記学習モデルは、前記溶接条件に応じた仮目標位置を求める第１学習モデルと、前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方に応じた、前記仮目標位置を補正する補正量を求める第２学習モデルと、を含み、
前記第３決定部は、前記仮目標位置と前記補正量とに基づいて、前記目標位置を決定する。
上記（５）の構成によれば、機械学習を通して作成される２以上の学習モデルを用いて、入力条件から、それに応じた位置制御対象の目標位置を適切に決定することができる。

（６）幾つかの実施形態では、上記（１）～（５）の構成において、
前記姿勢情報は、前記電極の姿勢を定める、トーチ角、傾斜角、またはロール角の少なくとも１つの情報を含む。
上記（６）の構成によれば、トーチ角（前進角、後進角）、傾斜角、またはロール角の少なくとも１つの情報を入力条件とすることで、入力条件に応じた位置制御対象の目標位置を適切に決定することができる。

（７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（６）の構成において、
前記位置制御対象は、前記電極を含み、
前記溶接対象物の形状情報は、前記溶接対象物の開先幅を含み、
前記第２決定部は、少なくとも、前記開先幅に基づいて、前記電極の前記目標位置を決定する。

本発明者らは、熟練の溶接士は、開先幅に応じて電極と開先位置との相対位置を変えるなど、溶接対象物の形状に応じて目標位置を最適化するように溶接実行装置を操作していることを見出している。
上記（７）の構成によれば、開先の幅（開先幅）に基づいて、電極の目標位置を決定する。これによって、位置制御対象である電極の位置制御を開先幅に応じて適切に実行することができる。

（８）幾つかの実施形態では、上記（７）の構成において、
前記第２決定部は、前記画像、および前記電極のウィービング幅に基づいて、前記開先幅を推定すると共に、推定した前記開先幅に基づいて、前記電極の前記目標位置を決定する。

溶接対象物の開先幅は、溶接中に時々刻々変化する場合がある。このため、ウィービング溶接を行っていると、画像の輝度次第ではウィービングによって近づいた側の開先しか開先位置が検出できない場合があるなど、溶接中に開先幅を取得することは難しい場合がある。具体的には、開先幅が広くなると光源となるアーク光が遠方側の開先に届かなくなり、開先の輝度が低下することで、ウィービングによって近づいた側の開先しか開先位置が検出できない場合がある。
上記（８）の構成によれば、画像および電極のウィービング幅に基づいて、開先幅を推定する。これによって、開先幅の推定値に基づいて、位置制御対象の目標位置を適切に決定することができる。

（９）幾つかの実施形態では、上記（１）～（８）の構成において、
前記第１決定部は、前記電極の姿勢情報に基づいて前記溶接特徴量を補正するように構成された第１補正部を有し、
補正された前記溶接特徴量に基づいて、前記実位置を決定する。

画像を撮像する撮影部が、電極の姿勢を制御する制御機構に設置されている場合などには、電極の姿勢制御に伴って溶接対象物を撮像する撮影方向が変化する場合がある。このような場合には、姿勢変化によって、画像に表れる位置制御対象や溶接対象物などの撮影対象の写り方（見え方）が変わってくることにより、画像処理の結果として得られる開先の開先位置などの溶接特徴量が、本来検出すべき適切な位置からのズレが生じてしまう可能性がある。そして、上記のズレが生じている溶接特徴量に基づいて決定した目標位置は、入力条件に対する相関が低くなることにより、これを制御に用いると、電極といった位置制御対象の位置制御の精度が低下してしまう可能性がある。

上記（９）の構成によれば、画像を撮像する撮影部が溶接対象物を撮像する撮影方向が、電極の姿勢に応じて定まるようになっている場合に、溶接特徴量を電極の姿勢情報に基づいて、補正する。これによって、より適切な溶接特徴量を用いて、位置制御対象の位置制御をより精度良く実行することができる。

（１０）幾つかの実施形態では、上記（９）の構成において、
前記画像は、前記溶接対象物の開先をさらに含み、
前記溶接特徴量は、前記開先の開先位置をさらに含み、
前記画像を撮像する撮影部は前記電極の姿勢に応じて前記溶接対象物を撮像する撮影方向が定まるようになっており、
前記第１決定部は、前記電極の姿勢情報に基づいて前記開先位置を補正すると共に、補正された前記開先位置を含む前記溶接特徴量に基づいて、前記実位置を決定する。

上記（１０）の構成によれば、画像を撮像する撮影部が溶接対象物を撮像する撮影方向が、電極の姿勢に応じて定まるようになっている場合に、溶接特徴量である開先位置を電極の姿勢情報（ロール角など）に基づいて、補正する。これによって、より適切な開先位置を用いて、位置制御対象の位置制御を実行することができる。

（１１）幾つかの実施形態では、上記（１０）の構成において、
前記姿勢情報は、前記電極の姿勢を定めるロール角を含み、
前記第１補正部は、前記ロール角をθｒ、前記画像から検出された前記開先位置と予め定められた位置との間の溶接方向に沿った長さをｙ、前記画像から検出された前記開先位置と前記予め定められた位置との間の前記溶接方向に直交する方向における長さｘとした場合に、ｘ＝ｙ×ｔａｎ（θｒ）の関係に基づいて、前記画像から検出された前記開先位置を補正する。

上記（１１）の構成によれば、溶接特徴量である開先位置を電極の姿勢情報（ロール角など）に基づいて、適切に補正することができる。

（１２）幾つかの実施形態では、上記（１）～（１１）の構成において、
前記入力条件は、前記溶接対象物を溶接する際の溶接条件を、さらに含む。

本発明者らは、自動アーク溶接では、溶接条件（ワイヤ供給量、溶接速度、溶接電流など）により溶接時の入熱状態が変化すると共に、入熱状態に応じて溶接状態が変化することから、溶接条件の違いに応じて、上記の目標位置を決定する必要があることを見出した。例えば、溶接ワイヤと溶融池の相対距離が一定となるよう制御してしまうと、溶接条件の変化により溶融池が小さくなった場合、溶融池の変化量に応じて溶接ワイヤを電極に近づける方向に移動させることになるが、この場合には、電極と溶接ワイヤとが接触する虞がある。
上記（１２）の構成によれば、入力条件は、さらに溶接条件を含む。これによって、溶接品質の自動によるアーク溶接をより適切に行うことができる。

（１３）幾つかの実施形態では、上記（１２）の構成において、
前記溶接条件は、電極電流、電極電圧、溶接速度、前記溶接ワイヤの単位時間当たりの供給量、開先幅のうちの少なくとも１つの条件を含む。
上記（１３）の構成によれば、上述した１つの条件を含む溶接条件に応じた実位置を決定することができる。

（１４）幾つかの実施形態では、上記（１）～（１３）の構成において、
前記第１決定部は、
前記画像を撮像する撮影部から前記画像を取得するように構成された第１取得部と、
所定の制御周期毎に、前記画像から前記溶接特徴量を検出するように構成された検出部と、
前記溶接特徴量に基づいて前記実位置を算出するように構成された算出部と、を有する。

上記（１４）の構成によれば、溶接時の溶接箇所を撮影した画像を、その撮影部から取得すると共に、所定の制御周期毎に取得した画像（１又は複数）を画像処理することにより検出した溶接特徴量に基づいて実置を算出する。これによって、溶接時の画像を逐次画像処理することにより、実位置を逐次算出することができる。

（１５）幾つかの実施形態では、上記（１４）の構成において、
前記第１決定部は、
前記検出部による前記制御周期毎の前記溶接特徴量の検出異常を判定するように構成された第１判定部を、さらに有し、
前記検出異常が生じていないと判定された前記制御周期である正常制御周期では、該正常制御周期に取得された前記画像から検出される前記溶接特徴量に基づいて前記実位置を算出し、
前記検出異常が生じたと判定された前記制御周期である異常制御周期では、該異常制御周期より前の前記正常制御周期に取得された前記画像から検出される前記溶接特徴量に基づいて前記実位置を算出する。

例えば、溶接条件により定まる入熱量が小さすぎると画像が暗くなり過ぎてしまい、逆に、入熱量が大きすぎると画像が明るくなり過ぎてしまうなどに起因して、画像処理によって溶接特徴量が検出できなかったり、間違って検出されたりするなど、溶接特徴量が適切に検出できない場合が有り得る。

上記（１５）の構成によれば、画像からの溶接特徴量の検出が適切になされなかった場合には、例えば直前などの正常制御周期に取得された画像から検出した溶接特徴量（代替特徴量）を代わりに用いて実位置を算出するなどして、検出異常が生じていないと判定されていた画像に基づく実位置を用いるようにする。これによって、溶接を継続して実行することができる。また、検出異常が生じている溶接特徴量に基づいて溶接が制御されるような事態を防止することができ、溶接対象物や溶接実行装置の損傷を防止し、溶接制御装置の信頼性を向上させることができる。

（１６）幾つかの実施形態では、上記（１４）の構成において、
前記第１決定部は、
前記検出部による前記制御周期毎の前記溶接特徴量の検出異常を判定するように構成された第１判定部を、さらに有し、
前記検出異常が生じたと判定された前記制御周期である異常制御周期では、前記位置制御対象の制御を停止する。
上記（１７）の構成によれば、これによって、検出異常の自然回復を待ちつつ、溶接を継続して実行することができる。

（１７）幾つかの実施形態では、上記（１）～（１６）の構成において、
前記溶接の不具合事象を検出した場合に、前記第２決定部によって決定された前記目標位置を補正する第２補正部を、さらに備える。

例えば、溶接ワイヤの先端が溶融池に入っていない場合に生じる溶滴が発生した場合には、溶接ワイヤの先端と溶融池とが接触した状態にする必要があることから、溶接ワイヤを画像における下方向に移動させる必要がある。また、溶接ワイヤの先端が溶融池の底となる溶接対象物に衝突するつっつきが生じた場合には、衝突しないように、溶接ワイヤを画像における上方向に移動させる必要がある。このような溶接の不具合事象の検出時の溶接ワイヤなど位置制御対象の位置制御と、上述した、実位置が目標位置になるようにするための溶接ワイヤなど位置制御対象の位置制御を別々に行うと、一方が下方向への制御を行おうとし、他方が上方向への制御を行おうとするなど、互いに逆方向に制御を行おうとする結果、制御ハンチングが生じる可能性がある。

上記（１７）の構成によれば、溶接の不具合事象に基づいて目標位置を補正することにより、ハンチングの発生を回避することができる。

（１８）本発明の少なくとも一実施形態に係る溶接制御方法は、
溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御方法であって、
少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するステップと、
前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するステップと、
前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置制御を実行するステップと、を備える。
上記（１８）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

（１９）本発明の少なくとも一実施形態に係る溶接制御プログラムは、
溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御プログラムであって、
コンピュータに、
少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定する第１決定部と、
前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定する第２決定部と、
前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置制御を実行する制御部と、を実現させるためのプログラムである。
上記（１９）の構成によれば、上記（１）と同様の効果を奏する。

本発明の少なくとも一実施形態によれば、溶接対象物への溶接施工を電極の姿勢や溶接対象の形状に応じて制御する溶接制御装置が提供される。

本発明の一実施形態に係る溶接装置の構成例を示す斜視図である。 本発明の一実施形態に係る電極の姿勢制御を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る溶接箇所を撮影した画像を示す図である。 本発明の一実施形態に係る溶接制御装置の機能を示すブロック図であり、条件ベース目標決定部を備える。 本発明の一実施形態に係る溶接制御装置の機能を示すブロック図であり、位置ベース目標決定部を備える。 本発明の一実施形態に係る電極の姿勢情報と目標相対位置との相関を示す図である。 本発明の一実施形態に係る溶接対象物の形状情報と目標相対位置との相関を示す図である。 本発明の一実施形態に係るウィービング溶接時の開先幅の推定手法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る開先位置のロール角に基づく補正手法を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る溶融池位置とワイヤ位置と溶接士による操作履歴との関係を示すグラフである。 本発明の一実施形態に係る溶接の不具合事象を検出した際のロジックを示す図である。 本発明の一実施形態に係る実相対位置決定部の異常制御周期時の動作を説明するための図であり、異常制御周期時の所定期間だけ前に正常制御周期が存在する場合を示す。 本発明の一実施形態に係る実相対位置決定部の異常制御周期時の動作を説明するための図であり、異常制御周期時の所定期間だけ前に正常制御周期が存在しない場合を示す。 本発明の一実施形態に係る溶接制御方法を示す図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１Ａは、本発明の一実施形態に係る溶接装置７の構成例を示す斜視図である。図１Ｂは、本発明の一実施形態に係る電極８２の姿勢制御を説明するための図である。図２は、本発明の一実施形態に係る溶接箇所を撮影した画像Ｖを示す図である。溶接装置７は、鋼板などの溶接対象物を自動でアーク溶接する装置である。図１Ａに示すように、溶接装置７は、溶接施工を制御する溶接制御装置１と、溶接制御装置１からの制御（指令）に従ってアーク溶接を実行する溶接実行装置８と、を備える。まず、溶接装置７を構成する溶接実行装置８について説明する。溶接実行装置８は、ワイヤ送り機構８１と、電極８２と、姿勢制御機構８２ｃと、撮影部８３とを備える。

