JP7810599B2 - 制御方法、制御装置、溶接システム、制御プログラム、及び溶接方法 - Google Patents

制御方法、制御装置、溶接システム、制御プログラム、及び溶接方法

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Description

本開示は、制御方法、制御装置、溶接システム、制御プログラム、及び溶接方法に関する。
近年、液化天然ガス（以降、「ＬＮＧ」とも称する。）はクリーンな燃料として注目され、生産量、使用量が増加している。このＬＮＧを貯蔵するタンク（以降、「ＬＮＧタンク」とも称する。）は、需要の増大から、大容量化が求められるとともに、短工期が求められているが、当然のことながら、大容量のＬＮＧタンクは、溶接量が膨大になる。さらに、地上式ＬＮＧタンクの場合は、一般的に、金属製の内槽と外槽の２重構造となる。この内槽の溶接は一般的に、被溶接材（以降、「母材」、「ワーク」又は単に「鋼板」とも称する。）として９％Ｎｉ鋼の鋼板と、溶接材料（以降、「溶接ワイヤ」とも称する。）として溶接のままで母材と同等の靱性と強度が確保できるＮｉ基合金系の溶接材料が適用される。なお、内槽材に用いられる鋼板は、９％Ｎｉ鋼が一般的であるが、近年、Ｎｉ量削減の動きもあり、５～１２％の範囲でＮｉを含む鋼板が、内槽材に用いられる鋼板として対象となっている。
内槽の溶接は、鋼板と溶接材料の組成の違いから、種々の物性が異なるため、非常に難しく、高い溶接技術が求められる。このため、優れた溶接品質が求められる内槽の溶接は、熟練の溶接士が手溶接で丁寧に溶接を行う必要があり、溶接作業効率は低くなる。上述のように、大容量化で溶接量が多いことに加え、溶接作業効率が低いため、ＬＮＧタンクの製造は、大容量になるほど工期は長くなる。よって、大容量化を達成しつつ、短工期化を図る手段として、従来では、溶接作業効率の改善が求められてきた。
溶接作業効率の改善において、自動溶接化は有力な手段といえ、ＬＮＧタンクの内槽の溶接にも、自動溶接が検討及び適用されている。例えば、特許文献１には、移動足場装置や自動制御装置を適宜利用して短い工期で能率的に建造可能な平板円筒タンクの内槽側板建造方法を提供するものであって、内槽の立溶接工程を、フラックス入りワイヤを用いたガスシールドアーク溶接用の自動制御装置を用い、水平溶接工程には、サブマージアーク溶接用の自動制御装置を適用することが開示されている。
特開２０１８－３４６１号公報
特許文献１に記載のＧＭＡＷ（Ｇａｓ ｍｅｔａｌ ａｒｃ ｗｅｌｄｉｎｇ）、ＳＡＷ（Ｓｕｂｍｅｒｇｅｄ Ａｒｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ）の自動溶接化以外にも、従来では、ＧＴＡＷ（Ｇａｓ Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ａｒｃ Ｗｅｌｄｉｎｇ）の自動溶接が用いられている。しかしながら、上述のとおり、内槽の溶接は、鋼板と溶接材料の組成の違いから、溶接が非常に難しく、高い溶接技術が求められるものとなる。
例えば、溶接材料であるＮｉ基合金の融点は、９％のＮｉ鋼の融点と比べて１００℃以上低くなる。その結果、溶融部の垂れ、ビード外観不良、又は開先が溶込み難く融合不良となるといった、溶接品質の低下が起こるおそれが生じる。そのため、各種の溶接方法を自動溶接化する場合には、高品質の溶接を確保するために溶接速度を落とす等の、溶接作業効率を下げる配慮が必要となる。
また、自動溶接では、手溶接や半自動溶接のように、溶接状況に応じて運棒（以降、「ウィービング」とも称する。）の調整や溶接速度の調整といった溶接条件の最適化を行うことができず、溶接条件の選定が非常に困難であることから、溶接条件外れによる溶接品質の低下が起こるおそれがある。ここで、特許文献１には、優れた溶接品質の確保と溶接効率改善の両立については何ら記載がなく、特に、溶接品質については考慮していない。また、ＧＭＡＷは、ＳＡＷやＧＴＡＷに比べ、溶接姿勢を問わず溶着効率が優れている溶接方法であるが、優れた溶着効率を維持しつつ、優れた溶接品質を確保するためには高度な溶接技能が必要となるため、実際のところ、溶接現場では、特に、立向姿勢等の難姿勢の溶接において、溶接士が半自動溶接で行っているのが実状である。
このように、溶接作業効率の高いＧＭＡＷにおいて自動化が困難である要因は、鋼板と溶接材料の物性が異なることによる溶接作業の難しさであることから、根本的な課題は、鋼板と溶接材料の物性が異なる場合、すなわち、鋼板と溶接材料の組成が異なる場合となる。また、溶接ワイヤはＮｉを含む量が多いほど、融点が低くなる傾向にあり、５％以上のＮｉを含む溶接ワイヤを用いると、この課題は顕著になる。よって、鋼板と溶接材料の組成が異なり、かつ溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む溶接ワイヤである場合であっても、優れた溶接品質を確保できる自動溶接を可能とすることが望まれる。なお、用途としては、上述のＬＮＧタンクの溶接の他、液化エチレンガスタンク（以降、「ＬＥＧタンク」とも称する。）や液化ＣＯ２タンク等の溶接が挙げられ、いずれの用途の場合も、５％以上のＮｉを含む溶接ワイヤが用いられる場合がある。また、鋼板がＦｅ基と溶接材料がＮｉ基といったように、ベースメタルが異なる組合せとなる場合である方が、鋼板と溶接材料の物性の差異が大きいため、課題としては難しい。また、ＬＥＧタンク、ＬＮＧタンクを想定した、５～１２％のＮｉを含む鋼板と、鋼板以上のＮｉを含むＮｉ鋼またはＮｉ基合金の溶接材料となる組合せは課題としてさらに難しくなるが、当然のことながらいずれの用途においても本発明が解決する課題となる。
よって、本発明では、上記課題を鑑み、被溶接材に開先が設けられ、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ５％以上のＮｉを含む溶接ワイヤを用いる場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質を得ることができる制御方法、制御装置、溶接システム、制御プログラム、及び溶接方法を提供することを目的とする。
したがって、本発明の上記目的は、下記［１］の構成により達成される。
［１］ 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボット又は制御装置の制御方法であって、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定工程と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正工程と、
を有することを特徴とする、溶接ロボット又は制御装置の制御方法。
また本発明の上記目的は、下記［２］の構成により達成される。
［２］ 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する制御装置であって、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
を有することを特徴とする、制御装置。
また本発明の上記目的は、下記［３］の構成により達成される。
［３］ 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する溶接システムであって、
制御装置と溶接電源とを少なくとも含み、
前記制御装置は、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
を有することを特徴とする、溶接システム。
また本発明の上記目的は、下記［４］の構成により達成される。
［４］ 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する制御プログラムであって、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
を有することを特徴とする、制御プログラム。
また本発明の上記目的は、下記［５］の構成により達成される。
［５］ 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接方法であって、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定工程と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正工程と、を有し、
前記溶接条件設定補正工程においては、
前記ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値が、前記溶接ワイヤの線径より小さい場合に、予め設定した値に基づいてウィービング幅を算出し、
前記ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値が、前記溶接ワイヤの線径より大きい場合に、前記ウィービング幅を意味するＷと、ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値を意味するＧの比率であるＷ／Ｇが、第１の値以下かつ第２の値以上となるようにウィービング幅を算出することを特徴とする、溶接方法。
ただし、前記第１の値及び前記第２の値は、開先深さ、推定溶接金属高さ－余盛高さ、又は板厚に基づく値である。
本開示によれば、被溶接材に開先が設けられ、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ５％以上のＮｉを含む溶接ワイヤを用いる場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質と溶接作業効率を得ることができるＧＭＡＷ方法の自動溶接が可能となる。
図１は、本開示の実施形態に係る溶接システムの構成を示す概略図である。 図２は、本開示の実施形態に係る可搬型溶接ロボットの構成を示す概略図である。 図３は、本開示の実施形態に係る可搬型溶接ロボットの構成を示す斜視図である。 図４は、本開示の実施形態に係る近似直線移動機構を示す概念図である。 図５は、本開示の実施形態に係る可搬型溶接ロボットを使った立向溶接の斜視図である。 図６は、本開示の実施形態に係るタッチセンシングを示す概略図である。 図７は、本開示の実施形態に係る設定条件の一部を例示する概念図である。 図８は、本開示の実施形態に係る溶接制御方法を示すフローチャートである。 図９は、本開示の実施形態に係る視覚センサの配置位置を例示する斜視図である。 図１０は、本開示の実施形態に対応する、視覚センサによる撮影画像を示す図である。 図１１は、本開示の実施形態に係るデータ処理装置の構成例を示す概略図である。 図１２は、本開示の実施形態に係る学習済みモデルの生成プロセスを概念的に説明する説明図である。 図１３は、本開示の実施形態に対応する、教示作業に用いる画面の一例を説明する図である。 図１４は、本開示の実施形態に対応する、溶接により得られる溶接画像の具体例と、その溶接画像内の溶接情報の例を示す説明図である。 図１５は、本開示の実施形態に係る溶接についての第１の実施例を示す図である。 図１６は、本開示の実施形態に対応するプロット図である。 図１７は、本開示の実施形態に係る溶接についての第２の実施例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る溶接システムについて図面を参照しつつ説明する。なお、本実施形態は、可搬型溶接ロボットを用いた場合の一例である。本発明の溶接システムは、本実施形態の構成に限定されるものではない。
なお、必要以上に詳細な説明は省略する場合がある。例えば、既によく知られた事項の詳細説明や実質的に同一の構成に対する重複説明を省略する場合がある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。尚、添付図面及び以下の説明は、当業者が本開示を十分に理解するために提供されるものであり、これらにより特許請求の範囲に記載の主題を限定することは意図されていない。
例えば、実施形態でいう「部」又は「装置」とは単にハードウェアによって機械的に実現される物理的構成に限らず、その構成が有する機能をプログラムなどのソフトウェアにより実現されるものも含む。また、１つの構成が有する機能が２つ以上の物理的構成により実現されても、又は２つ以上の構成の機能が例えば１つの物理的構成によって実現されていてもかまわない。
＜溶接システムの構成＞
図１は、本開示の実施形態に係る溶接システムの構成を示す概略図である。溶接システム５０は、図１に示すように、可搬型溶接ロボット１００と、送給装置３００と、溶接電源４００と、シールドガス供給源５００と、制御装置６００とを備えている。
［制御装置］
本開示の制御装置に該当する制御装置６００は、ロボット用制御ケーブル６１０によって可搬型溶接ロボット１００と接続され、電源用制御ケーブル６２０によって溶接電源４００と接続されている。制御装置６００は、あらかじめ可搬型溶接ロボット１００の動作パターン、溶接開始位置、溶接終了位置、施工条件、溶接条件等を定めたティーチングデータを保持するデータ保持部６０１を有し、このティーチングデータに基づいて可搬型溶接ロボット１００及び溶接電源４００に対して指令を送り、可搬型溶接ロボット１００の動作及び溶接条件を制御する。制御装置６００はメモリを有していてよく、データ保持部６０１がメモリに含まれていてよい。なお、メモリは記憶装置に該当する。
また、制御装置６００は、後述するセンシングにより得られる検知データから開先形状情報を算出する開先形状情報算出部６０２と、該開先形状情報をもとに上記ティーチングデータの溶接条件を補正して取得する溶接条件取得部６０３と、を有する。そして、上記開先形状情報算出部６０２と溶接条件取得部６０３により、制御部６０４が構成されている。制御部６０４はプロセッサを備えていてよい。
