溶接監視装置と溶接監視方法
【課題】溶接の良否を精度よく監視するにあたって、誤判定の確率を十分に減少させることができる技術を提供する。
【解決手段】
溶接の良否を監視する装置は、溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する測定手段と、測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する計時手段と、前記測定期間に対する前記計時期間の期間率を計算する計算手段と、計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する判定手段とを備える。
【解決手段】
溶接の良否を監視する装置は、溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する測定手段と、測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する計時手段と、前記測定期間に対する前記計時期間の期間率を計算する計算手段と、計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する判定手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接の良否を監視する技術に関する。本発明は、現に実施中の溶接処理の良否を監視するために用いることもできるが、過去に収集したデータを分析することによって過去に実施した溶接処理の良否を監視するために用いることもできる。
【背景技術】
【０００２】
溶接処理の実施中に各種の溶接指標を経時的に測定し、溶接処理の良否を監視する技術が知られている。
例えば特許文献１には、溶接処理の実施中に、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度等を経時的に測定し続け、溶接指標の測定値が所定の範囲を超えたときに、警告ランプを点灯させる溶接監視装置が記載されている。
【特許文献１】特開平９−５７４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術では、溶接指標の正常範囲を狭く設定してしまうと、ノイズ等による影響を受けやすくなり、誤判定が頻発してしまう。一方において、溶接指標の正常範囲を広く設定してしまうと、異常判定の感度が鈍くなってしまう。特許文献１の技術では、正常なものを異常と誤判定したり、異常なものを正常と誤判定しやすい。
誤判定を減らすために、溶接指標の測定値が正常範囲を超えた回数をカウントし、カウント数を許容カウント数範囲と比較する技術も提案されている。この技術によると、正常時でも生じる単発的なふれによって異常としてしまう誤判定を防止することができ、誤判定の確率を減少させることができる。
しかしながら、カウント数を許容カウント数範囲と比較する技術でも、許容カウント数の範囲を適切に設定することが困難であり、誤判定の確率を十分に減少させることができない。
従来の技術では、溶接の良否を精度よく監視することができない。本発明は、その課題を解決する。本発明では、溶接の良否を精度よく監視するにあたって、誤判定の確率を十分に減少させることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、溶接の良否を監視する装置に具現化することができる。この監視装置は、溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する測定手段と、測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する計時手段と、測定期間に対する計時期間の期間率を計算する計算手段と、計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する判定手段を備えている。
ここでいう溶接指標は、溶接処理の実施中に測定可能であって溶接品質に影響を与える指標をいう。例えば、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度、ワイヤ送給力、シールドガス圧力、シールドガス流量等が挙げられる。測定期間は選択可能であり、測定環境に合わせて長短が調節される。
本装置は、直前に測定された溶接指標と現時点で測定された溶接指標を分析対象とすることによって、溶接の良否をほぼリアルタイムで監視することができる。過去に測定して記憶しておいた溶接指標を分析対象とすることによって、過去に実施した溶接の良否を判別することもできる。
【０００５】
図３は、溶接実施中（溶接実施期間）に、溶接電流Ｃ（溶接指標の一例である）を経時的に測定した測定結果の一例を示している。正常に溶接している場合の溶接電流は、正常範囲ＣＬ〜ＣＵにあることがわかっている。
溶接指標を経時的に測定し続けると、溶接指標はしばしば正常範囲ＣＬ〜ＣＵから逸脱する。正常に溶接している場合でも、溶接指標がしばしば正常範囲ＣＬ〜ＣＵから逸脱するために、溶接の良否を判別することはひどく難しい。
図３において、記号ＧとＨで示す期間は、溶接指標が正常範囲ＣＬ〜ＣＵから逸脱した期間を示す。このとき、期間Ｇではわずかに逸脱し、期間Ｈでは大きく逸脱している。逸脱した回数をカウントするとすれば、期間Ｇでも期間Ｈでも１回ずつ逸脱していることとなる。
本発明者らの研究によって、溶接品質に大きく影響する要素は、逸脱したスケールでもなく、逸脱した回数でもなく、逸脱している時間であることが判明した。
例えば図３に示す場合、期間Ｇではわずかに逸脱し、期間Ｈでは大きく逸脱している。逸脱したスケールで考察すると、期間Ｇよりも期間Ｈの溶接品質の方が深刻であるはずである。しかしながら、実際には、期間Ｈよりも期間Ｇの溶接品質の方が深刻である。期間Ｈでは、溶接指標が正常範囲から大きく逸脱しているが、短期間に正常範囲に復帰することから、結果的には溶接品質に与える影響が少ない。それに対して、期間Ｇでは、溶接指標が正常範囲からわずかに逸脱しているのにすぎないが、溶接指標が長期に亘って正常範囲から逸脱するために、結果的には溶接品質に与える影響が大きい。
従来の技術では、溶接指標が正常範囲を逸脱したときに異常と判別することから、誤判定が頻発してしまう。それを避けるために、正常範囲を広く設定してしても誤判定を防止することはできない。図３の場合、溶接品質の低下が深刻な期間Ｇを見過ごしてしまい、さらに溶接品質の低下がそれほどでもない期間Ｈを異常としてしまう。
正常範囲を逸脱した回数をカウントしても、溶接品質の低下が深刻な期間Ｇを重視し、溶接品質の低下がそれほどでもない期間Ｈを軽視するように、判定することはできない。回数をカウントする技術では、期間Ｇでも期間Ｈでも区別することなく、それぞれ１回とカウントする。
【０００６】
本発明の監視装置は、測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する。図３の場合、期間Ｇと期間Ｈ以外の経過時間を計時する。計時した時間は、測定期間Ｔｍと比較される。即ち、測定期間に対する計時期間の期間率が計算される。図３の場合、
（測定期間Ｔｍ−期間Ｇの持続時間Ｔｆ−期間Ｈの持続時間Ｔｆ）／（測定期間Ｔｍ）が計算される。
測定した溶接指標が全測定期間において所定指標範囲に留まっていれば、期間率は1.00となる。期間Ｈのように、短期間だけ所定指標範囲から逸脱した期間が存在する場合には、期間率が1.00から若干は低下するが、それでも1.00に近い値に留まる。期間Ｇのように、長期間に亘って所定指標範囲から逸脱した期間が存在する場合には、期間率が1.00より大きく低下する。
この溶接監視装置によると、期間率に着目することから、溶接品質に及ぼす影響の度合いを定量的に把握することができ、溶接の良否を精度よく監視することができる。
なお、所定指標範囲を正常範囲以外とすることもできる。この場合の期間率は、
（期間Ｇの持続時間Ｔｆ＋期間Ｈの持続時間Ｔｆ）／（測定期間Ｔｍ）で計算される。どちらを期間率としても、溶接品質に及ぼす影響の度合いを数値化して把握することができる。
【０００７】
上記の監視装置では、計算手段が計算した期間率を蓄積記憶する蓄積記憶手段をさらに備えていることが好ましい。
計算手段が計算する期間率は、溶接品質を定量的に示す指標である。計算した期間率を蓄積して記憶しておくことによって、過去に実施した溶接を解析することが可能となる。また、過去の期間率の変遷から、計算された期間率と比較する所定期間率範囲を更新するために利用することもできる。
【０００８】
判定手段は、計算手段が計算した期間率が所定期間率範囲にあると判定したときに、蓄積記憶手段に記憶されている期間率が所定期間率範囲にあるのか否かをさらに判定することが好ましい。この場合、蓄積記憶手段に記憶されている期間率のうち、最後に実施した溶接時の期間率を判定対象とする。
