JP7764265B2 - Learning device, nozzle maintenance device, welding control device and welding device - Google Patents
Learning device, nozzle maintenance device, welding control device and welding deviceInfo
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Description
本発明は、学習装置、ノズルメンテナンス装置、溶接制御装置及び溶接装置に関する。 The present invention relates to a learning device, a nozzle maintenance device, a welding control device, and a welding device.
積層造形又は溶接の多層盛り等のビードの積層を連続かつ長時間行う作業においては、溶接トーチのノズルにスパッタが蓄積する。そのため、溶接作業の途中でノズルの交換が必要となる場面が生じ得る。ビードの品質を保つ観点では、スパッタ付着量が少ない状態を維持することが望ましいが、付着したスパッタを除去する作業又はノズルを交換する作業は、ビードの形成を一時的に停止することになる。例えば、ノズルの清掃回数が適切量より少なくなるとスパッタ付着量が過多となり、シールドガスが十分に供給できなくなる可能性がある。一方、清掃回数が適切量より多くなると清掃に要する時間が多くなり、造形効率が低下する。そのため、生産性の面からは可能な限り除去作業及び交換作業を減らしたい要望がある。このようなスパッタの蓄積に関しては、特にスパッタ堆積量を予測して適切なタイミングでノズル清掃又はノズル交換を行えるよう、予め計画しておくことが望ましい。 In operations involving continuous, long-term bead deposition, such as additive manufacturing or multi-layer welding, spatter accumulates on the welding torch nozzle. This can make it necessary to replace the nozzle midway through the welding process. While maintaining low spatter deposition is desirable from the perspective of maintaining bead quality, removing the deposited spatter or replacing the nozzle temporarily halts bead formation. For example, if the nozzle is cleaned less frequently than appropriate, excessive spatter deposition may occur, potentially preventing an adequate supply of shielding gas. On the other hand, if the nozzle is cleaned more frequently than appropriate, the time required for cleaning increases, reducing manufacturing efficiency. Therefore, from a productivity perspective, there is a desire to minimize removal and replacement work. It is advisable to plan ahead for this spatter accumulation, particularly by predicting the amount of spatter accumulation and appropriately timing nozzle cleaning or nozzle replacement.
上記のような溶接トーチのノズル詰まりを検出する技術が特許文献1に開示されている。特許文献1においては、トーチ内のガス供給路内のガス流量を検出して、そのガス流量の程度から、スパッタによるノズルの閉塞具合を判断している。 Patent Document 1 discloses a technology for detecting nozzle clogging in welding torches such as the one described above. In this technology, the gas flow rate in the gas supply passage within the torch is detected, and the extent of nozzle clogging due to spatter is determined from the level of that gas flow rate.
しかしながら、特許文献1の技術は、ガス供給路の閉塞時の特徴を捉えるものであるため、スパッタの堆積程度を定量的に評価できるものではない。そのため、ビードに生じる品質低下の予兆を検知するような使い方は難しい。また、スパッタ付着量の大小は、溶接条件、例えば、溶接速度、溶加材の送給速度、ノズルの先端からビード形成位置までの距離(チップ-ワーク間距離)、トーチ角、運棒方法(ウィービング等)といった多くのパラメータに依存した複雑な現象に基づくため、一般に付着量を予測することは困難である。 However, because the technology in Patent Document 1 is designed to capture the characteristics of blocked gas supply passages, it is not capable of quantitatively evaluating the level of spatter accumulation. This makes it difficult to use it to detect signs of quality degradation in the bead. Furthermore, the amount of spatter deposition is based on a complex phenomenon that depends on many parameters, such as welding conditions, for example, welding speed, filler metal feed rate, distance from the nozzle tip to the bead formation position (tip-to-work distance), torch angle, and rod operation method (weaving, etc.), so it is generally difficult to predict the amount of deposition.
そこで本発明は、予測が困難なスパッタの堆積量を、特定の溶接条件とスパッタ蓄積量の計測値とを機械学習した予測モデルを用いることで正確な予測を可能にし、形成されるビードの品質を維持できる学習装置、ノズルメンテナンス装置、溶接制御装置及び溶接装置を提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a learning device, nozzle maintenance device, welding control device, and welding device that enables accurate prediction of difficult-to-predict spatter accumulation amounts by using a prediction model that uses machine learning of specific welding conditions and measured values of spatter accumulation amounts, thereby maintaining the quality of the formed bead.
本発明は下記の構成からなる。
(1) 溶接トーチの先端で溶加材を溶融及び凝固させてビードを形成する際に前記溶接トーチのノズルに堆積するスパッタ堆積量を予測する予測モデルを、機械学習により生成する学習装置であって、
所望の形状の造形物を造形するための造形計画から、前記溶接トーチの移動パスと、少なくとも溶接速度、前記溶接トーチに供給する前記溶加材の送給速度、前記ノズルの先端から前記ビードの形成位置までの距離を含む溶接条件との情報であるビード形成情報を抽出する情報抽出部と、
前記ビードを形成した際に前記溶接トーチのノズルに堆積されるスパッタ堆積量を計測する堆積量計測部と、
前記ビード形成情報と前記スパッタ堆積量との関係を機械学習して、形成する前記ビードに対応する前記スパッタ堆積量の関係を表す前記予測モデルを生成するモデル生成部と、
を備える学習装置。
(2) (1)に記載の学習装置と、
前記造形計画の情報を受け付ける計画受付部と、
受け付けた前記造形計画の情報から前記ビード形成情報を抽出し、抽出した前記ビード形成情報を前記予測モデルに入力して、前記スパッタ堆積量の推定値を前記予測モデルから求める堆積量推定部と、
前記スパッタ堆積量の推定値が予め定めた基準値を超えたかを判定する判定部と、
前記推定値が前記基準値を超えたと判定された場合に、前記造形計画を変更する計画変更部と、
を備えるノズルメンテナンス支援装置。
(3) (2)に記載のノズルメンテナンス支援装置と、
変更した前記造形計画に基づいてアーク溶接を実行する制御信号を出力する制御部と、
を備える溶接制御装置。
(4) (3)に記載の溶接制御装置と、
アーク溶接を行う溶接ロボットと、
前記溶接トーチのノズルの清掃又はノズル交換を行うノズルステーションと、
を備える溶接装置。
The present invention comprises the following configurations.