制御装置６００は、可搬型溶接ロボット１００を制御する制御プログラムを有する。制御プログラムは、制御装置６００のメモリなどの記憶装置に記憶されている。制御装置６００が備えるプロセッサが制御プログラムを読み込んで実行することにより、可搬型溶接ロボット１００が制御される。制御プログラムは、可搬型溶接ロボット１００の制御に係る各種の機能を有する。
また、一般的な構成であるため図示は省略するが、制御装置６００は、ティーチングや可搬型溶接ロボット１００のマニュアル操作等を行うためのコントローラとその他の制御機能をもつコントローラが、一体となって形成されている。ただし、制御装置６００は、これに限られるものではなく、ティーチングを行うためのコントローラ及びその他の制御機能をもつコントローラの２つに分ける等、役割によって複数に分割してもよいし、可搬型溶接ロボット１００に制御装置６００を含めてもよい。また、本実施形態においては、ロボット用制御ケーブル６１０及び電源用制御ケーブル６２０を用いて信号が送られているが、これに限られるものではなく、無線で送信してもよい。なお、溶接現場における使用性の観点から、ティーチングや可搬型溶接ロボット１００のマニュアル操作等を行うためのコントローラと、その他の制御機能をもつコントローラの２つに分けるのが好ましい。
［溶接電源］
溶接電源４００は、制御装置６００からの指令により、消耗電極である溶接ワイヤ２１１及びワークＷｏに電力を供給することで、溶接ワイヤ２１１とワークＷｏとの間にアークを発生させる。溶接電源４００からの電力は、パワーケーブル４１０を介して送給装置３００に送られ、送給装置３００からコンジットチューブ４２０を介して溶接トーチ２００に送られる。そして、本開示の実施形態に係る可搬型溶接ロボットの構成を示す概略図である図２に示すように、溶接電源４００からの電力は、溶接トーチ２００先端のコンタクトチップを介して、溶接ワイヤ２１１に供給される。なお、溶接作業時の電流は、直流又は交流であってもよく、また、その波形は特に問わない。よって、電流は、矩形波や三角波などのパルスであってもよい。
また、溶接電源４００は、例えば、パワーケーブル４１０がプラス電極として溶接トーチ２００側に接続され、パワーケーブル４３０をマイナス電極としてワークＷｏに接続される。なお、これは逆極性で溶接を行う場合であり、正極性で溶接を行う場合はプラス電極のパワーケーブルがワークＷｏ側に接続され、マイナス電極のパワーケーブルが、溶接トーチ２００側と接続されていればよい。
［シールドガス供給源］
シールドガス供給源５００は、シールドガスが封入された容器、バルブ等の付帯部材から構成される。シールドガス供給源５００から、シールドガスがガスチューブ５１０を介して送給装置３００へ送られる。送給装置３００に送られたシールドガスは、コンジットチューブ４２０を介して溶接トーチ２００に送られる。溶接トーチ２００に送られたシールドガスは、溶接トーチ２００内を流れて、ノズル２１０にガイドされ、溶接トーチ２００の先端側から噴出する。本実施形態で用いるシールドガスとしては、例えば、アルゴン（Ａｒ）や炭酸ガス（ＣＯ２）又はこれらの混合ガスを用いることができるが、好ましくは、１００％のＣＯ２ガスで溶接することが好ましい。
［送給装置］
送給装置３００は、溶接ワイヤ２１１を繰り出して溶接トーチ２００に送る。送給装置３００により送られる溶接ワイヤ２１１は、特に限定されず、ワークＷｏの性質や溶接形態等によって選択され、例えば、ソリッドワイヤやフラックス入りワイヤが使用されるが、溶着効率の観点から、フラックス入りワイヤであることが好ましい。溶接ワイヤの詳細は後述するが、本実施形態においては、インコネル系又はハステロイ系の高Ｎｉ材を用いることが好ましく、さらに好ましくは、ハステロイ系を用いるとよい。また、溶接ワイヤの線径は、特に問わないが、本実施形態において好ましい線径は、上限は１．６ｍｍであり、下限は０．９ｍｍである。
本実施形態に係るコンジットチューブ４２０は、チューブの外皮側にパワーケーブルとして機能するための導電路が形成され、チューブの内部に溶接ワイヤ２１１を保護する保護管が配置され、シールドガスの流路が形成されている。ただし、コンジットチューブ４２０は、これに限られるものではなく、例えば、溶接トーチ２００に溶接ワイヤ２１１を送給するための保護管を中心にして、電力供給用ケーブルやシールドガス供給用のホースを束ねたものを用いることもできる。また、例えば、溶接ワイヤ２１１及びシールドガスを送るチューブと、パワーケーブルとを個別に設置することもできる。
［可搬型溶接ロボット］
可搬型溶接ロボット１００は、図２及び図３に示すように、ガイドレール１２０と、ガイドレール１２０上に設置され、該ガイドレール１２０に沿って移動するロボット本体１１０と、ロボット本体１１０に載置されたトーチ接続部１３０と、を備える。なお、図３は、本開示の実施形態に係る可搬型溶接ロボットの構成を示す斜視図である。ロボット本体１１０は、主に、ガイドレール１２０上に設置される本体部１１２と、この本体部１１２に取り付けられた固定アーム部１１４と、この固定アーム部１１４に矢印Ｒ１方向に回転可能な状態で取り付けられた溶接トーチ回転駆動部１１６と、から構成される。
図４は、本開示の実施形態に係る近似直線移動機構を示す概念図である。トーチ接続部１３０は、図４に示すように、摺動テーブル１６９とクランク１７０を介して、溶接トーチ回転駆動部１１６に取り付けられている。トーチ接続部１３０は、溶接トーチ２００を固定するトーチクランプ１３２及びトーチクランプ１３４を備えている。また、本体部１１２には、溶接トーチ２００が装着される側とは反対側に、送給装置３００と溶接トーチ２００を繋ぐコンジットチューブ４２０を支えるケーブルクランプ１５０が設けられている。
また、本実施形態においては、ワークＷｏと溶接ワイヤ２１１間に電圧を印加し、溶接ワイヤ２１１がワークＷｏに接触したときに生じる電圧降下現象を利用して、開先１０の表面等をセンシングするタッチセンサを検知手段とする。検知手段は、本実施形態のタッチセンサに限られず、画像センサ、レーザセンサ等、又はこれら検知手段の組み合わせを用いてもよいが、装置構成の簡便性から本実施形態のタッチセンサを用いることが好ましい。
ロボット本体１１０の本体部１１２は、図２の矢印Ｘで示すように、当該図２の面に対して垂直方向であって溶接線方向となるＸ軸方向に、ロボット本体１１０をガイドレール１２０に沿って移動させるＸ軸移動機構１８１を備える。また、本体部１１２は、固定アーム部１１４を本体部１１２に対して、スライド支持部１１３を介して、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に対して垂直となり、かつ、開先１０の幅方向であるＹ軸方向へ移動させるＹ軸移動機構１８２を備える。さらに、本体部１１２は、Ｘ軸方向に対し垂直となる開先１０の深さ方向にロボット本体１１０を移動させるＺ軸移動機構１８３を備える。
さらに、図４に示すように、トーチ接続部１３０が取り付けられた摺動テーブル１６９、クランク１７０及び溶接トーチ回転駆動部１１６は、溶接ワイヤ２１１の先端を後述の近似直線に沿って移動させる近似直線移動機構１８０を構成している。
具体的には、溶接トーチ回転駆動部１１６に固定された不図示のモータの回転軸１６８にクランク１７０が固定され、該クランク１７０の先端が、摺動テーブル１６９の一端に連結ピン１７１により連結されている。摺動テーブル１６９は中間部に長溝１６９ａを備え、溶接トーチ回転駆動部１１６に固定された固定ピン１７２が長溝１６９ａに摺動自在に嵌合する。
これにより、不図示のモータによってクランク１７０が回転軸１６８を中心として回動すると、摺動テーブル１６９は、固定ピン１７２を支点として回動すると共に、嵌合する固定ピン１７２に案内されて長溝１６９ａに沿って移動する。すなわち、溶接トーチ２００が取りつけられたトーチ接続部１３０は、クランク１７０が図３及び図４に示す矢印Ｒ２に示すように回動することで、溶接トーチ２００を傾けながら、Ｘ軸方向に対し溶接ワイヤ２１１の先端を図４に仮想線ＩＬで示す近似直線に沿って駆動する。なお、本実施形態においてＸ軸方向へ移動する機構は、上述のＸ軸移動機構１８１と近似直線移動機構１８０があり、以降、これらの機構を区別して説明する場合には、Ｘ軸移動機構１８１によってＸ軸方向に移動するときは「ＸＡ軸方向」と示し、近似直線移動機構１８０によってＸ軸方向に移動するときは「ＸＢ軸方向」と示し、どちらの機構も特に問わない場合は、単に「Ｘ軸方向」と記載して説明するものとする。
また、溶接トーチ回転駆動部１１６は、図２に矢印Ｒ１で示すように、固定アーム部１１４に対して回転可能に取り付けられており、最適な角度に調整して固定することができる。
以上のように、ロボット本体１１０は、その先端部である溶接トーチ２００を、３つの方向、すなわちＸ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向に対し、４つの自由度、すなわち、近似直線移動機構１８０、Ｘ軸移動機構１８１、Ｙ軸移動機構１８２、Ｚ軸移動機構１８３により駆動可能である。ただし、ロボット本体１１０は、これに限られるものでなく、用途に応じて、任意の数の自由度で駆動可能としてもよい。
以上のように構成されることで、トーチ接続部１３０に取り付けられた溶接トーチ２００の溶接ワイヤ２１１の先端部は、任意の方向に向けることができる。すなわち、ロボット本体１１０は、ガイドレール１２０上をＸ軸方向に駆動可能である。また、溶接トーチ２００は、開先１０の幅方向であるＹ軸方向又は開先１０の深さ方向であるＺ軸方向に駆動可能である。また、クランク１７０による駆動により、例えば、後述する前進角又は後退角を設ける等の施工状況に応じて、溶接トーチ２００を傾けることができる。
ガイドレール１２０の下方には、例えば磁石や吸着パッドなどの取付け部材１４０が設けられており、ガイドレール１２０は、取付け部材１４０によってワークＷｏに対して着脱が容易となるように構成されている。可搬型溶接ロボット１００をワークＷｏにセットする場合、オペレータは可搬型溶接ロボット１００の両側把手１６０を掴むことにより、可搬型溶接ロボット１００をワークＷｏ上に容易にセットすることができる。
＜ウィービング制御方法＞
続いて、本実施形態に係る溶接システム５０に備えられた制御装置６００を用いるウィービング制御方法について詳細に説明する。なお、本実施形態では、ＬＮＧタンク内槽の溶接作業で、最も施工が困難な立向溶接を例に以降を説明する。また、本開示の実施形態に係る可搬型溶接ロボット１００を使った立向溶接の斜視図を図５に示す。本実施形態では、図５の面から見て下から上に溶接を行う、すなわち、図５に示すＸ軸の矢印方向が溶接方向となり、溶接方向に対し、交差するようにウィービングを行う。
開先１０を溶接する際には、溶接開始前に、溶接時の溶接情報を設定又は取得する。溶接情報の設定はマニュアル設定などであってよい。溶接情報の取得はセンシング等により行ってよい。ここでいう溶接情報とは、少なくとも施工情報及び溶接条件情報を含む、溶接に係る情報群の総称を意味する。また、施工情報、溶接条件情報以外では、例えば、気温や湿気といった項目の情報が含まれる環境情報や、スパッタやヒューム量といった項目の情報が含まれる溶接現象情報が、溶接情報の例として挙げられる。
ギャップ、板厚、開先深さ、推定溶接金属高さ、溶接材料、シールドガス種、母材、溶接長、積層数、パス数、各層ごとの盛高さ等が、施工情報を構成する項目の例として挙げられる。なお、ここで言う推定溶接金属高さとは、開先深さと予想する任意の余盛高さを加算した値のことを言う。また、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、シールドガス流量、ウィービング幅、ウィービング周期、ウィービング端停止時間、ウィービング基準線の位置、ウィービングパターン等が、溶接条件情報を構成する項目の例として挙げられる。ウィービングパターンの例としては、例えば斜め振り等がある。ここで、ウィービング幅、ウィービング周期、ウィービング端停止時間、ウィービング基準線の位置、ウィービングパターンなどのウィービングに係る条件を総称して説明する場合は、以降、「ウィービング条件」と称することとする。また、ウィービング幅は、「ウィービング振幅」や、単に「振幅」などとも表現される。
また、溶接前に施工情報及び溶接条件情報を取得するまでの簡略的なプロセスとして、例えば、以下の（Ａ）から（Ｃ）が挙げられる。
（Ａ）制御装置６００において、施工情報のうち、溶接ワイヤの種類、シールドガスの種類や溶接姿勢などの項目に応じた溶接モードを決定し、溶接モードごとの条件取得・補正用データベース（以降、「条件取得・補正用ＤＢ」とも称する。）を決定しておく。条件取得・補正用ＤＢは例えば制御装置６００のメモリに保存されていてよく、制御装置６００と通信可能な他の装置が備える記憶装置に保存されていてもよい。
（Ｂ）制御装置６００の動作信号に基づいてロボット本体１１０を駆動し、タッチセンサを用いて開先形状の自動センシングを開始する。
（Ｃ）上記自動センシングにより開先形状情報を算出し、開先形状情報に基づいて、積層設計情報を算出する。少なくとも該開先形状情報、積層設計情報及び上述の条件取得・補正用ＤＢに基づいて、施工条件、溶接条件等を取得するか、又はあらかじめ設定している溶接条件等の補正を行う。
次に、本実施形態として、上述した施工情報及び溶接条件情報の取得から各種条件の取得又は補正までのプロセスの詳細を以下で説明する。
［溶接前のセンシングステップ］
