WO2020039948A1 - 溶接制御装置、表示制御装置、溶接システム、溶接制御方法及びプログラム - Google Patents

Abstract

ルートギャップを有する開先をアーク溶接する際における溶接条件を制御する溶接制御装置は、開先に形成される溶融部を撮像する画像から、溶接が進行する方向についての溶融部の先端の位置を検出する第１の検出手段と、ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する第２の検出手段と、端部の位置と溶融部の先端の位置との関係を判定する判定手段と、判定の結果に応じて溶接条件を制御する制御手段とを有する。

Description

溶接制御装置、表示制御装置、溶接システム、溶接制御方法及びプログラム

　本発明は、溶接制御装置、表示制御装置、溶接システム、溶接制御方法及びプログラムに関する。

　近年、様々な業種の溶接工程において自動化が進められているが、ルートギャップを有する開先のアーク溶接においては、ギャップ幅、目違い、熱変形によるワーク形状変化に加え、シールドガス不良、磁気吹き等の外乱も生じ、自動化は困難とされてきた。
　上記課題に対し、従来は、レーザーセンサや視覚センサを用いたビジュアルセンシングが用いられている。
　例えば特許文献１には、以下の事項が記載されている。すなわち、被溶接材の溶融池及びその近傍を視覚センサで撮像し、撮像した画像から溶融池の輪郭を抽出すること。抽出した輪郭から溶融池の左側の先端点である左端点と右側の先端点である右端点を抽出し、抽出した左端点の座標と右端点の座標から溶融池の先端部の幅を算出すること。算出した溶融池の先端部の幅からルートギャップの変化量を算出し、算出したルートギャップの変化量に基づいてトーチ揺動幅の制御量と溶接速度の制御量を算出すること。算出したトーチ揺動幅と溶接速度の制御量で揺動幅と溶接速度を制御すること。この制御手法を採用すれば、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接かＧＭＡ（Gas Metal Arc）溶接かを問わず、ルートギャップが変わっても、良好な裏ビード形状とビード品質が安定して得られること、がそれぞれ記載されている。

　また、特許文献２には、以下の各工程を実行する溶接方法及び溶接装置が記載されている。溶接部に開先を設けた複数の被溶接材を互いに接触して配置する工程。複数の被溶接材の溶接部に電極及びフィラーを近接させ、溶接部の近傍でフィラーを溶融する工程。複数の被溶接材の開先を設けた面において、第１の撮像手段を用いて溶融池、電極、フィラーを被写体として撮像し、得られた画像に画像処理を施し、第１の情報を抽出する工程。複数の被溶接材の開先を設けた面の反対側の面において、第２の撮像手段を用いて裏波ビード、赤熱部を被写体として撮像し、得られた画像に画像処理を施し、第２の情報を抽出する工程。第１の情報及び第２の情報に基づき、溶接条件を制御する工程。上記工程を実行することにより、確実に裏波ビードを出すことができると記載されている。

日本国特開２００６－２８１２８２号公報 日本国特開２０１５－９８０３１号公報

　特許文献１に記載の手法は、視覚センサで撮像した画像から溶融池の先端の左端点と右端点を抽出することで溶融池の先端部の幅を算出し、その後、算出された幅から理想的な幅を差し引くことで求めたルートギャップの変化量のみで搖動幅と溶接速度を制御している。ただし、溶融池の先端の左端点と右端点は、磁気吹き等の外乱、アーク電圧や溶融池の物性等によって刻々と変化し、単純にルートギャップが大きいほど溶融池の先端部の幅が増大するとは限らない。また、より精度良く裏波ビードの良否を判定し、溶接条件を制御するためには、ルートギャップの変化量だけではなく、そのルートギャップにおいて裏波ビードが妥当であるかどうかの判定が必要となる。

　特許文献２に記載の手法は、被溶接材の開先を設けた面に設けた第１の撮像手段を用いて溶融池等を被写体として撮像する一方、その反対側の面に設けた第２の撮像手段を用いて裏波ビードと赤熱部を被写体として撮像し、得られた画像情報を用いて溶接条件を制御している。ただし、第２の撮像手段を用いて裏波ビードと赤熱部を撮像することにより、ルートギャップの裏波ビードが妥当であるかどうかを判定する方法では、被溶接材の開先を設けた面の反対面に第２の撮像手段を設ける必要があり、溶接装置が複雑化し、汎用的であるとは言えない。

　本発明の目的は、ルートギャップの目違い、熱変形等のワーク形状の変化又は磁気吹き等の外乱が生じた場合でも、良好な裏波ビード得ることができるようにすることである。

　本発明は、ルートギャップを有する開先をアーク溶接する際における溶接条件を制御する溶接制御装置において、開先に形成される溶融部を撮像する画像から、溶接が進行する方向についての溶融部の先端の位置を検出する第１の検出手段と、ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する第２の検出手段と、端部の位置と溶融部の先端の位置との関係を判定する判定手段と、判定の結果に応じて溶接条件を制御する制御手段とを有する溶接制御装置を提供する。
　ここで、第２の検出手段は、溶融部を撮像する画像からルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する、ものであってもよい。その際、溶融部の先端の位置と、ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置は、画像上に予め定めた基準点を基準に与えられる、ものであってもよい。
　また、溶接条件は、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度、電極位置、ワイヤ挿入位置及びウィービング条件のうちのいずれか１つ又は複数であってもよい。

　また、判定手段は、被溶接物の表面における、溶接進行方向及び被溶接物の厚さ方向に直交する開先の幅方向に関して、一方の側に位置する被溶接物における端部と、溶融部の一方の側の先端との位置関係、及び一方の側と反対の他方の側に位置する被溶接物における端部と、溶融部の他方の側の先端との位置関係の両方又は一方を判定する、ものであってもよい。換言すれば、判定手段は、溶接が進行する方向について左側に位置する被溶接物における端部に対する溶融部の左側の先端の位置の関係、及び、溶接が進行する方向について右側に位置する被溶接物における端部に対する溶融部の右側の先端の位置の関係の両方又は一方を判定する、ものであってもよい。
　さらに、判定手段は、開先の幅方向に関して、一方の側に位置する溶融部の先端が、一方の側に位置する被溶接物における端部の近傍の範囲内に位置するか、その近傍の範囲から更に一方の側へ超えて位置するか、その近傍の範囲から更に他方の側に超えて位置するか、及び、溶融部の他方の側に位置する溶融部の先端が、他方の側に位置する被溶接物における端部の近傍の範囲内に位置するか、その近傍の範囲から更に他方の側へ超えて位置するか、その近傍の範囲から更に一方の側に超えて位置するか、の両方又は一方を判定する、ものであってもよい。換言すれば、判定手段は、溶接が進行する方向について溶融部の左側に位置する先端が、溶接が進行する方向について左側に位置する被溶接物における端部の近傍の範囲内に位置するか、近傍の範囲を越えて左側に位置するか、近傍の範囲を越えて右側に位置するか、及び、溶接が進行する方向について溶融部の右側に位置する先端が、溶接が進行する方向について右側に位置する被溶接物における端部の近傍の範囲内に位置するか、近傍の範囲を越えて右側に位置するか、近傍の範囲を越えて左側に位置するか、の両方又は一方を判定する、ものであってもよい。

　また、制御手段は、被溶接物の表面における、溶接進行方向及び被溶接物の厚さ方向に直交する開先の幅方向に関して、一方の側に位置する被溶接物における端部と、溶融部の一方の側に位置する先端との距離、及び、一方の側と反対の他方の側に位置する被溶接物における端部と、溶融部の他方の側の先端との距離の両方又は一方に応じて、溶接条件の補正量を決定する、ものであってもよい。換言すれば、制御手段は、溶接が進行する方向について左側に位置する被溶接物における端部と溶融部の左側の先端との距離、及び、溶接が進行する方向について右側に位置する被溶接物における端部と溶融部の右側の先端との距離の両方又は一方に応じて、溶接条件の補正量を決定する、ものであってもよい。
　また、制御手段は、判定の結果と溶接条件の関係を学習したモデルに基づいて、溶接条件を制御する、ものであってもよい。
　また、第１の検出手段は、溶融部を撮像する画像と溶融部の先端の位置との関係を学習した第１のモデルに基づいて、新規に与えられる画像から先端の位置を検出し、第２の検出手段は、画像とルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置との関係を学習した第２のモデルに基づいて、新規に与えられる画像から端部の位置を検出する、ものであってもよい。

