JP7306898B2

JP7306898B2 - 制御装置、プログラム、及びロボット制御システム

Info

Publication number: JP7306898B2
Application number: JP2019127792A
Authority: JP
Inventors: 慎也小森; 慎一郎中川; 和志吉武
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2019-07-09
Filing date: 2019-07-09
Publication date: 2023-07-11
Anticipated expiration: 2039-07-09
Also published as: JP2021010943A

Description

本発明は、制御装置、プログラム、及びロボット制御システムに関する。

従来、アーク溶接の異常判定方法として、電流・電圧等の観測結果に対して設定した閾値を用いる手法が広く用いられている。また、特許文献１には、複数の溶接パラメータ（溶接電流、溶接電圧、短絡回数、溶接ワイヤ供給速度、溶接ワイヤ供給負荷など）を収集し、その異常の有無の組み合わせから、想定される溶接不良モードの一つを判断する技術が開示されている。

特開２０１０－２５３５３８号公報

特許文献１を含む従来技術では、上述したとおり、複数の溶接パラメータを用いて異常判定を行う場合であっても、異常判定は個々の溶接パラメータに対して行われており、個々の溶接パラメータの異常判定では異常と判定されなくても、実際は溶接不良となる場合がある。このとき、閾値を小さく設定すれば溶接パラメータの微小な乱れを捉えることができるが、正常の計測値に対して異常であるとの誤検出が増えてしまう。逆に、閾値を大きく設定すれば、上述した誤検出は減るものの、微小な乱れの不良を捉えることができなくなるというトレードオフがある。

そこで、本発明は、正常な計測値に対する誤検出を防止しつつ、微小な計測値の乱れに基づく溶接異常を適切に検出することができる制御装置、プログラム、及びロボット制御システムを提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る制御装置は、所定区間の溶接時における複数の溶接パラメータの計測値を取得する取得部と、前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれを用いて前記所定区間内の溶接に対する異常判定を行う第１判定部と、前記第１判定部により異常と判定されなかった場合、前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークに関する特徴の一致度に基づき、前記所定区間内の溶接に対する異常判定を行う第２判定部と、前記第１判定部又は前記第２判定部による異常判定の結果を出力する出力部と、を備える。

この態様によれば、第１判定部による異常判定において、溶接パラメータの正常な計測値に対する誤検出を減らしつつ、第２判定部による異常判定において、複数の溶接パラメータの計測値のピークに関する特徴（以下、「ピーク特徴」とも称す。）を用いて微小な乱れを特定し、複数の溶接パラメータ間におけるピーク特徴の一致度に基づいて異常を判定することができる。その結果、正常な計測値に対する誤検出を防止しつつ、微小な計測値の乱れに基づく溶接異常を適切に検出することが可能になる。

上記態様において、前記第２判定部は、前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークの前記所定区間内における時間的位置の一致度に基づき、前記異常判定を行ってもよい。これにより、第２判定部において、ピーク特徴の時間的位置が一致する複数の溶接パラメータ数があれば、溶接異常が複数の溶接パラメータに微小な乱れとして表れていると判断し、その結果、この時点を溶接異常と判定することで、溶接異常を適切に検出することが可能になる。

上記態様において、前記第１判定部は、前記複数の溶接パラメータそれぞれに対応する各第１閾値を用いて前記異常判定を行い、前記第２判定部は、前記複数の溶接パラメータそれぞれの計測値が、前記各第１閾値よりも小さい各第２閾値を超える溶接パラメータの数が、所定値以上である場合に、前記所定区間の溶接に異常があると判定してもよい。これにより、第１判定部においては、正常値に対して高めの第１閾値を設定することで、正常な計測値に対する誤検出を防止することが可能であり、第２判定部においては、低めの第２閾値を設定することで微小な乱れを検出し、その微小な乱れが複数の溶接パラメータに表れている場合に溶接異常を判定することで、溶接異常を適切に検出することが可能になる。