ワイヤ送り機構８１は、溶接施工に伴って消耗する溶接ワイヤ８ｗを溶接対象物９の溶接箇所に向けて順次送り出す（供給）ための機構である。ワイヤ送り機構８１にセットされた溶接ワイヤ８ｗの先端部分が電極８２からのアーク放電にて溶融されることにより、溶接ワイヤ８ｗが溶融した液相の金属（溶融池８ｍ）が、溶接対象物９の溶接箇所（溶接部）にて冷えて固化することで、溶接対象物９が溶接される。

姿勢制御機構８２ｃは、不図示の多関節（多軸）を有し、電極８２を支持しつつ、電極８２の姿勢を制御する機構である。具体的には、例えば、トーチ角θｔ（前進角・後進角）、傾斜角θｄ、ロール角θｒなど（図１Ｂ参照）の姿勢制御のためのパラメータ（姿勢制御パラメータ）の指令値に従って各関節を制御することで、電極８２の位置（電極が占める空間の位置）を変えることが可能である。

これによって、電極８２を、溶接対象物９の溶接箇所以外の他の部分などの障害物を避けつつ、溶接ワイヤ８ｗの先端部分の付近に位置させることや、電極８２から指向性をもって放電されるアークの放電方向を変えることなどが可能となる。また、溶接対象物９の溶接箇所が、単に水平方向に沿って延びるのではなく、重力方向に対して傾斜するように延びているような場合でも、溶接が適切に行えるように電極８２の姿勢を制御することが可能となる。例えば、これから溶接しようとする線（溶接線）が傾斜を上る上り線の場合には前進角を付与し、下り線の場合には後進角を付与するなど、トーチ角θｔを調整することにより、溶融池８ｍの適切な形成を図れる。

なお、トーチ角θｔは、溶接方向に対する電極８２の角度であり、上下方向に完全に一致するように置いた場合を０度とした場合、前進角を付与する場合の角度をプラス側、後進角を付与する場合の角度をマイナス側として定義しても良い。また、トーチ角θｔは、上下方向からの傾斜角であり、傾斜角θｄを付与することで、電極８２の先端部分の位置を変えないようにしながら、電極８２を溶接線に対して左右に傾けることが可能である。また、ロール角θｒは、棒状の電極８２の軸線を中心とする回転角であり、ロール角θｒを付与することで、電極８２（トーチ８２ｔ）を回転することが可能である。電極８２から放電されるアークが指向性を有する場合には、ロール角θｒを変えることでアークの放電方向を変えることも可能である。ロール角θｒは、例えば、アークの指向性の向きを溶接方向に向けた場合の姿勢を基準に、その基準からの回転角度で定義しても良い。そして、このようなパラメータの１以上を複合的に変えることで、電極８２の姿勢を柔軟に変化させることが可能となる。

図１Ａ～図１Ｂに示す実施形態では、溶接対象物９の溶接箇所は、２つの部材の間に形成された隙間である。例えば菅台および配管の間に形成された隙間であっても良い。菅台と配管との間の隙間は、全体として円弧状であり、電極８２の姿勢が制御されながら、ワイヤ送り機構８１及び電極８２が、溶接対象物９の隙間の長手方向に沿って相対移動することで、溶接施工が行われる。より詳細には、ワイヤ送り機構８１及び電極８２が溶接対象物９の隙間の長手方向に沿って所定の溶接速度で相対移動することにより、溶接ワイヤ８ｗが溶融した液相の金属である溶融池８ｍが溶接方向（隙間の長手方向）に沿って順次形成される（図２参照）。そして、溶融池８ｍが冷えて固化することで、溶接対象物９が溶接される。

なお、以下の説明では、溶接方向の前後の方向を前後方向、溶接対象物９の隙間の幅方向（長手方向に直交する方向）を左右方向、重力方向の上下を上下方向（垂直方向）と称する。また、実際の溶接施工時には、溶接ワイヤ８ｗの真上などの上方には電極８２を含む電極８２を支持する部材（トーチ８２ｔや姿勢制御機構８２ｃ）の少なくとも一部が位置しているなど、溶接ワイヤ８ｗの先端と電極８２とは図１Ａに示すよりも近づいた位置関係にある。

また、撮影部８３は、動画または静止画を撮影するカメラなどの撮影装置であり、溶接個所を撮影するように設置される。撮影部８３によって撮影された溶接箇所の画像Ｖ（以下、単に、画像Ｖ）は、上述した溶接ワイヤ８ｗや、溶融池８ｍ、電極８２、溶接対象物９の隙間を形成する壁面である開先９１の少なくとも２つの撮影対象の位置を検出するために用いられる。図１Ａ～図１Ｂに示す実施形態では、撮影部８３は、姿勢制御機構８２ｃに設置されており、電極８２の姿勢制御に伴って撮影方向が変化するようになっている。また、上記の撮影対象を同一の画像に撮影するために、撮影部８３は、溶接箇所を斜め上から覗き込む位置に設置されている。例えば、図１Ａ～図１Ｂに示す実施形態では、撮影部８３は、図２に示すように、画像Ｖに溶接ワイヤ８ｗと、電極８２と、溶融池８ｍと、開先９１とが含まれるように、溶接箇所を撮影するように構成されている。

上述したような構成を備える溶接実行装置８を用いた溶接対象物９の溶接施工時には、上述の通り、溶接実行装置８と溶接対象物９とが相対移動するが、溶接実行装置８に設置された画像Ｖにおける開先９１の位置は、溶接対象物９の形状に応じて変化する。同様に、溶接ワイヤ８ｗは、ワイヤ送り機構８１を用いて、リールに巻かれた状態のもの引き出しながら溶接箇所に供給するが、溶接ワイヤ８ｗの曲がり癖などのために、画像Ｖにおける溶接ワイヤ８ｗの位置も変化する。このため、溶接実行装置８は、溶接ワイヤ８ｗや電極８２の位置を移動（調整）する機構を有している。

具体的には、図１Ａ～図１Ｂに示す実施形態では、溶接ワイヤ８ｗおよび電極８２は、それぞれ、画像Ｖにおける前後方向および左右方向にそれぞれ移動させることが可能であり、また、電極８２は上述したような姿勢制御が可能である。そして、図１Ａ～図１Ｂに示すように、溶接実行装置８は、上述したような溶接ワイヤ８ｗや電極８２を位置制御対象８Ｔとして、位置制御対象８Ｔの位置を、以下で説明する溶接制御装置１からの命令に従って移動させるように構成されている。

以下、溶接制御装置１について、図１Ａ～図１１を用いて説明する。
図３Ａ～図３Ｂは、本発明の一実施形態に係る溶接制御装置１の機能を示すブロック図である。

溶接制御装置１は、溶接対象物９の溶接に用いられる溶接ワイヤ８ｗ、又は溶接ワイヤ８ｗを溶融させるための電極８２の少なくとも一方を含む位置制御対象８Ｔの位置を制御するように構成された装置である。図３Ａ～図３Ｂに示すように、溶接制御装置１は、少なくとも位置制御対象８Ｔを含むように撮影した画像Ｖから検出される溶接特徴量Ｐであって、溶接ワイヤ８ｗのワイヤ位置Ｐｗまたは電極８２の電極位置Ｐｅの少なくとも一方を含む溶接特徴量Ｐに基づいて位置制御対象８Ｔの実位置を決定（取得）する第１決定部（後述する実相対位置決定部２など）と、溶接対象物９を溶接する際の電極８２の姿勢情報Ｃｅ、または溶接対象物９（溶接部分）の形状情報Ｃｓの少なくとも一方を含む入力条件Ｃに基づいて、入力条件Ｃに応じた上記の実位置の目標である目標位置を決定する第２決定部（後述する目標相対位置決定部３など）と、上記の実位置を目標位置にするための位置制御対象８Ｔの位置制御を実行する制御部５と、を備える。

電極８２の姿勢情報Ｃｅは、電極８２の姿勢に関する情報であり、上述したような少なくとも１種類の姿勢制御パラメータを含む。また、溶接対象物９（溶接部分）の形状情報Ｃｓは、溶接部分などの溶接対象物９の形状に関する情報であり、例えば、開先９１の開先幅Ｌを含んでも良い。

上記の位置制御対象８Ｔの実位置は、画像Ｖから検出される実際の位置であって、例えば画像Ｖに設定される座標系での位置（絶対位置）であっても良いし、位置制御対象８Ｔの位置となるワイヤ位置Ｐｗ、電極位置Ｐｅの、他の溶接特徴量Ｐ（後述する溶融池位置Ｐｍや開先位置Ｐｂなど）からの相対位置（実相対位置Ｒｒ）であっても良い。この実相対位置Ｒｒは、位置制御対象８Ｔを制御する方向に沿った距離であっても良い。あるいは、画像Ｖの左下の端などの任意の位置を基準とした位置（座標）や、実相対位置Ｒｒを構成する２つの溶接特徴量Ｐのうちの一方を基準とした他方の位置（座標）であっても良い。

他方、溶接特徴量Ｐの位置が絶対位置である場合には、例えば画像Ｖを撮影するカメラなどを、電極８２の姿勢によって撮影方向が変化しないように固定した状態において、ワイヤ位置Ｐｗなどの絶対位置を、画像Ｖの左右方向（後述）における中央の位置を目標位置などとして制御する。あるいは、上記の目標位置に対応する目標絶対位置を、絶対位置や他の溶接特徴量Ｐから算出可能な関数を予め準備しておき、そのような関数を用いて溶接特徴量Ｐから目標絶対位置を求めても良い。より具体的には、例えば、電極位置Ｐｅと開先位置Ｐｂの左右方向（後述）における位置から、非線形関数やテーブルを用いるなどして目標絶対位置を求める。

以下、溶接特徴量Ｐの位置を相対位置とした実施形態である図３Ａ～図３Ｂに示す実施形態を例に、溶接制御装置１が備える上述した機能部について、それぞれ説明する。なお、位置制御対象８Ｔの実位置が絶対位置の場合の実施形態については、以下の説明中の実相対位置Ｒｒを絶対位置、目標相対位置Ｒｔを目標絶対位置などと読み替えて考えれば良い。

図３Ａ～図３Ｂに示すように、溶接制御装置１は、実相対位置決定部２（上記の第１決定部）と、目標相対位置決定部３（上記の第２決定部）と、制御部５と、を備える。この溶接制御装置１は、コンピュータで構成されており、図示しないＣＰＵ（プロセッサ）や、ＲＯＭやＲＡＭといったメモリや外部記憶装置などとなる記憶装置ｍを備えている。そして、メモリ（主記憶装置）にロードされたプログラム（溶接制御プログラム１０）の命令に従ってＣＰＵが動作（データの演算など）することで、溶接制御装置１が備える上記の各機能部を実現する。換言すれば、上記の溶接制御プログラム１０は、コンピュータに後述する各機能部を実現させるためのソフトウェアであり、コンピュータによる読み込みが可能な記憶媒体に記憶されても良い。
溶接制御装置１が備える上記の機能部について、それぞれ説明する。

実相対位置決定部２は、上述した画像Ｖから検出される溶接特徴量Ｐであって、開先９１の開先位置Ｐｂ、溶接ワイヤ８ｗのワイヤ位置Ｐｗ、溶融池８ｍの溶融池位置Ｐｍ、または電極８２の電極位置Ｐｅの少なくとも２つを含む溶接特徴量Ｐのうちのいずれか２つの相対位置である実相対位置Ｒｒを決定する。画像Ｖは、位置制御対象８Ｔ、及び溶接ワイヤ８ｗが溶融されることにより溶接対象物９の開先９１に形成される溶融池８ｍ又は開先９１の少なくとも一方を含むように撮影される。より具体的には、位置制御対象８Ｔが溶接ワイヤ８ｗの場合には、画像Ｖには、溶接ワイヤ８ｗの少なくともワイヤ位置Ｐｗの部分と、溶融池８ｍの少なくとも溶融池位置Ｐｍの部分、または開先９１の少なくとも開先位置Ｐｂの部分とが含まれても良い。他方、位置制御対象８Ｔが電極８２の場合には、画像Ｖには、電極８２の少なくとも電極位置Ｐｅの部分と、開先９１の少なくとも開先位置Ｐｂの部分とが含まれても良い。