(1) A learning device that generates, by machine learning, a prediction model for predicting an amount of spatter that accumulates on a nozzle of a welding torch when a filler metal is melted and solidified at the tip of the welding torch to form a bead, the learning device comprising:
an information extraction unit that extracts, from a molding plan for molding an object having a desired shape, bead formation information, which is information on a movement path of the welding torch and welding conditions including at least a welding speed, a feed rate of the filler metal supplied to the welding torch, and a distance from a tip of the nozzle to a formation position of the bead;
an accumulation amount measuring unit that measures an accumulation amount of spatter accumulated on the nozzle of the welding torch when the bead is formed;
a model generation unit that performs machine learning on the relationship between the bead formation information and the sputter deposition amount to generate the prediction model that represents the relationship between the bead formation information and the sputter deposition amount corresponding to the bead to be formed;
A learning device comprising:
(2) The learning device according to (1),
a plan receiving unit that receives information about the modeling plan;
a deposition amount estimation unit that extracts the bead formation information from the received information of the manufacturing plan, inputs the extracted bead formation information into the prediction model, and calculates an estimated value of the sputter deposition amount from the prediction model;
a determination unit that determines whether the estimated value of the sputter deposition amount exceeds a predetermined reference value;
a plan change unit that changes the shaping plan when it is determined that the estimated value exceeds the reference value;
A nozzle maintenance support device comprising:
(3) The nozzle maintenance support device according to (2),
a control unit that outputs a control signal for executing arc welding based on the changed modeling plan;
A welding control device comprising:
(4) The welding control device according to (3),
a welding robot that performs arc welding;
a nozzle station for cleaning or replacing the nozzle of the welding torch;
A welding device comprising:
本発明によれば、予測が困難なスパッタの堆積量を、特定の溶接条件とスパッタ蓄積量の計測値とを機械学習した予測モデルを用いることで、正確な予測を可能にし、形成されるビードの品質を維持できる。 According to the present invention, the amount of spatter accumulation, which is difficult to predict, can be accurately predicted by using a prediction model that uses machine learning of specific welding conditions and measured values of spatter accumulation, thereby maintaining the quality of the formed bead.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。ここでは、溶接トーチを保持した溶接ロボットを用いて、溶接トーチに供給した溶加材を溶融及び凝固させ、母材上にビードを形成する積層造形に本発明を適用した構成を例に説明するが、本発明はこれに限らず、隅肉溶接、突き合わせ溶接、開先内多層盛り等の一般的な溶接にも適用できる。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings. Here, we will explain an example of a configuration in which the present invention is applied to additive manufacturing, in which a welding robot holding a welding torch is used to melt and solidify a filler material supplied to the welding torch to form a bead on a base material. However, the present invention is not limited to this, and can also be applied to general welding such as fillet welding, butt welding, and multi-layer welding within a groove.
<溶接装置の構成>
図1は、造形物を製造する溶接装置の全体構成図である。
溶接装置100は、造形部11と、造形部11を制御する制御部13と、ノズルメンテナンス支援装置15とを備える。制御部13とノズルメンテナンス支援装置15は、一体となって溶接制御装置16として機能する。
<Configuration of welding equipment>
FIG. 1 is a diagram showing the overall configuration of a welding apparatus for manufacturing a shaped object.
The welding apparatus 100 includes a manufacturing unit 11, a control unit 13 that controls the manufacturing unit 11, and a nozzle maintenance support device 15. The control unit 13 and the nozzle maintenance support device 15 function together as a welding control device 16.
造形部11は、先端軸に溶接トーチ17を有する溶接ロボット19と、溶接ロボット19を駆動するロボット駆動部21と、溶接トーチ17へ溶加材(溶接ワイヤ)Mを供給する溶加材供給部23と、溶接トーチ17に溶接電流及び溶接電圧を供給する溶接電源部25と、溶接トーチ17が有するシールドノズル(ノズル)のノズル清掃及びノズル交換を行うノズルステーション27と、ビードBが形成される溶接部位を撮像する撮像部29とを備える。 The manufacturing unit 11 includes a welding robot 19 having a welding torch 17 on its tip shaft, a robot drive unit 21 that drives the welding robot 19, a filler material supply unit 23 that supplies filler material (welding wire) M to the welding torch 17, a welding power supply unit 25 that supplies welding current and welding voltage to the welding torch 17, a nozzle station 27 that cleans and replaces the shield nozzle (nozzle) of the welding torch 17, and an imaging unit 29 that images the welded area where the bead B is formed.
(造形部)
溶接ロボット19は、多関節ロボットであり、ロボットアームの先端軸に取り付けた溶接トーチ17の先端には溶加材Mが支持される。溶接トーチ17の位置や姿勢は、ロボット駆動部21からの指令により、ロボットアームの自由度の範囲で3次元的に任意に設定可能になっている。図示はしないが、ロボットアームの先端軸には、溶接トーチ17をウィービング動作させるウィービング機構が設けられていてもよい。
(Modeling Department)
Welding robot 19 is an articulated robot, and a filler material M is supported at the tip of welding torch 17 attached to the tip shaft of the robot arm. The position and posture of welding torch 17 can be set arbitrarily in three dimensions within the range of the degrees of freedom of the robot arm by commands from robot driver 21. Although not shown, a weaving mechanism for weaving welding torch 17 may be provided at the tip shaft of the robot arm.
溶接トーチ17は、不図示のノズルからシールドガスが供給されるガスメタルアーク溶接用のトーチである。アーク溶接法としては、被覆アーク溶接や炭酸ガスアーク溶接等の消耗電極式、TIG溶接やプラズマアーク溶接等の非消耗電極式のいずれであってもよく、作製する積層造形物に応じて適宜選定される。 Welding torch 17 is a torch for gas metal arc welding, to which shielding gas is supplied from a nozzle (not shown). The arc welding method may be either a consumable electrode type such as shielded metal arc welding or carbon dioxide gas arc welding, or a non-consumable electrode type such as TIG welding or plasma arc welding, and is selected appropriately depending on the additive manufacturing object to be produced.