溶接開始前のセンシングステップは、上述したタッチセンサによって、開先形状、板厚、始終端等をタッチセンシングして行う。図６は、本開示の実施形態に係るタッチセンシングを示す概略図である。溶接ワイヤ２１１の先端を、図６のＡ０からＡ１４のそれぞれの位置になるように動かし、ワークの形状をセンシングする。溶接ワイヤ２１１の先端がワークにタッチした時の位置、例えばＡ１、Ａ３、Ａ５、Ａ６などを特定することにより、上述の開先形状、板厚、始終端等を特定することができる。
センシングステップの後、センシングステップで得た各開先形状検知位置における開先断面形状の検知データから、開先形状情報を算出する開先形状情報算出ステップを行う。ここで、開先形状情報とは、例えば、開先形状の開先角度、板厚、開先深さ、推定溶接金属高さ、ギャップ、ワーク端部間の距離などが挙げられる。この開先形状情報算出ステップの後、算出されたデータは、データ保持部６０１へ入力されるステップを行う。本実施形態では、開先形状情報算出ステップにおいて、板厚、開先深さ、及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つとギャップとを開先形状情報として算出し、データ保持部６０１へ、入力する。なお、開先形状情報算出ステップにおいて、ギャップが溶接ワイヤの線径より小さい場合、ギャップ量は０として算出してもよい。また、算出した開先形状情報に基づいて、積層設計情報を算出する積層設計情報算出ステップを行う。ここで、積層設計情報とは、積層数、パス数、各層ごとの盛高さ等が挙げられる。この積層設計算出ステップの後、算出されたデータは、データ保持部６０１へ入力されるステップを行う。
次に、データ保持部６０１へ入力された開先形状情報及び積層設計情報のデータと条件取得補正用ＤＢとに基づいて、ティーチングプログラムデータにおける溶接条件の設定又は補正等がなされる。本実施形態では、例えば、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ウィービング条件を設定又は補正する。また、アークスタート位置の決定を行ってもよい。なお、設定又は補正とは、設定値がまだ設定されていない場合には設定を行い、既に設定値が設定済みである場合には設定値の補正を行うことを意味する。
図７は、本開示の実施形態に係る設定条件の一部を例示する概念図である。図７の例では、積層設計情報にて、３層４パスと算出した場合を示す。図７で示す層－パスの単位は、例えば、１層１パス目の場合は「１－１」と示し、３層３パス目の場合は「３－３」、３層４パス目の場合は「３－４」と示す。よって、図７では、１－１（１層１パス目）、２－２（２層２パス目）、３－３（３層３パス目）、３－４（３層４パス目）の順でパスを形成するように開先を溶接する。なお、多層盛溶接においては、被溶接材と溶接ワイヤ間で組成の異なる溶接部位となる初層（図７でいう１－１）の溶接が最も困難であり、本発明は初層の溶接において最も優れた効果を有する。ウィービング条件として、本実施形態においては、少なくとも、板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さのうち少なくとも一つの設定値と、予め定めた振幅ＤＢとに基づいて、ウィービングの振幅を取得し、ティーチングプログラムデータにおける溶接条件として補正又は設定する。すなわち、図７においては、ウィービング幅Ｗ１からＷ４を補正又は設定する。振幅ＤＢは例えば制御装置６００のメモリに保存されていてよく、制御装置６００と通信可能な他の装置が備える記憶装置に保存されていてもよい。
振幅ＤＢは、例えば、板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さのうち少なくとも一つの設定値を閾値として、ウィービングの振幅の補正値（以降、「ウィービング幅補正値」とも称する。）と関連付けた表データを含んでいてよい。
表データに含める閾値として推定溶接金属高さを用いた場合の、より具体的な例を挙げる。推定溶接金属高さの閾値を、１６ｍｍ、２２ｍｍ及び２５ｍｍとする。これら３つの閾値によって区切られた範囲ごとにウィービング幅補正値を定め、振幅ＤＢとしてあらかじめ保存しておく。すなわち、上記の振幅ＤＢを参照することにより、推定溶接金属高さが１６ｍｍ以下の場合は第１のウィービング幅補正値を取得することができる。推定溶接金属高さが１６ｍｍ超から２２ｍｍ以下の場合は、第２のウィービング幅補正値を取得することができる。推定溶接金属高さが２２ｍｍ超から２５ｍｍ以下の場合は、第３のウィービング幅補正値を取得することができる。推定溶接金属高さが２５ｍｍ超の場合は、第４のウィービング幅補正値を取得することができる。
例えば、上述のセンシングステップにおいて、推定溶接金属高さが１８ｍｍと算出された場合は、振幅ＤＢに基づいて１６ｍｍ超から２２ｍｍ以下の範囲に入るため、ウィービング幅補正値は第２のウィービング補正値となる。
なお、閾値ごとにウィービング幅補正値を定めるように振幅ＤＢを予め作成しておき、閾値間のウィービング幅補正値の変化量から、設定すべきウィービング幅補正値を導出してもよい。例えば、閾値として推定溶接金属高さを用いて、推定溶接金属高さが１６ｍｍの場合のウィービング幅補正値を５ｍｍとし、推定溶接金属高さが２２ｍｍの場合のウィービング幅補正値を１１ｍｍとした振幅ＤＢを用いるとする。この場合、上述のセンシングステップで、推定溶接金属高さが１８ｍｍと算出された場合は、振幅ＤＢに基づいて、ウィービング幅補正値は７ｍｍと導出される。例えば、以下の計算式に基づいて７ｍｍと導出される。
ウィービング幅補正値＝５＋（１１－５）×（１８－１６）／（２２－１６）
なお、本実施形態におけるウィービング幅補正値は、ギャップ幅又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅を基準にした片側分の増減値を示す。すなわち、算出されるウィービング振幅（ｍｍ）の値を算出する基本式は、ギャップ幅を基準とした場合、設定したギャップ幅（ｍｍ）＋（ウィービング幅補正値（ｍｍ）×２）となる。例えば、ギャップ幅が５ｍｍ、ウィービング幅補正値が２ｍｍの場合、ウィービング振幅は９ｍｍと算出される。なおギャップが０の場合は、上記基本式を採用しても良く、ギャップが０の場合のみ、ウィービングを行わない、又は、予め定めた固定値でウィービングを行うように設定してもよい。
なお、層高さは、積層設計情報として、算出した１層分の盛高さである。例えば、対象の位置が初層であれば、算出した初層の盛高さの中央位置における開先幅が基準となる。また、対象の層が複数パスである場合は、算出した値をパス数で割ればよい。例えば、ウィービング振幅は９ｍｍと算出され、かつ積層設計情報において、その対象の層が２パスと算出されている場合、そのパスごとの真のウィービング振幅は４．５ｍｍと算出される。
また、ウィービング幅補正値はギャップに対する係数として設定してもよい。この場合、設定したギャップ幅（ｍｍ）×ウィービング幅補正値（係数）を基本式としてもよい。例えば、ギャップ幅が５ｍｍ、ウィービング幅補正値が１．２の係数である場合、ウィービング振幅は６ｍｍと算出される。
なお、上記基本式に対し、別途異なる補正値又は補正式Ｃを加算、減算、乗算又は除算してもよい。例えば加算の場合、ウィービング幅＝基本式＋Ｃとなる。乗算の場合、ウィービング幅＝基本式×Ｃとなる。
上述のとおり、ＬＮＧタンクの内槽の溶接は、５～１２％のＮｉ鋼板と高Ｎｉ溶接材料の溶接であり、この鋼板と溶接材料の物性の違いから、溶接が非常に難しく、高い溶接技術が求められる。本発明では、板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さに基づいて、ウィービングの振幅を決定することによって、自動溶接でありながらも、５～１２％のＮｉ鋼板と高Ｎｉ溶接材料のＧＭＡＷで優れた溶接品質を確保できることを見出した。以下、より優れた溶接効率と溶接品質を自動溶接で得ることができる具体的な制御範囲について述べる。
ギャップまたは層高さの中央位置における開先幅の値が０である場合を除いて、板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうちの少なくとも一つに応じて、設定したギャップの値（Ｇ）または層高さの中央位置における開先幅の値（Ｇ）とウィービング幅（Ｗ）の比が、後述する第１の値と第２の値間の数値範囲に収まるようにウィービング幅を設定することが好ましい。なお、第１の値は、第２の値よりも大きいものとする。このように設定することで、溶融池を形成する溶融金属量を抑制し、適正な溶融金属量を維持することができ、ビードの垂落ちや裏当材からの漏れの抑制や、ウィービング端の融合不良を抑制することができる。
上記におけるギャップ（Ｇ）または層高さの中央位置における開先幅の値（Ｇ）のどちらか一方とウィービング幅（Ｗ）の比（Ｗ／Ｇ）とは、ウィービング幅をギャップまたは層高さの中央位置における開先幅の値で除算した値などをいう。板厚等が厚いと熱が逃げやすいため、そのままでは形状が悪くなる可能性がある。したがって、ギャップまたは層高さの中央位置における開先幅の値が同じであっても板厚等が厚い方が、ウィービングをより広げる方が好ましく、上述の第１の値以下の範囲で、ギャップとウィービング幅の比をより大きく設定するのが好適である。
なお、板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さを含む施工情報と、複数の溶接条件とを関連付けた情報を、条件取得補正用ＤＢ又は振幅ＤＢに予め記憶させ、板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さの設定値とＤＢとに基づいて、ウィービング振幅以外の溶接条件をさらに設定又は補正してもよい。
次に、図８を参照して、本実施形態のより好ましいプロセスを説明する。図８は、本開示の実施形態に係る溶接制御方法を示すフローチャートである。
溶接前の準備として、ステップＳ１において、制御装置６００による制御の下でタッチセンシングを行う（センシング工程）。センシング工程では、少なくとも板厚、溶接長、開先角度、ルートギャップ、及び表面の段差を計測する。なお、開先深さ、推定溶接金属高さなどを更に計測してもよい。
ステップＳ２において、制御装置６００は少なくとも板厚、溶接長、開先角度、ルートギャップ、及び表面の段差の値を算出し、制御装置６００の設定値として入力する（開先形状情報算出工程）。なお、開先深さ、推定溶接金属高さなどを更に設定値として入力してもよい。
ステップＳ３において、これらの設定値から積層計画情報として、少なくとも積層数、パス数、各層の盛高さを算出し、制御装置６００の設定値として入力する（積層設計情報算出工程）。
なお、ステップＳ２の開先形状情報算出工程、及びステップＳ３の積層設計情報算出工程などの何かしらの算出手段を持ち、設定値の入力を行う工程の総称として、本発明では「施工情報設定工程」と定義して説明する。本実施形態においては、施工情報設定工程は、開先形状情報算出工程、及び積層設計情報算出工程の少なくとも二つの工程を含む。
ステップＳ４において制御装置６００が、設定値と種々のＤＢに保存された情報に基づいて、少なくともウィービング幅を含む溶接条件を決定し、溶接条件の設定または補正を行う（溶接条件の設定・補正工程）。
ステップＳ５において、制御装置６００による制御に基づいて溶接プログラムが開始される。そして、ステップＳ６において溶接開始（アークオン）を行い、ステップＳ７において溶接完了（アークオフ）するまで所定の溶接を行う。
次に、ステップＳ８において制御装置６００は、溶接プログラムの完了の判別を行う。すなわち、溶接プログラムで定められた全工程の溶接が完了したか否かを判別する。完了していない場合、すなわちステップＳ８においてＮＯに分岐する場合は、処理がステップＳ６に戻り、再びステップＳ６及びＳ７の操作を繰り返す。
なお、ステップＳ８における「プログラム完了」とは、あらかじめ溶接プログラム上に定めた溶接開始位置から溶接終了位置までのすべての位置における溶接が完了していることを意味する。多層盛溶接の場合は、「プログラム完了」とは、上記各位置において全層の溶接が完了していることを意味する。この場合、全層の溶接が完了するまで、上記ステップＳ６及びＳ７の操作を繰り返す。そして、ステップＳ８でプログラム完了と判別した場合、溶接作業を終了する。
また、本発明においては、ウィービング幅の設定に加えて、溶接作業前、又は溶接中に、トーチ角度も設定又は補正しておくと、なお好ましい。５％以上のＮｉを含む溶接材料は、溶接材料よりもＮｉ含有量が低い鋼板よりも融点が低く、溶けやすい性質があるため、溶融池を構成する溶融金属量が多くなる傾向にある。この溶融金属量が多くなると、アークの熱が鋼板に届かなくなるため、溶込みが出ないおそれが生じる。仮に、溶込みを出すため、溶接電流を上げたとしても更に溶融金属が増え、鋼板にアークの熱が届かないばかりか、溶融金属の垂れ落ちも発生するおそれが生じる。このような場合、一般的には、溶融金属の垂れ落ち防止を目的として、溶融金属を押し上げるためにトーチ角度を上向きにするが、本発明では、トーチ角度を下向き、すなわち後退角になるように、溶接前に設定又は溶接中に制御することが好ましい。これは、５％以上のＮｉを含む溶接材料は、比較的融点が低く、凝固速度が速いため、溶融金属の垂れ落ち防止を目的とした溶融金属の押し上げを重視することよりも、アークを鋼板へ届くようにすることを重視することで、溶込み性能に対し、好適な効果が有られる。例えば、トーチ角度は後退角０度から２０度の範囲内であると好ましい。本実施形態では、トーチ角度は後退角１０度を設定する。なお、本実施形態の立向姿勢では、溶接前に、任意のトーチ角度を後退角に設定しておくことがより好ましい。また、立向姿勢の場合には、後退角の方向にトーチを傾けることが好ましいが、トーチを傾ける向きは、溶接姿勢に応じて、適宜変更すればよい。
＜変形例＞