また、上記のワイヤ位置Ｐｗは、溶接ワイヤ８ｗにおける所望の部位の位置である。溶融池位置Ｐｍは、溶融池８ｍにおける所望の部位である。開先位置Ｐｂは、開先９１における所望の部位の位置である。電極位置Ｐｅは、電極８２における所望の部位の位置である。図３Ａ～図３Ｂに示す実施形態では、図２に示すように、ワイヤ位置Ｐｗは、画像Ｖの最も後ろ側（上下方向の最も下側）に位置する溶接ワイヤ８ｗの先端部分の位置としている。溶融池位置Ｐｍは、画像Ｖにおいて最も前側に位置する溶融池８ｍの先端部分の位置としている。開先位置Ｐｂは、電極８２との相対位置で定められる所定箇所の位置としている。また、電極位置Ｐｅは、画像Ｖの最も後ろ側（上下方向における最も下側）に位置する電極８２の先端部分としている。また、図３Ａ～図３Ｂに示す実施形態では、溶接特徴量Ｐには、少なくともワイヤ位置Ｐｗおよび溶融池位置Ｐｍが含まれるようになっている。

より詳細には、実相対位置決定部２は、画像Ｖを画像処理することにより、溶接特徴量Ｐを検出し、その検出結果に基づいて実相対位置Ｒｒを算出する。例えば、位置制御対象８Ｔが溶接ワイヤ８ｗの場合には、その上下方向における位置制御を行うために、ワイヤ位置Ｐｗおよび溶融池位置Ｐｍを検出する。あるいは、その左右方向における位置制御を行うために、ワイヤ位置Ｐｗおよび開先位置Ｐｂを検出する。他方、位置制御対象８Ｔが電極８２の場合には、その左右方向における位置制御を行うために、電極位置Ｐｅおよび開先位置Ｐｂを検出する。

図３Ａ～図３Ｂに示す実施形態では、位置制御対象８Ｔを少なくとも溶接ワイヤ８ｗとしている。そして、図３Ａ～図３Ｂに示すように、実相対位置決定部２は、溶接時の溶接箇所を撮影する撮影部８３から画像Ｖを取得する第１取得部２１と、所定の制御周期Ｔ毎に、この第１取得部２１によって取得された画像Ｖ（１または複数）から、溶接特徴量Ｐを検出する検出部２２と、検出された溶接特徴量Ｐに基づいて実相対位置Ｒｒを算出する算出部２４と、を有する。

より具体的には、上記の第１取得部２１は撮影部８３に接続されることにより、画像Ｖが逐次（リアルタイムに）入力されるようになっている。また、検出部２２は第１取得部２１に接続されることにより、第１取得部２１が取得した画像Ｖが逐次入力されるようになっている。なお、第１取得部２１は、入力された画像Ｖの全てを記憶装置ｍに記憶しても良いし、所定の間隔などで間引くなどして、そのうちの一部を記憶装置ｍに記憶しても良い。第１取得部２１によって記憶された画像Ｖが検出部２２に入力される。そして、検出部２２は、所定の制御周期Ｔ毎に、溶接特徴量Ｐを検出するようになっている。算出部２４は、検出部２２に接続されることにより、溶接特徴量Ｐが逐次入力される。これによって、溶接時の画像Ｖを逐次画像処理することにより、実相対位置Ｒｒを逐次算出することができる。

目標相対位置決定部３は、溶接対象物９を溶接する際の入力条件Ｃに応じた上記の相対位置（電極開先相対位置、ワイヤ池相対位置などの実相対位置Ｒｒ）の目標である目標相対位置Ｒｔを決定する。目標相対位置Ｒｔは、上述した実相対位置Ｒｒとの比較が可能である必要があり、その決定方法については後述するが、機械学習を適用して、目標相対位置Ｒｔを決定しても良い。また、入力条件Ｃは、溶接実行装置８による溶接対象物９の溶接状態に影響を与える条件であり、電極８２の姿勢情報Ｃｅ、または溶接対象物９の形状情報Ｃｓの少なくとも一方を含む。

この入力条件Ｃは、例えば、電極８２の姿勢は、主に、溶接時の障害物との干渉を回避するためや、溶接線（開先９１）が上下方向に対して傾斜している場合に溶融池８ｍを適切に形成するために変えられる。電極８２の姿勢が変わると、これに応じて、ワイヤ位置Ｐｗの変化の有無にかかわらず、電極８２からのアークの放電方向と開先９１の位置関係が変わり得るので、溶融池８ｍの形状が変化し得る。そして、溶融池８ｍの形状が変化に応じて溶融池位置Ｐｍが変わると、目標相対位置Ｒｔも変わり得ることになる。実際、後述する図４～図５に示すように、入力条件Ｃに応じて、目標相対位置Ｒｔが変化することが、本発明者らにより見出されている。

制御部５は、上述した実相対位置決定部２によって決定された実相対位置Ｒｒを、上述した目標相対位置決定部３によって決定された目標相対位置Ｒｔにするための位置制御対象８Ｔの位置制御を実行する。換言すれば、位置制御対象８Ｔの位置制御は、実相対位置Ｒｒと目標相対位置Ｒｔとの差異（ずれ量）がゼロを含む所定の範囲に収めるようにするのに必要な位置制御対象８Ｔの制御量を算出し、溶接実行装置８に対して算出した制御量を送信する。そして、溶接実行装置８は、受信した制御量に応じて位置制御対象８Ｔの位置を制御する。

より具体的には、制御量は、現在位置からの移動すべき方向への移動量であっても良いし、溶接実行装置８が位置を認識する座標系における、位置制御対象８Ｔの移動すべき座標であっても良い。また、制御部５は、画像Ｖの画像処理を通して、送信した制御量に対して移動した移動後の位置を検出しながら、位置制御対象８Ｔの位置を制御しても良い（フィードバック制御）。

なお、例えば、実相対位置決定部２、画像Ｖから電極８２の電極位置Ｐｅおよびワイヤ位置Ｐｗを検出（検出部２２）すると共に、入力条件Ｃに基づいてその目標相対位置Ｒｔを算出（算出部２４）することにより、電極位置Ｐｅとワイヤ位置Ｐｗとの実相対位置Ｒｒが目標相対位置Ｒｔになるように、電極８２またはワイヤ位置Ｐｗの少なくとも一方を前後方向等に制御しても良い。実相対位置決定部２、画像Ｖから電極位置Ｐｅおよび開先９１の開先位置Ｐｂを検出（検出部２２）すると共に、入力条件Ｃ、および検出された電極位置Ｐｅおよび開先位置Ｐｂを含む溶接特徴量Ｐに基づいて、実相対位置Ｒｒ（電極開先相対位置）を算出（算出部２４）することにより、電極位置Ｐｅと開先位置Ｐｂとの実相対位置Ｒｒが目標相対位置Ｒｔになるように、電極位置Ｐｅを左右方向などに制御しても良い。同様に、実相対位置決定部２、ワイヤ位置Ｐｗおよび溶融池位置Ｐｍを含む溶接特徴量Ｐを検出し、検出されたワイヤ位置Ｐｗおよび溶融池位置Ｐｍを含む溶接特徴量Ｐに基づいて実相対位置Ｒｒ（ワイヤ池相対位置）を算出しても良い。この際、相対位置は、ワイヤ位置Ｐｗと溶融池位置Ｐｍとの前後方向に沿った相対位置（ワイヤ池相対位置）でも良いし、ワイヤ位置Ｐｗと溶融池位置Ｐｍとの左右方向に沿った相対位置でも良い。

また、図２に示すように、電極位置Ｐｅは、前後方向における最も前側に位置する電極８２の先端部分であっても良いし、開先位置Ｐｂは、電極８２との相対位置で定められる所定箇所の位置であっても良い。電極位置Ｐｅとワイヤ位置Ｐｗとの実相対位置Ｒｒが目標相対位置Ｒｔになるように、溶接ワイヤ８ｗまたは電極８２の少なくとも一方を制御しても良い。

上記の構成によれば、溶接制御装置１は、電極８２の姿勢情報Ｃｅや溶接対象物９の形状情報Ｃｓ（開先幅など）を含む入力条件Ｃに応じて、溶接ワイヤ８ｗや電極８２といった位置制御対象８Ｔの目標位置（目標相対位置Ｒｔ）を決定する。その上で、溶接制御装置１は、溶接中に撮影される画像Ｖの画像処理を通して得られる位置制御対象８Ｔの実際の位置（実相対位置Ｒｒ）が目標位置に一致するように、溶接実行装置８に対する制御を行う。これによって、溶接士が行う場合と同等の溶接品質のアーク溶接を自動で行うことができ、溶接士技能への依存を低減した自動溶接を実現することができる。

次に、上述した実施形態における目標相対位置Ｒｔの決定に関する幾つかの実施形態について、図４～図６を用いて説明する。図４は、本発明の一実施形態に係る電極８２の姿勢情報Ｃｅと目標相対位置Ｒｔとの相関を示す図である。図５は、本発明の一実施形態に係る溶接対象物９の形状情報Ｃｓと目標相対位置Ｒｔとの相関を示す図である。図６は、本発明の一実施形態に係るウィービング溶接時の開先幅Ｌの推定手法を説明するための図である。

なお、以下の説明では、上記の実相対位置Ｒｒおよび目標相対位置Ｒｔは、ワイヤ位置Ｐｗと溶融池位置Ｐｍとの相対位置であっても良いし、電極位置Ｐｅと開先位置Ｐｂとの相対位置であっても良い。ただし、これには限定されず、上述した溶接特徴量Ｐ（ワイヤ位置Ｐｗ、溶融池位置Ｐｍ、電極位置Ｐｅ、開先位置Ｐｂ）のうちのいずれか２つの相対位置であれば良い。

幾つかの実施形態では、図３Ａ～図３Ｂに示すように、上述した目標相対位置決定部３（第２決定部）は、溶接対象物９に対して溶接を実行する際の入力条件Ｃの少なくとの一部を取得する第２取得部３ａと、過去に行われた溶接時の入力条件（過去入力条件）と、この過去入力条件の下で設定された、例えば過去の溶融池位置Ｐｍ（過去溶融池位置）と過去のワイヤ位置Ｐｗ（過去ワイヤ位置）との相対位置や、過去の電極位置Ｐｅ（過去電極位置）と過去の開先位置Ｐｂとの相対位置といった、上述した溶接特徴量Ｐのうちのいずれか２つの相対位置である過去相対位置（過去位置。以下同様）との関係性に基づいて、第２取得部３ａによって取得された入力条件Ｃから、入力条件Ｃに応じた目標相対位置Ｒｔ（目標位置。以下同様）を決定する第３決定部３ｂと、を有する。

つまり、過去の溶接施工時に、溶接士が、例えば開先位置Ｐｂに対する電極位置Ｐｅの位置や、溶融池位置Ｐｍに対するワイヤ位置Ｐｗ、電極位置Ｐｅに対するワイヤ位置Ｐｗといった溶接特徴量Ｐのうちのいずれか２つの相対位置をどのように設定していたかの情報、および、その際の入力条件Ｃの内容の情報の実績を関連付けて蓄積し、これを学習データとして学習（機械学習）することにより、上記の関係性を導出する。

より具体的には、上記の第３決定部３ｂは、上記の過去入力条件と、この過去入力条件の下で設定された過去相対位置とを対応付けた複数のデータを機械学習することにより得られる学習モデルＭを用いて、溶接中の入力条件Ｃに応じた目標相対位置Ｒｔを決定しても良い。上記の複数のデータは、同じタイミングにおける溶接特徴量Ｐに基づいて算出される過去相対位置と入力条件Ｃとの情報セットを、例えば時間をずらして複数回取得したものである。この複数のデータには、時や場所、溶接対象物９が異なる溶接施工時の情報が含まれていても良い。そして、こうして得られる、複数のタイミングの各々における過去相対位置と、入力条件Ｃとを対応付けた複数のデータを学習データＭｄとして、機械学習を実行する。

この学習データＭｄの学習には、ニューラルネットワークや、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）、ランダムフォレスト、回帰分析など、周知の手法を適用しても良い。こうして得られた学習モデルＭは、溶接士が行っている入力条件Ｃと上記の過去相対位置との関係性が導出されたものである。このため、学習モデルＭを用いることで、入力となる入力条件Ｃに対して、溶接士が設定するであろう、ワイヤ池相対位置、電極開先相対位置などの目標相対位置Ｒｔを得ることが可能となる。よって、目標相対位置決定部３は、学習モデルＭを用いることにより、取得した入力条件Ｃに対応する目標相対位置Ｒｔを決定することが可能となる。