上記態様において、前記第２判定部は、前記複数の溶接パラメータそれぞれの計測値と、前記複数の溶接パラメータそれぞれに対応する正常値との二乗誤差を求め、前記二乗誤差のピークに関する特徴の一致度に基づき、前記異常判定を行ってもよい。これにより、溶接パラメータ間の計測値の変動の違いを吸収しつつ、溶接パラメータの計測値における微小な乱れを捉えて溶接異常を適切に検出することが可能になる。

本発明によれば、正常な計測値に対する誤検出を防止しつつ、微小な計測値の乱れに基づく溶接異常を適切に検出することができる制御装置、プログラム、及びロボット制御システムを提供することができる。

実施形態に係るアーク溶接異常判定システムを備えたロボット制御システム１の概略構成の一例を示す図である。実施形態に係る処理部４１０の機能の一例を示すブロック図である。実施形態に係る所定の溶接区間における複数の溶接パラメータ例を示す図である。実施形態に係る所定の溶接区間における複数のパラメータと正常値との二乗誤差を正規化した例を示す図である。実施形態に係る溶接異常を示す図である。実施形態に係る異常判定手順の一例を示すフローチャートである。

添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について説明する。なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一又は同様の構成を有する。

＜全体構成＞
図１は、本発明の一実施形態に係るアーク溶接異常判定システムを備えたロボット制御システム１の概略構成の一例を示す図である。図１は、ロボット制御システム１の機能ブロックの一例を含む図でもある。ロボット制御システム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（以下、単に「溶接」とも称す。）を行うものである。ロボット制御システム１は、ロボット（例えばマニピュレータ）１０と、ロボット制御装置２０と、入出力端末３０と、溶接電源４０１等を含む溶接機４０とを備える。ロボット制御装置２０及びロボット１０が、開示する「ロボット制御システム」の最小構成であるが、入出力端末３０や溶接機４０を含んで「ロボット制御システム」を構成してもよい。なお、ロボット制御装置２０及び入出力端末３０は、互いに一体に構成されてもよいし、図１に示したように互いに別体で構成されてもよい。

ロボット制御システム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各種ケーブルを備え、ロボット制御装置２０は各種装置と通信を行う。また、ロボット制御システム１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等も備える。

（ロボット１０）
ロボット１０は、ロボット制御装置２０、入出力端末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。ロボット１０は、サーボ制御部２３により出力される移動命令により制御されるロボットモータ１０１を含む。このロボットモータ１０１の駆動により多関節アームの移動等が制御される。また、ロボット１０は、多関節アームの先端に連結された溶接トーチ１３と、多関節アーム等に固定されたワイヤ送給装置と、作業台１１とを有する。

多関節アームの一端（先端）が溶接トーチ１３に連結されて、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、ケーブルに電気的に接続されたコンタクトチップ（図示せず）を有する。コンタクトチップ（以下、「チップ」とも称す。）は、ケーブル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る。

（ロボット制御装置２０）
ロボット制御装置２０は、制御部２１からの指示に従ってロボット１０および溶接機４０を制御する。ロボット制御装置２０は、さらに、溶接パラメータの計測値を用いて溶接異常の閾値判定を行う。上述した処理を行うため、ロボット制御装置２０は、制御部２１と、記憶部２２と、サーボ制御部２３とを含む。

記憶部２２は、溶接条件記憶部２２Ａ、及びプログラム記憶部２２Ｂを含み、各種プログラムや各種データファイルを記憶可能である。

溶接条件記憶部２２Ａ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のそれぞれの指令値（設定値）等が記憶される。

プログラム記憶部２２Ｂは、多関節アームの動作を制御する制御プログラム等を記憶している。制御プログラムは、例えば、ＲＯＭ（read only memory）に格納されている。また、プログラム記憶部２２Ｂは、ロボット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を記憶する。１または複数の作業プログラムは、例えば、ハードディスクに格納されている。

サーボ制御部２３は、ロボット１０の各ロボットモータ１０１を制御するものである。サーボ制御部２３は、作業プログラムに記載の移動命令と、ロボット１０のエンコーダからの位置情報とに基づいて、ロボット１０の各ロボットモータ１０１を制御する。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２３は、ロボット１０のエンコーダからの位置情報に基づいて溶接速度Ｖｗを導出（計測）する。サーボ制御部２３は、溶接速度Ｖｗを制御部２１に出力する。