本実施形態では、溶接前に、溶接条件の設定又は補正を行っているが、可搬型溶接ロボット１００に視覚センサやレーザセンサを搭載し、溶接中の溶接現象をこれらのセンサで捉えて、溶接中に溶接条件を適宜補正してもよい。例えば、視覚センサで撮影した溶融池を含む溶接画像を入力し、画像処理等に基づいて、溶融池の面積や特徴量を算出し、算出されたデータに基づいて、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ウィービング条件やトーチ角度といった条件を補正すればよい。なお、溶接中の溶接条件の設定又は補正は、例えば図８のステップＳ６とステップＳ７との間で行われてよい。
また、溶接中に視覚センサ等によって得られた溶接画像データと、溶融池形状、アーク位置、スパッタやヒューム状況等の溶接現象情報から取得される特徴情報と、を関連付けた学習データを複数取得し、取得された学習データを用いて、溶接画像データを入力し、特徴情報を出力とするように生成された学習済みモデルを用意してもよい。この学習済みモデルを用い、溶接中に得られた溶接画像データを随時入力し、学習済みモデルから出力された特徴情報に基づいて、溶接中の溶接条件を設定又は補正することもできる。なお、より好ましくは、ワイヤ位置、溶融池形状、アーク位置に係る特徴のうち、少なくとも一つの特徴量を出力し、その特徴量に基づいて、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、トーチ角度のうち、少なくとも一つの条件を補正するように制御を行えばよい。
＜溶接ワイヤの組成＞
次に、本発明で用いられる溶接材料（溶接ワイヤ）について説明する。明細書中、「～」とは、その前後に記載された数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。また、元素の直後に付与する「（ｗｉｒｅ）」とは、特別な説明がない限り、ワイヤ全質量に対する質量％で、その元素単体、及びその元素に係る化合物の元素換算値の合計量を指す。例えば、Ｍｎ（Ｗｉｒｅ）と表示した場合は、ワイヤ全体のＭｎ、及びＭｎに係る化合物のＭｎ換算値の合計を指す。なお、ワイヤ全体のＭｎとは、フープに含まれるＭｎやフラックス中に含まれるＭｎの金属粉等が挙げられる。さらに、元素の直後に付与する「（ｍｅｔａｌ）」とは、溶着金属中に含まれるものを指し、溶着金属の全質量に対する質量％で示す。
本実施形態においては、ＬＮＧタンクの内槽材、すなわち、５～１２％のＮｉを含む鋼板の溶接に用いられる溶接材料が挙げられる。溶接材料はフラックス入りワイヤ、もしくはソリッドワイヤでもよいが、溶着量の観点から、フラックス入りワイヤが好ましい。ソリッドワイヤの場合は、ＪＩＳ Ｚ ３３３４：２０１１で規定される組成範囲であることが好ましい。また、フラックス入りワイヤの場合は、ニッケル及びニッケル合金アーク溶接フラックス入りワイヤ用のＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１に規定される溶着金属の化学成分範囲となる溶接ワイヤの成分範囲とするよい。また、任意の用途に合わせて、ＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１に規定されている元素以外の成分が、一般技術常識に基づいてフラックス入りワイヤ中にさらに添加されていてもよく、これにより、機械的性能の調整や溶接作業性を改善してもよい。
また、ＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１で規定されるフラックス入りワイヤは、インコネル系とハステロイ系があるが、耐高温割れ性、極低温でも高靱性、高強度を確保することができることから、ハステロイ系を用いることがより好ましく、ハステロイ系では、ＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１ ＴＮｉ１０１３またはＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１ ＴＮｉ６２７５で規定される溶着金属の化学成分範囲となる溶接ワイヤの成分範囲とすることがさらに好ましい。
以下、本実施形態において使用することができる最も好ましいＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１ ＴＮｉ１０１３またはＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１ ＴＮｉ６２７５で規定される溶着金属の化学成分範囲となるフラックス入りワイヤの化学成分について、その限定理由とともにより具体的に説明する。なお、溶着金属はＪＩＳ Ｚ３１８４：２００３の手順で作成され、この手順で、ＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１ ＴＮｉ１０１３またはＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１ ＴＮｉ６２７５で規定される溶着金属の化学成分となるように、フラックス入りワイヤの成分は設計されている。
（Ｃ（Ｗｉｒｅ）：０．０５０質量％以下）
Ｃは、溶着金属又は溶接金属の強度に影響を及ぼす成分であり、含有量が増すほど強度が高まる。ニッケル及びニッケル合金の溶接に求められる強度範囲を満足させるために含有させてもよいが、過度に添加すると溶着金属又は溶接金属中に炭化物が析出しやすくなり、狙いの強度に対して、靱性が低下してしまい、強度と靱性のバランスがとれなくなる恐れがある。よって、ワイヤ中の含有量Ｃ（Ｗｉｒｅ）は、０．０５０質量％以下とし、０．０４０質量％以下であることがより好ましい。一方、強度を調整するため、Ｃの含有量は、０．００１質量％以上であることが好ましい。なお、ワイヤ中のＣ源は、フラックス中に添加されたグラファイトや炭化物等、フープに含有しているＣ等が挙げられるが、好ましくは、炭化物抑制の観点からＣは低いほど良いため、フラックス中には、極力添加しない方がよい。
（Ｍｎ（Ｗｉｒｅ）：５．００質量％以下）
Ｍｎは、γ相形成元素であり、マトリックスの強化に有効な元素である。ニッケル及びニッケル合金の溶接に求められる機械的性能を満足するために含有される。過度にＭｎを添加すると介在物が増加し、靱性が低下する恐れがある。よって、ワイヤ中の含有量Ｍｎ（Ｗｉｒｅ）は、５．００質量％以下とし、１．８０質量％以下であることがより好ましい。一方、強度を調整するため、含有量Ｍｎ（Ｗｉｒｅ）は、０．０１質量％以上であることが好ましい。なお、ワイヤ中のＭｎ源は、フラックス中に添加されたＭｎの金属粉、Ｍｎに係る合金の金属粉、Ｍｎに係る化合物、又はフープに含有しているＭｎ等が挙げられる。例えば、フラックスに含まれる単体のＭｎ金属、Ｆｅ－Ｍｎ合金、ＭｎＯ２及びＭｎＣＯ３等が挙げられる。
（Ｓｉ（Ｗｉｒｅ）：３．０質量％以下）
Ｓｉはスラグの粘性を高める成分であり、良好なビード形状を得るために有効な成分であるため、本実施形態のワイヤに含有させてもよいが、過剰に含有させるとスラグ剥離性が低下するおそれがある。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、含有量Ｓｉ（Ｗｉｒｅ）は、好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．２質量％以上、更に好ましくは０．３質量％以上であり、また、好ましくは３．０質量％以下、より好ましくは１．５質量％以下である。なお、ワイヤ中のＳｉ源は、フラックス中に添加されたＳｉの金属粉、Ｓｉに係る合金の金属粉、Ｓｉに係る化合物、又はフープに含有しているＳｉ等が挙げられる。例えば、珪砂、カリ長石、珪灰石、珪酸ナトリウム及び珪酸カリウム等のＳｉ酸化物や、Ｓｉ単体、フラックスに含まれ得るＦｅ－Ｓｉ等のＳｉ合金が挙げられる。
（Ｐ（Ｗｉｒｅ）：０．０２０質量％以下）
（Ｓ（Ｗｉｒｅ）：０．０２０質量％以下）
Ｐ及びＳは、本実施形態のワイヤに不可避的不純物として含有される成分である。ワイヤ中のＰ（Ｗｉｒｅ）又はＳ（Ｗｉｒｅ）が０．０２質量％を超えると、結晶粒界中にこれらの元素とＮｉとの低融点化合物が生成するため、耐高温割れ性が低下する。よって、本実施形態の含有量Ｐ（Ｗｉｒｅ）及びＳ（Ｗｉｒｅ）は、それぞれ０．０２０質量％以下に抑制することが好ましい。
（Ｃｒ（Ｗｉｒｅ）：２０質量％以下）
Ｃｒは溶接金属の耐食性及び強度を向上させる効果があるが、ワイヤ中のＣｒ量が２０質量％超であると、耐高温割れ性が低下する。したがって、本実施形態の含有量Ｃｒ（Ｗｉｒｅ）は２０質量％以下とする。また、本実施形態のワイヤにおいて、含有量Ｃｒ（Ｗｉｒｅ）は好ましくは１質量％以上、より好ましくは２質量％以上、更に好ましくは３質量％以上であり、また、好ましくは２０質量％以下、より好ましくは１９質量％以下、更に好ましくは１８質量％以下である。なお、ワイヤ中のＣｒ源は、フラックス中に添加されたＣｒの金属粉、Ｃｒに係る合金の金属粉、Ｃｒに係る化合物、又はフープに含有しているＣｒ等が挙げられる。なお、Ｃｒをフラックスで添加する場合は、Ｃｒの金属粉、Ｃｒに係る合金の金属粉で添加することが好ましく、例えば、単体のＣｒ金属、Ｆｅ－Ｃｒ合金及びＣｒ２Ｏ３等が挙げられる。
（Ｍｏ（Ｗｉｒｅ）：１０～２０質量％）
Ｍｏは溶接金属の耐食性及び強度を向上させる効果があるが、含有量が２０質量％超であると耐高温割れ性が低下する。したがって、本実施形態の含有量Ｍｏ（Ｗｉｒｅ）は１０～２０質量％とする。また、本実施形態のワイヤにおいて、含有量Ｍｏ（Ｗｉｒｅ）は好ましくは１１質量％以上、より好ましくは１２質量％以上であり、また、好ましくは１９質量％以下、より好ましくは１８質量％以下である。なお、ワイヤ中のＭｏ源は、フラックス中に添加されたＭｏの金属粉、Ｍｏに係る合金の金属粉、Ｍｏに係る化合物、又はフープに含有しているＭｏ等が挙げられる。Ｍｏをフラックスで添加する場合は、Ｍｏの金属粉、Ｍｏに係る合金の金属粉で添加することが好ましく、例えば、金属Ｍｏ及びＦｅ－Ｍｏ合金等が挙げられる。
（Ａｌ（Ｗｉｒｅ）：３．００質量％以下）
Ａｌは、強脱酸成分であり、溶接金属中で酸化反応を起こすことによって、酸化物（以降、「スラグ」とも称する。）が溶融池上に形成し、立向溶接や上向溶接等の難姿勢を含む全姿勢の溶接が可能となる。過度に添加すると介在物が増加するため、含有量Ａｌ（Ｗｉｒｅ）は、３．００質量％以下とする。なお、２．５０質量％以下であることがより好ましく、１．７０質量％以下であることがさらに好ましい。また、含有量Ａｌ（Ｗｉｒｅ）は、０．１０質量％以上であることが好ましい。なお、ワイヤ中のＡｌ源は、フラックス中に添加されたＡｌの金属粉、Ａｌに係る合金の金属粉、Ａｌに係る化合物、又はフープに含有しているＡｌ等が挙げられる。Ａｌをフラックスで添加する場合は、溶接金属中の酸素量をより低減できることから、Ａｌの金属粉、Ａｌに係る合金の金属粉と、スラグ粘性を制御する観点からＡｌ２Ｏ３の形態で添加することが好ましい。
（Ｍｇ（Ｗｉｒｅ）：３．００質量％以下）
ＭｇはＡｌと同様に、強脱酸成分であり、溶接金属中で酸化反応を起こすことによって、酸化物が溶融池上に形成し、立向溶接や上向溶接等の難姿勢を含む全姿勢の溶接が可能となる。過度に添加すると介在物が増加するため、含有量Ｍｇ（Ｗｉｒｅ）のは、３．００質量％以下とする。なお、１．５０質量％以下であることがより好ましく、１．００質量％以下であることがさらに好ましい。また、含有量Ｍｇ（Ｗｉｒｅ）は、０．３０質量％以上であることが好ましく、０．５０質量％以上であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＭｇ源は、フラックス中に添加されたＭｇの金属粉、Ｍｇに係る合金の金属粉、Ｍｇに係る化合物、又はフープに含有しているＭｇ等が挙げられる。Ｍｇをフラックスで添加する場合は、溶接金属中の酸素量をより低減できることから、Ｍｇの金属粉、Ｍｇに係る合金の金属粉で添加することが好ましい。
（Ｔｉ（Ｗｉｒｅ）：５．００質量％以下）
ＴｉはＡｌと同様に、強脱酸成分であり、溶接金属中で酸化反応を起こすことによって、酸化物が溶融池上に形成し、立向溶接や上向溶接等の難姿勢を含む全姿勢の溶接が可能となる。過度に添加すると介在物が増加するため、含有量Ｔｉ（Ｗｉｒｅ）のは、５．００質量％以下とする。なお、ワイヤ中のＴｉ源は、フラックス中に添加されたＴｉの金属粉、Ｔｉに係る合金の金属粉、Ｔｉに係る化合物、又はフープに含有しているＴｉ等が挙げられる。Ｔｉをフラックスで添加する場合は、溶接金属中の酸素量をより低減できることから、Ｔｉの金属粉、Ｔｉに係る合金の金属粉と、ＴｉＯ２の形態で添加することが好ましい。
（Ｚｒ（Ｗｉｒｅ）：３．００質量％以下）
ＺｒはＡｌと同様に、強脱酸成分であり、溶接金属中で酸化反応を起こすことによって、酸化物が溶融池上に形成し、立向溶接や上向溶接等の難姿勢を含む全姿勢の溶接において耐溶落ち性を向上させることが可能となる。過度に添加すると介在物が増加するため、含有量Ｚｒ（Ｗｉｒｅ）のは、３．００質量％以下とする。なお、ワイヤ中のＺｒ源は、フラックス中に添加されたＺｒの金属粉、Ｚｒに係る合金の金属粉、Ｚｒに係る化合物、又はフープに含有しているＺｒ等が挙げられる。Ｚｒをフラックスで添加する場合は、アークの吹き付け性を向上させ、低溶接電流域においてもアークの安定性を向上させる効果があるため、ＺｒＯ２の形態で添加することが好ましい。
（Ｃａ（Ｗｉｒｅ）：３．００質量％以下）
ＣａはＡｌと同様に、強脱酸成分であり、溶接金属中で酸化反応を起こすことによって、酸化物が溶融池上に形成し、立向溶接や上向溶接等の難姿勢を含む全姿勢の溶接において耐溶落ち性を向上させることが可能となる。過度に添加すると介在物が増加するため、含有量Ｃａ（Ｗｉｒｅ）は、３．００質量％以下とする。なお、１．００質量％以下であることがより好ましく、０．３０質量％以下であることがさらに好ましいため、Ｃａ（Ｗｉｒｅ）の下限値を規定する意味は特にない。なお、ワイヤ中のＣａ源は、フラックス中に添加されたＣａの金属粉、Ｃａに係る合金の金属粉、Ｃａに係る化合物、又はフープに含有しているＣａ等が挙げられる。Ｃａをフラックスで添加する場合は、溶接金属中の酸素量をより低減できることから、Ｃａのフッ化物粉で添加することが好ましい。
