JP6636284B2 - アーク溶接品質判定システム - Google Patents

Description

本発明は、アーク溶接品質判定システムに関する。

溶接ロボットを使用した生産現場において、安定生産を阻害する主な要因の１つとして、溶接不良が挙げられる。溶接不良の１つであるビード形成不足は、例えば、以下に示したような要因で発生し得る。例えば、施工するワークに対して適正なビード形状となるように溶接条件が事前に設定されていたとしても、実際の施工時にワークの位置ずれによって突き出し長さが変動することがある。この場合に、突き出し長さの変動に伴って溶接電流が変動し、その結果、ビード形成不足が発生し得る。また、例えば、溶接ワイヤに給電するコンタクトチップが摩耗し、コンタクトチップの摩耗に伴って給電不足が発生することがある。この場合に、給電不足によって溶接電流が低下し、その結果、ビード形成不足が発生し得る。また、例えば、ワイヤ送給装置内に溶接ワイヤの削り屑が詰まることがある。この場合に、ワイヤ送給不良によるアーク切れが発生し、その結果、溶接ビード欠けなどのビード形成不良が発生し得る。

そのため、従来から、溶接不良そのものを低減する技術や、溶接不良をより正確に検出する技術が開発されている。溶接不良をより正確に検出する技術として、例えば、下記の特許文献１が提案されている。特許文献１では、アーク溶接中の実際の溶接電流もしくは溶接電圧の移動平均値が、あらかじめ設定された範囲を逸脱した場合に、溶接不良が発生したと判定する技術が提案されている。

特公平７−２２７５号公報

しかし、上記特許文献１に記載の発明では、閾値が定常時の溶接条件（溶接電流、溶接電圧等）を基準とした一定の値となっているために、定常時ではない状態（例えば溶接開始時や溶接終了時、あるいは溶接条件を意図的に変更したとき等）では、溶接不良の判定をすることができないという問題があった。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、定常時以外の溶接中であっても溶接不良の判定をすることの可能なアーク溶接品質判定システムを提供することにある。

本発明の第１のアーク溶接品質判定システムは、共通の溶接条件設定下で溶接が繰り返し行われたときに得られた複数の第１の計測値を母集団としたときに、母集団において、第１の時刻ごとに、第１の時刻または第１の時刻を含む複数の時刻における最大値に基づいて第１の時刻における上限値を設定し、第１の時刻または第１の時刻を含む複数の時刻における最小値に基づいて第１の時刻における下限値を設定する設定部を備えている。第１のアーク溶接品質判定システムは、さらに、上記溶接条件設定下で溶接時に得られた第２の計測値が上限値と下限値との範囲にあるときは溶接不良無しと判定し、第２の計測値が範囲外にあるときは溶接不良ありと判定する判定部を備えている。

本発明の第２のアーク溶接品質判定システムは、共通の溶接条件設定下で溶接が繰り返し行われたときに得られた複数の第１の計測値を母集団としたときに、母集団において、第１の時刻ごとに、第１の時刻または第１の時刻を含む複数の時刻における標準偏差に基づいて第１の時刻における上限値および下限値を設定する設定部を備えている。第２のアーク溶接品質判定システムは、さらに、上記溶接条件設定下で溶接時に得られた第２の計測値が上限値と下限値との範囲にあるときは溶接不良無しと判定し、第２の計測値が範囲外にあるときは溶接不良ありと判定する判定部を備えている。

本発明の第１および第２のアーク溶接品質判定システムでは、過去の複数の計測値を含む母集団から得られた統計的な値に基づいて、溶接不良の判定に用いられる閾値が設定される。これにより、溶接不良の判定に用いられる閾値が、溶接の安定性の反映された値となる。

本発明の第１および第２のアーク溶接品質判定システムによれば、溶接不良の判定に用いられる閾値が、溶接の安定性の反映された値となるようにしたので、定常時以外の溶接中であっても溶接不良の判定をすることができる。

本発明の一実施の形態に係るアーク溶接品質判定システムを備えた溶接ロボットシステムの概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムの、学習モードにおける機能ブロックの一例を表す図である。 図１のロボット制御装置の概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムを用いたアーク溶接の様子の一例を表す斜視図である。 図４Ａの溶接区間を複数の軌道に区分けしたときの、各軌道ｍ、単位時間ΔＴおよび設定開始指令のそれぞれの関係の一例を表す図である。 閾値の設定方法の一例を表す図である。 閾値の設定方法の一例を表す図である。 閾値の設定方法の一例を表す図である。 閾値の設定方法の一例を表す図である。 図１のティーチペンダントの概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接機の概略構成の一例を表す図である。 図１の溶接ロボットシステムの、異常判定モードにおける機能ブロックの一例を表す図である。 図１１のティーチペンダントの表示面におけるグラフィック表示の一例を表す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

［構成］
図１は、本発明の一実施の形態に係るアーク溶接品質判定システムを備えた溶接ロボットシステム１の概略構成の一例を表したものである。図２は、図１の溶接ロボットシステム１の、学習モードにおける機能ブロックの一例を表したものである。溶接ロボットシステム１は、学習モードおよび異常判定モードの、２つのモードを備えている。

溶接ロボットシステム１は、最初に学習モードにおいて同一の設定条件でアーク溶接を複数回（Ｎ回）行ってアークの特徴を捉えるようになっている。溶接ロボットシステム１は、その後に学習モードから異常判定モードに切り替えて、学習モードのときと同一の設定条件でアーク溶接を行い、学習モードで得られたアークの特徴と、異常判定モードで得られたアークの特徴とを対比することにより、形成された溶接ビードの状態を判定するようになっている。なお、設定条件とは、溶接ビードを形成する際の設定条件を指している。

つまり、「学習モード」とは、異常判定モードで溶接ビードを形成する際の設定条件と同一の設定条件で複数回、アーク溶接を実施することにより、異常判定モードで形成される溶接ビードの状態を判定する際の所定の判定基準を作成するモードを指している。また、「異常判定モード」とは、学習モードで取得した所定の判定基準を用いて、異常判定モードで形成された溶接ビードの状態を判定するモードを指している。以下では、最初に、学習モードと関連する構成を中心に説明し、その後に、異常判定モードと関連する構成について説明するものとする。

[学習モードにおける構成]
溶接ロボットシステム１は、プログラム制御された多関節ロボットによってワークＷにアーク溶接を行うものである。溶接ロボットシステム１は、マニピュレータ１０と、ロボット制御装置２０と、ティーチペンダント３０と、溶接機４０とを備えている。ロボット制御装置２０、ティーチペンダント３０および溶接機４０からなるシステムが、本発明の「アーク溶接品質判定システム」の一具体例に相当する。なお、ロボット制御装置２０およびティーチペンダント３０は、互いに一体に構成されていてもよいし、図１に示したように互いに別体で構成されていてもよい。