例えば、消耗電極式の場合、ノズルの内部にはコンタクトチップが配置され、溶接電流が給電される溶加材Mがコンタクトチップに保持される。溶接トーチ17は、溶加材Mを保持しつつ、シールドガス雰囲気で溶加材Mの先端からアークを発生する。 For example, in the case of a consumable electrode type, a contact tip is placed inside the nozzle, and the filler material M, to which the welding current is supplied, is held by the contact tip. While holding the filler material M, the welding torch 17 generates an arc from the tip of the filler material M in a shielding gas atmosphere.
溶加材供給部23は、溶加材Mが巻回されたリール23aを備える。溶加材Mは、溶加材供給部23からロボットアーム等に取り付けられた繰り出し機構に送られ、必要に応じて繰り出し機構により正逆送給されながら溶接トーチ17へ送給される。 The filler material supply unit 23 is equipped with a reel 23a around which filler material M is wound. The filler material M is sent from the filler material supply unit 23 to a feeding mechanism attached to a robot arm or the like, and is fed to the welding torch 17 while being fed forward and backward by the feeding mechanism as needed.
溶加材Mとしては、あらゆる市販の溶接ワイヤを用いることができる。例えば、軟鋼,高張力鋼及び低温用鋼用のマグ溶接及びミグ溶接ソリッドワイヤ(JIS Z 3312)、軟鋼,高張力鋼及び低温用鋼用アーク溶接フラックス入りワイヤ(JIS Z 3313)等で規定される溶接ワイヤが利用可能である。さらに、アルミニウム、アルミニウム合金、ニッケル、ニッケル基合金等の溶加材Mを、求められる特性に応じて使用できる。 Any commercially available welding wire can be used as the filler metal M. For example, welding wires specified in MAG welding and MIG welding solid wire for mild steel, high-tensile steel, and low-temperature steel (JIS Z 3312), arc welding flux-cored wire for mild steel, high-tensile steel, and low-temperature steel (JIS Z 3313), etc. can be used. Furthermore, filler metals M such as aluminum, aluminum alloys, nickel, and nickel-based alloys can be used depending on the desired characteristics.
ロボット駆動部21は、溶接ロボット19を駆動して溶接トーチ17を移動させる。また、溶接トーチ17の移動とともに、連続供給される溶加材Mが溶接電源部25からの溶接電流及び溶接電圧によって溶融させられる。 The robot driver 21 drives the welding robot 19 to move the welding torch 17. As the welding torch 17 moves, the continuously supplied filler material M is melted by the welding current and welding voltage from the welding power source 25.
つまり、溶接ロボット19は、アークを発生させつつワイヤ状の溶加材Mを溶融及び凝固させる溶接トーチ17をアーム先端に保持したマニピュレータである。このマニピュレータの駆動によって溶接トーチ17を移動させながら、溶接トーチ17に連続送給される溶加材Mをアークにより溶融及び凝固させ、母材であるベースプレートBP上に溶加材Mの溶融凝固体であるビードBを形成する。 In other words, the welding robot 19 is a manipulator that holds a welding torch 17 at the tip of its arm, which generates an arc while melting and solidifying a wire-shaped filler metal M. While the welding torch 17 is moved by driving this manipulator, the filler metal M, which is continuously fed to the welding torch 17, is melted and solidified by the arc, forming a bead B, which is a molten solidified body of the filler metal M, on the base plate BP, which is the base material.
撮像部29は、溶接トーチ17又は溶接トーチ17よりも根元側のマニピュレータに取り付けられたカメラにより構成され、溶接トーチ17の先端部に発生するアーク及び溶融池を含む溶接部位を撮像する。撮像部29は、一般的な光学カメラである以外に、赤外線を検出センサ等の他のセンサを使用するか併用する構成であってもよい。撮像により得られる画像情報は、静止画情報であってもよく動画情報であってもよい。また、撮像部29は、溶接トーチ17とは別体に支持されていてもよい。 The imaging unit 29 is composed of a camera attached to the welding torch 17 or to a manipulator closer to the base of the welding torch 17, and captures images of the welding area, including the arc and molten pool generated at the tip of the welding torch 17. The imaging unit 29 may be a general optical camera, or may be configured to use other sensors, such as an infrared detection sensor, or a combination of these. The image information obtained by imaging may be still image information or video information. The imaging unit 29 may also be supported separately from the welding torch 17.
ノズルステーション27は、溶接トーチ17のノズルを洗浄又は交換する。溶接ロボット19の駆動により、溶接トーチ17をノズルステーション27の位置に移動させ、溶接トーチ17に取り付けられたノズルからスパッタ堆積物を除去したり、新しいノズルに交換したりする。 The nozzle station 27 cleans or replaces the nozzle of the welding torch 17. The welding robot 19 drives the welding torch 17 to move it to the position of the nozzle station 27, where spatter deposits are removed from the nozzle attached to the welding torch 17 or replaced with a new nozzle.
(制御部)
制御部13は、図示は省略するが、入出力インターフェース部と、演算部と、記憶部とを含んで構成されるコンピュータデバイスである。入出力インターフェース部には、溶接ロボット19、ロボット駆動部21、溶接電源部25、溶加材供給部23及びノズルメンテナンス支援装置15等が接続される。演算部は、CPU、MPU等のプロセッサとROM,RAM等のメモリにより構成される。記憶部は、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等のドライブ装置を有し、CD、DVD、各種メモリーカード等の各種の記憶媒体が含まれていてもよい。記憶部は、後述する駆動プログラム等の各種の情報が記憶されるとともに、各種情報の入出力が可能となっている。制御部13には、作製しようとする造形物に応じた造形プログラムが、上記した各種の記憶媒体、又はネットワーク等の通信線を介して入力される。造形プログラムは、ビードBを形成するビード形成軌道(溶接トーチ17の移動パス)と、そのビードを形成する溶接条件とを定めた造形計画に基づいて作成され、多数の命令コードにより構成される。
(Control unit)
The control unit 13 is a computer device including an input/output interface, a calculation unit, and a memory unit (not shown). The input/output interface unit is connected to the welding robot 19, the robot driver 21, the welding power supply 25, the filler metal supply unit 23, the nozzle maintenance support device 15, and the like. The calculation unit includes a processor such as a CPU or an MPU and memories such as a ROM or a RAM. The memory unit has a drive device such as a hard disk or a solid-state drive (SSD), and may include various storage media such as CDs, DVDs, and various memory cards. The memory unit stores various information, such as a driving program (described below), and is capable of inputting and outputting various information. A molding program corresponding to the object to be manufactured is input to the control unit 13 via the various storage media or a communication line such as a network. The molding program is created based on a molding plan that defines the bead formation trajectory (the movement path of the welding torch 17) for forming the bead B and the welding conditions for forming the bead, and is composed of numerous command codes.