　また、溶融部を撮像する際における単位時間当たりの透過光量又は波長域を溶接電流に応じて変更する、ものであってもよい。
　また、溶融部の先端として検出された位置を示す記号と、ルートギャップを規定する端部として検出された位置を示す直線とを、溶融部を撮像する画像上に重ねて表示させる表示制御手段を更に有する、ものであってもよい。そして、記号は、新たに溶融部の先端が検出されるたびに検出された位置に表示される、ものであってもよい。
　また、端部の位置と溶融部の先端の位置との関係を予め定めた基準で評価した結果を、端部に対応付けて時系列に表示させる表示制御手段を更に有する、ものであってもよい。

　また、本発明は、ルートギャップを有する開先のアーク溶接中に撮像される、開先に形成される溶融部の画像を表示部に表示させる表示制御装置において、画像から検出された、溶接が進行する方向についての溶融部の先端の位置を示す記号と、ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を示す直線と、を画像に重ねて表示させる表示制御部を有する表示制御装置を提供する。
　また、本発明は、被溶接物をアーク溶接する溶接装置と、ルートギャップを有する開先に形成される溶融部を撮像可能な位置に取り付けられた視覚センサと、溶接装置の動きを規定する溶接条件を制御する溶接制御装置とを有する溶接システムにおいて、溶接制御装置は、視覚センサで撮像された画像から、溶接が進行する方向についての溶融部の先端の位置を検出する第１の検出手段と、ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する第２の検出手段と、端部の位置と溶融部の先端の位置との関係を判定する判定手段と、判定の結果に応じて溶接条件を制御する制御手段と、を有する溶接システムを提供する。

　また、本発明は、ルートギャップを有する開先をアーク溶接する際における溶接条件を制御する溶接制御方法において、開先に形成される溶融部を撮像する画像から、溶接が進行する方向についての溶融部の先端の位置を検出する工程と、ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する工程と、端部の位置と溶融部の先端の位置との関係を判定する工程と、判定の結果に応じて溶接条件を制御する工程と、を含む溶接制御方法を提供する。
　また、本発明は、ルートギャップを有する開先をアーク溶接する際における溶接条件を制御する溶接制御装置に用いられるプログラムであって、開先に形成される溶融部を撮像する画像から、溶接が進行する方向についての溶融部の先端の位置を検出する機能と、ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する機能と、端部の位置と溶融部の先端の位置との関係を判定する機能と、判定の結果に応じて溶接条件を制御する機能と、を溶接制御装置に実現させるためのプログラムであってもよい。

　本発明によれば、ルートギャップの目違い、熱変形等のワーク形状の変化又は磁気吹き等の外乱が生じた場合でも、良好な裏波ビードを維持することができる。

実施の形態に係る溶接システムの構成例を示す全体構成図である。 アーク溶接する部位を視覚センサで撮像した画像の例を示す写真である。 溶接制御装置を構成する各部の構成を説明するブロック構成図である。 特徴量抽出部による特徴量の抽出例を示す説明図である。 フィラーワイヤの溶融が適量である場合示す説明図である。 フィラーワイヤの溶融が不適切である場合の例を示す説明図である。 フィラーワイヤの溶融の判定がつかない場合の例を示す説明図である。 フィラーワイヤの溶融が不適切である場合の例を示す説明図である。 本実施の形態における溶接システムが良好な裏波ビードを得るための溶接制御方法の一例を示すフローチャートである。 処理画像として切り出される範囲の例を示す説明図である。 速度制御モードの設定が有効である場合に実行される制御の詳細を説明するフローチャートである。 電流制御モードの設定が有効である場合に実行される制御の詳細を説明するフローチャートである。 ワイヤ制御モードの設定が有効である場合に実行される制御の詳細を説明するフローチャートである。 視覚センサによって撮像された画像に、特徴量抽出部によって抽出された左端点と対応する左エッジ線を重ねて表示する画面の例を示す説明図である。 視覚センサによって撮像された画像に、特徴量抽出部によって抽出された右端点と対応する右エッジ線を重ねて表示する画面の例を示す説明図である。 判定部の判定の結果をルートギャップの左エッジと右エッジに対応付けて表示する画面の例を示す説明図である。 学習装置を有する溶接制御装置の構成例を説明する説明図である。 特徴量抽出部が、視覚センサから入力された画像を学習モデルに適用し、特徴量を抽出するまでの処理過程を示す説明図である。 判定部が、視覚センサから入力された画像を学習モデルに適用し、４種類の判定結果のいずれかを出力するまでの処理過程を示す説明図である。

　以下、本発明の実施の形態について説明する。
　本実施の形態では、非消耗電極を使用する溶接システムの一例であるＴＩＧ溶接システムについて説明する。以下では、単に溶接システム１という。
　なお、本発明は、本実施の形態で説明する構成に限定されない。例えば消耗電極を使用する溶接システムの一例であるＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接システムにも、本発明を応用することが可能である。

＜溶接システムの全体構成＞
　図１は、実施の形態に係る溶接システム１の構成例を示す全体構成図である。
　溶接システム１は、被溶接材をアーク溶接する溶接装置１０と、溶接装置１０の動きを規定する溶接条件を制御する溶接制御装置２０とを有している。被溶接材は、被溶接物の一例である。図１に示す溶接装置１０は、溶接部位に対して溶接が進行する方向の前方に配置された視覚センサ１１と、ＴＩＧ電極を有する溶接トーチ１２と、フィラーワイヤ１３用の不図示のワイヤリールと、フィラーワイヤ１３を送給する不図示の送給機と、フィラーワイヤ１３を支持するコンジットケーブル１４とを有する。以下、上記の溶接が進行する方向を「溶接方向」、溶接の進行方向の前方を「溶接方向前方」という。

　溶接装置１０は、台車であるキャリッジ３０に搭載されており、キャリッジ３０とともにレール３１に沿って移動する。図１の場合、レール３１は、溶接方向と平行に設置されている。本実施の形態における溶接装置１０は、アーク溶接する部位に開先を設けた一対の被溶接材５０が不図示のルートギャップを挟んで配置されている。図１の場合、一対の被溶接材５０のうちの一方はＹ軸方向である紙面奥側に並んで配置されている。ルートギャップは、一対の被溶接材の間に設けられる隙間を意味する。図１の場合、溶接方向はＸ軸の方向である。本実施の形態では、アーク溶接される部位を溶接線ともいう。本実施の形態の溶接線が延長する方向は、Ｘ軸と平行である。なお、Ｚ軸は上下方向に対応する。

　本実施の形態における溶接制御装置２０は、視覚センサ１１で撮像された画像を処理し、溶接装置１０の溶接条件を制御する。ここでの視覚センサ１１は１つであり、裏波ビードを撮像する視覚センサは用いない。本実施の形態における溶接制御装置２０は、プログラムを実行するコンピュータとして構成される。この他、溶接システム１には、アーク１６を発生する電圧を電極に印加する溶接電源４０と、溶接装置１０内に冷却水を循環させる不図示の冷却水循環器も配置されている。また、溶接システム１には、図３に示されている、溶接条件の入力や、溶接装置を構成する各駆動部のマニュアル操作等ができる教示器１７を設置しても良い。教示器１７は、溶接装置１０の内部に設置してもよいし、溶接装置１０の外部に設置してもよい。例えば教示器１７は、キャリッジ３０上に設置してもよい。

＜溶接装置１０の構成＞
　図１に示す溶接装置１０は、ＴＩＧ電極を保持する溶接トーチ１２と、フィラーワイヤ１３を支持するコンジットケーブル１４とを備えている。
　ここでは、Ｘ軸と平行な溶接線に直交し、被溶接材の表面に平行な開先の幅方向を左右方向とも呼ぶ。左右方向はＹ軸方向に相当する。
　溶接トーチ１２は、Ｘ軸と平行な溶接線に直交するＹ軸方向と、Ｘ軸とＹ軸で規定される平面に対して垂直なＺ軸方向とにスライドさせる２軸スライダ１５に支持されている。また、溶接装置１０は、被溶接材５０にフィラーワイヤ１３を供給する不図示のワイヤリールを備えている。