溶接ロボットシステム１は、例えば、ロボット制御装置２０と各種装置とを互いに接続するケーブルＬ１〜Ｌ６を備えている。ケーブルＬ１は、ロボット制御装置２０とマニピュレータ１０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０およびマニピュレータ１０に接続されている。ケーブルＬ２は、ロボット制御装置２０とティーチペンダント３０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０およびティーチペンダント３０に接続されている。ケーブルＬ３は、ロボット制御装置２０と溶接機４０との間で通信するための通信ケーブルであり、ロボット制御装置２０および溶接機４０に接続されている。ケーブルＬ４は、溶接機４０と後述のワイヤ送給装置１４との間で通信するための通信ケーブルであり、溶接機４０およびワイヤ送給装置１４に接続されている。ケーブルＬ５，Ｌ６は、後述の溶接ワイヤ１６とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧Ｖｓを供給するための電源ケーブルである。ケーブルＬ５は、溶接機４０および後述の作業台１５に接続されており、ケーブルＬ６は、溶接機４０および後述の溶接トーチ１３に接続されている。

（マニピュレータ１０）
マニピュレータ１０は、ロボット制御装置２０、ティーチペンダント３０および溶接機４０による制御によってワークＷにアーク溶接を行うものである。マニピュレータ１０は、フロア等に固定されるベース部材１１と、ベース部材１１上に設けられた多関節アーム部１２と、多関節アーム部１２の先端に連結された溶接トーチ１３と、多関節アーム部１２等に固定されたワイヤ送給装置１４と、作業台１５とを有している。

多関節アーム部１２は、例えば、複数のアーム１２Ａと、２つのアーム１２Ａ同士を回動可能に連結する１または複数の関節軸（図示せず）とを有している。多関節アーム部１２は、さらに、例えば、アーム１２Ａごとに１つずつ設けられ、対応するアーム１２Ａを駆動する複数の駆動モータ（図示せず）と、各駆動モータに連結され、各アーム１２Ａの現在位置を検出するエンコーダ（図示せず）とを有している。各駆動モータは、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置２０から入力される制御信号によって駆動される。このようにして各駆動モータが駆動されることにより、各アーム１２Ａが変位し、結果的に溶接トーチ１３が上下前後左右に移動する。エンコーダは、検出した各アーム１２Ａの現在位置（以下、「位置情報」と称する。）を、ケーブルＬ１を介してロボット制御装置２０に出力するようになっている。

多関節アーム部１２の一端（先端）が溶接トーチ１３に連結されており、多関節アーム部１２の他端がベース部材１１に連結されている。溶接トーチ１３の先端には、溶加材としての溶接ワイヤ１５が露出している。溶接トーチ１３は、溶接ワイヤ１５の先端とワークＷとの間にアークを発生させ、そのアークの熱で溶接ワイヤ１５およびワークＷを溶融させることにより、ワークＷに対してアーク溶接を行うものである。溶接トーチ１３は、ケーブルＬ４に電気的に接続されたコンタクトチップ（図示せず）を有している。コンタクトチップは、ケーブルＬ４から供給される溶接電圧Ｖｓを溶接ワイヤ１５に供給するように構成されている。

ワイヤ送給装置１４は、溶接ワイヤ１５を溶接トーチ１３に供給するものである。ワイヤ送給装置１４は、例えば、溶接ワイヤ１５を保持すると共に送給可能に構成された一対のロール（図示せず）と、一方のロールを回転駆動するモータ（図示せず）とを有している。一対のロールは、溶接ワイヤ１５を挟み込むと共に、上記モータによる回転駆動で発生する摩擦力で溶接ワイヤ１５をワイヤリール（図示せず）から引っ張り出すように構成されている。上記モータは、例えば、エンコーダ付きサーボモータで構成されている。上記モータは、ケーブルＬ４を介して溶接機４０から入力される制御信号によって駆動される。上記モータは、例えば、上記エンコーダからフィードバックされるパルスを、ケーブルＬ４を介して溶接機４０に出力するように構成されている。このパルスは、溶接ワイヤ１５の送給速度（ワイヤ送給速度Ｖｆ）の算出に好適に利用可能である。なお、上記モータは、上記のパルスの代わる何らかの信号を生成し、出力するようになっていてもよい。ワイヤ送給装置１４は、さらに、例えば、上記モータに流れる駆動電流を計測する電流計（図示せず）を備えている。この電流計によって計測される駆動電流は、溶接ワイヤ１５の送給負荷（ワイヤ送給負荷Ｌｄ）の算出に好適に利用可能である。

作業台１５は、フロア等に固定されており、ワークＷを設置する台座として使用される。作業台１５は、ワークＷに対するトーチ姿勢を最適に維持するためのポジショナであってもよい。作業台１５が上述のポジショナである場合には、ロボット制御装置２０によってポジショナの軸が駆動制御される。作業台１５は、ケーブルＬ５を介して溶接機４０に接続されており、作業台１５に設置されるワークＷとケーブルＬ５とを互いに電気的に接続するように構成されている。

（ロボット制御装置２０）
図３は、ロボット制御装置２０の概略構成の一例を表したものである。ロボット制御装置２０は、ティーチペンダント３０からの指示に従って多関節アーム部１２および溶接機４０を制御するものである。ロボット制御装置２０は、さらに、溶接ワイヤ１５の先端とワークＷとの間にアークを発生させることにより形成される溶接ビードの品質を判定するようにもなっている。ロボット制御装置２０は、制御部２１と、サーボ制御部２２と、通信部２３と、記憶部２４とを有している。以下では、記憶部２４、サーボ制御部２２、通信部２３、制御部２１の順に説明する。制御部２１が、本発明の「設定部」、「判定部」の一具体例に相当する。

記憶部２４は、各種プログラムや各種データファイルを記憶可能となっている。記憶部２４は、多関節アーム１２の動作を制御する制御プログラム２２Ａを記憶している。制御プログラム２２Ａは、例えば、ＲＯＭ（read only memory）に格納されている。記憶部２４は、さらに、マニピュレータ１０の溶接作業の手順が教示された１または複数の作業プログラム２２Ｂと、溶接ビードの品質を判定するアーク溶接品質判定プログラム２２Ｃと、各種設定値が記述された設定ファイル２２Ｄとを記憶している。１または複数の作業プログラム２２Ｂ、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃおよび設定ファイル２２Ｄは、例えば、ハードディスクに格納されている。設定ファイル２２Ｄには、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの設定値が記述されている。アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃについては、後に詳述するものとする。１または複数の作業プログラム２２Ｂに記載されている溶接作業の手順、および設定ファイル２２Ｄに記述されている各種設定値が、本発明の「溶接条件」の一具体例に相当する。