制御部２１は、入出力端末３０から入力された作業指令に基づいて、作業プログラムを読み出し、その内容を解析する解析部２１１を有する。解析部２１１は、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。

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を有する。実行部２１２は、例えば、解析部２１１から通知された命令通知が移動命令の場合、移動命令内のパラメータ（各軸角度など）をサーボ制御部２３に通知する。

実行部２１２は、命令通知が溶接開始命令の場合、溶接制御部２１３に溶接開始通知を送信し、溶接監視部４０２にデータ取得開始命令やメタデータ（取得開始日時、溶接プログラム番号、ワークシリアル番号、使用ロボット名、使用溶接電源名等）を送信する。

実行部２１２は、命令通知が溶接終了命令の場合、溶接制御部２１３に溶接終了通知を送信し、溶接監視部４０２にデータ取得終了命令を通知する。

制御部２１は、実行部２１２で生成された溶接命令に基づいて、溶接機４０に電圧指令値及び電流指令値を出力する溶接制御部２１３を有する。溶接制御部２１３は、例えば、溶接開始通知を受け取ると、溶接電源４０１に電流・電圧指令値を出力し、溶接終了通知を受け取ると、電流・電圧指令を停止する。

制御部２１は、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。また、制御部２１は、溶接機４０にワイヤ送給装置の制御を指示し、溶接機４０からワイヤ送給装置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。

（入出力端末３０）
入出力端末３０は、作業者がロボット１０の動作を教示する装置である。入出力端末３０は、例えば、コンピュータ等であり、一般的なコンピュータに含まれる制御部、表示部、入力部、通信部および記憶部を有する。

入出力端末３０の表示部は、映像信号が入力されると、映像を表示する。例えば、アーク溶接の異常判定結果を示すグラフなどが表示される。入出力端末３０の入力部は、作業者からの教示を受け付け、作業者の操作に応じて入力信号を生成し、制御部に出力する。入出力端末３０の通信部は、ケーブルを介してロボット制御装置２０と通信を行い、制御部からの作業指令を、ロボット制御装置２０に送信する。また、この通信部は、溶接監視部４０２からの監視情報を受信して、制御部に出力する。入出力端末３０の記憶部は、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を記憶する。教示プログラムは、例えば、ＲＯＭに格納されている。

入出力端末３０の制御部は、映像信号を生成し、表示部に出力すると共に、必要に応じて作業指令を生成し、通信部に出力する。制御部は、読み出した教示プログラム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。例えば、制御部は、通信部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。

（溶接機４０）
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。溶接機４０は、溶接電源４０１や、溶接監視部４０２等を有する。

溶接機４０は、ロボット制御装置２０からの溶接命令に基づいて、ワイヤ送給装置の動作を制御する。ロボット制御装置２０からの溶接命令には、例えば、電圧指令、電流指令、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。

溶接電源４０１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。すなわち、溶接電源４０１は、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。溶接電源４０１は、ロボット制御装置２０からの電圧指令値及び電流指令値に従って、溶接電流Ｉｓ及び溶接電圧Ｖｓを制御する。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、電流指令に含まれる溶接電流Ｉｓの設定値（指令値）、又は電圧指令に含まれる溶接電圧Ｖｓの設定値（指令値）などが含まれ得る。

溶接監視部４０２は、処理部４１０、データバッファ４２Ａ、及び正常データ記憶部４２Ｂを有する。処理部４１０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などの予め設定された溶接パラメータ（溶接因子データ）を計測する。

処理部４１０は、実行部２１２からの監視開始通知に従って、アーク溶接の異常を判定する判定プログラムを実行する。判定プログラムは、図示しない溶接監視部４０２内の記憶部に記憶されていればよい。また、処理部４１０は、プログラム記憶部２２Ｂなどから判定プログラムを取得してもよい。処理部４１０は、図２を用いて後述するが、データバッファ４２Ａに記憶された各溶接パラメータの計測値と、各溶接パラメータに対応する各閾値とを用いて、異常判定が行われる。