例えば、本発明者らは、熟練の溶接士が溶接実行装置８を操作した時の溶接データを鋭意分析することにより、電極８２の姿勢情報Ｃｅと目標相対位置Ｒｔとの間には相関関係があることを見出している。具体的には、例えば図４に示すように、熟練の溶接士は、トーチ角θｔ（横軸）が大きくなる（前進角が大きくなる、あるいは、後進角が小さくなる）のに従って、電極８２と開先９１との距離（縦軸）（以下、電極・開先距離）が短くなるように電極８２を操作しており、トーチ角θｔと電極・開先距離との間の相関が見出されている。

よって、例えば回帰分析（単回帰）などの学習手法を用いて、過去の溶接データにおけるトーチ角θｔと電極・開先距離との関係性を学習（機械学習）することにより、図４の回帰線で示すような関係性が得られることで、トーチ角θｔから電極・開先距離を求めることが可能な学習モデルＭ（関数）が得られる。そして、この学習モデルＭを記憶装置ｍに記憶しておくことで、目標相対位置決定部３は、学習モデルＭを用いて、トーチ角θｔに基づく目標相対位置Ｒｔの算出が可能となる。これによって、位置制御対象８Ｔである電極８２の位置制御を開トーチ角θｔに応じて適切に実行することが可能となる。

同様に、本発明者らは、上記溶接データから、溶接対象物９の形状情報Ｃｓと目標相対位置Ｒｔとの間には相関関係があることを見出している。具体的には、例えば図５に示すように、熟練の溶接士は、開先幅Ｌ（横軸）が大きくなるのに従って、電極・開先距離（縦軸）が大きくなるように電極８２を操作しており、開先幅Ｌと電極・開先距離との間の相関が見出されている。よって、例えば回帰分析（単回帰）などの学習手法を用いて、過去の溶接データにおける開先幅Ｌと電極・開先距離との関係性を学習（機械学習）することにより、図５の回帰線で示すような関係性が得られることで、開先幅Ｌ（形状情報Ｃｓ）から電極・開先距離を求めることが可能な学習モデルＭ（関数）が得られる。そして、この学習モデルＭを記憶装置ｍに記憶しておくことで、目標相対位置決定部３は、学習モデルＭを用いて、開先幅Ｌに基づく目標相対位置Ｒｔの算出が可能となる。これによって、位置制御対象８Ｔである電極８２の位置制御を開先幅Ｌに応じて適切に実行することが可能となる。

なお、図５の電極・開先距離（縦軸）は、画像Ｖの左側に映っている開先９１（左開先位置）と電極８２との間の距離（左距離Ｌｌ。図６参照）である。図６に示す実施形態では、溶接方向に対して、左右方向に複数パスを溶接すると共に、上下方向に積層するように溶接を実行している。また、左右方向に電極を揺動させながら溶接するウィービング溶接により、右パスの溶接を実行している場合に対応する。

この際、溶接対象物９の形状は、溶接中に時々刻々変化する場合がある。このため、溶接対象物９の開先幅Ｌが溶接中に変化する場合において、ウィービング溶接を行っていると、画像Ｖの輝度次第ではウィービングによって近づいた側の開先９１しか開先位置Ｐｂが検出できない場合があるなど、溶接中に開先幅Ｌを取得することは難しい場合がある。このため、幾つかの実施形態では、上述した目標相対位置決定部３は、画像Ｖ、および電極８２のウィービング幅Ｌｗに基づいて、上記の開先幅Ｌを推定すると共に、推定した開先幅Ｌに基づいて、電極８２の目標相対位置Ｒｔを決定しても良い。

具体的には、図６に示すように、ウィービングによって電極８２が近づいた側の開先９１は見えるので、最も右側の開先９１に近づいた際の画像Ｖに基づいて、画像Ｖの右側に映っている開先９１（右開先位置）と電極８２との間の距離（右距離Ｌｒ）を取得する。また、最も左側の開先９１に近づいた際の画像Ｖに基づいて、画像Ｖの左側に映っている開先９１（左開先位置）と電極８２との間の距離（左距離Ｌｌ）を取得する。つまり、電極８２が、１回のウィービング動作により左側の開先９１と右側の開先９１との間を１回進むと、右距離Ｌｒおよび左距離Ｌｌが得られる。また、ウィービング幅Ｌｗは、溶接実行装置８の制御するにあたって得られる値である。よって、１回のウィービング動作により、右距離Ｌｒと左距離Ｌｌとウィービング幅Ｌｗとに基づいて開先幅Ｌが計算でき（Ｌ＝Ｌｌ＋Ｌｗ＋Ｌｒ）る。そして、次の１回のウィービング動作に対応する開先幅Ｌは、開先幅Ｌが溶接方向に沿って緩やかに変化すると、上記のように求めた計算値に概ね近い値になる。よって、この計算値をこれから行おうとする溶接箇所の開先幅Ｌの推定値とすることで、開先幅Ｌの推定値に基づいて、目標相対位置Ｒｔを適切に決定することが可能となる。

上記の構成によれば、溶接士が位置制御対象８Ｔを操作した結果として得られる、位置制御対象８Ｔの絶対位置、あるいは、電極８２と開先９１との相対位置や溶接ワイヤ８ｗと溶融池８ｍとの相対位置といった溶接特徴量Ｐのうちのいずれか２つ相対位置などとなる実位置の実績と、その際の入力条件Ｃとの対応関係を蓄積して学習（例えば機械学習）すると共に、この学習結果を用いて、溶接時の入力条件Ｃに応じた目標位置（目標相対位置Ｒｔなど）を求める。これによって、位置制御対象８Ｔの目標位置を適切に決定することができる。また、こうして決定された目標位置を位置制御に用いることにより、溶接士が行う場合と同等の溶接品質を実現することができる。

次に、上述した実相対位置決定部２（第１決定部）による、位置制御対象８Ｔの実相対位置Ｒｒ（実位置）の決定に関する幾つかの実施形態について、図７を用いて説明する。図７は、本発明の一実施形態に係る開先位置Ｐｂのロール角θｒに基づく補正手法を説明するための図である。

溶接士は、画像に表れる溶接ワイヤ、電極、溶融池、開先などのいずれかの部分を見つつ、目標位置を定めて位置制御対象を移動させていると考えられる。そして、このような溶接士が見ている部分と入力条件との関係性から目標位置を求めるようにすれば、自動のアーク溶接の溶接品質を溶接士のものにより近づけることが可能となると考えられる。例えば、溶接データの分析を通して、目標相対位置などの目標位置と入力条件との相関が高くなるような、画像から検出すべき溶接特徴量（例えば開先位置など）が分かっている場合に、画像処理の結果得られる溶接特徴量の位置が、そのような本来検出すべき適切な位位置からズレている場合がある。

例えば、画像Ｖを撮像する撮影部８３が、電極８２の姿勢を制御する制御機構（姿勢制御機構８２ｃ）に設置されている場合（図１Ａ参照）などには、電極８２の姿勢制御に伴って溶接対象物９を撮像する撮影方向が変化する場合がある。このような場合には、姿勢変化によって、画像Ｖに表れる位置制御対象８Ｔや溶接対象物９などの撮影対象の写り方（見え方）が変わってくる。これにより、画像処理の結果として得られる開先９１の開先位置Ｐｂなどの溶接特徴量Ｐが、本来検出すべき適切な位置からのズレが生じてしまう可能性がある。そして、上記のズレが生じている溶接特徴量Ｐに基づいて決定した目標相対位置Ｒｔ（目標位置）は、入力条件Ｃに対する相関が低くなることにより、これを制御に用いると、電極８２といった位置制御対象８Ｔの位置制御の精度が低下してしまう可能性がある。

このため、幾つかの実施形態では、電極８２の姿勢情報Ｃｅに基づいて、溶接特徴量Ｐを補正すると共に、補正した溶接特徴量Ｐに基づいて、位置制御対象８Ｔの実相対位置Ｒｒを決定しても良い。
より具体的には、幾つかの実施形態では、画像Ｖは、少なくとも、位置制御対象８Ｔおよび溶接対象物９の開先９１を含むように撮影されている。また、溶接特徴量Ｐは、少なくとも、ワイヤ位置Ｐｗまたは電極位置Ｐｅおよび開先位置Ｐｂを含む。さらに、画像Ｖを撮像する撮影部８３は、電極８２の姿勢に応じて溶接対象物９を撮像する撮影方向が定まるように設置されている。例えば図１Ａに示すように、撮影部８３は、電極８２の先端付近を撮影するように姿勢制御機構８２ｃに固定されていることにより、電極８２の姿勢が変わると、開先９１に対する電極８２の先端部分の向きが変わる。これに伴って、電極８２と共に撮影される開先９１の撮影方向が変化する。

そして、この場合において、上述した実相対位置決定部２は、電極８２の姿勢情報Ｃｅに基づいて開先位置Ｐｂを補正すると共に、補正された開先位置Ｐｂ（補正後の開先位置Ｐｂ´）を含む溶接特徴量Ｐに基づいて、実相対位置Ｒｒ（実位置）を決定する。例えば、図３Ａ～図３Ｂに示すように、実相対位置決定部２は、電極８２の姿勢情報Ｃｅに基づいて、開先位置Ｐｂを補正するように構成された第１補正部２２ｃを、さらに備えても良い。図３Ａ～図３Ｂに示す実施形態では、この第１補正部２２ｃは、検出部２２に含まれる形で設けられている。

開先位置Ｐｂの補正手法について図７を用いて説明する。図７では、電極８２に０°以外のロール角θｒが付与されており、撮影部８３も、電極８２と共に回転することで、開先９１に対してロール角θｒだけ回転されている。このため、図７で示す画像Ｖにおいて、開先９１が、溶接方向に対して角度がθｒだけ傾いている状態で撮像されている。そして、この画像Ｖを画像処理することで、溶接ワイヤ８ｗの真横付近の位置が開先位置Ｐｂとして検出されたとする。なお、画像Ｖから検出される開先位置Ｐｂは、撮影時の明るさなどの撮影条件に依存するので、画像処理のアルゴリズムに従った処理の結果として開先９１のいずれかの部分が検出される。

この際、開先位置Ｐｂとして電極８２の真横に位置する開先９１の部分（Ｐｂ´の位置）が検出すべき開先位置Ｐｂとしてより望ましいとする。この開先位置Ｐｂとして望ましい位置は、溶接データの分析から目標相対位置Ｒｔと入力条件Ｃとの相関が高いことが分かった位置などとなる。例えば図４の場合には、電極・開先距離は、電極位置Ｐｅおよび開先位置Ｐｂの検出により求められるが、電極位置Ｐｅとしてどの位置が画像Ｖから検出されるかによって、相関の高低（相関係数）に違いが生じる。図４では、開先位置Ｐｂとして望ましい位置は、電極・開先距離とトーチ角θｔとの相関が最も高くなるような開先位置Ｐｂとしているものとする。

よって、画像Ｖから検出された開先位置Ｐｂの代わりに、上記の望ましい開先位置Ｐｂ（補正後の開先位置Ｐｂ´）を用いることで、精度の良い目標相対位置Ｒｔの決定が可能になる。具体的には、図７に示すように、画像Ｖから、検出された開先位置Ｐｂと、補正後の開先位置Ｐｂ´との間の溶接方向に沿った長さｙが分かる。具体的には、画像処理によって、開先位置Ｐｂおよび電極位置Ｐｅが検出されるので、溶接方向に沿った長さｙが特定される。ロール角θｒについても、溶接の実行に応じて定められるので、特定される。また、画像処理により検出された開先位置Ｐｂと、補正後の開先位置Ｐｂ´との、溶接方向に直交する方向における長さｘとすると、ｘ＝ｙ×ｔａｎ（θｒ）で求まる。この関係により、検出された開先位置Ｐｂから、補正後の開先位置Ｐｂ´を求めることができる。

上記の構成によれば、画像Ｖを撮像する撮影部８３が溶接対象物９を撮像する撮影方向が、電極８２の姿勢に応じて定まるようになっている場合に、溶接特徴量Ｐである開先位置Ｐｂなどの溶接特徴量Ｐを電極８２の姿勢情報Ｃｅに基づいて、補正する。これによって、より適切な溶接特徴量Ｐを用いて、位置制御対象８Ｔの位置制御をより精度良く実行することができる。