＜溶接トーチ１２の構成＞
　溶接トーチ１２は、ＴＩＧ電極を有している。このＴＩＧ電極に溶接電源４０から電圧を印加することでアーク１６を発生させる。
　図１の例では、１つのキャリッジ３０に１つの溶接トーチ１２を搭載しているが、複数の溶接トーチ１２を設置しても良い。２軸スライダ１５は、溶接トーチ１２を支持する。２軸スライダ１５は、溶接トーチ１２をＹ軸方向にスライドする横スライド部と、溶接トーチ１２をＺ軸方向にスライドする縦スライド部とを有している。Ｙ軸方向は、ワークの表面に対して平行な開先の幅方向と一致する。横スライド部は、溶接トーチ１２をオシレートするようにスライドする。Ｚ軸方向は、被溶接材５０の厚さ方向である。横スライド部及び縦スライド部は、不図示のモータの動力を伝達する動力伝達機構などを有しており、ＴＩＧ電極をＹ軸方向及びＺ軸方向にそれぞれ自動でスライドさせることも可能であるし、溶接の途中にＴＩＧ電極をウィービング動作させることも可能である。なお、複数の溶接トーチ１２を用いる場合、溶接トーチ１２と溶接トーチ１２の間の距離、すなわち極間距離は、５０～４００ｍｍであることが好ましい。極間距離を５０ｍｍ以上とすることで、より入熱を抑制することができる。また、極間距離を４００ｍｍ以下とすることで、裏波ビードの外観がより良好となり、溶接条件の制御が容易になる。

＜キャリッジ３０とレール３１の構成＞
　キャリッジ３０は、図１に示すように、レール３１に沿ってＸ軸方向、言い換えれば溶接線の方向に対して平行に走行する。キャリッジ３０の走行により、溶接装置１０の全体がＸ軸方向に移動する。

＜視覚センサ１１の構成＞
　本実施の形態の場合、視覚センサ１１は、溶接トーチ１２よりも溶接が進行する方向側に設置されている。換言すると、視覚センサ１１は、溶接トーチ１２よりも溶接方向前方に設置されている。図２は、アーク溶接する部位を視覚センサ１１で撮像した画像１００の例を示す写真である。
　画像１００には、溶融部１０１とその周囲の非溶融部１０２が含まれている。溶融部１０１は、溶融したフィラーワイヤ１３によって形成される。以下では、溶融部１０１を溶融池ともいう。非溶融部１０２は、ルートギャップのＹ軸方向に関して一方の側となる左側に位置する被溶接材５０Ｌの開先部分、ルートギャップのＹ軸方向に関して他方の側となる右側に位置する被溶接材５０Ｒの開先部分、ルートギャップの非溶融部分を含んでいる。なお、画像１００には、溶接トーチ１２、フィラーワイヤ１３、コンジットケーブル１４も写り込んでいる。

　本実施の形態の場合、視覚センサ１１は、フィラーワイヤ１３を支持するコンジットケーブル１４と溶接トーチ１２の間の空間に配置されている。視覚センサ１１の種類は特に問わないが、紫外線域から赤外線域の広波長域にわたって撮像が可能であり、ダイナミックレンジが広いほど好ましい。本実施の形態の場合、視覚センサ１１の取り付け位置は固定であり、視覚センサ１１により画像１００が撮像される範囲もおおよそ固定されている。もっとも、撮像される範囲を固定せず、例えば溶接トーチ１２のウィービングに合わせて、撮像される範囲をズームアップ、近接、又は、搖動しても良い。

　ところで、アーク１６の輝度は、溶接電流によって変化する。輝度が変化すると、視覚センサ１１により撮像される画像１００において、ルートギャップを規定する被溶接材５０Ｌ及び５０Ｒの端部や溶融池の先端部の形状の認識が困難となる。このため、溶接電流に応じたシャッタースピード、しぼり、ＮＤ（Neutral Density）フィルター、バンドパスフィルター、ショートパスフィルター、ロングパスフィルター等を使用し、入射する単位時間当たりの光の量又は波長を調整することが好ましい。
　なお、シャッタースピード、しぼり、ＮＤフィルターは、視覚センサ１１に入射する光の量に影響し、バンドパスフィルター、ショートパスフィルター、ロングパスフィルターは、視覚センサ１１が得ることができる波長に影響する。例えば溶接電流が２００Ａ未満の場合は、視覚センサ１１が得る光量を予め定めた波長または波長域に対し１５～９５％の範囲内、すなわち、入ってくる光量を１００とした場合、視覚センサ１１が得る光量が１５～９５で透過させるようにシャッタースピード、しぼり、ＮＤフィルター等を調整することが好ましい。例えば溶接電流が２００Ａ～４００Ａの場合は、視覚センサ１１が得る光量を予め定めた波長または波長域に対し５～９０％の範囲内、すなわち、入ってくる光量を１００とした場合、視覚センサ１１が得る光量が５～９０で透過させるようにシャッタースピード、しぼり、ＮＤフィルター等を調整することが好ましい。例えば溶接電流が５００Ａを超える場合は、視覚センサ１１が得る光量を予め定めた波長または波長域に対し０．５～８５の範囲内、すなわち、入ってくる光量を１００とした場合、視覚センサ１１が得る光量が０．５～８５で透過させるようにシャッタースピード、しぼり、ＮＤフィルター等を調整することが好ましい。また、視覚センサ１１に入射する波長または波長域は、例えば５００～１２００ｎｍの範囲内から選択されることが好ましい。より好ましくは、視覚センサ１１が得る光量が、溶接条件の制御に合わせて自動的に調整されると良い。また、撮像される画像１００中の任意の部位の輝度値を計測し、予め定めた設定輝度値に制御するような自動調整を行っても良い。なお、任意の部位とは、例えば溶融池が挙げられる。

＜溶接制御装置２０の構成＞
　本実施の形態の場合、溶接制御装置２０（図１参照）は、キャリッジ３０（図１参照）に搭載される溶接装置１０（図１参照）とは離れて設けられており、溶接装置１０を構成する各部の動作の制御、溶接条件の制御、及び視覚センサ１１によって撮像された画像を処理、演算又は判定し、溶接条件の補正量を出力する制御等を行う。
　溶接装置１０を構成する各部の動作の制御には、例えば予め設定された溶接条件に合わせて、ウィービング条件に寄与する２軸スライダによるスライド、キャリッジ３０の移動速度である溶接速度、フィラーワイヤ１３の供給速度等の動作を制御する。なお、全ての制御を一つの制御盤で実行しても良いが、用途ごとに溶接制御装置２０を分割しても良い。また、溶接制御装置２０は、溶接条件を記憶して出力する制御を含む。

　図３は、溶接制御装置２０を構成する各部の構成を説明するブロック構成図である。
　溶接制御装置２０は、記憶部２０１、画像入力部２０２、画像処理部２０３、特徴量抽出部２０４、判定部２０５、補正量演算部２０６、溶接装置Ｉ／Ｆ処理部２０７、溶接電源Ｉ／Ｆ処理部２０８を含む。記憶部２０１は、例えば教示器１７等から予め設定された溶接条件を記憶する。記憶される溶接条件には、例えば溶接電流、アーク電圧、キャリッジ３０の移動速度である溶接速度、フィラーワイヤ１３の送給速度、ウィービング条件、被溶接材５０Ｌ及び５０Ｒの条件等がある。ウィービング条件には、例えばオシレート速度、オシレート停止時間、オシレート幅、反転高さ、シフト量等の情報がある。被溶接材５０Ｌ及び５０Ｒの条件には、例えば板厚、開先の形状、開先の角度、ルートギャップ等の情報がある。

　画像入力部２０２には、視覚センサ１１で撮像された画像が入力される。
　画像処理部２０３は、入力された画像のエッジを強調する前処理、処理部分の抽出などを実行する。エッジ強調前処理では、例えばノイズ除去、鮮鋭化、二値化等が実行される。処理部分の抽出では、例えば処理画像の切り出し、範囲の指定、中心点や中心軸の設定等が実行される。
　特徴量抽出部２０４は、画像処理部２０３で処理された後の画像１００の中から予め定めた特徴量の抽出を実行する。
　図４は、特徴量抽出部２０４（図３参照）による特徴量の抽出例を示す説明図である。特徴量を抽出する前の画像１００は図２の画像１００に対応する。
　本実施の形態の場合、特徴量抽出部２０４は、特徴量として、ルートギャップの左端を規定する左エッジ線１１１Ｌ、ルートギャップの右端を規定する右エッジ線１１１Ｒ、溶融部１０１のうち溶接が進行する方向に成長する左側の先端である左端点１１２Ｌと右側の先端である右端点１１２Ｒを抽出する。溶融部１０１は、被溶接材５０Ｌ及び５０Ｒのうち開先が形成されている壁面の近傍に形成される。
　ここでの特徴量抽出部２０４は、第１の検出手段の一例であるとともに第２の検出手段の一例でもある。