溶接パラメータは、溶接電流、溶接電圧、短絡周波数、制御周波数、デューティ比率、ワイヤ送給負荷、ワイヤ送給速度、ワイヤ送給モータ電流、フィラ送給負荷、ガス流量、バルブ駆動力、スパッタ抑制率、EN比率、（溶接電源）１次電圧、制御基板温度、主回路温度、ファン回転数などである。異常判定に用いられる複数の溶接パラメータは、これらのうち、少なくとも２つ以上を含んでいればよい。

なお、短絡周波数とは、単位時間あたりの短絡回数であり、瞬時短絡も含む。制御周波数とは、溶接機４０が制御する単位時間あたりの制御回数である。デューティ比率とは、制御周期における短絡制御の比率である。

データバッファ４２Ａは、判定プログラムが実行されることにより処理される各種データを記憶する。これらの各種データは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）に格納される。

各種データは、例えば、溶接時における溶接電流Ｉｓの計測値、溶接機４０から得られる溶接電圧Ｖｓの計測値、ワイヤ送給速度Ｖｆの計測値、制御周波数の計測値などの溶接パラメータの計測値である。

正常データ記憶部４２Ｂは、様々な溶接条件における正常溶接時の溶接パラメータの値（正常値）が記憶される。例えば、各溶接パラメータに対し、溶接開始から溶接終了までの溶接区間内の正常時のデータ変動（正常波形）が正常データ記憶部４２Ｂに記憶される。正常波形は、正常溶接時における複数回の溶接パラメータの計測値の平均値などである。

なお、溶接監視部４０２は、溶接パラメータを計測する機能を残し、溶接異常を判定する機能（後述する図２に示す各機能）は、ロボット制御装置２０内に実装されてもよい。この場合、データバッファ４２Ａ及び正常データ記憶部４２Ｂはロボット制御装置２０内に実装されてもよい。

（アーク溶接の異常判定処理）
図２は、実施形態に係る処理部４１０の機能の一例を示すブロック図である。図２に示す例では、処理部４１０は、取得部３０２、第１判定部３０４、第２判定部３０６、及び出力部３０８を含む。図２に示すように、処理部４１０は、第１判定部３０４により１段階目の異常判定を行い、１段階目の異常判定で異常と判定されなかった場合に、第２判定部３０６により２段階目の異常判定を行うことで、溶接異常を適切に検出することが可能になる。

取得部３０２は、実行部２１２からデータ取得開始命令を受け取ると、実行部２１２から得られたメタデータと溶接電源４０１から得られた溶接パラメータの計測値をデータバッファ４２Ａに記憶する。取得部３０２は、実行部２１２からデータ取得終了命令を受け取ると、データバッファ４２Ａへのデータ記憶を停止し、第１判定部３０４にデータ処理開始命令を通知する。

第１判定部３０４は、取得部３０２からデータ処理開始命令を受け取ると、データバッファ４２Ａに記憶された複数の溶接パラメータの計測値それぞれを用いて溶接区間内の溶接に対する異常判定を行う。例えば、第１判定部３０４は、複数の溶接パラメータの計測値に対して、予め設定した閾値を用いて異常判定を行う。

具体的には、溶接区間の溶接開始から溶接終了までの上限閾値の変動を示す上限波形や、下限閾値の変動を示す下限波形が閾値として設定され、第１判定部３０４は、例えば、計測値が下限閾値以上であり上限閾値未満であれば、正常であると判定し、それ以外を異常であると判定してもよい。第１判定部３０４は、異常であると判定した場合は、その旨を出力部３０８に通知し、異常はないと判定した場合は、その旨を第２判定部３０６に通知する。

第２判定部３０６は、第１判定部３０４により異常と判定されなかった場合、複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークに関する特徴（「ピーク特徴」とも称す。）の一致度に基づき、所定区間（溶接区間）内の溶接に対する異常判定を行う。例えば、第２判定部３０６は、ある溶接パラメータの計測値の波形におけるピーク（例えば極大値及び極小値）の特徴（例えば時間的特徴及び／又は値の大きさの特徴）が、他の溶接パラメータの計測値の波形における極大値及び極小値の特徴と類似するか否かを判定する。第２判定部３０６は、類似すると判定された溶接パラメータの数が所定値以上であれば、この所定区間に溶接異常があると判定する。第２判定部３０６は、判定結果を出力部３０８に出力する。