（Ｆｅ（Ｗｉｒｅ）：１０．０質量％以下）
Ｆｅは溶接金属の延性を向上させる成分だが、含有量Ｆｅ（Ｗｉｒｅ）が１０．０質量％超であると、耐高温割れ性が劣化する。したがって、本実施形態の含有量Ｆｅ（Ｗｉｒｅ）は１０．０質量％以下とする。また、本実施形態のワイヤにおいて、含有量Ｆｅ（Ｗｉｒｅ）は好ましくは０．１質量％以上、より好ましくは０．５質量％以上であり、また、好ましくは９．０質量％以下、より好ましくは８．０質量％以下である。なお、ワイヤ中のＦｅ源は、フラックス中に添加されたＦｅの金属粉、Ｆｅに係る合金の金属粉、Ｆｅに係る化合物、又はフープに含有しているＦｅ等が挙げられる。Ｆｅをフラックスで添加する場合は、溶着量を改善することができる観点から、Ｆｅの金属粉、Ｆｅに係る合金の金属粉で添加することが好ましく、例えば、Ｆｅ－Ｍｎ合金、Ｆｅ－Ｃｒ合金、Ｆｅ－Ｍｏ合金及びＦｅ－Ｔｉ合金等が挙げられる。
（Ｂ（Ｗｉｒｅ）：０．１０質量％以下）
Ｂは、溶接金属中において結晶粒界に偏析し、水素が結晶粒界に偏析することによる伸びの低下を防ぐ作用を有する成分であり、本実施形態のワイヤに含有させてもよいが、過剰に含有させると耐高温割れ性が低下するおそれがある。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、含有量Ｂ（Ｗｉｒｅ）は好ましくは０．１０質量％以下、より好ましくは０．０５質量％以下、更に好ましくは０．０２質量％以下である。気孔欠陥抑制の観点からは、本実施形態のワイヤはＢを含有しなくてもよく、したがって、本実施形態のワイヤにおける含有量Ｂ（Ｗｉｒｅ）の下限は特に限定されない。すなわち、本実施形態のワイヤにおける含有量Ｂ（Ｗｉｒｅ）は０質量％であってもよく、例えば０．００５質量％以上であってもよく、０．０１質量％以上であってもよい。なお、ワイヤ中のＢ源は、フラックス中に添加されたＢの金属粉、Ｂに係る合金の金属粉、Ｂに係る化合物、又はフープに含有しているＢ等が挙げられる。フラックス中に添加される形態としては、例えば、Ｂ２Ｏ３等の酸化物や、Ｆｅ－Ｂ合金等が挙げられる。
（ＲＥＭ（Ｗｉｒｅ）：０．１質量％以下）
ＲＥＭ（Ｒａｒｅ Ｅａｒｔｈ Ｍｅｔａｌｓ）は、希土類元素を意味し、ＣｅやＬａ等が挙げられる。ＲＥＭはＳとの親和性が高く、Ｓの粒界偏析を抑制し、Ｓによる高温割れを抑制する効果も発揮する。一方、アーク安定性はＲＥＭ（Ｗｉｒｅ）の添加量が少ないほど好ましいため、求められる耐割れ性及びアーク安定性を満足するために、ワイヤ中のＲＥＭの合計の含有量は、０．１質量％以下とすることが好ましく、０．０５質量％以下とすることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＲＥＭ源は、フラックス中に添加されたＲＥＭの金属粉、ＲＥＭに係る合金の金属粉、ＲＥＭに係る化合物、又はフープに含有しているＲＥＭ等が挙げられる。
（Ｂａ（Ｗｉｒｅ）：４．００質量％以下）
Ｂａは、主にフッ化物であるＢａＦ２として、フラックス中に含まれることによって、溶接金属の脱酸作用と溶接作業性の改善に寄与する。よって、上記の効果を得る場合には、任意で含めればよい。なお、Ｂａは過剰に添加すると、アーク偏向が起こり、溶接作業性が劣化するおそれがあるため、含有量Ｂａ（Ｗｉｒｅ）は、４．００質量％以下とすることが好ましく、３．００質量％以下とすることが好ましい。なお、フッ化物としてフラックス中に添加する場合、例えばＳｒ等の他の元素で代用しても良いため下限を設ける必要はない。なお、ワイヤ中のＢａ源は、フラックス中に添加されたＢａの金属粉、Ｂａに係る合金の金属粉、Ｂａに係る化合物、又はフープに含有しているＢａ等が挙げられるが、フッ化物として、ＢａＦ２の形態でフラックス中に添加することが好ましい。
（Ｆ（Ｗｉｒｅ）：１．００質量％以下）
Ｆは、アーク中の水素分圧を低下させ、溶接金属への水素の侵入を抑制する成分であり、本実施形態のワイヤに添加してもよいが、過剰に添加すると、気孔欠陥が増加するおそれがある。したがって、本実施形態のワイヤにＦを含有させる場合、そのＦ（Ｗｉｒｅ）は１．００質量％以下、好ましくは０．５０質量％以下、より好ましくは０．３０質量％以下とする。
気孔欠陥抑制の観点からは、本実施形態のワイヤはＦを含有しなくてもよく、したがって、本実施形態のワイヤのＦの含有量の下限は特に限定されない。すなわち、本実施形態のワイヤのＦの含有量は０質量％であってもよく、例えば０．０５質量％以上であってもよく、０．１０質量％以上であってもよい。なお、ワイヤ中のＦ源は、すべてフッ化物由来であることが好ましく、例えば、ＢａＦ２、ＳｒＦ２、Ｎａ３ＡｌＦ６、ＮａＦ、ＣａＦ２、ＡｌＦ３、Ｋ２ＳｉＦ６、ＭｇＦ２等が挙げられ、これらを１種含んでも２種以上含んでいてもよい。
（Ｗ（Ｗｉｒｅ）：５．００質量％以下）
Ｗは、Ｗは溶接金属の強度を向上させる成分だが、含有量が過剰であると耐高温割れ性が低下するおそれがある。したがって、本実施形態のワイヤにおいて、含有量Ｗ（Ｗｉｒｅ）は、好ましくは５．００質量％以下、より好ましくは４．５０質量％以下、更に好ましくは４．００質量％以下である。また、強度調整に対し、任意で用いればよいので、下限の規定は不要であるが、強度の向上に用いる場合、好ましくは１．００質量％以上、より好ましくは１．２０質量％以上、更に好ましくは１．５０質量％以上とするとよい。なお、ワイヤ中のＷ源は、フラックス中に添加されたＷの金属粉、Ｗに係る合金の金属粉、Ｗに係る化合物、又はフープに含有しているＷ等が挙げられる。
（Ｎｂ（Ｗｉｒｅ）：０．５０質量％以下）
ＮｂはＮｉ基合金において強度を向上させるために添加される元素だが、過剰に添加すると耐高温割れ性が低下する。よって、本実施形態のＮｂ（Ｗｉｒｅ）含有量は０．５０％以下に抑制する。本実施形態の含有量Ｎｂ（Ｗｉｒｅ）はより好ましくは０．１０質量％以下、更に好ましくは０．０５質量％以下である。なお、ワイヤ中のＮｂ源は、フラックス中に添加されたＮｂの金属粉、Ｎｂに係る合金の金属粉、Ｎｂに係る化合物、又はフープに含有しているＮｂ等が挙げられる。例えば、フラックスに含まれる形態としては、単体のＮｂ金属、Ｆｅ－Ｎｂ合金、Ｎｂ２Ｏ５等がある。
（Ｖ（Ｗｉｒｅ）：０．０５０質量％以下）
Ｖはワイヤ中のＶ量が０．０５０質量％を超えると、Ｎｉと化合して低融点化合物を生成するため、耐高温割れ性が低下するおそれがある。よって、本実施形態の含有量Ｖ（Ｗｉｒｅ）は、０．０５０質量％以下に抑制することが好ましい。
（Ｃｕ（Ｗｉｒｅ）：２．０質量％以下）
Ｃｕは、溶接金属の強度の向上に寄与する元素である。ニッケル及びニッケル合金の溶接に求められる強度範囲を満足させるために含有させてもよい。ワイヤ中の含有量Ｃｕ（Ｗｉｒｅ）は、２．０質量％以下であることが好ましく、１．０質量％以下であることがより好ましい。なお、ワイヤ中のＣｕ源は、フラックス中に添加されたＣｕ金属粉、Ｃｕに係る合金の金属粉、Ｃｕに係る化合物、又はフープに含有しているＣｕ等に加えて、ワイヤ表面のＣｕメッキも含む。
（アルカリ金属の合計：３質量％以下）
アルカリ金属元素はアーク安定剤として作用する。本実施形態におけるアルカリ金属は、１種又は複数のアルカリ金属元素を含有する金属粉及び化合物に基づくものである。なお、アルカリ金属元素としては、Ｋ、Ｌｉ、Ｎａ等が挙げられる。ワイヤ中のアルカリ金属の合計の含有量とは、アルカリ金属元素から構成される金属粉及び化合物から換算されるワイヤ中のアルカリ金属の合計の含有量を表す。ワイヤ中のアルカリ金属の合計は、ビード形状の改善に好ましい溶融物性に調整しやすくなるという観点から、ワイヤ全質量に対して、３質量％以下であることが好ましく、２質量％以下であることがより好ましい。
（Ｎｉ（Ｗｉｒｅ）：４５～７５質量％）
Ｎｉは種々の金属と合金化して、溶接金属に優れた機械性能及び耐食性を付与する。本実施形態のワイヤのＮｉ含有量が４５質量％未満であると、溶接金属が希釈されたときに安定したオーステナイト組織が形成されない。一方、Ｎｉ含有量が７５質量％超であると、他の合金元素の添加量が不十分となり、機械性能が確保できなくなる。したがって、本実施形態のワイヤのＮｉの含有量は４５～７５質量％とする。また、本実施形態のワイヤにおいて、含有量Ｎｉ（Ｗｉｒｅ）は好ましくは４７質量％以上、より好ましくは５０質量％以上であり、また、好ましくは７０質量％以下、より好ましくは６５質量％以下である。なお、ワイヤ中のＮｉ源は、フラックス中に添加されたＮｉの金属粉、Ｎｉに係る合金の金属粉、Ｎｉに係る化合物、又はフープに含有しているＮｉ等が挙げられる。Ｎｉに係る合金の金属粉としては、例えば、Ｎｉ－Ｍｏ合金等がある。
（残部：Ｏ，Ｎ及び不可避的不純物）
本実施形態において、上記元素を除く残部は、Ｏ、Ｎ及び不可避的不純物であることが好ましい。不純物とは、意図的に添加しないものを意味し、上記以外の元素として、例えばＳｎ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ａｓ、Ｔａ等が挙げられる。ワイヤ中の不純物の含有量は、合計で０．５質量％以下であることが好ましく、０．３質量％以下であることがより好ましい。
なお、本実施形態において使用することができるフラックス入りワイヤは、外皮にフラックスが充填されたものであり、外皮は、ニッケル合金帯により形成されていることが入手性、経済性の観点から好ましい。
＜溶着金属＞
ＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１ ＴＮｉ１０１３またはＪＩＳ Ｚ ３３３５：２０２１ ＴＮｉ６２７５の成分範囲であることが好ましく、具体的には、質量％で、Ｃ（ＭＥＴＡＬ）：≦０．１０％、Ｓｉ（ＭＥＴＡＬ）：≦１．０％、Ｍｎ（ＭＥＴＡＬ）：≦３．０％、Ｐ（ＭＥＴＡＬ）：≦０．０２０％、Ｓ（ＭＥＴＡＬ）：≦０．０１５％、Ｎｉ（ＭＥＴＡＬ）：≧５０．０％、Ｃｕ（ＭＥＴＡＬ）：≦０．５％、Ｃｒ（ＭＥＴＡＬ）：４．０～１６．５％、Ｆｅ（ＭＥＴＡＬ）：≦１０．０％、Ｍｏ（ＭＥＴＡＬ）：１５．０～１９．０％、Ｗ（ＭＥＴＡＬ）：≦２．０～４．５％、その他任意の元素≦０．５０％、残部不純物とするとよい。
＜学習装置＞
本実施形態においては、上述のように板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さの値に基づいて、少なくともウィービング幅の設定値又は補正値を算出するが、視覚センサ等で溶接中の溶融池を観測し、溶融池の状況に合わせて、さらに溶接条件を補正してもよい。
溶接条件としてどの設定値を補正するかについては特に限定しない。例えばウィービング幅の条件を補正してもよく、トーチ角度を補正してもよい。その他、溶接電流やアーク電圧等の補正を行ってもよい。上述の溶融池の状況は、溶融池の特徴点を抽出すればよく、抽出方法は特に問わないが、抽出の精度の観点から学習装置を用いて、特徴点を抽出することが好ましい。以下、本実施形態における一例を説明する。
以下の学習装置に係る説明において、「学習」又は「機械学習」とは、学習データ及び任意の学習アルゴリズムを用いて学習を行うことにより、「学習済みモデル」を生成することを指す。学習済みモデルは、複数の学習データを用いて学習が進むことにより、適時更新され、同じ入力であってもその出力が変化していく。したがって、学習済みモデルは、いずれの時点での状態であるかを限定するものではない。ここでは、学習にて用いられるモデルを「学習モデル」と記載し、一定程度の学習が行われた学習モデルを「学習済みモデル」と記載する。
可搬型溶接ロボット１００又は制御装置６００が学習済みモデルを有していてよい。可搬型溶接ロボット１００又は制御装置６００と通信可能な装置が学習済みモデルを有していてもよい。なお、通信可能な装置とは、例えばＰＣが挙げられる。
また、「学習データ」の具体的な例については後述するが、その構成は、利用する学習アルゴリズムに応じて変更されてよい。また、交差検証などを行う場合、学習データには、学習そのものに用いられる教師データ、学習済みモデルの検証に用いられる検証データ、及び学習済みモデルのテストに用いられるテストデータを含んでよい。以下の説明では、学習に関するデータを包括的に示す場合は、「学習データ」と記載し、学習そのものを行う際のデータを示す場合は「教師データ」と記載する。なお、学習データに含まれる教師データ、検証データ、及びテストデータを明確に分類することを意図するものではなく、例えば、学習、検証、及びテストの方法によっては、学習データすべてが教師データにもなり得る。
図１を参照して、学習装置を含むシステムの構成例を例示する。学習装置を含むシステムには、溶接システム５０に加え、図示しない視覚センサとデータ処理装置とが含まれる。
図９は、本開示の実施形態に係る視覚センサの配置位置を例示する斜視図である。本実施形態の場合、ワークＷｏは突合せ継手である。ワークＷｏは、２枚の金属板Ｗ１及びＷ２であり、２枚の金属板Ｗ１及びＷ２は開先を隔てて突き合わされている。なお、本実施形態は立向姿勢であるので、溶接方向を上側として説明する。また、突き合わされている２枚の金属板の裏面側には、セラミックス製の裏当材１４が取り付けられている。なお、裏面側にはメタル系の裏当材を使用してもよいし、裏当材無しでもよい。したがって、裏当材の材質は特に限定するものではなく、ワークＷｏの材質などに応じて異なってよい。突合せ継手では、開先に沿って一方向にアーク溶接が行われる。以下では、溶接が進行する方向を「溶接方向」と称する。図９では、溶接が進行する方向を矢印で示している。このため、溶接トーチ２００は、視覚センサ７００の後方、すなわち、溶接方向とは逆方向の側に位置している。