　判定部２０５（図３参照）は、特徴量抽出部２０４で抽出された左エッジ線１１１Ｌに対する左端点１１２Ｌの位置の関係と、特徴量抽出部２０４で抽出された右エッジ線１１１Ｒに対する右端点１１２Ｒの位置の関係とに基づいて、裏面側に形成される裏波ビードの良否を判定する。ここでの判定部２０５は、判定手段の一例である。図５Ａ～図５Ｄは、判定部２０５による判定方法の一例を示す説明図である。図５Ａ～図５Ｄでは、左エッジ線１１１Ｌと左端点１１２Ｌとの関係を示している。右エッジ線１１１Ｒと右端点１１２Ｒとの関係も同様に判定することが可能である。図５Ａは、フィラーワイヤ１３（図１参照）の溶融が適量である場合を示す説明図である。図５Ａ中の破線は、左エッジ線１１１Ｌを基準位置とした判定用の境界位置を示している。本実施の形態の場合、Ｙ軸の方向についての破線と破線の間の距離をＤとする。距離Ｄは予め与えられる。図５Ａでは、左エッジ線１１１Ｌに対して左右方向に０．５Ｄ以内に左端点１１２Ｌが位置している。

　図５Ｂは、フィラーワイヤ１３（図１参照）の溶融が不適切である場合の例を示す説明図である。図５Ｂでは、左端点１１２Ｌが、左エッジ線１１１Ｌから左方向に１．５Ｄ以上離れている。
　図５Ｃは、フィラーワイヤ１３（図１参照）の溶融の判定がつかない場合の例を示す説明図である。図５Ｃでは、左端点１１２Ｌが、左エッジ線１１１Ｌから左方向に０．５以上１．５Ｄ未満離れている。
　図５Ｄは、フィラーワイヤ１３（図１参照）の溶融が不適切である場合の例を示す説明図である。図５Ｄでは、左端点１１２Ｌが、左エッジ線１１１Ｌから右方向に１．５Ｄ以上離れている。
　なお、図５Ａ～図５Ｄにおいて、左方向はルートギャップから離れる方向であり、右方向はルートギャップの中心線に近づく方向である。

　補正量演算部２０６（図３参照）は、判定部２０５（図３参照）の判定の結果に応じた補正量を計算する。例えば左エッジ線１１１Ｌと左端点１１２Ｌの位置の関係が図５Ｂ又は図５Ｄに示す関係にあり、現状の裏波ビードの状態が不良と判定された場合、補正量演算部２０６は、溶接条件の補正量を算出する。
　補正量演算部２０６は、例えば溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度、電極位置、ワイヤ挿入位置及びウィービング条件のうちのいずれか１つ又は複数について溶接条件の補正量を算出することが好ましい。
　溶接装置Ｉ／Ｆ処理部２０７（図３参照）及び溶接電源Ｉ／Ｆ処理部２０８（図３参照）には、記憶部２０１（図３参照）に記憶されている溶接条件と、補正量演算部２０６によって算出された補正量が入力される。溶接装置Ｉ／Ｆ処理部２０７は、入力された溶接条件と補正量に基づいて及び溶接装置１０に出力する溶接条件指令を生成する。溶接電源Ｉ／Ｆ処理部２０８は、入力された溶接条件と補正量に基づいて溶接電源４０に出力する溶接条件指令を生成する。
　なお、補正量演算部２０６、溶接装置Ｉ／Ｆ処理部２０７及び溶接電源Ｉ／Ｆ処理部２０８は、溶接条件を制御する制御手段の一例である。

　表示制御部２０９（図３参照）は、判定部２０５の判定の結果を表示部２１０（図３参照）の画面上に表示する処理を実行する。例えば表示制御部２０９は、視覚センサ１１で撮像された画像１００に重ねて、特徴量抽出部２０４で抽出された溶融池の先端点と、ルートギャプの端部を規定する直線とを表示する。例えば左端点１１２Ｌと対応する左エッジ線１１１Ｌが画像１００に重ねて表示される。又は、右端点１１２Ｒと対応する右エッジ線１１１Ｒが画像１００に重ねて表示される。この表示は、特徴量の抽出と並行して表示される。
　また、表示制御部２０９は、判定部２０５の判定の結果、すなわち溶接の良否を表す情報を左端点１１２Ｌ及び右端点１１２Ｒに対応付けて表示する。本実施の形態では、左端点１１２Ｌ及び右端点１１２Ｒのそれぞれについて、判定の結果を時系列に表示する。ここでの表示制御部２０９は、表示制御装置の一例であると共に表示制御手段の一例でもある。

＜制御方法＞
　図６は、本実施の形態における溶接システム１（図１参照）が良好な裏波ビードを得るための溶接制御方法の一例を示すフローチャートである。
　本実施の形態の場合、図６に示す制御は、溶接制御装置２０（図１参照）が実行する。図中の記号Ｓはステップを示す。
　まず、溶接制御装置２０は、処理モードを設定する（ステップ１）。ここでは、教示器１７から読み出された溶接条件が記憶部２０１に設定される。
　溶接条件は、例えば溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度、電極位置、ワイヤ挿入位置及びウィービング条件のうちのいずれか１つまたは複数であることが好ましい。
　本実施の形態においては、溶接速度、溶接電流、ワイヤ送給速度を制御するか否かが設定される。制御モードごとに「有効」又は「無効」を設定することで、「速度制御モード」、「電流制御モード」、「ワイヤ制御モード」のうちの１つ又は複数の制御を選択できる。

　記憶部２０１に各種の条件が設定されると、溶接制御装置２０は、溶接の開始を指示する。
　溶接の開始後、視覚センサ１１は、アーク近傍の溶融部１０１と非溶融部１０２を含む画像１００を撮像し、撮像した画像１００に対応する画像データを出力する。この画像データは、溶接制御装置２０の画像入力部２０２に入力される（ステップ２）。すなわち、溶接画像が取り込まれる。
　次に画像処理部２０３は、入力された画像から予め設定された範囲が処理画像として切り出され、切り出し後の画像のノイズ除去、鮮鋭化、二値化等のエッジ強調前処理を実行する。

　図７は、処理画像として切り出される範囲の例を示す説明図である。
　言うまでもなく、図７に示す切り出し例は一例である。
　図７の例の場合では、溶融部１０１の２つの先端点のそれぞれを含む２つの処理範囲１２０Ｌ及び１２０Ｒが切り出される。処理範囲１２０Ｌは、溶融部１０１の左端点１１２Ｌと、左側の被溶接材５０Ｌの開先部分の壁面を含む。処理範囲１２０Ｒは、溶融部１０１の右端点１１２Ｒと、右側の被溶接材５０Ｒの開先部分の壁面を含む。
　処理範囲１２０Ｌ及び１２０Ｒはそれぞれ、予め指定された基準点ＰＬ及びＰＲに基づいて切り出される。処理範囲１２０Ｌ内の位置は基準点ＰＬを基準に与えられ、処理範囲１２０Ｒ内の位置は基準点ＰＲを基準に与えられる。
　処理範囲１２０Ｌ及び１２０Ｒは、予め定めた基準点ＰＬ及びＰＲを基準に固定的に定めてもよいが、画像処理部２０３が入力される画像１００の変化に伴い、処理範囲１２０Ｌ及び１２０Ｒを設定する領域をその都度変えてもよい。例えば、搖動する溶接トーチ１２の先端を基準点とし、搖動に合わせて処理範囲を変えてもよい。

　図６の説明に戻る。
　画像処理が終了すると、特徴量抽出部２０４は、画像処理により特徴量を抽出する（ステップ３）。本実施の形態の場合、特徴量抽出部２０４は、ルートギャップの左端に対応する左エッジ線１１１Ｌ、ルートギャップの右端に対応する右エッジ線１１１Ｒ、溶融池の左側の先端である左端点１１２Ｌ、溶融池の右側の先端である右端点１１２Ｒを特徴量として抽出する。
　左エッジ線１１１Ｌ及び右エッジ線１１１Ｒは、二値化された画像をハフ（Hough）変換して抽出する。本実施の形態では、処理範囲１２０Ｌ及び１２０Ｒをそれぞれハフ（Hough）変換し、処理範囲１２０Ｌ及び１２０Ｒのそれぞれについて検出された複数の直線のうち最も長い直線を左エッジ線１１１Ｌ及び右エッジ線１１１Ｒとする。ここでの直線は、１次関数、すなわちｘ＝ａｙ＋ｂで与えられる。ｘ及びｙは、基準点ＰＬ及びＰＲについての座標値であり、ａは傾き、ｂは切片である。

