JP7364529B2 - 溶接制御装置、溶接ロボットシステム、および、溶接制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、溶接制御装置、溶接ロボットシステム、および、溶接制御方法に関わる。

大型構造物などの溶接作業時に参照される溶接条件の決定は、溶接品質の出来を大きく左右する重要な作業である。溶接条件は、溶接トーチの動作や使用する電力などを規定する溶接動作データである。
溶接条件の決定は、溶接作業者の勘や経験に基づいて行われる場合がほとんどであった。溶接作業者は、設計部門が作成する作業手順書を確認し、単純板材に対してテスト溶接を行うことで、溶接条件の可能設定範囲内で溶接条件をチューニングする。

近年の少子高齢化に伴い、熟練した溶接作業者の減少が著しいので、手動溶接をロボット溶接に置き換えた自動溶接システムの導入も進んでいる。ロボット溶接に用いられる溶接条件についても、自動的に最適化する方法がいくつか提案されている。
特許文献１には、溶接時の状態を監視し、溶接時の状態と品質が最も優れたものとなるように、報酬を与えながら溶接条件を調整していく旨が記載されている。
特許文献２には、溶接時の溶融池のカメラ画像から、正確に溶接位置を検出できるよう機械学習を行い、溶接条件を制御する旨が記載されている。

特開２０１７－０３００１４号公報 特開２０１８－１９２５２４号公報

溶接ロボットシステムの溶接対象物に新規な溶接構造を設定する場合、その都度新たな溶接条件の探索が必要となる。溶接条件の探索は、熟練した溶接作業者が減少しているため、実対象物のテスト溶接により自動で行われることが望ましい。
また、同じ設計データを元に製造されたとしても、実際の溶接対象となる個々の母材には、製造上の寸法誤差に起因する開先のギャップ幅の変化や開先のずれなどの誤差を含んでいる。よって、同じ設計データから製造された複数の母材に対して、単純に同じ溶接条件を用いてしまうと、個々の母材が含む個体差により、溶接された製品の品質にもばらつきが発生してしまう。形状に応じた溶接条件の変更や、領域ごとの溶接条件の探索が必要となる。

特許文献１，２などの従来の溶接条件を制御する技術では、溶接条件を自動的に改善する仕組みは提供されているものの、同じ製品にも個体差があることは想定されていない。よって、ある母材を対象として最適化した溶接条件では、別の母材の溶接品質を向上させることができなかった。

そこで、本発明は、溶接対象物の自動条件探索を可能とする溶接ロボットシステムを提供すること、及びそれぞれ製造上の寸法誤差を含んでいる個々の母材に対しても、適した溶接条件を求めることを、主な課題とする。

前記課題を解決するために、本発明の溶接制御装置は、以下の特徴を有する。
本発明は、溶接対象の母材の形状を示す母材形状データに対して、所定の設定条件に従って１または複数の領域を設定する領域設定部と、
設定された各領域の前記母材形状データに対してデータベースから溶接条件を検索し、検索された溶接条件を用いて溶接ロボットにより溶接が行われると、その溶接の品質を示す品質スコアを算出するスコア算出部と、
設定された各領域の前記品質スコアを向上させるように前記溶接条件を更新し、その更新結果の溶接条件を学習結果として前記データベースに出力する学習部とを有することを特徴とする。
その他の手段は、後記する。

本発明によれば、溶接対象物の自動条件探索を可能とする溶接ロボットシステムを提供すること、及びそれぞれ製造上の寸法誤差を含んでいる個々の母材に対しても、適した溶接条件を求めることができる。