上記の判定をすると、判定結果がその溶接時に限るものなのか、前回の溶接時から連続しているものなのかを判定することができる。例えば連続して異常と判定されている場合には、溶接装置に問題があると推定することができ、溶接装置のメンテナンス等を促すこともできる。
【０００９】
蓄積記憶手段は、期間率を、その時の溶接条件を特定する情報と対にして蓄積記憶するものであることが好ましい。この場合、判定手段は、計算手段が計算した期間率が所定期間率範囲にあると判定したときに、蓄積記憶手段に記憶されている期間率が所定期間率範囲にあるのか否かをさらに判定することが好ましい。この場合、蓄積記憶手段に記憶されている期間率のうち、同一溶接条件で最後に実施した溶接時の期間率を判定対象とする。
上記の判定をすると、判定結果がその溶接時に限るものなのか、同一溶接条件の溶接時から連続しているものなのかを判定することができる。例えば同一溶接条件の溶接において連続して異常と判定されている場合には、溶接条件等に問題があると推定することができ、溶接条件等の見直し等を図ることができる。
【００１０】
本発明の技術は、溶接の良否を監視する方法にも具現化される。この監視方法は、溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する工程と、測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する工程と、測定期間に対する計時期間の期間率を計算する工程と、計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する工程とを備える。
この監視方法によると、溶接品質の程度を定量化して把握することができ、溶接の良否を精度よく監視することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、溶接の良否を精度よく監視することが可能となり、溶接欠陥の発生を防止しすることや、溶接装置や溶接条件の異常を早期に発見することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
最初に、以下に説明する実施例の主要な形態を列記する。
（形態１） 溶接設備は、溶接を実施する溶接装置と、溶接装置が実施する溶接を監視する監視装置を備えている。
（形態２） 監視装置は、溶接装置が備える溶接指標の測定器や、その測定器の測定結果に基づいて処理を行う監視処理装置等によって構成されている。
（形態３） 監視装置は、溶接指標である溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力等を測定する測定器を備えている。
（形態４） 監視処理装置は、処理装置や記憶装置を備えるコンピュータ装置を備えている。
【実施例】
【００１３】
（実施例１）
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の溶接設備を模式的に示している。図１に示す溶接設備は、自動車ボディを製造する設備の一部であり、複数の金属パーツを溶接して自動車ボディを成形する設備である。
図１に示す溶接設備は、搬送装置４８が順次搬送してくる複数のワークＡ、Ｂ、Ｃ・・に順次溶接を実施し、複数の自動車ボディを順に成形する。各ワークＡ、Ｂ、Ｃは、複数の金属製のパーツ１０１、１０２、１０３、１０４から構成されている。図１に示すように、パーツ１０１とパーツ１０２の間には、両者を溶接するための溶接線（溶接箇所）Ｌ１が定められている。同様に、パーツ１０２とパーツ１０３の間には溶接線Ｌ２が定められており、パーツ１０３とパーツ１０４の間には溶接線Ｌ３が定められており、パーツ１０４とパーツ１０１の間には溶接線Ｌ４が定められている。溶接設備は、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順次溶接を実施する。即ち、溶接設備は、ワークＡに対して溶接線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順次溶接を実施し、次いでワークＢに対して溶接線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順次溶接を実施し、次いでワークＣに対して溶接線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順次溶接を実施する。
【００１４】
図１に示すように、溶接設備は、主に、溶接装置１０と、溶接装置１０が実施する溶接を監視するための処理を実行する監視処理装置５０と、監視処理装置５０の処理結果等を表示するモニタ８０等で構成されている。
最初に、溶接装置１０について説明する。溶接装置１０は、消耗電極式ガスシールドアーク溶接を実施（施工）する装置である。図１に示すように、溶接装置１０は、給電チップ３８が取り付けられている溶接トーチ３６と、溶接トーチ３６の位置を調節する産業用のロボット２４と、溶接トーチ３６に溶接ワイヤ２０を送給するワイヤ送給装置３２と、溶接電力を供給する溶接電源１６と、ロボット２４やワイヤ送給装置３２や溶接電源１６の動作を制御する制御装置１４等を備えている。
溶接電源１６は、溶接電流を経時的に測定する電流測定器４２と、溶接電圧を経時的に測定する電圧測定器４４を備えている。
ワイヤ送給装置３２は、溶接ワイヤ２０を送給するのに要した力（ワイヤ送給力）を経時的に測定する測定器（図示省略）を備えている。ワイヤ送給力は、例えばワイヤ送給装置３２の駆動電流を検出して測定することができる。ワイヤ送給力は、例えばコンジットケーブル３４や給電チップ３８等の磨耗（内面荒れ）の進行等によって上昇する。
【００１５】
溶接トーチ３６には、溶接ワイヤ２０とシールドガスが供給される。溶接ワイヤ２０は、ワイヤ供給装置３２によってワイヤクリール１８から巻き出され、コンジットケーブル３４に案内される。シールドガスは、ガスボンベ２２からホース２６に案内されて供給される。供給された溶接ワイヤ２０は給電チップ３８から突出し、その先端部２０ａはシールドガスによってシールドされる。溶接電源１６から供給される溶接電流は、給電チップ３８から溶接ワイヤ２０の先端２０ａへと流れ込み、溶接ワイヤ２０の先端２０ａとワークＡ、Ｂ、Ｃ間でアークを生じる。溶接トーチ３６が各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って移動し、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って溶接が実施される。各溶接線Ｌ１〜Ｌ４では、所定の期間に亘ってガスシールドアーク溶接が実施される。
【００１６】
制御装置１４には、ワークＡ、Ｂ、Ｃに実施する溶接に関する指示条件データ１２が予め教示されている。指示条件データ１２は、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に関して、溶接線の軌跡、溶接速度（溶接トーチ３６の移動速度）、溶接電流の目標値と正常範囲と許容範囲、溶接電圧の目標値と正常範囲と許容範囲、ワイヤ送給力の正常範囲と許容範囲等を記述している。これらを溶接条件という。ここで、溶接電圧や溶接電流の正常範囲とは、溶接時の溶接電圧や溶接電流がこの範囲にあれば、ほぼ予定通りに溶接が実施されたと判断できる範囲である。また溶接電圧や溶接電流の許容範囲とは、溶接時の溶接電圧や溶接電流がこの範囲にあれば、予定とは若干異なることもあるが、必要な接合強度を満たす溶接が行われたと判断できる範囲である。ワイヤ送給力の正常範囲とは、ワイヤ送給力がこの範囲にあれば、溶接ワイヤ２０が正常に送給されていると判断できる範囲である。ワイヤ送給力の許容範囲とは、コンジットケーブル３４や給電チップ３８等の磨耗等が疑われることもあるが、コンジットケーブル３４や給電チップ３８等を交換する必要はないと判断される範囲である。それぞれの指標において、正常範囲は許容範囲よりも狭く設定されている。これらの正常範囲や許容範囲は、後述する図３、図４、図５等に記載されている。
【００１７】
制御装置１４は、指示条件データ１２に記述されている溶接線Ｌ１〜Ｌ４の軌跡や溶接速度等に基づいて、ロボット２４の動作を制御する。それにより溶接トーチ３６は、溶接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の順に、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って移動する。
制御装置１４は、指示条件１２に記述されている溶接電圧の目標値や、自身が制御するロボット２４の動作等に基づいて、溶接電源１６の動作を制御する。それにより、溶接トーチ３６が各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って移動している間、溶接トーチ３６の給電チップ３８とワークＡ、Ｂ、Ｃ間に溶接電圧が印加される。
