(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024141163
(43)【公開日】2024-10-10
(54)【発明の名称】自動溶接システムおよび溶接制御方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/095 20060101AFI20241003BHJP
B23K 31/00 20060101ALI20241003BHJP
B23K 9/127 20060101ALI20241003BHJP
B23K 37/02 20060101ALI20241003BHJP
B23K 37/06 20060101ALI20241003BHJP
【ＦＩ】
B23K9/095 510D
B23K9/095 515A
B23K31/00 Z
B23K9/127 505C
B23K37/02 301A
B23K37/06 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】16
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023052654
(22)【出願日】2023-03-29
(71)【出願人】
【識別番号】000004123
【氏名又は名称】ＪＦＥエンジニアリング株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 勇佑
(72)【発明者】
【氏名】矢野 良明
(72)【発明者】
【氏名】梅澤 俊之
(72)【発明者】
【氏名】島田 優也
(57)【要約】
【課題】溶接装置においてオペレータによる調整作業を要することなく溶接における適応制御を実行可能な自動溶接システムおよび溶接制御方法を提供すること。
【解決手段】２つの固定管の互いの端部を所定の間隔を隔てて突き合わせ、内周側から裏当て材が突き当てられた状態で開先を複数層に亘って溶接する溶接電極を搭載した自動溶接機に対して、所定の溶接条件に基づいて適応制御する制御部と、溶接領域を撮像する撮像部と、溶接領域における撮像データと、撮像データを入力パラメータとして溶接領域の特徴点を出力パラメータとする特徴点検出モデルを記憶する記憶部と、を備え、特徴点検出モデルは、初層溶接において特徴点を検出する初層特徴点検出モデルと、積層溶接において特徴点を検出する積層特徴点検出モデルと、を含み、制御部は、初層溶接時には初層特徴点検出モデルを用い、積層溶接時には積層特徴点検出モデルを用いて、適応制御を行う。
【選択図】図１
【解決手段】２つの固定管の互いの端部を所定の間隔を隔てて突き合わせ、内周側から裏当て材が突き当てられた状態で開先を複数層に亘って溶接する溶接電極を搭載した自動溶接機に対して、所定の溶接条件に基づいて適応制御する制御部と、溶接領域を撮像する撮像部と、溶接領域における撮像データと、撮像データを入力パラメータとして溶接領域の特徴点を出力パラメータとする特徴点検出モデルを記憶する記憶部と、を備え、特徴点検出モデルは、初層溶接において特徴点を検出する初層特徴点検出モデルと、積層溶接において特徴点を検出する積層特徴点検出モデルと、を含み、制御部は、初層溶接時には初層特徴点検出モデルを用い、積層溶接時には積層特徴点検出モデルを用いて、適応制御を行う。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
２つの固定管の互いの端部を所定の間隔を隔てて突き合わせ、かつ前記２つの固定管の互いの端部の内周側から裏当て材が突き当てられた状態で、前記端部の外周面に沿って複数周周回可能に構成され、前記２つの固定管の突き合わせた端部同士によって形成される開先を複数の層に亘って溶接可能に構成された溶接電極を搭載した自動溶接機に対して、所定の溶接条件に基づいて適応制御する制御部と、
前記溶接電極によって溶接が行われている溶接領域を撮像可能な撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記溶接領域における撮像データ、および前記撮像データを入力パラメータとし前記溶接領域における特徴点の位置を出力パラメータとする特徴点検出モデルを記憶する記憶部と、を備え、
前記特徴点検出モデルは、
前記複数の層のうちの最下層の溶接における初層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する初層特徴点検出モデルと、
前記複数の層のうちの最下層より上層の溶接における積層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する積層特徴点検出モデルと、を含み、
前記制御部は、
前記自動溶接機による溶接が前記初層溶接である場合に、前記初層溶接における撮像データを前記初層特徴点検出モデルに入力して、前記初層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記初層溶接における適応制御を実行し、
前記自動溶接機による溶接が前記積層溶接である場合に、前記積層溶接における撮像データを前記積層特徴点検出モデルに入力して、前記積層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記積層溶接における適応制御を実行する
自動溶接システム。
前記溶接電極によって溶接が行われている溶接領域を撮像可能な撮像部と、
前記撮像部によって撮像された前記溶接領域における撮像データ、および前記撮像データを入力パラメータとし前記溶接領域における特徴点の位置を出力パラメータとする特徴点検出モデルを記憶する記憶部と、を備え、
前記特徴点検出モデルは、
前記複数の層のうちの最下層の溶接における初層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する初層特徴点検出モデルと、
前記複数の層のうちの最下層より上層の溶接における積層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する積層特徴点検出モデルと、を含み、
前記制御部は、
前記自動溶接機による溶接が前記初層溶接である場合に、前記初層溶接における撮像データを前記初層特徴点検出モデルに入力して、前記初層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記初層溶接における適応制御を実行し、
前記自動溶接機による溶接が前記積層溶接である場合に、前記積層溶接における撮像データを前記積層特徴点検出モデルに入力して、前記積層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記積層溶接における適応制御を実行する
自動溶接システム。
【請求項2】
前記初層溶接における撮像データは、前記溶接領域における前記溶接電極と溶融池と前記溶接電極の先端におけるアークと前記開先と前記裏当て材との画像データを含み、
前記積層溶接における撮像データは、前記溶接領域における前記溶接電極と前記溶融池と前記溶接電極の先端におけるアークと前記開先と前層ビードとを含む
請求項１に記載の自動溶接システム。
前記積層溶接における撮像データは、前記溶接領域における前記溶接電極と前記溶融池と前記溶接電極の先端におけるアークと前記開先と前層ビードとを含む
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項3】
前記初層溶接における前記特徴点は、前記溶接電極の先端と、前記溶融池における前記開先との界面の上端部と、前記溶融池の流出側の先端を含む
請求項２に記載の自動溶接システム。
請求項２に記載の自動溶接システム。
【請求項4】
前記初層溶接における前記特徴点は、前記溶融池の先端側における前記溶融池と前記開先との界面の下端部を含む
請求項３に記載の自動溶接システム。
請求項３に記載の自動溶接システム。
【請求項5】
前記積層溶接における前記特徴点は、前記溶接電極の先端と、前記アークと前記開先との境界面における上端部と、を含む
請求項２に記載の自動溶接システム。
請求項２に記載の自動溶接システム。
【請求項6】
前記積層溶接における前記特徴点は、前記溶接電極の先端と、前記アークと１つ下層の溶接ビードとの境界部分の左右端と、を含む
請求項２に記載の自動溶接システム。
請求項２に記載の自動溶接システム。
【請求項7】
前記溶接条件は、前記溶接電極の先端の揺動における揺動中心および揺動幅を含む
請求項１に記載の自動溶接システム。
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項8】
前記初層溶接における前記溶接条件は、前記溶接電極の先端の揺動における揺動中心および揺動幅を含む
請求項１に記載の自動溶接システム。
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項9】
前記制御部は、前記初層特徴点検出モデルと前記積層特徴点検出モデルとを、前記自動溶接機を停止させることなく切り替える
請求項１に記載の自動溶接システム。
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項10】
前記自動溶接機は前記固定管の周回に伴って複数の溶接姿勢に変化し、
前記特徴点検出モデルは、前記自動溶接機における複数の溶接姿勢のそれぞれに対応して生成された複数の学習モデルを含む
請求項１に記載の自動溶接システム。
前記特徴点検出モデルは、前記自動溶接機における複数の溶接姿勢のそれぞれに対応して生成された複数の学習モデルを含む
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項11】
前記複数の溶接姿勢は、前記溶接電極の向きと、前記自動溶接機の移動方向とに基づいて複数通りに分類される
請求項１０に記載の自動溶接システム。
請求項１０に記載の自動溶接システム。
【請求項12】
前記自動溶接機の溶接姿勢の変化時において、前記溶接姿勢に対応する学習モデルを、前記自動溶接機を停止させることなく切り替える
請求項１０に記載の自動溶接システム。
請求項１０に記載の自動溶接システム。
【請求項13】
前記初層特徴点検出モデルは、複数の前記裏当て材における裏当て材同士の隙間、および前記裏当て材と前記固定管の内周面との隙間を検出する裏当材隙間検出モデルを含む
請求項１に記載の自動溶接システム。
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項14】
複数の前記裏当て材における裏当て材同士の隙間を検出可能なセンサ部をさらに有する
請求項１に記載の自動溶接システム。
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項15】
前記撮像データは、前記溶接電極の先端が揺動する際の揺動端部に位置した状態での画像データを含み、
前記画像データを入力パラメータとして前記特徴点検出モデルに入力する
請求項１に記載の自動溶接システム。
前記画像データを入力パラメータとして前記特徴点検出モデルに入力する
請求項１に記載の自動溶接システム。
【請求項16】
２つの固定管の互いの端部を所定の間隔を隔てて突き合わせ、かつ前記２つの固定管の互いの端部の内周側から裏当て材が突き当てられた状態で、前記端部の外周面に沿って複数周周回可能に構成され、前記２つの固定管の突き合わせた端部同士によって形成される開先を複数の層に亘って溶接可能に構成された溶接電極を搭載した自動溶接機に対して、所定の溶接条件に基づいて適応制御を行う制御部が実行する制御ステップと、
前記溶接電極によって溶接が行われている溶接領域を撮像部によって撮像する撮像ステップと、を含み、
前記撮像データを入力パラメータとし前記溶接領域における特徴点の位置を出力パラメータとする特徴点検出モデルを記憶する記憶部に、前記撮像部によって撮像された前記溶接領域における撮像データを記憶させ、
前記特徴点検出モデルは、
前記複数の層のうちの最下層の溶接における初層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する初層特徴点検出モデルと、
前記複数の層のうちの最下層より上層の溶接における積層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する積層特徴点検出モデルと、を含み、
前記制御ステップにおいて前記制御部は、
前記自動溶接機による溶接が前記初層溶接である場合に、前記初層溶接における撮像データを前記初層特徴点検出モデルに入力して、前記初層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記初層溶接における適応制御を実行し、
前記自動溶接機による溶接が前記積層溶接である場合に、前記積層溶接における撮像データを前記積層特徴点検出モデルに入力して、前記積層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記積層溶接における適応制御を実行する
溶接制御方法。
前記溶接電極によって溶接が行われている溶接領域を撮像部によって撮像する撮像ステップと、を含み、
前記撮像データを入力パラメータとし前記溶接領域における特徴点の位置を出力パラメータとする特徴点検出モデルを記憶する記憶部に、前記撮像部によって撮像された前記溶接領域における撮像データを記憶させ、
前記特徴点検出モデルは、
