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JP7628899B2 - Method for generating trained model, learning device, welding robot control device, system, and program - Google Patents
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JP7628899B2 - Method for generating trained model, learning device, welding robot control device, system, and program - Google Patents

Method for generating trained model, learning device, welding robot control device, system, and program Download PDF

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JP7628899B2 JP2021102481A JP2021102481A JP7628899B2 JP 7628899 B2 JP7628899 B2 JP 7628899B2 JP 2021102481 A JP2021102481 A JP 2021102481A JP 2021102481 A JP2021102481 A JP 2021102481A JP 7628899 B2 JP7628899 B2 JP 7628899B2
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Description

本発明は、学習済みモデルの生成方法、学習装置、溶接ロボットの制御装置、システム、よびプログラムに関する。 The present invention relates to a method for generating a trained model, a learning device, a control device for a welding robot, a system, and a program.

近年、溶接作業の分野では、最適な溶接条件を自動的に作成または調整する自動化技術が実現されている。このような、人手を介さずに溶接条件としてのパラメータの作成や調整する手法として、多くの学習データを用いて機械学習処理を行うことにより生成された学習済みモデルを用いることが行われている。その一方で、学習済みモデルで得られる出力の精度を向上させるためには、機械学習処理のための学習データの準備のための労力やコストも必然的に増加することとなる In recent years, in the field of welding work, automation technology has been developed that automatically creates or adjusts optimal welding conditions. As a method for creating or adjusting parameters as welding conditions without human intervention, a trained model is used that is generated by performing machine learning processing using a large amount of training data. On the other hand, in order to improve the accuracy of the output obtained from the trained model, the effort and cost for preparing training data for machine learning processing will inevitably increase.

例えば、特許文献1では、機械学習モデルを用いて溶接状態関連情報を出力し、その出力結果に基づいてロボットを制御する自動溶接システムが開示されている。また、特許文献2では、機械学習において追加学習を行うための教師データの収集コストを削減するための方法が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an automatic welding system that uses a machine learning model to output welding state-related information and controls a robot based on the output results. Patent Document 2 discloses a method for reducing the cost of collecting training data for additional learning in machine learning.

特開2018-192524号公報JP 2018-192524 A 特開2020-135494号公報JP 2020-135494 A

溶接作業の現場の様に、特徴量抽出の対象が流動物またはプラズマ気体のうち少なくとも一つを含む場合、これらは、例えば、溶接の施工状況などの外乱によって、急峻な変化を起こすことが多い。そのため、急峻な変化にも対応した精度の高い特徴量抽出が求められる。なお、流動物やプラズマ気体などを対象とする用途は、溶接の他に、例えば、付加製造の分野がある。このように、より精度の高い特徴量抽出を要する溶接作業を想定した場合、学習データは、より多く必要となり、また、学習データとしての質、すなわち、より精度の高い学習済みモデルを生成するのに適した正確さが求められる。引用文献2は、人物像の特徴量抽出の追加作業の容易化を主題としており、学習済みモデルによって抽出されるデータの正確さは考慮されていない。学習データの正確さのために、人手による作業も考えられるが、その手間やコストは多大なものとなる。 When the target of feature extraction includes at least one of fluids and plasma gas, such as in a welding work site, these often undergo abrupt changes due to disturbances such as the welding work conditions. Therefore, highly accurate feature extraction that can handle abrupt changes is required. In addition to welding, fluids and plasma gases are also used in the field of additive manufacturing. In this way, when welding work is assumed that requires more accurate feature extraction, more training data is required, and the quality of the training data, that is, the accuracy suitable for generating a more accurate trained model, is required. Cited Document 2 focuses on facilitating the additional work of extracting features of human figures, and does not take into account the accuracy of the data extracted by the trained model. For the accuracy of the training data, manual work is also considered, but this requires a lot of effort and cost.

本願発明では、上記課題を鑑み、溶接分野を想定した機械学習処理において用いられる学習データの正確さを考慮して、学習データを抽出することを可能とすることを目的とする。特に、学習済みモデルの生成方法、学習装置、制御装置、システム、よびプログラムを提供することを目的とする。 In view of the above problems, the present invention aims to make it possible to extract learning data in consideration of the accuracy of the learning data used in machine learning processing assumed in the welding field. In particular, the present invention aims to provide a method for generating a trained model, a learning device, a control device, a system, and a program.

上記課題を解決するために本願発明は以下の構成を有する。すなわち、学習済みモデルの生成方法であって、
溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせの正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する生成工程
を有する。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, a method for generating a trained model,
The method includes a generation process for generating a first trained model by performing machine learning using a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data as input and a classification of the combination as correct or incorrect as output.

また、本願発明の別の形態として以下の構成を有する。すなわち、学習装置であって、
溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせの正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する第1の生成手段と、
前記第1の学習済みモデルにて正として分類された組み合わせを学習データとして用いて、溶接中に得られたデータを入力とし、当該データに対応する特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第2の学習済みモデルを生成する第2の生成手段と、
を有する。
According to another aspect of the present invention, there is provided a learning device, comprising:
A first generation means for generating a first trained model by performing machine learning using a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data as an input and a classification of whether the combination is correct or incorrect as an output;
A second generation means for generating a second trained model by performing machine learning using a combination classified as positive in the first trained model as training data, with data obtained during welding as input, and feature information corresponding to the data as output;
has.

また、本願発明の別の形態として以下の構成を有する。すなわち、学習装置により生成された第1の学習済みモデルおよび第2の学習済みモデルを有する制御装置であって、
溶接に係るデータを取得する取得手段と、
溶接ロボットまたは溶接電源の制御情報を出力する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記取得手段にて取得されたデータを前記第2の学習済みモデルに入力することにより出力される特徴情報、または、
前記取得手段にて取得されたデータと、当該データを前記第2の学習済みモデルに入力することにより出力される特徴情報との組み合わせを前記第1の学習済みモデルに入力し、正として分類された組み合わせの特徴情報
のいずれかに基づいて前記制御情報を出力する。
Another aspect of the present invention has the following configuration: A control device having a first trained model and a second trained model generated by a learning device,
An acquisition means for acquiring data related to welding;
A control means for outputting control information for a welding robot or a welding power source;
having
The control means
Feature information output by inputting the data acquired by the acquisition means into the second trained model, or
A combination of the data acquired by the acquisition means and feature information output by inputting the data into the second trained model is input into the first trained model, and the control information is output based on any of the feature information of the combination classified as positive.

また、本願発明の別の形態として以下の構成を有する。すなわち、システムであって、
制御装置と、
溶接ロボットと、
前記溶接ロボットの溶接を検出する検出手段と、
溶接電源と、
を有し、
前記制御装置は、
学習装置により生成された第1の学習済みモデルおよび第2の学習済みモデルを有し、
溶接に係るデータを取得する取得手段と、
前記溶接ロボットまたは前記溶接電源の制御情報を出力する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記取得手段にて取得されたデータを前記第2の学習済みモデルに入力することにより出力される特徴情報、または、
前記取得手段にて取得されたデータと、当該データを前記第2の学習済みモデルに入力することにより出力される特徴情報との組み合わせを前記第1の学習済みモデルに入力し、正として分類された組み合わせの特徴情報、
のいずれかに基づいて、前記制御情報を出力する。
Another aspect of the present invention has the following configuration. That is, the system includes:
A control device;
A welding robot
A detection means for detecting welding by the welding robot;
A welding power source;
having
The control device includes:
A first trained model and a second trained model generated by a learning device,
An acquisition means for acquiring data related to welding;
a control means for outputting control information for the welding robot or the welding power source;
having
The control means
Feature information output by inputting the data acquired by the acquisition means into the second trained model, or
inputting a combination of the data acquired by the acquisition means and feature information output by inputting the data into the second trained model into the first trained model, and obtaining feature information of the combination classified as positive;
The control information is output based on any one of the above.

また、本願発明の別の形態として以下の構成を有する。すなわち、溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせの正否の分類を出力として機械学習により生成された学習済みモデルであって、
コンピュータに、
溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせが入力された際に、前記組み合わせの正否の分類を出力するように機能させる。
In addition, the present invention has the following configuration as another aspect thereof: A trained model is generated by machine learning using a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data as input, and a classification of the combination as correct or incorrect as output,
On the computer,
When a combination of data obtained during welding and feature information specified from the data is input, the device is caused to function to output a classification of whether the combination is correct or incorrect.

また、本願発明の別の形態として以下の構成を有する。すなわち、プログラムであって、
コンピュータを、
溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせの正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する第1の生成手段、
前記第1の学習済みモデルにて正として分類された組み合わせを学習データとして用いて、溶接中に得られたデータを入力とし、当該データに対応する特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第2の学習済みモデルを生成する第2の生成手段、
として機能させる。
In addition, another aspect of the present invention has the following configuration. That is, a program comprising:
Computer,
a first generation means for generating a first trained model by performing machine learning using a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data as an input and a classification of whether the combination is correct or incorrect as an output;
a second generation means for performing machine learning using the combination classified as positive in the first trained model as training data, with data obtained during welding as input, and feature information corresponding to the data as output, to generate a second trained model;
Function as.

本発明によれば、溶接分野を想定した機械学習処理において用いられる学習データの正確さを考慮して、学習データを抽出することが可能な学習済みモデルを生成することが可能となる。 According to the present invention, it is possible to generate a trained model capable of extracting training data, taking into account the accuracy of training data used in machine learning processing intended for the welding field.

本願発明の一実施形態に係る溶接システムの構成例を示す概略図。1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a welding system according to an embodiment of the present invention; 本願発明の一実施形態に係る視覚センサの配置位置を説明するための斜視図。FIG. 2 is a perspective view for explaining an arrangement position of a visual sensor according to an embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係るロボット制御装置の構成例を示す概略図。1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a robot control device according to an embodiment of the present invention; 本願発明の一実施形態に係るデータ処理装置の構成例を示す概略図。1 is a schematic diagram showing an example of the configuration of a data processing device according to an embodiment of the present invention; 本願発明の一実施形態に係る各種学習済みモデルを説明するための表図。A table for explaining various trained models according to one embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係る学習済みモデルA,Cの生成プロセスを概念的に説明するための説明図。An explanatory diagram for conceptually explaining the generation process of trained models A and C according to one embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係る教示作業に用いる画面の一例を説明するための概略図。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining an example of a screen used for a teaching operation according to an embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係る学習処理に利用可能な画像の例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of an image that can be used in a learning process according to an embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係る学習処理に利用可能な画像の例を示す説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of an image that can be used in a learning process according to an embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係る処理の流れを説明するための説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining a process flow according to an embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係るロボット制御装置および電源装置の処理のフローチャート。4 is a flowchart of the processing of a robot control device and a power supply device according to an embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係るデータ処理装置の補正情報の生成処理のフローチャート。5 is a flowchart showing a process for generating correction information in the data processing device according to the embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係る学習処理の結果の比較を示すグラフ図。FIG. 11 is a graph showing a comparison of results of a learning process according to an embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係る学習処理の結果の比較を示すグラフ図。FIG. 11 is a graph showing a comparison of results of a learning process according to an embodiment of the present invention. 本願発明の一実施形態に係る学習済みモデルBの精度を説明するための表図。A table for explaining the accuracy of trained model B according to one embodiment of the present invention.

以下、本願発明を実施するための形態について図面などを参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本願発明を説明するための一実施形態であり、本願発明を限定して解釈されることを意図するものではなく、また、各実施形態で説明されている全ての構成が本願発明の課題を解決するために必須の構成であるとは限らない。また、各図面において、同じ構成要素については、同じ参照番号を付すことにより対応関係を示す。 The following describes the embodiment of the present invention with reference to the drawings. Note that the embodiment described below is one embodiment for explaining the present invention, and is not intended to be interpreted as limiting the present invention, and not all of the configurations described in each embodiment are necessarily essential configurations for solving the problems of the present invention. In addition, in each drawing, the same components are given the same reference numbers to indicate their correspondence.

また、本願発明に係る溶接挙動を計測する方法は溶接だけでなく、GMAWを活用した付加製造技術、具体的には、金属積層造型技術(WAAM:Wire and Arc Additive Manufacturing)においても有用である。なお、付加製造という用語は、広義では積層造形またはラピットプロトタイピングの用語で用いられることがあるが、本願発明においては、統一して付加製造の用語を用いる。本願発明に係る手法を付加製造技術に活用する場合は、「溶接」を「溶着」、「付加製造」または「積層造形」等に言い換えられる。例えば、溶接として扱う場合は「溶接挙動」となるが、付加製造として本願発明を活用する場合は、「溶着挙動」と言い換えたり、溶接として扱う場合は「溶接システム」となるが、付加製造として本願発明を活用する場合は、「付加製造システム」と言い換えたりすることができる。 In addition, the method of measuring welding behavior according to the present invention is useful not only for welding, but also for additive manufacturing technology using GMAW, specifically, metal additive manufacturing technology (WAAM: Wire and Arc Additive Manufacturing). The term additive manufacturing is sometimes used broadly as the term additive manufacturing or rapid prototyping, but in the present invention, the term additive manufacturing is used uniformly. When the method according to the present invention is used for additive manufacturing technology, "welding" can be replaced with "deposition," "additive manufacturing," or "additive manufacturing." For example, when treated as welding, it becomes "welding behavior," but when the present invention is used as additive manufacturing, it can be replaced with "deposition behavior," or when treated as welding, it becomes "welding system," but when the present invention is used as additive manufacturing, it can be replaced with "additive manufacturing system."