　なお、特徴量抽出部２０４は、処理範囲１２０Ｌに含まれる溶融池の先端である円弧形状を左端点１１２Ｌとして検出し、処理範囲１２０Ｒに含まれる溶融池の先端である円弧形状を右端点１１２Ｒとして検出する。
　処理範囲１２０Ｌ及び１２０Ｒに対応する画像１００から抽出された特徴量の情報は、判定部２０５に与えられる。判定部２０５は、図５Ａ～図５Ｄに示すように、左端点１１２Ｌとルートギャップの左エッジ線１１１Ｌとの位置関係、又は、右端点１１２Ｒとルートギャップの右エッジ線１１１Ｒとの位置関係を判定し、いずれか一方でも位置関係が溶接の不良を意味する場合、補正量演算部２０６が予め設定した溶接条件の補正量を演算する。

　次に、判定部２０５及び補正量演算部２０６は、速度制御モード（ステップ４）、電流制御モード（ステップ６）、ワイヤ制御モード（ステップ８）のそれぞれについて、設定が有効であるか無効であるかを判定する。
　速度制御モードの設定が有効である場合（ステップ４で有効の場合）、判定部２０５及び補正量演算部２０６は、溶接速度を制御する（ステップ５）。この後、判定部２０５及び補正量演算部２０６はステップ６に進む。
　速度制御モードの設定が無効である場合（ステップ４で無効の場合）、判定部２０５及び補正量演算部２０６は、電流制御モードの設定が有効であるか否かを判定する（ステップ６）。
　電流制御モードの設定が有効である場合（ステップ６で有効の場合）、判定部２０５及び補正量演算部２０６は、溶接電流を制御する（ステップ７）。この後、判定部２０５及び補正量演算部２０６はステップ８に進む。
　電流制御モードの設定が無効である場合（ステップ６で無効の場合）、判定部２０５及び補正量演算部２０６は、ワイヤ制御モードの設定が有効であるか否かを判定する（ステップ８）。
　ワイヤ制御モードの設定が有効である場合（ステップ８で有効の場合）、判定部２０５及び補正量演算部２０６は、ワイヤ速度を制御する（ステップ９）。この後、判定部２０５及び補正量演算部２０６は、ステップ２に戻る。
　ワイヤ制御モードの設定が無効である場合（ステップ８で無効の場合）も、判定部２０５及び補正量演算部２０６は、ステップ２に戻る。
　このループ処理は、被溶接材５０Ｌ及び５０Ｒの溶接が実行されている間、繰り返される。
　以下では、ステップ５の溶接速度の制御、ステップ７の溶接電流の制御、ステップ９のワイヤ速度の制御の詳細を説明する。

＜溶接速度の制御＞
　図８は、速度制御モードの設定が有効である場合に実行される制御の詳細を説明するフローチャートである。
　まず、判定部２０５が画像１００を判定する（ステップ１１）。
　判定部２０５は、抽出されたルートギャップのエッジ線に対する溶融池の先端点の位置の関係を判定する（ステップ１２）。具体的には、抽出された左端点１１２Ｌがルートギャップの左エッジ線１１１Ｌに対して図５Ａに示す関係を満たすか否かを判定する。換言すると、左端点１１２Ｌとルートギャップの左エッジ線１１１Ｌとの相対距離が予め定めた範囲内であるか範囲外であるかを判定する。同様に、抽出された右端点１１２Ｒがルートギャップの右エッジ線１１１Ｒに対して図５Ａに示す関係を満たすか否かを判定する。換言すると、右端点１１２Ｒとルートギャップの右エッジ線１１１Ｒとの相対距離が予め定めた範囲内であるか範囲外であるかを判定する。

　本実施の形態の場合、判定部２０５は、左端点１１２Ｌとルートギャップの左エッジ線１１１Ｌの距離ＬＬ、又は、右端点１１２Ｒとルートギャップの右エッジ線１１１Ｒの距離ＬＲを算出する。なお、揺動駆動される溶接トーチ１２（図１参照）の画像内の位置によっては、距離ＬＬ又はＬＲの両方が一度に算出される。以下では、距離ＬＬ及び距離ＬＲを総称して距離Ｌともいう。
　ここでは、溶融池の先端点である左端点１１２Ｌ又は右端点１１２Ｒの座標を代表して（Ｘ１，Ｙ１）とし、ルートギャップの左エッジ線１１１Ｌ又は右エッジ線１１１Ｒを与える１次関数を代表してｘ＝ａｙ＋ｂとすると、距離Ｌは、次式で示される。
　Ｌ＝ａｂｓ（Ｘ１－ａＹ１－ｂ）／√（Ｘ１^２ ＋Ｙ１^２ ） …（式１）
　ここで、ａｂｓ（）は、カッコ内の数値の絶対値を与える関数である。また、ａは傾き、ｂは切片である。

　距離Ｌが予め定めた範囲内である場合、判定部２０５は、裏波ビードは良好であると判定する。一方、距離Ｌが予め定めた範囲外である場合、判定部２０５は、裏波ビードは不良であると判定する。
　ステップ１２の判定で範囲外、すなわち不良と判定された場合、判定部２０５は、更に、予め定めた一定時間、範囲外が継続しているか否かを判定する（ステップ１３）。
　ステップ１３で否定結果が得られた場合、判定部２０５は、不良の原因が単なる外乱によるものと判定し、ステップ１５に進む。この場合、溶接速度は維持される。一方、ステップ１３で肯定結果が得られた場合、判定部２０５は、継続的に裏波ビードが不良であると判定する。本実施の形態の場合、補正量演算部２０６は、溶接速度を増減するように補正量を算出する（ステップ１４）。例えば、ステップ１２の判定で図５Ｂのように判定されると溶接速度を増加させ、図５Ｄのように判定されると溶接速度を減少させるように補正量を算出する。この場合、補正後の溶接速度が溶接条件指令として溶接装置１０に出力される。なお、本実施の形態では、溶接速度はキャリッジ３０の移動速度とする。
　このように、溶接速度の補正量は、溶融池の先端点とルートギャップのエッジ線との距離の関係、距離が不良と判定される継続時間とに基づいて演算されることが好ましい。

　本実施の形態の場合、判定部２０５は、更に、溶融池の形状を判定する（ステップ１５）。なお、この溶融池の形状の判定の実行は任意である。
　溶融池の先端点とルートギャップのエッジ線との関係により溶接速度を制御することにより良好な裏波ビードは維持できるが、溶接速度の増減によって溶着量もまた変化する。
　そこで、本実施の形態における判定部２０５は、例えば処理範囲１２０Ｌ又は１２０Ｒの画像１００から溶融池の幅、面積、体積等の情報を取得し、取得された情報から溶融池の形状を検出する。更に、判定部２０５は、検出された溶融池の形状と予め設定した理想的な形状とを比較し、又は、理想的な形状との差分を評価し、検出された溶融池の形状が理想的な形状に対して所定の範囲内か範囲外かを判定する（ステップ１５）。

　ステップ１５の判定で範囲外と判定された場合、判定部２０５は、更に、予め定めた一定時間、範囲外が継続しているか否かを判定する（ステップ１６）。
　ステップ１６で否定結果が得られた場合、判定部２０５は、形状が範囲外と判定された原因が単なる外乱によるものと判定し、現在の溶接速度を維持したまま処理を終了する。
　一方、ステップ１６で肯定結果が得られた場合、判定部２０５は、形状が継続的に範囲外であると判定する。本実施の形態の場合、補正量演算部２０６は、溶接速度を増減するように補正量を算出する（ステップ１７）。例えば、ステップ１４で溶接速度を上げすぎて溶着量が規定範囲よりも増したと判定された場合、溶接速度を低下させ、溶融池の形状を理想的な形状に近づけるように調整を加える。
　この場合、ステップ１４とステップ１７の両方の補正量を加味した溶接速度が溶接条件指令として溶接装置１０に出力される。
　このように、溶接速度の補正量は、溶融池の先端点とルートギャップのエッジ線との距離の関係、距離が不良と判定される継続時間だけでなく、溶融池の形状の変化も加味して演算されることが好ましい。

＜溶接電流の制御＞
　図９は、電流制御モードの設定が有効である場合に実行される制御の詳細を説明するフローチャートである。
　まず、判定部２０５が画像１００を判定する（ステップ２１）。
　判定部２０５は、抽出されたルートギャップのエッジ線に対する溶融池の先端点の位置の関係を判定する（ステップ２２）。具体的には、抽出された左端点１１２Ｌが左エッジ線１１１Ｌに対して図５Ａに示す関係を満たすか否かを判定する。換言すると、左端点１１２Ｌと左エッジ線１１１Ｌとの相対距離が予め定めた範囲内であるか範囲外であるかを判定する。同様に、抽出された右端点１１２Ｒが右エッジ線１１１Ｒに対して図５Ａに示す関係を満たすか否かを判定する。換言すると、右端点１１２Ｒと右エッジ線１１１Ｒとの相対距離が予め定めた範囲内であるか範囲外であるかを判定する。