記憶部２４は、さらに、アーク溶接品質判定プログラム２２Ｃが実行されることにより生成される各種データを記憶可能となっている。そのようなデータを含むファイルとしては、例えば、計測ファイル２２Ｅおよび閾値ファイル２２Ｆが挙げられる。計測ファイル２２Ｅには、各種物理量の計測値が記述される。ここで、計測値は、瞬時値であってもよいが、閾値の設定し易さという観点からは、移動平均値であることが好ましい。各種物理量には、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆ、溶接速度Ｖｗおよび短絡周波数ｆｓが含まれる。なお、短絡周波数ｆｓは、溶接中の１秒当たりに溶接ワイヤ１５とワークＷとが短絡する回数である。計測ファイル２２Ｅには、サンプリング周波数Δｆｓで計測することにより得られた各種物理量の計測値が記述されている。閾値ファイル２２Ｆには、例えば、後述の設定部２１５によって生成される上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）が記述される。これらのファイルは、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）に格納される。上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）については、後に詳述するものとする。

サーボ制御部２２は、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するものである。サーボ制御部２２は、作業プログラム２２Ｂに記載の移動命令と、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報とに基づいて、マニピュレータ１０の各駆動モータを制御するようになっている。移動命令には、例えば、移動開始命令、移動停止命令、作業経路（教示点）、およびトーチ姿勢などが含まれ得る。また、サーボ制御部２２は、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報に基づいて溶接トーチ１３先端の位置情報Ｐｆや溶接速度Ｖｗを導出（計測）するようになっている。サーボ制御部２２は、位置情報Ｐｆや溶接速度Ｖｗを制御部２１に出力するようになっている。

通信部２３は、ケーブルＬ２を介してティーチペンダント３０と通信を行ったり、ケーブルＬ３を介して溶接機４０と通信を行ったりするものである。通信部２３は、ティーチペンダント３０からの作業指令を受信して、制御部２１に出力するようになっている。作業指令には、例えば、作業者が選択した作業プログラム２２Ｂの番号などが含まれ得る。

通信部２３は、制御部２１からの溶接命令を、溶接機４０に送信するようになっている。溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、溶接電圧Ｖｓの設定値、ワイヤ送給の開始命令、ワイヤ送給の停止命令、およびワイヤ送給速度Ｖｆの設定値などが含まれ得る。通信部２３は、溶接機４０からモニタ情報（例えば、各種計測値または通知情報）を受信して、記憶部２２の計測ファイル２２Ｅに格納するようになっている。通信部２３は、さらに、必要に応じて、溶接機４０からの通知情報を、制御部２１に出力するようになっている。各種計測値には、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび短絡周波数ｆｓのそれぞれの計測値が含まれ得る。通知情報には、例えば、アーク発生通知などが含まれ得る。

制御部２１は、ティーチペンダント３０から入力された作業指令に基づいて、作業プログラム２２Ｂやアーク溶接品質判定プログラム２２Ｃを読み出し、その内容を解析する解析部２１１を有している（図２参照）。解析部２１１は、解析部２１１での解析結果に基づいて、これらのプログラムに記載の指示に対応する命令通知を生成するようになっている。制御部２１は、解析部２１１で生成された命令通知の内容に応じて、移動命令や溶接命令を出力する実行部２１２を有している（図２参照）。

制御部２１は、実行部２１２で生成された溶接命令を、通信部２３を介して溶接機４０に出力する溶接制御部２１３を有している（図２参照）。溶接制御部２１３は、例えば、実行部２１２で溶接命令が生成されると、溶接トーチ１３先端の軌道記録を開始する通知（軌道記録開始通知）を生成するようになっている。また、溶接制御部２１３は、例えば、溶接トーチ１３先端の移動距離Δｄｉｓｔ（＝溶接距離Ｗｐ）に応じて、溶接トーチ１３先端の軌道記録を終了する通知（軌道記録終了通知）を生成するようになっている。移動距離Δｄｉｓｔは、後述の軌道記録部２１４（図２参照）によって導出される。

制御部２１は、溶接制御部２１３からの軌道記録開始通知に従って、溶接トーチ１３先端の軌道記録を開始する軌道記録部２１４を有している（図２参照）。軌道記録部２１４は、溶接区間ＷＳにおける溶接トーチ１３先端の位置情報Ｐｆを、単位時間ΔＴごとに記録するとともに、溶接トーチ１３先端の移動距離Δｄｉｓｔを単位時間ΔＴごとに算出し、記録するようになっている。移動距離Δｄｉｓｔは、例えば、最新の位置情報Ｐｆと、単位時間ΔＴ前の位置情報Ｐｆとの差分を取ることにより得られる。なお、軌道記録部２１４は、溶接速度Ｖｗ×アーク時間Ａｔにより、移動距離Δｄｉｓｔ（＝溶接距離Ｗｐ）を導出するようになっていてもよい。アーク時間Ａｔは、アーク発生通知を受け取ってからの時間に相当する。

ここで、溶接区間ＷＳ、単位時間ΔＴおよび軌道ｍについて説明する。図４Ａは、溶接ロボットシステム１を用いたアーク溶接の様子の一例を表したものである。図４Ｂは、溶接区間ＷＳを複数（Ｍ個）の軌道ｍ（１≦ｍ≦Ｍ）に区分けしたときの、各軌道ｍと単位時間ΔＴとの関係の一例を表したものである。図４Ａには、ワークＷとして、２枚の母材１１０が互いに直交するように、２枚の母材１１０の端部同士が互いに接触しているものが示されている。図４Ａでは、いわゆるすみ肉溶接の様子が例示されている。なお、溶接ロボットシステム１は、用途がすみ肉溶接に限定されるものではなく、他の方式の溶接に用いることが可能である。

溶接区間ＷＳとは、アーク溶接開始からアーク溶接終了までの溶接線の区間を示したものである。溶接ビード１２０は、溶接区間ＷＳの全体または一部に形成される。溶接区間ＷＳはＭ個の軌道ｍに分割されており、溶接トーチ１３の先端が各軌道ｍを移動するのに要する時間が単位時間ΔＴとなっている。軌道記録部２１４は、溶接制御部２１３からＮ回目の軌道記録終了通知を受け取ると、設定開始指令Ｏｓを出力するようになっている。なお、図４Ｂ中のサンプリング周期Δｔは、サンプリング周波数Δｆｓの逆数である。

制御部２１は、設定開始指令Ｏｓに従って設定を行う設定部２１５を有している（図２参照）。設定部２１５が、本発明の「設定部」の一具体例に相当する。設定部２１５は、設定開始指令Ｏｓを受けると、特定の物理量の複数の（Ｎ個の）計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nを、母集団として記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得するようになっている。特定の物理量は、例えば、ユーザによってあらかじめ設定された物理量であり、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆ、溶接速度Ｖｗおよび短絡周波数ｆｓのうちの少なくとも１つである。