以下の説明において、「学習」または「機械学習」とは、学習データおよび任意の学習アルゴリズムを用いて学習を行うことにより、「学習済みモデル」を生成することを指す。学習済みモデルは、複数の学習データを用いて学習が進むことにより、適時更新され、同じ入力であってもその出力が変化していく。したがって、学習済みモデルは、いずれの時点での状態であるかを限定するものではない。ここでは、学習にて用いられるモデルを「学習モデル」と記載し、一定程度の学習が行われた学習モデルを「学習済みモデル」と記載する。また、「学習データ」の具体的な例については後述するが、その構成は、利用する学習アルゴリズムに応じて変更されてよい。また、学習データには、学習そのものに用いられる教師データ、学習済みモデルの検証に用いられる検証データ、学習済みモデルのテストに用いられるテストデータを含んでよい。以下の説明では、学習に関するデータを包括的に示す場合は、「学習データ」と記載し、学習そのものを行う際のデータを示す場合は「教師データ」と記載する。なお、学習データに含まれる教師データ、検証データ、およびテストデータを明確に分類することを意図するものではなく、例えば、学習、検証、およびテストの方法によっては、学習データすべてが教師データにもなり得る。 In the following description, "learning" or "machine learning" refers to generating a "trained model" by performing learning using training data and an arbitrary learning algorithm. The trained model is updated from time to time as learning progresses using multiple training data, and its output changes even for the same input. Therefore, the trained model is not limited to a state at any point in time. Here, a model used in learning is described as a "learning model", and a learning model that has undergone a certain degree of learning is described as a "trained model". In addition, specific examples of "learning data" will be described later, but the configuration may be changed depending on the learning algorithm used. In addition, the training data may include teacher data used for the learning itself, verification data used to verify the trained model, and test data used to test the trained model. In the following description, when data related to learning is collectively referred to, it is described as "learning data", and when data when performing learning itself is referred to, it is described as "teacher data". Note that it is not intended to clearly classify the teacher data, verification data, and test data contained in the training data, and for example, depending on the learning, verification, and testing methods, all of the training data may also be teacher data.

<第1の実施形態>
以下、本願発明に係る一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
First Embodiment
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

[溶接システムの構成]
図1は、本実施形態に係る溶接システム1の構成例を示す。図1に示す溶接システム1は、溶接ロボット10、ロボット制御装置20、電源装置30、視覚センサ40、およびデータ処理装置50を含んで構成される。なお、本願発明に係る手法を付加製造に適用して用いる場合は、例えば、溶接システム1を付加製造システム、溶接ロボット10を付加製造用ロボットと読み替えてもよい。
[Welding system configuration]
Fig. 1 shows an example of the configuration of a welding system 1 according to this embodiment. The welding system 1 shown in Fig. 1 includes a welding robot 10, a robot control device 20, a power supply device 30, a visual sensor 40, and a data processing device 50. When the method according to the present invention is applied to additive manufacturing, for example, the welding system 1 may be read as an additive manufacturing system, and the welding robot 10 may be read as an additive manufacturing robot.

図1に示す溶接ロボット10は、6軸の多関節ロボットにより構成され、その先端部にはGMAW用の溶接トーチ11が取り付けられている。なお、GMAWには、例えばMIG(Metal InertGas)溶接やMAG(Metal Active Gas)溶接があり、本実施形態ではMAG溶接を例に挙げて説明する。また、溶接ロボット10は6軸の多関節ロボットに限られたものではなく、例えば可搬型の小型ロボットを採用してもよい。なお、可搬型の小型ロボットとしては、例えば、3軸以下の直交型ロボットが挙げられる。また、台車等の駆動部を有する溶接装置を用いてもよい。さらに、溶接方法は、GMAWの他、エレクトロガス溶接やエレクトロスラグ溶接であってもよい。 The welding robot 10 shown in FIG. 1 is a six-axis articulated robot, and a GMAW welding torch 11 is attached to the tip of the robot. GMAW includes, for example, MIG (Metal Inert Gas) welding and MAG (Metal Active Gas) welding, and in this embodiment, MAG welding is used as an example. The welding robot 10 is not limited to a six-axis articulated robot, and may be, for example, a portable small robot. An example of a portable small robot is an orthogonal robot with three or less axes. A welding device having a drive unit such as a cart may also be used. Furthermore, the welding method may be electrogas welding or electroslag welding in addition to GMAW.

溶接トーチ11には、ワイヤ送給装置12から溶接ワイヤ13が供給される。溶接ワイヤ13は、溶接トーチ11の先端から溶接個所に向けて送り出される。電源装置30は、溶接ワイヤ13に電力を供給する。この電力により、溶接ワイヤ13とワークWとの間にはアーク電圧が印加され、アークが発生する。電源装置30には、溶接中の溶接ワイヤ13からワークWに流れる溶接電流を検出する不図示の電流センサ、および溶接ワイヤ13とワークWとの間のアーク電圧を検出する不図示の電圧センサが設けられている。 The welding wire 13 is supplied to the welding torch 11 from the wire feeder 12. The welding wire 13 is fed from the tip of the welding torch 11 toward the welding point. The power supply unit 30 supplies power to the welding wire 13. This power applies an arc voltage between the welding wire 13 and the workpiece W, generating an arc. The power supply unit 30 is provided with a current sensor (not shown) that detects the welding current flowing from the welding wire 13 to the workpiece W during welding, and a voltage sensor (not shown) that detects the arc voltage between the welding wire 13 and the workpiece W.

電源装置30は、不図示の処理部と記憶部を有する。処理部は、例えば、CPU(Central Processing Unit)により構成される。また、記憶部は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)等の揮発性や不揮発性のメモリにより構成される。処理部が、記憶部に記憶された電源制御用のコンピュータプログラムを実行することにより、溶接ワイヤ13に印加する電力を制御する。電源装置30は、ワイヤ送給装置12にも接続され、処理部が溶接ワイヤ13の送給速度や送給量を制御する。溶接ワイヤ13の組成や種類は、溶接対象に応じて使い分けられる。 The power supply device 30 has a processing unit and a storage unit (not shown). The processing unit is, for example, a CPU (Central Processing Unit). The storage unit is, for example, a volatile or non-volatile memory such as a HDD (Hard Disk Drive), a ROM (Read Only Memory), or a RAM (Random Access Memory). The processing unit controls the power applied to the welding wire 13 by executing a computer program for power supply control stored in the storage unit. The power supply device 30 is also connected to the wire feeder 12, and the processing unit controls the feed speed and feed amount of the welding wire 13. The composition and type of the welding wire 13 are selected according to the welding target.

視覚センサ40は、例えば、CCD(Charge Coupled Device)カメラにより構成される。視覚センサ40の配置位置は特に問わず、溶接ロボット10に直接取り付けてもよいし、また、監視カメラとして、周辺の特定の場所に固定されてもよい。溶接ロボット10に視覚センサ40を直接取り付けた場合には、視覚センサ40は、溶接ロボット10の動作に併せて、溶接トーチ11の先端周辺を撮影するように移動する。視覚センサ40を構成するカメラの台数は複数でもよい。 The visual sensor 40 is composed of, for example, a CCD (Charge Coupled Device) camera. The placement position of the visual sensor 40 is not particularly important, and it may be attached directly to the welding robot 10, or may be fixed to a specific location in the vicinity as a surveillance camera. When the visual sensor 40 is attached directly to the welding robot 10, the visual sensor 40 moves to capture images of the area around the tip of the welding torch 11 in accordance with the operation of the welding robot 10. The visual sensor 40 may be composed of multiple cameras.

また、視覚センサ40により撮影する方向も特に問わず、例えば、溶接が進行する方向を前方とした場合に、前方側を撮影するように配置してもよいし、側面側、後方側を撮影するように配置してもよい。したがって、視覚センサ40による撮影範囲は、適宜決定すればよい。なお、溶接トーチ11の干渉を抑制するために、前方側から撮影することが好ましい。 The direction from which the visual sensor 40 takes the image is not particularly important. For example, if the welding proceeds in the forward direction, the visual sensor 40 may be positioned to take images of the front side, or the side or rear side. Therefore, the imaging range of the visual sensor 40 may be determined appropriately. Note that it is preferable to take images from the front side in order to prevent interference with the welding torch 11.

本実施形態においては、溶接ロボット10に直接取り付け、固定した視覚センサ40を用い、少なくとも、ワークW、溶接ワイヤ13、およびアークが含まれる撮像範囲となるように、溶接画像として動画像を撮像する。なお、溶接画像に係る各種撮影設定は、予め規定されていてもよいし、溶接システム1の動作条件に応じて切り替えられてもよい。撮影設定としては、例えば、フレームレート、画像のピクセル数、解像度、シャッタースピードなどが挙げられる。 In this embodiment, a visual sensor 40 is attached directly to and fixed on the welding robot 10, and a moving image is captured as a welding image so that the imaging range includes at least the workpiece W, the welding wire 13, and the arc. Note that various imaging settings related to the welding image may be specified in advance, or may be switched according to the operating conditions of the welding system 1. Examples of imaging settings include the frame rate, the number of pixels of the image, the resolution, and the shutter speed.

溶接システム1を構成する各部位は、有線/無線の各種通信方式により、通信可能に接続される。ここでの通信方式は、1つに限定するものではなく、複数の通信方式を組み合わせて接続されてよい。 The components constituting the welding system 1 are communicatively connected by various wired/wireless communication methods. The communication method here is not limited to one, and multiple communication methods may be combined for connection.

図2は、視覚センサ40の配置位置を説明するための斜視図である。本実施の形態の場合、ワークWは、突合せ継手である。ワークWは、2枚の金属板であり、開先を隔てて突き合わされている。なお、突き合わされている2枚の金属板の裏面側には、セラミックス製の裏当て材14が取り付けられている。なお、裏面側にはメタル系の裏当て材を使用してもよいし、裏当て材無しでもよい。突合せ継手では、開先に沿って一方向にアーク溶接が行われる。以下では、溶接が進行する方向を「前方」という。図2では、溶接が進行する方向を矢印で示している。このため、溶接トーチ11は、視覚センサ40の後方に位置している。また、本実施の形態では、視覚センサ40から後方を見る場合に右手が位置する側を「右方」、前方を見る場合に左手が位置する側を「左方」という。 Figure 2 is a perspective view for explaining the position of the visual sensor 40. In this embodiment, the workpiece W is a butt joint. The workpiece W is two metal plates that are butted together with a groove between them. A ceramic backing material 14 is attached to the back side of the two butted metal plates. A metal backing material may be used on the back side, or no backing material may be used. In a butt joint, arc welding is performed in one direction along the groove. In the following, the direction in which the welding proceeds is referred to as "forward." In Figure 2, the direction in which the welding proceeds is indicated by an arrow. For this reason, the welding torch 11 is located behind the visual sensor 40. In this embodiment, the side where the right hand is located when looking backward from the visual sensor 40 is referred to as the "right side," and the side where the left hand is located when looking forward is referred to as the "left side."

本実施の形態におけるワークWは、溶接を行う側の表面が鉛直上方を向くように水平に設置されている。このため、溶接ロボット10は、ワークWの上方側からワークWを溶接する。図2に示すように、視覚センサ40は、ワークWの溶接位置に対して斜め上方に設置されてよい。視覚センサ40の撮像範囲は、ワークWの溶接位置を含み、アーク溶接中における溶接位置の画像を撮像する。この画像には、溶融池と、溶接ワイヤ13と、アークが含まれる。本実施の形態における視覚センサ40は、例えば、1024×768ピクセルの静止画像を連続して撮像することができる。換言すると、視覚センサ40は、溶接画像を動画像として撮像することが可能である。 In this embodiment, the workpiece W is placed horizontally so that the surface on the side to be welded faces vertically upward. Therefore, the welding robot 10 welds the workpiece W from above the workpiece W. As shown in FIG. 2, the visual sensor 40 may be placed diagonally upward with respect to the welding position of the workpiece W. The imaging range of the visual sensor 40 includes the welding position of the workpiece W, and captures an image of the welding position during arc welding. This image includes the molten pool, the welding wire 13, and the arc. The visual sensor 40 in this embodiment can continuously capture still images of, for example, 1024 x 768 pixels. In other words, the visual sensor 40 can capture the welding image as a moving image.

[ロボット制御装置の構成]
図3は、溶接ロボット10の動作を制御するロボット制御装置20の構成例を示す。ロボット制御装置20は、装置全体を制御するCPU201、データを記憶するメモリ202、複数のスイッチを含む操作パネル203、教示作業で使用する教示ペンダント204、入出力部205、および通信部206を含んで構成される。メモリ202は、例えば、ROM、RAM、HDDなどの揮発性や不揮発性の記憶装置により構成される。メモリ202には、溶接ロボット10の制御に用いられる制御プログラム202Aが記憶される。CPU201は、制御プログラム202Aを実行することにより、溶接ロボット10による各種動作を制御する。
[Configuration of the robot control device]
3 shows an example of the configuration of robot control device 20 that controls the operation of welding robot 10. Robot control device 20 includes a CPU 201 that controls the entire device, a memory 202 that stores data, an operation panel 203 including a plurality of switches, a teaching pendant 204 used in teaching work, an input/output unit 205, and a communication unit 206. Memory 202 is formed of, for example, a volatile or non-volatile storage device such as a ROM, a RAM, or a HDD. Memory 202 stores a control program 202A used to control welding robot 10. CPU 201 controls various operations performed by welding robot 10 by executing control program 202A.

ロボット制御装置20に対する指示の入力には、操作パネル203と教示ペンダント204が用いられる。オペレータは、教示ペンダント204を使用して、教示プログラムを入力することができる。ロボット制御装置20は、教示ペンダント204から入力された教示プログラムに従って溶接ロボット10を制御する。なお、教示プログラムは、例えば不図示のコンピュータを用いて、CAD(Computer-Aided Design)情報等に基づいて自動的に作成することも可能である。教示プログラムにて定義される動作内容は、特に限定するものではなく、溶接ロボット10の仕様や溶接方式に応じて異なっていてよい。 The operation panel 203 and the teaching pendant 204 are used to input instructions to the robot control device 20. The operator can input a teaching program using the teaching pendant 204. The robot control device 20 controls the welding robot 10 according to the teaching program input from the teaching pendant 204. Note that the teaching program can also be automatically created based on CAD (Computer-Aided Design) information, for example, using a computer (not shown). The operation contents defined in the teaching program are not particularly limited and may differ depending on the specifications of the welding robot 10 and the welding method.

入出力部205には、電源装置30と溶接ロボット10の駆動回路が接続されている。電源装置30からは、例えば不図示の電流センサによって検出された溶接電流の電流値や、不図示の電圧センサによって検出されたアーク電圧の電圧値が入出力部205を介してCPU201に与えられる。また、CPU201は、制御プログラム202Aに基づく制御信号を溶接ロボット10が備える不図示の駆動回路に出力する。 The power supply device 30 and the drive circuit of the welding robot 10 are connected to the input/output unit 205. The power supply device 30 provides the CPU 201 with, for example, the current value of the welding current detected by a current sensor (not shown) and the voltage value of the arc voltage detected by a voltage sensor (not shown) via the input/output unit 205. The CPU 201 also outputs a control signal based on the control program 202A to the drive circuit (not shown) provided in the welding robot 10.