前記複数の層のうちの最下層の溶接における初層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する初層特徴点検出モデルと、
前記複数の層のうちの最下層より上層の溶接における積層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する積層特徴点検出モデルと、を含み、
前記制御ステップにおいて前記制御部は、
前記自動溶接機による溶接が前記初層溶接である場合に、前記初層溶接における撮像データを前記初層特徴点検出モデルに入力して、前記初層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記初層溶接における適応制御を実行し、
前記自動溶接機による溶接が前記積層溶接である場合に、前記積層溶接における撮像データを前記積層特徴点検出モデルに入力して、前記積層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記積層溶接における適応制御を実行する
溶接制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、自動溶接システムおよび溶接制御方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来、ガスパイプラインなどの固定管を現地で溶接する場合、溶接前に固定管内に設置されたインナークランプによって、管の内面に裏当て銅板を張り出させて押し当てることによって管同士を固定している。この構造において裏当て銅板は複数に分割されているため、裏当て銅板のつなぎの部分に隙間が生じる。また、固定管は真円ではないことから、固定管と裏当て銅板との間に隙間が生じる上に、多くの場合、固定管の周の全長に亘って隙間が均一にならない。
【0003】
２つの固定管を溶接する場合、一定の板厚を超えると固定管の外周に亘る一度の溶接では接合が完了しないため、固定管の外周を複数回周回することによって溶接が実行される。ここで、最初の周回での溶接（以下、初層溶接）を実行する際に、裏当て銅板のつなぎ部分に生じた隙間に溶融池が流れ込み、裏当て銅板上の溶融池が不足する場合がある。また、固定管と裏当て銅板との間に生じる隙間によって、溶け落ちが生じたり固定管の内周側に凹みが生じたりする。また、初層溶接におけるルートギャップと２回目以降の周回での溶接（以下、積層溶接）における開先底部幅とが異なるため、溶接トーチを揺動させる際の適切な揺動幅が変化する。
【0004】
そこで、固定管の現地配管工事において行われる溶接、すなわち固定管を周回する全ての姿勢における連続周溶接においては、溶接欠陥が生じないようにするために、自動溶接機のオペレータによる手動調整が行われる。具体的には、自動溶接機にプリセットされた溶接条件を基準として、上述した隙間や周回ごとの開先底部幅（前層ビードの幅）の変化に対応するために、溶接速度、揺動幅、および溶接線の中心を倣うための揺動倣い中心をはじめとするパラメータをオペレータが手動で調整している。このような自動溶接機におけるオペレータによる調整作業は、オペレータごとの技量に依存することから自動化が求められている。
【0005】
そこで、例えば特許文献１においては、カメラで撮影した溶接部画像を入力パラメータとして機械学習モデルに入力して、出力パラメータとして溶接条件の調整量を出力させて、調整量を自動溶接装置にフィードバックするように構成された自動溶接システムが提案されている。また、特許文献２，３においては、画像処理機能を有する揺動倣い制御装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】特開２０１８－１９２５２４号公報
【特許文献2】特開２０００－２１０７７１号公報
【特許文献3】特開２０１６－５５３４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された従来技術においては、初層溶接と積層溶接との区別がされていないため、裏当て銅板の設置状態に対応した適応制御が困難であるという問題がある。また、特許文献２，３に記載された従来技術における揺動倣い制御においては、初層溶接のみならず積層溶接においても溶接欠陥が生じる可能性が増加するという問題がある。そのため、上述した従来技術においては、経験を積んだオペレータの手動による調整作業は未だ必要であった。そのため、管の先端同士を突き合わせた状態で外周に沿った溶接を行う場合などに、オペレータによる調整を要することなく溶接における適応制御を実行可能な技術が求められていた。
【0008】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、その目的は、溶接装置においてオペレータによる調整作業を要することなく溶接における適応制御を実行可能な自動溶接システムおよび溶接制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0009】
（１）上述した課題を解決し、上記目的を達成するために、本発明の一態様に係る自動溶接システムは、２つの固定管の互いの端部を所定の間隔を隔てて突き合わせ、かつ前記２つの固定管の互いの端部の内周側から裏当て材が突き当てられた状態で、前記端部の外周面に沿って複数周周回可能に構成され、前記２つの固定管の突き合わせた端部同士によって形成される開先を複数の層に亘って溶接可能に構成された溶接電極を搭載した自動溶接機に対して、所定の溶接条件に基づいて適応制御する制御部と、前記溶接電極によって溶接が行われている溶接領域を撮像可能な撮像部と、前記撮像部によって撮像された前記溶接領域における撮像データ、および前記撮像データを入力パラメータとし前記溶接領域における特徴点の位置を出力パラメータとする特徴点検出モデルを記憶する記憶部と、を備え、前記特徴点検出モデルは、前記複数の層のうちの最下層の溶接における初層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する初層特徴点検出モデルと、前記複数の層のうちの最下層より上層の溶接における積層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する積層特徴点検出モデルと、を含み、前記制御部は、前記自動溶接機による溶接が前記初層溶接である場合に、前記初層溶接における撮像データを前記初層特徴点検出モデルに入力して、前記初層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記初層溶接における適応制御を実行し、前記自動溶接機による溶接が前記積層溶接である場合に、前記積層溶接における撮像データを前記積層特徴点検出モデルに入力して、前記積層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記積層溶接における適応制御を実行する。
【0010】
（２）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１）の発明において、前記初層溶接における撮像データは、前記溶接領域における前記溶接電極と溶融池と前記溶接電極の先端におけるアークと前記開先と前記裏当て材との画像データを含み、前記積層溶接における撮像データは、前記溶接領域における前記溶接電極と前記溶融池と前記溶接電極の先端におけるアークと前記開先と前層ビートとを含む。
【0011】
（３）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（２）の発明において、前記初層溶接における前記特徴点は、前記溶接電極の先端と、前記溶融池における前記開先との界面の上端部と、前記溶融池の流出側の先端を含む。
【0012】
（４）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（３）の発明において、前記初層溶接における前記特徴点は、前記溶融池の先端側における前記溶融池と左右の前記開先との界面の下端部を含む。
【0013】
（５）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（２）～（４）のいずれか１つの発明において、前記積層溶接における前記特徴点は、前記溶接電極の先端と、前記アークと前記開先との境界面における上端部と、を含む。
【0014】
（６）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（２）～（５）のいずれか１つの発明において、前記積層溶接における前記特徴点は、前記溶接電極の先端と、前記アークと１つ下層の溶接ビードとの境界部分の左右端と、を含む。
【0015】
（７）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１）～（６）のいずれか１つの発明において、前記溶接条件は、前記溶接電極の先端の揺動における揺動中心および揺動幅を含む。
【0016】
（８）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１）～（７）のいずれか１つの発明において、前記初層溶接における前記溶接条件は、前記溶接電極の先端の揺動における揺動中心および揺動幅を含む。
【0017】
（９）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１）～（８）のいずれか１つの発明において、前記制御部は、前記初層特徴点検出モデルと前記積層特徴点検出モデルとを、前記自動溶接機を停止させることなく切り替える。
【0018】
（１０）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１）～（９）のいずれか１つの発明において、前記自動溶接機は前記固定管の周回に伴って複数の溶接姿勢に変化し、前記特徴点検出モデルは、前記自動溶接機における複数の溶接姿勢のそれぞれに対応して生成された複数の学習モデルを含む。
【0019】
（１１）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１０）の発明において、前記複数の溶接姿勢は、前記溶接電極の向きと、前記自動溶接機の移動方向とに基づいて複数通りに分類される。
【0020】
（１２）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１０）または（１１）の発明において、前記自動溶接機の溶接姿勢の変化時において、前記溶接姿勢に対応する学習モデルを、前記自動溶接機を停止させることなく切り替える。
【0021】
（１３）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１）～（１２）のいずれか１つの発明において、前記初層特徴点検出モデルは、複数の前記裏当て材における裏当て材同士の隙間、および前記裏当て材と前記固定管の内周面との隙間を検出する裏当材隙間検出モデルを含む。
【0022】
（１４）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１）～（１３）のいずれか１つの発明において、複数の前記裏当て材における裏当て材同士の隙間を検出可能なセンサ部をさらに有する。
【0023】
（１５）本発明の一態様に係る自動溶接システムは、（１）～（１４）のいずれか１つの発明において、前記撮像データは、前記溶接電極の先端が揺動する際の揺動端部に位置した状態での画像データを含み、前記画像データを入力パラメータとして前記特徴点検出モデルに入力する。
【0024】
（１６）本発明の一態様に係る自動溶接方法は、２つの固定管の互いの端部を所定の間隔を隔てて突き合わせ、かつ前記２つの固定管の互いの端部の内周側から裏当て材が突き当てられた状態で、前記端部の外周面に沿って複数周周回可能に構成され、前記２つの固定管の突き合わせた端部同士によって形成される開先を複数の層に亘って溶接可能に構成された溶接電極を搭載した自動溶接機に対して、所定の溶接条件に基づいて適応制御を行う制御部が実行する制御ステップと、前記溶接電極によって溶接が行われている溶接領域を撮像部によって撮像する撮像ステップと、を含み、前記撮像データを入力パラメータとし前記溶接領域における特徴点の位置を出力パラメータとする特徴点検出モデルを記憶する記憶部に、前記撮像部によって撮像された前記溶接領域における撮像データを記憶させ、前記特徴点検出モデルは、前記複数の層のうちの最下層の溶接における初層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する初層特徴点検出モデルと、前記複数の層のうちの最下層より上層の溶接における積層溶接の溶接条件に対応する特徴点を検出する積層特徴点検出モデルと、を含み、前記制御ステップにおいて前記制御部は、前記自動溶接機による溶接が前記初層溶接である場合に、前記初層溶接における撮像データを前記初層特徴点検出モデルに入力して、前記初層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記初層溶接における適応制御を実行し、前記自動溶接機による溶接が前記積層溶接である場合に、前記積層溶接における撮像データを前記積層特徴点検出モデルに入力して、前記積層溶接における溶接条件に対応する特徴点を検出して、前記積層溶接における適応制御を実行する。
【発明の効果】
【0025】
本発明に係る自動溶接システムおよび溶接制御方法によれば、溶接装置においてオペレータによる調整を要することなく溶接の適応制御を実行することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0026】