制御部13は、記憶部に記憶された造形プログラムを実行して、溶接ロボット19、溶加材供給部23及び溶接電源部25等の各部を駆動し、造形プログラムに応じたビードBを形成する。つまり、制御部13は、ロボット駆動部21により溶接ロボット19を駆動させて、造形プログラムに設定された移動パスに沿って溶接トーチ17を移動させるとともに、設定された溶接条件に応じて溶加材供給部23及び溶接電源部25を制御して、溶接トーチ17の先端の溶加材Mをアークによって溶融、凝固させる。このように、造形プログラムに基づいてビードBを順次に積層することで、所望の3次元形状の造形物31が造形される。 The control unit 13 executes the manufacturing program stored in the memory unit, driving each unit, such as the welding robot 19, filler material supply unit 23, and welding power supply unit 25, to form a bead B according to the manufacturing program. In other words, the control unit 13 causes the robot drive unit 21 to drive the welding robot 19, moving the welding torch 17 along the movement path set in the manufacturing program, and controls the filler material supply unit 23 and welding power supply unit 25 according to the set welding conditions to melt and solidify the filler material M at the tip of the welding torch 17 by an arc. In this way, by sequentially stacking beads B based on the manufacturing program, a desired three-dimensional object 31 is manufactured.
ノズルメンテナンス支援装置15は、制御部13と同様のコンピュータデバイスで構成される。ノズルメンテナンス支援装置15は、制御部13が実行する造形プログラム(造形計画)を、溶接トーチ17のノズルに付着するスパッタの堆積量に応じて変更する機能を有する。 The nozzle maintenance support device 15 is composed of a computer device similar to the control unit 13. The nozzle maintenance support device 15 has the function of changing the molding program (molding plan) executed by the control unit 13 in accordance with the amount of spatter deposited on the nozzle of the welding torch 17.
(ノズルメンテナンス支援装置)
図2は、ノズルメンテナンス支援装置15の機能ブロック図である。
ノズルメンテナンス支援装置15は、学習装置33と、計画受付部35と、堆積量推定部37と、判定部39と、計画変更部41とを備える。
学習装置33は、溶接トーチ17の先端で溶加材Mを溶融及び凝固させてビードBを形成する溶接時に、溶接トーチ17の先端で飛散するスパッタが溶接トーチ17のノズルに堆積するスパッタ堆積量を予測するための予測モデルMLを、機械学習により生成する。この予測モデルMLについての詳細は後述する。
(Nozzle maintenance support device)
FIG. 2 is a functional block diagram of the nozzle maintenance support device 15.
The nozzle maintenance support device 15 includes a learning device 33 , a plan receiving unit 35 , an accumulation amount estimating unit 37 , a determining unit 39 , and a plan changing unit 41 .
During welding, in which filler metal M is melted and solidified at the tip of welding torch 17 to form bead B, learning device 33 generates, by machine learning, a prediction model ML for predicting the amount of spatter scattered at the tip of welding torch 17 and deposited on the nozzle of welding torch 17. Details of this prediction model ML will be described later.
計画受付部35は、前述した造形プログラム等の形態で造形計画の情報を受け付ける。堆積量推定部37は、受け付けた造形計画の情報から、溶接トーチ17の移動パスと、少なくとも溶接速度、溶接トーチ17に供給する溶加材Mの送給速度、ノズルの先端からビード形成位置までの距離(チップ-ワーク間距離)を含む溶接条件との情報であるビード形成情報を抽出する。そして、抽出したビード形成情報を、学習装置33により生成された予測モデルMLに入力して、そのビード形成情報に応じたスパッタ堆積量の推定値を予測モデルMLから求める。 The plan receiving unit 35 receives information about the forming plan in the form of the above-mentioned forming program, etc. The deposition amount estimation unit 37 extracts bead formation information from the received forming plan information, which is information about the movement path of the welding torch 17 and welding conditions including at least the welding speed, the feed rate of the filler metal M supplied to the welding torch 17, and the distance from the nozzle tip to the bead formation position (tip-to-work distance). The extracted bead formation information is then input into a prediction model ML generated by the learning device 33, and an estimated value for the spatter deposition amount corresponding to the bead formation information is obtained from the prediction model ML.
判定部39は、堆積量推定部37により求めたスパッタ堆積量の推定値が、予め定めた基準値を超えたかを判定する。計画変更部41は、推定値が基準値を超えたと判定された場合に、造形計画を変更する。推定値が基準値以下である場合は造形計画の変更は行わない。入力された造形計画又は変更後の造形計画、即ち、造形プログラムは、図1の制御部13に出力されて制御部13により実行される。 The determination unit 39 determines whether the estimated value of the sputter deposition amount obtained by the deposition amount estimation unit 37 exceeds a predetermined reference value. The plan modification unit 41 modifies the modeling plan if it is determined that the estimated value exceeds the reference value. If the estimated value is equal to or less than the reference value, the modeling plan is not modified. The input modeling plan or the modified modeling plan, i.e., the modeling program, is output to the control unit 13 in Figure 1 and executed by the control unit 13.
予測モデルMLは、上記したビード形成情報が入力されると、その入力に応じたスパッタ堆積量の推定値が出力される。この予測モデルMLは、学習装置33が次に示す機械学習を実施することにより生成される。 When the above-mentioned bead formation information is input, the prediction model ML outputs an estimated value of the sputter deposition amount according to the input. This prediction model ML is generated by the learning device 33 performing the following machine learning.
