特許 7411174 溶接技能レベル判定システム、記憶媒体、学習済モデル生成方法および学習済モデル

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-27

(45)【発行日】2024-01-11

(54)【発明の名称】溶接技能レベル判定システム、記憶媒体、学習済モデル生成方法および学習済モデル

(51)【国際特許分類】

   G09B 19/24 20060101AFI20231228BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20231228BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20231228BHJP

   G09B 19/00 20060101ALI20231228BHJP

   G06N 3/04 20230101ALI20231228BHJP

【ＦＩ】

G09B19/24 Z

B23K9/095 515Z

B23K31/00 Z

G09B19/00 H

G06N3/04

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019141429

(22)【出願日】2019-07-31

(65)【公開番号】P2021026041

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2022-05-13

(73)【特許権者】

【識別番号】519279971

【氏名又は名称】株式会社ラムダシステム

(73)【特許権者】

【識別番号】519279786

【氏名又は名称】株式会社Ｓ・Ａ・Ｐ

(73)【特許権者】

【識別番号】507096124

【氏名又は名称】株式会社トライテック

(74)【代理人】

【識別番号】100131842

【弁理士】

【氏名又は名称】加島 広基

(72)【発明者】

【氏名】利光 宏一

(72)【発明者】

【氏名】森竹 隆広

(72)【発明者】

【氏名】石井 秀樹

(72)【発明者】

【氏名】齋藤 徹

(72)【発明者】

【氏名】竹▲崎▼ 博

【審査官】佐々木 祐

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－１７１１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭６３－２９０６８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０４８３０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１０－２３５４９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０２１－００１９５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－０４０５１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】藤田 紀勝 Norikatsu FUJITA，溶接技能パラメータに基づく溶接訓練学習システム Torch Operation Learning System Based on Welding Skill Parameters，電子情報通信学会論文誌 （Ｊ９０－Ｄ） 第９号 THE IEICE TRANSACTIONS ON INFORMATION AND SYSTEMS (JAPANESE EDITION)，日本，社団法人電子情報通信学会 THE INSTITUTE OF ELECTRONICS,INFORMATION AND COMMUNICATION ENGINEERS，2007年09月01日，第J90-D巻，pp. 2522-2529

【文献】新光機器株式会社，アーク溶接 第55話 溶接電流・ワイヤ送給速度・ワイヤ径 担当 高木柳平，溶接技術だより，2016年06月20日，https://shinkokiki.co.jp/column/3696.html，特に本文参照。[検索日:2023年6月28日]

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｂ １／００ － ９／５６

Ｇ０１Ｂ １７／００ － １９／２６

Ｂ２３Ｋ ９／０９５

Ｂ２３Ｋ ３１／００

Ｇ０６Ｎ ３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データを用い、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力、前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデルを機械学習により生成し、前記学習済モデルは、前記溶接機の電流値、前記溶接機の電圧値、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量または前記加熱器具の加速度が急激に変化した場合に作業者の溶接技能レベルが低く見積もられるような相関関係に関するものである、モデル生成手段と、
前記溶接機の電流値の経時的推移と、前記溶接機の電圧値の経時的推移と、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移と、前記加熱器具の加速度の経時的推移とを受け付ける受付手段と、
前記モデル生成手段により生成された前記学習済モデルに、前記受付手段により受け付けられた前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力することにより溶接技能レベルを演算する演算手段と、
を備えた、溶接技能レベル判定システム。

【請求項2】

前記溶接機の電流値を検知する電流計と、
前記溶接機の電圧値を検知する電圧計と、
前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量を検知する溶接ワイヤ送り量検知機構と、
を更に備えた、請求項１記載の溶接技能レベル判定システム。

【請求項3】

前記溶接ワイヤ送り量検知機構は、前記溶接機における溶接ワイヤを送る送りローラと、前記送りローラの回転量を検知するエンコーダとを有している、請求項２記載の溶接技能レベル判定システム。

【請求項4】

前記溶接機は、前記加熱器具の加速度を測定する加速度センサを有しており、
前記受付手段は、前記加速度センサにより測定される前記加熱器具の加速度の経時的推移を受け付けるようになっている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の溶接技能レベル判定システム。