本発明の一実施形態に関する溶接ロボットシステムの全体図である。 本発明の一実施形態に関するＹＺ平面から見たときの母材の側面図である。 本発明の一実施形態に関するＸＺ平面から見たときの母材の側面図である。 本発明の一実施形態に関する溶接制御装置の構成図である。 本発明の実施例１における溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例１における母材の平面図である。 本発明の実施例１における１回目の領域設定を行う旨を示す平面図である。 本発明の実施例１における品質スコアグラフおよびスコア差分グラフを示す説明図である。 本発明の実施例１における２回目の領域設定を行う旨を示す平面図である。 本発明の実施例２における溶接制御装置の動作を示すフローチャートである。 本発明の実施例２における母材の平面図である。 本発明の実施例２における１回目の領域設定を行う旨を示す平面図である。 本発明の実施例２における品質スコアグラフおよびスコア差分グラフを示す説明図である。 本発明の実施例２における２回目の領域設定を行う旨を示す平面図である。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、溶接ロボットシステムの全体図である。
溶接ロボットシステムは、溶接ロボット２１と溶接機２２とが協調して溶接を行うように構成される。
溶接対象となる母材４１Ｌ，４１Ｒは、溶接の結果であるビード４２により継手が形成され、一体化される。溶接ロボット２１の先端に備え付けられた溶接トーチは、角度データおよび位置データなどの溶接条件（以下、適宜「溶接動作データ」）として、自動的に動作する。そして、溶接トーチに対して溶接機２２から供給される電力によりアーク（火花）が発生し、その結果としてビード４２の溶融池が形成される。
なお、供給される電力の溶接条件である電流データおよび電圧データも、溶接条件（溶接動作データ）として制御に使用されるため、溶接機２２にはデジタル溶接機を用いることが望ましい。

さらに、溶接ロボットシステムには、溶接動作データを最適化するための各種測定器（母材測定器３１、品質測定器３２、および、動作測定器３３）も備えられる。
動作測定器３３は、溶接機２２が入力した溶接動作データに従って溶接したときの電流データおよび電圧データを、動作測定データとして測定する。つまり、動作測定データは、実際に溶接に使用された溶接動作データの実測値であり、理論的には溶接動作データと動作測定データとは同じ値となる。

母材測定器３１は、レーザ光３１Ｌを母材４１Ｌ，４１Ｒに照射することで、その３次元の形状を測定するレーザ変位計である。レーザ光３１Ｌは、例えば、ビード４２の進行方向である溶接線方向（Ｘ軸方向）に沿って、０．１ｍｍ刻みで照射される。なお、ビード４２の進行方向に対する横方向（Ｙ軸）と、高さ方向（Ｚ軸）も図１には記載されている。
以下、図２および図３を参照して、母材測定器３１および品質測定器３２が測定するパラメータの詳細を説明する。

図２は、ＹＺ平面から見たときの母材４１Ｌ，４１Ｒの側面図である。
母材測定器３１は、溶接が行われる前の母材４１Ｌ，４１Ｒについて、以下のパラメータのうちの少なくとも１つを、母材形状データとして測定する。
・開先角度４０１は、母材４１Ｌ，４１Ｒ間に形成される空間（開先）の角度である。
・板厚４０２ａは、母材４１Ｌ，４１ＲのＺ軸高さである。
・開先ルート厚さ４０２ｂは、開先の狭い面（ルート面）のＺ軸高さである。
・開先幅４０３は、母材４１Ｌ，４１Ｒのルート面間のＹ軸幅であり、ギャップとも呼ばれる。このギャップは、溶接によって金属で埋められる。
品質測定器３２は、母材４１Ｒの上面とビード４２との間の角度である濡れ角４０４を、品質測定データとして測定してもよい。

図３は、ＸＺ平面から見たときの母材４１Ｌの側面図である。
品質測定器３２は、溶接中および溶接後の母材４１Ｌ，４１Ｒから、その溶接の品質を示す以下のパラメータのうちの少なくとも１つを、品質測定データとして測定する。
・ヒューム４１１は、溶接トーチ２１Ｔ先端部の溶接ワイヤがアーク４１３により金属蒸気となって空中に放出されたものである。スパッタ４１２は、溶接ワイヤがアーク４１３により液体となって周囲に飛び散ったものである。品質測定器３２は、ヒューム４１１およびスパッタ４１２の発生量（各領域に発生しているスパッタ４１２の総数など）を測定する。
・ビード４２の形状として、ビード４２のＹ軸幅、ビード４２のＺ軸高さを測定する。なお、品質測定器３２は、ヒューム４１１やスパッタ４１２の影響を受けるため、完全に溶接が終了した後にビード４２の形状を測定することが望ましい。
・母材４１Ｌの各領域の変形量として、Ｘ軸始点（領域の最左点）でのビード４２のＺ軸高さと、Ｘ軸終点（領域の最右点）でのビード４２のＺ軸高さとの差分を測定する。

図４は、溶接制御装置１０の構成図である。
各測定器（母材測定器３１、品質測定器３２、動作測定器３３）は、図１～図３で説明した通りである。なお、各測定器の測定結果は、可視化するためディスプレイ等で表示できるようにしてもよい。
溶接制御装置１０は、パラメータ変換部１１と、領域設定部１２と、スコア算出部１３と、条件学習部１４と、条件ＤＢ１５と、条件設定部１６と、ロボット制御部１７と、溶接機制御部１８とを備える。