制御装置１４は、指示条件１２に記述されている溶接電流の目標値等に基づいて、目標とする溶接電流が実現される溶接ワイヤ２０の送給速度を計算する。次いで、計算した溶接ワイヤ２０の送給速度や、自身が制御するロボット２４の動作等に基づいて、ワイヤ送給装置３２に動作指令を与える。それにより、溶接トーチ３６が各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って移動している間、溶接トーチ３６に溶接ワイヤ２０が送給される。
制御装置１４は、溶接設備に関する設備管理情報を記憶している。設備管理情報とは、例えば消耗品であるコンジットケーブル３４や給電チップ３８等が交換された日時や、ロボット２４や搬送装置４８に発生した動作エラーに関する記録等が含まれている。
以上のように、制御装置１４は指示条件データ１２に基づいて各装置を制御する。その結果、溶接時における各種の溶接指標が、指示条件データに基づいて調節される。
【００１８】
次に、監視処理装置５０について説明する。監視処理装置５０は、汎用のコンピュータ装置を用いて構成されている。即ち、監視処理装置５０は、各種の演算を実行する処理装置や、各種の電子データを記憶する記憶装置を備えている。
監視処理装置５０は、制御装置１４から、指示条件データ１２が記述している指示条件や、制御装置１４が他の装置に指令した指令条件を入力することができる。それにより、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に関して、例えば溶接電圧の目標値と正常範囲と許容範囲や、溶接電流の目標値と正常範囲と許容範囲等を把握することができる。
また監視処理装置５０は、制御装置１４から、制御装置１４が他の装置に指令した指令条件等を入力することができる。それにより、監視処理装置５０は、例えば現時点において溶接が実施されている溶接線Ｌ１〜Ｌ４や、ワイヤ送給装置３２に指令されたワイヤ送給速度等を把握することができる。
また監視処理装置５０は、制御装置１４から、設備管理情報を入力することができる。
また監視処理装置５０は、溶接電源１６から、測定された溶接電圧や溶接電流を入力することができる。監視処理装置５０は、溶接電源１６の測定器４２、４４を利用して、溶接が実施されている期間における溶接電圧や溶接電流を経時的に測定することができる。
また監視処理装置５０は、ワイヤ送給装置３２から、測定されたワイヤ送給力を入力することができる。監視処理装置５０は、ワイヤ送給装置３２を介して、溶接が実施されている期間におけるワイヤ送給力を経時的に測定することができる。
【００１９】
監視処理装置５０は、上述した各種の入力情報に基づいて、溶接装置１０が実施する溶接を監視するための処理を実行する。図２は、監視処理装置５０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。以下、図２に示すフローチャートに沿って、監視処理装置５０が実行する処理について説明する。なお、監視処理装置５０は、溶接装置１０が各ワークＡ、Ｂ、Ｃの溶接線Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれに順次溶接を実施するサイクルに併せて、図２に示す一連の処理フローを繰り返し実行する。
図２のステップＳ２では、溶接装置１０が溶接を実施する溶接線が特定される。詳しくは、どのワーク（Ａ、Ｂ、Ｃ）のどの溶接線（Ｌ１〜Ｌ４）に溶接を実施するのかが特定される。溶接が実施される溶接線Ｌ１〜Ｌ４を特定することで、実施される溶接の溶接条件を特定する情報を得ることができる。
ステップＳ４では、ステップＳ２で特定した溶接線に基づいて、測定する溶接指標の正常範囲が設定される。ここでは、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力の正常範囲が設定される。図３に、溶接電流Ｃの正常範囲ＣＬ〜ＣＵの一例を、溶接実施期間中における溶接電流Ｃの経時変化とともに例示する。また図４に、溶接電圧Ｖの正常範囲ＶＬ〜ＶＵの一例を、溶接実施期間中における溶接電圧Ｖの経時変化とともに例示する。また図５に、ワイヤ送給力Ｆの正常範囲０〜ＦＵの一例を、溶接実施期間中におけるワイヤ送給力Ｆの経時変化とともに例示する。
ステップＳ６では、溶接装置１０が溶接を開始した時点から所定の時間だけ遅れて、溶接指標の測定が開始される。ここでは、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力等の測定が開始される。図３、図４、図５に示すように、溶接実施期間の初期や終期では、各溶接指標が不安定に変化する。溶接指標の測定開始時点を、溶接開始時点から遅らせることによって、溶接実施期間の初期を測定期間Ｔｍに含まないようにしている。
【００２０】
ステップＳ８では、測定した溶接指標が正常範囲内であるのか否かが判定される。測定した溶接指標が正常範囲内であればステップＳ１２へ進み、測定した溶接指標が正常範囲外であればステップＳ１０へ進む。このステップの判定は、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力のそれぞれについて行われる。
ステップＳ１０では、測定した溶接指標が正常範囲外である異常期間Ｔｆを計時する処理が行われる。具体的には、現在までの異常期間Ｔｆに、ステップＳ８〜Ｓ１２の判定サイクル時間Δｔを加算して、異常期間Ｔｆを累積計算していく。異常期間Ｔｆは、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力のそれぞれについて計時される。
ステップＳ１２では、溶接指標の測定を開始して（ステップＳ６）から、測定期間Ｔｍが経過したのか否かが判定される。測定期間Ｔｍは、例えば各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に対して予め設定しておくことができる。測定期間Ｔｍを経過する以前であれば（ノー）、ステップＳ８に戻る。測定期間Ｔｍを経過していれば（イエス）、ステップＳ１４に進む。
上記のステップＳ８〜Ｓ１２の判定と計時の処理は、サイクル時間Δｔ毎に繰り返し実行される。それにより、溶接指標（溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力）毎に、溶接指標が正常範囲外である異常期間Ｔｆが計時される。
【００２１】
ステップＳ１４では、測定期間Ｔｍに対する異常期間Ｔｆの比率である異常期間率Ｐが計算される。即ち、（異常期間率Ｐ）＝（異常期間Ｔｆ）／（測定期間Ｔｍ）である。異常期間率Ｐは、それぞれの溶接指標（溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力）毎に計算される。計算された異常期間率Ｐは、対応する溶接線（ワーク別および溶接線別）とともに記憶される。監視処理装置５０は、溶接装置１０が順次実施する溶接毎に、その溶接時の溶接線と異常期間率Ｐを対応付けて蓄積記憶している。
ここで、異常期間率Ｐの特徴について説明する。図３に示すように、例えば溶接実施期間に亘って溶接電流Ｃを経時的に測定したときに、溶接電流Ｃが緩やかに変動する期間Ｇや、溶接電流が急激に変動する期間Ｈ等が観測される。溶接電流Ｃが比較的に緩やかに変動する期間Ｇでは、溶接電流Ｃが目標値（例えば正常範囲の中央値）から小さく外れていても、溶接電流Ｃが長期に亘って目標値から外れることから、実施された溶接に欠陥等が含まれる可能性が高い。一方、溶接電流が急激に変動する期間Ｈでは、溶接電流Ｃが目標値から大きく外れても、溶接電流Ｃが目標値へと短期間で復帰することから、実施された溶接に残る影響も少ない。あるいは、測定された期間Ｈにおける変動自体が、測定機器のノイズ等に起因している場合もある。そのことから、溶接を監視する場合には、図３の期間Ｇに示すような変動を精度よく検出し、図３の期間Ｈに示すような変動は看過することが好ましい。
【００２２】
一方において、異常期間Ｔｆは、正常範囲の設定幅ＣＬ〜ＣＵを変化させたときに、溶接電流が緩やかに変動する期間Ｇに対して敏感に変化し、溶接電流Ｃが急激に変動する期間Ｈに対しては鈍感に変化する。例えば正常範囲の設定幅ＣＬ〜ＣＵを狭く設定した場合、溶接電流が緩やかに変動する期間Ｇによる異常期間Ｔｆは敏感に長くなる一方、溶接電流が急激に変動する期間Ｈによる異常期間Ｔｆはそれほど長くならない。その結果、異常期間率Ｐは、検出すべき状態（図３の期間Ｇにおける変動）に対して敏感に反応し、看過すべき状態（図３の期間Ｈにおける変動）に対しては鈍感に反応する。即ち、異常期間率Ｐは、実施された溶接の良否を定量的に示す指標といえる。このことは、溶接電流Ｃに限らず、溶接電圧Ｖやワイヤ送給力Ｆ等の他の溶接指標にもいえる。本実施例の異常期間率Ｐは、溶接が異常に行われたときほど大きな値をとる。
【００２３】