【請求項5】

前記演算手段により演算された溶接技能レベルが所定の閾値よりも低い場合にこのことを報知する報知部を更に備えた、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の溶接技能レベル判定システム。

【請求項6】

前記演算手段により演算された溶接技能レベルを表示する表示部を更に備えた、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の溶接技能レベル判定システム。

【請求項7】

前記演算手段により演算された溶接技能レベルが所定の閾値よりも低い場合は、前記溶接機による溶接作業のガイダンス画面が前記表示部に表示される、請求項６記載の溶接技能レベル判定システム。

【請求項8】

前記加熱器具にはマイクが取り付けられており、
前記教師データには、前記マイクにより検知される溶接箇所の音も含まれるようになっており、
前記モデル生成手段により生成される前記学習済モデルは、入力として溶接箇所の音も含まれるようになっており、
前記受付手段は、前記マイクにより検知される溶接箇所の音も受け付けるようになっており、
前記演算手段は、前記モデル生成手段により生成された前記学習済モデルに、前記受付手段により受け付けられた前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移に加えて溶接箇所の音も入力することにより溶接技能レベルを演算する、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の溶接技能レベル判定システム。

【請求項9】

溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を受け付け、
前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データを用いて機械学習により生成された、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力、前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデルであって、前記溶接機の電流値、前記溶接機の電圧値、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量または前記加熱器具の加速度が急激に変化した場合に作業者の溶接技能レベルが低く見積もられるような相関関係に関するものである学習済モデルに、受け付けられた前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力することにより溶接技能レベルを演算する
処理をコンピュータに実行させるプログラムが記憶された、記憶媒体。

【請求項10】

溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データを受け付ける工程と、
受け付けられた前記教師データを用いて、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力、前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデルを機械学習により生成し、前記学習済モデルは、前記溶接機の電流値、前記溶接機の電圧値、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量または前記加熱器具の加速度が急激に変化した場合に作業者の溶接技能レベルが低く見積もられるような相関関係に関するものである工程と、
を備えた、学習済モデル生成方法。

【請求項11】

溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データを用いて機械学習により生成された、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力、前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とし、前記溶接機の電流値、前記溶接機の電圧値、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量または前記加熱器具の加速度が急激に変化した場合に作業者の溶接技能レベルが低く見積もられるような相関関係に関するものである、学習済モデル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを検知するための溶接技能レベル判定システム、記憶媒体、学習済モデル生成方法および学習済モデルに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、溶融金属等から構成される溶接ワイヤを加熱器具（トーチ）で溶かすことにより２つの部材を接合させる半自動溶接機として様々な種類のものが知られている（例えば、特許文献１等参照）。このような半自動溶接機では、ワイヤ供給装置から溶接ワイヤが供給され、この供給された溶接ワイヤが加熱器具で加熱させられた後に当該加熱器具の先から自動で送り出される。このような溶接方法では、溶接棒を用いて溶接を行う場合と比較して溶接棒の交換の手間を省くことができ、作業効率を向上させることができる。このように、半自動溶接機では、溶接ワイヤは自動で供給されるが、溶接の作業自体は作業者が手動で行うようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１５－２０５３３２号公報

【発明の概要】

【0004】

しかしながら、従来の半自動溶接機では、作業者の熟練度によって溶接の品質が大きく変わってしまうという問題があった。このため、熟練者の勘に頼るのではなく、溶接作業を標準化して数値で管理することが求められている。

【0005】

本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、溶接機の電圧値の経時的推移、溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具の加速度の経時的推移に基づいて、溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを検知することができる溶接技能レベル判定システム、記憶媒体、学習済モデル生成方法および学習済モデルを提供することを目的とする。

【0006】

本発明の溶接技能レベル判定システムは、溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データを用い、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力、前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデルを機械学習により生成するモデル生成手段と、前記溶接機の電流値の経時的推移と、前記溶接機の電圧値の経時的推移と、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移と、前記加熱器具の加速度の経時的推移とを受け付ける受付手段と、前記モデル生成手段により生成された前記学習済モデルに、前記受付手段により受け付けられた前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力することにより溶接技能レベルを演算する演算手段と、を備えたことを特徴とする。