溶接制御装置１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、メモリと、ハードディスクなどの記憶手段（記憶部）と、ネットワークインタフェースとを有するコンピュータとして構成される。
このコンピュータは、ＣＰＵが、メモリ上に読み込んだプログラム（アプリケーションや、その略のアプリとも呼ばれる）を実行することにより、各処理部により構成される制御部（制御手段）を動作させる。

パラメータ変換部１１は、母材測定器３１が測定した母材形状データを、形状の特徴を示すようにパラメータに変換する。領域設定部１２は、パラメータ化された形状の特徴、
または後述する品質スコアをもとに、１つの母材に対してＸ軸方向に１または複数の領域を設定する（複数の領域を設定する場合は、領域分割となる）。
スコア算出部１３は、母材測定器３１が測定した品質測定データから、品質スコアを計算する。
条件学習部１４は、設定された母材の領域ごとに、品質スコアを向上させるように動作測定器３３からの動作測定データを学習し、最適化された溶接動作データを条件ＤＢ１５に出力する。
条件設定部１６は、条件ＤＢ１５から溶接動作データを読み取り、ロボット制御部１７から溶接ロボット２１に送信し、溶接機制御部１８から溶接機２２に送信することで、溶接を実行させる。

以下、２種類の母材形状データについて、それぞれの実施例を説明する。

実施例１は、矩形の切り欠き傷が母材に存在する場合を示す（図５～図９）。
図５は、実施例１における溶接制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
まず、溶接ロボットシステムにはＮ番目の溶接母材が設置される。
Ｓ１０１として、母材測定器３１は、設置された母材の形状を示す母材形状データ（図２で示した開先幅、板厚、開先ルート厚さ、開先角度など）を測定する。パラメータ変換部１１は、母材測定器３１から得られた母材形状データを母材形状パラメータに変換する。

図６は、実施例１における母材の平面図である。
母材測定器３１は、Ｙ軸上側（ビードの進行方向の左側）と、Ｙ軸下側（ビードの進行方向の右側）にそれぞれ母材が設置されている状態の母材形状データ１０１を、全体で１つの領域として測定する。この母材形状データ１０１には、全区間ｘ１０－ｘ１５には、上下のギャップ幅１ｍｍが形成される。しかし、切り欠き傷により、区間ｘ１１－ｘ１２のギャップ幅は上側に１ｍｍ余分に存在し、区間ｘ１３－ｘ１４のギャップ幅は下側に３ｍｍ余分に存在している。
パラメータ変換部１１は、母材形状データ１０１を母材形状パラメータ１０２に変換する。母材形状パラメータ１０２は、母材形状データ１０１の各ｘ位置について、左右の母材間のギャップ幅（左右差分）を母材形状の特徴量としてｙ軸とした関数あるいは配列である。

図７は、図６の母材に対して１回目の領域設定を行う旨を示す平面図である。
Ｓ１０２として、領域設定部１２は、母材形状パラメータ１１１（図６の母材形状パラメータ１０２と同じ）を、形状差分グラフ１１２に変換する。
例えば、x番目の母材形状パラメータをY[x]とし、x番目の形状差分グラフをZ[x]とし、引数Pの絶対値を求める関数を｜P｜とすると、計算式「Z[x]=｜Y[x]-Y[x-1]｜」により、形状差分グラフを求めることができる。
または、母材形状パラメータの関数Y(x)に対する微分をY'(x)とし、形状差分グラフの関数をZ(x)とすると、計算式「Z(x)=｜Y'(x)｜」により、形状差分グラフを求めてもよい。形状差分グラフの値は、例えば、刻み幅を０．１ｍｍとする中央差分の近似値を用いる。