制御部２１は、取得した各計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nに含まれる、溶接開始位置または溶接開始時に最も近い計測値Ｐｘ（ｉ）（開始時計測値）を検出してもよい。この場合、制御部２１は、計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nごとに検出された開始時計測値の時刻を起点として、サンプリング周期Δｔで規定される時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。制御部２１は、例えば、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅに格納された溶接開始位置または溶接開始時刻に基づいて、取得した各計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nに含まれる、溶接開始位置または溶接開始時に最も近い計測値Ｐｘ（ｉ）（開始時計測値）を検出してもよい。制御部２１は、例えば、取得した各計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nの時間変化の特徴に基づいて、取得した各計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nに含まれる、溶接開始位置または溶接開始時に最も近い計測値Ｐｘ（ｉ）（開始時計測値）を検出してもよい。

設定部２１５は、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得した特定の物理量のＮ個の計測値Ｐ₁〜Ｐ_N（１≦ｉ≦Ｎ）を母集団としたときに、その母集団において、サンプリング周期Δｔで規定される時刻ｔｘ（１≦ｘ≦Ｘ）ごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定するようになっている。設定部２１５は、例えば、図５に示したように、式（１）を用いてＰ_upper（ｘ）を設定するようになっている。式（１）において、Ｐ_upper（ｘ）は、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に定数Ｋ（Ｋ≧０）を加えた値で表される。

なお、設定部２１５は、例えば、以下の式を用いてＰ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。以下の式において、Ｐ_upper（ｘ）は、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に、定数Ｋと、各時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の平均値μｘを表す関数における、平均値μｘの微分Δμｘの絶対値（｜Δμｘ｜）のＬ倍とを加えた値で表される。
Ｐ_upper（ｘ）＝Ｐｍａｘ（ｘ）＋Ｋ＋Ｌ｜Δμｘ｜
Δμｘ＝（μｘ−μｘ−１）／（ｔｘ−ｔｘ−１）

設定部２１５は、さらに、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっている。設定部２１５は、例えば、図５に示したように、式（２）を用いてＰ_lower（ｘ）を設定するようになっている。式（２）において、Ｐ_lower（ｘ）は、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）から定数Ｋ（Ｋ≧０）を引いた値で表される。

なお、設定部２１５は、例えば、以下の式を用いてＰ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。以下の式において、Ｐ_lower（ｘ）は、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）に、定数Ｋと、Ｌ｜Δμｘ｜とを引いた値で表される。
Ｐ_lower（ｘ）＝Ｐｍｉｎ（ｘ）−Ｋ−Ｌ｜Δμｘ｜

設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。設定部２１５は、例えば、図６に示したように、式（３）を用いて上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。具体的には、設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の平均値μｘに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の標準偏差σｘのＫ倍（Ｋ≧１）を加えた値を、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）に設定するようになっていてもよい。

設定部２１５は、さらに、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。設定部２１５は、例えば、図６に示したように、式（４）を用いて下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。具体的には、設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の平均値μｘから、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の標準偏差σｘのＫ倍（Ｋ≧１）を引いた値を、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）に設定するようになっていてもよい。

設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。このとき、設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘおよびその前後の時刻ｔｘ−１，ｔｘ＋１を含む３つ以上の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧３）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。設定部２１５は、例えば、図７に示したように、式（５）を用いてＰ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。式（５）において、Ｐ_upper（ｘ）は、時刻ｔｘ−１，ｔｘ，ｔｘ＋１における３Ｎ個の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（３Ｎ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に定数Ｋ（Ｋ≧０）を加えた値で表される。３Ｎ個の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（３Ｎ）は、Ｎ個の計測値Ｐ_x-1（１）〜Ｐ_x-1（Ｎ）、Ｎ個の計測値Ｐ_x（１）〜Ｐ_x（Ｎ）およびＮ個の計測値Ｐ_x+1（１）〜Ｐ_x+1（Ｎ）である。

設定部２１５は、さらに、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。このとき、設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘおよびその前後の時刻ｔｘ−１，ｔｘ＋１を含む３つ以上の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧３）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。設定部２１５は、例えば、図７に示したように、式（６）を用いてＰ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。式（６）において、Ｐ_lower（ｘ）は、時刻ｔｘ−１，ｔｘ，ｔｘ＋１における３Ｎ個の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（３Ｎ）の最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）から定数Ｋ（Ｋ≧０）を引いた値で表される。

設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。このとき、設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘおよびその前後の時刻ｔｘ−１，ｔｘ＋１を含む３つ以上の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧３）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。設定部２１５は、例えば、図８に示したように、式（７）を用いて上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定するようになっていてもよい。式（７）において、Ｐ_upper（ｘ）は、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の平均値μｘに、時刻ｔｘ−１，ｔｘ，ｔｘ＋１における３Ｎ個の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の標準偏差σｘのＫ倍（Ｋ≧１）を加えた値で表される。

設定部２１５は、さらに、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。このとき、設定部２１５は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘおよびその前後の時刻ｔｘ−１，ｔｘ＋１を含む３つ以上の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧３）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。設定部２１５は、例えば、図８に示したように、式（８）を用いて下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定するようになっていてもよい。式（８）において、Ｐ_lower（ｘ）は、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の平均値μｘから、時刻ｔｘ−１，ｔｘ，ｔｘ＋１における３Ｎ個の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の標準偏差σｘのＫ倍（Ｋ≧１）を引いた値で表される。

設定部２１５は、上記のようにして導出した上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）を記憶部２４の閾値ファイル２２Ｆに格納するようになっている。その後、設定部２１５は、設定開始指令Ｏｓに従った閾値解析の実行を終了するようになっている。

（ティーチペンダント３０）
図９は、ティーチペンダント３０の概略構成の一例を表したものである。ティーチペンダント３０は、作業者がマニピュレータ１０の動作を教示するものである。ティーチペンダント３０は、例えば、制御部３１、表示部３２、入力部３３、通信部３４および記憶部３５を有している。

表示部３２は、映像信号に基づく映像を表示するものである。表示部３２は、映像を表示する表示面を有する表示パネルと、映像信号に基づいて表示パネルを駆動する駆動部とを有している。入力部３３は、作業者からの教示を受け付けるものである。入力部３３は、例えば、複数のキーを有しており、各キーの操作に応じて入力信号を生成し、制御部３１に出力するようになっている。通信部３４は、ケーブルＬ２を介してロボット制御装置２０と通信を行うものである。通信部３４は、制御部３１からの作業指令を、ロボット制御装置２０に送信するようになっている。記憶部３５は、各種のモードで種々の表示や作業指示を可能にする教示プログラム３５Ａを記憶する。教示プログラム３５Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。