本実施形態におけるワークＷｏは、溶接を行う側の表面が鉛直上方を向くように水平に設置されている。このため、可搬型溶接ロボット１００は、ワークＷｏの上方側からワークＷｏを溶接する。例えば図９に示すように、視覚センサ７００は、ワークＷｏの溶接位置に対して斜め上方に設置されてよい。
図１０は、本開示の実施形態に対応する、視覚センサによる撮影画像を示す図である。視覚センサ７００の撮影範囲は、ワークＷｏの溶接位置を含み、アーク溶接中における溶接位置の画像を撮影する。この撮影画像には、溶融池、溶接ワイヤ、及びアークが含まれる。本実施形態における視覚センサ７００は、例えば、１０２４×７６８ピクセルの静止画像を連続して撮影することができる。換言すると、視覚センサ７００は、溶接画像を動画像として撮影することが可能である。視覚センサ７００が撮影可能な静止画像の解像度は特に限定されるものではない。例えば、視覚センサ７００が複数のカメラから構成される場合に、複数のカメラそれぞれが異なる解像度の溶接画像を取得してもよい。また、後述する学習済みモデルに入力する前に、処理時間を短縮することを目的として、撮影された溶接画像から任意の特徴領域を切り出すなどの前処理を行ってもよい。任意の特徴領域は、所定の領域が中心に位置するように配置された固定サイズの範囲であってもよい。また、任意の特徴領域のサイズは、溶接状況に応じて変更されてもよい。
＜データ処理装置の構成＞
図１１は、本開示の実施形態に係るデータ処理装置の構成例を示す概略図である。データ処理装置８００は、例えばコンピュータで構成される。コンピュータは、本体８１０、入力部８２０、及び表示部８３０を含んで構成される。本体８１０は、ＣＰＵ８１１、ＲＯＭ８１２、ＲＡＭ８１３、不揮発性記憶装置８１４、入出力インタフェース８１５、通信インタフェース８１６、映像出力インタフェース８１７及び算出部８１８を含んで構成される。ＣＰＵ８１１、ＲＯＭ８１２、ＲＡＭ８１３、不揮発性記憶装置８１４、入出力インタフェース８１５、通信インタフェース８１６、映像出力インタフェース８１７、及び算出部８１８は、バスや信号線によって相互に通信可能に接続されている。
なお、算出部８１８は、ＣＰＵ８１１が実行するプログラム等であってもよい。この場合、算出部８１８に相当する機能を有するプログラムが、例えば不揮発性記憶装置８１４などに記憶されており、ＣＰＵ８１１はそのプログラムを読み出して実行する。
不揮発性記憶装置８１４には、収集あるいは取得した学習データを用いてディープラーニングを実行する学習プログラム８１４Ａ、学習プログラム８１４Ａの実行を通じて生成される学習済みモデル８１４Ｂ、学習済みモデル８１４Ｂを用いて溶接に関する評価特徴情報を生成する情報生成プログラム８１４Ｃ、及び、画像データ８１４Ｄが記憶されている。この他、不揮発性記憶装置８１４には、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムもインストールされている。
ＣＰＵ８１１によるプログラムの実行により、データ処理装置８００は各種の機能を実現する。本実施形態の場合、データ処理装置８００は、機械学習により学習済みモデルを生成する機能と、学習済みモデルを利用して実際の溶接時の各種処理を行う機能を実現する。これらの機能の内容については後述する。なお、学習済みモデルを生成する機能と、実際の溶接の実行時に学習済みモデルから出力される情報に基づいて制御処理を実行する機能に合わせてデータ処理装置８００を分けてもよい。汎用性の観点から見ると、それぞれの機能に合わせて、データ処理装置８００を分けることがより好ましい。ＲＯＭ８１２には、ＣＰＵ８１１に実行されるＢＩＯＳ（Ｂａｓｉｃ Ｉｎｐｕｔ Ｏｕｔｐｕｔ Ｓｙｓｔｅｍ）等が記憶されている。ＲＡＭ８１３は、不揮発性記憶装置８１４から読み出されたプログラムの作業領域として使用される。
入出力インタフェース８１５は、キーボード、マウス等で構成される入力部８２０に接続されている。入出力インタフェース８１５には、視覚センサ７００も接続されている。視覚センサ７００から出力された画像データが入出力インタフェース８１５を介してＣＰＵ８１１に与えられる。通信インタフェース８１６は、有線又は無線通信用の通信モジュールである。映像出力インタフェース８１７は、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ－Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイで構成される表示部８３０に接続されており、ＣＰＵ８１１から与えられた映像データに応じた映像信号を表示部８３０に出力する。
なお、データ処理装置８００は、制御装置６００と一体化されてもよい。
＜学習済モデルの生成＞
以下、本実施形態にて、画像データから抽出する特徴点及び特徴点を抽出する学習済みモデルについて説明する。図１２は、本開示の実施形態に係る学習済みモデル８１４Ｂの生成プロセスを概念的に説明する説明図である。本実施形態における学習済みモデル８１４Ｂは、畳み込みニューラルネットワークにより構成されており、畳込み層及びプーリング層を１段以上重ねて、１層以上の全結合を行うネットワーク構成を備えている。
学習段階においては、全結合層からの出力と、教師データである溶接情報とに基づいて誤差を求め、この誤差が小さくなるように、誤差逆伝搬法によってニューラルネットワークを更新して学習済みモデルを生成する。
生成された学習済みモデル８１４Ｂは、視覚センサ７００から出力される画像データを入力とし、画像データに現れる様々な溶接情報に係る特徴点を出力する。本実施形態において、学習済みモデル８１４Ｂに入力される画像データには、少なくとも、オブジェクト（対象）として、溶融池、溶接ワイヤ２１１及びアークを含み、これら各オブジェクト、又は複数のオブジェクト間から得られる特徴点を抽出する。そして、抽出した特徴点に基づいて、アーク安定性、溶着量、アーク倣い状況又は溶込み具合などといった溶接情報をリアルタイムで得ることが可能となる。なお、この画像データは、以下、「溶接画像」と称することもある。
本実施形態では、溶接情報に係る特徴点として、溶接ワイヤ２１１の先端（ワイヤ先端）、アークの中心点（アーク中心）、溶融池の左右の先端の位置、溶融池の左右の端部の位置を使用する。教師データとして用いる特徴点の入力は、教示作業を支援する操作画面の指示に従い、オペレータが溶接画像上の特定の位置を指定することで行われる。
図１３は、本開示の実施形態に対応する、教示作業に用いる画面の一例を説明する図である。図１３に示す溶接画像には、溶融池１５、溶接ワイヤ２１１、及びアーク１６が含まれている。図１２では、溶融池１５を網掛けで示す。また、図１４は、本開示の実施形態に対応する、溶接により得られる溶接画像の具体例と、その溶接画像内の溶接情報の例を示す説明図である。ここでは説明を容易にするために、溶接画像上に、特徴点にて示す座標に相当する位置を描画して示している。なお、上述のとおり画像は座標を持ち、Ｘ軸とＹ軸の２軸からなる座標平面となる。本実施形態では、視覚センサ７００は、溶接線方向とＸ軸方向を平行にするように設置させるため、本実施形態においては、Ｘ軸方向は溶接線方向と言い換えてもよい。また、Ｙ軸方向はＸ軸の垂直方向であり、言い換えれば、溶接線の垂直方向である開先幅方向となるから、Ｙ軸方向は開先幅方向と言い換えてもよい。なお、本実施形態の可搬型溶接ロボット１００が動くＸ軸は溶接線方向となるので、可搬型溶接ロボットが動くＸ軸と溶接画像上のＸ軸も方向が同じとなり、Ｙ軸方向も可搬型溶接ロボットが動くＹ軸と溶接画像上のＹ軸方向も同じであると言える。
本実施形態の場合、特徴点として、アーク中心の座標位置（ＡｒｃＸ，ＡｒｃＹ）、ワイヤ先端の座標位置（ＷｉｒｅＸ，ＷｉｒｅＹ）、溶融池先端左端の座標位置（Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｌｘ，Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｌｙ）、溶融池先端右端の座標位置（Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｒｘ，Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｒｙ）、溶融池左端の座標位置（Ｐｏｏｌ＿Ｌｙ）、溶融池右端の座標位置（Ｐｏｏｌ＿Ｒｙ）がオペレータにより教示される。溶接情報の入力は、画面上の特定の位置をオペレータが指示することで実行される。溶接ワイヤ２１１とアークの境界を与える座標は、ワイヤ先端の位置座標の一例である。また、溶融池先端左端と、溶融池先端右端と、溶融池左端と、溶融池右端は、溶融池１５の挙動に関する特徴点の一例である。例えば、溶融池左端と溶融池右端の特徴点が分かると、溶融池１５の幅を計算できる。
本実施形態では、予め定めたいずれかの溶融池先端位置とワイヤ先端の位置のＸ方向の差（以降、「Ｌｅａｄ Ｘ」と称する。）を算出し、サンプリングした時系列データと、溶融池先端左端と溶融池先端右端の差（以降、「Ｌｅａｄ Ｗ」と称する。）を算出し、サンプリングした時系列データの２つの時系列データを少なくとも用いればよい。なお、単位時間のサンプリング数は特に問わない。
算出部８１８は例えば、学習装置から出力された特徴点のうち、溶融池先端左端の座標位置（Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｌｘ，Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｌｙ）、溶融池先端右端の座標位置（Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｒｘ，Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｒｙ）、ワイヤ先端の座標位置（ＷｉｒｅＸ，ＷｉｒｅＹ）などを用いる。
算出部８１８はＬｅａｄ Ｘを算出する。例えば溶融池先端位置を右端側とした場合、算出部８１８はＬｅａｄ Ｘを、溶融池先端右端の座標位置とワイヤ先端の座標位置のＸ軸方向の差（「Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｒｘ」－「ＷｉｒｅＸ」）として算出する。
算出部８１８はＬｅａｄ Ｗを算出する。例えば、算出部８１８はＬｅａｄ Ｗを、溶融池先端左端の座標位置と溶融池先端右端の座標位置のＹ軸方向の差（「Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｒｙ」－「Ｐｏｏｌ＿Ｌｅａｄ＿Ｌｙ」）として算出してもよいし、溶融池左端の座標位置（Ｐｏｏｌ＿Ｌｙ）と溶融池右端の座標位置（Ｐｏｏｌ＿Ｒｙ）の差として算出しても良い。
算出部８１８が算出するＬｅａｄ Ｘ及びＬｅａｄ Ｗについて、距離を示す単位はピクセル数であってもよく、「ｍｍ」や「ｃｍ」等の任意の単位にこれを換算してもよい。
Ｌｅａｄ Ｘ及びＬｅａｄ Ｗの時系列データをとることにより、溶融池の状態を判定することができ、判定結果に応じて、任意の溶接条件を補正し、安定状態に戻すよう自動制御を行うことができる。例えば、Ｌｅａｄ Ｘの時系列データを監視し、Ｌｅａｄ Ｘの値が予め定めた閾値より大きくなったタイミングで、溶融池が広がっていると制御装置６００が判定し、アークが開先に当たるよう、溶接速度の上昇又はトーチ角度を後退方向に傾けるように制御してよい。
なお、本実施形態では一例として、ＬｅａｄＸ、ＬｅａｄＷを算出し、その時系列データに基づいて自動溶接を行ったが、ＬｅａｄＸ、ＬｅａｄＷの時系列データに限定されることはない。
＜第１の実施例＞
図１５は、本開示の実施形態に係る溶接についての第１の実施例を示す図である。
第１の実施例は、ギャップが有る状態で、本開示の実施形態に係る溶接ロボット又は制御装置の制御方法に従ってウィービング幅を設定し、実際に溶接を行って外観検査を行った結果を示している。なお、ギャップが有る状態とは、ギャップが溶接ワイヤの線径より大きい場合を意味している。
実施条件は以下のとおりである。まず、溶接ワイヤとしては、ハステロイ系のＮｉ基フラックス入りワイヤを用いた。溶接対象となる鋼板には軟鋼を用いた。溶接姿勢は立向き溶接である。電流・電圧等の溶接条件は、溶接電流：１５０～２００Ａ、アーク電圧：２２～３０Ｖ、溶接速度：５～２８ｃｍ／ｍｉｎの範囲内で最適な値を設定した。
試験番号１から９は実施例であり、試験番号１０から１７は比較例である。施行情報として、開先深さ、余盛、溶接金属高さ、Ｇａｐ１、Ｇａｐ２、平均Ｇａｐの数字を示している。これらの施工情報の単位は、いずれもｍｍである。溶接金属高さは、開先深さと余盛高さの和である。また、タッチセンシングにより、異なる深さの２か所でギャップの値を取得し、Ｇａｐ１及びＧａｐ２としている。平均ＧａｐはＧａｐ１とＧａｐ２の平均値である。
ウィービング幅補正値の算出や、ウィービング幅／Ｇａｐの比を算出するための基準値として、本実施例では平均Ｇａｐを採用した。ただし、深さ方向の各位置におけるギャップ、すなわちＧａｐ１及びＧａｐ２などを基準値として用いて、深さ方向の各位置についてのウィービング幅などを算出してもよい。
補正値であるウィービング幅補正値と、設定又は補正対象であるウィービング幅とを併せて示した。ウィービング幅補正値とウィービング幅の単位は、いずれもｍｍである。
補正値として、図８のステップＳ４で算出したウィービング幅補正値を示している。ウィービング幅の値は、平均Ｇａｐに、ウィービング幅補正値を２倍したものを加算することで得られた値である。なお、ウィービングはギャップの片側の端だけでなく両端まで広がるように行われるため、ウィービング幅補正値の２倍の値が平均Ｇａｐに加算される。図１５の数値は、小数第二位以降については端数処理を行っている。例えば実施例１においては、平均Ｇａｐ＋２×ウィービング幅補正値を計算すると、３．６＋２×２．２＝８．０となり、表記されているウィービング幅の７．９とは見かけ上誤差があるように見えるが、これは端数処理の影響によるものであり、実際には正しく計算されている。