通信部206は、有線又は無線通信用の通信モジュールである。通信部206は、電源装置30やデータ処理装置50とのデータ通信に使用される。通信部206にて用いられる通信の方式や規格は特に限定するものではなく、複数の方式が組み合わされてもよい。 The communication unit 206 is a communication module for wired or wireless communication. The communication unit 206 is used for data communication with the power supply device 30 and the data processing device 50. There are no particular limitations on the communication method or standard used by the communication unit 206, and multiple methods may be combined.

ロボット制御装置20は、溶接ロボット10の各軸の制御により、溶接トーチ11の移動速度や突出し方向も制御する。また、ロボット制御装置20は、設定された周期、振幅、溶接速度に応じて、溶接ロボット10のウィービング動作も制御する。ウィービング動作とは、溶接の進行方向に対して交差する方向に溶接トーチ11を交互に揺動させることをいう。ロボット制御装置20は、ウィービング動作と共に、溶接線倣い制御を実行する。溶接線倣い制御とは、溶接線に沿ってビードが形成されるように、溶接トーチ11の進行方向に対して左右の位置を制御する動作である。また、ロボット制御装置20は、電源装置30を介してワイヤ送給装置12を制御することで、溶接ワイヤ13の送給速度なども制御する。 The robot controller 20 also controls the movement speed and protruding direction of the welding torch 11 by controlling each axis of the welding robot 10. The robot controller 20 also controls the weaving operation of the welding robot 10 according to the set period, amplitude, and welding speed. The weaving operation refers to alternately swinging the welding torch 11 in a direction intersecting the welding progress direction. The robot controller 20 performs weaving operation and weld line tracing control. The weld line tracing control is an operation to control the left and right position of the welding torch 11 with respect to the progress direction so that a bead is formed along the weld line. The robot controller 20 also controls the feed speed of the welding wire 13 by controlling the wire feeder 12 via the power supply 30.

[データ処理装置の構成]
図4は、データ処理装置50の構成例を説明するための説明図である。データ処理装置50は、例えばコンピュータで構成される。コンピュータは、本体510、入力部520、および表示部530を含んで構成される。本体510は、CPU511、ROM512、RAM513、不揮発性記憶装置514、入出力インタフェース515、通信インタフェース516、および映像出力インタフェース517を含んで構成される。CPU511、ROM512、RAM513、不揮発性記憶装置514、入出力インタフェース515、通信インタフェース516、映像出力インタフェース517は、バスや信号線によって相互に通信可能に接続されている。
[Configuration of data processing device]
4 is an explanatory diagram for explaining an example of the configuration of the data processing device 50. The data processing device 50 is configured by, for example, a computer. The computer is configured to include a main body 510, an input unit 520, and a display unit 530. The main body 510 is configured to include a CPU 511, a ROM 512, a RAM 513, a non-volatile storage device 514, an input/output interface 515, a communication interface 516, and a video output interface 517. The CPU 511, the ROM 512, the RAM 513, the non-volatile storage device 514, the input/output interface 515, the communication interface 516, and the video output interface 517 are connected to each other via a bus or a signal line so as to be able to communicate with each other.

不揮発性記憶装置514には、所定の学習データを用いてディープラーニングを実行する学習プログラム514A、学習プログラム514Aの実行を通じて生成される学習済みモデル514B、学習済みモデル514Bを用いて溶接に関する特徴情報を生成する情報生成プログラム514C、および、画像データ514Dが記憶されている。詳細については後述するが、本実施の形態では、3つの学習済みモデルを用いる。したがって、各学習済みモデルを生成するための学習プログラムや、学習処理に用いる学習データもそれぞれ異なる。この他、不揮発性記憶装置514には、オペレーティングシステムやアプリケーションプログラムもインストールされている。 The non-volatile storage device 514 stores a learning program 514A that performs deep learning using predetermined learning data, a trained model 514B that is generated through the execution of the learning program 514A, an information generation program 514C that generates characteristic information related to welding using the trained model 514B, and image data 514D. Details will be described later, but in this embodiment, three trained models are used. Therefore, the learning programs for generating each trained model and the training data used in the learning process are also different. In addition, an operating system and application programs are also installed in the non-volatile storage device 514.

CPU511によるプログラムの実行により、データ処理装置50は、各種の機能を実現する。本実施の形態の場合、データ処理装置50は、機械学習により各学習済みモデルを生成する機能と、学習済みモデルを利用して実際の溶接時の各種処理を行う機能を実現する。これの機能の内容については後述する。なお、学習済みモデルを生成する機能と、実際の溶接の実行時に学習済みモデルから出力される情報に基づいて制御処理を実行する機能に合わせてデータ処理装置50を分けてもよい。汎用性の観点から見ると、それぞれの機能に合わせて、データ処理装置50を分けることがより好ましい。ROM512には、CPU511に実行されるBIOS(Basic Input Output System)等が記憶されている。RAM513は、不揮発性記憶装置514から読み出されたプログラムの作業領域として使用される。 By executing the program by the CPU 511, the data processing device 50 realizes various functions. In the case of this embodiment, the data processing device 50 realizes a function of generating each trained model by machine learning and a function of performing various processes during actual welding using the trained model. The contents of these functions will be described later. The data processing device 50 may be divided according to the function of generating a trained model and the function of performing control processing based on information output from the trained model during actual welding. From the viewpoint of versatility, it is more preferable to divide the data processing device 50 according to each function. The ROM 512 stores a BIOS (Basic Input Output System) executed by the CPU 511, etc. The RAM 513 is used as a working area for the program read from the non-volatile storage device 514.

入出力インタフェース515は、キーボード、マウス等で構成される入力部520に接続されている。入出力インタフェース515には、視覚センサ40も接続されている。視覚センサ40から出力された画像データが入出力インタフェース515を介してCPU511に与えられる。通信インタフェース516は、有線又は無線通信用の通信モジュールである。映像出力インタフェース517は、例えば液晶ディスプレイや有機EL(Electro-Luminescence)ディスプレイで構成される表示部530に接続されており、CPU511から与えられた映像データに応じた映像信号を表示部530に出力する。 The input/output interface 515 is connected to an input unit 520 consisting of a keyboard, mouse, etc. The visual sensor 40 is also connected to the input/output interface 515. Image data output from the visual sensor 40 is provided to the CPU 511 via the input/output interface 515. The communication interface 516 is a communication module for wired or wireless communication. The video output interface 517 is connected to a display unit 530 consisting of, for example, a liquid crystal display or an organic EL (Electro-Luminescence) display, and outputs a video signal corresponding to the video data provided by the CPU 511 to the display unit 530.

[溶接システムの動作]
以下、本実施形態に係る溶接システム1の動作を説明する。
[Welding System Operation]
The operation of the welding system 1 according to this embodiment will be described below.

[学習済みモデル]
まず、本実施形態に係る学習済みモデルの生成について説明する。学習済みモデルは、学習プログラムの実行により生成される。本実施形態では、3つの学習済みモデルを扱う。便宜上、3つの学習済みモデルをそれぞれ、「学習済みモデルA」(「第3の学習済みモデル」とも称する)、「学習済みモデルB」(「第1の学習済みモデル」とも称する)、「学習済みモデルC」(「第2の学習済みモデル」とも称する)と記載する。また、便宜上、3つの学習済みモデルそれぞれを生成するために用いる学習データを、「学習データA」、「学習データB」、「学習データC」と記載する。なお、教師データについても分けて説明を要する場合は、同様に符号をつけて呼称する。図5は、本実施形態に係る各学習済みモデルの概略をまとめた表図である。
[Trained model]
First, the generation of the trained model according to this embodiment will be described. The trained model is generated by executing a learning program. In this embodiment, three trained models are handled. For convenience, the three trained models are described as "trained model A" (also referred to as "third trained model"), "trained model B" (also referred to as "first trained model"), and "trained model C" (also referred to as "second trained model"). For convenience, the training data used to generate each of the three trained models will be described as "trained data A", "trained data B", and "trained data C". In addition, when the teacher data needs to be separately described, they will be similarly referred to with reference symbols. FIG. 5 is a table summarizing an outline of each trained model according to this embodiment.

学習済みモデルAは、溶接画像と、その溶接画像に対して人手で領域を特定することで付した溶接情報との対からなる学習データAを用いて学習が行われることで生成される学習済みモデルである。ここでの溶接情報とは、詳細については後述するが、溶接画像に含まれる各種要素に対応する領域を示す特徴情報が該当し、例えば、画像中の各領域の座標情報などが挙げられる。溶接画像に含まれる要素としては、溶接によって生じる流動部やプラズマ気体部などが挙げられる。学習済みモデルAは、溶接画像を入力とし、その溶接画像の溶接情報を出力とする。上述したように、溶接画像に対して人手で領域を特定して溶接情報を付与する作業は、一般的に負荷やコストが高いものとなる。そこで、本実施形態では、学習済みモデルAを生成するための学習処理に用いる学習データAは、比較的少量を用いて行う。また、本実施形態では、溶接中に得られるデータとして、溶接現象の特徴を捉えやすい溶接画像のデータを好ましい例として用いているが、例えば、アーク音といった音響のデータでも良いし、電流や電圧といった数値データを用いても良く、これらデータを組み合わせて用いても良い。 The trained model A is a trained model generated by training using training data A consisting of a pair of a welding image and welding information that is added to the welding image by manually specifying an area. The welding information here corresponds to feature information indicating areas corresponding to various elements contained in the welding image, which will be described in detail later, and includes, for example, coordinate information of each area in the image. Elements contained in the welding image include flow parts and plasma gas parts that are generated by welding. The trained model A inputs a welding image and outputs the welding information of the welding image. As described above, the task of manually specifying areas in a welding image and adding welding information generally involves a high load and cost. Therefore, in this embodiment, a relatively small amount of training data A is used in the training process to generate the trained model A. In this embodiment, as data obtained during welding, data of a welding image that is easy to capture the characteristics of a welding phenomenon is used as a preferred example, but for example, acoustic data such as an arc sound, numerical data such as current and voltage may be used, or a combination of these data may be used.

学習済みモデルBは、溶接画像とその溶接画像の溶接情報の組み合わせと、その組み合わせに対する正否情報との対からなる学習データBを用いて学習が行われることで生成される学習済みモデルである。ここでの正否情報とは、詳細については後述するが、溶接画像とその溶接画像の溶接情報の組み合わせが、正しいか否かを示す情報である。したがって、学習済みモデルBは、溶接画像とその溶接画像の溶接情報の組み合わせを入力とし、その組み合わせが正しいか否かの結果を出力とする。 Trained model B is a trained model that is generated by training using training data B that consists of a combination of a welding image and the welding information of that welding image, and correct/incorrect information for that combination. The correct/incorrect information here is information that indicates whether or not the combination of a welding image and the welding information of that welding image is correct, as will be described in detail later. Thus, trained model B takes as input a combination of a welding image and the welding information of that welding image, and outputs a result indicating whether or not the combination is correct.

学習済みモデルCは、学習済みモデルAを用いて得られた溶接画像とその溶接情報の組み合わせのうち、学習済みモデルBにて正と判定された組み合わせからなる学習データCを用いて学習が行われることで生成される学習済みモデルである。つまり、学習済みモデルCと学習済みモデルAとは、入力される情報の種類と、出力される情報の種類とは同じであるが、学習データとして用いるデータが異なる。特に、学習済みモデルAの学習の際には、学習データの準備の手間やコストを踏まえた少量の学習データを用いる。一方、学習済みモデルCの学習の際には、学習済モデルAと学習済みモデルBを用いて出力した、精度が高く、かつ、人手によらない大量の学習データを用いる。 Trained model C is a trained model that is generated by training using training data C consisting of combinations of welding images and their welding information obtained using trained model A that are determined to be correct by trained model B. In other words, trained model C and trained model A have the same type of input information and the same type of output information, but use different data as training data. In particular, when training trained model A, a small amount of training data is used, taking into account the effort and cost of preparing the training data. On the other hand, when training trained model C, a large amount of highly accurate and unmanual training data output using trained model A and trained model B is used.

図6は、学習済みモデルAおよび学習済みモデルCの生成プロセス、すなわち、学習処理を概念的に説明する図である。本実施の形態における学習処理は、畳み込みニューラルネットワーク(CNN:Convolutional Neural Network)を用いて行われるものとし、複数の畳み込み層、複数のプーリング層、および複数の全結合層を含んでいる。なお、畳み込みニューラルネットワークの構成は上記に限定するものではなく、層数や構成が他の構成であってよい。 Figure 6 is a diagram conceptually explaining the generation process of trained model A and trained model C, i.e., the learning process. The learning process in this embodiment is performed using a convolutional neural network (CNN), which includes multiple convolutional layers, multiple pooling layers, and multiple fully connected layers. Note that the configuration of the convolutional neural network is not limited to the above, and the number of layers and the configuration may be different.

学習済みモデルAおよび学習済みモデルCのための学習処理において、学習モデルは、溶接画像を入力とし、溶接画像に現れる様々な特性を示す溶接情報を出力する。学習モデルに入力される溶接画像には、溶融池、溶接ワイヤ13、及びアークが含まれる。本実施の形態の場合、溶接条件の設定を変えた溶接を行い、各溶接の様子を撮像した溶接画像を用意する。本実施の形態における溶接条件には、例えば、溶接ワイヤ13の突出し長さ、画像データの明度(F値)、ワークWの形状、コンタクトチップの形状、溶接電流、アーク電圧、溶接速度、ウィービング条件、ワークWに対する溶接ワイヤ13の姿勢(溶接姿勢)がある。コンタクトチップの形状には、例えば、ストレートノズルとテーパーノズルがある。また、溶接姿勢を規定する情報には、例えば後退角、前進角、開先に対する溶接線のズレがある。 In the learning process for trained model A and trained model C, the learning model inputs a welding image and outputs welding information showing various characteristics that appear in the welding image. The welding image input to the learning model includes a molten pool, a welding wire 13, and an arc. In the case of this embodiment, welding is performed with different welding condition settings, and welding images are prepared by capturing images of each welding state. The welding conditions in this embodiment include, for example, the extension length of the welding wire 13, the brightness (F value) of the image data, the shape of the workpiece W, the shape of the contact tip, the welding current, the arc voltage, the welding speed, the weaving conditions, and the attitude (welding attitude) of the welding wire 13 relative to the workpiece W. The shape of the contact tip includes, for example, a straight nozzle and a tapered nozzle. In addition, the information that specifies the welding attitude includes, for example, the retreat angle, the advance angle, and the deviation of the welding line relative to the groove.