次に、上述した入力条件Ｃが、溶接条件Ｃｗを含む場合について、説明する。
幾つかの実施形態では、図３Ａ～図３Ｂに示すように、上述した入力条件Ｃは、溶接対象物９を溶接する際の溶接条件Ｃｗを、さらに含んでも良い。この溶接条件Ｃｗは、溶接実行装置８による溶接対象物９の溶接状態に影響を与える条件であり、入熱条件を直接的に調整（制御）するための条件である。つまり、溶接条件Ｃｗが変われば溶接時の入熱条件（入熱状態）が変わる。例えば、溶接条件Ｃｗは、電極８２に対する電極電流や電極電圧、溶接実行装置８と溶接対象物９との相対移動の速度（アークの移動速度）である溶接速度、溶接ワイヤ８ｗの供給量（単位時間当たりの供給量）、開先９１の開先幅Ｌのうちの少なくとも１つの条件を含んでも良い。

より具体的には、幾つかの実施形態では、図３Ａに示すように、上述した目標相対位置決定部３は、電極８２の姿勢情報Ｃｅ、または溶接対象物９（溶接部分）の形状情報Ｃｓの少なくとも一方、および溶接条件Ｃｗを含む入力条件Ｃを取得する第２取得部３ａと、上記の第３決定部３ｂ（条件ベース目標決定部３２）と、を有しても良い。図３Ａに示す実施形態では、条件ベース目標決定部３２は、過去に行われた溶接時の過去入力条件と、この過去入力条件下で設定された過去相対位置とを対応付けた学習データＭｄを機械学習することにより得られる学習モデルＭ（条件ベース学習モデル）を用いて、溶接中の入力条件Ｃに応じた目標相対位置Ｒｔを決定するようになっている。

入力条件Ｃに溶接条件Ｃｗが含まれることにより、入力条件Ｃは複数の条件が含まれる場合には、そのうちの少なくとも２つの条件を１つに集約して、入力条件Ｃに含まれる条件の数（次元）を小さくしても良い。具体的には、溶接条件Ｃｗに複数の条件が含まれる場合には、そのうちの少なくとも２つの条件を１つに集約して、入力となる溶接条件Ｃｗに含まれる条件の数（次元）を小さくしても良い。この場合、溶接条件Ｃｗは、溶接条件Ｃｗのうちの少なくとも２つの条件を１つに集約した集約条件と、その他の条件とを含むことになる。よって、目標相対位置決定部３は、このような集約条件を含む溶接条件Ｃｗ、および電極８２の姿勢情報Ｃｅ、または溶接対象物９（溶接部分）の形状情報Ｃｓの少なくとも一方に応じた目標相対位置Ｒｔを決定する。

例えば、溶接速度と、溶接電流と、溶接電圧と、の３つの条件を入熱量という１つの条件に集約を含む溶接条件Ｃｗを有する入力条件Ｃと、過去相対位置との関係性を学習しても良い。この場合の学習モデルＭは、溶接速度と、溶接電流と、溶接速度の３つの条件の代わりに、入熱量という１つの条件を含むことになる。なお、入熱量は、外部から溶接部に供給される熱量であり、入熱量＝｛６０×溶接電流×溶接電圧｝÷溶接速度との関係がある。ただし、本実施形態に本発明は限定されない。状況に応じて、目標相対位置Ｒｔとの関係性を最も表す条件を集約すれば良い。例えば、他の幾つかの実施形態では、溶接速度および溶接電流の２つの条件を入熱量という１つの条件に集約するなどしても良い。

学習モデルＭを用いて予め複数の溶接条件Ｃｗと目標相対位置Ｒｔとの関係をテーブル化した場合には、溶接条件Ｃｗに複数の条件が含まれる場合には、複数の条件の組合せを網羅したようなテーブルが必要になるが、条件の数が増えると、その組み合わせ数が増大するので、テーブル作成のコストが増大する。上記のように、複数の条件を１つの条件に集約し、次元数を減らすことで、このようなテーブル作成のコストを低減することができる。

なお、溶接対象物９を溶接する際の溶接条件Ｃｗは、溶接実行装置８などに設定されている設定値を、溶接実行装置８から取得しても良いし、オペレータなどから入力されたものを取得しても良い。

上記の構成によれば、過去において、溶接士が例えば溶接ワイヤ８ｗなどの位置制御対象８Ｔを操作した結果として得られる溶接ワイヤ８ｗと溶融池８ｍとの相対位置といった溶接特徴量Ｐのうちのいずれか２つ相対位置の実績と、その際の、電極８２の姿勢情報Ｃｅ、または溶接対象物９（溶接部分）の形状情報Ｃｓの少なくとも一方、および溶接条件Ｃｗを含む入力条件Ｃとの対応関係を蓄積して学習（機械学習）すると共に、この学習結果に基づいて、溶接条件Ｃｗから直接、目標相対位置Ｒｔを求める。これによって、目標相対位置Ｒｔを適切に決定することができる。また、こうして決定された目標相対位置Ｒｔを位置制御に用いることにより、溶接士が行う場合と同等の溶接品質を実現することができる。

他の幾つかの実施形態では、図３Ｂに示すように、上述した目標相対位置決定部３は、入力条件Ｃに含まれる条件のうち、電極８２の姿勢情報Ｃｅ、または溶接対象物９（溶接部分）の形状情報Ｃｓの少なくとも一方を取得する第２取得部３ａと、過去に行われた溶接時の、電極８２の姿勢情報Ｃｅ、または溶接対象物９（溶接部分）の形状情報Ｃｓの少なくとも一方、および溶接条件Ｃｗを含む過去入力条件の下で行われた溶接時の過去溶融池位置および過去ワイヤ位置といった過去の溶接特徴量（以下、過去溶接特徴量）と、この過去溶接特徴量の相対位置ある過去相対位置との関係性に基づいて、入力となる溶融池位置Ｐｍおよびワイヤ位置Ｐｗなどの溶接特徴量Ｐから、入力条件Ｃに応じた目標相対位置Ｒｔを決定する第３決定部３ｂ（位置ベース目標決定部３４）と、を有しても良い。

このように目標相対位置決定部３を構成した理由については、既に説明したように、溶接条件Ｃｗが変われば溶接時の入熱条件（入熱状態）が変わるなどするため、入力条件Ｃに応じて適切な溶接ワイヤ８ｗや電極といった位置制御対象８Ｔの位置が変わる。溶接士の操作は、このような入力条件Ｃに応じて異なる溶接状態の視覚情報を主体に溶接品質を確保するための溶接特徴量Ｐ（ワイヤ位置Ｐｗ、溶融池位置Ｐｍ、電極位置Ｐｅ、開先位置Ｐｂなど）を認識し、経験に基づきワイヤ位置Ｐｗや電極８２などを操作することで、高品質な溶接を達成している。このような知見の下、溶接士が行った操作には入力条件Ｃの違いが反映されており、入力条件Ｃに代えて、溶接士の操作履歴から目標相対位置Ｒｔを求めることが可能と考えたことによる。

図３Ｂに示す実施形態では、目標相対位置決定部３は、上述した過去溶接特徴量と、電極８２の姿勢情報Ｃｅまたは溶接対象物９の形状情報Ｃｓの少なくとも一方と、上述した過去相対位置とを対応付けた学習データＭｄを機械学習することにより得られる学習モデルＭ（位置ベース学習モデル）を用いて、上記の溶接特徴量Ｐおよび電極８２の姿勢情報Ｃｅまたは溶接対象物９の形状情報Ｃｓの少なくとも一方から入力条件Ｃに応じた目標相対位置Ｒｔを決定するようになっている。

なお、位置ベース学習モデルは、上述した過去溶接特徴量と、上述した過去相対位置とを対応付けた学習データＭｄを機械学習することにより得られる学習モデルＭであっても良い。この場合の学習データＭｄは、電極の姿勢情報Ｃｅや溶接対象物９の形状情報Ｃｓを説明変数とすることで学習することができ、目標相対位置決定部３は、溶接対象物９に対する目標相対位置Ｒｔを精度良く決定することが可能となる。

上記の構成によれば、過去において、溶接士が溶接ワイヤ８ｗなどの位置制御対象８Ｔを操作した結果として得られる溶融池８ｍの位置および溶接ワイヤ８ｗの位置などの溶接特徴量Ｐの実績と、その結果から得られる相対位置の実績との関係性を学習すると共に、この学習結果に基づいて、溶融池８ｍの位置および溶接ワイヤ８ｗの位置などの溶接特徴量Ｐから目標相対位置Ｒｔを求める。これによって、目標相対位置Ｒｔを適切に決定することができる。また、未だ経験していない入力条件Ｃに対しても、容易に対応することができる。例えば、大量のデータ（学習データ）から溶接ワイヤ８ｗと溶融池８ｍとの目標相対位置Ｒｔが線形の関係にあるというように、その傾向がわかった場合、いまだ経験していないが、過去に経験した条件に近い入力条件Ｃや複数のデータの内挿に位置するような条件は、線形モデル化の範疇に入るため、対応可能となる。また、こうして決定された目標相対位置Ｒｔを位置制御に用いることにより、溶接士が行う場合と同等の溶接品質を実現することができる。

ただし、上述した２つの実施形態に本発明は限定されない。他の幾つかの実施形態では、上述した学習モデルＭを用いて、溶接中の入力条件Ｃに応じた目標相対位置Ｒｔを決定する際に、２つ以上の学習モデルＭを用いて行っても良い。具体的には、溶接条件Ｃｗから、これに応じた目標相対位置Ｒｔ（仮目標相対位置）を求める第１学習モデル、および、電極８２の姿勢情報Ｃｅ、または溶接対象物９（溶接部分）の形状情報Ｃｓの少なくとも一方から、これに応じた仮目標相対位置の補正量を求める第２学習モデルをそれぞれ作成する。そして、第１学習モデルで求めた仮目標相対位置を、第２学習モデルで求めた補正量で補正することにより、位置制御対象８Ｔの最終的な目標相対位置Ｒｔを決定しても良い。

その他の幾つかの実施形態では、入力条件Ｃに応じた目標相対位置Ｒｔを、溶接条件Ｃｗ（入熱条件）等を考慮しながら予め設定した関数やテーブルなどの目標値変換手段を作成しておき、目標相対位置決定部３は、その目標値変換手段を用いて、入力条件Ｃから目標相対位置Ｒｔを決定しても良い。具体的には、目標相対位置決定部３は、上述した条件ベース学習モデルを用いて作成された、入力条件Ｃから、この入力条件Ｃに対応する目標相対位置Ｒｔを求めるための目標値変換手段を用いて、入力条件Ｃから目標相対位置Ｒｔを決定しても良い。あるいは、目標相対位置決定部３は、上述した位置ベース学習モデルを用いて作成された、溶接特徴量Ｐから、この溶接特徴量Ｐに対応する目標相対位置Ｒｔを求めるための目標値変換手段を用いて、溶接特徴量Ｐから目標相対位置Ｒｔを決定しても良い。これによって、計算量を抑制しつつ、入力条件Ｃに応じた目標相対位置Ｒｔを算出することができる。

以上、入力条件Ｃが、電極８２の姿勢情報Ｃｅまたは溶接対象物９の形状情報Ｃｓの少なくとも一方に加えて、溶接条件Ｃｗをさらに含む場合について説明した。ただし、上記の実施形態においては、入力条件Ｃは、溶接条件Ｃｗのみ含む場合にも成立する。

次に、溶接制御装置１が備えるその他の幾つかの実施形態について、図８～図９を用いて説明する。図８は、本発明の一実施形態に係る溶融池位置Ｐｍとワイヤ位置Ｐｗと溶接士による操作履歴との関係を示すグラフである。また、図９は、本発明の一実施形態に係る溶接の不具合事象を検出した際のロジックを示す図である。

幾つかの実施形態では、溶接制御装置１は、図３Ａ～図３Ｂに示すように、上述した目標相対位置Ｒｔと実相対位置Ｒｒとの差異に基づいて、位置制御対象８Ｔの位置制御の要否を判定する第２判定部４（要否判定部）を、さらに備えても良い。この場合、上述した制御部５は、第２判定部４による判定結果に応じて、溶接ワイヤ８ｗなどの位置制御対象８Ｔの位置制御を実行する。

図８に示すグラフについて説明すると、横軸は溶融池位置Ｐｍであり、縦軸はワイヤ位置Ｐｗであり、溶融池位置Ｐｍおよびワイヤ位置Ｐｗに対して、溶接士の操作内容をプロットしている。つまり、図８には、溶融池位置Ｐｍおよびワイヤ位置Ｐｗの各組合せにおいて、溶接士がどのような操作をしたかを示している。具体的には、溶接士は、黒塗りの四角でプロットした点において下方向に操作し（下操作）、薄い色の四角でプロットした点において上方向に操作し（上操作）、白丸でプロットした点において操作しなかったことを示す。なお、図８に示すグラフの溶融池位置Ｐｍおよびワイヤ位置Ｐｗは、画像Ｖの左下の端（図２参照）を原点とし、この原点からの相対位置であるが、本実施形態に本発明は限定されず、座標の原点は任意の位置として良い。