出力部３０８は、第１判定部３０４又は第２判定部３０６による異常判定の結果を、例えば入出力端末３０に出力する。また、出力部３０８は、異常判定の結果を示す結果情報を、予め設定された送信先に送信するようにしてもよい。また、出力部３０８は、溶接異常を受け取ると、実行部２１２にロボット１０の停止命令を送付し、入出力端末３０に異常メッセージを表示させてもよい。

これにより、第１判定部３０４による異常判定において、例えば公知の異常判定を用いて、溶接パラメータの正常な計測値に対する誤検出を減らしつつ、第２判定部３０６による異常判定において、複数の溶接パラメータの計測値のピーク特徴を用いて微小な乱れを特定し、複数の溶接パラメータ間におけるピーク特徴の一致度に基づいて異常を判定することができる。その結果、正常な計測値に対する誤検出を防止しつつ、微小な計測値の乱れに基づく溶接異常を適切に検出することが可能になる。

例えば、１段階目の第１判定部３０４では、公知の異常判定を用いることで、公知の異常判定の精度を担保しつつ、２段階目の第２判定部３０６では、公知の異常判定では検出できなかった異常を、複数の溶接パラメータを複合的に捉えて、計測値の波形の微小な変化の特徴が複数の溶接パラメータで一致すれば、その特徴を溶接異常と判定し、溶接異常の判定精度を高めることが可能になる。

また、第２判定部３０６は、複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークの所定区間内における時間的位置の一致度に基づき、異常判定を行ってもよい。例えば、第２判定部３０６は、複数の溶接パラメータの計測値のピークが、溶接開始から溶接終了までのうち、あるｔ１時点で一致していれば、そのｔ１時点で溶接異常があったと判定する。また、第２判定部３０６は、ｔ１時点でピークを有する溶接パラメータの数が所定値以上である場合に異常であると判定してもよい。

これにより、第２判定部３０６において、ピーク特徴の時間的位置が一致する複数の溶接パラメータがあれば、溶接異常が複数の溶接パラメータに微小な乱れとして表れていると判断し、この時点で溶接異常があると判定することができる。その結果、溶接異常を適切に検出することが可能になる。

また、第１判定部３０４は、複数の溶接パラメータそれぞれに対応する各第１閾値を用いて異常判定を行い、第２判定部３０６は、複数の溶接パラメータそれぞれの計測値が、各第１閾値よりも正常値に近い各第２閾値を超える溶接パラメータの数が、所定値以上である場合に、所定区間の溶接に異常があると判定してもよい。例えば、複数の溶接パラメータが５つであるとした場合、所定値は過半数以上の３などである。

例えば、第１閾値は、第１上限閾値と第１下限閾値とを有し、第２閾値は、第２上限閾値と第２下限閾値を有する場合、次の関係が成り立つとする。
第１下限閾値＜第２下限閾値＜第２上限閾値＜第１上限閾値
この場合、第１下限閾値及び第１上限閾値により規定される第１所定範囲は、第２下限閾値及び第２上限閾値により規定される第２所定範囲よりも広く、第２所定範囲は、第１所定範囲内に含まれる。

これにより、第１判定部３０４においては、正常値に対して高めの第１閾値を設定することで、正常な計測値に対する誤検出を防止することが可能であり、第２判定部３０６においては、正常値に対し低めの第２閾値を設定することで微小な乱れを検出し、その微小な乱れが複数の溶接パラメータに表れている場合に異常を判定することで、適切に溶接異常を検出することが可能になる。