制御部３１は、映像信号を生成し、表示部３２に出力すると共に、必要に応じて作業指令を生成し、通信部３４に出力するものである。制御部３１は、読み出した教示プログラム３５Ａに従って映像信号を生成したり、必要に応じて作業指令を生成したりするようになっている。例えば、入力部３３から入力された入力信号が、加工作業を実施する再生モードの選択信号であった場合、制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、記憶部２４に格納されている１または複数の作業プログラム２２Ｂのリストを表示するための映像信号を生成するようになっている。さらに、例えば、再生モードが選択されている場合に、再生する１つの作業プログラム２２Ｂが選択されたときには、制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、再生する作業プログラム２２Ｂの番号等を含む作業指令を生成するようになっている。さらに、例えば、再生モードが選択されている場合に、学習モードもしくは異常判定モードが選択された場合には、制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、学習モードもしくは異常判定モードの起動指令を含む作業指令を生成するようになっている。

（溶接機４０）
図１０は、溶接機４０の概略構成の一例を表したものである。溶接機４０は、ロボット制御装置２０による制御に基づいて、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆ等を緻密に制御することにより、溶接ワイヤ１５の先端とワークＷとの間にアークを発生させるものである。溶接機４０は、制御部４１、通信部４２、溶接制御部４３、溶接電源４４、電流・電圧計測部４５および記憶部４６を有している。

記憶部４６は、溶接制御部４３および溶接電源４４の動作を制御する制御プログラム４６Ａを記憶している。制御プログラム４６Ａは、例えば、ＲＯＭに格納されている。制御部４１は、溶接機４０の各部を制御すると共に、読み出した制御プログラム４６Ａに従って、溶接制御部４３および溶接電源４４の動作を制御するものである。制御部４１は、電流・電圧計測部４５から取得したモニタ情報（例えば、各種計測値、または、アーク発生通知などの通知情報）を、通信部４２に出力するようになっている。通信部４２は、ロボット制御装置２０からの溶接指令を受信し、制御部４１に出力するようになっている。通信部４２は、制御部４１からのモニタ情報（例えば、各種計測値または通知情報）をロボット制御装置２０に出力するようになっている。

溶接制御部４３は、制御プログラム４６Ａと、ロボット制御装置２０からの溶接命令とに基づく制御部４１からの指示に従って、ワイヤ送給装置１４の動作を制御するものである。ロボット制御装置２０からの溶接命令には、例えば、ワイヤ送給の開始命令、ワイヤ送給の停止命令、およびワイヤ送給速度Ｖｆの設定値などが含まれ得る。また、溶接制御部４３は、ワイヤ送給装置１４のモータから出力されたパルス（または、上記のパルスの代わる何らかの信号）に基づいて、ワイヤ送給速度Ｖｆを計測するようになっている。溶接制御部４３は、ワイヤ送給装置１４の電流計から出力された駆動電流の計測値に基づいて、ワイヤ送給負荷Ｌｄを計測するようになっている。溶接制御部４３は、ワイヤ送給速度Ｖｆおよびワイヤ送給負荷Ｌｄの計測値を制御部４１に出力するようになっている。

溶接電源４４は、例えば、デジタルインバータ回路を有しており、外部から入力される商用電源（例えば３相２００Ｖ）をインバータ制御回路によって高速応答で精密な溶接電流波形制御を行うようになっている。すなわち、溶接電源４４は、ケーブルＬ５，Ｌ６を介して溶接トーチ１３とワークＷとの間に高電圧の溶接電圧Ｖｓを供給するようになっている。溶接電源４４は、制御プログラム４６Ａと、ロボット制御装置２０からの溶接命令に従って、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを制御するものである。ロボット制御装置２０からの溶接命令には、例えば、アーク溶接の開始命令、アーク溶接の終了命令、溶接電流Ｉｓの設定値、溶接電圧Ｖｓの設定値などが含まれ得る。

電流・電圧計測部４５は、溶接トーチ１３とワークＷとの間に流れる溶接電流Ｉｓや、溶接トーチ１３とワークＷとの間の溶接電圧Ｖｓを計測するものである。電流・電圧計測部４５は、制御プログラム４６Ａと、ロボット制御装置２０からの溶接命令に従って、サンプリング周波数Δｆｓで、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよび短絡周波数ｆｓを計測し、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよび短絡周波数ｆｓのそれぞれの計測値（各種計測値）を制御部４１に出力するようになっている。電流・電圧計測部４５は、必要に応じて、溶接中の１秒当たりのパルス数（パルス周波数ｆｐ）を計測し、制御部４１に出力するようになっている。電流・電圧計測部４５は、さらに、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓの計測値から、アーク発生の有無を判定するようになっている。電流・電圧計測部４５は、アークが発生した場合には、アーク発生通知を生成し、制御部４１に出力するようになっている。

［学習モードにおける動作手順］
次に、学習モードにおける動作手順について説明する。以下では、施行履歴蓄積について説明を行った後に、閾値生成について説明を行う。

（施行履歴蓄積）
まずは、学習モードにおける施行履歴蓄積について説明する。ティーチペンダント３０において、ユーザが、例えば、再生モードを選択し、さらに、学習モードを選択する。すると、ティーチペンダント３０の制御部３１は、教示プログラム３５Ａに従って、学習モードの起動指令を含む作業指令を生成し、ロボット制御装置２０に出力する。ロボット制御装置２０の制御部２１は、ティーチペンダント３０から、学習モードの起動指令を含む作業指令が入力されると、作業プログラム２２Ｂおよびアーク溶接品質判定プログラム２２Ｃを読み出す。制御部２１は、作業プログラム２２Ｂおよびアーク溶接品質判定プログラム２２Ｃから読み出した内容と、記憶部２４の設定ファイル２２Ｄから読み出した各種設定値とに基づいて、これらのプログラムに記載の指示に対応する命令通知を生成する。制御部２１は、生成した命令通知の内容に応じて、移動命令や溶接命令を出力する。

制御部２１は、生成した溶接命令を、通信部２３を介して溶接機４０に出力する。溶接命令には、例えば、溶接開始指令や、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓおよびワイヤ送給速度Ｖｆの設定値が含まれている。溶接機４０の制御部４１は、ロボット制御装置２０から溶接命令が入力されると、制御プログラム４６Ａを読み出し、溶接命令に応じて、溶接電流Ｉｓおよび溶接電圧Ｖｓを設定すると共に、ワイヤ送給装置１４に対してワイヤ送給速度Ｖｆを設定することにより、アーク溶接を開始する。このとき、電流・電圧計測部４５は、各種物理量をサンプリングしており、サンプリングにより得られた各種物理量の計測値を、制御部４１に出力する。また、電流・電圧計測部４５では、アーク発生を検知した時には、アーク発生通知を制御部４１に出力する。制御部４１は、電流・電圧計測部４５から取得したモニタ情報（例えば、各種計測値、または、アーク発生通知などの通知情報）を、通信部４２を介して、ロボット制御装置２０に出力する。制御部４１は、例えば、予め設定された時間間隔（例えば、最小１０ｍｓ程度）になると、その間の各種計測値の移動平均値を算出し、通信部４２を介して、ロボット制御装置２０に出力する。