ステップＳ１６では、それぞれの溶接指標について、計算した異常期間率Ｐが所定の判定基準値Ｐｚを超えているのか否かが判定される。異常期間率Ｐが判定基準値Ｐｚを超えていれば、溶接が異常（あるいは異常に準ずる状態）に実施されたと判断することができる。このステップの判定結果は、後のステップＳ２２においてモニタ８０に表示され、オペレータ等に教示される。判定基準値Ｐｚは、各溶接指標について異なる値を用いてもよいし、同一の値を用いることもできる。計算した異常期間率Ｐが所定の判定基準値Ｐｚを超えている（イエス）場合はステップＳ１８に進む。そうでない（ノー）場合はステップＳ２２に進む
【００２４】
ステップＳ１８では、今回の溶接において異常期間率Ｐが判定基準値Ｐｚを超えていることを受けて、記憶されている前回の溶接時における異常期間率Ｐが、判定基準値Ｐｚを越えているのか否かを判定する。即ち、最近２回の溶接に亘って異常期間率Ｐが連続して判定基準値Ｐｚを越えているのか否かを判定する。なおこのステップでは、最近の２回の溶接に限らず、さらに多数回の溶接に亘って同一判定が連続しているのか否かを判定してもよい。
このステップＳ１８の処理は、２つの意味を持つ。第１の意味は、同一判定が連続することを判定することによって、判定結果の信頼性を高めることにある。この場合、例えば正常範囲の設定幅をさらに狭く設定した場合でも、ノイズ等の影響を低減して正確な判定を行うことができる。
第２の意味は、異常期間率Ｐが、特定の溶接線Ｌ１〜Ｌ４において上昇しているのか、溶接線Ｌ１〜Ｌ４に関わらず上昇しているのかを判定することにある。後者の場合であれば、例えば溶接装置１０に異常が生じていることが推測される。図６に示すように、例えば給電チップ３８の磨耗が進行していくと、溶接電流Ｃの異常期間率Ｐが徐々に上昇していく。このような場合、ある溶接時から異常期間率Ｐが連続して判定基準値Ｐｚを超えることとなる。図６に示す場合では、ワークＢの溶接線Ｌ３の溶接時から異常期間率Ｐが連続して判定基準値Ｐｚを超えている。ステップＳ１８の処理によって、溶接装置１０に異常が発生していることを検知することができる。
【００２５】
ステップＳ２０では、今回の溶接に対する異常期間率Ｐが判定基準値Ｐｚを超えていることを受けて、記憶されている前回の同一溶接線に対する溶接に対する異常期間率Ｐが、判定基準値Ｐｚを越えているのか否かを判定する。例えば今回がワークＢの溶接線Ｌ１に対する判定であれば、記憶されているワークＡの溶接線Ｌ１に対する異常期間率Ｐについて判定する。それにより、最近２回（２個のワーク）の同一溶接線に対する溶接において、異常期間率Ｐが連続して判定基準値Ｐｚを越えているのか否かを判定することができる。なお、最近２回に限らず、さらに多数回（多数のワーク）の同一溶接線について連続しているのか否かを判定してもよい。
このステップＳ２０の処理によって、特定の溶接線Ｌ１〜Ｌ４のみにおいて異常と判定されているのか否かが判定される。この判定によって、特定の溶接条件で実施された溶接に対して異常と判定されているのか否かを判定することができる。図７に示すように、例えば溶接線Ｌ２のみにおいて、異常期間率Ｐが判定基準値Ｐｚを繰り返し超える場合がある。このような現象は、溶接線Ｌ２に対する溶接条件の設定に問題がある場合がある。溶接条件の問題とは、溶接電流、溶接電圧等の設定値に限らず、例えばロボット２４に教示する溶接線Ｌ２の軌跡の設定等も含まれる。あるいは、各ワークＡ、Ｂ、Ｃにおける各パーツ１０１〜１０４の位置決めに関する設定等も含まれる。図６に示す状態と図７に示す状態では、異常の発生要因が大きく異なることから、図６に示す状態と図７に示す状態を区別して判定することが好ましい。ステップＳ２０の処理は、図７に示すように単に溶接の実施順に並ぶ異常期間率Ｐを、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように溶接線Ｌ１〜Ｌ４別に並べて評価することに等しい。
【００２６】
ステップＳ２２では、ステップＳ１６、Ｓ１８、Ｓ２０における判定結果が、モニタ８０に表示される。例えばステップＳ１６における判定において、イエスの場合は「要観察」と表示し、ノーの場合は「正常」と表示する。さらにステップＳ１８における判定がイエスの場合は、例えば「要点検」と表示する。このとき、例えば制御装置１４から入力した設備管理情報を加味してもよい。例えば給電チップ３８が交換されてから相当期間が経過しており、溶接電流Ｃに基づいて「要点検」と判定する場合には、給電チップ３８の交換を促す表示をしてもよい。ステップＳ２０の判定がイエスの場合は、該当する溶接線Ｌ２を表示して、溶接条件の見直しを促すのもよい。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
図９に示すように、例えば異常期間を計時する際には、測定した溶接指標（図９では溶接電流Ｃ）が正常範囲の下限値ＣＬを下回る期間Ｔａと、正常範囲の上限値ＣＵを上回る期間Ｔｂとを区別して計時し、それぞれの期間Ｔａ、Ｔｂについて異常期間率を計算してもよい。溶接装置１０等の問題による溶接指標の変動は、その原因に応じて一方方向に定まっている。それに対して、ノイズ等に起因して生じる変動は、指標の測定値を増大させたり、減少させたりする場合が多い。そのことから、例えば両者の異常期間率の差分を計算することによって、ノイズに起因する影響を把握することができ、ノイズの影響をさらに取り除いた判定を行うこともできる。
また、計算した異常期間率を判定する際には、第２の判定基準値を設定し、異常期間率に対する判定を２段階に行ってもよい。異常期間率が溶接の良否を定量的に示す指標であることから、溶接が異常な状態で行われるのに先立って、未然に対策を施すことが可能となる。
あるいは、各溶接指標に対する異常期間率を集積計算して、集積異常期間率に基づいて溶接の良否を判定してもよい。各溶接指標に対する異常期間率を集積計算する際には、各溶接指標の相関関係に基づいて、それぞれの異常期間率を重みづけしてもよい。
【００２８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例の溶接工程を模式的に示す図。
【図２】監視処理装置が実行する動作の流れを示すフローチャート。
【図３】溶接実施期間における溶接電流の計時変化を示す図。
【図４】溶接実施期間における溶接電圧の計時変化を示す図。
【図５】溶接実施期間におけるワイヤ送給力の計時変化を示す図。
【図６】溶接実施回数に伴って増大する異常期間率を溶接実施順に示す図。
【図７】特定の溶接線において増大する異常期間率を溶接実施順に示す図。
【図８】特定の溶接線において増大する異常期間率を溶接線別に示す図。
【図９】異常期間の計時手法の別例を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１０・・溶接装置
１２・・指示条件
１４・・制御装置
１６・・溶接電源
２０・・溶接用のワイヤ
２０ａ・・ワイヤの先端
２２・・ガスボンベ
２４・・産業用のロボット
３２・・ワイヤ供給装置
３６・・溶接トーチ
３８・・給電チップ
４２・・電流測定器
４４・・電圧測定器
４８・・搬送装置
５０・・監視処理装置
８０・・モニタ
１０１、１０２、１０３、１０４・・パーツ
Ａ、Ｂ、Ｃ・・ワーク（自動車ボディ）
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４・・溶接線
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接の良否を監視する技術に関する。本発明は、現に実施中の溶接処理の良否を監視するために用いることもできるが、過去に収集したデータを分析することによって過去に実施した溶接処理の良否を監視するために用いることもできる。
【背景技術】
【０００２】
溶接処理の実施中に各種の溶接指標を経時的に測定し、溶接処理の良否を監視する技術が知られている。
例えば特許文献１には、溶接処理の実施中に、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度等を経時的に測定し続け、溶接指標の測定値が所定の範囲を超えたときに、警告ランプを点灯させる溶接監視装置が記載されている。
【特許文献１】特開平９−５７４４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１の技術では、溶接指標の正常範囲を狭く設定してしまうと、ノイズ等による影響を受けやすくなり、誤判定が頻発してしまう。一方において、溶接指標の正常範囲を広く設定してしまうと、異常判定の感度が鈍くなってしまう。特許文献１の技術では、正常なものを異常と誤判定したり、異常なものを正常と誤判定しやすい。
誤判定を減らすために、溶接指標の測定値が正常範囲を超えた回数をカウントし、カウント数を許容カウント数範囲と比較する技術も提案されている。この技術によると、正常時でも生じる単発的なふれによって異常としてしまう誤判定を防止することができ、誤判定の確率を減少させることができる。