次に、領域設定部１２は、形状差分グラフの各位置における特徴量と、条件ＤＢ１５に記憶された所定の設定条件（形状閾値ＫＴ）とを比較する。今回、形状閾値ＫＴは３ｍｍであった。
領域設定部１２は、形状閾値ＫＴより大きい形状差分グラフの箇所を見つけると（Ｓ１０２，Ｙｅｓ）、その箇所の前後を２つの領域として設定（分割）するための区切りとして検出する。例えば、図７の形状差分グラフ１１２では、位置ｘ１３と、位置ｘ１４とでそれぞれ形状閾値ＫＴを超過するので、領域設定部１２は、位置ｘ１３までの領域Ｒ１１と、区間ｘ１３－ｘ１４の領域Ｒ１２と、位置ｘ１４からの領域Ｒ１３という合計３つの領域を設定する（Ｓ１０３）。
つまり、領域設定部１２は、ギャップ幅が４ｍｍとなっている箇所を新たな領域Ｒ１２として設定した。一方、ギャップ幅が２ｍｍとなっている区間ｘ１１－ｘ１２は、形状閾値ＫＴより小さいので、ギャップ幅が１ｍｍの箇所と同じ領域Ｒ１１として判断された。

条件設定部１６は、Ｓ１０３で設定した領域Ｒ１１～Ｒ１３ごとに、前回の溶接までに最適化された溶接動作データを条件ＤＢ１５から読み出す。つまり、条件設定部１６は、領域Ｒ１１～Ｒ１３の母材形状データごとに適した溶接動作データを条件ＤＢ１５から検索して取得する。よって、条件ＤＢ１５には、母材形状データごとに適した溶接動作データが対応づけて登録されている。
そして、条件設定部１６は、読み出した溶接動作データのうちの溶接トーチを動作させるための角度データおよび位置データを、ロボット制御部１７から溶接ロボット２１に送信する。同様に、条件設定部１６は、読み出した溶接動作データのうちの溶接トーチに供給される電流データおよび電圧データを、溶接機制御部１８から溶接機２２に送信する。
これにより、溶接ロボット２１および溶接機２２は、領域ごとに適した溶接動作データに基づいて、今回の溶接を実行する（Ｓ１０４）。

溶接結果データ１１３は、図６の母材形状データ１０１に対して、領域Ｒ１１～Ｒ１３ごとに個別の溶接動作データに基づいて、ビードＢ１１～Ｂ１３が形成されたときの平面図である。
例えば、領域Ｒ１２の区間ｘ１３－ｘ１４には、ギャップ幅４ｍｍが存在していた。このギャップ幅４ｍｍの領域Ｒ１２に適した溶接動作データとして、幅が広めのビードＢ１２を形成するものが選択された。よって、ギャップ幅４ｍｍにはビードが過不足無く適切に塗られた。同様に、領域Ｒ１３も適切なビードＢ１３の溶接動作データが用いられた。

一方、領域Ｒ１１の区間ｘ１１－ｘ１２には、ギャップ幅２ｍｍが存在していた。このギャップ幅２ｍｍと周囲の１ｍｍとは同じ領域Ｒ１１なので、幅が１ｍｍに近いビードＢ１１を形成する溶接動作データが選択された。よって、ギャップ幅２ｍｍの区間ｘ１１－ｘ１２には、上部に若干の塗り残しが発生してしまった。

品質測定器３２は、図２の濡れ角、図３のビード高さ、ビード幅、母材の変形量、スパッタ発生量のうちの少なくとも１つを、Ｓ１０４の溶接時の品質測定データとして測定する（Ｓ１０５）。品質測定データは、例えば、溶接線をｘ軸、ビード幅をｙ軸、ビード高さをｚ軸とした配列としてデータ化される。
この品質測定データの測定と並行して、動作測定器３３は、Ｓ１０４の溶接時の電流データおよび電圧データを動作測定データとして測定する。

スコア算出部１３は、設定された領域ごとに、品質測定データからスコアを算出（採点）する（Ｓ１１１）。具体的には、スコア算出部１３は、設定された領域ごとに、品質測定データからパラメータ別のスコアを採点する。以下、３つのパラメータ別のスコアを例示する。
（形状スコアＳ）ビード形状（ビード高さ、ビード幅、濡れ角）のスコアは、ビードの望目形状に対する品質を示す。ここでは、ビードのアスペクト比（＝ビード高さ／ビード幅）が０．２を満点とし、それ以上のアスペクト比を取る場合にスコアが減点されることとした。
（変形スコアＤ）ビード変形量のスコアは、変形の発生量ゼロを満点とし、それ以上の場合にスコアが減点される。
（スパッタスコアＮ）ビード形成時に発生したスパッタ発生量のスコアも、スパッタの発生量ゼロを満点とし、それ以上の場合にスコアが減点される。