本実施の形態では、溶接情報として、溶接ワイヤ13の先端(以降、ワイヤ先端とも称する。)、アークの中心点(以降、アーク中心とも称する。)、溶融池の左右の先端の位置、溶融池の左右の端部の位置を使用する。学習済みモデルAを生成する際に教師データAとして用いる溶接情報の入力は、例えば、教示作業を支援する操作画面の指示に従い、オペレータが溶接画像上の特定の位置を指定することで行われる。 In this embodiment, the welding information used is the tip of the welding wire 13 (hereinafter also referred to as the wire tip), the center point of the arc (hereinafter also referred to as the arc center), the positions of the left and right tips of the molten pool, and the positions of the left and right ends of the molten pool. The welding information used as teaching data A when generating trained model A is input by the operator, for example, by following instructions on an operation screen that supports the teaching work and specifying a specific position on the welding image.

図7は、教示作業に用いる画面の一例を説明するための説明図である。図7に示す溶接画像には、溶融池15、溶接ワイヤ13、アーク16が含まれている。図7では、溶融池15を網掛けで示す。また、図8は、溶接により得られる溶接画像の具体例と、その溶接画像内の溶接情報の例を示す説明図である。ここでは説明を容易にするために、溶接画像上に、溶接情報にて示す座標に相当する位置を描画して示している。 Figure 7 is an explanatory diagram for explaining an example of a screen used for teaching work. The welding image shown in Figure 7 includes a molten pool 15, a welding wire 13, and an arc 16. In Figure 7, the molten pool 15 is shown shaded. Also, Figure 8 is an explanatory diagram showing a specific example of a welding image obtained by welding and an example of welding information within the welding image. Here, for ease of explanation, positions corresponding to the coordinates indicated in the welding information are drawn on the welding image.

本実施の形態の場合、学習済みモデルAの学習に用いられる教師データAを構成する溶接情報として、アーク中心の座標位置(ArcX,ArcY)、ワイヤ先端の座標位置(WireX,WireY)、溶融池先端左端の座標位置(Pool_Lead_Lx,Pool_Lead_Ly)、溶融池先端右端の座標位置(Pool_Lead_Rx,Pool_Lead_Ry)、溶融池左端の座標位置(Pool_Lx)、溶融池右端の座標位置(Pool_Rx)がオペレータにより教示される。溶接情報の入力は、画面上の特定の位置をオペレータが指示することで実行される。溶接ワイヤ13とアークの境界を与える座標は、ワイヤ先端の位置座標の一例である。また、溶融池先端左端、溶融池先端右端、溶融池左端、および溶融池右端は、溶融池15の挙動に関する情報の一例である。なお、溶融池左端と溶融池右端が分かると、溶融池15の幅を計算できる。 In this embodiment, the operator teaches the coordinate position of the arc center (ArcX, ArcY), the coordinate position of the wire tip (WireX, WireY), the coordinate position of the left end of the molten pool tip (Pool_Lead_Lx, Pool_Lead_Ly), the coordinate position of the right end of the molten pool tip (Pool_Lead_Rx, Pool_Lead_Ry), the coordinate position of the left end of the molten pool (Pool_Lx), and the coordinate position of the right end of the molten pool (Pool_Rx) as welding information constituting the teacher data A used for learning the learned model A. The operator inputs welding information by specifying a specific position on the screen. The coordinates that give the boundary between the welding wire 13 and the arc are an example of the position coordinates of the wire tip. In addition, the left end of the molten pool tip, the right end of the molten pool tip, the left end of the molten pool, and the right end of the molten pool are examples of information regarding the behavior of the molten pool 15. Furthermore, if the left and right ends of the molten pool are known, the width of the molten pool 15 can be calculated.

学習済みモデルAを生成するための学習処理においては、教師データAとして準備された溶接画像を入力とし、各種溶接情報を出力する。そして、出力された溶接情報と、教師データAとして準備された溶接情報とを比較し、その誤差を誤差関数により求め、フィードバックを行う。このフィードバックにより、学習モデルの各層の各種パラメータが調整され、学習が進む。この処理を、教師データAの数だけ繰り返すことで、学習済みモデルAが生成されることとなる。なお、学習済みモデルCを生成するための学習処理も、用いる教師データおよびそのデータ量が異なる点を除いて、基本的には学習済みモデルAと同様である。 In the learning process for generating trained model A, a welding image prepared as teacher data A is input, and various welding information is output. The output welding information is then compared with the welding information prepared as teacher data A, and the error is calculated using an error function and fed back. This feedback adjusts various parameters in each layer of the learning model, and learning progresses. This process is repeated the number of times as many times as the number of teacher data A, thereby generating trained model A. The learning process for generating trained model C is basically the same as trained model A, except that the teacher data used and the amount of data used are different.

学習済みモデルBを生成するための学習処理においては、学習済みモデルAや学習済みモデルCと同様、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いて行われるものとし、複数の畳み込み層、複数のプーリング層、および複数の全結合層を含む。学習済みモデルBのための学習処理において、学習モデルは、溶接画像と溶接情報の組み合わせを入力とし、正否情報を出力する。ここでの正否情報は、OKとNGの2分類とする。つまり、「OK」が出力された場合には、入力された溶接画像と溶接情報の組み合わせが正しいことを示す。一方、「NG」が出力された場合には、入力された溶接画像と溶接情報の組み合わせが正しくないことを示す。なお、正否情報は、2分類に限定するものではなく、その分類の確度に応じて3つ以上の分類を用いてもよい。 The learning process for generating trained model B is performed using a convolutional neural network (CNN) like trained model A and trained model C, and includes multiple convolution layers, multiple pooling layers, and multiple fully connected layers. In the learning process for trained model B, the learning model inputs a combination of welding images and welding information, and outputs correct/incorrect information. The correct/incorrect information here is classified into two categories: OK and NG. In other words, when "OK" is output, it indicates that the combination of the input welding images and welding information is correct. On the other hand, when "NG" is output, it indicates that the combination of the input welding images and welding information is incorrect. Note that the correct/incorrect information is not limited to two categories, and three or more categories may be used depending on the accuracy of the classification.

図9は、学習済みモデルBを生成するための学習処理において、教師データBとして用いられるデータを説明するための説明図である。なお、学習済みモデルBを生成するために用いられる教師データは、溶接画像と溶接情報の組み合わせに対して、例えば、人手にて正しいか否かのラベルを付与することで準備する。教師データ901は、NGとして扱うデータの例を示す。教師データ901に示す溶接画像とその溶接情報の組み合わせにおいて、セラミック継ぎ部を、溶融池先端上の位置として特定している例を示す。これは、溶接情報として示される座標位置に誤りがあることとなるため、この溶接画像と溶接情報との組み合わせは、「NG」としてラベル付けして教師データBとする。教師データ902に示す溶接画像とその溶接情報の組み合わせにおいて、溶融池先端上の位置は特定されていない。これは、溶融池先端上の位置はアーク光で見えていない状態であるため、特定されていないことが正しいこととなる。したがって、この溶接画像と溶接情報との組み合わせは、「OK」としてラベル付けして教師データBとする。 9 is an explanatory diagram for explaining data used as teacher data B in the learning process for generating the trained model B. The teacher data used to generate the trained model B is prepared by, for example, manually labeling the combination of the welding image and the welding information as correct or not. Teacher data 901 shows an example of data treated as NG. In the combination of the welding image and the welding information shown in the teacher data 901, a ceramic joint is identified as a position on the tip of the molten pool. Since this means that there is an error in the coordinate position shown as the welding information, this combination of the welding image and the welding information is labeled as "NG" and used as teacher data B. In the combination of the welding image and the welding information shown in the teacher data 902, the position on the tip of the molten pool is not identified. Since the position on the tip of the molten pool is not visible due to the arc light, it is correct that it is not identified. Therefore, this combination of the welding image and the welding information is labeled as "OK" and used as teacher data B.

[全体概要]
図10は、本実施形態に係る処理の全体概要を説明するための図である。本実施形態に係る処理は、学習フェーズと制御フェーズの2つに分けられる。学習フェーズは、3つの学習済みモデルを生成するフェーズであり、制御フェーズは、学習フェーズにて生成された学習済みモデルCを用いて実際の溶接制御を行うフェーズである。各フェーズの処理は、データ処理装置50のCPU511が、不揮発性記憶装置514等に格納された各種プログラムを読み出して実行することにより実現される。なお、後述する各学習処理の工程では更に、得られた学習済みモデルに対する検証処理やテスト処理が行われるような構成であってもよい。その場合には、各学習データには検証データやテストデータが含まれてよい。
[Overall Overview]
FIG. 10 is a diagram for explaining an overall outline of the process according to the present embodiment. The process according to the present embodiment is divided into two phases: a learning phase and a control phase. The learning phase is a phase in which three trained models are generated, and the control phase is a phase in which actual welding control is performed using the trained model C generated in the learning phase. The process of each phase is realized by the CPU 511 of the data processing device 50 reading and executing various programs stored in the non-volatile storage device 514 or the like. Note that, in each learning process step described later, a configuration may be adopted in which a verification process or a test process is further performed on the obtained trained model. In that case, each learning data may include verification data or test data.

まず、学習フェーズについて説明する。S1001にて、データ処理装置50は、予め用意された学習データAを用いて、学習済みモデルAを生成するための学習処理を行う。ここでの学習処理は、図6を用いて説明した通りである。また、本実施形態において、学習データAは、比較的少量のデータが人手により予め準備されているものとする。 First, the learning phase will be described. In S1001, the data processing device 50 performs a learning process to generate a trained model A using training data A prepared in advance. The learning process here is as described with reference to FIG. 6. In this embodiment, the training data A is a relatively small amount of data that has been prepared manually in advance.

S1002にて、データ処理装置50は、S1001にて生成された学習済みモデルAに対して、処理対象の溶接画像を入力することにより、その溶接画像に対する溶接情報を取得する。ここで入力される溶接画像の枚数は特に限定するものでは無いが、より精度の高い学習済みモデルCを生成するためにより多くの溶接画像が用いられることが望ましい。 In S1002, the data processing device 50 inputs the welding image to be processed to the trained model A generated in S1001, thereby acquiring welding information for the welding image. The number of welding images input here is not particularly limited, but it is desirable to use more welding images in order to generate a trained model C with higher accuracy.

S1003にて、データ処理装置50は、予め用意された学習データBを用いて、学習済みモデルBを生成するための学習処理を行う。ここでの学習処理は、図9等を用いて説明した通りである。なお、学習データBを準備する際には、S1002の処理にて得られた溶接画像と溶接情報との組み合わせを用いて、人手によるラベル付け、すなわち、「OK」または「NG」の付与を行うことで作成してもよい。 In S1003, the data processing device 50 performs a learning process to generate a trained model B using previously prepared learning data B. The learning process here is as described with reference to FIG. 9 and the like. When preparing the learning data B, it may be created by manually labeling, i.e., assigning "OK" or "NG", using a combination of the welding image and welding information obtained in the process of S1002.

S1004にて、データ処理装置50は、S1003にて生成された学習済みモデルBに対して、S1002にて出力された溶接画像と溶接情報との組み合わせを入力することにより、その組み合わせに対する正否情報を取得する。 In S1004, the data processing device 50 inputs the combination of the welding image and welding information output in S1002 to the trained model B generated in S1003, and obtains correct/incorrect information for the combination.

S1005にて、データ処理装置50は、S1004の処理結果として得られた正否情報に基づいて、溶接画像とその溶接情報の組み合わせの中から学習データCを抽出する。より具体的には、データ処理装置50は、正否情報にて正、すなわち、「OK」として判定されている溶接画像と溶接情報の組み合わせを抽出し、学習データCとして特定する。なお、図10の流れでは正否情報と、その正否情報に対応する組み合わせとが別個にS1005の処理に入力されているが、これに限定するものではない。例えば、S1004の処理の中で、学習済みモデルBの入力データである得られた溶接画像とその溶接情報の組み合わせと、出力データである正否情報とを対応付けて保持、管理し、そのデータをまとめてS1005の処理に出力するような構成であってもよい。 In S1005, the data processing device 50 extracts learning data C from the combination of the welding image and the welding information based on the correct/incorrect information obtained as a result of the processing in S1004. More specifically, the data processing device 50 extracts the combination of the welding image and the welding information that is determined to be correct, i.e., "OK", in the correct/incorrect information, and identifies it as learning data C. Note that in the flow of FIG. 10, the correct/incorrect information and the combination corresponding to the correct/incorrect information are input separately to the processing in S1005, but this is not limited to this. For example, in the processing in S1004, the combination of the obtained welding image and the welding information, which is the input data of the trained model B, and the correct/incorrect information, which is the output data, may be associated with each other, retained, and managed, and the data may be output collectively to the processing in S1005.

S1006にて、データ処理装置50は、S1005の処理の結果として特定された学習データCを用いて、学習済みモデルCを生成するための学習処理を行う。ここでの学習処理は、図6を用いて説明した通りである。ここでの学習済みモデルCは、既に生成されている学習済みモデルAをベースとして学習処理を行ってもよいし、学習済みモデルAとは全く別として学習処理を行ってもよい。また、本工程での学習処理に用いる学習データCには、S1001にて用いた学習データAを含めてもよい。 In S1006, the data processing device 50 performs a learning process to generate a trained model C using the training data C identified as a result of the process in S1005. The learning process here is as described with reference to FIG. 6. The trained model C here may be trained based on a trained model A that has already been generated, or may be trained completely separately from the trained model A. In addition, the training data C used in the learning process in this step may include the training data A used in S1001.

続いて、制御フェーズについて説明する。この制御フェーズでは、溶接ロボット10による実際の溶接が行われる。なお、本実施形態では、自動溶接制御として、溶接速度を主に制御するため、溶接ロボット10に制御信号を入力し、ロボットの動きを制御するが、溶接電流やアーク電圧を制御する場合は、溶接電源に制御信号を入力し、溶接電流やアーク電圧等の溶接条件を制御させてもよい。S1011にて、データ処理装置50は、学習フェーズにて生成された学習済みモデルCに対して、処理対象の溶接画像を入力することにより、その溶接画像に対する溶接情報を取得する。ここでの溶接画像は、溶接ロボット10がリアルタイムで動作している際に撮影される溶接画像に相当する。 Next, the control phase will be described. In this control phase, actual welding is performed by the welding robot 10. In this embodiment, the welding speed is mainly controlled as the automatic welding control, so a control signal is input to the welding robot 10 to control the robot's movement. However, when controlling the welding current or arc voltage, a control signal may be input to the welding power source to control the welding conditions such as the welding current and arc voltage. In S1011, the data processing device 50 inputs the welding image to be processed to the learned model C generated in the learning phase, thereby acquiring welding information for the welding image. The welding image here corresponds to a welding image captured while the welding robot 10 is operating in real time.