制御部２１は、さらに、生成した移動命令を、通信部２３を介してマニピュレータ１０に出力する。マニピュレータ１０は、ロボット制御装置２０から移動命令が入力されると、入力された移動命令に応じて、各アーム１２Ａを変位させ、結果的に溶接トーチ１３を上下前後左右に移動させる。このとき、制御部２１は、エンコーダから位置情報を取得する。

制御部２１は、溶接機４０から取得した各種計測値を記憶部２４の計測ファイル２２Ｅに格納する。このとき、制御部２１は、溶接機４０から取得した溶接開始指令に基づいて、溶接開始位置または溶接開始時刻を導出し、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅに格納してもよい。制御部２１は、エンコーダから取得した位置情報Ｐｆに基づいて、溶接速度Ｖｗを導出し、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅに格納する。制御部２１は、エンコーダから取得した位置情報Ｐｆに基づいて、溶接区間ＷＳの終了を判定し、溶接区間ＷＳが終了した場合には、溶接区間ＷＳを識別する番号を記憶部２４の計測ファイル２２Ｅに格納する。

（閾値生成）
次に、学習モードにおける閾値生成について説明する。制御部２１は、溶接区間ＷＳの終了回数が所定の回数（Ｎ回）に達したことを検知した場合には、特定の物理量の複数の（Ｎ個の）計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nを、母集団として記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得する。制御部２１は、記憶部２４の計測ファイル２２Ｅから取得した特定の物理量のＮ個の計測値Ｐ₁〜Ｐ_N（１≦ｉ≦Ｎ）を母集団としたときに、その母集団において、時刻ｔｘ（１≦ｘ≦Ｘ）ごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定する。制御部２１は、さらに、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定する。制御部２１は、例えば、上述した具体的な方法によって、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定する。

なお、制御部２１は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定してもよい。制御部２１は、さらに、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定してもよい。このとき、制御部２１は、例えば、上述した具体的な方法によって、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定してもよい。

また、制御部２１は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定してもよい。制御部２１は、さらに、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定してもよい。このとき、制御部２１は、例えば、上述した具体的な方法によって、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定してもよい。

また、制御部２１は、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）を設定してもよい。制御部２１は、さらに、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定してもよい。このとき、制御部２１は、例えば、上述した具体的な方法によって、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）を設定してもよい。

制御部２１は、上記のようにして導出した上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）を記憶部２４の閾値ファイル２２Ｆに格納する。このようにして、学習モードが実行される。

[異常判定モードにおける構成]
次に、異常判定モードにおける構成について説明する。

図１１は、溶接ロボットシステム１の、異常判定モードにおける機能ブロックの一例を表したものである。溶接ロボットシステム１は、異常判定モードにおいては、学習モードにおける設定部２１５の代わりに、判定部２１６を備えている。判定部２１６が、本発明の「判定部」の一具体例に相当する。そこで、以下では、学習モードと異なる内容について主に説明するものとし、学習モードと共通する内容については、適宜省略するものとする。

軌道記録部２１４は、異常判定モードにおいて、溶接制御部２１３から軌道記録終了通知を受け取ると、判定開始指令Ｏｈを出力するようになっている。制御部２１は、判定開始指令Ｏｈに従って異常判定を行う判定部２１６を有している（図１１参照）。判定部２１６が、本発明の「判定部」の一具体例に相当する。判定部２１６は、判定開始指令Ｏｈを受けると、学習モードにおける溶接条件設定と同一の溶接条件設定下で溶接時に得られた計測値Ｐ_N+1が上限値Ｐ_upper（ｘ）と下限値Ｐ_lower（ｘ）との範囲にあるときは溶接不良無しと判定し、計測値Ｐ_N+1が上記範囲外にあるときは溶接不良ありと判定するようになっている。

判定部２１６は、計測値Ｐ_N+1に含まれる所定の数の計測値Ｐｘ（Ｎ＋１）が上記範囲外にあるときに、溶接不良ありと判定するようになっていてもよい。つまり、判定部２１６は、計測値Ｐｘ（Ｎ＋１）が上記範囲外にあると判定した回数が所定の数を超えたときに、溶接不良ありと判定するようになっていてもよい。

判定部２１６は、計測値Ｐｘ（Ｎ＋１）が上記範囲外にあると判定した時から所定の時間（閾値逸脱許容時間）を経過した後においても、計測値Ｐｘ（Ｎ＋１）が上記範囲外にあるときに、溶接不良ありと判定するようになっていてもよい。ここで、判定部２１６は、あらかじめ設定した距離と、溶接速度Ｖｗとから、閾値逸脱許容時間を導出するようになっていてもよい。

判定部２１６は、溶接不良ありと判定した場合に、溶接を直ちに停止するようにロボット制御装置２０に指示してもよい。また、判定部２１６は、溶接不良ありと判定した場合に、溶接不良があった旨を通知するようにロボット制御装置２０に指示してもよい。

図１２は、ティーチペンダント３０の表示面におけるグラフィック表示の一例を表したものである。表示部３２は、監視情報を表示するための映像信号に基づいて、計測値Ｐ_N+1と溶接距離Ｗｐとの関係を、例えば、図１２に示したように、上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）とともにグラフィック表示するようになっている。図１２から、アーク溶接開始時における、上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）の範囲が、アーク安定時における、上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）の範囲よりも若干、広くなっていることがわかる。

［品質判定］
次に、図１１を参照して、溶接ロボットシステム１におけるアーク溶接品質判定手順について説明する。

まず、ロボット制御装置２０（制御部２１）が、溶接機４０に対して、溶接命令を出力する。すると、溶接機４０は、制御部２１からの指示に従って、溶接を開始するとともに、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび短絡周波数ｆｓのサンプリングを行い、これらの計測値を制御部２１に出力する。制御部２１は、溶接機４０からの、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび短絡周波数ｆｓの計測値を取得する。