【発明を実施するための形態】
【0027】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。
【0028】
本発明の実施形態について説明するにあたり、本発明者が行った鋭意検討について説明する。まず、本発明者は、従来技術に関する問題点について検討を行った。図１８は、従来技術による裏当て材の設置方法を説明するための図である。図１９および図２０は、従来技術による初層溶接の問題点を説明するための図である。
【0029】
ガスパイプラインなどの鋼管などからなる固定管の現地溶接において、２つの固定管１００を突き合わせて円周溶接を行う場合、図１８に示すように、溶接前に固定管１００内に設置されたインナークランプ２００によって固定管１００の内面に裏当て材１１０Ａ，１１０Ｂを張り出し、押し当てることによって固定管１００同士を固定する。その構造上、裏当て材１１０は複数に分割されており、ここでは、裏当て材１１０として、３枚の弧状の裏当て材１１０Ａと接続部分の３枚の裏当て材１１０Ｂとの６枚の裏当て材１１０を用いる。その後、自動溶接機３によって、裏当て材１１０Ａ，１１０Ｂによって裏当てされた部分の溶接を実行する。なお、自動溶接機３は、溶接部分を撮像する撮像部４０および駆動部２６を備え、溶接電極を備えた溶接トーチ２５を周回移動可能に構成される。すなわち、溶接トーチ２５の溶接電極の先端部２５ａにおいて、アークが生じて溶接が実行される。
【0030】
ここで、本発明者の知見によれば、固定管１００が真円ではないなどの原因によって、図１９に示すように、固定管１００の内周面の部分において、密着不良Ｅ１やキズ部Ｅ２が生じる場合がある。ここで、密着不良Ｅ１は、固定管１００の内周面と裏当て材１１０Ｂとの間に密着していない隙間部分である。キズ部Ｅ２は、裏当て材１１０Ａのキズによる固定管１００の内周面との隙間部分である。密着不良Ｅ１やキズ部Ｅ２による隙間は、固定管１００の内周の全長に亘って一定になることはまれである。このような密着不良Ｅ１やキズ部Ｅ２などの隙間の存在によって、溶け落ちや裏側に凹みが生じるという問題が生じる。
【0031】
また、図２０に示すように、複数の裏当て材１１０Ａ，１１０Ｂの接続部分に２ｍｍ以上の大きな間隙部Ｅ３が生じる場合がある。このような間隙部Ｅ３が生じると、初層溶接の際に隙間に溶融池２８が流れ込み、裏当て材１１０上の溶融池２８が不足してしまうという問題が生じる。
【0032】
また、固定管１００の円周に沿って自動溶接機３を複数回周回させて、溶接を複数層に亘って行う場合、固定管１００を固定させた状態であっても初層のルートギャップおよび積層の前層ビード幅である開先底部幅が周回ごとに変化して、適切な揺動幅が変化する。
【0033】
また、固定管１００の外周を自動溶接機３が周回する場合、固定管１００の溶接において、自動溶接機３の姿勢、図１８に示す例では上進および下進と上向きおよび下向きとで（２×２＝）４通りの姿勢を連続して取ることになる。ここで、連続して円周溶接を行う場合には、溶接の欠陥が生じないようにするために、自動溶接機である自動溶接機３に対してあらかじめ設定された溶接条件を基準として、初層では密着不良Ｅ１、キズ部Ｅ２、および間隙部Ｅ３などの隙間の発生に対応するために溶接速度が制御される。また、自動溶接機３において、溶接の初層溶接における開先底部幅、および積層溶接における前層ビード幅の変化に対応するために、揺動幅が制御される。さらに、溶接線の中心を倣うために揺動倣い中心が制御される。これらの制御は、自動溶接機のオペレータが手動により調整している。自動溶接機の各種制御の、オペレータの手動による調整は、オペレータの技量や経験に依存するため、これらの調整作業の自動化が進められている。
【0034】
そこで、特許文献１などにおいては、カメラによって撮影した溶接部画像を機械学習モデルに入力して溶接条件の調整量を導出し、導出した調整量を溶接条件にフィードバックする技術が提案されている。しかしながら、本発明者の検討によれば、この技術においては、初層溶接と積層溶接とが区別されていないのみならず、初層溶接の溶接速度制御に必要な特徴点の検出が行われていない。そのため、特許文献１に記載の技術では、裏当て材の状態に応じた適応制御が困難である。すなわち、本発明者による詳細な検討によれば、特許文献１に記載の技術を円周溶接に適用しようとすると、固定管の内周側の裏当て材の設置状況が不良であると、溶融池の先端側の中央がワイヤ先端の方向にアーチを描くように近付くため、裏波が適切に形成されなくなるという問題が生じる。ところが、特許文献１に記載の技術では、溶融池２８の先端側の中央の高さ方向の座標を左右端の高さの平均として取り扱っていることにより、円周溶接における適応制御が困難であった。
【0035】
また、特許文献２，３に記載の技術では、画像処理機能を有する揺動倣い制御装置が提案されているが、揺動倣いの制御だけでは、初層溶接のみならず積層溶接においても溶接欠陥が生じる可能性が高くなる。
【0036】
さらに、本発明者の知見によれば、溶接中の特徴点の検出を目的とした機械学習モデルの構築においては、撮像した動画または画像に対する教師あり学習が採用できる。ところが、溶接トーチが揺動しながら溶接を行う場合において、教師データとしての画像を収集する際に、揺動のタイミング、すなわち右から左および左から右のいずれか、ならびにその時のトーチ位置ごとに機械学習を実行する必要がある。ここで、揺動のタイミングを限定することなく機械学習を実行しようとすると、教師データである画像データの収集や画像データに対するアノテーション処理に時間を要するという問題が生じる。
【0037】
そこで、本発明者は種々鋭意検討を行い、機械学習モデルを初層溶接用の学習モデルと、積層溶接用の学習モデルとで区別する方法を想到した。これにより、初層溶接においては、学習モデルによって裏当て材１１０の設置状況を把握することにより初層裏波溶接を自動化することができ、完全溶込み継手の自動溶接が可能となることを想到した。さらに、発明者は、溶接電極部分の撮像画像データにおいて、揺動端部において特徴点の検出を行うことによって教師画像の収集および教師データの作成を効率良く行うことができることを想到した。なお、動画データは複数の画像データから構成されることから、以下の説明においては、画像データとは動画データの概念を含むものである。以下に説明する一実施形態は、以上の本発明者の鋭意検討に基づいて、案出されたものである。
【0038】
図１は、本実施形態による情報処理装置１０を適用した自動溶接システム１を模式的に示す全体構成図である。図１に示すように、自動溶接システム１は、ネットワーク２を介して相互に通信可能な、情報処理装置１０および溶接制御装置２０を備える。情報処理装置１０は、ネットワーク２を通じて溶接制御装置２０と通信可能な外部に設けられていても、溶接制御装置２０と一体であっても、溶接制御装置２０の内部に設けられていても良く、設置場所は限定されない。
【0039】
ネットワーク２は、有線通信や無線通信が適宜組み合わされて構成され、インターネット回線網や携帯電話回線網などの通信網から構成される。ネットワーク２は、例えば、専用線、インターネットなどの公衆通信網、例えばＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）、携帯電話などの電話通信網や公衆回線、ＶＰＮ（Virtual Private Network）などの一または複数の組み合わせからなる。情報処理装置１０と溶接制御装置２０とは、ネットワーク２を介して接続されている。
【0040】
（情報処理装置）
情報処理装置１０は、制御部１１、記憶部１２、入出力部１３、および通信部１４を備える。制御部１１は、具体的に、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を含み、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの主記憶部（いずれも図示せず）を備える。
情報処理装置１０は、制御部１１、記憶部１２、入出力部１３、および通信部１４を備える。制御部１１は、具体的に、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）を含み、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの主記憶部（いずれも図示せず）を備える。
【0041】
記憶部１２は、ＲＡＭなどの揮発性メモリ、ＲＯＭなどの不揮発性メモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ、Hard Disk Drive）、およびリムーバブルメディアなどから選ばれた記憶媒体から構成される。なお、リムーバブルメディアは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、または、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、もしくはＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）のようなディスク記録媒体である。また、外部から装着可能なメモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いて記憶部１２を構成しても良い。記憶部１２には、情報処理装置１０の動作を実行するための、オペレーティングシステム（Operating System :ＯＳ）、各種プログラム、各種テーブル、各種データベースなどが記憶可能である。ここで、各種プログラムには、本実施形態による学習モデルに基づいた処理を実現する自動溶接制御プログラムも含まれる。これらの各種プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスクなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。
【0042】
制御部１１は、記憶部１２に格納されたプログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて、学習部１１１、撮像制御部１１２、および溶接制御部１１３の機能を実現できる。ここで、プログラムは、初層特徴点検出モデル１２１および積層特徴点検出モデル１２２などの、学習部１１１によって例えば畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ：Convolutional Neural Network）などの機械学習などによって生成された学習モデルを含む。なお、学習モデルは、学習済みモデルやモデルなどとも称される。学習モデルは、所定の入力パラメータと出力パラメータとの入出力データセットを教師データとして、例えばニューラルネットワークを用いた深層学習（ディープラーニング）などの機械学習により生成できる。
【0043】
入出力部１３は、例えば、タッチパネルディスプレイ、スピーカマイクロホン、ボタン、スイッチ、ジョグダイヤルなどから構成しても良い。出力部としての入出力部１３は、制御部１１による制御に従って、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、またはプラズマディスプレイなどのディスプレイの画面上に、文字や図形などを表示したり、スピーカから音声を出力したりして、所定の情報を外部に通知するように構成される。入出力部１３は、印刷用紙などに所定の情報を印刷することによって出力するプリンタを含む。記憶部１２に格納された各種情報は、例えば所定の事務所などに設置された入出力部１３のディスプレイなどで確認することができる。入力部としての入出力部１３は、例えば、キーボードや入出力部１３の内部に組み込まれて表示パネルのタッチ操作を検出するタッチパネル式キーボード、外部との間の通話を可能とする音声入力デバイス、スイッチ、またはジョグダイヤルなどから選択されて構成される。情報処理装置１０の入出力部１３から所定の情報を入力することにより、溶接制御装置２０に対して遠隔による制御も可能であり、溶接制御装置２０を介して自動溶接機３の駆動部２６の移動を制御可能である。
【0044】
通信部１４は、例えば、ＬＡＮ（Local Area Network）インターフェースボード、無線通信のための無線通信回路、または専用線やケーブルなどによる通信が可能な有線通信回路である。ＬＡＮインターフェースボードや無線通信回路は、公衆通信網であるインターネットなどのネットワーク２に接続される。通信部１４は、ネットワーク２に接続して、溶接制御装置２０との間で通信を行う。通信部１４は、溶接制御装置２０との間で、種々の制御信号などの信号や画像情報などの情報を送受信する。
【0045】
（溶接制御装置）
溶接制御装置２０は、溶接制御部２１、記憶部２２、入出力部２３、および通信部２４を備える。溶接制御部２１、記憶部２２，入出力部２３，および通信部２４はそれぞれ、物理的には上述した制御部１１、記憶部１２、入出力部１３、および通信部１４と同様である。本実施形態による溶接制御装置２０は、自動溶接機３を制御可能に構成される。溶接制御装置２０の溶接制御部２１は、記憶部２２にあらかじめ格納された溶接条件を読み出し、この溶接条件に基づいて自動溶接機３を制御する。記憶部２２には溶接条件の補正量などが格納される。この場合、記憶部１２には、類似の補正量データをログデータとして保存するようにしても良い。なお、情報処理装置１０と溶接制御装置２０とを一体に構成することも可能である。この場合、溶接制御部２１，１１３を一体の溶接制御部となり、溶接制御部２１による処理は溶接制御部１１３によって実行することも可能である。また、記憶部１２，２２を一体の記憶部、入出力部１３，２３を一体の入出力部とすることも可能である。