また、第２判定部３０６は、正常データ記憶部４２Ｂから複数の溶接パラメータそれぞれに対応する正常値を取得し、複数の溶接パラメータそれぞれの計測値と、正常値との二乗誤差を求め、この二乗誤差のピークに関する特徴の一致度に基づき、異常判定を行ってもよい。これに関し、溶接パラメータによっては正常値の大きさが異なり、計測値の変動の大きさの影響が、溶接パラメータによって異なる。この変動の大きさの影響を抑えるため、溶接パラメータの計測値と正常値との二乗誤差を用いて、第２判定部３０６による異常判定を行う。また、この二乗誤差は、平方根を取ったり、最大値で正規化したりしてもよい。

これにより、溶接パラメータ間の計測値の変動の違いを吸収しつつ、溶接パラメータの計測値における微小な乱れを捉えることで、溶接異常を適切に検出することが可能になる。

＜具体例＞
以下、図３から図５を用いて、開示された溶接異常の判定処理について説明する。図３は、実施形態に係る所定の溶接区間における複数の溶接パラメータ例を示す図である。図３に示す例では、複数の溶接パラメータとして、溶接電流、溶接電圧、短絡周波数、制御周波数、デューティ比が設定される。また、図３に示す例では、横軸が時間、縦軸が各溶接パラメータの大きさを示し、また、実線が正常値を表し、点線が計測値を表す。

図３（Ａ）は、所定の溶接区間における溶接電流の計測値と正常値との一例を示す図である。図３（Ｂ）は、所定の溶接区間における溶接電圧の計測値と正常値との一例を示す図である。図３（Ｃ）は、所定の溶接区間における短絡周波数の計測値と正常値との一例を示す図である。図３（Ｄ）は、所定の溶接区間における制御周波数の計測値と正常値との一例を示す図である。図３（Ｅ）は、所定の区間におけるデューティ比率の計測値と正常値との一例を示す図である。

図３（Ａ）～（Ｅ）に示す例では、第１判定部３０４により用いられる上限閾値及び下限閾値は図示していないが、各計測値は上限閾値と下限閾値との間にあるとし、第１判定部３０４では異常と判定されないとする。

図４は、実施形態に係る所定の溶接区間における複数のパラメータと正常値との二乗誤差を正規化した例を示す図である。図４（Ａ）は、所定の溶接区間における溶接電流の計測値と正常値との二乗誤差の正規化例を示す図である。図４（Ｂ）は、所定の溶接区間における溶接電圧の計測値と正常値との二乗誤差の正規化例を示す図である。図４（Ｃ）は、所定の溶接区間における短絡周波数の計測値と正常値との二乗誤差の正規化例を示す図である。図４（Ｄ）は、所定の溶接区間における制御周波数の計測値と正常値との二乗誤差の正規化例を示す図である。図４（Ｅ）は、所定の区間におけるデューティ比率の計測値と正常値との二乗誤差の正規化例を示す図である。

図４（Ａ）～（Ｅ）に示す例では、第２判定部３０６によりピーク特徴が求められ、この場合、時間軸の７５付近にピーク（例えば極大値）がある。このピークは、どの溶接パラメータにおいても現れている。第２判定部３０６は、このピークを捉え、異常と判定する。

これにより、第１判定部３０４は、個々の溶接パラメータの計測値を用いて、個々に異常判定を行うが、第２判定部３０６は、複数の溶接パラメータを複合的に捉えることで、微小な計測値の変動を検出することができる。

例えば、図５は、実施形態に係る溶接異常を示す図である。図５に示すＲ１の領域において、適切に接合がなされていない。例えばこの場合、図３及び図４に示すように、第１判定部３０４により異常と判定されないが、第２判定部２０６により異常と判定される。

なお、第２判定部３０６は、次の処理を行って異常判定をしてもよい。第２判定部３０６は、データバッファ４２Ａに記憶された複数の溶接パラメータの計測値と、正常データ記憶部４２Ｂに記憶された、対応する溶接パラメータの正常値とを用いて、分散波形ｙ_iを算出する。ここで、ｘ_iは、取得された溶接パラメータの計測値、ｘ_i’は、対応する溶接パラメータの正常値、ｉはサンプルとする。第２判定部３０６は、式（１）を用いて分散波形ｙ_iを算出する。