【0007】

本発明の溶接技能レベル判定システムは、前記溶接機の電流値を検知する電流計と、前記溶接機の電圧値を検知する電圧計と、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量を検知する溶接ワイヤ送り量検知機構と、を更に備えていてもよい。

【0008】

この場合、前記溶接ワイヤ送り量検知機構は、前記溶接機における溶接ワイヤを送る送りローラと、前記送りローラの回転量を検知するエンコーダとを有していてもよい。

【0009】

また、前記溶接機は、前記加熱器具の加速度を測定する加速度センサを有しており、前記受付手段は、前記加速度センサにより測定される前記加熱器具の加速度の経時的推移を受け付けるようになっていてもよい。

【0010】

本発明の溶接技能レベル判定システムは、前記演算手段により演算された溶接技能レベルが所定の閾値よりも低い場合にこのことを報知する報知部を更に備えていてもよい。

【0011】

本発明の溶接技能レベル判定システムは、前記演算手段により演算された溶接技能レベルを表示する表示部を更に備えていてもよい。

【0012】

この場合、前記演算手段により演算された溶接技能レベルが所定の閾値よりも低い場合は、前記溶接機による溶接作業のガイダンス画面が前記表示部に表示されてもよい。

【0013】

また、前記加熱器具にはマイクが取り付けられており、前記教師データには、前記マイクにより検知される溶接箇所の音も含まれるようになっており、前記モデル生成手段により生成される前記学習済モデルは、入力として溶接箇所の音も含まれるようになっており、前記受付手段は、前記マイクにより検知される溶接箇所の音も受け付けるようになっており、前記演算手段は、前記モデル生成手段により生成された前記学習済モデルに、前記受付手段により受け付けられた前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移に加えて溶接箇所の音も入力することにより溶接技能レベルを演算するようになっていてもよい。

【0014】

本発明は、溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を受け付け、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データを用いて機械学習により生成された、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力、前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデルに、受け付けられた前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力することにより溶接技能レベルを演算する処理をコンピュータに実行させるプログラムが記憶された、記憶媒体である。

【0015】

本発明の学習済モデル生成方法は、溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データを受け付ける工程と、受け付けられた前記教師データを用いて、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力、前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデルを機械学習により生成する工程と、を備えている。

【0016】

本発明は、溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データが入力される入力層と、学習済モデルを出力する出力層と、前記教師データを用いてパラメータが学習された中間層と、を備え、前記教師データが前記入力層に入力されると、前記中間層にて演算し、前記出力層により前記学習済モデルを出力する、ニューラルネットワークである。

【0017】

本発明は、溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、前記加熱器具の加速度の経時的推移、および前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データを用いて機械学習により生成された、前記溶接機の電流値の経時的推移、前記溶接機の電圧値の経時的推移、前記溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および前記加熱器具の加速度の経時的推移を入力、前記溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする、学習済モデルである。

【発明の効果】

【0018】

本発明の溶接技能レベル判定システム、記憶媒体、学習済モデル生成方法、ニューラルネットワークおよび学習済モデルによれば、溶接ワイヤを加熱する加熱器具を有する溶接機の電流値の経時的推移、溶接機の電圧値の経時的推移、溶接機における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具の加速度の経時的推移に基づいて、溶接機により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを検知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】本発明の実施の形態による溶接システムの構成を概略的に示す概略構成図である。

【図2】図１に示す溶接システムにおけるワイヤ供給装置のワイヤ送り機構の構成を示す側面図である。

【図3】図１に示す溶接システムの溶接ユニットにおける各構成要素の接続の態様を示す構成図である。

【図4】図１に示す溶接システムにおいて各種センサおよびエンコーダにより検知された値の経時的推移を示す表である。

【図5】図１に示す溶接システムにより溶接技能レベルを演算する構成を概略的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図５は、本実施の形態に係る溶接システムを示す図である。