しかしながら、カウント数を許容カウント数範囲と比較する技術でも、許容カウント数の範囲を適切に設定することが困難であり、誤判定の確率を十分に減少させることができない。
従来の技術では、溶接の良否を精度よく監視することができない。本発明は、その課題を解決する。本発明では、溶接の良否を精度よく監視するにあたって、誤判定の確率を十分に減少させることができる技術を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明は、溶接の良否を監視する装置に具現化することができる。この監視装置は、溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する測定手段と、測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する計時手段と、測定期間に対する計時期間の期間率を計算する計算手段と、計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する判定手段を備えている。
ここでいう溶接指標は、溶接処理の実施中に測定可能であって溶接品質に影響を与える指標をいう。例えば、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ワイヤ送給速度、ワイヤ送給力、シールドガス圧力、シールドガス流量等が挙げられる。測定期間は選択可能であり、測定環境に合わせて長短が調節される。
本装置は、直前に測定された溶接指標と現時点で測定された溶接指標を分析対象とすることによって、溶接の良否をほぼリアルタイムで監視することができる。過去に測定して記憶しておいた溶接指標を分析対象とすることによって、過去に実施した溶接の良否を判別することもできる。
【０００５】
図３は、溶接実施中（溶接実施期間）に、溶接電流Ｃ（溶接指標の一例である）を経時的に測定した測定結果の一例を示している。正常に溶接している場合の溶接電流は、正常範囲ＣＬ〜ＣＵにあることがわかっている。
溶接指標を経時的に測定し続けると、溶接指標はしばしば正常範囲ＣＬ〜ＣＵから逸脱する。正常に溶接している場合でも、溶接指標がしばしば正常範囲ＣＬ〜ＣＵから逸脱するために、溶接の良否を判別することはひどく難しい。
図３において、記号ＧとＨで示す期間は、溶接指標が正常範囲ＣＬ〜ＣＵから逸脱した期間を示す。このとき、期間Ｇではわずかに逸脱し、期間Ｈでは大きく逸脱している。逸脱した回数をカウントするとすれば、期間Ｇでも期間Ｈでも１回ずつ逸脱していることとなる。
本発明者らの研究によって、溶接品質に大きく影響する要素は、逸脱したスケールでもなく、逸脱した回数でもなく、逸脱している時間であることが判明した。
例えば図３に示す場合、期間Ｇではわずかに逸脱し、期間Ｈでは大きく逸脱している。逸脱したスケールで考察すると、期間Ｇよりも期間Ｈの溶接品質の方が深刻であるはずである。しかしながら、実際には、期間Ｈよりも期間Ｇの溶接品質の方が深刻である。期間Ｈでは、溶接指標が正常範囲から大きく逸脱しているが、短期間に正常範囲に復帰することから、結果的には溶接品質に与える影響が少ない。それに対して、期間Ｇでは、溶接指標が正常範囲からわずかに逸脱しているのにすぎないが、溶接指標が長期に亘って正常範囲から逸脱するために、結果的には溶接品質に与える影響が大きい。
従来の技術では、溶接指標が正常範囲を逸脱したときに異常と判別することから、誤判定が頻発してしまう。それを避けるために、正常範囲を広く設定してしても誤判定を防止することはできない。図３の場合、溶接品質の低下が深刻な期間Ｇを見過ごしてしまい、さらに溶接品質の低下がそれほどでもない期間Ｈを異常としてしまう。
正常範囲を逸脱した回数をカウントしても、溶接品質の低下が深刻な期間Ｇを重視し、溶接品質の低下がそれほどでもない期間Ｈを軽視するように、判定することはできない。回数をカウントする技術では、期間Ｇでも期間Ｈでも区別することなく、それぞれ１回とカウントする。
【０００６】
本発明の監視装置は、測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する。図３の場合、期間Ｇと期間Ｈ以外の経過時間を計時する。計時した時間は、測定期間Ｔｍと比較される。即ち、測定期間に対する計時期間の期間率が計算される。図３の場合、
（測定期間Ｔｍ−期間Ｇの持続時間Ｔｆ−期間Ｈの持続時間Ｔｆ）／（測定期間Ｔｍ）が計算される。
測定した溶接指標が全測定期間において所定指標範囲に留まっていれば、期間率は1.00となる。期間Ｈのように、短期間だけ所定指標範囲から逸脱した期間が存在する場合には、期間率が1.00から若干は低下するが、それでも1.00に近い値に留まる。期間Ｇのように、長期間に亘って所定指標範囲から逸脱した期間が存在する場合には、期間率が1.00より大きく低下する。
この溶接監視装置によると、期間率に着目することから、溶接品質に及ぼす影響の度合いを定量的に把握することができ、溶接の良否を精度よく監視することができる。
なお、所定指標範囲を正常範囲以外とすることもできる。この場合の期間率は、
（期間Ｇの持続時間Ｔｆ＋期間Ｈの持続時間Ｔｆ）／（測定期間Ｔｍ）で計算される。どちらを期間率としても、溶接品質に及ぼす影響の度合いを数値化して把握することができる。
【０００７】
上記の監視装置では、計算手段が計算した期間率を蓄積記憶する蓄積記憶手段をさらに備えていることが好ましい。
計算手段が計算する期間率は、溶接品質を定量的に示す指標である。計算した期間率を蓄積して記憶しておくことによって、過去に実施した溶接を解析することが可能となる。また、過去の期間率の変遷から、計算された期間率と比較する所定期間率範囲を更新するために利用することもできる。
【０００８】
判定手段は、計算手段が計算した期間率が所定期間率範囲にあると判定したときに、蓄積記憶手段に記憶されている期間率が所定期間率範囲にあるのか否かをさらに判定することが好ましい。この場合、蓄積記憶手段に記憶されている期間率のうち、最後に実施した溶接時の期間率を判定対象とする。
上記の判定をすると、判定結果がその溶接時に限るものなのか、前回の溶接時から連続しているものなのかを判定することができる。例えば連続して異常と判定されている場合には、溶接装置に問題があると推定することができ、溶接装置のメンテナンス等を促すこともできる。
【０００９】
蓄積記憶手段は、期間率を、その時の溶接条件を特定する情報と対にして蓄積記憶するものであることが好ましい。この場合、判定手段は、計算手段が計算した期間率が所定期間率範囲にあると判定したときに、蓄積記憶手段に記憶されている期間率が所定期間率範囲にあるのか否かをさらに判定することが好ましい。この場合、蓄積記憶手段に記憶されている期間率のうち、同一溶接条件で最後に実施した溶接時の期間率を判定対象とする。
上記の判定をすると、判定結果がその溶接時に限るものなのか、同一溶接条件の溶接時から連続しているものなのかを判定することができる。例えば同一溶接条件の溶接において連続して異常と判定されている場合には、溶接条件等に問題があると推定することができ、溶接条件等の見直し等を図ることができる。
【００１０】
本発明の技術は、溶接の良否を監視する方法にも具現化される。この監視方法は、溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する工程と、測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する工程と、測定期間に対する計時期間の期間率を計算する工程と、計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する工程とを備える。
この監視方法によると、溶接品質の程度を定量化して把握することができ、溶接の良否を精度よく監視することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明により、溶接の良否を精度よく監視することが可能となり、溶接欠陥の発生を防止しすることや、溶接装置や溶接条件の異常を早期に発見することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
最初に、以下に説明する実施例の主要な形態を列記する。
（形態１） 溶接設備は、溶接を実施する溶接装置と、溶接装置が実施する溶接を監視する監視装置を備えている。
（形態２） 監視装置は、溶接装置が備える溶接指標の測定器や、その測定器の測定結果に基づいて処理を行う監視処理装置等によって構成されている。
（形態３） 監視装置は、溶接指標である溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力等を測定する測定器を備えている。
（形態４） 監視処理装置は、処理装置や記憶装置を備えるコンピュータ装置を備えている。
【実施例】
【００１３】
（実施例１）