ウィービング幅／Ｇａｐの比は、ウィービング幅を平均Ｇａｐで割り、１００を掛けたものであり、単位は％である。
パラ１とパラ２は、それぞれ、パラメータ１とパラメータ２の略である。パラメータ１は、１４．３×開先深さ＋３５１．５を計算した値であり、このパラメータ１の値が上述の第１の値となる。パラメータ２は、６．８×開先深さ＋１２２．５を計算した値であり、このパラメータ２の値が上述の第２の値となる。
ここで、図１６を参照する。図１６は、本開示の実施形態に対応するプロット図である。プロット図においては、横軸を開先深さとし、縦軸をウィービング幅／平均Ｇａｐとして、各々の実施例及び比較例をプロットしている。〇印は、溶接結果が良好であったものを意味しており、×印は、溶接結果が良好ではなかったものを意味している。
本出願人は、例えば図１５の試験番号１から試験番号１７などのように、施工情報の値を何度も変えながら複数回の溶接を行って、溶接結果の確認を行い、図１６のプロット図を作成した。その結果、〇印が、下側の×印を繋いでできる下側直線と、上側の×印を繋いでできる上側直線との間に挟まるようにプロットされていることがわかった。
下側直線は、ｙ＝６．７７０１ｘ＋１２２．４６である。
上側直線は、ｙ＝１４．３１８ｘ＋３５１．５６である。
なお、ｘは横軸を、ｙは縦軸をそれぞれ表している。
図１５に戻ると、パラメータ１は上側直線に対応する。パラメータ２は下側直線に対応する。なお、パラメータ１及びパラメータ２も少数第二位以降は端数処理を行っている。
図１６のプロット図に基づくと、図１５に記載したウィービング幅／平均Ｇａｐがパラメータ１より小さく、かつパラメータ２より大きいならば、図１６において○印でプロットされる溶接結果が良好なものとなり得る。
上記とは逆に、図１５に記載したウィービング幅／平均Ｇａｐがパラメータ１より大きい箇所の数字と、ウィービング幅／平均Ｇａｐがパラメータ２より小さい箇所の数字を、太字かつアンダーラインで示している。
図１５の溶接結果は、各試験番号の溶接結果をＡ，Ｂ，Ｃで評価したものである。評価Ａは溶接が出来ており、かつビード外観も良好であることを示している。評価Ｂは、溶接は出来ているが、ビード外観が良好とは言えないことを示している。評価Ｃは、そもそも溶接が出来ていなかったものを示している。
図１５から明らかなように、溶接結果の評価がＣであるものについては、ウィービング幅／平均Ｇａｐがパラメータ１より大きいか、又はパラメータ２より小さいものとなっている。すなわち、パラメータ１及びパラメータ２を基準とすれば、実際の試験に基づく溶接結果の評価と合致することになる。
そのため、ギャップが有る場合、すなわちギャップが溶接ワイヤの線径より大きい場合に、ウィービング幅を意味するＷとギャップを意味するＧの比率であるＷ／Ｇが、１４．３×Ａ＋３５１．５の値以下、かつ６．８×Ａ＋１２２．５の値以上となるようにウィービング幅を決定すると好適である。なお、上記Ａは、開先深さ、推定溶接金属高さ－余盛高さ、又は板厚の値である。
なお、上述の実施例においてはパラメータ１及びパラメータ２を「開先深さ」に基づいて算出した。しかし、他の値に基づいてパラメータ１及びパラメータ２を設定してもよい。例えば、「推定溶接金属高さ－余盛高さ」に基づいてパラメータ１及びパラメータ２を設定してもよい。又は、「板厚」に基づいてパラメータ１及びパラメータ２を設定してもよい。すなわち、ギャップが溶接ワイヤの線径より大きい場合に、ウィービング幅を意味するＷとギャップを意味するＧの比率であるＷ／Ｇが、第１の値以下かつ第２の値以上となるようにウィービング幅を算出する。第１の値及び第２の値は、開先深さに基づく値であってよい。第１の値及び第２の値は、推定溶接金属高さ－余盛高さに基づく値であってよい。第１の値及び第２の値は、板厚に基づく値であってよい。
＜第２の実施例＞
図１７は、本開示の実施形態に係る溶接についての第２の実施例を示す図である。
第２の実施例は、ギャップの値が０と設定された場合、即ち、ギャップが無い状態において、本開示の実施形態に係る溶接ロボット又は制御装置の制御方法に従ってウィービング幅を設定し、実際に溶接を行って外観検査を行った結果を示している。なお、ギャップが溶接ワイヤの線径より小さい場合はギャップの値を０として設定している。
実施条件は第１の実施例と同様である。
試験番号１８から２０は実施例である。図１７の各列の意味は図１５と同様であるため詳しい説明は省略する。
ギャップが無い場合であるため、Ｇａｐ１、Ｇａｐ２、及び平均Ｇａｐの値は０としている。そのため、ウィービング幅／Ｇａｐの比は０除算となり意味をなさなくなるため表記していない。ウィービング幅／Ｇａｐの比と対比するパラメータ１及びパラメータ２も表記していない。
溶接結果については、試験番号１８及び２０について評価Ｂ、試験番号１９については評価Ａであった。
図１７に基づくと、ギャップが無い場合、すなわちギャップが溶接ワイヤの線径より小さい場合には、振幅ＤＢなどにおいて予め設定した値に基づいてウィービング幅を決定すると好適である。
以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボット又は制御装置の制御方法であって、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定工程と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正工程と、
を有することを特徴とする、溶接ロボット又は制御装置の制御方法。
この構成によれば、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質を得ることができる。
（２） 板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さのうち少なくとも一つの設定値を閾値として、前記閾値と、前記閾値ごと又は前記閾値間ごとにウィービング幅補正値を定めたＤＢと、を予め記憶装置に記憶しておき、
前記溶接条件設定補正工程においては、
前記施工情報のうち、前記板厚、前記開先深さ、又は前記推定溶接金属高さの値のうちいずれか一つの値と、前記閾値とに基づいて、前記ＤＢから前記ウィービング幅補正値を抽出し、
前記ギャップの値又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値と、前記ウィービング幅補正値とに基づいて、前記ウィービング幅を算出することを特徴とする、（１）に記載の制御方法。
この構成によれば、予め記憶しておいた補正値を用いてウィービング幅を補正することができる。
（３） 前記ウィービング幅の算出が、前記ギャップの値又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅と、前記ウィービング幅補正値との、加算、減算又は乗算のうちいずれか１つを含むことを特徴とする、（２）に記載の制御方法。
この構成によれば、ギャップ又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅と、ウィービング幅補正値との間の、加算、減算及び乗算のうちいずれか１つを用いて柔軟にウィービング幅を算出することができる。
（４） 溶接前の施工情報を検出するセンシング工程をさらに有し、
前記センシング工程においては、センシングの検出結果に基づいて、前記施工情報のうち、前記板厚、前記開先深さ、溶接長、開先角度、及び前記ギャップの値から選ばれる少なくとも一つの値を算出し、
算出された値を、前記施工情報設定工程において設定される設定値として決定することを特徴とする、（１）から（３）のうちいずれか一項に記載の制御方法。
この構成によれば、タッチセンシングなどのセンシングを行って、センシング結果から施工情報を設定することができるので、種々の鋼板の溶接に容易に対応することができる。
（５） 前記溶接条件設定補正工程において、
前記施工情報に基づいて、前記溶接条件の設定又は補正の一つとして、少なくともトーチ角度の条件の設定又は補正を行うことを特徴とする、（１）～（４）のうちいずれか一項に記載の制御方法。
この構成によれば、トーチ角度を設定することにより、アークを鋼板へ届くように制御することができる。
（６） 前記施工情報における溶接姿勢が立向である場合に、前記トーチ角度の条件が後退角の範囲内で設定又は補正されることを特徴とする、（５）に記載の制御方法。
この構成によれば、トーチ角度を下向きすなわち後退角に設定することにより、アークを鋼板へ届くように制御することができる。
（７） センサによって溶接中の溶接現象情報を取得する溶接現象情報取得工程を有し、
前記溶接条件設定補正工程においては、取得した前記溶接現象情報に基づいて、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、（１）から（６）のうちいずれか一項に記載の制御方法。
この構成によれば、取得した溶接現象情報に基づいて溶接中に溶接条件を更新することにより、さらに適切な溶接を行うことができる。
（８） 前記溶接ロボット、前記制御装置、又は、前記溶接ロボットもしくは前記制御装置と通信可能な装置が、前記溶接現象情報を入力データとし、前記溶接現象情報から取得される特徴情報を出力とするように生成された学習済みモデルを有し、
前記溶接条件設定補正工程においては、前記溶接現象情報を入力することにより前記学習済みモデルから出力された特徴情報に基づいて、溶接条件を設定又は補正すること
を特徴とする、（７）に記載の制御方法。
この構成によれば、学習済みモデルを活用して溶接条件を自動設定することができる。
（９） 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する制御装置であって、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
を有することを特徴とする、制御装置。
この構成によれば、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質を得ることができる。
（１０） 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する溶接システムであって、
制御装置と溶接電源とを少なくとも含み、
前記制御装置は、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
を有することを特徴とする、溶接システム。
この構成によれば、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質を得ることができる。
（１１） 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する制御プログラムであって、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
を有することを特徴とする、制御プログラム。
この構成によれば、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質を得ることができる。
（１２） 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接方法であって、
板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定工程と、
溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正工程と、を有し、
前記溶接条件設定補正工程においては、
前記ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値が、前記溶接ワイヤの線径より小さい場合に、予め設定した値に基づいてウィービング幅を算出し、
前記ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値が、前記溶接ワイヤの線径より大きい場合に、前記ウィービング幅を意味するＷと、ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値を意味するＧの比率であるＷ／Ｇが、第１の値以下かつ第２の値以上となるようにウィービング幅を算出することを特徴とする、溶接方法。
ただし、前記第１の値及び前記第２の値は、開先深さ、推定溶接金属高さ－余盛高さ、又は板厚に基づく値である。
この構成によれば、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質を得ることができる。
（１３） 前記施工情報において溶接姿勢が立向である場合に、
前記溶接条件設定補正工程において、前記溶接条件の一つとして、少なくともトーチ角度の条件を後退角の範囲内で設定又は補正することを特徴とする、（１２）に記載の溶接方法。
この構成によれば、溶接姿勢が立向である場合に、トーチ角度を下向きすなわち後退角に設定することにより、アークを鋼板へ届くように制御することができる。
（１４） 前記開先深さ、前記推定溶接金属高さ－余盛高さ、又は前記板厚をＡとする場合に、
前記第１の値が、１４．３×Ａ＋３５１．５であり、
前記第２の値が、６．８×Ａ＋１２２．５であることを特徴とする、（１２）又は（１３）に記載の溶接方法。
この構成によれば、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質を得ることができる。