【0021】

まず、本実施の形態に係る溶接システムについて図１乃至図４を用いて説明する。図１に示すように、本実施の形態に係る溶接システムは、作業者が溶接作業を行うための溶接機１０と、作業者が装着する装着具３０と、溶接機１０から様々なデータが送られるデータ収集端末４０と、管理端末５０とを備えている。ここで、溶接機１０、装着具３０およびデータ収集端末４０は、溶接の作業現場２に配置されている。一方、管理端末５０は、作業現場２とは別の場所である管理室４に設置されている。なお、管理端末５０は管理室４に設置されることに限定されることはなく、管理端末５０が作業現場２に設置されていてもよい。しかしながら、管理端末５０を管理室４に設置した場合には、複数の作業現場２にそれぞれ配置される溶接機１０やデータ収集端末４０等を１つの管理端末５０で管理することができる。

【0022】

溶接機１０は、電源装置１２、ワイヤ供給装置１４および加熱器具（トーチ）１５を有している。ワイヤ供給装置１４は、溶融金属等から構成される溶接ワイヤを加熱器具１５に供給するようになっている。加熱器具１５は作業者によって把持されるようになっており、ワイヤ供給装置１４から送られた溶接ワイヤを加熱器具１５によって加熱して溶融することにより、溶融された金属で２つの部材２４（図３参照）を接合させることができるようになっている。電源装置１２は、ワイヤ供給装置１４および加熱器具１５に電力を供給するようになっている。

【0023】

図２に示すように、ワイヤ供給装置１４は、第１送りローラ１６および第２送りローラ１７を有しており、これらの第１送りローラ１６および第２送りローラ１７の間から溶接ワイヤ（図２において参照符号Ｗで表示）が送り出されるようになっている。また、第１送りローラ１６には、この第１送りローラ１６の回転量を検知するエンコーダ１８が設けられている。このようなエンコーダ１８により検知された第１送りローラ１６の回転量に基づいて、溶接ワイヤの送り量が検知されるようになっている。なお、エンコーダ１８は第１送りローラ１６の回転量を検知するものに限定されない。最終的に溶接ワイヤの送り量を検知することができるものであれば、エンコーダ１８は第１送りローラ１６以外のローラの回転量を検知するようになっていてもよい。また、エンコーダ１８以外の手段により溶接ワイヤの送り量が検知されるようになっていてもよい。本実施の形態では、第１送りローラ１６、第２送りローラ１７およびエンコーダ１８により、溶接ワイヤの送り量を検知する溶接ワイヤ送り量検知機構が構成されている。

【0024】

このような溶接機１０における各構成要素の接続態様について図３を用いて説明する。図３に示すように、電源装置１２には、第１ガス入口１２ａ、第２ガス入口１２ｂ、トーチ接続端子１２ｃ、リモートコンセント１２ｄ、トーチスイッチコンセント１２ｅ、手動接続端子（＋）１２ｆおよび手動接続端子（－）１２ｇが設けられている。ここで、アルゴンガスボンベ２０のガスホース２０ａが第１ガス入口１２ａに接続されるようになっている。このことにより、アルゴンガスボンベ２０からアルゴンガスを電源装置１２に供給することができるようになる。なお、電源装置１２にはアルゴンガス以外にもシールドガスとなる他の種類のガスが供給されるようになっていてもよい。また、遠隔制御装置２２のコード２２ａがリモートコンセント１２ｄに接続されるようになっている。このことにより、遠隔制御装置２２によって溶接機１０を遠隔制御することができるようになる。また、加熱器具１５には第１コード１５ａ、第２コード１５ｂおよび第３コード１５ｃがそれぞれ設けられている。ここで、第１コード１５ａはトーチスイッチコンセント１２ｅに接続される。また、第２コード１５ｂはトーチ接続端子１２ｃの－極に接続される。また、第３コード１５ｃは第２ガス入口１２ｂに接続される。また、加熱器具１５にはスイッチ１５ｄが設けられており、加熱器具１５を把持した作業者がスイッチ１５ｄを押すことによりワイヤ供給装置１４から送られた溶接ワイヤが加熱されるとともにこの加熱された溶接ワイヤが加熱器具１５から送り出されるようになっている。

【0025】

また、溶接機１０により溶接される２つの部材２４のうち一方の部材２４には第４コード２４ａが接続されており、この第４コード２４ａはトーチ接続端子１２ｃの＋極に接続されるようになっている。