第２判定部３０６は、式（１）に示すように、前後１サンプルを含めた合計３サンプルの二乗誤差を合計することで、分散波形を平滑化してもよい（式（１）の分子）。また、第２判定部３０６は、二乗誤差を、最大値で正規化することで、各分散波形の重みを均一化してもよい（式（１）の分母）。

次に、第２判定部３０６は、取得された各溶接パラメータの分散波形同士を同じ時間で加算して、一つのパラメータとしての差異の一致率を算出する。さらに、第２判定部３０６は、差異の一致率があらかじめ設定しておいた閾値を超えた場合、出力部３０８に異常通知を送信してもよい。これにより、個々の溶接パラメータに対して異常判定するのではなく、複数の溶接パラメータの特徴を考慮してまとめられた判定パラメータを用いて２段階目の異常判定を行うことができるので、２段階目の異常判定を簡素化することができる。

また、第２判定部３０６は、差異の一致率を算出する際、溶接パラメータに対して重みを付けて加算してもよい。重み係数が他よりも大きい溶接パラメータは、例えば、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給速度、短絡周波数、制御周波数、デューティ比率である。これらの溶接パラメータは、溶接異常に与える影響が他の溶接パラメータよりも大きいため、重み係数も大きくなる。なお、第２判定部３０６は、複数の溶接パラメータから、その数よりも少ない数の判定パラメータを算出してもよい。例えば、５つの溶接パラメータから、溶接パラメータの特徴（例、波形の類似性、溶接パラメータの種類別など）に応じて３つの判定パラメータが算出されるようにしてもよい。

＜動作＞
図６は、実施形態に係る異常判定手順の一例を示すフローチャートである。図６に示すステップＳ１０２で、取得部３０２は、所定区間の溶接時における複数の溶接パラメータの計測値を取得し、データバッファ４２Ａに記憶する。

ステップＳ１０４で、第１判定部３０４は、データバッファ４２Ａから取得した、各溶接パラメータの計測値を用いて所定区間内の溶接に対する異常判定を行う。例えば、第１判定部３０４は、所定の溶接パラメータの計測値が、第１下限閾値から第１上限閾値の第１範囲以内であれば正常であると判定し、第１範囲外であれば異常であると判定する。

ステップＳ１０６で、第１判定部３０４は、全ての溶接パラメータで第１の異常判定を行ったか否かを判定する。全ての溶接パラメータが判定済みであれば（ステップＳ１０６－ＹＥＳ）、処理はステップＳ１０８に進み、全ての溶接パラメータが処理済みでなければ（ステップＳ１０６－ＮＯ）、処理はステップＳ１０４に戻り、第１判定部３０４は、別の溶接パラメータの計測値を取得する。

ステップＳ１０８で、第１判定部３０４は、少なくとも１つの溶接パラメータについて、異常と判定されたか否かを判定する。異常と判定された溶接パラメータがあれば（ステップＳ１０８－ＹＥＳ）、処理はＳ１１０に進み、異常と判定されなかった場合（ステップＳ１０８－ＮＯ）処理はステップＳ１１２に進む。

ステップＳ１１０で、第２判定部３０６は、第１判定部３０４により異常と判定されなかった場合、複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークに関する特徴の一致度に基づき、所定区間内の溶接に対する異常判定を行う。

ステップＳ１１２で、出力部３０８は、第１判定部３０４又は第２判定部３０６による異常判定の結果を出力する。また、出力部３０８は、異常が検出された場合にのみ、溶接異常を示す警報を通知するようにしてもよい。

上述した異常判定手順により、第１判定部による異常判定において、溶接パラメータの正常な計測値に対する誤検出を減らしつつ、第２判定部による異常判定において、複数の溶接パラメータの計測値のピークに関するピーク特徴を用いて微小な乱れを特定し、複数の溶接パラメータ間におけるピーク特徴の一致度に基づいて異常を判定することができる。その結果、正常な計測値に対する誤検出を防止しつつ、微小な計測値の乱れに基づく溶接異常を適切に検出することが可能になる。