溶接制御装置２０は、溶接制御部２１、記憶部２２、入出力部２３、および通信部２４を備える。溶接制御部２１、記憶部２２，入出力部２３，および通信部２４はそれぞれ、物理的には上述した制御部１１、記憶部１２、入出力部１３、および通信部１４と同様である。本実施形態による溶接制御装置２０は、自動溶接機３を制御可能に構成される。溶接制御装置２０の溶接制御部２１は、記憶部２２にあらかじめ格納された溶接条件を読み出し、この溶接条件に基づいて自動溶接機３を制御する。記憶部２２には溶接条件の補正量などが格納される。この場合、記憶部１２には、類似の補正量データをログデータとして保存するようにしても良い。なお、情報処理装置１０と溶接制御装置２０とを一体に構成することも可能である。この場合、溶接制御部２１，１１３を一体の溶接制御部となり、溶接制御部２１による処理は溶接制御部１１３によって実行することも可能である。また、記憶部１２，２２を一体の記憶部、入出力部１３，２３を一体の入出力部とすることも可能である。
【0046】
溶接制御部２１に供給される溶接情報に含まれる溶接条件は例えば、自動溶接機３の溶接速度や、溶接線に倣った溶接中心の位置（揺動中心位置）や、溶接トーチ２５の揺動幅などの溶接の制御に必要な種々の条件である。すなわち、溶接制御装置２０は、自動溶接機３に対して、駆動部２６の移動方向や移動速度、溶接トーチ２５の揺動条件（ウィービング条件）や溶接用金属ワイヤの溶接トーチ２５への送給速度などを制御する。自動溶接機３と溶接制御装置２０とは通常、制御ケーブルを介して接続されている。また、溶接制御装置２０および自動溶接機３においては、アーク放電を発生させるための電源ユニット３０が電源ケーブルを介して接続されている。なお、図示省略したが、自動溶接機３には、ガスボンベが備えられ、ガスホースを介してシールドガスが自動溶接機３に供給される。
【0047】
自動溶接機としての自動溶接機３は、溶接トーチ２５および溶接トーチ２５を固定した台車などからなる駆動部２６を備え、走行レール２７を移動可能に構成される。自動溶接機３には、例えばＣＭＯＳカメラやＣＣＤカメラなどからなる撮像部４０が設けられる。撮像部４０は、溶接トーチ２５の先端部２５ａにおける固定管１００の溶接箇所を撮像可能に構成される。撮像部４０は溶接制御装置２０と有線または無線で通信可能に構成される。自動溶接機３における撮像部４０により撮像された撮像データは、情報処理装置１０に送信されて記憶部１２に格納される。なお、溶接制御装置２０に送信されて溶接モニタリングデータとして記憶部２２に格納するようにしても良い。なお、溶接モニタリングデータの取得においては、動画データおよび静止画像データを同時に取得可能である。また、撮像データは、溶接制御装置２０の入出力部２３に動画または静止画として表示可能に構成しても良い。この場合、オペレータが入出力部２３に表示された溶接部分の撮像データを監視しつつ、入出力部２３を用いて制御情報を入力することによって、自動溶接機３や溶接トーチ２５を制御可能である。溶接制御装置２０、および撮像部４０に給電可能な自動溶接機３は、電源ユニット３０に接続されて電力が供給される。
【0048】
図２、図３はそれぞれ、本実施形態の自動溶接システム１による２つの管の溶接方法を説明するための図である。図２および図３に示すように、本実施形態による２つの固定管１００Ａ，１００Ｂの円周溶接方法においては、まず、２本の固定管１００Ａ，１００Ｂは、互いの端部同士が突き合された状態に配置される。突き合わせた端部の外周に沿って、固定管１００の円周には環状の走行レール２７が装着される。自動溶接機３においては、走行レール２７に沿って溶接ヘッドなどの駆動部２６が周回移動する。駆動部２６には走行レール２７に沿って移動する台車に溶接トーチ２５が搭載されている。リールに巻回された溶接用金属ワイヤ（いずれも図示せず）が供給され、溶接用金属ワイヤがアーク放電時に発生する熱により溶解して２つの固定管１００Ａ，１００Ｂの端部同士溶接が行われる。
【0049】
図４および図５はそれぞれ、図２および図３における溶接部分の詳細を示す斜視図および側面図である。図４に示すように、溶接トーチ２５は、前後左右に移動可能に構成される。すなわち溶接トーチ２５は、固定管１００に対しては円周方向および長手方向に移動可能に構成される。固定管１００に対する円周方向は、自動溶接機３においては溶接トーチ２５の溶接方向になる。自動溶接機３による円周溶接を行う場合、固定管１００Ａ，１００Ｂの突き合わせ端部においては、周方向の内周面に複数の銅板からなる裏当て材１１０をそれぞれインナークランプによって内周面の全周に亘って押さえつける。裏当て材１１０による裏当てによって、特に初層の溶接時に溶けた金属の漏出を抑制する。撮像部４０は、溶接トーチ２５の溶接方向に沿って前方から、固定管１００Ａ，１００Ｂにおける開先１０１および裏当て材１１０（図１８参照）と、溶接トーチ２５のワイヤの先端、すなわち溶接電極の先端で生じるアーク２９および溶融池（図示せず）とを撮像可能に構成される。溶接が実行された部分には溶接ビード１２０が形成される。
【0050】
図５に示すように、固定管１００に対する長手方向は、自動溶接機３においては溶接トーチ２５の揺動方向、すなわち固定管１００の円周方向に対して揺動するウィービング方向（図５中、矢印方向）になる。また、溶接トーチ２５は、内部を挿通した溶接用金属ワイヤを先端部２５ａから供給可能に構成される。溶接トーチ２５を溶接方向（円周方向）に直交するパイプ厚方向、すなわち固定管１００の外周面に対して近づく向きおよび遠ざかる向き（図５中、上下方向）に溶接用金属ワイヤの送給とは独立させて進退移動可能である。なお、図５に示す固定管１００Ａ，１００Ｂの開先１０１のルートギャップは例えば５ｍｍ程度である。
【0051】
図６は、走行レール２７に沿って駆動部２６を移動させつつ、溶接トーチ２５によって溶接を実行する場合の溶接トーチ２５の先端部２５ａの軌跡Ｗを示す図である。図６に示すように、溶接トーチ２５は、２つの固定管１００Ａ，１００Ｂの端部同士を突き合わせた溶接部分において、溶接線中心Ｏを揺動中心として溶接方向に対して左右方向を揺動方向として揺動する。溶接トーチ２５は、駆動部２６に従って走行レール２７に沿って円周方向に移動しつつ揺動方向に揺動し、揺動両端部である左右端部において揺動動作を一時停止させて溶接方向に所定距離だけ移動した後、揺動を再開する動作を繰り返す。これにより、自動溶接機３の溶接トーチ２５は、図６に示す軌跡Ｗに沿って溶接を実行する。
【0052】
以上のように構成された溶接制御装置２０および自動溶接機３によって、固定管１００Ａ，１００Ｂの突き合わせ端部同士が円周溶接される。ところが、自動溶接機３が１周回して実行された溶接では溶接ビード１２０の厚み（溶接厚み）は薄い状態である。そのため、肉厚の大きい固定管１００同士を溶接する場合、自動溶接機３を同一の開先１０１に対して円周方向に沿って複数回移動させる、多層盛全姿勢溶接を行う必要がある。
【0053】
図７は、本実施形態による多層盛り溶接における積層イメージを示す図である。図７に示すように、例えば自動溶接機３を固定管１００Ａ，１００Ｂの突き合わせ端部の円周方向に沿って７回周回させた場合、溶接ビード１２０の層として、最下層の第１層である初層Ｌ１、第２層Ｌ２、第３層Ｌ３、第４層Ｌ４、第５層Ｌ５、第６層Ｌ６、および第７層Ｌ７の７層の溶接ビード１２０が形成される。なお、本明細書においては、初層Ｌ１の溶接を初層溶接、第２層Ｌ２～第７層Ｌ７の溶接を積層溶接と称する。
【0054】
図８および図９はそれぞれ、本実施形態による自動溶接システム１による２つの固定管１００の溶接方法における初層溶接および溶接画像を示す図である。図８に示すように、撮像部４０によって溶接トーチ２５の進行方向、すなわち溶接方向における前方から溶接部分を撮像する。この場合、図９に示すように、撮像部４０によって、溶接トーチ２５の先端部２５ａ、溶融池２８、アーク２９、および裏当て材１１０を撮像することが可能である。すなわち初層溶接における撮像ステップとして、撮像部４０によって裏当て材１１０および上面の溶融池２８の先行量ｄが撮像可能である。溶接トーチ２５の先端部２５ａは、揺動中心（溶接線中心）Ｏに対して所定の揺動幅で揺動し、この揺動に伴ったアーク２９および溶融池２８も揺動するように撮像される。
【0055】
図１０は、本実施形態による自動溶接システム１による２つの固定管１００の溶接方法における積層溶接を説明するための図である。図１０に示すように、第２層Ｌ２以降最終層である第７層Ｌ７までの積層溶接においてはそれぞれ、初層Ｌ１から最終層に対する１つ前の層である第６層Ｌ６の上層に溶接ビード１２０が形成される。撮像部４０によって、溶接トーチ２５の先端部２５ａ、溶融池２８、およびアーク２９を撮像することが可能である。溶接トーチ２５の先端部２５ａは、前の層の上方に移動して、揺動中心（溶接線中心）Ｏに対して所定の揺動幅で揺動する。この場合、開先１０１の円周方向に沿った前層のビード幅は、図５に示す上方にいくに従って増加するため、溶接トーチ２５の揺動幅も、開先１０１の上方になるに従って増加する。撮像部４０は、これらの開先１０１における溶接トーチ２５の先端部２５ａの揺動に伴ったアーク２９および溶融池２８も揺動するように撮像される。
【0056】
以上のように自動溶接機３が固定管１００の外周を周回する場合には、自動溶接機３の姿勢として、少なくとも４通りの姿勢を取ることになる。図１１は、本実施形態による自動溶接システム１における自動溶接機の４通りの姿勢状態を説明するための図である。図１１に示すように、自動溶接機３が固定管１００の円周に沿って周回する場合、以下の４通りの姿勢状態を取る。なお、固定管１００の円周に沿って溶接方向（ベクトル）が重力方向に対して直交する水平方向より下側である場合を「下進」、溶接方向が水平より上側である場合を「上進」と称する。また、溶接トーチ２５の先端部２５ａが指示する向き、換言すると固定管１００の断面円の中心に向かう向きが、重力方向に対して直交する水平方向より下方である場合を「下向き」、水平方向より上方である場合を「上向き」と称する。この場合、自動溶接機３の姿勢は、「上進」および「下進」と「上向き」および「下向き」とによって、以下の４通りの姿勢状態に分類できる。自動溶接機３の姿勢状態は、自動溶接機３において検出可能であるが、溶接制御装置２０から出力される信号に基づいて姿勢状態を検出することも可能である。
（１）下向き下進：自動溶接機３は領域Ｓ１
（２）上向き下進：自動溶接機３は領域Ｓ２
（３）上向き上進：自動溶接機３は領域Ｓ３
（４）下向き上進：自動溶接機３は領域Ｓ４
例えば、自動溶接機３が領域Ｓ１にいる場合の姿勢状態は（１）下向き下進である。なお、図１１において溶接の開始地点が領域Ｓ４であるが、必ずしも限定されない。
（１）下向き下進：自動溶接機３は領域Ｓ１
（２）上向き下進：自動溶接機３は領域Ｓ２
（３）上向き上進：自動溶接機３は領域Ｓ３
（４）下向き上進：自動溶接機３は領域Ｓ４
例えば、自動溶接機３が領域Ｓ１にいる場合の姿勢状態は（１）下向き下進である。なお、図１１において溶接の開始地点が領域Ｓ４であるが、必ずしも限定されない。
【0057】
図１２は、自動溶接機３が領域Ｓ２にいる場合であって、姿勢状態が上向き下進の場合における溶接トーチ２５の状態を示す図である。この場合、重力の影響によって溶融池２８は重力方向に垂れた状態になることがある。特に固定管１００の外周面と裏当て材１１０と部分に密着不良Ｅ１やキズ部Ｅ２などの隙間が生じている場合、重力および溶融池２８の溶融金属の表面張力によって、固定管１００の内面側に溶融池２８が入っていかない状態が生じる場合がある。この現象は特に初層溶接において生じる可能性が高い。
【0058】
図１３Ａおよび図１３Ｂはそれぞれ、本実施形態による自動溶接システム１の撮像部４０によって撮像された初層溶接における溶接領域の撮像データおよび対応する位置を示す。なお、図１３Ａ，図１３Ｂにおいて、左側が揺動左端部の画像および図であり、右側が揺動右端部の画像および図である。
【0059】
図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、初層溶接において、溶接トーチ２５の先端部２５ａが揺動する場合に先端部２５ａの位置（ワイヤ先端）の特徴点Ｗの座標をＷ（ＸW，ＹW）とする。また、溶融池２８における開先１０１との界面の上端部の特徴点Ｐの座標をＰ（ＸP，ＹP）、下端部（先端部）の特徴点Ｅｃの座標をＥｃ（ＸEc，ＹEc）とする。さらに、溶融池２８の下端部（先端部）における揺動端部側の特徴点Ｅｗの座標をＥｗ（ＸEw，ＹEw）とし、溶融池２８の下端部（先端部）における揺動端部反対側の特徴点Ｅｏの座標をＥｏ（ＸEo，ＹEo）とする。なお、これらの座標の原点は、Ｗ（ＸW，ＹW）、Ｐ（ＸP，ＹP）、Ｅｃ（ＸEc，ＹEc）、Ｅｗ（ＸEw，ＹEw）、およびＥｏ（ＸEo，ＹEo）において共通であれば任意に設定可能であり、Ｘ軸方向およびＹ軸方向はそれぞれ、揺動方向および上下方向に設定される。
【0060】
この場合、溶接トーチ２５の先端部２５ａと溶融池２８の先端との距離Ｌ、および溶接トーチ２５の先端部２５ａと溶融池２８における開先１０１との界面の上端部との距離δはそれぞれ、以下の（１）式および（２）式により定義される。