　本実施の形態の場合、判定部２０５は、左端点１１２Ｌと左エッジ線１１１Ｌの距離ＬＬ、又は、右端点１１２Ｒと右エッジ線１１１Ｒの距離ＬＲを算出する。なお、揺動駆動される溶接トーチ１２（図１参照）の画像内の位置によっては、距離ＬＬ又はＬＲの両方が一度に算出される。以下では、距離ＬＬ及び距離ＬＲを総称して距離Ｌともいう。
　ここでの距離Ｌも、前述した式１を用いて計算する。
　距離Ｌが予め定めた範囲内である場合、判定部２０５は、裏波ビードは良好であると判定する。一方、距離Ｌが予め定めた範囲外である場合、判定部２０５は、裏波ビードは不良であると判定する。

　ステップ２２の判定で範囲外、すなわち不良と判定された場合、判定部２０５は、更に、予め定めた一定時間、範囲外が継続しているか否かを判定する（ステップ２３）。
　ステップ２３で否定結果が得られた場合、判定部２０５は、不良の原因が単なる外乱によるものと判定し、ステップ２６に進む。この場合、溶接速度は維持される。一方、ステップ２３で肯定結果が得られた場合、判定部２０５は、継続的に裏波ビードが不良であると判定する。本実施の形態の場合、補正量演算部２０６は、溶接電流を増減するように補正量を算出する（ステップ２４）。例えば、ステップ２３の判定で図５Ｂのように判定されると溶接電流を減少させ、図５Ｄのように判定されると溶接電流を増加させるように補正量を算出する。なお、溶接電流の波形がパルス形状である場合、溶接電流は、例えば平均パルス電流で判断するとよい。平均パルス電流は、ピーク電流値、ベース電流値、ピーク期間もしくはベース期間等のパラメータで変化するため予めこれらのパラメータのうち１つ又は２つ以上を平均パルス電流が増減するパラメータとして決定しておくことが好ましい。この場合、補正後の溶接電流が溶接条件指令として溶接電源４０に出力される。
　このように、溶接電流の補正量は、溶融池の先端点とルートギャップのエッジ線との距離の関係、距離が不良と判定される継続時間とに基づいて演算されることが好ましい。

　この場合も、判定部２０５は、更に、溶融池の形状を判定する（ステップ２５）。ここでも、溶融池の形状の判定の実行は任意である。
　本実施の形態における判定部２０５は、例えば処理範囲１２０Ｌ又は１２０Ｒの画像１００から溶融池の幅、面積、体積等の情報を取得し、取得された情報から溶融池の形状を検出する。更に、判定部２０５は、検出された溶融池の形状と予め設定した理想的な形状とを比較し、又は、差分を評価し、検出された溶融池の形状が理想的な形状に対して所定の範囲内か範囲外かを判定する（ステップ２５）。

　ステップ２５の判定で範囲外と判定された場合、判定部２０５は、更に、予め定めた一定時間、範囲外が継続しているか否かを判定する（ステップ２６）。
　ステップ２６で否定結果が得られた場合、判定部２０５は、形状が範囲外と判定された原因が単なる外乱によるものと判定し、現在の溶接電流及びパルス電流を維持したまま処理を終了する。
　一方、ステップ２６で肯定結果が得られた場合、判定部２０５は、形状が継続的に範囲外であると判定する。本実施の形態の場合、補正量演算部２０６は、溶接電流を増減するように補正量を算出する（ステップ２７）。例えば、ステップ２４で上げすぎた溶接電流を低下させ、溶融池の形状を理想的な形状に近づけるように調整を加える。
　この場合、ステップ２４とステップ２７の両方の補正量を加味した溶接電流が溶接条件指令として溶接電源４０に出力される。
　このように、溶接電流の補正量は、溶融池の先端点とルートギャップのエッジ線との距離の関係、距離が不良と判定される継続時間だけでなく、溶融池の形状の変化も加味して演算されることが好ましい。

＜ワイヤ速度の制御＞
　図１０は、ワイヤ制御モードの設定が有効である場合に実行される制御の詳細を説明するフローチャートである。
　まず、判定部２０５が画像１００を判定する（ステップ３１）。
　判定部２０５は、抽出されたルートギャップのエッジ線に対する溶融池の先端点の位置の関係を判定する（ステップ３２）。具体的には、抽出された左端点１１２Ｌが左エッジ線１１１Ｌに対して図５Ａに示す関係を満たすか否かを判定する。換言すると、左端点１１２Ｌと左エッジ線１１１Ｌとの相対距離が予め定めた範囲内であるか範囲外であるかを判定する。同様に、抽出された右端点１１２Ｒが右エッジ線１１１Ｒに対して図５Ａに示す関係を満たすか否かを判定する。換言すると、右端点１１２Ｒと右エッジ線１１１Ｒとの相対距離が予め定めた範囲内であるか範囲外であるかを判定する。

　本実施の形態の場合、判定部２０５は、左端点１１２Ｌと左エッジ線１１１Ｌの距離ＬＬ、又は、右端点１１２Ｒと右エッジ線１１１Ｒの距離ＬＲを算出する。なお、揺動駆動される溶接トーチ１２（図１参照）の画像内の位置によっては、距離ＬＬ又はＬＲの両方が一度に算出される。以下では、距離ＬＬ及び距離ＬＲを総称して距離Ｌともいう。
　ここでの距離Ｌも、前述した式１を用いて計算する。
　距離Ｌが予め定めた範囲内である場合、判定部２０５は、裏波ビードは良好であると判定する。一方、距離Ｌが予め定めた範囲外である場合、判定部２０５は、裏波ビードは不良であると判定する。

　ステップ３２の判定で範囲外、すなわち不良と判定された場合、判定部２０５は、更に、予め定めた一定時間、範囲外が継続しているか否かを判定する（ステップ３３）。
　ステップ３３で否定結果が得られた場合、判定部２０５は、不良の原因が単なる外乱によるものと判定し、ステップ３５に進む。この場合、溶接速度は維持される。一方、ステップ３３で肯定結果が得られた場合、判定部２０５は、継続的に裏波ビードが不良であると判定する。本実施の形態の場合、補正量演算部２０６は、ワイヤ送給速度を増減するように補正量を算出する（ステップ３４）。例えば、ステップ３３の判定で図５Ｂのように判定されるとワイヤ送給速度を減少させ、図５Ｄのように判定されるとワイヤ送給速度を増加させるように補正量を算出する。この場合、補正後のワイヤ送給速度が溶接条件指令として溶接装置１０に出力される。
　このように、ワイヤ送給速度の補正量は、溶融池の先端点とルートギャップのエッジ線との距離の関係、距離が不良と判定される継続時間とに基づいて演算されることが好ましい。

　この場合も、判定部２０５は、更に、溶融池の形状を判定する（ステップ３５）。ここでも、溶融池の形状の判定の実行は任意である。
　本実施の形態における判定部２０５は、例えば処理範囲１２０Ｌ又は１２０Ｒの画像１００から溶融池の幅、面積、体積等の情報を取得し、取得された情報から溶融池の形状を検出する。更に、判定部２０５は、検出された溶融池の形状と予め設定した理想的な形状とを比較し、又は、差分を評価し、検出された溶融池の形状が理想的な形状に対して所定の範囲内か範囲外かを判定する（ステップ３５）。

　ステップ３５の判定で範囲外と判定された場合、判定部２０５は、更に、予め定めた一定時間、範囲外が継続しているか否かを判定する（ステップ３６）。
　ステップ３６で否定結果が得られた場合、判定部２０５は、形状が範囲外と判定された原因が単なる外乱によるものと判定し、現在の溶接電流及びパルス電流を維持したまま処理を終了する。
　一方、ステップ３６で肯定結果が得られた場合、判定部２０５は、形状が継続的に範囲外であると判定する。本実施の形態の場合、補正量演算部２０６は、ワイヤ送給速度を増減するように補正量を算出する（ステップ３７）。例えばステップ３４で下げすぎたワイヤ送給速度を上げて、溶融池の形状を理想的な形状に近づけるように調整を加える。また、補正量演算部２０６は、溶接電流を増減するように補正量を算出する（ステップ３８）。
　この場合、ステップ３４とステップ３７の両方の補正量を加味したワイヤ送給速度が溶接条件指令として溶接装置１０に出力される。
　このように、ワイヤ送給速度の補正量は、溶融池の先端点とルートギャップのエッジ線との距離の関係、距離が不良と判定される継続時間だけでなく、溶融池の形状の変化も加味して演算されることが好ましい。