そして、スコア算出部１３は、パラメータ別の各スコアを足し合わせることで、領域ごとの溶接の出来を示す品質スコアＱを計算する。
Ｑ（領域Ｒ１１）＝Ｓ（領域Ｒ１１）＋Ｄ（領域Ｒ１１）＋Ｎ（領域Ｒ１１）
Ｑ（領域Ｒ１２）＝Ｓ（領域Ｒ１２）＋Ｄ（領域Ｒ１２）＋Ｎ（領域Ｒ１２）
Ｑ（領域Ｒ１３）＝Ｓ（領域Ｒ１３）＋Ｄ（領域Ｒ１３）＋Ｎ（領域Ｒ１３）
なお、スコア算出部１３は、各スコアに係数（重み）を掛けてから、各スコアを足し合わせてもよい。

図８は、図７の溶接結果データ１１３の品質測定データから算出された品質スコアグラフ１２１およびその品質スコアグラフ１２１におけるスコア差分グラフ１２２を示す説明図である。
品質スコアグラフ１２１は、溶接線をｘ軸、品質スコアＱをｙ軸とした関数あるいは配列である。

さらに、スコア算出部１３は、品質スコアグラフ１２１をスコア差分グラフ１２２に変換する。ここでは、差分幅を刻み幅である０．１ｍｍとして、中央差分を用いた。
例えば、x番目の品質スコアグラフをP[x]とし、x番目のスコア差分グラフをQ[x]とすると、計算式「Q[x]=｜P[x]-P[x-1]｜」により、スコア差分グラフを求めることができる。
または、品質スコアグラフの関数をP(x)とし、スコア差分グラフの関数をQ(x)とすると、計算式「Q(x)=｜P'(x)｜」により、スコア差分グラフを求めてもよい。

スコア算出部１３は、スコア閾値ＳＴより大きいスコア差分グラフ１２２の箇所を見つけると（Ｓ１１２，Ｙｅｓ）、その箇所で領域設定部１２が領域を再設定（再分割）するために形状閾値ＫＴを変更する（Ｓ１１３）。スコア閾値ＳＴは、例えば１００点満点中の２０点とする。

図９は、図６の母材に対して２回目の領域設定を行う旨を示す平面図である。
Ｓ１１３として、スコア算出部１３は、図７の形状差分グラフ１１２に使用された形状閾値ＫＴ（旧ＫＴ＝３ｍｍ）を低減することで、図９の形状差分グラフ１３１に使用される形状閾値ＫＴ（新ＫＴ＝２ｍｍ）に変更する。これにより、新ＫＴを超過する箇所として、１回目の領域設定に使用されたｘ１３，ｘ１４に加え、新たに、ｘ１１，ｘ１２が検出されるようになった。

領域設定部１２は、区間ｘ１１－ｘ１２を区切りとして、領域Ｒ１１を新たに３つの領域Ｒ１１１～Ｒ１１３として再設定する（Ｓ１１４）。この再設定に伴い、スコア算出部１３は、領域Ｒ１１１～Ｒ１１３ごとの品質スコアＱを再計算する。
Ｑ（領域Ｒ１１１）＝Ｓ（領域Ｒ１１１）＋Ｄ（領域Ｒ１１１）＋Ｎ（領域Ｒ１１１）
Ｑ（領域Ｒ１１２）＝Ｓ（領域Ｒ１１２）＋Ｄ（領域Ｒ１１２）＋Ｎ（領域Ｒ１１２）
Ｑ（領域Ｒ１１３）＝Ｓ（領域Ｒ１１３）＋Ｄ（領域Ｒ１１３）＋Ｎ（領域Ｒ１１３）
条件学習部１４は、スコア算出部１３で得られた品質スコアＱを元に、設定された領域ごとに、機械学習によって溶接動作データの最適化を行い、その結果を条件ＤＢ１５に書き出す（Ｓ１２１）。
なお、機械学習は、大きく分けて「教師有り学習」、「教師なし学習」、「強化学習」に分類される。ここでは、条件学習部１４は、ある溶接動作データで溶接を行って、得られる溶接の結果から機械学習を行っていくことを想定し、強化学習のひとつである「Ｑ学習」を用いた。一方、条件学習部１４は、得られた品質スコアＱがより高くなるように溶接動作データを調整できる方法であれば、どのような方法でも構わない。

Ｑ学習では、報酬の概念を用いて、与えられた環境における価値を最大化するようにエージェントに行動を学習させる。今回の「価値の最大化」とは、溶接により優れた継手を形成することで、製品の品質を向上させることである。
そのための、「エージェント」とは条件設定部１６であり、その「行動」とは、条件設定部１６がロボット制御部１７や溶接機制御部１８に与える溶接動作データである。また、「報酬」とは、その溶接動作データによる溶接の品質測定データをもとにスコア算出部１３が計算した品質スコアＱである。