Ｌ＝｜ＹW－ＹEo｜ …（１）
δ＝｜ＸW－ＸP｜ …（２）
Ｌ＝｜ＹW－ＹEo｜ …（１）
δ＝｜ＸW－ＸP｜ …（２）
【0061】
また、溶接条件として、上述した（１）～（４）の自動溶接機３の姿勢状態ごとに、正常な溶接継手によってあらかじめ計測された計測値に基づいて、基準値Ｌ0をあらかじめ設定しておく。溶接制御装置２０の溶接制御部２１は制御ステップとして、距離Ｌが基準値Ｌ0に近づくように溶接トーチ２５の溶接速度、すなわち自動溶接機３の移動速度の適応制御（以下、溶接速度制御）を実行する。具体的に溶接制御部２１は、距離Ｌが基準値Ｌ0未満の場合（Ｌ＜Ｌ0）には移動速度を低下させるように自動溶接機３を制御する。反対に、距離Ｌが基準値Ｌ0より大きい場合（Ｌ＞Ｌ0）には移動速度を増加させるように自動溶接機３を制御する。これにより、自動溶接機３による初層溶接において、正常な裏波形状を形成することが可能になる。なお、溶接制御部２１による自動溶接機３の移動速度の制御は、ルールベースによって実行しても、あらかじめ生成された学習モデルによって実行しても良い。
【0062】
同様に、距離δ（δL，δR）は、溶融池２８における開先１０１との界面の上端部と溶接トーチ２５の先端部２５ａとの距離である。ここで、溶接条件として、上述した（１）～（４）の自動溶接機３の姿勢状態ごとに、正常な溶接継手によってあらかじめ計測された計測値に基づいて、基準値δ0をあらかじめ設定しておく。溶接制御装置２０の溶接制御部２１は、距離δが基準値δ0に近づくように揺動幅を制御する。さらに、溶接制御部２１は、揺動左端部における距離δLと揺動右端部における距離δRとが略等しく（δL≒δR）なるように、溶接トーチ２５の揺動中心Ｏ′を制御する。これにより、溶接トーチ２５の揺動中心Ｏ′を溶接線中心Ｏに近づけることができる。自動溶接機３に対して、上述した距離δに関する２通りの制御、すなわち溶接トーチ２５の揺動に関する適応制御を行うことにより、特に初層溶接において溶接ビード１２０を正常なビード形状に形成することが可能となる。なお、自動溶接機３および溶接トーチ２５に対する距離δに関する２通りの制御は、正常なビード形状を得るために、初層溶接のみならず積層溶接の場合においても、必要な適応制御である。また、溶接制御部２１による溶接トーチ２５の揺動幅や揺動中心の制御は、ルールベースによって実行しても、あらかじめ生成された学習モデルによって実行しても良い。
【0063】
また、上述したように初層溶接の場合、裏当て材１１０Ａ，１１０Ｂとの間に間隙部Ｅ３が生じる場合がある。この場合、図１３Ａに示す撮像データに基づいて、裏当て材１１０との状態を監視することによって、間隙部Ｅ３を検出しても良い。この場合、初層特徴点検出モデル１２１において、間隙部検出モデルを生成して記憶部１２に格納しておくことが可能である。
【0064】
また、間隙部Ｅ３を検出するための他の例としては、間隙部Ｅ３を検出するためのレーザセンサを採用することも可能である。図１４は、本実施形態による自動溶接システム１による初層溶接時における裏当て材１１０の間隙部Ｅ３の検知方法の他の例を説明するための図である。図１４に示すように、自動溶接機３における移動方向の前方、すなわち溶接方向の前方に所定距離Ｆだけ隔てた位置に、センサ部４５を設ける。センサ部４５は、自動溶接機３、情報処理装置１０、および溶接制御装置２０の少なくとも１つと通信可能に構成される。センサ部４５は例えばレーザセンサから構成される。
【0065】
この場合、センサ部４５は、自動溶接機３によって初層溶接を実行しながら、進行方向の前方において裏当て材１１０の計測を実行する。溶接制御装置２０は、センサ部４５による裏当て材１１０の計測に基づいて、フィードフォア―ド制御を実行する。具体的には、溶接制御装置２０の溶接制御部２１は、センサ部４５によって間隙部Ｅ３を検出した場合にオンのフラグを立てるとともに時間の計測を開始する。その後、センサ部４５の出射するレーザ光が間隙部Ｅ３を通過して裏当て材１１０Ｃに到達した場合、オンのフラグを下ろす。溶接制御部２１は、自動溶接機３による溶接速度から、フラグがオンである間の自動溶接機３の移動距離を計測する。計測された自動溶接機３の移動距離は、裏当て材１１０の間隙部Ｅ３の移動方向に沿った隙間幅に相当する。
【0066】
次に、溶接制御部２１は、フラグがオンである間の移動距離とあらかじめ設定された閾値との比較を行う。ここで、溶接制御部２１は、隙間幅が閾値未満（隙間＜閾値）であると判定した場合、自動溶接機３に対する溶接速度の調整を実行することなく、溶接を継続する。一方、溶接制御部２１は、隙間幅が閾値以上（隙間≧閾値）であると判定した場合、自動溶接機３に対して溶接速度を調整して、例えば溶接速度を低下させる制御を実行する。この場合、溶接制御部２１による自動溶接機３の移動速度の制御は、ルールベースによって実行しても、あらかじめ生成された学習モデルによって実行しても良い。なお、溶接速度の調整量は隙間幅の大きさに依存せずに一定値として、あらかじめ設定しておくことも可能である。
【0067】
また、上述した閾値は複数の値に基づいて設定しても良い。すなわち、閾値として例えば、２ｍｍおよび５ｍｍなどのように複数段階の閾値を設定し、溶接制御部２１は、隙間幅が２ｍｍ未満であると判定した場合に溶接速度の調整を実行せず、隙間幅が２ｍｍ以上５ｍｍ未満の場合に溶接速度を低下させ、隙間幅が５ｍｍ以上である場合には溶接を停止させたりすることも可能である。さらに、自動溶接機３に対する制御を溶接制御部２１による自動適応制御から、オペレータによる手動制御に切り替えるようにしても良い。
【0068】
以上のように、２つの固定管の突合せ溶接における多層盛り溶接を行う場合、初層溶接においては、溶接制御部２１による、自動溶接機３の溶接速度の制御ならびに溶接トーチ２５の揺動中心および揺動幅の制御が少なくとも必要になる。また、第２層Ｌ２以上の積層溶接においては、溶接トーチ２５の揺動中心および揺動幅の制御が少なくとも必要になる。さらに、自動溶接機３が固定管１００の外周を周回しながら上述した溶接速度と、揺動中心および揺動幅の制御を実行する場合、多層盛り全姿勢溶接における自動溶接機３の姿勢に応じた制御も必要になる。
【0069】
（適応制御方法）
以上の適応制御を溶接制御部２１によって自動で実行するためには、適応制御において必要とする特徴点を検出する必要がある。図１３Ａおよび図１３Ｂに示す初層溶接の場合には、溶接を撮像した撮像データにおける特徴点として、点Ｐ、点Ｗ、点Ｅｗ、点Ｅｃ、点Ｅｏを判別して検出する必要がある。
以上の適応制御を溶接制御部２１によって自動で実行するためには、適応制御において必要とする特徴点を検出する必要がある。図１３Ａおよび図１３Ｂに示す初層溶接の場合には、溶接を撮像した撮像データにおける特徴点として、点Ｐ、点Ｗ、点Ｅｗ、点Ｅｃ、点Ｅｏを判別して検出する必要がある。
【0070】
また、積層溶接の場合の特徴点を図１５Ａに示す。図１５Ａは、本実施形態による自動溶接システム１による積層溶接における溶接領域の撮像データを示す図である。なお、図１５Ａに示す左側の撮像データは揺動左端部の画像であり、右側の撮像データは揺動右端部の画像である。図１５Ａに示す例において、特徴点Ｗは溶接トーチ２５の先端部２５ａを示す特徴点、特徴点Ａはアーク２９と開先１０１との境界面における上端部を示す特徴点、特徴点Ｂはアーク２９と１つ下層の溶接ビード１２０との境界部分の左右端を示す特徴点である。積層溶接における特徴点Ａは、初層溶接における特徴点Ｐに相当する。初層溶接の場合には、開先１０１の左右の横幅が狭いため、特徴点Ａの代わりに特徴点Ｐを採用することが好ましい。そのため、以下に説明する特徴点Ａに関する記述は特徴点Ｐに置換でき、特徴点Ｂに関する記述は特徴点Ｅｗに置換できる。また、積層溶接に関する「１つ前の層」や「下層の溶接ビード１２０」は、初層溶接における「裏当て材１１０」に置換できる。
【0071】
（第１の適応制御）
図１５Ｂは、図１５Ａに示す揺動左端部および揺動右端部の画像データに対応した特徴点の位置を示す図である。図１５Ｂに示すように、溶接トーチ２５の先端部２５ａの揺動における左端部を特徴点ＷL、座標をＷL（ＸWL，ＹWL）とし、右端部を特徴点ＷR、座標をＷR（ＸWR，ＹWR）とする。また、上述した特徴点Ａにおける左端部を特徴点ＡL、座標をＡL（ＸAL，ＹAL）、特徴点Ａにおける右端部を特徴点ＡR、座標をＡR（ＸAR，ＹAR）とする。さらに、Ｘ軸方向に沿った溶接トーチ２５と開先１０１との水平変位ΔＸは、以下の（２－１）式で定義される。（２－１）式は上述した特徴点Ｐに関する（２）式に対応する式であり、（２－２）式および（２－３）式はそれぞれ、揺動左端部および揺動右端部における水平変位ΔＸL，ΔＸRである。
ΔＸ＝ＸA－ＸW…（２－１）
ΔＸL＝ＸAL－ＸWL…（２－２）
ΔＸR＝ＸAR－ＸWR…（２－３）
図１５Ｂは、図１５Ａに示す揺動左端部および揺動右端部の画像データに対応した特徴点の位置を示す図である。図１５Ｂに示すように、溶接トーチ２５の先端部２５ａの揺動における左端部を特徴点ＷL、座標をＷL（ＸWL，ＹWL）とし、右端部を特徴点ＷR、座標をＷR（ＸWR，ＹWR）とする。また、上述した特徴点Ａにおける左端部を特徴点ＡL、座標をＡL（ＸAL，ＹAL）、特徴点Ａにおける右端部を特徴点ＡR、座標をＡR（ＸAR，ＹAR）とする。さらに、Ｘ軸方向に沿った溶接トーチ２５と開先１０１との水平変位ΔＸは、以下の（２－１）式で定義される。（２－１）式は上述した特徴点Ｐに関する（２）式に対応する式であり、（２－２）式および（２－３）式はそれぞれ、揺動左端部および揺動右端部における水平変位ΔＸL，ΔＸRである。
ΔＸ＝ＸA－ＸW…（２－１）
ΔＸL＝ＸAL－ＸWL…（２－２）
ΔＸR＝ＸAR－ＸWR…（２－３）
【0072】
撮像部４０によって撮像される撮像データは、以上の揺動両端部の間を溶接トーチ２５の先端部２５ａおよびアーク２９が揺動する動画からなる撮像データとなる。溶接制御部２１は制御ステップとして、撮像部４０から取得した撮像データに基づいた適応制御として、揺動中心Ｏ′を制御する揺動中心制御と、揺動幅を制御する揺動幅制御とを行う。
【0073】
揺動中心制御において溶接制御部２１は、撮像部４０から取得した撮像データに基づいて、以下の（３－１）式から揺動中心Ｏ′を導出するとともに、揺動中心の適正値、すなわち溶接線中心Ｏとして、以下の（３－２）式に基づいて溶接線中心Ｏを導出する。その上で溶接制御部２１は、揺動中心制御における調整量Δｃを以下の（３－３）式から導出する。溶接制御部２１は調整量Δｃに基づいて、自動溶接機３における溶接トーチ２５の揺動中心Ｏ′を調整する。
【0074】
【数1】
【0075】
揺動幅制御において溶接制御部２１は、撮像部４０から取得した撮像データに基づいて、以下の（４－１）式から揺動幅を導出する。また、溶接制御部２１は、取得した撮像データに基づいて、揺動幅の適正値、すなわち溶接トーチ２５の先端部２５ａと開先１０１との水平距離の適正値を、以下の（４－２）式から導出する。揺動幅の適正値は、換言すると溶接トーチ２５の先端部２５ａと開先１０１との水平距離を適正に維持可能な揺動幅である。そのため、必要に応じて補正係数αを設定して揺動幅の適正値を補正することが可能である。補正係数αは、自動溶接機３が固定管１００の円周を１周回する間において、複数の補正係数値、例えば１０～３０通りの補正係数α1…α10…α30を設定可能であるが、補正係数αの設定個数については限定されない。その上で溶接制御部２１は、揺動幅制御における調整量Δｗを以下の（４－３）式から導出する。溶接制御部２１は調整量Δｗに基づいて、自動溶接機３における溶接トーチ２５の揺動幅を調整する。以上により、溶接制御部２１によって本実施形態による第１の適応制御が行われる。なお、初層溶接および積層溶接の場合においては、主に第１の適応制御が実行される。
【0076】
【数2】
【0077】
（第２の適応制御）
図１５Ｃは、図１５Ａに示す揺動左端部および揺動右端部の画像データに対応した特徴点の位置を示す図である。図１５Ｃに示すように、溶接トーチ２５の先端部２５ａの揺動における特徴点ＷL，ＷRは図１５Ｂと同様である。また、上述した特徴点Ｂにおける左端部を特徴点ＢL、座標をＢL（ＸBL，ＹBL）とし、右端部を特徴点ＢR，座標をＢR（ＸBR，ＹBR）とする。さらに、Ｘ軸方向に沿った溶接トーチ２５と１つ前の層である下層の溶接ビード１２０の端部との水平変位ΔＸは、以下の（２－４）式で定義される。（２－４）式は上述した特徴点Ａに関する（２－１）式に対応する式である。また、以下の（２－５）式および（２－６）式はそれぞれ、揺動左端部および揺動右端部における水平変位ΔＸL，ΔＸRである。
ΔＸ＝ＸB－ＸW…（２－４）
ΔＸL＝ＸBL－ＸWL…（２－５）
ΔＸR＝ＸBR－ＸWR…（２－６）
図１５Ｃは、図１５Ａに示す揺動左端部および揺動右端部の画像データに対応した特徴点の位置を示す図である。図１５Ｃに示すように、溶接トーチ２５の先端部２５ａの揺動における特徴点ＷL，ＷRは図１５Ｂと同様である。また、上述した特徴点Ｂにおける左端部を特徴点ＢL、座標をＢL（ＸBL，ＹBL）とし、右端部を特徴点ＢR，座標をＢR（ＸBR，ＹBR）とする。さらに、Ｘ軸方向に沿った溶接トーチ２５と１つ前の層である下層の溶接ビード１２０の端部との水平変位ΔＸは、以下の（２－４）式で定義される。（２－４）式は上述した特徴点Ａに関する（２－１）式に対応する式である。また、以下の（２－５）式および（２－６）式はそれぞれ、揺動左端部および揺動右端部における水平変位ΔＸL，ΔＸRである。
ΔＸ＝ＸB－ＸW…（２－４）