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施例の溶接設備を模式的に示している。図１に示す溶接設備は、自動車ボディを製造する設備の一部であり、複数の金属パーツを溶接して自動車ボディを成形する設備である。
図１に示す溶接設備は、搬送装置４８が順次搬送してくる複数のワークＡ、Ｂ、Ｃ・・に順次溶接を実施し、複数の自動車ボディを順に成形する。各ワークＡ、Ｂ、Ｃは、複数の金属製のパーツ１０１、１０２、１０３、１０４から構成されている。図１に示すように、パーツ１０１とパーツ１０２の間には、両者を溶接するための溶接線（溶接箇所）Ｌ１が定められている。同様に、パーツ１０２とパーツ１０３の間には溶接線Ｌ２が定められており、パーツ１０３とパーツ１０４の間には溶接線Ｌ３が定められており、パーツ１０４とパーツ１０１の間には溶接線Ｌ４が定められている。溶接設備は、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順次溶接を実施する。即ち、溶接設備は、ワークＡに対して溶接線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順次溶接を実施し、次いでワークＢに対して溶接線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順次溶接を実施し、次いでワークＣに対して溶接線Ｌ１〜Ｌ４の位置に順次溶接を実施する。
【００１４】
図１に示すように、溶接設備は、主に、溶接装置１０と、溶接装置１０が実施する溶接を監視するための処理を実行する監視処理装置５０と、監視処理装置５０の処理結果等を表示するモニタ８０等で構成されている。
最初に、溶接装置１０について説明する。溶接装置１０は、消耗電極式ガスシールドアーク溶接を実施（施工）する装置である。図１に示すように、溶接装置１０は、給電チップ３８が取り付けられている溶接トーチ３６と、溶接トーチ３６の位置を調節する産業用のロボット２４と、溶接トーチ３６に溶接ワイヤ２０を送給するワイヤ送給装置３２と、溶接電力を供給する溶接電源１６と、ロボット２４やワイヤ送給装置３２や溶接電源１６の動作を制御する制御装置１４等を備えている。
溶接電源１６は、溶接電流を経時的に測定する電流測定器４２と、溶接電圧を経時的に測定する電圧測定器４４を備えている。
ワイヤ送給装置３２は、溶接ワイヤ２０を送給するのに要した力（ワイヤ送給力）を経時的に測定する測定器（図示省略）を備えている。ワイヤ送給力は、例えばワイヤ送給装置３２の駆動電流を検出して測定することができる。ワイヤ送給力は、例えばコンジットケーブル３４や給電チップ３８等の磨耗（内面荒れ）の進行等によって上昇する。
【００１５】
溶接トーチ３６には、溶接ワイヤ２０とシールドガスが供給される。溶接ワイヤ２０は、ワイヤ供給装置３２によってワイヤクリール１８から巻き出され、コンジットケーブル３４に案内される。シールドガスは、ガスボンベ２２からホース２６に案内されて供給される。供給された溶接ワイヤ２０は給電チップ３８から突出し、その先端部２０ａはシールドガスによってシールドされる。溶接電源１６から供給される溶接電流は、給電チップ３８から溶接ワイヤ２０の先端２０ａへと流れ込み、溶接ワイヤ２０の先端２０ａとワークＡ、Ｂ、Ｃ間でアークを生じる。溶接トーチ３６が各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って移動し、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って溶接が実施される。各溶接線Ｌ１〜Ｌ４では、所定の期間に亘ってガスシールドアーク溶接が実施される。
【００１６】
制御装置１４には、ワークＡ、Ｂ、Ｃに実施する溶接に関する指示条件データ１２が予め教示されている。指示条件データ１２は、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に関して、溶接線の軌跡、溶接速度（溶接トーチ３６の移動速度）、溶接電流の目標値と正常範囲と許容範囲、溶接電圧の目標値と正常範囲と許容範囲、ワイヤ送給力の正常範囲と許容範囲等を記述している。これらを溶接条件という。ここで、溶接電圧や溶接電流の正常範囲とは、溶接時の溶接電圧や溶接電流がこの範囲にあれば、ほぼ予定通りに溶接が実施されたと判断できる範囲である。また溶接電圧や溶接電流の許容範囲とは、溶接時の溶接電圧や溶接電流がこの範囲にあれば、予定とは若干異なることもあるが、必要な接合強度を満たす溶接が行われたと判断できる範囲である。ワイヤ送給力の正常範囲とは、ワイヤ送給力がこの範囲にあれば、溶接ワイヤ２０が正常に送給されていると判断できる範囲である。ワイヤ送給力の許容範囲とは、コンジットケーブル３４や給電チップ３８等の磨耗等が疑われることもあるが、コンジットケーブル３４や給電チップ３８等を交換する必要はないと判断される範囲である。それぞれの指標において、正常範囲は許容範囲よりも狭く設定されている。これらの正常範囲や許容範囲は、後述する図３、図４、図５等に記載されている。
【００１７】
制御装置１４は、指示条件データ１２に記述されている溶接線Ｌ１〜Ｌ４の軌跡や溶接速度等に基づいて、ロボット２４の動作を制御する。それにより溶接トーチ３６は、溶接線Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４の順に、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って移動する。
制御装置１４は、指示条件１２に記述されている溶接電圧の目標値や、自身が制御するロボット２４の動作等に基づいて、溶接電源１６の動作を制御する。それにより、溶接トーチ３６が各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って移動している間、溶接トーチ３６の給電チップ３８とワークＡ、Ｂ、Ｃ間に溶接電圧が印加される。
制御装置１４は、指示条件１２に記述されている溶接電流の目標値等に基づいて、目標とする溶接電流が実現される溶接ワイヤ２０の送給速度を計算する。次いで、計算した溶接ワイヤ２０の送給速度や、自身が制御するロボット２４の動作等に基づいて、ワイヤ送給装置３２に動作指令を与える。それにより、溶接トーチ３６が各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に沿って移動している間、溶接トーチ３６に溶接ワイヤ２０が送給される。
制御装置１４は、溶接設備に関する設備管理情報を記憶している。設備管理情報とは、例えば消耗品であるコンジットケーブル３４や給電チップ３８等が交換された日時や、ロボット２４や搬送装置４８に発生した動作エラーに関する記録等が含まれている。
以上のように、制御装置１４は指示条件データ１２に基づいて各装置を制御する。その結果、溶接時における各種の溶接指標が、指示条件データに基づいて調節される。
【００１８】
次に、監視処理装置５０について説明する。監視処理装置５０は、汎用のコンピュータ装置を用いて構成されている。即ち、監視処理装置５０は、各種の演算を実行する処理装置や、各種の電子データを記憶する記憶装置を備えている。
監視処理装置５０は、制御装置１４から、指示条件データ１２が記述している指示条件や、制御装置１４が他の装置に指令した指令条件を入力することができる。それにより、各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に関して、例えば溶接電圧の目標値と正常範囲と許容範囲や、溶接電流の目標値と正常範囲と許容範囲等を把握することができる。
また監視処理装置５０は、制御装置１４から、制御装置１４が他の装置に指令した指令条件等を入力することができる。それにより、監視処理装置５０は、例えば現時点において溶接が実施されている溶接線Ｌ１〜Ｌ４や、ワイヤ送給装置３２に指令されたワイヤ送給速度等を把握することができる。
また監視処理装置５０は、制御装置１４から、設備管理情報を入力することができる。
また監視処理装置５０は、溶接電源１６から、測定された溶接電圧や溶接電流を入力することができる。監視処理装置５０は、溶接電源１６の測定器４２、４４を利用して、溶接が実施されている期間における溶接電圧や溶接電流を経時的に測定することができる。
また監視処理装置５０は、ワイヤ送給装置３２から、測定されたワイヤ送給力を入力することができる。監視処理装置５０は、ワイヤ送給装置３２を介して、溶接が実施されている期間におけるワイヤ送給力を経時的に測定することができる。
【００１９】
監視処理装置５０は、上述した各種の入力情報に基づいて、溶接装置１０が実施する溶接を監視するための処理を実行する。図２は、監視処理装置５０が実行する処理の流れを示すフローチャートである。以下、図２に示すフローチャートに沿って、監視処理装置５０が実行する処理について説明する。なお、監視処理装置５０は、溶接装置１０が各ワークＡ、Ｂ、Ｃの溶接線Ｌ１〜Ｌ４のそれぞれに順次溶接を実施するサイクルに併せて、図２に示す一連の処理フローを繰り返し実行する。