学習装置33は、図2に示すように、情報抽出部43と、堆積量計測部45と、モデル生成部47とを備える。学習装置33は、入力された造形計画に応じてビードを形成し、ノズルに堆積したノズル堆積量を計測して、その計測結果を造形計画に対応させて機械学習する。この機械学習によって予測モデルMLが生成される。 As shown in Figure 2, the learning device 33 includes an information extraction unit 43, a deposition amount measurement unit 45, and a model generation unit 47. The learning device 33 forms a bead according to the input modeling plan, measures the nozzle deposition amount deposited on the nozzle, and performs machine learning on the measurement results in accordance with the modeling plan. A prediction model ML is generated through this machine learning.
<予測モデルの生成手順>
図3は、予測モデルMLの生成手順を示すフローチャートである。
まず、これから造形しようとする造形物の造形計画を、所定のアルゴリズムに従って作成する。例えば、CADデータにより入力される造形物の形状を所定の方法でスライスしたスライスデータを生成し、得られたスライスデータに応じて、ビードの形成順序、積層位置、溶接条件を定めた造形計画を作成する。造形計画の作成に関しては、従来公知の方法で行うことができる。
<Procedure for generating a prediction model>
FIG. 3 is a flowchart showing the procedure for generating the prediction model ML.
First, a molding plan for the object to be molded is created according to a predetermined algorithm. For example, slice data is generated by slicing the shape of the object input using CAD data using a predetermined method, and a molding plan is created that defines the bead formation sequence, layering positions, and welding conditions based on the obtained slice data. The molding plan can be created using a conventionally known method.
作成した造形計画(造形プログラム)の情報を、情報抽出部43に入力する(S11)。情報抽出部43は、入力された造形プログラムの情報から、ビードBを形成するビード形成軌道(移動パス)と、そのビードを形成する溶接条件とを含むビード形成情報を抽出する(S12)。 The information on the created molding plan (molding program) is input to the information extraction unit 43 (S11). The information extraction unit 43 extracts bead formation information from the input molding program information, including the bead formation trajectory (movement path) for forming bead B and the welding conditions for forming the bead (S12).
また、堆積量計測部45は、ビードの形成前に、溶接トーチ17のノズルの初期重量を計測する(S13)。例えば、溶接トーチ17からノズルを取り出して、ノズルの重量を電子天秤等の計測器により計測する。この計測結果をW1とする。そして、学習装置33は、入力された造形プログラムに基づいて、前述した造形部11(図1)を駆動させるための制御信号を制御部13に出力し、所定条件の下でビードを形成する溶接処理を実行させる(S14)。 Furthermore, before forming the bead, the deposition amount measurement unit 45 measures the initial weight of the nozzle of the welding torch 17 (S13). For example, the nozzle is removed from the welding torch 17, and the weight of the nozzle is measured using a measuring device such as an electronic balance. This measurement result is designated as W1. Then, based on the inputted forming program, the learning device 33 outputs a control signal to the control unit 13 for driving the aforementioned forming unit 11 (Figure 1), and executes a welding process to form a bead under predetermined conditions (S14).
このときのビードの形成により、溶接トーチ17のノズルにはスパッタが付着する。つまり、造形プログラムの実行によりビードが形成されるに従って、ノズルへのスパッタ堆積量が増加する。そして、ビード形成後に溶接トーチ17からノズルを取り外し、堆積量計測部45が、初期重量の計測と同様にノズルの重量を計測する(S15)。この計測結果をW2とする。 As the bead is formed at this time, spatter adheres to the nozzle of the welding torch 17. In other words, as the bead is formed by executing the molding program, the amount of spatter deposited on the nozzle increases. After the bead is formed, the nozzle is removed from the welding torch 17, and the deposition amount measuring unit 45 measures the weight of the nozzle in the same way as measuring the initial weight (S15). This measurement result is designated as W2.
モデル生成部47は、得られた計測結果から、ノズルに付着したスパッタのスパッタ堆積量(W2-W1)を算出する(S16)。そして、得られたスパッタ堆積量の値と、そのビードを形成したビード形成情報とを対応付けする機械学習を行う(S17)。このビードの形成と機械学習とを繰り返し(S18)、最終的にモデル生成部47は、ビード形成情報とスパッタ堆積量との対応関係を表す予測モデルMLを生成する(S19)。 The model generation unit 47 calculates the sputter deposition amount (W2 - W1) of the sputter adhering to the nozzle from the obtained measurement results (S16). Then, machine learning is performed to associate the obtained sputter deposition amount value with the bead formation information that formed that bead (S17). This bead formation and machine learning are repeated (S18), and finally, the model generation unit 47 generates a prediction model ML that represents the correspondence between the bead formation information and the sputter deposition amount (S19).
予測モデルMLを生成するための機械学習の方法としては、例えば、決定木、線形回帰、ランダムフォレスト、サポートベクターマシン、ガウス過程回帰、ニューラルネットワーク等の方法が挙げられる。なお、予測モデルMLは、溶加材の種類ごとに複数生成してもよい。一つの予測モデルに集約する場合は、学習データに溶加材の成分の一部又は全部の情報を加えて学習させてもよい。 Machine learning methods for generating a prediction model ML include, for example, decision trees, linear regression, random forests, support vector machines, Gaussian process regression, and neural networks. Multiple prediction models ML may be generated for each type of filler metal. When consolidating them into a single prediction model, information on some or all of the components of the filler metal may be added to the training data for training.