【0026】

また、図３に示すように、第２コード１５ｂには電流計２５が設けられており、この電流計２５により第２コード１５ｂを流れる電流値が検知されるようになっている。また、電圧計２６は、第２コード１５ｂと第４コード２４ａの間の電位差を測定するようになっている。具体的には、電圧計２６の第１プローブ２６ａを第４コード２４ａに押し当てるとともに第２プローブ２６ｂを第２コード１５ｂに押し当てることにより第２コード１５ｂと第４コード２４ａの間の電位差が測定されるようになる。また、加熱器具１５には３軸の加速度センサ２７が取り付けられている。このような加速度センサ２７により、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向からなる３つの方向の加熱器具１５の加速度を検知することができるようになる。なお、加熱器具１５に取り付けられるのは３軸の加速度センサ２７に限定されない。ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向からなる３つの方向の加熱器具１５の加速度に加えて、加熱器具１５の回転角速度も検知可能な６軸の加速度センサが加熱器具１５に取り付けられてもよい。更に別の例として、加熱器具１５の３つの方向の加速度、回転角速度に加えて加熱器具１５の方位（コンパス）も検知可能な９軸の加速度センサが加熱器具１５に取り付けられてもよい。また、溶接機１０が配置される作業現場２には温度センサ２８および湿度センサ２９がそれぞれ設置されている。

【0027】

装着具３０は、カメラおよび投射型や網膜投射型のディスプレイが搭載されたスマートグラス（商標登録）３２と、マイク３４とを有しており、装着具３０を装着した作業者は、スマートグラス３２に搭載されたディスプレイに表示される画面を見ながら溶接作業を行うことができるとともに、作業者がしゃべる声をマイク３４により拾って後述するデータ収集端末４０に送ることができるようになっている。また、装着具３０を装着した作業者の視野も、スマートグラス３２に搭載されたカメラにより撮像することでき、この撮像された映像は後述するデータ収集端末４０に送られるようになっている。また、装着具３０にイヤホンが取り付けられていてもよい。この場合には、装着具３０を装着した作業者に対してイヤホンによって音声により指示を与えることができるようになる。

【0028】

作業現場２に設置されるデータ収集端末４０には、溶接機１０の電源装置１２およびワイヤ供給装置１４がそれぞれ接続されている。そして、溶接機１０のエンコーダ１８、電流計２５、電圧計２６、加速度センサ２７、温度センサ２８および湿度センサ２９等による検知結果に係る情報が経時的に送られるようになっている。データ収集端末４０に送られた各種の情報（具体的には、各センサ等により検知された値の経時的推移）を図４の表に示す。なお、図４の表において「送り量」とは溶接ワイヤの送り量であり、このような溶接ワイヤの送り量はエンコーダ１８により検知される第１送りローラ１６の回転量に基づいて算出される。

【0029】

また、データ収集端末４０には装着具３０が接続されている。そして、上述したように、作業者がしゃべる声がマイク３４により拾われてデータ収集端末４０に送られるとともに、スマートグラス３２に搭載されたカメラにより撮像された映像がデータ収集端末４０に送られるようになっている。

【0030】

作業現場２とは別の場所である管理室４に設けられた管理端末５０は例えばパーソナルコンピュータ等から構成されている。具体的には、管理端末５０は、モニタ等の表示部５０ａと、キーボード等の操作部５０ｂと、ＲＯＭやＲＡＭ等のメモリからなる記憶手段５０ｃと、ＣＰＵ等のプロセッサ５０ｄを有している。なお、モニタ等の表示部５０ａおよびキーボード等の操作部５０ｂを有するパーソナルコンピュータの代わりに、携帯可能なタブレット端末が用いられてもよい。このようなタブレット端末に設けられたタッチパネルは、表示部５０ａおよび操作部５０ｂを兼ねたものとなる。このような管理端末５０には、装着具３０およびデータ収集端末４０が通信可能に接続されている。ここで、溶接機１０の電源装置１２およびワイヤ供給装置１４、ならびに装着具３０からデータ収集端末４０に送られた情報は、データ収集端末４０から管理端末５０に送られるようになっている。このことにより、スマートグラス３２に搭載されているカメラにより撮像された、作業者の視野を管理端末５０の表示部５０ａに表示させることができる。また、管理端末５０から装着具３０にガイダンス画面に係る情報を送ることにより、この装着具３０のスマートグラス３２に溶接作業のガイダンス画面を表示させることができるようになっている。また、管理端末５０にマイクを接続してもよい。この場合は、管理端末５０を操作する管理者は音声でマイクに指示を送ることにより、装着具３０に取り付けられているイヤホンから作業者に音声で指示を伝達することができるようになる。