S1012にて、データ処理装置50は、S1011の処理にて得られた溶接情報を用いて、溶接ロボット10の制御を行い、溶接を行わせる。 In S1012, the data processing device 50 uses the welding information obtained in the processing of S1011 to control the welding robot 10 and cause it to perform welding.

(溶接制御)
以下、実際の溶接時における溶接システム1の溶接について説明する。本動作は、図10に示した制御フェーズにて行われる。アーク溶接を行う場合、オペレータは、ロボット制御装置20、電源装置30、及びデータ処理装置50を起動させる。ロボット制御装置20は溶接ロボット10の動きを制御し、電源装置30が、予め設定した溶接条件に従い、溶接を実行する。また、データ処理装置50は、視覚センサ40により撮像される溶接画像を取得し、学習済みモデルCを用いて、アーク溶接に関する溶接情報を逐次算出する。本実施形態では、上述したように、溶接情報として、ワイヤ先端の位置、アーク中心、溶融池先端右端および左端位置、および、溶融池右端および左端位置を用いる。
(Welding Control)
The welding of the welding system 1 during actual welding will be described below. This operation is performed in the control phase shown in FIG. 10. When performing arc welding, the operator starts the robot control device 20, the power supply device 30, and the data processing device 50. The robot control device 20 controls the movement of the welding robot 10, and the power supply device 30 performs welding according to preset welding conditions. The data processing device 50 also acquires welding images captured by the visual sensor 40, and sequentially calculates welding information related to arc welding using the trained model C. In this embodiment, as described above, the position of the wire tip, the arc center, the right and left end positions of the tip of the molten pool, and the right and left end positions of the molten pool are used as the welding information.

図11は、ロボット制御装置20及び電源装置30の処理動作を説明するフローチャートである。オペレータは、アーク溶接を開始する場合、ロボット制御装置20が備える教示ペンダント204を操作して、ロボット制御装置20に対して教示プログラム、各種設定値及び溶接開始指示を入力する。ここでの教示プログラムは、溶接ロボット10の動き等を規定する。 Figure 11 is a flowchart explaining the processing operations of the robot control device 20 and the power supply device 30. When starting arc welding, the operator operates the teaching pendant 204 provided on the robot control device 20 to input a teaching program, various setting values, and a welding start instruction to the robot control device 20. The teaching program here specifies the movement of the welding robot 10, etc.

S1101にて、ロボット制御装置20は、教示プログラム、各種設定値、および溶接開始指示を受け付ける。 At S1101, the robot control device 20 receives the teaching program, various setting values, and an instruction to start welding.

S1102にて、ロボット制御装置20は、電源装置30に対して、溶接開始(電圧を印可する)を指令する。 At S1102, the robot control device 20 commands the power supply device 30 to start welding (apply voltage).

S1103にて、電源装置30は、ロボット制御装置20からの溶接開始の指令を受信する。 At S1103, the power supply unit 30 receives a command to start welding from the robot control unit 20.

S1104にて、電源装置30は、内蔵されている不図示の電源回路を制御して電力を供することで、溶接を開始させる。これにより、溶接ワイヤ13(図1参照)とワークW(図1参照)との間に電圧が印加され、アークが発生する。 In S1104, the power supply device 30 controls a built-in power supply circuit (not shown) to supply power, thereby starting welding. This applies a voltage between the welding wire 13 (see FIG. 1) and the workpiece W (see FIG. 1), generating an arc.

S1105にて、ロボット制御装置20は、電源装置30または溶接ロボット10に制御信号を送信し、溶接制御を実行する。溶接制御は、自動溶接制御(S1120)、ウィービング動作の制御(S1121)、および溶接線倣い制御(S1122)を含む。自動溶接制御では、データ処理装置50が、自動的に溶接方向に溶接トーチ11を移動させながら、溶接速度、溶接電流又はアーク電圧の少なくとも一つを制御するための補正信号を溶接ロボット10または電源装置30に送信し、溶接ロボット10または電源装置30がその補正信号に従って溶接を実行する。なお、制御の容易性の観点から自動溶接制御において、溶接速度の制御を含むことが好ましく、本実施形態では溶接速度の制御のみを行っている。 At S1105, the robot control device 20 transmits a control signal to the power supply device 30 or the welding robot 10 to perform welding control. The welding control includes automatic welding control (S1120), weaving operation control (S1121), and weld line tracking control (S1122). In automatic welding control, the data processing device 50 automatically moves the welding torch 11 in the welding direction while transmitting a correction signal to the welding robot 10 or the power supply device 30 to control at least one of the welding speed, welding current, or arc voltage, and the welding robot 10 or the power supply device 30 performs welding according to the correction signal. From the viewpoint of ease of control, it is preferable that the automatic welding control includes welding speed control, and in this embodiment, only welding speed control is performed.

S1106にて、ロボット制御装置20は、溶接の停止が必要か否かを判定する。例えば、オペレータからの溶接停止の指示の受け付け、溶接ロボット10に設けられたセンサによる溶接終了位置の検出、又は、溶接異常の検出、又は、両方の検出があった場合に、溶接の停止が必要と判定してよい。溶接の停止が不要な場合(S1106にてNO)、ロボット制御装置20の処理はS1107へ進む。一方、溶接の停止が必要な場合(S1106にてYES)、ロボット制御装置20の処理はS1108へ進む。 In S1106, the robot controller 20 determines whether or not it is necessary to stop welding. For example, it may determine that it is necessary to stop welding when an instruction to stop welding is received from the operator, when the welding end position is detected by a sensor provided on the welding robot 10, or when a welding abnormality is detected, or when both are detected. If it is not necessary to stop welding (NO in S1106), the processing of the robot controller 20 proceeds to S1107. On the other hand, if it is necessary to stop welding (YES in S1106), the processing of the robot controller 20 proceeds to S1108.

S1107にて、ロボット制御装置20は、データ処理装置50から溶接情報を受信する。ここで受信される溶接情報は、データ処理装置50が学習済みモデルCを用いて出力した溶接情報である。本工程で受信する溶接情報の生成の詳細については、図12を用いて後述する。その後、S1105へ戻り、ロボット制御装置20は受信した溶接情報を用いて処理を繰り返す。 In S1107, the robot control device 20 receives welding information from the data processing device 50. The welding information received here is the welding information output by the data processing device 50 using the trained model C. Details of the generation of the welding information received in this process will be described later with reference to FIG. 12. After that, the process returns to S1105, and the robot control device 20 repeats the process using the received welding information.

S1108にて、ロボット制御装置20は、溶接制御を停止させる。 At S1108, the robot control device 20 stops the welding control.

S1109にて、ロボット制御装置20は、電源装置30に対して溶接停止を指令する。溶接の停止は、溶接電力の供給の停止により実現される。 At S1109, the robot control device 20 commands the power supply device 30 to stop welding. Welding is stopped by stopping the supply of welding power.

S1110にて、ロボット制御装置20は、データ処理装置50に対して溶接情報の生成停止を指令する。 At S1110, the robot control device 20 instructs the data processing device 50 to stop generating welding information.

S1111にて、電源装置30は、ロボット制御装置20から溶接停止の指令を受信する。 At S1111, the power supply unit 30 receives a command to stop welding from the robot control unit 20.

S1112にて、電源装置30は、不図示のCPUにより電源回路を制御して溶接を停止する。これにより、ロボット制御装置20及び電源装置30の動作が終了する。 At S1112, the power supply device 30 stops welding by controlling the power supply circuit via a CPU (not shown). This ends the operation of the robot control device 20 and the power supply device 30.

(溶接情報の生成処理)
図12を用いて、図11のS1107にてロボット制御装置20が受信する溶接情報の生成処理について説明する。図12は、データ処理装置50による溶接情報の生成処理と、溶接情報に基づいて溶接制御を実行し、各制御因子の補正信号を電源装置30に送信するまでを説明するフローチャートである。なお、制御因子とは、溶接条件を指し、例えば、溶接速度、溶接電流、アーク電圧、ウィービング動作、又は溶接線倣い等が挙げられる。
(Welding information generation process)
The process of generating the welding information received by the robot control device 20 in S1107 in Fig. 11 will be described with reference to Fig. 12. Fig. 12 is a flow chart for explaining the process of generating the welding information by the data processing device 50, executing welding control based on the welding information, and transmitting correction signals for each control factor to the power supply device 30. The control factors refer to welding conditions, such as the welding speed, welding current, arc voltage, weaving operation, and weld line tracking.

S1201にて、データ処理装置50は、自動溶接が実行されている間、視覚センサ40から溶接位置を撮像した溶接画像を受信する。 At S1201, the data processing device 50 receives a welding image of the welding position from the visual sensor 40 while automatic welding is being performed.

S1202にて、データ処理装置50は、受信した溶接画像を縮小し、濃淡画像に変換する。例えば、データ処理装置50は、溶接画像のサイズを120×100ピクセルに縮小する。ここでの画像処理は一例であり、他の処理が更に行われてもよいし、処理負荷等に応じて処理の一部が省略されてもよい。 In S1202, the data processing device 50 reduces the size of the received welding image and converts it into a grayscale image. For example, the data processing device 50 reduces the size of the welding image to 120 x 100 pixels. The image processing here is an example, and other processing may be performed further, or part of the processing may be omitted depending on the processing load, etc.

S1203にて、データ処理装置50は、縮小された溶接画像を、上述した学習フェーズにより生成された学習済みモデルCに入力し、その結果として出力される溶接情報を取得する。本実施形態では、学習済みモデルCからは、溶接情報として、アーク中心の座標位置(ArcX,ArcY)、ワイヤ先端の座標位置(WireX,WireY)、溶融池先端左端の座標位置(Pool_Lead_Lx,Pool_Lead_Ly)、溶融池先端右端の座標位置(Pool_Lead_Rx,Pool_Lead_Ry)、溶融池左端の座標位置(Pool_Lx)、溶融池右端の座標位置(Pool_Rx)が出力される。 At S1203, the data processing device 50 inputs the reduced welding image into the trained model C generated by the above-mentioned learning phase, and obtains the welding information output as a result. In this embodiment, the trained model C outputs the following welding information: the coordinate position of the arc center (ArcX, ArcY), the coordinate position of the wire tip (WireX, WireY), the coordinate position of the left end of the molten pool tip (Pool_Lead_Lx, Pool_Lead_Ly), the coordinate position of the right end of the molten pool tip (Pool_Lead_Rx, Pool_Lead_Ry), the coordinate position of the left end of the molten pool (Pool_Lx), and the coordinate position of the right end of the molten pool (Pool_Rx).

S1204にて、データ処理装置50は、取得された溶接情報に基づいて溶接制御を行い、各制御因子の補正信号を算出する。本実施形態の場合、補正信号として、溶接トーチ11の左右位置補正量ΔX、溶接トーチ11の速度補正量ΔV、ウィービング動作の幅(以下、「ウィービング幅」と称する)の設定値wが算出される。溶接トーチ11の左右位置補正量ΔXは、以下の式(1)により算出される。
PoolCenX=(Pool_Lx+Pool_Rx)/2
ΔX=PoolCenX-X0 (1)
ただし、X0は溶融池の中心の左右方向位置の基準値であり、予め設定された値である。算出された左右位置補正量ΔXは、溶融池像の中心PoolCenXがX0に一致させるように溶接トーチ11を左右方向に移動させるために用いられる。
In S1204, the data processing device 50 performs welding control based on the acquired welding information, and calculates correction signals for each control factor. In the case of this embodiment, the correction signals calculated are a left-right position correction amount ΔX of the welding torch 11, a speed correction amount ΔV of the welding torch 11, and a set value w of the width of the weaving operation (hereinafter referred to as "weaving width"). The left-right position correction amount ΔX of the welding torch 11 is calculated by the following formula (1).
PoolCenX=(Pool_Lx+Pool_Rx)/2
ΔX=PoolCenX−X0 (1)
Here, X0 is a reference value for the left-right position of the center of the molten pool, and is a preset value. The calculated left-right position correction amount ΔX is used to move the welding torch 11 left-right so that the center PoolCenX of the molten pool image coincides with X0.

速度補正量ΔVを算出する際は、まずΔLを以下の式(2)により算出する。
LeadY=(Pool_Lead_Ly+Pool_Lead_Ry)/2-ArcY
ΔL=LeadY-L0 (2)
ただし、L0は、溶融池先端位置とアーク中心の距離であり、最も品質がよい裏波ビードを形成できる値に予め設定される。LeadYも溶融池先端位置とアーク中心の距離である。ただし、LeadYは、溶接画像から抽出される画像特徴情報であるPool_Lead_Ly、Pool_Lead_Ry及びArcYを用いる式(2)により算出される。
When calculating the speed correction amount ΔV, first, ΔL is calculated by the following equation (2).
LeadY=(Pool_Lead_Ly+Pool_Lead_Ry)/2-ArcY
ΔL=LeadY-L0 (2)
Here, L0 is the distance between the tip of the molten pool and the center of the arc, and is preset to a value that can form the best quality back bead. LeadY is also the distance between the tip of the molten pool and the center of the arc. Here, LeadY is calculated by formula (2) using Pool_Lead_Ly, Pool_Lead_Ry, and ArcY, which are image feature information extracted from the welding image.

ΔLは、LeadYとL0との差分である。距離ΔLが算出されると、変換係数βを用いる以下の式(3)により速度補正量ΔVが算出される。
ΔV=ΔL×β (3)
ΔL is the difference between LeadY and L0. Once the distance ΔL is calculated, the speed correction amount ΔV is calculated by the following equation (3) using a conversion coefficient β.
ΔV=ΔL×β (3)

ウィービング幅の設定値wは、以下の式(4)又は(5)により算出される。
Leadw=Pool_Lead_Rx-Pool_Lead_Lx
IF Leadw<w0 THEN w=0 (4)
IF Leadw≧w0 THEN w=(Leadw-α) (5)
ただし、w0は開先のギャップ幅であり、ウィービングが必要となる最低限の値に予め設定される。
The set value w of the weaving width is calculated by the following formula (4) or (5).
Leadw=Pool_Lead_Rx-Pool_Lead_Lx
IF Leadw<w0 THEN w=0 (4)
IF Leadw≧w0 THEN w=(Leadw−α) (5)
Here, w0 is the gap width of the groove, and is preset to the minimum value at which weaving is required.