上記のモデル生成手順の場合、予め作成された造形計画に基づいてビードを形成した結果から学習するため、必要な情報が効率よく得られ、予測モデルMLによる予測精度が向上しやすくなる。また、上記した造形計画によらずに予測モデルMLを生成してもよい。例えば、適宜な時間又は距離等の条件の下でビードを形成し、上記と同様にビード形成中に生じたスパッタ堆積量を計測して、ビード形成情報とスパッタ堆積量とを対応付けした予測モデルMLを生成することであってもよい。この場合、任意の条件で学習が可能となり、汎用的に対応できる予測モデルMLを生成しやすくなる。 In the case of the above model generation procedure, learning is performed from the results of forming a bead based on a pre-created molding plan, so the necessary information can be obtained efficiently, making it easier to improve the prediction accuracy of the prediction model ML. It is also possible to generate a prediction model ML without using the above-mentioned molding plan. For example, a bead can be formed under appropriate conditions such as time or distance, and the amount of spatter deposition generated during bead formation can be measured in the same manner as above, and a prediction model ML that associates bead formation information with the amount of spatter deposition can be generated. In this case, learning can be performed under any conditions, making it easier to generate a prediction model ML that can be used for general purposes.
機械学習に用いる学習データとしては、少なくともビードを形成する際の溶接条件、及びスパッタ堆積量に関する情報であればよい。具体的な溶接条件としては、溶接電源の溶接モード(定電圧溶接モード、パルス溶接モード等)、溶加材の送給速度、溶接速度、溶接電流、溶接電圧、チップ-ワーク間距離、ウィービングの有無、ウィービング条件、トーチ角、アークON時間、アークON/OFF回数、等のパラメータが挙げられる。いずれのパラメータにおいても、その増減によってスパッタの発生状況が変化する。 The learning data used for machine learning should at least include information about the welding conditions when forming the bead and the amount of spatter accumulation. Specific welding conditions include parameters such as the welding mode of the welding power source (constant voltage welding mode, pulse welding mode, etc.), filler metal feed rate, welding speed, welding current, welding voltage, tip-to-work distance, whether or not weaving is used, weaving conditions, torch angle, arc-on time, and number of arc-on/off cycles. The occurrence of spatter changes depending on the increase or decrease of any of these parameters.
一方、スパッタ堆積量は、堆積したスパッタの重量でもよいが、アークの周囲で飛散するスパッタを撮像した画像情報から特徴量を検出した値であってもよい。
図4A,図4Bは、溶接時における溶接トーチ17の先端の様子を示す説明図である。図4A,図4Bに示すように、溶接トーチ17の先端から生じるスパッタを画像処理等により抽出し、これにより得られる画像内でのスパッタの抽出量(例えば、画像面積、スパッタの飛散方向等)に応じた値を学習データに採用してもよい。さらに、ビード形成時のスパッタ飛散の様子の動画像を定量評価して、これを学習データに採用してもよい。これによれば、スパッタ堆積中の途中経過を学習に反映できる。
On the other hand, the amount of deposited spatter may be the weight of deposited spatter, or may be a value obtained by detecting a characteristic amount from image information obtained by capturing an image of spatter scattering around the arc.
4A and 4B are explanatory diagrams showing the state of the tip of the welding torch 17 during welding. As shown in FIGS. 4A and 4B, spatter generated from the tip of the welding torch 17 may be extracted by image processing or the like, and a value corresponding to the amount of spatter extracted in the resulting image (e.g., image area, spatter scattering direction, etc.) may be used as learning data. Furthermore, a moving image of the state of spatter scattering during bead formation may be quantitatively evaluated and used as learning data. This allows the progress of spatter deposition to be reflected in the learning.
また、図4Aに示すように、溶接トーチ17がワーク表面の法線方向に向いている場合は、スパッタが溶融池から均等に放射状で飛散する。しかし、図4Bに示すように、溶接トーチ17がワーク表面の法線方向から傾斜している場合は、スパッタが溶接トーチ17から離れた方向に飛散する傾向がある。そのため、溶接トーチ17のトーチ角に応じてノズルへのスパッタ堆積量に差が生じる。これを利用して、トーチ角に対応してスパッタ堆積量を補正する処理を加えてもよい。また、スパッタを定量評価する際に、スパッタが際立つように予め画像処理を施してもよく、溶接トーチ17の向きとスパッタの飛散方向の関係を強調するためにトーチ輪郭を強調する等の処理を施してもよい。これにより、スパッタの飛散方向とトーチの向きを学習に反映でき、スパッタ堆積量の正確な予測がしやすくなる。つまり、トーチ角を学習することで、スパッタの堆積しやすい角度や堆積しにくい角度の関係も予測に反映できる。 Furthermore, as shown in Figure 4A, when the welding torch 17 is oriented normal to the workpiece surface, spatter scatters uniformly radially from the molten pool. However, as shown in Figure 4B, when the welding torch 17 is tilted from the normal to the workpiece surface, spatter tends to scatter away from the welding torch 17. Therefore, the amount of spatter deposited on the nozzle varies depending on the torch angle of the welding torch 17. Taking advantage of this, processing can be added to correct the amount of spatter deposited according to the torch angle. Furthermore, when quantitatively evaluating spatter, image processing can be performed in advance to make the spatter stand out, or processing such as enhancing the torch outline can be performed to emphasize the relationship between the orientation of the welding torch 17 and the spatter scattering direction. This allows the spatter scattering direction and the torch orientation to be reflected in the learning, making it easier to accurately predict the amount of spatter deposition. In other words, by learning the torch angle, the relationship between angles at which spatter deposition is favorable and unfavorable can also be reflected in the prediction.
<スパッタ堆積量の推定と造形計画の変更>
次に、ノズルメンテナンス支援装置15が、生成した予測モデルMLを用いてスパッタ堆積量を予測して、造形プログラムを変更する手順を説明する。
図5は、造形プログラムの変更手順を示すフローチャートである。
まず、これから造形しようとする造形物の造形計画(造形プログラム)の情報を、計画受付部35に入力する(S21)。造形プログラムの情報は、図1に示す制御部13が入力してもよく、操作者が入力することでもよい。計画受付部35は、受け付けた造形プログラムの情報を堆積量推定部37に出力する。
<Estimation of spatter deposition amount and changes to the modeling plan>
Next, a procedure in which the nozzle maintenance support device 15 predicts the sputter deposition amount using the generated prediction model ML and changes the modeling program will be described.
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure for changing the modeling program.
First, information on a modeling plan (modeling program) for a model to be modeled is input to the plan receiving unit 35 (S21). The information on the modeling program may be input by the control unit 13 shown in Fig. 1 or may be input by an operator. The plan receiving unit 35 outputs the information on the modeling program that has been received to the deposition amount estimation unit 37.