なお、図８の縦軸の値は横軸の値よりも定数Ｓだけ大きく、破線は、溶融池位置Ｐｍに対してワイヤ位置Ｐｗが定数Ｓだけ大きい点を結んだ線となる。破線で示されるように、例えば溶接速度の速い、遅いに応じて、溶融池位置Ｐｍおよびワイヤ位置Ｐｗの位置が異なっていることが分かる。また、ワイヤ池相対位置（距離）についても、溶接速度が速い場合には、操作無しのプロット点（白丸）のワイヤ位置Ｐｗは破線の下側に集中しており、実相対位置Ｒｒは、より短くなっている。逆に、溶接速度が遅い場合には、操作無しのプロット点（白丸）のワイヤ位置Ｐｗは破線の上側に集中しており、実相対位置Ｒｒは、より長くなっていることが見て取れるなど、入力条件Ｃ（図８では溶接条件Ｃｗ）に応じて、目標相対位置Ｒｔを変えていることがわかる。

図８に示すように、例えば溶融池位置Ｐｍがａｘの場合などの任意の溶融池位置Ｐｍにおいてワイヤ位置Ｐｗは様々な値をとる中で、溶接士は操作する場合と操作しない場合がある。そして、図８から、溶接士は、溶融池位置Ｐｍにおいて、ワイヤ位置Ｐｗのある範囲では操作を行わず、その範囲を超えてワイヤ位置Ｐｗが大きくなると下操作を行い、ワイヤ位置Ｐｗがその範囲を下回ると上操作を行う傾向が見受けられる。つまり、溶接士の操作を解析すると、溶接士は、経験に基づいて溶接時に溶接ワイヤ８ｗと溶融池８ｍとの実相対位置Ｒｒの差（｜Ｐｗ－Ｐｍ｜）が所定の範囲を逸脱した場合に、その差異を修正するための操作を行っている。

よって、第２判定部４により、目標相対位置Ｒｔと実相対位置Ｒｒとの差異が所定の範囲に収まっている場合には、目標相対位置Ｒｔと実相対位置Ｒｒとに差異が生じている場合であっても溶接ワイヤ８ｗの位置制御を実行しないようにする（制御不感帯を設定する）。これによって、少ない操作回数で溶接士と同等の溶接を行うことができる。

幾つかの実施形態では、上述した所定の範囲（以下、適宜、制御不感帯）は、過去に行われた溶接時の過去溶融池位置と、過去ワイヤ位置と、その時の過去ワイヤ位置の操作有無とが対応付けられた複数の操作履歴データなど、過去溶接特徴量と、これに対応する位置制御対象８Ｔの操作有無とが対応づけられた複数の操作履歴データに基づいて定められても良い。この場合、第２判定部４は、上述した実相対位置Ｒｒと目標相対位置Ｒｔとの差異が、上記のように定められた制御不感帯（所定の範囲）を逸脱した場合に、溶接ワイヤ８ｗなどの位置制御対象８Ｔの位置制御を必要と判定する。逆に、第２判定部４は、上記の差異が、制御不感帯の範囲内にある場合には、位置制御対象８Ｔの位置制御を不要と判定する。

より詳細には、例えば、溶接特徴量Ｐを入力、操作有無ラベルを出力とした分類モデルをサポートベクトルマシン（ＳＶＭ：Ｓｕｐｐｏｒｔ Ｖｅｃｔｏｒ Ｍａｃｈｉｎｅ）で生成し、着目すべき特徴量空間（図８では溶融池位置Ｐｍとワイヤ位置Ｐｗとの二次元空間）について、オペレータの介入操作が必要な空間（ラベル：操作有）と操作が不要な空間（ラベル：操作無）の分離境界面を特定する。こうして得られた線が図８に示す実線と二点鎖線で示す線である。実線が下操作有りと操作無しとの分離境界であり、実線よりも上の空間が下操作有り、下の空間が下操作無しとなる。他方、二点鎖線が上操作有りと操作無しとの分離境界であり、実線よりも上の空間が上操作有り、下の空間が下操作無しとなる。そして、この２つの分離境界の間の空間が、操作が不要な制御不感帯となる。

要するに、図８において、溶融池位置Ｐｍに対するワイヤ位置Ｐｗが実線よりも大きくなった場合には下操作を実行し、二点鎖線よりも小さくなった場合には上操作を実行し、実線と二点鎖線の間であれば操作を行わない。換言すれば、各溶融池位置Ｐｍにおける、上記の実線と二点鎖線との間の範囲が制御不感帯であり、この制御不感帯をワイヤ位置Ｐｗの制御目標範囲とする。なお、目標相対位置決定部３によって算出される目標相対位置Ｒｔは、この制御目標範囲に収まることになる。

図３Ａ～図３Ｂに示す実施形態では、第２判定部４は、実相対位置決定部２、目標相対位置決定部３にそれぞれに接続されており、実相対位置Ｒｒおよび目標相対位置Ｒｔが入力され、実相対位置決定部２から実相対位置Ｒｒおよび目標相対位置Ｒｔが入力されるようになっている。また、第２判定部４は、実相対位置Ｒｒおよび目標相対位置Ｒｔが入力されると、実相対位置Ｒｒと目標相対位置Ｒｔとの差異が、制御不感帯の範囲にあれば、目標相対位置Ｒｔと実相対位置Ｒｒとの差異があっても、ワイヤ位置Ｐｗの位置制御を行わない。逆に、実相対位置Ｒｒと目標相対位置Ｒｔとの差異がこの制御不感帯の範囲を逸脱すれば、この制御不感帯の範囲に収まるように、ワイヤ位置Ｐｗの位置制御を行う。

なお、収集した操作歴データ（学習データ）は操作無に対して操作有（例：下操作有，上操作有）のデータが少なく、このようにデータ数に偏りがある場合，ＳＶＭの識別性能が大きく低下することが知られている。そこで、データ数不均衡の解消を図るため、図８に示す実施形態では、データ数比に基づきクラスの重み付けを行うことで、データ数の少ない操作有のクラスが過小に評価されるという課題を解消している。

上記の構成によれば、溶接ワイヤ８ｗの位置制御の実行の要否を判定するための範囲を、溶接士が行った溶接ワイヤ８ｗの位置の操作有無と、過去溶融池位置およびワイヤ位置との関係に基づいて決定する。これによって、上記の所定の範囲を適切に設定することができ、少ない操作回数で溶接士と同等の溶接を自動で行うことができる。

上述した実施形態において、幾つかの実施形態では、上記の所定の範囲は、溶接条件Ｃｗなど入力条件Ｃに応じて決定しても良い。つまり、溶接ワイヤ８ｗの位置制御の実行の要否を判定するための制御不感帯を、入力条件Ｃあるいは入力条件Ｃが反映されたものとなる溶融池位置Ｐｍおよびワイヤ位置Ｐｗなどの溶接特徴量Ｐに応じて可変とする。これによって、入力条件Ｃに応じて上記の所定の範囲（制御不感帯の範囲）を設定することができ、溶接ワイヤ８ｗなどの溶接特徴量Ｐの位置制御を厳格に行う必要がある入力条件Ｃとそうでない入力条件Ｃに対して、それぞれ適切に対応することができる。
なお、他の幾つかの実施形態では、上記の所定の範囲は、入力条件Ｃにかかわらず、一定であっても良い。

また、幾つかの実施形態では、上述した実相対位置決定部２は、図３Ａ～図３Ｂに示すように、検出部２２による上述した制御周期Ｔ毎の溶接特徴量Ｐの検出異常（以下、単に、検出異常）を判定する第１判定部２３（異常判定部）を、さらに有していても良い。より詳細には、実相対位置決定部２は、第１判定部２３によって検出異常が生じていないと判定された制御周期Ｔである正常制御周期Ｔｓでは、この正常制御周期Ｔｓに取得された画像Ｖから検出される溶接特徴量Ｐに基づいて実相対位置Ｒｒを算出する。

その一方で、幾つかの実施形態では、後述する図１１に示すように、第１判定部２３によって検出異常が生じたと判定された制御周期Ｔである異常制御周期Ｔｆでは、この異常制御周期Ｔｆより前の既に終わった正常制御周期Ｔｓに取得された画像Ｖから検出される溶接特徴量Ｐに基づいて実相対位置Ｒｒを算出しても良い。つまり、実相対位置決定部２は、異常制御周期Ｔｆでは、その異常制御周期Ｔｆ以前の正常制御周期Ｔｓで得られた実相対位置Ｒｒを用いるようにしても良い。

上記の検出異常は、検出部２２による画像処理によって、制御周期Ｔ毎に、画像Ｖから溶接特徴量Ｐが全く検出できなかった場合や、溶接特徴量Ｐの値がこれまでの値から想定外に大きく変化した場合、溶接特徴量Ｐの値が通常あり得ない値になった場合など、外れ値となった場合である。例えば、溶接条件Ｃｗにより定まる入熱量が小さすぎると画像Ｖが暗くなり過ぎてしまい、逆に、入熱量が大きすぎると、画像Ｖが明るくなり過ぎてしまうなどに起因して、画像処理によって溶接特徴量Ｐが検出できなかったり、間違って検出されたりするなど、溶接特徴量Ｐが適切に検出できない場合が有り得る。

そして、本実施形態では、異常制御周期Ｔｆでは、即座に溶接の制御を停止するのではなく、この判定よりも前の正常制御周期Ｔｓに取得された画像Ｖから得られる実相対位置Ｒｒを用いることにより、溶接施工を継続する。溶接特徴量Ｐの検出異常は、溶接時の入熱量などに応じて一時的に生じる可能性があり、その自然に回復する場合があるからである。

具体的には、異常制御周期Ｔｆでは、それ以前の正常制御周期Ｔｓに取得された画像Ｖから検出された溶接特徴量Ｐが算出部２４に入力されるように構成されても良いし、それ以前の正常制御周期Ｔｓに取得された画像Ｖからの実相対位置Ｒｒが算出部２４から出力されるように構成されても良い。図３Ａ～図３Ｂに示す実施形態では、第１判定部２３は、検出部２２から入力される溶接特徴量Ｐが検出できなかったことの通知または溶接特徴量Ｐの値に基づいて、検出異常の有無を判定する。そして、第１判定部２３は、検出異常が無いと判定した場合には、検出部２２から入力される溶接特徴量Ｐを算出部２４に出力するようになっている。

これについて、図１０を用いて説明する。図１０は、本発明の一実施形態に係る実相対位置決定部２の異常制御周期Ｔｆ時の動作を説明するための図であり、異常制御周期Ｔｆ時の所定期間Ｒだけ前に正常制御周期Ｔｓが存在する場合を示す。図１０には、時間の経過に伴って各制御周期Ｔが繰り返されており、各制御周期Ｔで取得された画像Ｖから、溶接特徴量Ｐ（Ｐ１、Ｐ２、・・・、Ｐｎ－１、Ｐｎ＋１・・・：ｎは整数）を検出する様子が示されている。

そして、図１０に示す実施形態では、ｎ番目より前および後の制御周期Ｔが正常制御周期Ｔｓであり、ｎ番目が異常制御周期Ｔｆであったとする。このため、実相対位置決定部２（検出部２２）は、ｎ番目の制御周期Ｔ（異常制御周期Ｔｆ）に取得された画像Ｖからは溶接特徴量Ｐを検出できない。よって、実相対位置決定部２は、ｎ番目の異常制御周期Ｔｆより前（以前）の正常制御周期Ｔｓの画像Ｖから検出された溶接特徴量Ｐを、このｎ番目の異常制御周期Ｔｆの画像Ｖから検出された溶接特徴量Ｐとして代用する。

なお、例えば、各異常制御周期Ｔｆでは、その異常制御周期Ｔｆから溶接特徴量Ｐに応じて定められた所定期間Ｒだけ前の期間内に正常制御周期Ｔｓが存在しない場合に、実相対位置決定部２は、その異常制御周期Ｔｆにおける実相対位置Ｒｒの決定を行わないように構成しても良い。換言すれば、異常制御周期Ｔｆの後の最初の正常制御周期Ｔｓまでの期間が所定期間Ｒを超えた場合に通知しても良い。あるいは、第１判定部２３から後述する通知を行っても良い。