以上、図面を参照しながら各種の実施形態について説明したが、本開示はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本開示の技術的範囲に属するものと了解される。また、開示の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
特許請求の範囲、明細書、及び図面中において示した装置、システム、プログラム、及び方法における動作、手順、ステップ、及び段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現可能である。特許請求の範囲、明細書、及び図面中の動作フローに関して、便宜上「先ず、」、「次に」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
本開示は、被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なる場合の溶接において、溶着効率の高いＧＭＡＷ方法を用いたとしても、優れた溶接品質を得ることができる制御方法、制御装置、溶接システム、制御プログラム、及び溶接方法に有用である。
１０ 開先
１４ 裏当材
１５ 溶融池
１６ アーク
５０ 溶接システム
１００ 可搬型溶接ロボット
１１０ ロボット本体
１１２ 本体部
１１３ スライド支持部
１１４ 固定アーム部
１１６ 溶接トーチ回転駆動部
１２０ ガイドレール
１３０ トーチ接続部
１３２、１３４ トーチクランプ
１４０ 部材
１５０ ケーブルクランプ
１６０ 両側把手
１６８ 回転軸
１６９ 摺動テーブル
１６９ａ 長溝
１７０ クランク
１７１ 連結ピン
１７２ 固定ピン
１８０ 近似直線移動機構
１８１ Ｘ軸移動機構
１８２ Ｙ軸移動機構
１８３ Ｚ軸移動機構
２００ 溶接トーチ
２１０ ノズル
２１１ 溶接ワイヤ
３００ 送給装置
４００ 溶接電源
４１０、４３０ パワーケーブル
４２０ コンジットチューブ
５００ シールドガス供給源
５１０ ガスチューブ
６００ 制御装置
６０１ データ保持部
６０２ 開先形状情報算出部
６０３ 溶接条件取得部
６０４ 制御部
６１０ ロボット用制御ケーブル
６２０ 電源用制御ケーブル
７００ 視覚センサ
８００ データ処理装置
８１０ 本体
８１４ 不揮発性記憶装置
８１４Ａ 学習プログラム
８１４Ｂ モデル
８１４Ｃ 情報生成プログラム
８１４Ｄ 画像データ
８１５ 入出力インタフェース
８１６ 通信インタフェース
８１７ 映像出力インタフェース
８１８ 算出部
８２０ 入力部
８３０ 表示部

Claims (11)

  1. 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボット又は制御装置の制御方法であって、
    板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定工程と、
    溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正工程と、
    を有し、
    板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さのうち少なくとも一つの設定値を閾値として、前記閾値と、前記閾値ごと又は前記閾値間ごとにウィービング幅補正値を定めたＤＢと、を予め記憶装置に記憶しておき、
    前記溶接条件設定補正工程においては、
    前記施工情報のうち、前記板厚、前記開先深さ、又は前記推定溶接金属高さの値のうちいずれか一つの値と、前記閾値とに基づいて、前記ＤＢから前記ウィービング幅補正値を抽出し、
    前記ギャップの値又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値と、前記ウィービング幅補正値とに基づいて、前記ウィービング幅を算出することを特徴とする、溶接ロボット又は制御装置の制御方法。
  2. 前記ウィービング幅の算出が、前記ギャップの値又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅と、前記ウィービング幅補正値との、加算、減算又は乗算のうちいずれか１つを含むことを特徴とする、請求項１に記載の制御方法。
  3. 溶接前の施工情報を検出するセンシング工程をさらに有し、
    前記センシング工程においては、センシングの検出結果に基づいて、前記施工情報のうち、前記板厚、前記開先深さ、溶接長、開先角度、及び前記ギャップの値から選ばれる少なくとも一つの値を算出し、
    算出された値を、前記施工情報設定工程において設定される設定値として決定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御方法。
  4. 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボット又は制御装置の制御方法であって、
    板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定工程と、
    溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正工程と、
    を有し、
    前記溶接条件設定補正工程において、
    前記施工情報に基づいて、前記溶接条件の設定又は補正の一つとして、少なくともトーチ角度の条件の設定又は補正を行い、
    前記施工情報における溶接姿勢が立向である場合に、前記トーチ角度の条件が後退角の範囲内で設定又は補正されることを特徴とする、溶接ロボット又は制御装置の制御方法。
  5. センサによって溶接中の溶接現象情報を取得する溶接現象情報取得工程を有し、
    前記溶接条件設定補正工程においては、取得した前記溶接現象情報に基づいて、前記溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、請求項１又は２に記載の制御方法。
  6. 前記溶接ロボット、前記制御装置、又は、前記溶接ロボットもしくは前記制御装置と通信可能な装置が、前記溶接現象情報を入力データとし、前記溶接現象情報から取得される特徴情報を出力とするように生成された学習済みモデルを有し、
    前記溶接条件設定補正工程においては、前記溶接現象情報を入力することにより前記学習済みモデルから出力された特徴情報に基づいて、溶接条件を設定又は補正することを特徴とする、請求項５に記載の制御方法。
  7. 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する制御装置であって、
    板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
    溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
    を有し、
    板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さのうち少なくとも一つの設定値を閾値として、前記閾値と、前記閾値ごと又は前記閾値間ごとにウィービング幅補正値を定めたＤＢと、を予め記憶装置に記憶しておき、
    前記溶接条件設定補正機能においては、
    前記施工情報のうち、前記板厚、前記開先深さ、又は前記推定溶接金属高さの値のうちいずれか一つの値と、前記閾値とに基づいて、前記ＤＢから前記ウィービング幅補正値を抽出し、
    前記ギャップの値又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値と、前記ウィービング幅補正値とに基づいて、前記ウィービング幅を算出することを特徴とする、制御装置。
  8. 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する溶接システムであって、
    制御装置と溶接電源とを少なくとも含み、
    前記制御装置は、
    板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
    溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
    を有し、
    板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さのうち少なくとも一つの設定値を閾値として、前記閾値と、前記閾値ごと又は前記閾値間ごとにウィービング幅補正値を定めたＤＢと、を予め記憶装置に記憶しておき、
    前記溶接条件設定補正機能においては、
    前記施工情報のうち、前記板厚、前記開先深さ、又は前記推定溶接金属高さの値のうちいずれか一つの値と、前記閾値とに基づいて、前記ＤＢから前記ウィービング幅補正値を抽出し、
    前記ギャップの値又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値と、前記ウィービング幅補正値とに基づいて、前記ウィービング幅を算出することを特徴とする、溶接システム。
  9. 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接ロボットを制御する制御プログラムであって、
    板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定機能と、
    溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正機能と、
    を有し、
    板厚、開先深さ又は推定溶接金属高さのうち少なくとも一つの設定値を閾値として、前記閾値と、前記閾値ごと又は前記閾値間ごとにウィービング幅補正値を定めたＤＢと、を予め記憶装置に記憶しておき、
    前記溶接条件設定補正機能においては、
    前記施工情報のうち、前記板厚、前記開先深さ、又は前記推定溶接金属高さの値のうちいずれか一つの値と、前記閾値とに基づいて、前記ＤＢから前記ウィービング幅補正値を抽出し、
    前記ギャップの値又は予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値と、前記ウィービング幅補正値とに基づいて、前記ウィービング幅を算出することを特徴とする、制御プログラム。
  10. 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接方法であって、
    板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定工程と、
    溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正工程と、を有し、
    前記溶接条件設定補正工程においては、
    前記ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値が、前記溶接ワイヤの線径より小さい場合に、予め設定した値に基づいてウィービング幅を算出し、
    前記ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値が、前記溶接ワイヤの線径より大きい場合に、前記ウィービング幅を意味するＷと、ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値を意味するＧの比率であるＷ／Ｇが、第１の値以下かつ第２の値以上となるようにウィービング幅を算出し、
    前記施工情報において溶接姿勢が立向である場合に、
    前記溶接条件設定補正工程において、前記溶接条件の一つとして、少なくともトーチ角度の条件を後退角の範囲内で設定又は補正することを特徴とする、溶接方法。
    ただし、前記第１の値及び前記第２の値は、開先深さ、推定溶接金属高さ－余盛高さ、又は板厚に基づく値である。
  11. 被溶接材に開先が設けられ、前記被溶接材と溶接ワイヤの組成が異なり、かつ前記溶接ワイヤが５％以上のＮｉを含む場合のＧＭＡＷに関する、溶接方法であって、
    板厚、開先深さ及び推定溶接金属高さのうち少なくとも一つと、ギャップ及び予め算出した層高さの中央位置における開先幅のうち少なくとも１つと、を含む施工情報を設定する施工情報設定工程と、
    溶接前又は溶接中に、前記施工情報に基づいてウィービング幅を算出し、少なくとも前記ウィービング幅を含む溶接条件の設定又は補正を行う、溶接条件設定補正工程と、を有し、
    前記溶接条件設定補正工程においては、
    前記ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値が、前記溶接ワイヤの線径より小さい場合に、予め設定した値に基づいてウィービング幅を算出し、
    前記ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値が、前記溶接ワイヤの線径より大きい場合に、前記ウィービング幅を意味するＷと、ギャップの値又は前記予め算出した層高さの中央位置における開先幅の値を意味するＧの比率であるＷ／Ｇが、第１の値以下かつ第２の値以上となるようにウィービング幅を算出し、
    前記開先深さ、前記推定溶接金属高さ－余盛高さ、又は前記板厚をＡとする場合に、
    前記第１の値が、１４．３×Ａ＋３５１．５であり、
    前記第２の値が、６．８×Ａ＋１２２．５であることを特徴とする、溶接方法。
    ただし、前記第１の値及び前記第２の値は、開先深さ、推定溶接金属高さ－余盛高さ、又は板厚に基づく値である。
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