Leadwもギャップ幅を示しており、これは溶接画像から抽出された溶接情報の座標位置(Pool_Lead_Lx,Pool_Lead_Rx)のそれぞれが開先の左右位置に相当することから上記のようにして算出される値である。上記の式(4)より、ギャップ幅Leadwがw0未満である場合、ウィービング幅の設定値wは0となり、ウィービング動作は行われない。一方、上記の式(5)より、ギャップ幅Leadwがw0以上である場合、ウィービング幅の設定値wはギャップ幅Leadwよりαだけ小さい値とされる。なお、αは予め設定される値である。 Leadw also indicates the gap width, and is a value calculated as described above because the coordinate positions (Pool_Lead_Lx, Pool_Lead_Rx) of the welding information extracted from the welding image correspond to the left and right positions of the groove. According to the above formula (4), when the gap width Leadw is less than w0, the weaving width setting value w becomes 0, and no weaving operation is performed. On the other hand, according to the above formula (5), when the gap width Leadw is w0 or more, the weaving width setting value w is set to a value α smaller than the gap width Leadw. Note that α is a value that is set in advance.

なお、S1204の処理は、上述した学習済みモデルA~Cを生成する学習処理とは別の学習処理により学習済みモデルを生成し、これを用いて行ってもよい。例えば、溶接情報と溶接結果情報等を関連付けた情報を教師データとして用いて学習済みモデルを生成する。そして、溶接情報をこの学習済みモデルへ入力し、最適な溶接結果になるように、各制御因子の補正信号を出力するようにしてもよい。ここで溶接結果情報とは、溶接電流の波形データ、アーク電圧の波形データ、溶接時のアーク音データ、ビード形状データ、スパッタ発生データ、ヒューム発生データ、溶接欠陥データ等が挙げられ、これらデータの少なくとも一つを溶接結果情報として取り扱うことが好ましい。この場合の学習処理は、上述したような教師あり学習の他、強化学習による学習処理により実装されてもよい。 The process of S1204 may be performed by generating a trained model by a learning process separate from the learning process that generates trained models A to C described above. For example, a trained model may be generated using information that associates welding information with welding result information, etc., as teacher data. Then, the welding information may be input to this trained model, and correction signals for each control factor may be output to obtain optimal welding results. Here, welding result information may include welding current waveform data, arc voltage waveform data, arc sound data during welding, bead shape data, spatter generation data, fume generation data, welding defect data, etc., and it is preferable to treat at least one of these data as welding result information. In this case, the learning process may be implemented by a learning process using reinforcement learning, in addition to the supervised learning described above.

S1205にて、データ処理装置50は、ロボット制御装置20に、S1204にて算出した補正信号を送信する。 In S1205, the data processing device 50 transmits the correction signal calculated in S1204 to the robot control device 20.

S1206にて、データ処理装置50は、ロボット制御装置20から停止指令を受信したか否かを判定する。ここでの停止指令は、図11のS1110の処理にてロボット制御装置20から送信される溶接情報の生成停止の指令に相当する。停止指令を受信していない場合(S1206にてNO)、データ処理装置50の処理はS1201へ戻る。一方、停止指令を受信した場合(S1206にてYES)、本処理フローを終了する。 In S1206, the data processing device 50 determines whether or not a stop command has been received from the robot control device 20. The stop command here corresponds to the command to stop generating welding information sent from the robot control device 20 in the processing of S1110 in FIG. 11. If a stop command has not been received (NO in S1206), the processing of the data processing device 50 returns to S1201. On the other hand, if a stop command has been received (YES in S1206), this processing flow is terminated.

[検証]
本実施形態に係る手法を適用して動作検証を行った。以下、図面を用いて検証結果について説明する。本実施形態の検証において、まず、学習済みモデルAを生成するための教師データAとして、3700枚の溶接画像を用意し、人手で溶接情報を付与した。そして、その教師データAを用いて、学習処理により学習済みモデルAを生成した。続いて、学習済みモデルAに対して溶接画像を入力することで、その溶接画像の溶接情報を取得し、それらの組み合わせを17000個取得した。
[verification]
An operation verification was performed by applying the method according to the present embodiment. The verification results will be described below with reference to the drawings. In the verification of the present embodiment, first, 3700 welding images were prepared as training data A for generating a trained model A, and welding information was manually added to the training data A. Then, a trained model A was generated by a learning process using the training data A. Next, the welding images were input to the trained model A to obtain the welding information of the welding images, and 17000 combinations of these were obtained.

別途、学習済みモデルBを生成するための教師データBとして、溶接画像と溶接情報の組み合わせを用意し、その組み合わせの正否情報を付与した。本実施形態では、正否情報が「OK」の組み合わせを397個、正否情報が「NG」の組み合わせを274個用意し、それらの671個のデータを教師データBとした。そして、その教師データBを用いて、学習処理により学習済みモデルBを生成した。続いて、学習済みモデルBに対して、学習済みモデルAを用いることで取得された17000個の組み合わせそれぞれを入力することで、各組み合わせの正否情報を取得した。その結果に基づいて、「OK」、すなわち、正と判定された14400個の組み合わせを取得することができた。 Separately, combinations of welding images and welding information were prepared as training data B for generating trained model B, and correct/incorrect information for the combinations was added. In this embodiment, 397 combinations with correct/incorrect information of "OK" and 274 combinations with correct/incorrect information of "NG" were prepared, and these 671 pieces of data were used as training data B. Trained model B was then generated by a learning process using training data B. Next, the 17,000 combinations obtained by using trained model A were input to trained model B, and correct/incorrect information for each combination was obtained. Based on the results, 14,400 combinations judged to be "OK", i.e., correct, were obtained.

更に、学習済みモデルCを生成するための教師データCとして、学習済みモデルBにて正と判定された14400個の組み合わせと、学習済みモデルAを生成する際に用いた3700個の教師データAとを用いた。そして、これらの計18100個の教師データCを用いて学習処理を行うことで、学習済みモデルCを生成した。 Furthermore, as the training data C for generating the trained model C, the 14,400 combinations determined to be correct in the trained model B and the 3,700 training data A used when generating the trained model A were used. Then, the trained model C was generated by performing a learning process using this total of 18,100 training data C.

つまり、従来の学習方法であれば、実際の溶接制御の際に用いる学習済みモデルを生成するために18100個の教師データを人手で作成する必要がある。しかしながら、本実施形態の手法により、このような教師データを3700個用意すればよい。その結果、教師データの作成コストを80%も低減することができる。学習済みモデルの精度を更に向上させるために、より多くの教師データが必要な場合には、更にコストの低減が可能となる。 In other words, with conventional learning methods, 18,100 pieces of training data must be manually created to generate a trained model to be used in actual welding control. However, with the method of this embodiment, it is only necessary to prepare 3,700 pieces of such training data. As a result, the cost of creating training data can be reduced by as much as 80%. If more training data is required to further improve the accuracy of the trained model, further cost reductions are possible.

次に、本実施形態に係る溶接制御の精度改善例を説明する。図13は、開先ギャップ幅が3mmから10mmに連続的に変化するテーパ形状のワークにおける溶融池先端幅の認識結果を示す。溶融池先端幅は、溶融池先端上Y座標-溶融池先端下Y座標、すなわち、ギャップ幅に相当する特徴量である。図13において、縦軸は溶融池先端幅[mm]を示し、横軸は時間[s]の経過を示す。ここでは、溶接後半部である100秒~170秒に着目して示している。 Next, an example of improved accuracy of welding control according to this embodiment will be described. Figure 13 shows the recognition results of the molten pool tip width in a tapered workpiece in which the groove gap width changes continuously from 3 mm to 10 mm. The molten pool tip width is the Y coordinate above the molten pool tip minus the Y coordinate below the molten pool tip, that is, a feature value that corresponds to the gap width. In Figure 13, the vertical axis indicates the molten pool tip width [mm], and the horizontal axis indicates the passage of time [s]. Here, the focus is on the latter half of the welding, from 100 seconds to 170 seconds.

線1301は、本実施形態に係る学習手法にて生成した学習済みモデルCを用いて溶接を行った際の認識結果を示す。線1302は、従来の学習手法にて生成した学習済みモデル、すなわち、上述した学習済みモデルAに相当するモデルを用いて溶接を行った際の認識結果を示す。線1301、1302それぞれの周囲に示したハッチングは、各線の溶融池先端幅に対する変動幅、すなわち、バラツキを示す。従来の学習手法にて生成した学習済みモデルを用いた場合、線1302に示すように、縦軸にて示される溶融池先端幅のバラツキが大きくなっている。実際の溶接継手の開先幅がこのように変動することはあり得ないため、溶融池先端位置を正しく認識できず、認識精度が不安定となっていることが見て取れる。一方、本実施形態に係る学習手法にて生成した学習済みモデルCを用いた場合、線1301は、線1302と比較すると溶融池先端幅のバラツキが少なく、安定的に溶融池先端位置を認識している。 Line 1301 shows the recognition result when welding is performed using the trained model C generated by the learning method according to this embodiment. Line 1302 shows the recognition result when welding is performed using a trained model generated by a conventional learning method, i.e., a model equivalent to the trained model A described above. The hatching around each of the lines 1301 and 1302 indicates the variation range, i.e., the variation, of the molten pool tip width of each line. When the trained model generated by the conventional learning method is used, as shown by the line 1302, the variation in the molten pool tip width shown on the vertical axis is large. Since it is impossible for the groove width of an actual welded joint to vary in this way, it can be seen that the molten pool tip position cannot be correctly recognized and the recognition accuracy is unstable. On the other hand, when the trained model C generated by the learning method according to this embodiment is used, the line 1301 has less variation in the molten pool tip width compared to the line 1302, and the molten pool tip position is stably recognized.

また、170秒付近の溶接終了部のギャップ幅は約10mmが期待される。線1302を参照すると、従来の学習方法では、8.5mm程度を認識し、実際よりも狭く認識されている。一方、本実施形態に係る学習手法にて生成した学習済みモデルCを用いた場合、10.5mm程度を認識し、実際の溶融池先端幅に近い値で認識されている。上記を踏まえると、従来の学習手法に比べ、本実施形態に係る学習手法により生成された学習済みモデルを用いることで、安定的に、より精度が高い認識が可能となっている。 The gap width at the end of welding around 170 seconds is expected to be approximately 10 mm. Referring to line 1302, the conventional learning method recognizes the gap as approximately 8.5 mm, which is narrower than the actual width. On the other hand, when trained model C generated by the learning method according to this embodiment is used, the gap width is recognized as approximately 10.5 mm, which is closer to the actual width of the tip of the molten pool. In light of the above, the use of the trained model generated by the learning method according to this embodiment enables more stable and accurate recognition than the conventional learning method.

図14は、図13に示したグラフのうち、120秒および160秒付近の溶接画像において、人手による溶融池先端幅の値と、学習済みモデルによる溶融池先端幅の認識結果との誤差を示す図である。図14において、縦軸は溶融池先端幅の認識誤差[mm]を示す。従来の手法による学習済みモデルを用いた認識結果と人手による値との誤差は、1.4mm程度となっている。一方、本実施形態に係る学習済みモデルCを用いた認識結果と人手による値との誤差は、0.4mm程度となっており、従来手法よりも精度良く溶融池先端幅を認識できている。 Figure 14 is a diagram showing the error between the manual molten pool tip width value and the molten pool tip width recognition result using the trained model in the welding images around 120 seconds and 160 seconds in the graph shown in Figure 13. In Figure 14, the vertical axis shows the recognition error [mm] of the molten pool tip width. The error between the recognition result using the trained model according to the conventional method and the manual value is about 1.4 mm. On the other hand, the error between the recognition result using the trained model C according to this embodiment and the manual value is about 0.4 mm, which means that the molten pool tip width can be recognized more accurately than the conventional method.

図15は、本実施形態に係る学習手法により生成された学習済みモデルBの判定精度に関する混合行列である。学習済みモデルBは、正否情報として「OK」のラベルが付された溶接画像とその溶接情報の組み合わせを入力した場合、0.9、すなわち90%の比率で正しく「OK」であると判定した。また、学習済みモデルBは、正否情報として「NG」のラベルが付された溶接画像とその溶接情報の組み合わせを入力した場合、0.7、すなわち70%の比率で正しく「NG」であると判定した。すなわち、本例では、671個の比較的少ない教師データBを用いて、精度良く判定可能な学習済みモデルBが生成可能である。特に、学習済みモデルBを生成するための教師データBは、OK/NGの比較的簡易なラベル付与のみで準備が可能なため、その手間を抑制することができる。 Figure 15 is a confusion matrix regarding the judgment accuracy of the trained model B generated by the learning method according to this embodiment. When a combination of a welding image labeled "OK" as correct/incorrect information and the welding information is input, the trained model B correctly judges the welding image to be "OK" at a rate of 0.9, i.e., 90%. When a combination of a welding image labeled "NG" as correct/incorrect information and the welding information is input, the trained model B correctly judges the welding image to be "NG" at a rate of 0.7, i.e., 70%. That is, in this example, a trained model B capable of making judgments with high accuracy can be generated using a relatively small number of training data B, 671 pieces. In particular, the training data B for generating the trained model B can be prepared by simply labeling the welding image with OK/NG, which reduces the effort required.

以上のように、本実施形態により、溶接現場を想定した機械学習処理において用いられる学習データの正確さを考慮して、学習データを抽出することが可能な学習済みモデルを生成することが可能となる。特に、溶接画像と溶接情報との組み合わせが正しいか否かを判定して、適切な学習データを抽出することが可能となるため、人手による学習データの作成の負荷やコストを大幅に削減することができる。そして、その学習データを用いて生成された学習済みモデルを用いることで、より精度の高い溶接を実現することが可能となる。 As described above, this embodiment makes it possible to generate a trained model capable of extracting training data, taking into account the accuracy of training data used in machine learning processing assuming a welding site. In particular, it is possible to determine whether or not the combination of welding images and welding information is correct, and to extract appropriate training data, thereby significantly reducing the burden and cost of manually creating training data. Then, by using the trained model generated using that training data, it becomes possible to achieve more accurate welding.