＜表示制御部２０９の処理＞
　本実施の形態に係る溶接制御装置２０の表示制御部２０９には、特徴量抽出部２０４によって抽出された特徴量の位置を作業者が確認するための表示機能が用意されている。もっとも、この機能の搭載は任意である。
　図１１Ａは、視覚センサ１１によって撮像された画像１００に、特徴量抽出部２０４によって抽出された左端点１１２Ｌと対応する左エッジ線１１１Ｌを重ねて表示する画面の例を示す図である。図１１Ａでは、左端点１１２Ｌを円形の記号で表し、抽出された左エッジ線１１１Ｌを直線で示している。
　図１１Ｂは、視覚センサ１１によって撮像された画像１００に、特徴量抽出部２０４（図３参照）によって抽出された右端点１１２Ｒと対応する右エッジ線１１１Ｒを重ねて表示する画面の例を示す図である。図１１Ｂでは、右端点１１２Ｒを円形の記号で表し、抽出された右エッジ線１１１Ｒを直線で示している。

　図１１Ａ及び図１１Ｂにおける左端点１１２Ｌ及び右端点１１２Ｒの表示色や左エッジ線１１１Ｌ及び右エッジ線１１１Ｒの表示色は、任意である。もっとも、作業者による確認が容易になるように、抽出された特徴点の輝度を周囲の画像に比べて高くしてもよいし、表示色を周囲の画像の反対色に近い色としてもよい。
　このように、抽出された特徴量を表す記号や直線を、特徴量が抽出された画像１００と重ねて表示することで、抽出が正確に実行されているかを作業者が目視で確認することが可能になる。

　また、本実施の形態に係る溶接制御装置２０の表示制御部２０９には、判定部２０５による判定の結果を作業者が確認するための表示機能が用意されている。この機能の搭載も任意である。
　図１２は、判定部２０５の判定の結果をルートギャップの左エッジと右エッジに対応付けて表示する画面の例を示す説明図である。
　図１２中、左側の位置する帯状の表示欄１３０Ｌは、ルートギャップの左エッジに対応する判定結果を示し、右側の位置する帯状の表示欄１３０Ｒは、ルートギャップの右エッジに対応する判定結果を示している。
　図１２の場合、判定結果が出力された時点に線分を示し、判定結果が出力されない期間を空白で示す。

　本実施の形態の場合、線分の色の違いで判定の結果の良否を表している。例えば青色は、良好な裏波ビードが形成されていると判定された場合に用いられる。この場合は、先端点とルートギャップのエッジ線が図５Ａの関係を満たす場合である。
　また、赤色は、裏波ビードの形成が不良であると判定された場合に用いられる。この場合は、先端点とルートギャップのエッジ線が図５Ｂ又は図５Ｄの関係を満たす場合である。
　また、黄色は、裏波ビードの良否が不明と判定された場合に用いられる。この場合は、先端点とルートギャップのエッジ線が図５Ｃの関係を満たす場合である。
　図１２の場合、最新の判定結果が、各表示欄１３０Ｌ及び１３０Ｒの最上部に表示される。従って、各表示欄１３０Ｌ及び１３０Ｒの最下部は、表示されている判定結果の得られた時点が最も古い時点の情報に対応する。

＜他の実施形態＞
　以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上述の実施の形態に記載の範囲に限定されない。上述の実施の形態に、種々の変更又は改良を加えたものも、本発明の技術的範囲に含まれることは、特許請求の範囲の記載から明らかである。例えば学習装置による学習の結果を特徴量の抽出、形成される裏波ビードの良否の判定、溶接条件の補正量の演算に反映させても良い。
　図１３は、学習装置２１１を有する溶接制御装置２０Ａの構成例を示す説明図である。ここで、図１３には、図３との対応部分に対応する符号を付して示している。
　図１３に示す溶接制御装置２０Ａが、図３に示す溶接制御装置２０と異なる点は、学習装置２１１に教師データが与えられ、生成された学習モデルが特徴量抽出部２０４、判定部２０５及び補正量演算部２０６に与えられる点である。

　図１３の場合、特徴量抽出部２０４は、例えば回帰結合型のディープニューラルネットワーク：ＤＮＮを用いて生成された学習モデルを視覚センサ１１で撮像された画像１００に適用し、溶融池の先端点を与える座標（Ｘ１，Ｙ１）と、ルートギャップのエッジ線を与える１次関数とを抽出する。ここでの学習モデルは、第１のモデルと第２のモデルの一例である。
　具体的には、座標を与えるＸ１及びＹ１の値と、式１で表現される１次関数の傾きａと切片ｂの値を決定する。
　学習モデルの生成には、事前に適切な教師データを学習装置２１１に与える必要がある。まず、教師データとして、多種多様な溶接条件で被溶接材を溶接した場合に撮像された画像データのそれぞれについて与えた座標値Ｘ１、Ｙ１、傾きａ及び切片ｂの関係を複数組用意する。
　教師データを与えられた学習装置２１１は、多種多様な溶接条件の下で撮像された画像データに対し、座標値Ｘ１、Ｙ１、傾きａ及び切片ｂを出力する回帰結合型のＤＮＮを設計し、入力された様々な画像データを更に学習することにより、回帰結合型のＤＮＮの学習用モデルを生成する。生成された学習モデルは、特徴量抽出部２０４に与えられる。
　図１４は、特徴量抽出部２０４が、視覚センサ１１から入力された画像を学習モデルに適用し、特徴量を抽出するまでの処理過程を示す説明図である。
　図１４に示すように、特徴量抽出部２０４は、画像１００の全体にわたって、特徴の一致件数を算出し、画像の特徴部分を抽出する畳み込み層と、抽出された特徴部分を強調するノイズ処理を行うプーリング層とを繰り返し、最終的に処理結果を結合する全結合層を実行し、座標値Ｘ１、Ｙ１、傾きａ及び切片ｂを出力する。

　図１３の説明に戻る。
　判定部２０５と補正量演算部２０６において、例えば回帰結合型のＤＮＮを用いて生成された学習モデルを入力データに適用し、抽出された特徴量に対する判定結果や補正量を出力させてもよい。
　判定部２０５の判定用や補正量演算部２０６の演算用にも、前述した特徴量抽出部２０４と同様の手順で教師データを準備すればよい。すなわち、多種多様な溶接条件で被溶接材を溶接する場合の画像データ等の入力データに対する出力値の関係を教師データとして複数組用意すればよい。

　ここでは、判定部２０５で用いる判定用の学習データの出力として、例えばｐ１～ｐ４の４つを使用する。
　ｐ１は、図５Ａに対応する良好な裏波ビードが生成される状態、すなわち「溶けている」状態である。
　ｐ２は、図５Ｃに対応する良好な裏波ビードが生成されているか不明な状態、すなわち「溶けているか溶けていないか判断つかない」状態である。
　ｐ３は、図５Ｂ及び図５Ｄに対応する不良な裏波ビードが生成される状態、すなわち「溶けていない」状態である。
　ｐ４は、画像１００に写り込んだワイヤ等が邪魔になって位置関係の判定を行えない状態である。ｐ４は、図１２の空白の期間に対応する。

　教師データを与えられた学習装置２１１は、多種多様な溶接条件の下で撮像された画像データに対し、４種類の出力ｐ１～ｐ４を出力する回帰結合型のＤＮＮを設計し、入力された様々な画像データを更に学習することにより、回帰結合型のＤＮＮの学習用モデルを生成する。生成された学習モデルは、判定部２０５に与えられる。
　図１５は、判定部２０５が、視覚センサ１１から入力された画像を学習モデルに適用し、４種類の判定結果のいずれかを出力するまでの処理過程を示す説明図である。
　図１５に示すように、判定部２０５は、画像１００の全体にわたって、特徴の一致件数を算出し、画像の特徴部分を抽出する畳み込み層と、抽出された特徴部分を強調するノイズ処理を行うプーリング層とを繰り返し、最終的に処理結果を結合する全結合層を実行し、ｐ１～ｐ４のいずれかを出力する。

　補正量演算部２０６による補正量も出力させる場合には、４種類の出力ｐ１～ｐ４と予め定めた溶接条件との関係に従って補正量を出力させるように設計すればよい。
　この場合に、「溶けていない」状態を、更に「若干溶けていない」と「全く溶けていない」に分類し、各分類に応じた補正量を出力させてもよい。
　例えば「若干溶けていない」状態と分類された場合には、補正量として、溶接速度を毎分５センチメートル減少させる値が出力されるように設定してもよい。
　また例えば「全く溶けていない」状態と分類された場合、補正量として、溶接速度を毎分１０センチメートル減少させる値が出力されるように設定してもよい。
　なお、前述の説明では、学習モデルの生成にＤＮＮを利用しているが、言うまでもなく、学習モデルの生成はＤＮＮに限らない。