また、例えば図１０において、ｎ－１番目も異常制御周期Ｔｆであった場合には、ｎ－２番目の正常制御周期Ｔｓにおける溶接特徴量Ｐを代用しても良い。また、図１０では、ｎ－１番目（直前）の正常制御周期Ｔｓにおける溶接特徴量Ｐを代用しているが、上記の所定期間Ｒに含まれる正常制御周期Ｔｓにおける溶接特徴量Ｐであれば良い。

図１Ａ～図３Ｂに示す実施形態では、上述した検出部２２が溶接特徴量Ｐの検出を行う制御周期Ｔの１周期の間に、第１取得部２１によって複数の画像Ｖが取得され、記憶装置ｍなどに蓄積されるようになっている。そして、検出部２２は、制御周期Ｔ毎に蓄積される複数の画像Ｖから溶接特徴量Ｐを検出するようになっており、この複数の画像Ｖから対象とする溶接特徴量Ｐが全く検出できない場合（有効データなし）には、上記の検出異常が生じたと判定する。これによって、位置制御対象８Ｔの位置制御を適切に行いつつ、画像毎に位置制御のための処理を行うことによる処理負荷の低減を図っている。なお、本実施形態において、正常制御周期Ｔｓにおいてワイヤ位置Ｐｗなどの１つの位置に関して、複数の画像Ｖから複数の値が検出された場合には、制御の基準として最も適切と考えられる、例えば位置が適切に検出された画像Ｖのうちの、正常制御周期Ｔｓの１周期内で最新となる画像Ｖから検出された値を、溶接特徴量Ｐとしてその後の実相対位置Ｒｒの算出に用いるようにしても良い。

ただし、図１Ａ～図３Ｂに示す実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、上記の制御周期Ｔの１周期の間に、第１取得部２１によって１つの画像Ｖが取得されるようになっていても良い。この場合には、検出部２２は、制御周期Ｔ毎に得られる１つの画像Ｖから対象とする溶接特徴量Ｐが検出できない場合には、上記の検出異常が判定したと判定する。

上記の構成によれば、画像Ｖからの溶接特徴量Ｐの検出が適切になされなかった場合には、例えば直前などの正常制御周期Ｔｓに取得された画像Ｖから検出した溶接特徴量Ｐ（代替特徴量）を代わりに用いて実相対位置Ｒｒを算出するなどして、検出異常が生じていないと判定されていた画像Ｖに基づく実相対位置Ｒｒを用いるようにする。これによって、溶接を継続して実行することができる。また、検出異常が生じている溶接特徴量Ｐに基づいて溶接が制御されるような事態を防止することができ、溶接対象物９や溶接実行装置８の損傷を防止し、溶接制御装置１の信頼性を向上させることができる。

なお、他の幾つかの実施形態では、実相対位置決定部２は、異常制御周期Ｔｆでは、実相対位置Ｒｒを算出部２４に出力しないなどすることにより、位置制御対象８Ｔの制御を行わないようにしても良い。つまり、異常制御周期Ｔｆでは、位置制御対象８Ｔの実相対位置Ｒｒおよび目標相対位置Ｒｔに基づく位置制御対象８Ｔの制御を行なわずに溶接施工を継続することで、溶接特徴量Ｐの検出異常が自然に回復するのを単純に待つようにしても良い。そして、所定期間Ｒだけ経過しても正常制御周期Ｔｓとならない場合に通知しても良い。

上述した検出異常に関する実施形態において、幾つかの実施形態では、図３Ａ～図３Ｂに示すように、上記の第１判定部２３は、異常制御周期Ｔｆの後から、最初の正常制御周期Ｔｓまでの期間が、溶接ワイヤ８ｗといった位置制御対象８Ｔに応じて定められた所定期間Ｒを超えた場合に通知する（図１１参照）。つまり、画像Ｖからの溶接特徴量Ｐの検出異常が所定期間Ｒを超えて継続した場合には、溶接の継続可否を判断する必要があるものとして、通知を行う。この通知は、溶接特徴量Ｐの検出異常を通知するものである。例えばオペレータなどに向けたものであっても良く、ディスプレイなどへの異常通知メッセージの出力や、音や音声による通知であっても良い。第１判定部２３は、この通知と共に、溶接を停止させるための命令を溶接実行装置８に自動で送信しても良い。

これについて図１１を用いて説明する。図１１は、本発明の一実施形態に係る実相対位置決定部２の異常制御周期Ｔｆ時の動作を説明するための図であり、異常制御周期Ｔｆ時の所定期間Ｒだけ前に正常制御周期Ｔｓが存在しない場合を示す。図１１に示す実施形態では、Ｐｎ－１番目の制御周期Ｔが正常制御周期Ｔｓであり、それ以降（Ｐｎ番目～Ｐｎ＋ｍ－１番目）が異常制御周期Ｔｆであったとする。この場合、実相対位置決定部２（検出部２２）は、ｎ番目～ｎ＋ｍ－１番目の異常制御周期Ｔｆで取得された画像Ｖからは溶接特徴量Ｐが検出できない。また、ｎ＋ｍ番目の制御周期Ｔは、正常制御周期Ｔｓまたは異常制御周期Ｔｆのいずれであったとしても、上記の所定期間Ｒを超えている。よって、第１判定部２３は、ｎ＋ｍ－１番目の制御周期Ｔが終わった時点以降に上記の通知を行う。また、この通知と共に、上述した溶接を停止の命令を送信しても良い。なお、図１１のＰｎ＋１～Ｐｎ＋ｍ－１番目の異常制御周期Ｔｆでは、上述したように、以前の正常制御周期Ｔｓにおける溶接特徴量Ｐを代用しても良い。

溶接特徴量Ｐは時間の経過に伴って変化するが、上記の所定期間Ｒは、溶接特徴量Ｐの変化がある場合でも、制御をせずに溶接を継続可能な期間であり、この期間の経過後は通知を行う。これによって、溶接を可能な限り継続しつつ、溶接の信頼性の向上を図ることができる。

また、例えば、電極８２は、開先（溶接対象物９の壁）の形状が急に変化することは稀であることから、制御をせずに溶接が継続可能であると見込める期間が比較的長いのに対し、溶接ワイヤ８ｗはリールに巻かれた状態のものを引き出しながら使うため、溶接ワイヤ８ｗの位置が急に変化する場合があり、検出異常の直前の画像Ｖの位置から変化し易く、制御をせずに溶接が継続可能であると見込める期間が比較的短い。このように、上記の所定期間Ｒを溶接特徴量Ｐに応じて定めることにより、溶接特徴量Ｐに含まれる各種特徴量の検出異常時に適した溶接の継続を行うことができる。

また、幾つかの実施形態では、図３Ａ～図３Ｂ、図９に示すように、溶接制御装置１は、溶接の不具合事象を検出した場合に、目標相対位置決定部３によって決定された目標相対位置Ｒｔを補正する第２補正部６を、さらに備えても良い。図９に示す実施形態では、目標相対位置決定部３が出力する目標相対位置Ｒｔが第２判定部４に入力される前に、第２補正部６が溶接の不具合事象を検出した場合に出力する目標位置補正量Ｒｃが、目標相対位置Ｒｔを補正するようになっている。第２補正部６による目標相対位置Ｒｔの補正が行われた場合には、補正後の目標相対位置Ｒｔ´と、実相対位置Ｒｒとが第２判定部４に入力される。

また、上記の溶接の不具合事象は、例えば、溶接ワイヤ８ｗの先端が溶融池８ｍに入っていない場合に生じる溶滴や、溶接ワイヤ８ｗの先端が溶融池８ｍの底となる溶接対象物９に衝突するつっつきといった事象である。溶滴は、溶接ワイヤ８ｗのそり癖等により先端が上方向に浮き上がり、溶融池８ｍ中に挿入されてない状態で、アーク熱で溶接ワイヤ８ｗの先端が溶融することにより溶融池８ｍに落下する、溶接ワイヤ８ｗが溶融した液相の玉状の金属である。例えば画像Ｖの画像処理などにより溶滴を検出することによって、溶接ワイヤ８ｗの先端が溶融池８ｍよりも上方向に浮き上がっている状態を検出可能である。溶接ワイヤ８ｗのそり癖等により先端が溶融池８ｍよりも上方向に浮き上がると、溶接ワイヤ８ｗが溶融しきれず電極８２に衝突する可能性がある。溶接ワイヤ８ｗが電極８２に衝突すると、電極８２と溶接ワイヤ８ｗとが短絡してアーク放電が中断される場合や、電極８２が破損する可能性がある。

このように、溶接ワイヤ８ｗの先端が溶融池８ｍに入っていない場合に生じる溶滴が発生した場合には、溶接ワイヤ８ｗの先端と溶融池８ｍとが接触した状態にする必要があることから、下方向に移動させる必要がある。このとき必要な移動量をΔＲｔ１とする。また、溶接ワイヤ８ｗの先端が溶融池８ｍの底となる溶接対象物９に衝突するつっつきが生じた場合には、衝突しないように、上方向に移動させる必要がある。このとき必要な移動量をΔＲｔ２とする。

そして、このような溶接の不具合事象の検出時の溶接ワイヤ８ｗの位置制御と、上述した、実相対位置Ｒｒが目標相対位置Ｒｔになるようにするための溶接ワイヤ８ｗの位置制御を別々に行うと、一方が下方向への制御を行おうとし、他方が上方向への制御を行おうとするなど、互いに逆方向に制御を行おうとする結果、制御ハンチングが生じる可能性がある。
このため、図９に示すように、溶接の不具合事象の有無に応じて、移動量ΔＲｔ１あるいは移動量ΔＲｔ２に基づいて目標相対位置Ｒｔを補正するようにすることにより、上述したようなハンチングの発生を回避することができる。

以下、上述した溶接制御装置１（溶接制御プログラム）に対応した溶接制御方法について、図１２を用いて説明する。図１２は、本発明の一実施形態に係る溶接制御方法を示す図である。
溶接制御方法は、溶接対象物９の溶接に用いられる溶接ワイヤ８ｗ、又は溶接ワイヤ８ｗを溶融させるための電極８２の少なくとも一方を含む位置制御対象８Ｔの位置を制御する方法である。図１２に示すように、溶接制御方法は、実相対位置Ｒｒを決定するステップ（Ｓ１）と、目標相対位置Ｒｔを決定するステップ（Ｓ２）と、位置制御対象８Ｔの位置を制御するステップ（Ｓ４）と、を備える。また、溶接制御方法は、図１２に示すように、位置制御対象８Ｔの位置制御の要否を判定するステップ（Ｓ３）を備えていても良い。
図１２を用いてステップ順に溶接制御方法を説明する。なお、図１２のフローは、溶接施工時に例えば周期的などに繰返し行われる。

図１２のステップＳ１において、画像Ｖに基づいて、上述した実相対位置Ｒｒを決定する。ステップＳ１は、既に説明した実相対位置決定部２（第１決定部）が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図１２に示す実施形態では、ステップＳ１１において、上述した撮影部８３から画像Ｖを取得し、ステップＳ１２において、画像Ｖから上述した溶接特徴量Ｐを検出し、ステップＳ１３において、溶接特徴量Ｐに基づいて、上記の実相対位置Ｒｒを算出するようになっている。

この際、幾つかの実施形態では、上記のステップＳ１２による溶接特徴量Ｐの検出異常を判定するステップ（Ｓ１２ａ）を、さらに有していても良い。ステップＳ１４は、既に説明した第１判定部２３が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図１２に示す実施形態では、ステップＳ１２の次のステップＳ１２ａにおいて、検出異常を判定すると共に、検出異常がないと判定した場合に、ステップＳ１３を実行する。逆に、ステップＳ１２ａにおいて、検出異常があると判定した場合には、ステップＳ１２ｂにおいて溶接を停止させるための命令を溶接実行装置８に自動で送信するようになっている。

ステップＳ２において、目標相対位置Ｒｔを決定する。ステップＳ２は、既に説明した目標相対位置決定部３（第２決定部）が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図１２に示す実施形態では、上述した機械学習手法により作成された学習モデルＭに基づいて、目標相対位置Ｒｔを決定している。

ステップＳ３において、目標相対位置Ｒｔと実相対位置Ｒｒとの差異に基づいて、位置制御対象８Ｔの位置制御の要否を判定する。ステップＳ３は、既に説明した第２判定部４が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。図１２に示す実施形態では、ステップＳ３１において、目標相対位置Ｒｔと実相対位置Ｒｒとの差異が、上述した制御不感帯を逸脱したか否かを判定し、制御不感帯を逸脱したと判定した場合に、位置制御対象８Ｔの位置制御を必要と判定し、次のステップＳ４に進む。逆に、ステップＳ３１において、目標相対位置Ｒｔと実相対位置Ｒｒとの差異が、制御不感帯を逸脱していないと判定した場合に、位置制御対象８Ｔの位置制御を不要と判定し、フローを終了する。