制御部２１は、また、サーボ制御部２２に対して、移動命令をする。すると、サーボ制御部２２は、制御部２１からの指示に従って、マニピュレータ１０の動作を制御するとともに、マニピュレータ１０のエンコーダからの位置情報をサンプリングし、サンプリングにより得られた位置情報から、溶接トーチ１３先端の位置情報Ｐｆや溶接速度Ｖｗを導出（計測）する。サーボ制御部２２は、導出した位置情報Ｐｆや溶接速度Ｖｗを制御部２１に出力する。制御部２１は、サーボ制御部２２からの、位置情報Ｐｆや溶接速度Ｖｗの計測値を取得する。

次に、制御部２１は、計測開始時（または再計算開始時）から現在までの経過期間が、移動平均値の算出に必要な期間（算出期間）を超えているか否か判定する。算出期間は、例えば、少なくとも１０μｓ程度である。制御部２１は、経過期間が算出期間を超えている場合には、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆ、短絡周波数ｆｓおよび溶接速度Ｖｗの移動平均値を算出する。

次に、制御部２１は、算出した移動平均値が、上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）の範囲にあるか否か判定する。制御部２１は、算出した移動平均値が上記範囲内にある場合には、溶接不良無しと判定る。制御部２１は、算出した移動平均値が上記範囲外にある場合には、溶接不良ありと判定し、品質判定を終了する。

なお、制御部２１は、溶接不良ありと判定した場合に、品質判定を終了せずに（つまり、溶接作業を止めずに）、溶接作業を最後まで遂行させつつ、品質判定を継続してもよい。また、制御部２１は、算出した移動平均値が上記範囲にあるか否かの判定を、溶接が開始された時刻から始めてもよいし、溶接が終了してから始めてもよい。

［効果］
次に、溶接ロボットシステム１におけるアーク溶接品質判定システムの効果について説明する。

従来から、溶接不良そのものを低減する技術や、溶接不良をより正確に検出する技術が開発されている。溶接不良をより正確に検出する技術として、例えば、特許文献１が提案されている。特許文献１では、アーク溶接中の実際の溶接電流もしくは溶接電圧の移動平均値が、あらかじめ設定された範囲を逸脱した場合に、溶接不良が発生したと判定する技術が提案されている。しかし、特許文献１に記載の発明では、閾値が定常時の溶接条件（溶接電流、溶接電圧等）を基準とした一定の値となっているために、定常時ではない状態（例えば溶接開始時や溶接終了時、あるいは溶接条件を意図的に変更したとき等）では、溶接不良の判定をすることができないという問題があった。

一方、本実施の形態では、過去の複数の計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nを含む母集団から得られた統計的な値に基づいて、溶接不良の判定に用いられる閾値（上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ））が設定される。これにより、溶接不良の判定に用いられる閾値（上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ））が、過去に行われた安定した溶接結果の蓄積から求められた値となる。その結果、定常時以外の溶接状態であっても、過去の同様の溶接状態の元で得られた閾値が用いられることになるので、溶接不良の判定をすることができる。

本実施の形態において、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）および最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）が設定されている場合には、定常時以外の溶接状態であっても、少ない計算量で溶接不良の判定をすることができる。また、本実施の形態において、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の最大値Ｐｍａｘ（ｘ）および最小値Ｐｍｉｎ（ｘ）に基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）が設定されている場合には、定常時以外の溶接状態であっても、少ない計算量で比較的精度良く溶接不良の判定をすることができる。

本実施の形態において、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおけるＮ個の計測値Ｐｘ（１）〜Ｐｘ（Ｎ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）が設定されている場合には、定常時以外の溶接状態であっても、精度良く溶接不良の判定をすることができる。また、本実施の形態において、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘを含む複数の時刻におけるＮＹ個（Ｙ≧２）の計測値Ｐｚ（１）〜Ｐｚ（ＮＹ）の標準偏差σｘに基づいて、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）が設定されている場合には、定常時以外の溶接状態であっても、より精度良く溶接不良の判定をすることができる。

本実施の形態において、上記母集団において、時刻ｔｘごとに、時刻ｔｘにおける平均値μｘに、時刻ｔｘまたは時刻ｔｘを含む複数の時刻における標準偏差σｘのＫ倍（Ｋ≧１）を加えた値が上限値Ｐ_upper（ｘ）に設定されるとともに、時刻ｔｘにおける平均値μｘから、時刻ｔｘまたは時刻ｔｘを含む複数の時刻における標準偏差σｘのＫ倍（Ｋ≧１）を引いた値が、時刻ｔｘにおける下限値Ｐ_lower（ｘ）に設定されている場合には、定常時以外の溶接状態であっても、精度よく溶接不良の判定をすることができる。

本実施の形態において、取得した各計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nに含まれる、溶接開始位置または溶接開始時に最も近い計測値Ｐｘ（ｉ）（開始時計測値）が検出され、計測値Ｐ₁〜Ｐ_Nごとに検出された開始時計測値の時刻を起点として、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）が設定されている場合には、溶接開始時刻のばらつきに起因する誤判定を低減することができる。

本実施の形態では、溶接不良の判定に用いる計測値として、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆ、溶接速度Ｖｗ、または短絡周波数ｆｓが用いられているので、定常時以外の溶接状態であっても、溶接不良の判定をすることができる。また、本実施の形態では、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆ、溶接速度Ｖｗ、または短絡周波数ｆｓを計測する計測部が設けられており、その計測部によって計測された値が、溶接不良の判定に用いられているので、定常時以外の溶接状態であっても、溶接不良の判定をすることができる。

本実施の形態では、計測値Ｐｘ（ｉ）と溶接距離Ｗｐとの関係が、上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）とともに表示部３２にグラフィック表示されるので、定常時以外の溶接状態であっても、ユーザが直観的に溶接不良の判定結果を確認することができる。

＜２．変形例＞
以下に、上記実施の形態の溶接ロボットシステム１の変形例について説明する。なお、以下では、上記実施の形態と共通の構成要素に対しては、上記実施の形態で付されていた符号と同一の符号が付される。また、上記実施の形態と異なる構成要素の説明を主に行い、上記実施の形態と共通の構成要素の説明については、適宜、省略するものとする。

[変形例Ａ]
上記実施の形態では、サンプリング周期Δｔで規定される時刻ｔｘ（１≦ｘ≦Ｘ）ごとに、上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）が設定されていた。しかし、上記実施の形態において、サンプリング周期Δｔとは異なる周期で規定される時刻ｔｘ（１≦ｘ≦Ｘ）ごとに、上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）が設定されてもよい。