ΔＸL＝ＸBL－ＸWL…（２－５）
ΔＸR＝ＸBR－ＸWR…（２－６）
【0078】
揺動中心制御において溶接制御部２１は、撮像部４０から取得した撮像データに基づいて、以下の（５－１）式から揺動中心Ｏ′を導出するとともに、以下の（５－２）式に基づいて、揺動中心の適正値としての溶接線中心Ｏを導出する。その上で溶接制御部２１は、揺動中心制御における調整量Δｃを以下の（５－３）式から導出する。溶接制御部２１は調整量Δｃに基づいて、自動溶接機３における溶接トーチ２５の揺動中心Ｏ′を調整する。
【0079】
【数3】
【0080】
揺動幅制御において溶接制御部２１は、撮像部４０から取得した撮像データに基づいて、以下の（６－１）式から揺動幅を導出する。また、溶接制御部２１は、取得した撮像データに基づいて、揺動幅の適正値、すなわち溶接トーチ２５の先端部２５ａと１つ前の層の端部との水平距離の適正値を、以下の（６－２）式から導出する。揺動幅の適正値は、換言すると溶接トーチ２５の先端部２５ａと開先１０１との水平距離を適正に維持可能な揺動幅である。そのため、必要に応じて補正係数βを設定して揺動幅の適正値を補正することが可能である。補正係数βは、自動溶接機３が固定管１００の円周を１周回する間において、複数の補正係数値、例えば１０～３０通りの補正係数β1…β10…β30を設定可能であるが、補正係数βの設定個数については限定されない。その上で溶接制御部２１は、揺動幅制御における調整量Δｗを以下の（６－３）式から導出する。溶接制御部２１は調整量Δｗに基づいて、自動溶接機３における溶接トーチ２５の揺動幅を調整する。
【0081】
【数4】
【0082】
（特徴点検出モデル）
次に、以上の初層溶接における自動溶接機３および溶接トーチ２５の溶接速度制御と、初層溶接および積層溶接における溶接トーチ２５の揺動中心制御および揺動幅制御とを、溶接制御装置２０の溶接制御部２１によって自動で制御する場合について説明する。
次に、以上の初層溶接における自動溶接機３および溶接トーチ２５の溶接速度制御と、初層溶接および積層溶接における溶接トーチ２５の揺動中心制御および揺動幅制御とを、溶接制御装置２０の溶接制御部２１によって自動で制御する場合について説明する。
【0083】
まず、溶接制御部２１による自動化された適応制御（以下、自動適応制御）を実行する場合、撮像部４０によって撮像された撮像データから、上述した特徴点Ｗ（ＸW，ＹW），Ｐ（ＸP，ＹP），Ｅｃ（ＸEc，ＹEc），Ｅｗ（ＸEw，ＹEw），Ｅｏ（ＸEo，ＹEo），Ａ（ＸA，ＹA），Ｂ（ＸB，ＹB）を検出する必要がある。
【0084】
そこで、本実施形態による自動溶接システム１においては、撮像部４０から取得した撮像データから特徴点を抽出ための学習モデルを生成する。上述したように、初層溶接においては、溶接トーチ２５に対する溶接速度制御、揺動中心制御、および揺動幅制御が必要である。一方、積層溶接においては、溶接トーチ２５に対する揺動中心制御および揺動幅制御が必要である。そこで、本実施形態においては、図１に示すように、撮像データから特徴点を検出する機械学習モデルとして、初層特徴点検出モデル１２１および積層特徴点検出モデル１２２との２種類生成する。
【0085】
初層特徴点検出モデル１２１は、初層溶接時に撮像部４０により撮像された撮像データから、特徴点Ｗ（ＸW，ＹW），Ｐ（ＸP，ＹP），Ｅｃ（ＸEc，ＹEc），Ｅｗ（ＸEw，ＹEw），Ｅｏ（ＸEo，ＹEo）を検出する学習モデルである。ここで、記憶部１２に格納されているプログラムである初層特徴点検出モデル１２１の生成方法について説明する。
【0086】
すなわち、初層特徴点検出モデル１２１を生成する際の学習用入力パラメータとしては、初層溶接の実行時に撮像部４０により撮像された動画からなる撮像データに含まれる、例えば図１３Ａに示す溶接トーチ２５が左右端部に位置している間の複数のフレームから選択された少なくとも１つの静止画像データを採用できる。すなわち、情報処理装置１０の撮像制御部１１２は、撮像部４０によって撮像された撮像データを取得して、取得した動画の撮像データにおけるフレームごとの連続画像データから、揺動左右端部の静止画像データを抽出することが可能である。この場合、撮像制御部１１２は、揺動端部における静止画像データとして、溶接トーチ２５が左右端部に到達した後に端部に位置している状態の例えば１０フレーム程度の複数のフレームから所望とするフレーム番号を選択可能である。ここで、溶接トーチ２５が左右端部に位置している間とは、図６において溶接トーチ２５の進行方向が溶接方向と略平行に走行している間である。これらの撮像データは、初層特徴点検出モデル１２１を生成する際の学習用入力パラメータとなる。なお、学習用入力パラメータとしては、溶接トーチ２５が左右端部に位置している場合の静止画像データに限定されず、溶接トーチ２５が左右端部の間を移動している状態の複数のフレームから選択された静止画像データを採用しても良い。
【0087】
初層特徴点検出モデル１２１を生成する際の学習用出力パラメータとしては、上述したように複数のフレームから選択されて抽出された静止画像データに対して、作業者がアノテーション処理を行うことによって、特徴点Ｗ，Ｐ，Ｅｃ，Ｅｗ，Ｅｏを抽出した静止画像データとすることができる。
【0088】
情報処理装置１０の制御部１１における学習部１１１は、上述した学習用入力パラメータおよび学習用出力パラメータの入出力データセットを教師データとして、例えば畳み込みニューラルネットワークを用いたディープラーニングなどの機械学習によって、初層特徴点検出モデル１２１を生成する。なお、初層特徴点検出モデル１２１は、学習部１１１によって、必要に応じて更新、追記、書き換え可能に構成される。
【0089】
また、自動溶接機３の溶接姿勢の姿勢状態によって重力などの影響により溶融池２８の形状が異なる。そこで、姿勢状態に対応して特徴点を検出可能にするために、自動溶接機３の溶接姿勢の姿勢状態に対応させて特徴点検出モデルを構築する。具体的に、初層特徴点検出モデル１２１は例えば、初層溶接において、自動溶接機３が領域Ｓ３，Ｓ４を移動している上進状態の間に特徴点Ｗ，Ｐ，Ｅｃ，Ｅｗ，Ｅｏを検出可能な、初層上進特徴点モデル１２１ａを有する。また、初層溶接において、自動溶接機３が領域Ｓ１，Ｓ２を移動している下進状態の間に特徴点Ｗ，Ｐ，Ｅｃ，Ｅｗ，Ｅｏを検出可能な、初層下進特徴点モデル１２１ｂを有する。
【0090】
初層上進特徴点モデル１２１ａは、学習用入力パラメータとして自動溶接機３が上向き上進および下向き上進の姿勢状態でいる間に、撮像部４０によって撮像された撮像データから抽出された静止画像データ、例えば揺動端部の静止画像データが用いられる。初層下進特徴点モデル１２１ｂは、学習用入力パラメータとして自動溶接機３が下向き下進および上向き下進の姿勢状態でいる間に、撮像部４０によって撮像された撮像データから抽出された静止画像データ、例えば揺動端部の静止画像データが用いられる。学習用出力パラメータは、初層上進特徴点モデル１２１ａおよび初層下進特徴点モデル１２１ｂに対応させて、以上のように抽出された静止画像データに対して、作業者がアノテーション処理を行うことによって特徴点Ｗ，Ｐ，Ｅｃ，Ｅｗ，Ｅｏを抽出した静止画像データを採用する。すなわち、初層溶接において、図１１に示す領域Ｓ１，Ｓ２と領域Ｓ３，Ｓ４に対応させて、学習部１１１によって初層特徴点検出モデル１２１（初層上進特徴点モデル１２１ａ、初層下進特徴点モデル１２１ｂ）を生成する。生成された初層特徴点検出モデル１２１（１２１ａ，１２１ｂ）は記憶部１２に格納される。
【0091】
また、初層溶接においては、学習部１１１によって裏当材隙間検出モデル１２１ｃを生成できる。裏当材隙間検出モデル１２１ｃの生成における学習用入力パラメータとしては、初層特徴点検出モデル１２１の場合と同様に、撮像部４０から取得した撮像データに含まれる複数のフレームから選択された少なくとも１つの静止画像データを採用できる。また、裏当材隙間検出モデル１２１ｃの生成における学習用出力パラメータとしては、アノテーション処理によって、裏当て材１１０に関する状態、例えば裏当て材１１０上の溶融池２８の盛り上がり状態や溶融池先行量ｄなどが抽出された状態を採用できる。学習部１１１は、これらの入出力データセットを用いて、裏当材隙間検出モデル１２１ｃを生成できる。生成された裏当材隙間検出モデル１２１ｃは、記憶部１２に格納される。
【0092】
また、積層特徴点検出モデル１２２は、積層溶接時に撮像部４０により撮像された撮像データから、特徴点Ｗ（ＸW，ＹW），Ａ（ＸA，ＹA），Ｂ（ＸB，ＹB）を検出する学習モデルである。ここで、記憶部１２に格納されているプログラムである積層特徴点検出モデル１２２の生成方法は、上述した初層特徴点検出モデル１２１の生成方法と同様である。
【0093】
すなわち、積層特徴点検出モデル１２２を生成する際の学習用入力パラメータとしては、積層溶接の実行時に撮像部４０により撮像された動画からなる撮像データに含まれる、例えば図１５Ａに示す溶接トーチ２５が左右端部に位置している間の複数のフレームから選択された少なくとも１つの静止画像データを採用できる。情報処理装置１０の撮像制御部１１２は、撮像部４０から取得した撮像データにおけるフレームごとの連続画像データから、揺動左右端部の静止画像データを抽出することが可能である。この場合、撮像制御部１１２は、揺動端部における静止画像データとして、溶接トーチ２５が左右端部に到達した後に端部に位置している状態の複数のフレームから所望とするフレーム番号を指定可能である。これらの撮像データは、積層特徴点検出モデル１２２を生成する際の学習用入力パラメータとなる。なお、学習用入力パラメータとしては、溶接トーチ２５が左右端部に位置している場合の静止画像データに限定されず、溶接トーチ２５が左右端部の間を移動している状態の複数のフレームから選択された静止画像データを採用しても良い。
【0094】
初層特徴点検出モデル１２１を生成する際の学習用出力パラメータとしては、上述したように複数のフレームから選択されて抽出された静止画像データに対して、作業者がアノテーション処理を行うことによって、特徴点Ｗ，Ａ，Ｂを抽出した静止画像データとすることができる。
【0095】
情報処理装置１０の制御部１１における学習部１１１は、上述した学習用入力パラメータおよび学習用出力パラメータの入出力データセットを教師データとして、例えば畳み込みニューラルネットワークを用いたディープラーニングなどの機械学習によって、積層特徴点検出モデル１２２を生成する。なお、積層特徴点検出モデル１２２は、学習部１１１によって、必要に応じて更新、追記、書き換え可能に構成される。また、積層特徴点検出モデル１２２は、積層上進特徴点モデル１２２ａおよび積層下進特徴点モデル１２２ｂを有する。積層上進特徴点モデル１２２ａは、積層溶接において、自動溶接機３が領域Ｓ３，Ｓ４を移動している上進状態の間に特徴点Ｗ，Ａ，Ｂを検出可能に構成される。また、積層下進特徴点モデル１２２ｂは、自動溶接機３が領域Ｓ１，Ｓ２を移動している下進状態の間に特徴点Ｗ，Ａ，Ｂを検出可能に構成される。これらの学習モデルは、初層溶接における撮像データを積層溶接における撮像データに置き換えた以外は、上述した初層上進特徴点モデル１２１ａや初層下進特徴点モデル１２１ｂと同様に生成することが可能である。
【0096】
以上により、図１に示すように、本実施形態による自動溶接システム１においては、情報処理装置１０の記憶部１２に、特徴点検出モデルとして、初層特徴点検出モデル１２１および積層特徴点検出モデル１２２が格納されている。さらに、初層特徴点検出モデル１２１は、初層上進特徴点モデル１２１ａ、初層下進特徴点モデル１２１ｂ、および裏当材隙間検出モデル１２１ｃを有して構成される。また、積層特徴点検出モデル１２２は、積層上進特徴点モデル１２２ａおよび積層下進特徴点モデル１２２ｂを有して構成される。なお、裏当材隙間検出モデル１２１ｃを含めない構成も可能である。この場合、自動溶接機３において図１４に示すセンサ部４５を設けることが望ましい。
【0097】
（自動溶接方法）
以上のように構成された特徴点検出モデルを用いた自動溶接においては、自動溶接は以下のように実行される。すなわち、まず、２つの固定管１００Ａ，１００Ｂの端部が突き合わされた後、内周側から裏当て材１１０が貼り出されて固定される（図１８参照）。続けて、自動溶接機３が固定管１００の外周に設置された走行レール２７に固定された後、溶接制御装置２０による制御によって、突合せ端部に対する初層溶接が開始される。溶接制御装置２０は、固定管１００の外周における自動溶接機３の姿勢情報が出力されて、情報処理装置１０に入力される。自動溶接機３の姿勢情報が入力された情報処理装置１０の制御部１１の撮像制御部１１２は、姿勢情報における自動溶接機３の姿勢情報（領域Ｓ１～Ｓ４）に対応した特徴点検出モデル１２１，１２２を選択して記憶部１２から読み出す。また、溶接制御装置２０は、撮像部４０から取得した撮像データを情報処理装置１０に出力する。情報処理装置１０の撮像制御部１１２は、取得した撮像データを入力パラメータとして、選択した特徴点検出モデル１２１（１２１ａ，１２１ｂ），１２２（１２２ａ，１２２ｂ）に入力する。特徴点検出モデル１２１，１２２からは、特徴点が抽出された出力パラメータが出力される。情報処理装置１０の溶接制御部１１３は、取得した特徴点に基づいて、上述した（１）式および（２）式に基づいて、初層溶接における適応制御として、溶接速度制御、揺動中心制御、および揺動幅制御におけるそれぞれの調整量を導出して、溶接制御装置２０の溶接制御部２１に出力する。溶接制御部２１は、入力された溶接速度制御、揺動中心制御、および揺動幅制御におけるそれぞれの調整量に基づいて、自動溶接機３および溶接トーチ２５を制御する。なお、溶接制御部１１３による制御は溶接制御部２１に同期されて自動溶接機３を制御することになる。