【0031】

このように、作業現場２で溶接機１０により溶接作業を行う作業者に装着される装着具３０と、管理室４に設けられた管理端末５０とを通信可能に接続することによって、例えば経験の少ない作業者が作業現場２で溶接機１０により溶接作業を行うときに、経験豊富な管理者は、管理端末５０の表示部５０ａに表示される情報（具体的には、データ収集端末４０から管理端末５０に送られた、溶接機１０の各種情報やスマートグラス３２に搭載されたカメラにより撮像された画像）を参照して、操作部５０ｂにより指示を入力することができるようになる。そして、操作部５０ｂに入力された指示が装着具３０に送られることにより、この装着具３０のスマートグラス３２に表示される画面に管理者の指示を表示させることができる。このことにより、経験の少ない作業者であっても、経験豊富な管理者から与えられる指示に従うことによって、作業現場２で溶接機１０によってより的確な溶接作業を行うことができるようになる。

【0032】

また、本実施の形態の溶接システムは、作業者の溶接技能レベルを演算する溶接技能レベル判定システムとして機能するようになっている。ここで、作業者の溶接技能レベルとしては、例えば０～１００の範囲内の数値パラメータを用いる。このような溶接技能レベル判定システムの構成について図５を用いて説明する。なお、以下に示すような作業者の溶接技能レベルを検知する動作は、管理端末５０のプロセッサ５０ｄにより実行されるようになっている。

【0033】

図５に示すように、溶接技能レベル判定システムは、教師データ５１に基づいて学習済モデル５４を作成するモデル生成手段５２と、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移を受け付ける受付手段５５と、モデル生成手段５２により生成された学習済モデル５４に、受付手段５５により受け付けられた溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移を入力することにより溶接技能レベルを演算する演算手段５６と、演算手段５６により出力された溶接技能レベルを出力する出力手段５８とを備えている。

【0034】

このような溶接技能レベル判定システムにおいて、モデル生成手段５２により学習済モデル５４が予め生成されている。ここで、モデル生成手段５２は、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、加熱器具１５の加速度の経時的推移、および溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データ５１を用い、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移を入力、溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデル５４を機械学習により生成するようになっている。なお、教師データ５１において用いられる、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移は、データ収集端末４０から管理端末５０に送られた情報や、管理端末５０の表示部５０ａにより入力された情報に基づいて決められる。また、教師データ５１において用いられる、溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルは、管理端末５０の表示部５０ａにより入力された情報に基づいて決められる。

【0035】

モデル生成手段５２は、例えばニューラルネットワークから構成されている。このようなニューラルネットワークは、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、加熱器具１５の加速度の経時的推移、および溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを含む教師データ５１が入力される入力層と、学習済モデル５４を出力する出力層と、教師データ５１を用いてパラメータが学習された中間層とを有している。そして、このようなニューラルネットワークでは、教師データ５１が入力層に入力されると、中間層にて演算し、出力層により学習済モデル５４を出力するようになる。このようなニューラルネットワークとして既知のものを用いることができる。

【0036】

ここで、溶接機１０の電流値、溶接機１０の電圧値、または溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量が急激に変化した場合には、熟練度の低い作業者によって溶接作業が行われていることが推察される。また、加熱器具１５の加速度が急激に変化した場合にも、熟練度の低い作業者によってこの加熱器具１５が操作されていることが推察される。このため、このような場合には溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルが低く見積もられるようになる。このような相関関係に関する学習済モデル５４をモデル生成手段５２は生成するようになる。