Ｑ学習では、ある状態Ｓにおいて、行動Ａを取ったときの価値である状態行動価値Ｑ（Ｓ、Ａ）を、実際に行動をとってみることによって、関数を次々に更新していくことによって、行動を最適化していく。一般的に、Ｑ学習の更新式は、以下の（式１）のように示される。
なお、（式１）の左辺が現在の（時刻ｔの）Ｑ値、右辺が新しい（時刻ｔ＋１の）Ｑ値に相当している。ｒは報酬である。αは学習率と呼ばれ、Ｑ値の更新をどの程度急激に行うかを示す。γは割引率と呼ばれ、将来の価値をどの程度考慮するかを示す。ｍａｘの付いた項はそのとき考えられるうちで最大のＱ値をとることを示す。

条件学習部１４は、スコア算出部１３で得られた品質スコアＱを報酬として、行動価値関数を更新する。この更新において、品質スコアＱが低ければ、報酬ｒも低くなり、（式１）の右辺の値が低くなることで、行動価値関数Ｑが小さくなる。一方、品質スコアＱが高ければ、報酬ｒは大きくなり、（式１）の右辺の値が大きくなることで、行動価値関数Ｑが大きくなる。
条件学習部１４は、Ｑ学習により改良され、より高い報酬が得られるような適切な溶接動作データとその形状閾値ＫＴ（今回は３ｍｍ）とで条件ＤＢ１５の内容を更新する（Ｓ１２２）。更新された溶接動作データは、次回の溶接に使用させることで、次回からさらに製品の品質向上が期待できる。

図９の溶接結果データ１３２は、図７の溶接結果データ１１３における領域Ｒ１１のビードＢ１１が、領域Ｒ１１１～Ｒ１１３それぞれのビードＢ１１１～Ｂ１１３に置き換わったものである。
領域Ｒ１１２では、学習された溶接動作データにより、塗り残しのない高い品質スコアＱのビードＢ１１２が選択されている。これにより、１回目の設定結果による溶接結果データ１１３よりも、２回目の設定結果による溶接結果データ１３２のほうが製品の品質が向上した。
以上、図５～図９を参照して、実施例１を説明した。

実施例２は、スロープ状のギャップが母材に存在する場合である（図１０～図１４）。
以下、図１０～図１４を参照して、実施例２を説明する。この実施例２では、基本的には実施例１と同じ処理を行うが、母材のギャップ形状が実施例１とは異なることにより、領域の再設定処理にも若干の相違点が存在する。

図１０は、実施例２における溶接制御装置１０の動作を示すフローチャートである。
実施例１（図５）と比較すると、図１０ではＳ１１４で領域を再設定するためのパラメータが、形状閾値ＫＴの変更処理（Ｓ１１３）から限界範囲の決定処理（Ｓ１１３Ｂ）に置き換わる。

図１１は、実施例２における母材の平面図である。
Ｓ１０１において母材測定器３１が測定した母材形状データ２０１は、ギャップ幅が１ｍｍから３ｍｍまで徐々に広がるスロープ状の区間ｘ２０－ｘ２１と、ギャップ幅が５ｍｍから１ｍｍまで徐々に狭くなるスロープ状の区間ｘ２２－ｘ２３とがそれぞれ存在する。パラメータ変換部１１は、母材形状データ２０１を母材形状パラメータ２０２に変換する。

図１２は、図１１の母材に対して１回目の領域設定を行う旨を示す平面図である。
領域設定部１２は、母材形状パラメータ２１１（図１１の母材形状パラメータ２０２と同じ）を、形状差分グラフ２１２に変換する。そして、領域設定部１２は、形状閾値ＫＴより大きい形状差分グラフの箇所（ここではｘ２２，ｘ２３）を見つけると（Ｓ１０２，Ｙｅｓ）、その箇所を区切りとして３つの領域Ｒ２１～Ｒ２３を設定（領域分割）する（Ｓ１０３）。
溶接結果データ２１３は、領域Ｒ２１～Ｒ２３ごとに個別の溶接動作データに基づいて、ビードＢ２１～Ｂ２３が形成されたときの平面図である。溶接結果データ２１３の領域Ｒ２３の左下には、スロープ状のギャップにより、ビードＢ２３の塗り残しが発生してしまった。