堆積量推定部37は、前述した情報抽出部43と同様に、入力された造形プログラムから複数の移動パスと、各移動パスの溶接条件を含むビード形成情報を抽出する(S22)。そして、抽出したビード形成情報を、生成された予測モデルMLに入力して、ビード形成情報に対応するスパッタ堆積量の推定値を予測モデルMLから求める(S23)。 Similar to the information extraction unit 43 described above, the deposition amount estimation unit 37 extracts bead formation information including multiple movement paths and welding conditions for each movement path from the input molding program (S22). The extracted bead formation information is then input into the generated prediction model ML, and an estimated value for the sputter deposition amount corresponding to the bead formation information is obtained from the prediction model ML (S23).
推定されたスパッタ堆積量の推定値の情報は、堆積量推定部37から判定部39に出力される。判定部39では、スパッタ堆積量の推定値が予め定めた基準値を超えたかを判定する(S24)。推定値が基準値を超えた場合には、計画変更部41が造形プログラムを変更する(S25)。 Information about the estimated sputter deposition amount is output from the deposition amount estimation unit 37 to the determination unit 39. The determination unit 39 determines whether the estimated sputter deposition amount exceeds a predetermined reference value (S24). If the estimated value exceeds the reference value, the plan modification unit 41 modifies the molding program (S25).
図6は、造形プログラムの変更内容の一例を示す説明図である。
計画変更部41による造形プログラムの具体的な変更内容を、例えば図6に示すように、時系列的に移動パスPAのビード形成、移動パスPBのビード形成、・・・移動パスPGのビード形成、移動パスPHのビード形成の各命令コードが存在する場合を例に説明する。ここでは、堆積量推定部37により求めたスパッタ堆積量の推定値が、移動パスPGのビード形成後に基準値を超えると判定部39によって判定されたとする。その場合、計画変更部41は、移動パスPGのビード形成後にノズルを清掃するための工程(プログラム)を造形プログラムに追加する。つまり、造形プログラムにおける移動パスPGと移動パスPHとの間に、ノズルの清掃を行うためのプログラムを追加する。ここで追加するノズル清掃プログラムは、予め用意されたプログラムであり、上記以外の他のタイミングで追加する場合も、同一のプログラムをそのまま使用できる。また、ノズル清掃プログラムに代えて、溶接トーチに装着されたノズルを新しいノズルに交換するノズル交換プログラムにしてもよい。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an example of changes to the modeling program.
The specific changes to the shaping program by the plan modification unit 41 will be described using an example in which, for example, command codes for bead formation on movement path PA, bead formation on movement path PB, ..., bead formation on movement path PG, and bead formation on movement path PH are present in chronological order, as shown in Figure 6. Here, it is assumed that the determination unit 39 determines that the estimated sputter deposition amount calculated by the deposition amount estimation unit 37 exceeds the reference value after bead formation on movement path PG. In this case, the plan modification unit 41 adds a process (program) for cleaning the nozzle after bead formation on movement path PG to the shaping program. In other words, a program for cleaning the nozzle is added between movement path PG and movement path PH in the shaping program. The nozzle cleaning program added here is a pre-prepared program, and the same program can be used as is even when added at a timing other than the above. Furthermore, instead of the nozzle cleaning program, a nozzle replacement program for replacing the nozzle attached to the welding torch with a new nozzle may be used.
上記のスパッタ堆積量の予測と、予測値に応じたノズル清掃プログラム又はノズル交換プログラムの追加を、最初の移動パスから最終の移動パスまで繰り返し実施することで(S26,S27)、ノズル清掃プログラム又はノズル交換プログラムが適切なタイミングに追加された造形プログラムを作成できる。このように、計画段階からスパッタ堆積量の予測値を算出して、予測値と基準値とを比較、判定することで、メンテナンス作業の必要回数、実施タイミング等を計画的に造形計画に盛り込める。 By repeatedly predicting the amount of spatter buildup and adding a nozzle cleaning program or nozzle replacement program based on the predicted value from the first movement pass to the final movement pass (S26, S27), a modeling program can be created in which a nozzle cleaning program or nozzle replacement program is added at the appropriate time. In this way, by calculating the predicted amount of spatter buildup from the planning stage and comparing and determining the predicted value with a reference value, the required number of maintenance tasks, their implementation timing, etc. can be systematically incorporated into the modeling plan.
変更された造形プログラムは制御部13に出力され(S28)、制御部13は、入力された変更後の造形プログラムに従って造形物の造形を実施する。こうすることで、ノズルに付着するスパッタの影響を受け難くなり、ビードの品質が低下することを未然に防止できる。 The modified modeling program is output to the control unit 13 (S28), and the control unit 13 carries out modeling in accordance with the modified modeling program that has been input. This makes the nozzle less susceptible to the effects of spatter adhering to it, and prevents a deterioration in bead quality.
判定部39が判定基準とする基準値は、過去に実施した溶接時における、スパッタの影響度を実測した実績に基づく値を使用してもよい。その場合、実際のスパッタによる影響度合いに対応した対処が可能となる。また、基準値を複数用意してもよい。例えば、予測値が第1の基準を超えた場合には、ノズルの清掃を実施し、予測値が第1の基準より大きい第2の基準を超えた場合には、ノズルの交換を実施する。このように、ノズルの清掃と交換とを、別々の基準値に設定することで区別してもよい。 The reference value used by the determination unit 39 as the determination criterion may be a value based on actual measurements of the impact of spatter during previous welding. In this case, it becomes possible to take measures that correspond to the actual degree of impact of spatter. Multiple reference values may also be prepared. For example, if the predicted value exceeds a first reference, the nozzle is cleaned, and if the predicted value exceeds a second reference that is greater than the first reference, the nozzle is replaced. In this way, nozzle cleaning and replacement may be distinguished by setting different reference values.
上記のように、ノズル交換プログラムをノズル清掃プログラムとは別途に用意して、必要に応じて造形プログラムに挿入することで、通常の清掃だけでは除去が困難なスパッタ堆積状況となった場合でも、スパッタの影響を受けない溶接が可能となる。 As mentioned above, by preparing a nozzle replacement program separately from the nozzle cleaning program and inserting it into the modeling program as needed, welding can be performed without being affected by spatter, even in situations where spatter accumulation is difficult to remove with normal cleaning alone.