[変形例Ｂ]
上記実施の形態では、設定ファイル２２Ｄには、例えば、溶接電流Ｉｓ、溶接電圧Ｖｓ、ワイヤ送給速度Ｖｆおよび溶接速度Ｖｗのそれぞれの設定値が記述されていた。しかし、上記実施の形態およびその変形例において、設定ファイル２２Ｄに、さらに、上述のワイヤ送給負荷Ｌｄおよびパルス周波数ｆｐのそれぞれの設定値が記述されていてもよい。このとき、計測ファイル２２Ｅには、ワイヤ送給負荷Ｌｄおよびパルス周波数ｆｐの計測値が記述される。ワイヤ送給負荷Ｌｄは、ワイヤ送給装置１４のモータ電流から算出される物理量である。パルス周波数ｆｐは、パルス溶接法による溶接中の１秒当たりのパルス数である。本変形例Ｂでは、溶接不良の判定に用いる計測値として、ワイヤ送給負荷Ｌｄまたはパルス周波数ｆｐが用いられるので、定常時以外の溶接状態であっても、溶接不良の判定をすることができる。また、本変形例Ｂでは、ワイヤ送給負荷Ｌｄまたはパルス周波数ｆｐを計測する計測部が設けられており、その計測部によって計測された値が、溶接不良の判定に用いられるので、定常時以外の溶接状態であっても、溶接不良の判定をすることができる。

[変形例Ｃ]
上記実施の形態では、閾値ファイル２２Ｆがロボット制御装置２０の記憶部２４内に格納されていた。しかし、上記実施の形態およびその変形例において、閾値ファイル２２Ｆが、例えば、ロボット制御装置２０とネットワークで接続された別のハードディスク等の記憶部内に格納されていてもよい。ただし、この場合には、ロボット制御装置２０は、ネットワークで接続された別のハードディスク等の記憶部内に閾値ファイル２２Ｆを格納したり、ネットワークで接続された別のハードディスク等の記憶部内から閾値ファイル２２Ｆを読み出したりするようになっている。

[変形例Ｄ]
上記実施の形態では、制御部２１は、溶接区間ＷＳの終了回数が所定の回数（Ｎ回）に達したことを検知すると、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）を生成していた。しかし、上記実施の形態およびその変形例において、溶接区間ＷＳの終了回数が所定の回数（Ｎ回）に達したときに、ユーザが、ロボット制御装置２０（制御部２１）に対して、時刻ｔｘにおける上限値Ｐ_upper（ｘ）および下限値Ｐ_lower（ｘ）の生成を指示してもよい。

１…溶接ロボットシステム、１０…マニピュレータ、１１…ベース部材、１２…多関節アーム部、１２Ａ…アーム、１３…溶接トーチ、１４…溶接ワイヤ、１５…作業台、２０…ロボット制御装置、２１…制御部、２２…サーボ制御部、２２Ａ…制御プログラム、２２Ｂ…作業プログラム、２２Ｃ…アーク溶接品質判定プログラム、２２Ｄ…設定ファイル、２２Ｅ…計測ファイル、２２Ｆ…閾値ファイル、２３…通信部、３０…ティーチペンダント、３１…制御部、３２…表示部、３３…入力部、３４…通信部、３５…記憶部、３５Ａ…教示プログラム、４０…溶接機、４１…制御部、４２…通信部、４３…溶接制御部、４４…溶接電源、４５…電流・電圧計測部、４６…記憶部、４６Ａ…制御プログラム、１１０…母材、１２０…溶接ビード、２１１…解析部、２１２…実行部、２１３…溶接制御部、２１４…軌道記録部、２１５…設定部、２１６…判定部、Ａｔ…アーク時間、ｆｐ…パルス周波数、Ｉｓ…溶接電流、Ｌ１〜Ｌ６…ケーブル、Ｌｄ…ワイヤ送給負荷、Ｏｓ…設定開始指令、Ｏｈ…判定開始指令、Ｐ_upper（ｘ）…上限値、Ｐ_lower（ｘ）…下限値、Ｐ_max（ｘ）…最大値、Ｐ_min（ｘ）…最小値、Ｐ₁，Ｐ_i，Ｐ_N，Ｐｘ（ｉ−１），Ｐｘ（ｉ），Ｐｘ（ｉ＋１）…計測値、Ｓｎ…短絡回数、ｔｘ−１，ｔｘ，ｔｘ＋１…時刻、Ｖｆ…ワイヤ送給速度、Ｖｓ…溶接電圧、ＷＳ…溶接区間、Ｗ…ワーク、Δｆ…サンプリング周波数、Δｔ…サンプリング周期、ΔＴ…単位時間。

Claims (6)

1. 共通の溶接条件設定下で溶接が繰り返し行われたときに得られた複数の第１の計測値を母集団としたときに、前記母集団において、第１の時刻ごとに、前記第１の時刻または前記第１の時刻を含む複数の時刻における最大値に基づいて前記第１の時刻における上限値を設定し、前記第１の時刻または前記第１の時刻を含む複数の時刻における最小値に基づいて前記第１の時刻における下限値を設定する設定部と、
   前記溶接条件設定下で溶接時に得られた第２の計測値が前記上限値と前記下限値との範囲にあるときは溶接不良無しと判定し、前記第２の計測値が前記範囲外にあるときは溶接不良ありと判定する判定部と
   を備えた
   アーク溶接品質判定システム。
2. 共通の溶接条件設定下で溶接が繰り返し行われたときに得られた複数の第１の計測値を母集団としたときに、前記母集団において、第１の時刻ごとに、前記第１の時刻または前記第１の時刻を含む複数の時刻における標準偏差に基づいて前記第１の時刻における上限値および下限値を設定する設定部と、
   前記溶接条件設定下で溶接時に得られた第２の計測値が前記上限値と前記下限値との範囲にあるときは溶接不良無しと判定し、前記第２の計測値が前記範囲外にあるときは溶接不良ありと判定する判定部と
   を備えた
   アーク溶接品質判定システム。
3. 前記設定部は、前記母集団において、前記第１の時刻ごとに、前記第１の時刻における平均値に、前記第１の時刻または前記第１の時刻を含む複数の時刻における標準偏差の正の整数倍を加えた値を、前記第１の時刻における上限値に設定し、
   前記設定部は、前記母集団において、前記第１の時刻ごとに、前記第１の時刻における平均値から、前記第１の時刻または前記第１の時刻を含む複数の時刻における標準偏差の正の整数倍を引いた値を、前記第１の時刻における下限値に設定する
   請求項２に記載のアーク溶接品質判定システム。
4. 複数の前記計測値は、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給速度、溶接速度、ワイヤ送給負荷、短絡周波数、または、パルス周波数である
   請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載のアーク溶接品質判定システム。
5. 前記溶接電流、前記溶接電圧、前記ワイヤ送給速度、前記溶接速度、前記ワイヤ送給負荷、前記短絡周波数、または、前記パルス周波数を計測する計測部をさらに備えた
   請求項４に記載のアーク溶接品質判定システム。
6. 前記第２の計測値と溶接距離との関係を、前記上限値および前記下限値とともにグラフィック表示する表示部をさらに備えた
   請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のアーク溶接品質判定システム。

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