【0037】

受付手段５５は、電流計２５により測定された電流値の経時的推移、電圧計２６により測定された電圧値の経時的推移、エンコーダ１８による測定結果に基づいて算出された溶接ワイヤの単位時間当たりの送り量の経時的推移、および加速度センサ２７により測定された加熱器具１５の加速度の経時的推移を受け付けるようになっている。そして、演算手段５６は、モデル生成手段５２により生成された学習済モデル５４に、受付手段５５により受け付けられた、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移を入力することにより溶接技能レベルを演算する。演算手段５６により演算された溶接技能レベルは出力手段５８により出力される。具体的には、出力手段５８により出力された溶接技能レベルは管理端末５０の操作部５０ｂに表示されたり装着具３０のスマートグラス３２に表示されたりする。

【0038】

また、出力手段５８により出力された溶接技能レベルが所定の閾値よりも低い場合は、溶接機１０により溶接作業を行った作業者は熟練者（ベテラン）ではなく経験が少ない者であると考えられる。この場合には、出力手段５８により出力された溶接技能レベルが所定の閾値よりも低いことが図示しないスピーカー等によって音声で報知される。この際に、スピーカーは、演算手段５６により演算された溶接技能レベルが所定の閾値よりも低い場合にこのことを報知する報知部として機能する。なお、報知部は、音声以外の手段によって報知を行うようになっていてもよい。また、出力手段５８により出力された溶接技能レベルが所定の閾値よりも低い場合は、管理端末５０から装着具３０にガイダンス画面に係る情報が送られる。このことにより、装着具３０のスマートグラス３２に溶接作業のガイダンス画面を表示させることができるため、経験が少ない作業者であっても、スマートグラス３２に表示されるガイダンス画面を見ながら溶接作業を行うことができるようになる。また、このようにして実際に行われた溶接作業について、溶接機１０の電源装置１２やワイヤ供給装置１４、加熱器具１５に設けられた各センサ等により検知された情報や、操作部５０ｂに入力された作業者の溶接作業レベル等の情報はデータ収集端末４０に送られ、このデータ収集端末４０から管理端末５０に送信される。このことにより、管理端末５０においてモデル生成手段５２に新たな教師データ５１が入力され、よって学習済モデル５４の精度がより一層向上する。

【0039】

また、出力手段５８により出力された溶接技能レベルは、溶接機１０の電源装置１２やワイヤ供給装置１４、加熱器具１５に設けられた各センサ等により検知された情報や、装着具３０のスマートグラス３２に搭載されているカメラにより撮像された動画とともに記憶手段５０ｃに記憶されるようになっている。このことにより、溶接技能レベルが高い熟練者による実際の溶接作業内容と、溶接技能レベルが低い作業者による実際の溶接作業内容とを比較したり、溶接技能レベルが高い熟練者による実際の溶接作業内容を標準化したりすることができるようになる。また、ある作業者が溶接機１０によって溶接作業を行った後にこの作業者の溶接技能レベルが演算されるため、より高いスコアの溶接技能レベルを目指して作業者が溶接の技能の向上に努力、研鑽することができるようになる。

【0040】

なお、管理端末５０におけるＲＯＭやＲＡＭ等のメモリからなる記憶手段５０ｃには、まず、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移を受け付け、次に、教師データ５１を用いて機械学習により生成された学習済モデル５４に、受け付けられた溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移を入力することにより溶接技能レベルを演算する処理をプロセッサ５０ｄに実行させるプログラムが記憶されている。

【0041】

以上のような構成からなる本実施の形態の溶接技能レベル判定システムによれば、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移を入力、溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデル５４を機械学習により生成し、そして、生成された学習済モデル５４に、受付手段５５により受け付けられた溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移を入力することにより溶接技能レベルを演算するため、溶接機１０を用いた溶接作業について熟練者の勘に頼るのではなく、溶接作業を標準化して数値で管理することができる。とりわけ、複数の作業現場２における溶接作業を、１つの管理端末５０で管理することにより、モデル生成手段５２に入力される教師データ５１の数を増やすことができ、よって学習済モデル５４の精度をより一層向上させることができる。また、複数の作業現場２における溶接作業を、１つの管理端末５０で管理する場合には、複数の溶接機１０の各々に対応して管理端末５０を設置する場合と比較して管理端末５０の数を減らすことができるためコスト削減を図ることができるようになる。