図２のステップＳ２では、溶接装置１０が溶接を実施する溶接線が特定される。詳しくは、どのワーク（Ａ、Ｂ、Ｃ）のどの溶接線（Ｌ１〜Ｌ４）に溶接を実施するのかが特定される。溶接が実施される溶接線Ｌ１〜Ｌ４を特定することで、実施される溶接の溶接条件を特定する情報を得ることができる。
ステップＳ４では、ステップＳ２で特定した溶接線に基づいて、測定する溶接指標の正常範囲が設定される。ここでは、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力の正常範囲が設定される。図３に、溶接電流Ｃの正常範囲ＣＬ〜ＣＵの一例を、溶接実施期間中における溶接電流Ｃの経時変化とともに例示する。また図４に、溶接電圧Ｖの正常範囲ＶＬ〜ＶＵの一例を、溶接実施期間中における溶接電圧Ｖの経時変化とともに例示する。また図５に、ワイヤ送給力Ｆの正常範囲０〜ＦＵの一例を、溶接実施期間中におけるワイヤ送給力Ｆの経時変化とともに例示する。
ステップＳ６では、溶接装置１０が溶接を開始した時点から所定の時間だけ遅れて、溶接指標の測定が開始される。ここでは、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力等の測定が開始される。図３、図４、図５に示すように、溶接実施期間の初期や終期では、各溶接指標が不安定に変化する。溶接指標の測定開始時点を、溶接開始時点から遅らせることによって、溶接実施期間の初期を測定期間Ｔｍに含まないようにしている。
【００２０】
ステップＳ８では、測定した溶接指標が正常範囲内であるのか否かが判定される。測定した溶接指標が正常範囲内であればステップＳ１２へ進み、測定した溶接指標が正常範囲外であればステップＳ１０へ進む。このステップの判定は、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力のそれぞれについて行われる。
ステップＳ１０では、測定した溶接指標が正常範囲外である異常期間Ｔｆを計時する処理が行われる。具体的には、現在までの異常期間Ｔｆに、ステップＳ８〜Ｓ１２の判定サイクル時間Δｔを加算して、異常期間Ｔｆを累積計算していく。異常期間Ｔｆは、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力のそれぞれについて計時される。
ステップＳ１２では、溶接指標の測定を開始して（ステップＳ６）から、測定期間Ｔｍが経過したのか否かが判定される。測定期間Ｔｍは、例えば各溶接線Ｌ１〜Ｌ４に対して予め設定しておくことができる。測定期間Ｔｍを経過する以前であれば（ノー）、ステップＳ８に戻る。測定期間Ｔｍを経過していれば（イエス）、ステップＳ１４に進む。
上記のステップＳ８〜Ｓ１２の判定と計時の処理は、サイクル時間Δｔ毎に繰り返し実行される。それにより、溶接指標（溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力）毎に、溶接指標が正常範囲外である異常期間Ｔｆが計時される。
【００２１】
ステップＳ１４では、測定期間Ｔｍに対する異常期間Ｔｆの比率である異常期間率Ｐが計算される。即ち、（異常期間率Ｐ）＝（異常期間Ｔｆ）／（測定期間Ｔｍ）である。異常期間率Ｐは、それぞれの溶接指標（溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給力）毎に計算される。計算された異常期間率Ｐは、対応する溶接線（ワーク別および溶接線別）とともに記憶される。監視処理装置５０は、溶接装置１０が順次実施する溶接毎に、その溶接時の溶接線と異常期間率Ｐを対応付けて蓄積記憶している。
ここで、異常期間率Ｐの特徴について説明する。図３に示すように、例えば溶接実施期間に亘って溶接電流Ｃを経時的に測定したときに、溶接電流Ｃが緩やかに変動する期間Ｇや、溶接電流が急激に変動する期間Ｈ等が観測される。溶接電流Ｃが比較的に緩やかに変動する期間Ｇでは、溶接電流Ｃが目標値（例えば正常範囲の中央値）から小さく外れていても、溶接電流Ｃが長期に亘って目標値から外れることから、実施された溶接に欠陥等が含まれる可能性が高い。一方、溶接電流が急激に変動する期間Ｈでは、溶接電流Ｃが目標値から大きく外れても、溶接電流Ｃが目標値へと短期間で復帰することから、実施された溶接に残る影響も少ない。あるいは、測定された期間Ｈにおける変動自体が、測定機器のノイズ等に起因している場合もある。そのことから、溶接を監視する場合には、図３の期間Ｇに示すような変動を精度よく検出し、図３の期間Ｈに示すような変動は看過することが好ましい。
【００２２】
一方において、異常期間Ｔｆは、正常範囲の設定幅ＣＬ〜ＣＵを変化させたときに、溶接電流が緩やかに変動する期間Ｇに対して敏感に変化し、溶接電流Ｃが急激に変動する期間Ｈに対しては鈍感に変化する。例えば正常範囲の設定幅ＣＬ〜ＣＵを狭く設定した場合、溶接電流が緩やかに変動する期間Ｇによる異常期間Ｔｆは敏感に長くなる一方、溶接電流が急激に変動する期間Ｈによる異常期間Ｔｆはそれほど長くならない。その結果、異常期間率Ｐは、検出すべき状態（図３の期間Ｇにおける変動）に対して敏感に反応し、看過すべき状態（図３の期間Ｈにおける変動）に対しては鈍感に反応する。即ち、異常期間率Ｐは、実施された溶接の良否を定量的に示す指標といえる。このことは、溶接電流Ｃに限らず、溶接電圧Ｖやワイヤ送給力Ｆ等の他の溶接指標にもいえる。本実施例の異常期間率Ｐは、溶接が異常に行われたときほど大きな値をとる。
【００２３】
ステップＳ１６では、それぞれの溶接指標について、計算した異常期間率Ｐが所定の判定基準値Ｐｚを超えているのか否かが判定される。異常期間率Ｐが判定基準値Ｐｚを超えていれば、溶接が異常（あるいは異常に準ずる状態）に実施されたと判断することができる。このステップの判定結果は、後のステップＳ２２においてモニタ８０に表示され、オペレータ等に教示される。判定基準値Ｐｚは、各溶接指標について異なる値を用いてもよいし、同一の値を用いることもできる。計算した異常期間率Ｐが所定の判定基準値Ｐｚを超えている（イエス）場合はステップＳ１８に進む。そうでない（ノー）場合はステップＳ２２に進む
【００２４】
ステップＳ１８では、今回の溶接において異常期間率Ｐが判定基準値Ｐｚを超えていることを受けて、記憶されている前回の溶接時における異常期間率Ｐが、判定基準値Ｐｚを越えているのか否かを判定する。即ち、最近２回の溶接に亘って異常期間率Ｐが連続して判定基準値Ｐｚを越えているのか否かを判定する。なおこのステップでは、最近の２回の溶接に限らず、さらに多数回の溶接に亘って同一判定が連続しているのか否かを判定してもよい。
このステップＳ１８の処理は、２つの意味を持つ。第１の意味は、同一判定が連続することを判定することによって、判定結果の信頼性を高めることにある。この場合、例えば正常範囲の設定幅をさらに狭く設定した場合でも、ノイズ等の影響を低減して正確な判定を行うことができる。
第２の意味は、異常期間率Ｐが、特定の溶接線Ｌ１〜Ｌ４において上昇しているのか、溶接線Ｌ１〜Ｌ４に関わらず上昇しているのかを判定することにある。後者の場合であれば、例えば溶接装置１０に異常が生じていることが推測される。図６に示すように、例えば給電チップ３８の磨耗が進行していくと、溶接電流Ｃの異常期間率Ｐが徐々に上昇していく。このような場合、ある溶接時から異常期間率Ｐが連続して判定基準値Ｐｚを超えることとなる。図６に示す場合では、ワークＢの溶接線Ｌ３の溶接時から異常期間率Ｐが連続して判定基準値Ｐｚを超えている。ステップＳ１８の処理によって、溶接装置１０に異常が発生していることを検知することができる。
【００２５】
ステップＳ２０では、今回の溶接に対する異常期間率Ｐが判定基準値Ｐｚを超えていることを受けて、記憶されている前回の同一溶接線に対する溶接に対する異常期間率Ｐが、判定基準値Ｐｚを越えているのか否かを判定する。例えば今回がワークＢの溶接線Ｌ１に対する判定であれば、記憶されているワークＡの溶接線Ｌ１に対する異常期間率Ｐについて判定する。それにより、最近２回（２個のワーク）の同一溶接線に対する溶接において、異常期間率Ｐが連続して判定基準値Ｐｚを越えているのか否かを判定することができる。なお、最近２回に限らず、さらに多数回（多数のワーク）の同一溶接線について連続しているのか否かを判定してもよい。