図１３は、図１２の溶接結果データ２１３の品質測定データから算出された品質スコアグラフ２２１およびその品質スコアグラフ２２１におけるスコア差分グラフ２２２を示す説明図である。
スコア算出部１３は、スコア閾値ＳＴより大きいスコア差分グラフ２２２の箇所（ここではｘ２２，ｘ２３に加えて、新たにｘ２３１）を見つけると（Ｓ１１２，Ｙｅｓ）、そのｘ２３１の箇所で領域設定部１２に領域を再設定（再分割）させるための設定を行う。

図１４は、図１１の母材に対して２回目の領域設定を行う旨を示す平面図である。
まず、実施例２の形状差分グラフ２１２にはｘ２３１の付近にピークが存在しないので、実施例１のような形状閾値ＫＴの変更処理（Ｓ１１３）では、領域を再設定できない。

そこで、スコア算出部１３は、形状差分グラフ２３１の瞬間値（微分値）と形状閾値ＫＴとを比較する代わりに、形状差分グラフ２３１の積分値（面積Ｌ２３１）と、その面積の限界範囲である閾値（図示省略）とを比較することで、面積閾値を超過した箇所ｘ２３１を再設定する箇所とする（Ｓ１１３Ｂ）。
図１４の溶接結果データ２３２は、図１２の溶接結果データ２１３における領域Ｒ２３のビードＢ２３が、領域Ｒ２３１のビードＢ２３１および領域Ｒ２３２のビードＢ２３２に置き換わったものである。ビードＢ２３の塗り残しがビードＢ２３１によって解消されている。
このように、実施例２では、ギャップ幅の変化がゆるやかなスロープ状の母材であっても、適切な箇所で領域を再設定することができる。

なお、領域設定部は、評価点が偶然同じ場合に、設定（領域分割）しない判断をする可能性がある。しかし、そのような場合でも、その後の溶接条件の変更によって次回の評価点が必ず変化するため、領域設定が適正に行われる。

上記の方法では、初期溶接条件が理想条件と大きく異なった場合、溶接最適条件に到達できない可能性がある。そこで、以下の実施例３では、上記の方法にさらに初期条件の設定を加えた場合について説明する。

まず、条件設定部は、溶接電流値を３水準用意し、その他の溶接条件は標準の水準で設定する。これは、溶接電流を変動させた場合、他の条件より溶着量や変形量、スパッタ量が大きく変動するためである。今回は、１００、２００、３００Ａの電流を設定した。この３条件に従って、溶接ロボットと溶接機は協調してテスト溶接を行い、溶接ビードを形成する。品質評価部は、形成されたビード形状の評価を行い品質スコアを算出する。

今回、１００Ａの場合、溶接ビードが小さく、品質スコアは５０点であった。２００Ａの場合、溶接ビードの大きさは適正で、品質スコアは７０点であった。３００Ａの場合、板厚に対して入熱量が過大となり溶け落ちが生じ、溶接ビードが適正に形成されず、品質スコアは１０点であった。この結果を基に溶接ロボットシステムは、電流値２００Ａを初期条件として、溶接条件の自動探索を開始する。なお、ここに示す初期条件の設定以降の処理は、先に述べた実施例に従うため、ここでは省略する。

以上説明した本実施形態では、溶接ロボットシステムの溶接ロボット２１および溶接機２２を動作させるための溶接動作データを機械学習する溶接制御装置１０を説明した。これにより、溶接対象物の自動条件探索を可能とする溶接ロボットシステムを提供することができる。
なお、溶接対象の母材は、同じ設計データから製造されたとしても、その製造時の誤差や、配置時の誤差により、ギャップ幅にゆらぎが生じる。そこで、溶接制御装置１０は、母材形状データの形状差分グラフから形状閾値ＫＴを超える箇所（つまり局所的に形状が大きく変化する箇所）で１回目の領域設定を行う。そして、溶接制御装置１０は、設定された領域ごとに、条件ＤＢ１５から領域の母材形状データごとに適した溶接動作データを読み取り、領域ごとの溶接作業を溶接ロボット２１に実行させる。
これにより、条件ＤＢ１５に事前登録された前回までの学習結果を活用して、製造上の寸法誤差を含んでいる個々の母材を溶接できる。つまり、形状に応じた溶接条件の変更や、領域ごとの溶接条件の探索が可能となる。