また、第２判定部３０６により用いられる第２閾値は、機械学習等を用いて自動的に設定されるようにしてもよい。また、溶接パラメータの監視はリアルタイムに行い、異常が発生した場合は溶接途中でロボットを停止させてもよい。また、処理部４１０は、正常値との差異が現れた溶接パラメータの種類、差異の現れ方を分析し、データベース化することで、溶接不良の種別を判定する機能を備えてもよい。

また、図６に示す各処理は、コンピュータにより実行される判定プログラムとして実装されてもよい。この判定プログラムは、ロボット制御装置２０にインストールされたり、コンピュータにより読み取り可能な記憶媒体（例えば非一時的な記憶媒体）に記憶されたりし、コンピュータの制御部（例えばプロセッサなど）により実行されることで、上記処理が実現されてもよい。

また、ロボット制御装置２０の制御部２１内の各機能は、入出力端末３０の制御部において機能するように構成されてもよい。この場合、データバッファ４２Ａは、ロボット制御装置２０又は入出力端末３０のいずれに含められてもよい。

以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。実施形態が備える各要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。例えば、前述した各処理ステップは処理内容に矛盾を生じない範囲で任意に順番を変更し、または並列に実行することができる。

１…ロボット制御システム、１０…ロボット、１１…作業台、１３…溶接トーチ、１４…溶接ワイヤ、２０…ロボット制御装置、２１、制御部、２２…記憶部、３０…入出力端末、４０…溶接機、１０１…ロボットモータ、２１１…解析部、２１２…実行部、２１３…溶接制御部、３０２…取得部、３０４…第１判定部、３０６…第２判定部、３０８…出力部、４０１…溶接電源、４０２…溶接監視部、４１０…処理部。

Claims

所定区間のアーク溶接時における複数の溶接パラメータの計測値を取得する取得部と、
前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれを用いて前記所定区間内の溶接に対する異常判定を行う第１判定部と、
前記第１判定部により異常と判定されなかった場合、前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークに関する特徴の一致度に基づき、前記所定区間内の溶接に対する異常判定を行う第２判定部と、
前記第１判定部又は前記第２判定部による異常判定の結果を出力する出力部と、
を備える制御装置。
前記第２判定部は、
前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークの前記所定区間内における時間的位置の一致度に基づき、前記異常判定を行う、請求項１に記載の制御装置。
前記第１判定部は、
前記複数の溶接パラメータそれぞれに対応する各第１閾値を用いて前記異常判定を行い、
前記第２判定部は、
前記複数の溶接パラメータそれぞれの計測値が、前記各第１閾値よりも正常値に近い各第２閾値を超える溶接パラメータの数が、所定値以上である場合に、前記所定区間の溶接に異常があると判定する、請求項１又は２に記載の制御装置。
前記第２判定部は、
前記複数の溶接パラメータそれぞれの計測値と、前記複数の溶接パラメータそれぞれの正常値との二乗誤差を求め、前記二乗誤差のピークに関する特徴の一致度に基づき、前記異常判定を行う、請求項１乃至３いずれか一項に記載の制御装置。
コンピュータに、
所定区間のアーク溶接時における複数の溶接パラメータの計測値を取得する取得ステップと、
前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれを用いて前記所定区間内の溶接に対する異常判定を行う第１判定ステップと、
前記第１判定ステップにより異常と判定されなかった場合、前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークに関する特徴の一致度に基づき、前記所定区間内の溶接に対する異常判定を行う第２判定ステップと、
前記第１判定ステップ又は前記第２判定ステップによる異常判定の結果を出力する出力ステップと、
を実行させるプログラム。
ロボットと、前記ロボットを制御して溶接を実行させる制御装置を含むロボット制御システムであって、
前記制御装置は、
所定区間のアーク溶接時における複数の溶接パラメータの計測値を取得する取得部と、
前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれを用いて前記所定区間内の溶接に対する異常判定を行う第１判定部と、
前記第１判定部により異常と判定されなかった場合、前記複数の溶接パラメータの計測値それぞれのピークに関する特徴の一致度に基づき、前記所定区間内の溶接に対する異常判定を行う第２判定部と、
前記第１判定部又は前記第２判定部による異常判定の結果を出力する出力部と、
を備えるロボット制御システム。