【0042】

なお、本発明による溶接システムや溶接技能レベル判定システムは、上述したような態様に限定されることはなく、様々な変更を加えることができる。

【0043】

例えば、上述した溶接技能レベル判定システムでは、モデル生成手段５２は、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、加熱器具１５の加速度の経時的推移、および溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルという５つの要素を含む教師データ５１を用い、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移という４つの要素を入力、溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力とする学習済モデル５４を機械学習により生成するようになっている。しかしながら、本発明はこのような態様に限定されることはない。本発明による溶接技能レベル判定システムの他の例として、教師データ５１は、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、加熱器具１５の加速度の経時的推移、および溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルという５つの要素に加えて、他の要素を更に含んでいてもよい。他の要素としては、例えば、溶接箇所の音や、プール部の動画画像、溶接箇所の温度が挙げられる。具体的には、溶接箇所の音を他の要素とする場合には、溶接箇所の音を検知するためのマイクが加熱器具１５に取り付けられる。また、溶接箇所の温度を他の要素とする場合には、溶接箇所の温度を検知するための温度計が加熱器具１５に取り付けられる。

【0044】

また、この場合には、学習済モデル５４は、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移という４つの要素に加えて、追加された他の要素を含めた５つ以上の要素を入力、溶接機１０により溶接作業を行う作業者の溶接技能レベルを出力としたものとなる。また、受付手段５５は、溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、および加熱器具１５の加速度の経時的推移という４つの要素に加えて、他の要素に係る情報を受け付けるようになる。そして、演算手段５６は、モデル生成手段５２により生成された学習済モデル５４に、受付手段５５により受け付けられた溶接機１０の電流値の経時的推移、溶接機１０の電圧値の経時的推移、溶接機１０における溶接ワイヤの単位時間あたりの送り量の経時的推移、加熱器具１５の加速度の経時的推移および他の要素を入力することにより溶接技能レベルを演算する。

【0045】

モデル生成手段５２は、ニューラルネットワークにより教師データ５１から学習済モデル５４を生成するものに限定されることはない。本発明による溶接技能レベル判定システムの他の例として、モデル生成手段５２は、決定木（Decision trees）学習、相関ルール学習、遺伝子プログラミング、クラスタリング等の他の種類の機械学習により学習済モデル５４を生成するようになっていてもよい。

【0046】

また、本発明による溶接技能レベル判定システムの更に他の例として、作業者の溶接技能レベルの判定を行うのは管理端末５０に限定されることはない。上述したモデル生成手段５２、受付手段５５、演算手段５６および出力手段５８が管理端末５０ではなく各作業現場２のデータ収集端末４０に設けられており、各作業現場２においてデータ収集端末４０によって作業者の溶接技能レベルの判定が行われるようになっていてもよい。

【符号の説明】

【0047】

２ 作業現場
４ 管理室
１０ 溶接機
１２ 電源装置
１２ａ 第１ガス入口
１２ｂ 第２ガス入口
１２ｃ トーチ接続端子
１２ｄ リモートコンセント
１２ｅ トーチスイッチコンセント
１４ ワイヤ供給装置
１５ 加熱器具
１５ａ 第１コード
１５ｂ 第２コード
１５ｃ 第３コード
１５ｄ スイッチ
１６、１７ ローラ
１８ エンコーダ
２０ アルゴンガスボンベ
２０ａ ガスホース
２２ 遠隔制御装置
２２ａ コード
２４ 部材
２４ａ 第４コード
２５ 電流計
２６ 電圧計
２６ａ 第１プローブ
２６ｂ 第２プローブ
２７ 加速度センサ
２８ 温度センサ
２９ 湿度センサ
３０ 装着具
３２ スマートグラス
３４ マイク
４０ データ収集端末
５０ 管理端末
５０ａ 表示部
５０ｂ 操作部
５０ｃ 記憶手段
５０ｄ プロセッサ
５１ 教師データ
５２ モデル生成手段
５４ 学習済モデル
５５ 受付手段
５６ 演算手段
５８ 出力手段

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】