さらに、溶接制御装置１０は、溶接の品質を示す品質測定データから計算した品質スコアをもとに、２回目の領域設定を行うとともに、品質スコアを評価関数として溶接動作データの機械学習（チューニング）を行う。
これにより、条件ＤＢ１５に未登録の母材形状データが局所的に出現したとしても、その箇所を新たな領域（学習対象）として、より高品質な溶接動作データを作成できる。
以上により、最適化された溶接動作データを溶接に活用することで、溶接動作データの作成に必要な母材（テストピース）の数と、その母材を用いた実験回数を低減することができる。

なお、本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。
また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段などは、それらの一部または全部を、例えば集積回路で設計するなどによりハードウェアで実現してもよい。
また、前記の各構成、機能などは、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイルなどの情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）などの記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）などの記録媒体におくことができる。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際にはほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
さらに、各装置を繋ぐ通信手段は、無線ＬＡＮに限定せず、有線ＬＡＮやその他の通信手段に変更してもよい。

１０ 溶接制御装置
１１ パラメータ変換部
１２ 領域設定部
１３ スコア算出部
１４ 条件学習部
１５ 条件ＤＢ
１６ 条件設定部
１７ ロボット制御部
１８ 溶接機制御部
２１ 溶接ロボット
２２ 溶接機
３１ 母材測定器
３２ 品質測定器
３３ 動作測定器

Claims (9)

1. 溶接対象の母材の形状を示す母材形状データに対して、所定の設定条件に従って１または複数の領域を設定する領域設定部と、
   設定された各領域の前記母材形状データに対してデータベースから溶接条件を検索し、検索された溶接条件を用いて溶接ロボットにより溶接が行われると、その溶接の品質を示す品質スコアを算出するスコア算出部と、
   設定された各領域の前記品質スコアを向上させるように前記溶接条件を更新し、その更新結果の溶接条件を学習結果として前記データベースに出力する学習部とを有することを特徴とする
   溶接制御装置。
2. 前記スコア算出部は、溶接により母材の継手として形成されたビードの形状をもとに、前記品質スコアを算出することを特徴とする
   請求項１に記載の溶接制御装置。
3. 前記スコア算出部は、溶接が行われることで母材が変形したとき、その母材の変形量をもとに、前記品質スコアを算出することを特徴とする
   請求項１に記載の溶接制御装置。
4. 前記スコア算出部は、溶接中に発生したヒュームの発生量またはスパッタの発生量をもとに、前記品質スコアを算出することを特徴とする
   請求項１に記載の溶接制御装置。
5. 前記領域設定部は、前記スコア算出部が算出した前記品質スコアの局所的な変化量がスコア閾値を超過した箇所に対して領域の再設定を行い、その領域の再設定を行うために前記所定の設定条件を更新することを特徴とする
   請求項１に記載の溶接制御装置。
6. 前記領域設定部は、前記母材形状データの局所的な変化量が形状閾値を超過した箇所に対して領域設定を行う旨の前記所定の設定条件に対して、前記形状閾値を低減することで前記所定の設定条件を更新することを特徴とする
   請求項５に記載の溶接制御装置。
7. 前記領域設定部は、前記母材形状データの変化量の積分値が形状閾値を超過した箇所に対して領域設定を行う旨の前記所定の設定条件を設けることで、前記所定の設定条件を更新することを特徴とする
   請求項５に記載の溶接制御装置。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の溶接制御装置と、前記溶接ロボットとを含めて構成され、
   前記溶接制御装置は、さらに、設定された各領域の前記母材形状データに対して前記データベースから適した前記溶接条件を検索し、その検索した溶接条件を前記溶接ロボットに送信することで、前記溶接ロボットの溶接動作を制御する条件設定部を有することを特徴とする
   溶接ロボットシステム。
9. 溶接制御装置は、領域設定部と、スコア算出部と、学習部とを有しており、
   前記領域設定部は、溶接対象の母材の形状を示す母材形状データに対して、所定の設定条件に従って１または複数の領域を設定し、
   前記スコア算出部は、設定された各領域の前記母材形状データに対してデータベースから溶接条件を検索し、検索された溶接条件を用いて溶接ロボットにより溶接が行われると、その溶接の品質を示す品質スコアを算出し、
   前記学習部は、設定された各領域の前記品質スコアを向上させるように前記溶接条件を更新し、その更新結果の溶接条件を学習結果として前記データベースに出力することを特徴とする
   溶接制御方法。

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