以上のように構成された特徴点検出モデルを用いた自動溶接においては、自動溶接は以下のように実行される。すなわち、まず、２つの固定管１００Ａ，１００Ｂの端部が突き合わされた後、内周側から裏当て材１１０が貼り出されて固定される（図１８参照）。続けて、自動溶接機３が固定管１００の外周に設置された走行レール２７に固定された後、溶接制御装置２０による制御によって、突合せ端部に対する初層溶接が開始される。溶接制御装置２０は、固定管１００の外周における自動溶接機３の姿勢情報が出力されて、情報処理装置１０に入力される。自動溶接機３の姿勢情報が入力された情報処理装置１０の制御部１１の撮像制御部１１２は、姿勢情報における自動溶接機３の姿勢情報（領域Ｓ１～Ｓ４）に対応した特徴点検出モデル１２１，１２２を選択して記憶部１２から読み出す。また、溶接制御装置２０は、撮像部４０から取得した撮像データを情報処理装置１０に出力する。情報処理装置１０の撮像制御部１１２は、取得した撮像データを入力パラメータとして、選択した特徴点検出モデル１２１（１２１ａ，１２１ｂ），１２２（１２２ａ，１２２ｂ）に入力する。特徴点検出モデル１２１，１２２からは、特徴点が抽出された出力パラメータが出力される。情報処理装置１０の溶接制御部１１３は、取得した特徴点に基づいて、上述した（１）式および（２）式に基づいて、初層溶接における適応制御として、溶接速度制御、揺動中心制御、および揺動幅制御におけるそれぞれの調整量を導出して、溶接制御装置２０の溶接制御部２１に出力する。溶接制御部２１は、入力された溶接速度制御、揺動中心制御、および揺動幅制御におけるそれぞれの調整量に基づいて、自動溶接機３および溶接トーチ２５を制御する。なお、溶接制御部１１３による制御は溶接制御部２１に同期されて自動溶接機３を制御することになる。
【0098】
自動溶接機３による初層溶接の進行に伴って、自動溶接機３の溶接姿勢も変化する。自動溶接機３の移動位置が図１１に示す領域Ｓ１，Ｓ２と領域Ｓ３，Ｓ４とで相互に変化して、下進と上進とが変化した場合、初層特徴点検出モデル１２１において、初層上進特徴点モデル１２１ａと初層下進特徴点モデル１２１ｂとが切り替えられる。この場合、自動溶接機３による溶接を停止することなく、初層上進特徴点モデル１２１ａと初層下進特徴点モデル１２１ｂとを切り替えることが好ましい。また、初層上進特徴点モデル１２１ａと初層下進特徴点モデル１２１ｂとの切り替え時においては、変化前の溶接姿勢と変化後の溶接姿勢とにおいて、同一の撮像データを用いてそれぞれ特徴点の検出を行うことが可能である。この場合、溶接制御部１１３は、初層上進特徴点モデル１２１ａおよび初層下進特徴点モデル１２１ｂによって検出した２通りの検出結果の平均値を用いて、溶接速度制御、揺動中心制御、および揺動幅制御におけるそれぞれの調整量を補完しつつ導出することができる。なお、初層溶接においては、上述した第１の適応制御を選択して制御することが好ましいが、第２の適応制御を選択して制御しても良い。
【0099】
また、初層溶接においては、初層特徴点検出モデル１２１の裏当材隙間検出モデル１２１ｃによって、撮像データから溶接ビード１２０が形成される裏当て材１１０の状態を検出する。これにより、密着不良Ｅ１やキズ部Ｅ２や間隙部Ｅ３を検出することが可能となる。密着不良Ｅ１やキズ部Ｅ２や間隙部Ｅ３を検出した後は、溶接制御部１１３は、自動溶接機３の溶接速度を低下させたり停止させたりする溶接速度制御を実行する。なお、裏当て材１１０の状態の検出が困難である場合には、上述したセンサ部４５を用いて、裏当て材１１０の設置状況を検出しても良い。
【0100】
また、自動溶接機３が固定管１００の外周を周回して初層溶接が終了した後は、第２層以降の積層溶接に移行する。この場合、特徴点検出モデルは、撮像制御部１１２によって、初層特徴点検出モデル１２１から積層特徴点検出モデル１２２に切り替えられる。情報処理装置１０の溶接制御部１１３は、積層特徴点検出モデル１２２により出力された特徴点を取得して、積層溶接における、上述した第１の適応制御または第２の適応制御として、揺動中心制御および揺動幅制御におけるそれぞれの調整量を導出する。溶接制御部１１３は、導出した調整量を溶接制御装置２０の溶接制御部２１に出力する。溶接制御部２１は、入力された揺動中心制御および揺動幅制御におけるそれぞれの調整量に基づいて、自動溶接機３および溶接トーチ２５を制御する。なお、積層溶接における自動溶接機３の溶接姿勢ごとに、上述した第１の適応制御と第２の適応制御とから適応制御を選択して制御することが可能である。
【0101】
ここで、初層溶接から積層溶接への切り替え時においても、自動溶接機３による溶接を停止することなく、特徴点検出モデル１２１，１２２を切り替えることが好ましい。この場合、同一の撮像データを用いて特徴点検出モデル１２１，１２２により特徴点の検出を行うことが可能である。溶接制御部１１３は、初層上進特徴点モデル１２１ａおよび初層下進特徴点モデル１２１ｂによって検出した２通りの検出結果の平均値を用いて、積層溶接における、揺動中心制御および揺動幅制御におけるそれぞれの調整量を補完しつつ導出することができる。なお、初層溶接と積層溶接とにおいて、上述した第１の適応制御と第２の適応制御とから適応制御を選択して制御することが可能である。
【0102】
積層特徴点検出モデル１２２は、第２層Ｌ２以降で積層される層ごとにそれぞれ、第ｎ層特徴点検出モデル（ｎ：２以上の自然数）を生成するようにしても良い。この場合、撮像制御部１１２は、第２層Ｌ２以降において、自動溶接機３が固定管１００の外周を周回するごとに順次、特徴点検出モデルが切り替えられる。この場合、前の第（ｎ－１）層特徴点検出モデルから次の第ｎ層特徴点検出モデルの切り替え時に、自動溶接機３による溶接は中断しないことが好ましい。以上のように、情報処理装置１０における特徴点検出モデルによる溶接画像に対する特徴点の検出、および調整量の導出による自動溶接機３の制御が実行され、固定管１００の突合せ端部の多層溶接が実行される。
【0103】
また、自動溶接機３における多層溶接においては、学習モデルに関して予期せぬエラーが生じる可能性もある。溶接制御装置２０は、エラーを検知した時点で即時に、自動制御からオペレータによる手動操作に切換え可能に構成される。これにより、自動溶接機３による溶接を停止することなく固定管１００の溶接が可能となる。なお、任意のタイミングで自動溶接と手動溶接とを溶接を停止せずに切換え可能に構成しても良い。
【0104】
（変形例）
上述した特徴点検出モデルは、自動溶接機３の溶接姿勢の姿勢状態に応じてさらに細かく生成することも可能である。図１６は、本実施形態による自動溶接システム１における情報処理装置１０の記憶部１２に格納される特徴点検出モデルの他の例を示すブロック図である。
上述した特徴点検出モデルは、自動溶接機３の溶接姿勢の姿勢状態に応じてさらに細かく生成することも可能である。図１６は、本実施形態による自動溶接システム１における情報処理装置１０の記憶部１２に格納される特徴点検出モデルの他の例を示すブロック図である。
【0105】
図１６に示すように、変形例においては、記憶部１２に、特徴点検出モデルとして初層特徴点検出モデル１５および積層特徴点検出モデル１６が格納されている。初層特徴点検出モデル１５は、初層上進特徴点モデル１５１および初層下進特徴点モデル１５２を有する。同様に、積層特徴点検出モデル１６は、積層上進特徴点モデル１６１および積層下進特徴点モデル１６２を有する。なお、これらの特徴点検出モデルは実施形態と同様である。
【0106】
変形例においてはさらに、初層上進特徴点モデル１５１が、初層上向き上進特徴点モデル１５１ａおよび初層下向き上進特徴点モデル１５１ｂを備える。初層上向き上進特徴点モデル１５１ａは、初層溶接において自動溶接機３が図１１に示す領域Ｓ３に位置する場合の撮像データを用いる特徴点検出モデルである。同様に、初層下向き上進特徴点モデル１５１ｂは、初層溶接において領域Ｓ４に対応する。また、初層下進特徴点モデル１５２が、初層上向き下進特徴点モデル１５２ａおよび初層下向き下進特徴点モデル１５２ｂを備える。初層上向き下進特徴点モデル１５２ａは、初層溶接において領域Ｓ２に対応し、初層下向き下進特徴点モデル１５２ｂは、初層溶接において領域Ｓ１に対応する。
【0107】
また、積層上進特徴点モデル１６１が、積層上向き上進特徴点モデル１６１ａおよび積層下向き上進特徴点モデル１６１ｂを備える。積層上向き上進特徴点モデル１６１ａは、積層溶接において自動溶接機３が図１１に示す領域Ｓ３に位置する場合の撮像データを用いる特徴点検出モデルである。同様に、積層下向き上進特徴点モデル１６１ｂは、積層溶接において領域Ｓ４に対応する。また、積層下進特徴点モデル１６２が、積層上向き下進特徴点モデル１６２ａおよび積層下向き下進特徴点モデル１６２ｂを備える。積層上向き下進特徴点モデル１６２ａは、積層溶接において領域Ｓ２に対応し、積層下向き下進特徴点モデル１６２ｂは、積層溶接において領域Ｓ１に対応する。
【0108】
以上説明したように一実施形態によれば、特徴点を検出する学習モデルを自動溶接機３の溶接姿勢によって異なる学習モデルとしていることにより、溶融池２８の異なる形状に対して特徴点を適切に取得できるので、溶接装置においてオペレータによる調整作業を要することなく溶接における適応制御を実行することが可能となる。
【0109】
（第１変形例）
次に、上述した一実施形態の第１変形例について説明する。図１７Ａは、本実施形態の第１変形例による振分け溶接において撮像部を２つ備えた例を示す図である。図１７Ａに示すように、第１変形例においては、駆動部２６がパイプの始端側（図中、下部）から終端側（図中、上部）に向けて半周ずつ溶接する振分け上進が実行される。この場合において、溶接部分を溶接方向に沿った前方から撮影するために、駆動部２６の前後、すなわち溶接トーチ２５に対して溶接方向の前方および後方のそれぞれに撮像部４０ａ，４０ｂを個別に複数設ける。これにより、図１７Ａに示す固定管１００の断面に対して一方の側、例えば左側を駆動部２６が上進する場合には、撮像部４０ａによって溶接部分が撮像される。
次に、上述した一実施形態の第１変形例について説明する。図１７Ａは、本実施形態の第１変形例による振分け溶接において撮像部を２つ備えた例を示す図である。図１７Ａに示すように、第１変形例においては、駆動部２６がパイプの始端側（図中、下部）から終端側（図中、上部）に向けて半周ずつ溶接する振分け上進が実行される。この場合において、溶接部分を溶接方向に沿った前方から撮影するために、駆動部２６の前後、すなわち溶接トーチ２５に対して溶接方向の前方および後方のそれぞれに撮像部４０ａ，４０ｂを個別に複数設ける。これにより、図１７Ａに示す固定管１００の断面に対して一方の側、例えば左側を駆動部２６が上進する場合には、撮像部４０ａによって溶接部分が撮像される。
【0110】
固定管１００の例えば左側の部分の溶接が完了した後、駆動部２６は始端側に戻される。駆動部２６は改めて、他方の側を始端側から終端側まで上進して溶接を行う。溶接方向を変える際には、駆動部２６の段取り替えは行われず、走行レール２７（図１７Ａ中、図示せず）から取り外さないが、取り外すようにしても良い。固定管１００の断面に対して他方の側、例えば右側を駆動部２６が上進する場合には、撮像部４０ｂによって溶接部分が撮像される。この場合、溶接条件は、上進させる場合の条件のみで溶接することが可能になるので、溶接条件の設定を容易にできる。また、学習モデルのうちの初層上進特徴点モデル１２１ａ，１５１や積層上進特徴点モデル１２２ａ，１６１などを選択的に使用することが可能である。
【0111】
なお、図１７Ａに示す終端側を始端側とし、始端側を終端側として駆動部２６を下進させて固定管１００に対して半周ずつ溶接を行う振分け下進を行うことも可能である。この場合においても、駆動部２６の進行方向である溶接方向に沿った前方に設けられた撮像部４０ａ，４０ｂによって、溶接部分の撮像が行われる。これにより、溶接条件は、下進させる場合の条件のみで溶接することが可能になるので、溶接条件の設定を容易にできる。また、学習モデルのうちの初層下進特徴点モデル１２１ｂ，１５２や積層下進特徴点モデル１２２ｂ，１６２などを選択的に使用することが可能である。
【0112】
（第２変形例）
次に、上述した一実施形態の第２変形例について説明する。図１７Ｂは、本実施形態の第２変形例による振分け溶接において１つの撮像部４０を切り替える例を示す図である。図１７Ｂに示すように、第２変形例においては、駆動部２６がパイプの始端側（図中、下部）から終端側（図中、上部）に向けて半周ずつ溶接する振分け上進が実行される。第２変形例においては、溶接部分を溶接方向に沿った溶接トーチ２５の前方から撮影するために、撮像部４０は駆動部２６の進行方向、すなわち溶接方向の前方に位置するように切り替え可能に構成される。撮像部４０の位置の切り替えは始端側で実行される。すなわち、固定管１００の一方の側、例えば左側の部分の溶接が完了した後、第１実施例と同様にして駆動部２６が始端側に戻されると、撮像部４０の位置が切り替えられる。駆動部２６は改めて、固定管１００の他方の側、例えば右側を始端側から終端側まで上進して、溶接部分が撮像されつつ溶接を行われる。図１７Ｂに示す固定管１００の断面に対して一方の側および他方の側のいずれを上進する場合においても、撮像部４０は駆動部２６の進行方向の前方に位置するように設定でき、撮像部４０によって常に溶接トーチ２５の前方から溶接部分を撮像可能となる。