このステップＳ２０の処理によって、特定の溶接線Ｌ１〜Ｌ４のみにおいて異常と判定されているのか否かが判定される。この判定によって、特定の溶接条件で実施された溶接に対して異常と判定されているのか否かを判定することができる。図７に示すように、例えば溶接線Ｌ２のみにおいて、異常期間率Ｐが判定基準値Ｐｚを繰り返し超える場合がある。このような現象は、溶接線Ｌ２に対する溶接条件の設定に問題がある場合がある。溶接条件の問題とは、溶接電流、溶接電圧等の設定値に限らず、例えばロボット２４に教示する溶接線Ｌ２の軌跡の設定等も含まれる。あるいは、各ワークＡ、Ｂ、Ｃにおける各パーツ１０１〜１０４の位置決めに関する設定等も含まれる。図６に示す状態と図７に示す状態では、異常の発生要因が大きく異なることから、図６に示す状態と図７に示す状態を区別して判定することが好ましい。ステップＳ２０の処理は、図７に示すように単に溶接の実施順に並ぶ異常期間率Ｐを、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように溶接線Ｌ１〜Ｌ４別に並べて評価することに等しい。
【００２６】
ステップＳ２２では、ステップＳ１６、Ｓ１８、Ｓ２０における判定結果が、モニタ８０に表示される。例えばステップＳ１６における判定において、イエスの場合は「要観察」と表示し、ノーの場合は「正常」と表示する。さらにステップＳ１８における判定がイエスの場合は、例えば「要点検」と表示する。このとき、例えば制御装置１４から入力した設備管理情報を加味してもよい。例えば給電チップ３８が交換されてから相当期間が経過しており、溶接電流Ｃに基づいて「要点検」と判定する場合には、給電チップ３８の交換を促す表示をしてもよい。ステップＳ２０の判定がイエスの場合は、該当する溶接線Ｌ２を表示して、溶接条件の見直しを促すのもよい。
【００２７】
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
図９に示すように、例えば異常期間を計時する際には、測定した溶接指標（図９では溶接電流Ｃ）が正常範囲の下限値ＣＬを下回る期間Ｔａと、正常範囲の上限値ＣＵを上回る期間Ｔｂとを区別して計時し、それぞれの期間Ｔａ、Ｔｂについて異常期間率を計算してもよい。溶接装置１０等の問題による溶接指標の変動は、その原因に応じて一方方向に定まっている。それに対して、ノイズ等に起因して生じる変動は、指標の測定値を増大させたり、減少させたりする場合が多い。そのことから、例えば両者の異常期間率の差分を計算することによって、ノイズに起因する影響を把握することができ、ノイズの影響をさらに取り除いた判定を行うこともできる。
また、計算した異常期間率を判定する際には、第２の判定基準値を設定し、異常期間率に対する判定を２段階に行ってもよい。異常期間率が溶接の良否を定量的に示す指標であることから、溶接が異常な状態で行われるのに先立って、未然に対策を施すことが可能となる。
あるいは、各溶接指標に対する異常期間率を集積計算して、集積異常期間率に基づいて溶接の良否を判定してもよい。各溶接指標に対する異常期間率を集積計算する際には、各溶接指標の相関関係に基づいて、それぞれの異常期間率を重みづけしてもよい。
【００２８】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】実施例の溶接工程を模式的に示す図。
【図２】監視処理装置が実行する動作の流れを示すフローチャート。
【図３】溶接実施期間における溶接電流の計時変化を示す図。
【図４】溶接実施期間における溶接電圧の計時変化を示す図。
【図５】溶接実施期間におけるワイヤ送給力の計時変化を示す図。
【図６】溶接実施回数に伴って増大する異常期間率を溶接実施順に示す図。
【図７】特定の溶接線において増大する異常期間率を溶接実施順に示す図。
【図８】特定の溶接線において増大する異常期間率を溶接線別に示す図。
【図９】異常期間の計時手法の別例を示す図。
【符号の説明】
【００３０】
１０・・溶接装置
１２・・指示条件
１４・・制御装置
１６・・溶接電源
２０・・溶接用のワイヤ
２０ａ・・ワイヤの先端
２２・・ガスボンベ
２４・・産業用のロボット
３２・・ワイヤ供給装置
３６・・溶接トーチ
３８・・給電チップ
４２・・電流測定器
４４・・電圧測定器
４８・・搬送装置
５０・・監視処理装置
８０・・モニタ
１０１、１０２、１０３、１０４・・パーツ
Ａ、Ｂ、Ｃ・・ワーク（自動車ボディ）
Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４・・溶接線
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接の良否を監視する装置であって、
溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する測定手段と、
測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する計時手段と、
前記測定期間に対する前記計時期間の期間率を計算する計算手段と、
計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する判定手段と、
を備える監視装置。
【請求項２】
前記計算手段が計算した前記期間率を蓄積記憶する蓄積記憶手段をさらに備えることを特徴とする請求項１の監視装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記計算手段が計算した前記期間率が前記所定期間率範囲にあると判定したときに、蓄積記憶手段に記憶されている最後に実施した溶接時の期間率が前記所定期間率範囲にあるのか否かをさらに判定することを特徴とする請求項２の監視装置。
【請求項４】
前記蓄積記憶手段は、前記期間率を、その時の溶接条件を特定する情報と対にして蓄積記憶し、
前記判定手段は、前記計算手段が計算した前記期間率が前記所定期間率範囲にあると判定したときに、蓄積記憶手段に記憶されている同一溶接条件で最後に実施した溶接時の期間率が前記所定期間率範囲にあるのか否かをさらに判定することを特徴とする請求項２の監視装置。
【請求項５】
溶接の良否を監視する方法であって、
溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する工程と、
測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する工程と、
前記測定期間に対する前記計時期間の期間率を計算する工程と、
計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する工程と、
を備える監視方法。
【請求項１】
溶接の良否を監視する装置であって、
溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する測定手段と、
測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する計時手段と、
前記測定期間に対する前記計時期間の期間率を計算する計算手段と、
計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する判定手段と、
を備える監視装置。
【請求項２】
前記計算手段が計算した前記期間率を蓄積記憶する蓄積記憶手段をさらに備えることを特徴とする請求項１の監視装置。
【請求項３】
前記判定手段は、前記計算手段が計算した前記期間率が前記所定期間率範囲にあると判定したときに、蓄積記憶手段に記憶されている最後に実施した溶接時の期間率が前記所定期間率範囲にあるのか否かをさらに判定することを特徴とする請求項２の監視装置。
【請求項４】
前記蓄積記憶手段は、前記期間率を、その時の溶接条件を特定する情報と対にして蓄積記憶し、
前記判定手段は、前記計算手段が計算した前記期間率が前記所定期間率範囲にあると判定したときに、蓄積記憶手段に記憶されている同一溶接条件で最後に実施した溶接時の期間率が前記所定期間率範囲にあるのか否かをさらに判定することを特徴とする請求項２の監視装置。
【請求項５】
溶接の良否を監視する方法であって、
溶接実施中の測定期間において溶接指標を経時的に測定する工程と、
測定した溶接指標が所定指標範囲にある期間を計時する工程と、
前記測定期間に対する前記計時期間の期間率を計算する工程と、
計算した期間率が所定期間率範囲にあるのか否かを判定する工程と、
を備える監視方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００６−１９８６７４（Ｐ２００６−１９８６７４Ａ）
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−１６０６８（Ｐ２００５−１６０６８）
【出願日】平成１７年１月２４日（２００５．１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年８月３日（２００６．８．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１月２４日（２００５．１．２４）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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