<その他の実施形態>
上記の実施形態では、溶接画像を用いて学習処理を行う形態について説明した。しかしこの構成に限定するものではない。溶接により得られるデータとして溶接画像のほか、音声情報や数値情報を学習の際のデータとして含めてもよい。例えば、学習済みモデルAや学習済みモデルCを生成するための学習データに、溶接画像を取得した際の溶接ロボット10の制御パラメータを含めてもよい。制御パラメータとしては、例えば、溶接ロボット10の溶接姿勢、溶接条件、溶接材料、シールドガスの情報などが挙げられる。溶接姿勢としては、溶接トーチ11が上向き、下向き、横向きなどの情報が挙げられる。溶接条件としては、電流、電圧、溶接速度などが挙げられる。音声情報としては、アーク音などが挙げられる。また、学習済みモデルAや学習済みモデルCから出力される溶接情報は、図6等に示した溶接情報に限定するものではなく、溶接にて得られるデータとの相関関係がある他の特徴情報であってもよい。
<Other embodiments>
In the above embodiment, the learning process is performed using a welding image. However, the present invention is not limited to this configuration. In addition to the welding image, the data obtained by welding may include audio information and numerical information as data during learning. For example, the learning data for generating the trained model A and the trained model C may include the control parameters of the welding robot 10 when the welding image is acquired. Examples of the control parameters include information on the welding posture of the welding robot 10, welding conditions, welding materials, and shielding gas. Examples of the welding posture include information on whether the welding torch 11 is facing upward, downward, or sideways. Examples of the welding conditions include current, voltage, and welding speed. Examples of the audio information include arc sound. In addition, the welding information output from the trained model A and the trained model C is not limited to the welding information shown in FIG. 6 and the like, and may be other characteristic information that is correlated with the data obtained by welding.

また、上記の実施形態で説明した各学習済みモデルは、適時更新されてよい。つまり、一定量の溶接画像が蓄積された後、再度、学習済みモデルAや学習済みモデルBを用いて、学習データCを抽出し、学習済みモデルCを更新するような構成であってよい。本手法により、学習データCの生成コストは抑制されるため、学習済みモデルCの精度を上げるための再学習も容易となる。 In addition, each trained model described in the above embodiment may be updated as appropriate. In other words, after a certain amount of welding images has been accumulated, trained model A or trained model B may be used again to extract trained data C and update trained model C. This method reduces the cost of generating trained data C, making it easy to retrain trained model C to improve its accuracy.

また、上記の実施形態では、学習済みモデルBは、学習済みモデルAの出力結果に対して学習データを抽出する構成について説明した。この構成に限定するものではなく、学習済みモデルCの出力結果に対しても適用してもよい。この構成により、例えば、学習済みモデルCの再学習の際に適切な学習データCを選別することができる。より具体的な例としては、ここで選別されたデータを、学習済みモデルCの精度を算出するための検証データやテストデータとして用いるような構成であってもよい。 In the above embodiment, the trained model B is configured to extract training data from the output result of the trained model A. This is not limited to the configuration, and may also be applied to the output result of the trained model C. With this configuration, for example, it is possible to select appropriate training data C when re-training the trained model C. As a more specific example, the data selected here may be used as verification data or test data for calculating the accuracy of the trained model C.

本願発明において、上述した1以上の実施形態の機能を実現するためのプログラムやアプリケーションを、ネットワーク又は記憶媒体等を用いてシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。 The present invention can also be realized by providing a program or application for implementing the functions of one or more of the above-described embodiments to a system or device via a network or storage medium, and having one or more processors in the computer of the system or device read and execute the program.

また、1以上の機能を実現する回路によって実現してもよい。なお、1以上の機能を実現する回路としては、例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field Programmable Gate Array)が挙げられる。 It may also be realized by a circuit that realizes one or more functions. Examples of circuits that realize one or more functions include an ASIC (Application Specific Integrated Circuit) and an FPGA (Field Programmable Gate Array).

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせの正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する生成工程
を有することを特徴とする学習済みモデルの生成方法。
この構成によれば、溶接現場を想定した機械学習処理において用いられる学習データの正確さを考慮して、学習データを抽出することが可能となる。
As described above, the present specification discloses the following:
(1) A method for generating a trained model, comprising: a generation step of performing machine learning using a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data as input, and a classification of the combination as correct or incorrect as output, to generate a first trained model.
According to this configuration, it is possible to extract learning data taking into consideration the accuracy of the learning data used in machine learning processing assuming a welding site.

(2) 前記データは、溶接画像であり、
前記特徴情報は、前記溶接画像に含まれる要素を示す溶接情報である、
ことを特徴とする(1)に記載の学習済みモデルの生成方法。
この構成によれば、溶接画像とそれにて示される溶接情報を用いて、学習処理を行うことが可能である。
(2) the data is a welding image,
The feature information is welding information indicating elements included in the welding image.
A method for generating a trained model according to (1).
According to this configuration, it is possible to carry out learning processing using the welding image and the welding information indicated therein.

(3) 前記特徴情報は、溶接により生じる流動部、および、プラズマ気体部の少なくとも一方に係る情報であることを特徴とする(1)または(2)に記載の学習済みモデルの生成方法。
この構成によれば、流動部およびプラズマ気体部の少なくとも一方に係る情報を用いて、学習処理を行うことが可能である。
(3) The method for generating a trained model according to (1) or (2), wherein the feature information is information relating to at least one of a flow portion and a plasma gas portion generated by welding.
According to this configuration, it is possible to perform a learning process using information relating to at least one of the flow section and the plasma gas section.

(4) 前記流動部に係る特徴情報は、溶融池幅の両端の位置、および、溶融池先端の両端の位置を含み、
前記プラズマ気体部に係る特徴情報は、アークの中心位置を含む、
ことを特徴とする(3)に記載の学習済みモデルの生成方法。
この構成によれば、流動部およびプラズマ気体部の少なくとも一方に係る情報を用いて、学習処理を行うことが可能である。
(4) The characteristic information of the flow portion includes positions of both ends of a width of the molten pool and positions of both ends of a tip of the molten pool,
The characteristic information relating to the plasma gas portion includes a center position of the arc.
A method for generating a trained model according to (3).
According to this configuration, it is possible to perform a learning process using information relating to at least one of the flow section and the plasma gas section.

(5) 前記第1の学習済みモデルを生成のための教師データにおいて、
正としてラベル付けした組み合わせには、
少なくとも溶融池幅の両端の位置、溶融池先端の両端の位置、アークの中心位置、およびワイヤ先端位置を認識したデータ、もしくは、
溶融池幅の両端の位置、または、溶融池先端の両端の位置のうち、少なくとも一方がアーク光の影響により認識できないデータを含み、
否としてラベル付けした組み合わせには、溶融池先端の両端の位置を所定の部材の影響で誤認識したデータを含む、
ことを特徴とする(4)に記載の学習済みモデルの生成方法。
この構成によれば、溶接において実際の状況に対応して、第1の学習済みモデルの精度を向上させることができる。
(5) In the training data for generating the first trained model,
The combinations we label as positive include
Data identifying at least the positions of both ends of the molten pool width, the positions of both ends of the molten pool tip, the center position of the arc, and the position of the wire tip, or
The data includes data in which at least one of the positions of both ends of the molten pool width or the positions of both ends of the molten pool tip cannot be recognized due to the influence of the arc light,
The combinations labeled as "no" include data in which the positions of both ends of the molten pool were misidentified due to the influence of a certain material.
A method for generating a trained model according to (4).
With this configuration, the accuracy of the first trained model can be improved in response to actual conditions in welding.

(6) 前記第1の学習済みモデルにて正として分類された組み合わせを学習データとして用いて、溶接中に得られたデータを入力とし、当該データに対応する特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第2の学習済みモデルを生成する第2の生成工程を更に有する、
ことを特徴とする(1)~(5)のいずれかに記載の学習済みモデルの生成方法。
この構成によれば、第1の学習済みモデルを利用して、溶接ロボットを精度良く制御するための第2の学習済みモデルを生成することが可能となる。
(6) A second generation step of performing machine learning using the combination classified as positive in the first trained model as training data, with data obtained during welding as input, and feature information corresponding to the data as output, to generate a second trained model.
A method for generating a trained model according to any one of (1) to (5).
With this configuration, it is possible to use the first trained model to generate a second trained model for controlling the welding robot with high accuracy.

(7) 前記第1の学習済みモデルを用いて分類される組み合わせは、溶接中に得られたデータを入力とし、当該データから特定した特徴情報を出力として機械学習を行うことにより生成された第3の学習済みモデルを用いて生成される、
ことを特徴とする(1)~(6)のいずれかに記載の学習済みモデルの生成方法。
この構成によれば、人手を介することなく、第1の学習済みモデルを適用するデータを生成することが可能となる。
(7) The combination classified using the first trained model is generated using a third trained model generated by performing machine learning using data obtained during welding as input and feature information identified from the data as output.
A method for generating a trained model according to any one of (1) to (6).
With this configuration, it is possible to generate data to which the first trained model is applied without human intervention.

(8) 溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせの正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する第1の生成手段と、
前記第1の学習済みモデルにて正として分類された組み合わせを学習データとして用いて、溶接中に得られたデータを入力とし、当該データに対応する特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第2の学習済みモデルを生成する第2の生成手段と、
を有する、
ことを特徴とする学習装置。
この構成によれば、第1の学習済みモデルを生成し、更にこれを利用して、溶接ロボットを精度良く制御するための第2の学習済みモデルを生成することが可能となる。
(8) a first generation means for generating a first trained model by performing machine learning using a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data as an input and a classification of the combination as correct or incorrect as an output; and
A second generation means for generating a second trained model by performing machine learning using a combination classified as positive in the first trained model as training data, with data obtained during welding as input, and feature information corresponding to the data as output;
having
A learning device characterized by:
With this configuration, it is possible to generate a first trained model and then use this to generate a second trained model for controlling a welding robot with high accuracy.

(9) 溶接中に得られたデータを入力とし、当該データから特定した特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第3の学習済みモデルを生成する第3の生成手段を更に有し、
前記第3の学習済みモデルの入力と出力の組み合わせが、前記第1の学習済みモデルを用いて分類する対象であることを特徴とする(8)に記載の学習装置。
この構成によれば、人手を介することなく、第1の学習済みモデルを適用するデータを生成することが可能となる。
(9) Further comprising a third generation means for generating a third trained model by performing machine learning using data obtained during welding as an input and feature information identified from the data as an output,
The learning device described in (8), characterized in that a combination of input and output of the third trained model is a target to be classified using the first trained model.
With this configuration, it is possible to generate data to which the first trained model is applied without human intervention.

(10) 前記第3の学習済みモデルを生成するための教師データは、前記溶接動作における溶接姿勢、溶接条件、溶接材料、シールドガスの少なくとも一つの要素に対して異なる条件にて得られたデータを含むことを特徴とする(9)に記載の学習装置。
この構成によれば、様々な条件に対応した教師データを用いることで、第3の学習済みモデルを、比較的少ないデータ量で精度の高い学習を行わせることが可能となる。
(10) The learning device described in (9), wherein the training data for generating the third trained model includes data obtained under different conditions for at least one element of the welding posture, welding conditions, welding material, and shielding gas in the welding operation.
According to this configuration, by using training data corresponding to various conditions, it is possible to enable the third trained model to perform highly accurate training with a relatively small amount of data.

(11) 前記第2の学習済みモデルを生成するための教師データは、
溶接中に得られたデータと、当該データに人手により設定した特徴情報の組み合わせ、および、
前記第1の学習済みモデルにて否として分類された組み合わせに対し手動にて補正した組み合わせと
のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする(9)または(10)に記載の学習装置。
この構成によれば、人手による精度の高い教師データを含めることで、第2の学習済みモデルの精度を向上させることが可能となる。
(11) The training data for generating the second trained model includes:
A combination of data obtained during welding and characteristic information manually set on the data; and
The learning device according to (9) or (10), characterized in that it includes at least one of a combination classified as incorrect in the first trained model and a combination manually corrected.
According to this configuration, by including highly accurate manually prepared training data, it is possible to improve the accuracy of the second trained model.

(12) (8)~(11)のいずれかに記載の学習装置により生成された第1の学習済みモデルおよび第2の学習済みモデルを有する、制御装置であって、
溶接に係るデータを取得する取得手段と、
溶接ロボットまたは溶接電源の制御情報を出力する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記取得手段にて取得されたデータを前記第2の学習済みモデルに入力することにより出力される特徴情報、または、
前記取得手段にて取得されたデータと、当該データを前記第2の学習済みモデルに入力することにより出力される特徴情報との組み合わせを前記第1の学習済みモデルに入力し、正として分類された組み合わせの特徴情報
のいずれかに基づいて前記制御情報を出力することを特徴とする制御装置。
この構成によれば、精度の高い教師データを用いて学習が行われた学習済みモデルを用いて、精度良く溶接ロボットの制御を行うことが可能となる。
(12) A control device having a first trained model and a second trained model generated by the learning device according to any one of (8) to (11),
An acquisition means for acquiring data related to welding;
A control means for outputting control information for a welding robot or a welding power source;
having
The control means
Feature information output by inputting the data acquired by the acquisition means into the second trained model, or
A control device characterized in that a combination of data acquired by the acquisition means and feature information output by inputting the data into the second trained model is input into the first trained model, and the control information is output based on any of the feature information of the combination classified as positive.
With this configuration, it is possible to control the welding robot with high accuracy using a trained model that has been trained using highly accurate teacher data.

(13) 前記制御手段にて出力された制御情報と、当該制御情報に基づいて前記溶接ロボットまたは溶接電源を制御した結果として前記取得手段にて取得されたデータとを用いて、学習処理を行う学習手段を更に有し、
前記制御手段は更に、前記学習手段による学習処理の結果に基づいて、前記溶接ロボットまたは溶接電源の制御情報を出力することを特徴とする(12)に記載の制御装置。
この構成によれば、精度の高い教師データを用いて学習が行われた学習済みモデルを用いて、溶接ロボットまたは溶接電源の制御を行った後、更に学習処理を進めることで、より制御に係る精度を向上させることが可能となる。
(13) The welding robot control device further includes a learning means for performing a learning process using the control information output by the control means and the data acquired by the acquisition means as a result of controlling the welding robot or the welding power source based on the control information,
The control device according to (12) is further characterized in that the control means outputs control information for the welding robot or the welding power source based on the result of the learning process by the learning means.
According to this configuration, a learned model that has been trained using highly accurate teacher data is used to control a welding robot or welding power source, and then the learning process can be further carried out to further improve the accuracy of control.