次に、上述した一実施形態の第２変形例について説明する。図１７Ｂは、本実施形態の第２変形例による振分け溶接において１つの撮像部４０を切り替える例を示す図である。図１７Ｂに示すように、第２変形例においては、駆動部２６がパイプの始端側（図中、下部）から終端側（図中、上部）に向けて半周ずつ溶接する振分け上進が実行される。第２変形例においては、溶接部分を溶接方向に沿った溶接トーチ２５の前方から撮影するために、撮像部４０は駆動部２６の進行方向、すなわち溶接方向の前方に位置するように切り替え可能に構成される。撮像部４０の位置の切り替えは始端側で実行される。すなわち、固定管１００の一方の側、例えば左側の部分の溶接が完了した後、第１実施例と同様にして駆動部２６が始端側に戻されると、撮像部４０の位置が切り替えられる。駆動部２６は改めて、固定管１００の他方の側、例えば右側を始端側から終端側まで上進して、溶接部分が撮像されつつ溶接を行われる。図１７Ｂに示す固定管１００の断面に対して一方の側および他方の側のいずれを上進する場合においても、撮像部４０は駆動部２６の進行方向の前方に位置するように設定でき、撮像部４０によって常に溶接トーチ２５の前方から溶接部分を撮像可能となる。
【0113】
なお、図１７Ｂに示す終端側を始端側とし、始端側を終端側として駆動部２６を下進させて固定管１００に対して半周ずつ溶接を行う振分け下進を行うことも可能である。この場合においても、駆動部２６の進行方向である溶接方向に沿った前方に設けられた撮像部４０によって、溶接部分の撮像が行われる。これにより、溶接条件は、下進させる場合の条件のみで溶接することが可能になるので、溶接条件の設定を容易にできる。その他の構成は、第１変形例と同様である。
【0114】
（記録媒体）
上述の一実施形態において、情報処理装置１０や溶接制御装置２０が実行する処理方法を実行させるプログラムを、コンピュータその他の機械やウェアラブルデバイスなどの装置（以下、コンピュータなど、という）が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータなどに、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、当該コンピュータなどが情報処理装置１０や溶接制御装置２０として機能する。ここで、コンピュータなどが読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラムなどの情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータなどから読み取ることができる非一時的な記録媒体をいう。このような記録媒体のうちのコンピュータ等から取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＤＡＴ、磁気テープ、フラッシュメモリなどのメモリカードなどがある。また、コンピュータなどに固定された記録媒体としてハードディスク、ＲＯＭなどがある。さらに、ＳＳＤは、コンピュータなどから取り外し可能な記録媒体としても、コンピュータなどに固定された記録媒体としても利用可能である。
上述の一実施形態において、情報処理装置１０や溶接制御装置２０が実行する処理方法を実行させるプログラムを、コンピュータその他の機械やウェアラブルデバイスなどの装置（以下、コンピュータなど、という）が読み取り可能な記録媒体に記録することができる。コンピュータなどに、この記録媒体のプログラムを読み込ませて実行させることにより、当該コンピュータなどが情報処理装置１０や溶接制御装置２０として機能する。ここで、コンピュータなどが読み取り可能な記録媒体とは、データやプログラムなどの情報を電気的、磁気的、光学的、機械的、または化学的作用によって蓄積し、コンピュータなどから読み取ることができる非一時的な記録媒体をいう。このような記録媒体のうちのコンピュータ等から取り外し可能なものとしては、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＣＤ－ＲＯＭ、ＣＤ－Ｒ／Ｗ、ＤＶＤ、ＢＤ、ＤＡＴ、磁気テープ、フラッシュメモリなどのメモリカードなどがある。また、コンピュータなどに固定された記録媒体としてハードディスク、ＲＯＭなどがある。さらに、ＳＳＤは、コンピュータなどから取り外し可能な記録媒体としても、コンピュータなどに固定された記録媒体としても利用可能である。
【0115】
情報処理装置１０の制御部１１が実行する機能はそれぞれ、複数の情報処理装置によって実行するようにしても良い。すなわち、制御部１１の機能としての学習部１１１および撮像制御部１１２をそれぞれ、異なる情報処理装置によって実行するようにしても良い。この場合、学習部１１１として機能する情報処理装置と撮像制御部１１２として機能する情報処理装置とはネットワーク２を介して通信可能に構成されていても良い。また、記憶部１２，２２を、ネットワーク２を介して通信可能な他のサーバに格納することも可能である。すなわち、記憶部１２，２２として、ネットワーク２を通じてアクセス可能なクラウドを採用しても良い。
【0116】
また、一実施形態による情報処理装置１０、および溶接制御装置２０に実行させるプログラムは、インターネットなどのネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。
【0117】
情報処理装置１０における各種学習モデルは、他の情報処理装置における学習部において機械学習により生成されたプログラムを、ネットワーク２を介してダウンロードしたり記録媒体によってインストールしたりすることによって、記憶部１２に格納して、制御部１１によって機能させることも可能である。すなわち、初層特徴点検出モデル１５，１２１、積層特徴点検出モデル１６，１２２、初層上進特徴点モデル１２１ａ，１５１、初層下進特徴点モデル１２１ｂ，１５２、裏当材隙間検出モデル１２１ｃ、積層上進特徴点モデル１２２ａ，１６１、積層下進特徴点モデル１２２ｂ，１６２、初層上向き上進特徴点モデル１５１ａ、初層下向き上進特徴点モデル１５１ｂ、初層上向き下進特徴点モデル１５２ａ、初層下向き下進特徴点モデル１５２ｂ、積層上向き上進特徴点モデル１６１ａ、積層下向き上進特徴点モデル１６１ｂ、積層上向き下進特徴点モデル１６２ａ、および積層下向き下進特徴点モデル１６２ｂはそれぞれ、他の情報処理装置における学習部において機械学習により生成されたプログラムを、記憶部１２やネットワーク２を介して通信可能なサーバに格納しておき、制御部１１によって読み出して機能させることが可能である。
【0118】
（その他の実施形態）
一実施形態においては、上述した「部」を、「回路」などに読み替えることができる。例えば、制御部は、制御回路に読み替えることができる。
一実施形態においては、上述した「部」を、「回路」などに読み替えることができる。例えば、制御部は、制御回路に読み替えることができる。
【0119】
上述の一実施形態においては、自動溶接システム１において、情報処理装置１０および溶接制御装置２０をそれぞれ別体として説明しているが、必ずしも別体で構成することに限定されない。具体的に、情報処理装置１０と溶接制御装置２０とを一体に構成しても良い。また、記憶部１２に記憶させる情報および記憶部２２に記憶させる情報は、上述した情報に限定されず、必要に応じて記憶部１２，２２の相互で、置換可能、追記可能、または同期可能な状態で記憶させても良く、さらにその他の記憶部との間で、置換可能、追記可能、または同期可能な状態で記憶させても良い。また、情報処理装置１０と溶接制御装置２０とを一体に構成しても良い。この場合、情報処理装置１０の制御部１１と溶接制御装置２０の溶接制御部２１とを物理的および機能的に同一の制御部によって実現できる。
【0120】
以上、本発明の実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いても良い。上述した各実施形態および各変形例の構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。また、さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
【0121】
上述した実施形態においては、例えばマグ溶接やミグ溶接などの消耗電極式のアーク溶接を採用しているが、必ずしも消耗電極式のアーク溶接に限定されず、ティグ溶接やプラズマ溶接などの非消耗電極式のアーク溶接に適用することも可能である。
【0122】
例えば、上述した一実施形態においては、自動溶接機３の姿勢状態として、４通りの姿勢を例にしたが、姿勢状態の分類を４通りより多く分類することも可能である。具体的に姿勢状態としては例えば、下向き下進、立向き下進、上向き下進、上向き上進、立向き上進、下向き上進など円周に沿った分割数を多くすることも可能である。
【0123】
また、上述した一実施形態においては、開先１０１の形状としてＶ開先を採用しているが、必ずしもＶ開先に限定されず、Ｕ開先、レ開先、またはＪ開先を採用することも可能である。ここで、レ開先やＪ開先を採用する場合には、開先が左右非対称になることから、揺動中心の適正値としての溶接線中心Ｏは必ずしも開先幅中央にならない場合がある。そのため、上述した補正係数α，βは揺動の左右で異なる値（補正係数αL，αR，βL，βR）を採用することが可能である。
【0124】
また、上述した一実施形態においては、溶接トーチ２５の揺動の左右端部のそれぞれにおいて、特徴点検出モデルによる特徴点の検出を行っているが、前に行われた特徴点の検出に時間を要した場合に、次に行う特徴点の検出のタイミングで検出が困難になった場合は、前に行われた特徴点の検出によって得られた調整量に基づいて補完することで、自動溶接機３の溶接トーチ２５に対する適応制御を継続しても良い。
【0125】
また、上述した一実施形態においては、固定管１００Ａ，１００Ｂはそれぞれの長手方向が重力に対して直交する水平方向に沿って互いの端部が突き合わせられているが、必ずしもこれに限定されない。例えば、固定管１００Ａ，１００Ｂのそれぞれの長手方向が重力と略平行になったり、所定の角度で傾斜していたりする状態であっても良い。これらの場合においても、自動溶接機３の溶接姿勢の状態としては例えば４通りなどの複数通りに分類することが可能である。また、学習部１１１は、自動溶接機３の溶接姿勢ごとに特徴点検出モデルを生成することが可能である。また、上述した複数の特徴点検出モデルなどの学習モデルは、必ずしも互いに異なる学習モデルではなくても良く、互いに異なる学習モデルであっても互いに同じ学習モデルであっても良い。
【符号の説明】
【0126】
１ 自動溶接システム
２ ネットワーク
３ 自動溶接機
１０ 情報処理装置
１１ 制御部
１２，２２ 記憶部
１３，２３ 入出力部
１４，２４ 通信部
１５，１２１ 初層特徴点検出モデル
１６，１２２ 積層特徴点検出モデル
２０ 溶接制御装置
２１，１１３ 溶接制御部
２５ 溶接トーチ
２５ａ 先端部
２６ 駆動部
２７ 走行レール
２８ 溶融池
２９ アーク
３０ 電源ユニット
４０ 撮像部
４５ センサ部
１００，１００Ａ，１００Ｂ 固定管
１０１ 開先
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ 裏当て材
１１１ 学習部
１１２ 撮像制御部
１２０ 溶接ビード
１２１ａ，１５１ 初層上進特徴点モデル
１２１ｂ，１５２ 初層下進特徴点モデル
１２１ｃ 裏当材隙間検出モデル
１２２ａ，１６１ 積層上進特徴点モデル
１２２ｂ，１６２ 積層下進特徴点モデル
１５１ａ 初層上向き上進特徴点モデル
１５１ｂ 初層下向き上進特徴点モデル
１５２ａ 初層上向き下進特徴点モデル
１５２ｂ 初層下向き下進特徴点モデル
１６１ａ 積層上向き上進特徴点モデル
１６１ｂ 積層下向き上進特徴点モデル
１６２ａ 積層上向き下進特徴点モデル
１６２ｂ 積層下向き下進特徴点モデル
２ ネットワーク
３ 自動溶接機
１０ 情報処理装置
１１ 制御部
１２，２２ 記憶部
１３，２３ 入出力部
１４，２４ 通信部
１５，１２１ 初層特徴点検出モデル
１６，１２２ 積層特徴点検出モデル
２０ 溶接制御装置
２１，１１３ 溶接制御部
２５ 溶接トーチ
２５ａ 先端部
２６ 駆動部
２７ 走行レール
２８ 溶融池
２９ アーク
３０ 電源ユニット
４０ 撮像部
４５ センサ部
１００，１００Ａ，１００Ｂ 固定管
１０１ 開先
１１０，１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃ 裏当て材
１１１ 学習部
１１２ 撮像制御部
１２０ 溶接ビード
１２１ａ，１５１ 初層上進特徴点モデル
１２１ｂ，１５２ 初層下進特徴点モデル
１２１ｃ 裏当材隙間検出モデル
１２２ａ，１６１ 積層上進特徴点モデル
１２２ｂ，１６２ 積層下進特徴点モデル
１５１ａ 初層上向き上進特徴点モデル
１５１ｂ 初層下向き上進特徴点モデル
１５２ａ 初層上向き下進特徴点モデル
１５２ｂ 初層下向き下進特徴点モデル
１６１ａ 積層上向き上進特徴点モデル
１６１ｂ 積層下向き上進特徴点モデル
１６２ａ 積層上向き下進特徴点モデル
１６２ｂ 積層下向き下進特徴点モデル
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
【図14】
【図15A】
【図15B】
【図15C】
【図16】
【図17A】
【図17B】
【図18】
【図19】
【図20】