ステップＳ４において、位置制御対象８Ｔの位置制御を実行し、ステップＳ１で決定された位置制御対象８Ｔの実相対位置Ｒｒを、ステップＳ２で決定された目標相対位置Ｒｔにする。ステップＳ４は、既に説明した制御部５が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。

また、幾つかの実施形態では、上記の溶接制御方法は、溶接の不具合事象を検出した場合に、上記の目標相対位置Ｒｔを決定するステップ（Ｓ２）によって決定された目標相対位置Ｒｔを補正するステップを、さらに備えても良い。このステップは、既に説明した第２補正部６が実行する処理内容と同様であるため、詳細は省略する。なお、目標相対位置Ｒｔを補正するステップは、図１２のステップＳ２とステップＳ３との間で実施されると良い（図９参照）。

本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。

１ 溶接制御装置
ｍ 記憶装置
１０ 溶接制御プログラム
２ 実相対位置決定部（第１決定部）
２１ 第１取得部
２２ 検出部
２２ｃ 第１補正部
２３ 第１判定部（異常判定部）
２４ 算出部
３ 目標相対位置決定部（第２決定部）
３ａ 第２取得部
３ｂ 第３決定部
３２ 条件ベース目標決定部（第３決定部）
３４ 位置ベース目標決定部（第３決定部）
４ 第２判定部（要否判定部）
５ 制御部
６ 第２補正部
７ 溶接装置
８ 溶接実行装置
８Ｔ 位置制御対象
８ｍ 溶融池
８１ ワイヤ送り機構
８２ 電極
８２ｃ 姿勢制御機構
８２ｔ トーチ
８３ 撮影部
８ｗ 溶接ワイヤ
９ 溶接対象物
９１ 開先
Ｖ 画像
Ｃ 入力条件
Ｃｅ 姿勢情報
θｔ トーチ角
θｄ 傾斜角
θｒ ロール角
Ｃｓ 形状情報
Ｃｗ 溶接条件
Ｐ 溶接特徴量
Ｐｂ 開先位置
Ｐｂ´ 開先位置（補正後）
Ｐｅ 電極位置
Ｐｍ 溶融池位置
Ｐｗ ワイヤ位置
Ｒｒ 実相対位置
Ｒｔ 目標相対位置
Ｒｃ 目標位置補正量
Ｍ 学習モデル
Ｍｄ 学習データ
Ｌ 開先幅
Ｌｗ ウィービング幅
Ｌｌ 左距離
Ｌｒ 右距離
Ｒ 所定期間
Ｓ 定数
Ｔ 制御周期
Ｔｆ 異常制御周期
Ｔｓ 正常制御周期

Claims (18)

1. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御装置であって、
   少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するように構成された第１決定部と、
   前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するように構成された第２決定部と、
   前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御するように構成された制御部と、を備え、
   前記画像は、前記溶接ワイヤが溶融されることにより前記溶接対象物の開先に形成される溶融池又は前記開先の少なくとも一方をさらに含み、
   前記溶接特徴量は、前記開先の開先位置、または前記溶融池の溶融池位置の少なくとも一方をさらに含み、
   前記実位置は、前記ワイヤ位置または前記電極位置の少なくとも一方と他の前記溶接特徴量との相対位置である実相対位置を含み、
   前記目標位置は、前記溶接対象物を溶接する際の前記入力条件に応じた前記相対位置の目標である目標相対位置を含む
   ことを特徴とする溶接制御装置。
2. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御装置であって、
   少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するように構成された第１決定部と、
   前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するように構成された第２決定部と、
   前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御するように構成された制御部と、を備え、
   前記第２決定部は、
   前記入力条件を取得するように構成された第２取得部と、
   過去に行われた溶接時の過去入力条件と該過去入力条件の下で設定された前記実位置である過去位置との関係性に基づいて、前記入力条件に応じた前記目標位置を決定するように構成された第３決定部と、を有する
   ことを特徴とする溶接制御装置。
3. 前記第３決定部は、前記過去入力条件と、該過去入力条件の下で設定された前記過去位置とを対応付けた複数のデータを機械学習することにより得られる学習モデルを用いて、前記入力条件に応じた前記目標位置を決定することを特徴とする請求項２に記載の溶接制御装置。
4. 前記入力条件は、前記溶接対象物を溶接する際の溶接条件をさらに含み、
   前記学習モデルは、前記溶接条件に応じた仮目標位置を求める第１学習モデルと、前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方に応じた、前記仮目標位置を補正する補正量を求める第２学習モデルと、を含み、
   前記第３決定部は、前記仮目標位置と前記補正量とに基づいて、前記目標位置を決定することを特徴とする請求項３に記載の溶接制御装置。
5. 前記姿勢情報は、前記電極の姿勢を定める、トーチ角、傾斜角、またはロール角の少なくとも１つの情報を含むことを特徴とする請求項１～４のいずれか１項に記載の溶接制御装置。
6. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御装置であって、
   少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するように構成された第１決定部と、
   前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するように構成された第２決定部と、
   前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御するように構成された制御部と、を備え、
   前記位置制御対象は、前記電極を含み、
   前記溶接対象物の形状情報は、前記溶接対象物の開先幅を含み、
   前記第２決定部は、少なくとも、前記開先幅に基づいて、前記電極の前記目標位置を決定する
   ことを特徴とする溶接制御装置。
7. 前記第２決定部は、前記画像、および前記電極のウィービング幅に基づいて、前記開先幅を推定すると共に、推定した前記開先幅に基づいて、前記電極の前記目標位置を決定することを特徴とする請求項６に記載の溶接制御装置。
8. 前記第１決定部は、
   前記電極の姿勢情報に基づいて前記溶接特徴量を補正するように構成された第１補正部を有し、
   補正された前記溶接特徴量に基づいて、前記実位置を決定することを特徴とする請求項１～７のいずれか１項に記載の溶接制御装置。
9. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御装置であって、
   少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するように構成された第１決定部と、
   前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するように構成された第２決定部と、
   前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御するように構成された制御部と、を備え、
   前記第１決定部は、
   前記電極の姿勢情報に基づいて前記溶接特徴量を補正するように構成された第１補正部を有し、
   補正された前記溶接特徴量に基づいて、前記実位置を決定し、
   前記画像は、前記溶接対象物の開先をさらに含み、
   前記溶接特徴量は、前記開先の開先位置をさらに含み、
   前記画像を撮像する撮影部は前記電極の姿勢に応じて前記溶接対象物を撮像する撮影方向が定まるようになっており、
   前記第１決定部は、前記第１補正部により前記電極の姿勢情報に基づいて前記開先位置を補正すると共に、補正された前記開先位置を含む前記溶接特徴量に基づいて、前記実位置を決定する
   ことを特徴とする溶接制御装置。
10. 前記姿勢情報は、前記電極の姿勢を定めるロール角を含み、
    前記第１補正部は、前記ロール角をθｒ、前記画像から検出された前記開先位置と予め定められた位置との間の溶接方向に沿った長さをｙ、前記画像から検出された前記開先位置と前記予め定められた位置との間の前記溶接方向に直交する方向における長さｙとした場合に、ｘ＝ｙ×ｔａｎ（θｒ）の関係に基づいて、前記画像から検出された前記開先位置を補正することを特徴とする請求項９に記載の溶接制御装置。
11. 前記入力条件は、前記溶接対象物を溶接する際の溶接条件を、さらに含むことを特徴とする請求項１～１０のいずれか１項に記載の溶接制御装置。
12. 前記溶接条件は、電極電流、電極電圧、溶接速度、前記溶接ワイヤの単位時間当たりの供給量、開先幅のうちの少なくとも１つの条件を含むことを特徴とする請求項１１に記載の溶接制御装置。
13. 前記第１決定部は、
    前記画像を撮像する撮影部から前記画像を取得するように構成された第１取得部と、
    所定の制御周期毎に、前記画像から前記溶接特徴量を検出するように構成された検出部と、
    前記溶接特徴量に基づいて前記実位置を算出するように構成された算出部と、を有することを特徴とする請求項１～１２のいずれか１項に記載の溶接制御装置。
14. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御装置であって、
    少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するように構成された第１決定部と、
    前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するように構成された第２決定部と、
    前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御するように構成された制御部と、を備え、
    前記第１決定部は、
    前記画像を撮像する撮影部から前記画像を取得するように構成された第１取得部と、
    所定の制御周期毎に、前記画像から前記溶接特徴量を検出するように構成された検出部と、
    前記溶接特徴量に基づいて前記実位置を算出するように構成された算出部と、を有するとともに、
    前記第１決定部は、
    前記検出部による前記制御周期毎の前記溶接特徴量の検出異常を判定するように構成された第１判定部を、さらに有し、
    前記検出異常が生じていないと判定された前記制御周期である正常制御周期では、該正常制御周期に取得された前記画像から検出される前記溶接特徴量に基づいて前記実位置を算出し、
    前記検出異常が生じたと判定された前記制御周期である異常制御周期では、該異常制御周期より前の前記正常制御周期に取得された前記画像から検出される前記溶接特徴量に基づいて前記実位置を算出する
    ことを特徴とする溶接制御装置。
15. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御装置であって、
    少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するように構成された第１決定部と、
    前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するように構成された第２決定部と、
    前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御するように構成された制御部と、を備え、
    前記第１決定部は、
    前記画像を撮像する撮影部から前記画像を取得するように構成された第１取得部と、
    所定の制御周期毎に、前記画像から前記溶接特徴量を検出するように構成された検出部と、
    前記溶接特徴量に基づいて前記実位置を算出するように構成された算出部と、を有するとともに、
    前記第１決定部は、
    前記検出部による前記制御周期毎の前記溶接特徴量の検出異常を判定するように構成された第１判定部を、さらに有し、
    前記検出異常が生じたと判定された前記制御周期である異常制御周期では、前記位置制御対象の制御を停止する
    ことを特徴とする溶接制御装置。
16. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御装置であって、
    少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するように構成された第１決定部と、
    前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するように構成された第２決定部と、
    前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御するように構成された制御部と、を備え、
    前記溶接の不具合事象を検出した場合に、前記第２決定部によって決定された前記目標位置を補正するように構成された第２補正部を、さらに備える
    ことを特徴とする溶接制御装置。
17. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御方法であって、
    少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定するステップと、
    前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定するステップと、
    前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御するステップと、を備え、
    前記画像は、前記溶接ワイヤが溶融されることにより前記溶接対象物の開先に形成される溶融池又は前記開先の少なくとも一方をさらに含み、
    前記溶接特徴量は、前記開先の開先位置、または前記溶融池の溶融池位置の少なくとも一方をさらに含み、
    前記実位置は、前記ワイヤ位置または前記電極位置の少なくとも一方と他の前記溶接特徴量との相対位置である実相対位置を含み、
    前記目標位置は、前記溶接対象物を溶接する際の前記入力条件に応じた前記相対位置の目標である目標相対位置を含む
    ことを特徴とする溶接制御方法。
18. 溶接対象物の溶接に用いられる溶接ワイヤ、又は前記溶接ワイヤを溶融させるための電極の少なくとも一方を含む位置制御対象を制御するように構成された溶接制御プログラムであって、
    コンピュータに、
    少なくとも前記位置制御対象を含むように撮影した画像から検出される溶接特徴量であって、前記溶接ワイヤのワイヤ位置または前記電極の電極位置の少なくとも一方を含む溶接特徴量に基づいて前記位置制御対象の実位置を決定する第１決定部と、
    前記溶接対象物を溶接する際の前記電極の姿勢情報または前記溶接対象物の形状情報の少なくとも一方を含む入力条件に基づいて、前記入力条件に応じた前記実位置の目標である目標位置を決定する第２決定部と、
    前記実位置を前記目標位置にするための前記位置制御対象の位置を制御する制御部と、を実現させ、
    前記画像は、前記溶接ワイヤが溶融されることにより前記溶接対象物の開先に形成される溶融池又は前記開先の少なくとも一方をさらに含み、
    前記溶接特徴量は、前記開先の開先位置、または前記溶融池の溶融池位置の少なくとも一方をさらに含み、
    前記実位置は、前記ワイヤ位置または前記電極位置の少なくとも一方と他の前記溶接特徴量との相対位置である実相対位置を含み、
    前記目標位置は、前記溶接対象物を溶接する際の前記入力条件に応じた前記相対位置の目標である目標相対位置を含む
    溶接制御プログラム。

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