(14) 前記制御情報は、前記溶接ロボットの溶接姿勢、溶接条件、シールドガスに対する制御量のうちの少なくとも一つであることを特徴とする(12)または(13)に記載の制御装置。
この構成によれば、溶接ロボットの溶接姿勢、溶接条件、シールドガスに対する制御量の精度を向上させることが可能となる。
(14) The control device according to (12) or (13), characterized in that the control information is at least one of a welding posture of the welding robot, welding conditions, and a control amount for a shielding gas.
According to this configuration, it is possible to improve the accuracy of the control amount for the welding posture of the welding robot, the welding conditions, and the shielding gas.

(15) (12)~(14)のいずれかに記載の制御装置と、
溶接ロボットと、
前記溶接ロボットの溶接を検出する検出手段と、
溶接電源と、
を有することを特徴とするシステム。
この構成によれば、精度の高い教師データを用いて学習が行われた学習済みモデルを用いて、精度良く溶接ロボットの制御を行うことが可能となる。
(15) A control device according to any one of (12) to (14),
A welding robot
A detection means for detecting welding by the welding robot;
A welding power source;
A system comprising:
According to this configuration, it is possible to control the welding robot with high accuracy using a trained model that has been trained using highly accurate teacher data.

溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせの正否の分類を出力として機械学習により生成された学習済みモデルであって、
コンピュータに、
溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせが入力された際に、前記組み合わせの正否の分類を出力するように機能させるための学習済みモデル。
この構成によれば、溶接現場を想定した機械学習処理において用いられる学習データの正確さを考慮して、学習データを抽出することが可能となる。
A trained model generated by machine learning using a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data as input and a classification of whether the combination is correct or incorrect as output,
On the computer,
A trained model that functions to output a classification of whether a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data is correct when the combination is input.
According to this configuration, it is possible to extract learning data taking into consideration the accuracy of the learning data used in machine learning processing assuming a welding site.

コンピュータを、
溶接中に得られたデータと、当該データから特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせの正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する第1の生成手段、
前記第1の学習済みモデルにて正として分類された組み合わせを学習データとして用いて、溶接中に得られたデータを入力とし、当該データに対応する特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第2の学習済みモデルを生成する第2の生成手段、
として機能させるためのプログラム。
この構成によれば、第1の学習済みモデルを生成し、更にこれを利用して、溶接ロボットを精度良く制御するための第2の学習済みモデルを生成することが可能となる。
Computer,
a first generation means for generating a first trained model by performing machine learning using a combination of data obtained during welding and feature information identified from the data as an input and a classification of whether the combination is correct or incorrect as an output;
a second generation means for performing machine learning using the combination classified as positive in the first trained model as training data, with data obtained during welding as input, and feature information corresponding to the data as output, to generate a second trained model;
A program to function as a
With this configuration, it is possible to generate a first trained model and then use this to generate a second trained model for controlling a welding robot with high accuracy.

1 溶接システム
10 溶接ロボット
11 溶接トーチ
12 ワイヤ送給装置
13 溶接ワイヤ
20 ロボット制御装置
30 電源装置
40 視覚センサ
50 データ処理装置
510 本体
511 CPU
512 ROM
513 RAM
514 不揮発性記憶装置
514A 学習プログラム
514B 学習済みモデル
514C 情報生成プログラム
514D 画像データ
515 入出力インタフェース
516 通信インタフェース
517 映像出力インタフェース
520 入力部
530 表示部
W ワーク
Reference Signs List 1 Welding system 10 Welding robot 11 Welding torch 12 Wire feeder 13 Welding wire 20 Robot control device 30 Power supply device 40 Visual sensor 50 Data processing device 510 Main body 511 CPU
512 ROM
513 RAM
514 Non-volatile storage device 514A Learning program 514B Learned model 514C Information generation program 514D Image data 515 Input/output interface 516 Communication interface 517 Video output interface 520 Input unit 530 Display unit W Work

Claims (9)

溶接中に得られた溶接画像と、当該溶接画像から特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせが正しいか否かを示す正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する第1の生成工程と、
前記第1の学習済みモデルにて正として分類された組み合わせを学習データとして用いて、前記溶接中に得られた溶接画像を入力とし、当該溶接画像に対応する前記特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第2の学習済みモデルを生成する第2の生成工程と、
を備えるとともに、
前記溶接中に得られた溶接画像を入力とし、当該溶接画像から特定した前記特徴情報を出力として機械学習を行うことにより生成された第3の学習済みモデルを用いて、前記第1の学習済みモデルを用いて分類される組み合わせを生成する第3の生成工程を備え、
前記特徴情報は、前記溶接画像に含まれる要素である、溶接により生じる流動部、および、プラズマ気体部の少なくとも一方に係る情報を示す溶接情報を含み、
前記流動部に係る前記溶接情報は、溶融池幅の両端の位置、および、溶融池先端の両端の位置を含み、前記プラズマ気体部に係る前記溶接情報は、アークの中心位置を含む、
ことを特徴とする学習済みモデルの生成方法。
a first generation step of performing machine learning using a combination of a welding image obtained during welding and feature information identified from the welding image as an input and a true/false classification indicating whether the combination is correct or not as an output to generate a first trained model ;
a second generation step of performing machine learning using the combination classified as positive in the first trained model as training data, a welding image obtained during the welding as an input, and the feature information corresponding to the welding image as an output to generate a second trained model;
In addition to providing
a third generation step of generating a combination to be classified using the first trained model by using a third trained model generated by performing machine learning using a welding image obtained during the welding as an input and the feature information identified from the welding image as an output;
the characteristic information includes welding information indicating information related to at least one of a flow portion generated by welding and a plasma gas portion, which are elements included in the welding image;
the welding information relating to the flow portion includes positions of both ends of a width of the molten pool and positions of both ends of a tip of the molten pool, and the welding information relating to the plasma gas portion includes a center position of an arc;
A method for generating a trained model.
前記第1の学習済みモデルを生成するための教師データにおいて、
正としてラベル付けした組み合わせには、
少なくとも溶融池幅の両端の位置、溶融池先端の両端の位置、アークの中心位置、およびワイヤ先端位置を認識したデータ、もしくは、
溶融池幅の両端の位置、または、溶融池先端の両端の位置のうち、少なくとも一方がアーク光の影響により認識できないデータを含み、
否としてラベル付けした組み合わせには、溶融池先端の両端の位置を所定の部材の影響で誤認識したデータを含む、
ことを特徴とする請求項に記載の学習済みモデルの生成方法。
In the training data for generating the first trained model,
The combinations we label as positive include
Data identifying at least the positions of both ends of the molten pool width, the positions of both ends of the molten pool tip, the center position of the arc, and the position of the wire tip, or
The data includes data in which at least one of the positions of both ends of the molten pool width or the positions of both ends of the molten pool tip cannot be recognized due to the influence of the arc light,
The combinations labeled as "no" include data in which the positions of both ends of the molten pool were misidentified due to the influence of a certain material.
The method for generating a trained model according to claim 1 .
溶接中に得られた溶接画像と、当該溶接画像から特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせが正しいか否かを示す正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する第1の生成手段と、
前記第1の学習済みモデルにて正として分類された組み合わせを学習データとして用いて、前記溶接中に得られた溶接画像を入力とし、当該溶接画像に対応する特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第2の学習済みモデルを生成する第2の生成手段と、
を有し、
溶接中に得られた溶接画像を入力とし、当該溶接画像から特定した特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第3の学習済みモデルを生成する第3の生成手段を更に有し、
前記第3の学習済みモデルの入力と出力の組み合わせが、前記第1の学習済みモデルを用いて分類する対象であり、
前記第3の学習済みモデルを生成する際の教師データは、前記溶接における溶接姿勢、溶接条件、溶接材料、シールドガスの少なくとも一つの要素に対して異なる条件にて得られたデータを含み、
前記特徴情報は、前記溶接画像に含まれる要素である、溶接により生じる流動部、および、プラズマ気体部の少なくとも一方に係る情報を示す溶接情報であり、
前記流動部に係る前記溶接情報は、溶融池幅の両端の位置、および、溶融池先端の両端の位置を含み、前記プラズマ気体部に係る前記溶接情報は、アークの中心位置を含む、ことを特徴とする学習装置。
a first generation means for performing machine learning using a combination of a welding image obtained during welding and feature information identified from the welding image as an input and a classification of correct or incorrect indicating whether the combination is correct or not as an output to generate a first trained model;
a second generation means for performing machine learning using a combination classified as positive in the first trained model as training data, a welding image obtained during the welding as an input, and feature information corresponding to the welding image as an output to generate a second trained model;
having
A third generation means for generating a third trained model by performing machine learning using a welding image obtained during welding as an input and feature information identified from the welding image as an output,
A combination of inputs and outputs of the third trained model is an object to be classified using the first trained model,
The training data for generating the third trained model includes data obtained under different conditions for at least one element of a welding posture, a welding condition, a welding material, and a shielding gas in the welding,
the characteristic information is welding information indicating information related to at least one of a flow portion and a plasma gas portion generated by welding, which are elements included in the welding image;
A learning device characterized in that the welding information related to the flow portion includes the positions of both ends of the molten pool width and the positions of both ends of the molten pool tip, and the welding information related to the plasma gas portion includes the center position of the arc .
前記第2の学習済みモデルを生成するための教師データは、
溶接中に得られたデータと、当該データに人手により設定した特徴情報の組み合わせ、および、
前記第1の学習済みモデルにて否として分類された組み合わせに対し手動にて補正した組み合わせと
のうちの少なくとも一方を含むことを特徴とする請求項に記載の学習装置。
The training data for generating the second trained model includes:
A combination of data obtained during welding and characteristic information manually set on the data; and
The learning device according to claim 3 , further comprising at least one of a combination classified as incorrect in the first trained model and a combination manually corrected.
請求項3または4に記載の学習装置により生成された第1の学習済みモデルおよび第2の学習済みモデルを有する、制御装置であって、
溶接に係るデータを取得する取得手段と、
溶接ロボットまたは溶接電源の制御情報を出力する制御手段と、
を有し、
前記制御手段は、
前記取得手段にて取得されたデータを前記第2の学習済みモデルに入力することにより出力される特徴情報、または、
前記取得手段にて取得されたデータと、当該データを前記第2の学習済みモデルに入力することにより出力される特徴情報との組み合わせを前記第1の学習済みモデルに入力し、正として分類された組み合わせの特徴情報、
のいずれかに基づいて前記制御情報を出力することを特徴とする制御装置。
A control device having a first trained model and a second trained model generated by the learning device according to claim 3 or 4,
An acquisition means for acquiring data related to welding;
A control means for outputting control information for a welding robot or a welding power source;
having
The control means
Feature information output by inputting the data acquired by the acquisition means into the second trained model, or
inputting a combination of the data acquired by the acquisition means and feature information output by inputting the data into the second trained model into the first trained model, and obtaining feature information of the combination classified as positive;
The control device outputs the control information based on any one of the above.
前記制御手段にて出力された制御情報と、当該制御情報に基づいて前記溶接ロボットまたは溶接電源を制御した結果として前記取得手段にて取得されたデータとを用いて、学習処理を行う学習手段を更に有し、
前記制御手段は更に、前記学習手段による学習処理の結果に基づいて、前記溶接ロボットまたは溶接電源の制御情報を出力することを特徴とする請求項に記載の制御装置。
a learning means for performing a learning process using the control information output by the control means and the data acquired by the acquisition means as a result of controlling the welding robot or the welding power source based on the control information;
6. The control device according to claim 5 , wherein the control means further outputs control information for the welding robot or the welding power source based on a result of the learning process performed by the learning means.
前記制御情報は、前記溶接ロボットの溶接姿勢、溶接条件、シールドガスに対する制御量のうちの少なくとも一つであることを特徴とする請求項またはに記載の制御装置。 7. The control device according to claim 5 , wherein the control information is at least one of a welding posture of the welding robot, welding conditions, and a control amount for a shielding gas. 請求項のいずれか一項に記載の制御装置と、
溶接ロボットと、
前記溶接ロボットの溶接を検出する検出手段と、
溶接電源と、
を有することを特徴とするシステム。
A control device according to any one of claims 5 to 7 ;
A welding robot
A detection means for detecting welding by the welding robot;
A welding power source;
A system comprising:
コンピュータに学習済みモデルを生成させるためのプログラムであって、
コンピュータを、
溶接中に得られた溶接画像と、当該溶接画像から特定される特徴情報との組み合わせを入力とし、前記組み合わせが正しいか否かを示す正否の分類を出力として機械学習を行うことにより第1の学習済みモデルを生成する第1の生成手段、
前記第1の学習済みモデルにて正として分類された組み合わせを学習データとして用いて、前記溶接中に得られた溶接画像を入力とし、当該溶接画像に対応する前記特徴情報を出力として機械学習を行うことにより第2の学習済みモデルを生成する第2の生成手段、
前記溶接中に得られた溶接画像を入力とし、当該溶接画像から特定した前記特徴情報を出力として機械学習を行うことにより生成された第3の学習済みモデルを用いて、前記第1の学習済みモデルを用いて分類される組み合わせを生成する第3の生成手段、
として機能させ、
前記特徴情報は、前記溶接画像に含まれる要素である、溶接により生じる流動部、および、プラズマ気体部の少なくとも一方に係る情報を示す溶接情報を含み、
前記流動部に係る前記溶接情報は、溶融池幅の両端の位置、および、溶融池先端の両端の位置を含み、前記プラズマ気体部に係る前記溶接情報は、アークの中心位置を含む、
ことを特徴とするプログラム。
A program for causing a computer to generate a trained model,
Computer,
a first generation means for performing machine learning using a combination of a welding image obtained during welding and feature information identified from the welding image as an input and a true/false classification indicating whether the combination is correct or not as an output to generate a first trained model;
a second generation means for performing machine learning using a combination classified as positive in the first trained model as training data, a welding image obtained during the welding as an input, and the feature information corresponding to the welding image as an output, thereby generating a second trained model;
a third generation means for generating a combination to be classified using the first trained model by using a third trained model generated by performing machine learning using a welding image obtained during the welding as an input and the feature information identified from the welding image as an output;
Function as a
the characteristic information includes welding information indicating information related to at least one of a flow portion generated by welding and a plasma gas portion, which are elements included in the welding image;
the welding information relating to the flow portion includes positions of both ends of a width of the molten pool and positions of both ends of a tip of the molten pool, and the welding information relating to the plasma gas portion includes a center position of an arc;
A program characterized by:
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