　また、前述の説明では、特徴量としてのルートギャップのエッジ線を画像処理によって抽出する例と学習モデルを用いて抽出する例について説明したが、溶接しながら測定してもよい。例えば溶接部位よりも溶接方向前方側でルートギャップのエッジ線の位置を測定するセンサをキャリッジ３０に設け、溶接の進行に伴ってセンサから順次出力される測定値を左エッジ線１１１Ｌ及び右エッジ線１１１Ｒとして判定部２０５に与えればよい。例えばセンサは、溶接部位よりも溶接方向前方であって、ルートギャップを測定可能な位置であれば、キャリッジ３０のいずれの場所に取り付けてもよい。センサは、第２の検出手段の一例である。
　この場合、特徴量抽出部２０４は、溶融池の先端点である左端点１１２Ｌと右端点１１２Ｒだけを画像１００から抽出して判定部２０５に与えればよい。ここでの特徴量抽出部２０４は、第１の検出手段としてのみ機能する。この場合にも、学習装置２１１（図１３参照）で生成した学習モデルを特徴量抽出部２０４等に適用してもよい。ここでの学習モデルは第１のモデルの一例である。

　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明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発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。

　なお、本出願は、２０１８年８月２１日出願の日本特許出願（特願2018-154606）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

１…溶接システム、１０…溶接装置、１１…視覚センサ、１２…溶接トーチ、１３…フィラーワイヤ、１４…コンジットケーブル、１５…２軸スライダ、１６…アーク、１７…教示器、２０、２０Ａ…溶接制御装置、３０…キャリッジ、３１…レール、４０…溶接電源、５０、５０Ｌ、５０Ｒ…被溶接材、１０１…溶融部、１０２…非溶融部、１１１Ｌ…左エッジ線、１１１Ｒ…右エッジ線、１１２Ｌ…左端点、１１２Ｒ…右端点、１２０Ｌ、１２０Ｒ…処理範囲、２０４…特徴量抽出部、２０５…判定部、２０６…補正量演算部、２０９…表示制御部

Claims (17)

1. 　ルートギャップを有する開先をアーク溶接する際における溶接条件を制御する溶接制御装置において、
   　前記開先に形成される溶融部を撮像する画像から、溶接が進行する方向についての当該溶融部の先端の位置を検出する第１の検出手段と、
   　前記ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する第２の検出手段と、
   　前記端部の位置と前記溶融部の先端の位置との関係を判定する判定手段と、
   　前記判定の結果に応じて前記溶接条件を制御する制御手段と
   を有する溶接制御装置。
2. 　前記第２の検出手段は、前記溶融部を撮像する前記画像から前記ルートギャップを規定する前記被溶接物における前記端部の位置を検出する、請求項１に記載の溶接制御装置。
3. 　前記溶融部の前記先端の位置と、前記ルートギャップを規定する前記被溶接物における前記端部の位置は、前記画像上に予め定めた基準点を基準に与えられる、請求項２に記載の溶接制御装置。
4. 　前記溶接条件は、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度、電極位置、ワイヤ挿入位置およびウィービング条件のうちのいずれか１つ又は複数である、請求項１に記載の溶接制御装置。
5. 　前記判定手段は、
   　前記被溶接物の表面における、溶接進行方向及び前記被溶接物の厚さ方向に直交する開先の幅方向に関して、
   　一方の側に位置する前記被溶接物における前記端部と、前記溶融部の前記一方の側の先端との位置関係、
   　及び
   　前記一方の側と反対の他方の側に位置する前記被溶接物における前記端部と、前記溶融部の前記他方の側の先端との位置関係の両方又は一方を判定する、
   　請求項１に記載の溶接制御装置。
6. 　前記判定手段は、
   　前記開先の幅方向に関して、前記一方の側に位置する前記溶融部の先端が、前記一方の側に位置する前記被溶接物における前記端部の近傍の範囲内に位置するか、当該近傍の範囲から更に前記一方の側へ超えて位置するか、当該近傍の範囲から更に前記他方の側に超えて位置するか、
   　及び、
   　前記溶融部の前記他方の側に位置する前記溶融部の先端が、前記他方の側に位置する前記被溶接物における前記端部の近傍の範囲内に位置するか、当該近傍の範囲から更に前記他方の側へ超えて位置するか、当該近傍の範囲から更に前記一方の側に超えて位置するか、
   　の両方又は一方を判定する、
   　請求項５に記載の溶接制御装置。
7. 　前記制御手段は、
   　前記被溶接物の表面における、溶接進行方向及び前記被溶接物の厚さ方向に直交する開先の幅方向に関して、
   　一方の側に位置する前記被溶接物における前記端部と、前記溶融部の前記一方の側に位置する先端との距離、
   　及び、
   　前記一方の側と反対の他方の側に位置する前記被溶接物における前記端部と、前記溶融部の前記他方の側の先端との距離
   　の両方又は一方に応じて、前記溶接条件の補正量を決定する、
   　請求項１に記載の溶接制御装置。
8. 　前記制御手段は、前記判定の結果と前記溶接条件の関係を学習したモデルに基づいて、
   当該溶接条件を制御する、請求項１に記載の溶接制御装置。
9. 　前記第１の検出手段は、
   　前記溶融部を撮像する前記画像と前記溶融部の先端の位置との関係を学習した第１のモデルに基づいて、新規に与えられる当該画像から当該先端の位置を検出し、
   　前記第２の検出手段は、
   　前記画像と前記ルートギャップを規定する前記被溶接物における前記端部の位置との関係を学習した第２のモデルに基づいて、新規に与えられる当該画像から当該端部の位置を検出する、
   　請求項１に記載の溶接制御装置。
10. 　前記溶融部を撮像する際における単位時間当たりの透過光量又は波長域を溶接電流に応じて変更する、請求項１に記載の溶接制御装置。
11. 　前記溶融部の先端として検出された位置を示す記号と、前記ルートギャップを規定する端部として検出された位置を示す直線とを、当該溶融部を撮像する前記画像上に重ねて表示させる表示制御手段を更に有する、請求項１に記載の溶接制御装置。
12. 　前記記号は、新たに前記溶融部の先端が検出されるたびに検出された位置に表示される、請求項１１に記載の溶接制御装置。
13. 　前記端部の位置と前記溶融部の先端の位置との関係を予め定めた基準で評価した結果を、前記端部に対応付けて時系列に表示させる表示制御手段を更に有する、請求項１に記載の溶接制御装置。
14. 　ルートギャップを有する開先のアーク溶接中に撮像される、当該開先に形成される溶融部の画像を表示部に表示させる表示制御装置において、
    　前記画像から検出された、
    　溶接が進行する方向についての前記溶融部の先端の位置を示す記号と、
    　前記ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を示す直線と、
    　を前記画像に重ねて表示させる表示制御部
    　を有する表示制御装置。
15. 　被溶接物をアーク溶接する溶接装置と、ルートギャップを有する開先に形成される溶融部を撮像可能な位置に取り付けられた視覚センサと、当該溶接装置の動きを規定する溶接条件を制御する溶接制御装置とを有する溶接システムにおいて、
    　前記溶接制御装置は、
    　前記視覚センサで撮像された画像から、溶接が進行する方向についての前記溶融部の先端の位置を検出する第１の検出手段と、
    　前記ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する第２の検出手段と、前記端部の位置と前記溶融部の先端の位置との関係を判定する判定手段と、
    　判定の結果に応じて溶接条件を制御する制御手段と
    を有する、溶接システム。
16. 　ルートギャップを有する開先をアーク溶接する際における溶接条件を制御する溶接制御方法において、
    　前記開先に形成される溶融部を撮像する画像から、溶接が進行する方向についての当該溶融部の先端の位置を検出する工程と、
    　前記ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する工程と、
    　前記端部の位置と前記溶融部の先端の位置との関係を判定する工程と、
    　判定の結果に応じて溶接条件を制御する工程と、
    　を含む溶接制御方法。
17. 　ルートギャップを有する開先をアーク溶接する際における溶接条件を制御する溶接制御装置に用いられるプログラムであって、
    　前記開先に形成される溶融部を撮像する画像から、溶接が進行する方向についての当該溶融部の先端の位置を検出する機能と、
    　前記ルートギャップを規定する被溶接物における端部の位置を検出する機能と、
    　前記端部の位置と前記溶融部の先端の位置との関係を判定する機能と、
    　判定の結果に応じて溶接条件を制御する機能と、
    　を前記溶接制御装置に実現させるためのプログラム。

Images