また、複数の移動パスそれぞれに対応する溶接条件を予測モデルMLに入力することで、生じうるスパッタ堆積量の予測値を移動パス毎に算出することも可能となる。また、各移動パスで予測されるスパッタ堆積量の累積値を併せて算出してもよい。このように各移動パスでのスパッタ堆積量を個別に分析することで、より正確な対処が可能となり、ビードの品質向上に資することができる。 Furthermore, by inputting the welding conditions corresponding to each of multiple movement passes into the prediction model ML, it is possible to calculate the predicted value of the amount of spatter deposition that may occur for each movement pass. It is also possible to calculate the cumulative value of the predicted amount of spatter deposition for each movement pass. Analyzing the amount of spatter deposition for each movement pass individually in this way enables more accurate responses, which can contribute to improving bead quality.
さらに、予測モデルMLを生成する際に学習データとする溶接条件は、造形計画を参照して求めてもよいが、過去に対応する実績がある場合には、そのときのスパッタ飛散画像や動画等の情報を溶接条件として学習データに追加してもよい。これにより予測精度の更なる向上が期待できる。また、ビード形成情報に溶接速度、溶加材の送給速度が含まれることで、スパッタの発生量が学習に反映され、チップ-ワーク間距離が含まれることで、スパッタの飛散とトーチの位置関係が学習に反映される。その結果、スパッタの蓄積の傾向が定量的に予測可能となる。 Furthermore, the welding conditions used as learning data when generating the prediction model ML may be determined by referencing the build plan, but if there is past corresponding track record, information such as spatter scattering images or videos from that time may be added to the learning data as welding conditions. This is expected to further improve prediction accuracy. Also, by including the welding speed and filler metal feed rate in the bead formation information, the amount of spatter generated is reflected in the learning, and by including the tip-to-work distance, the relationship between spatter scattering and the torch position is reflected in the learning. As a result, it becomes possible to quantitatively predict spatter accumulation trends.
以上説明した機械学習により予測モデルを生成し、この予測モデルを用いてスパッタ堆積量を推定した結果と、発生したスパッタを実測した結果とを比較した。
図7は、スパッタ堆積量の実測値Wt1に対する予測モデルによる予測値Wt2の分布を示すグラフである。
A prediction model was generated using the machine learning described above, and the results of estimating the amount of sputter deposition using this prediction model were compared with the results of actually measuring the amount of sputter that occurred.
FIG. 7 is a graph showing the distribution of the predicted value Wt2 by the prediction model relative to the actually measured value Wt1 of the sputter deposition amount.
予測モデルを生成する機械学習の説明変数は、溶加材Mの送給速度、溶接速度、チップ-ワーク間距離、ウィービング周期、ウィービング幅、トーチ角とした。学習データセットは、合計33セットとした。また、目的変数は、スパッタ堆積量(溶接1秒当たりの付着量[mg]とした。学習アルゴリズムはガウス過程回帰を採用し、精度検証方法はK交差検証を採用した。 The explanatory variables for the machine learning used to generate the predictive model were the filler metal M feed rate, welding speed, tip-to-work distance, weaving cycle, weaving width, and torch angle. A total of 33 sets of training data were used. The objective variable was the amount of spatter deposition (amount of deposition [mg] per second of welding). Gaussian process regression was used as the training algorithm, and K-cross validation was used as the accuracy verification method.
その結果、スパッタ堆積量の実測値Wt1と予測値Wt2との相関係数は0.8517となり、双方に高い相関結果が得られることがわかった。よって、この予測モデルを使用してスパッタ堆積量を予測すれば、高い品質でビード形成が可能となる。 As a result, the correlation coefficient between the actual sputter deposition amount Wt1 and the predicted value Wt2 was 0.8517, indicating a high correlation between the two. Therefore, if this prediction model is used to predict sputter deposition amount, it will be possible to form a high-quality bead.
このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせること、及び明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。 As such, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and the scope of protection sought includes the mutual combination of the various components of the embodiments, as well as modifications and applications by those skilled in the art based on the disclosures in the specification and well-known technologies.
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 溶接トーチの先端で溶加材を溶融及び凝固させてビードを形成する際に前記溶接トーチのノズルに堆積するスパッタ堆積量を予測する予測モデルを、機械学習により生成する学習装置であって、
所望の形状の造形物を造形するための造形計画から、前記溶接トーチの移動パスと、少なくとも溶接速度、前記溶接トーチに供給する前記溶加材の送給速度、前記ノズルの先端から前記ビードの形成位置までの距離を含む溶接条件との情報であるビード形成情報を抽出する情報抽出部と、
前記ビードを形成した際に前記溶接トーチのノズルに堆積されるスパッタ堆積量を計測する堆積量計測部と、
前記ビード形成情報と、前記スパッタ堆積量との関係を機械学習して、形成する前記ビードに対応する前記スパッタ堆積量の関係を表す前記予測モデルを生成するモデル生成部と、
を備える学習装置。
この学習装置によれば、ビード形成情報に対応して機械学習された予測モデルを用いてノズルへのスパッタ堆積量を求めることで、スパッタ蓄積の傾向を定量的に把握でき、スパッタ堆積量のより正確な予測が可能となる。
As described above, the present specification discloses the following:
(1) A learning device that generates, by machine learning, a prediction model for predicting an amount of spatter that accumulates on a nozzle of a welding torch when a filler metal is melted and solidified at the tip of the welding torch to form a bead, the learning device comprising:
an information extraction unit that extracts, from a molding plan for molding an object having a desired shape, bead formation information, which is information on a movement path of the welding torch and welding conditions including at least a welding speed, a feed rate of the filler metal supplied to the welding torch, and a distance from a tip of the nozzle to a formation position of the bead;
an accumulation amount measuring unit that measures an accumulation amount of spatter accumulated on the nozzle of the welding torch when the bead is formed;
a model generation unit that performs machine learning on the relationship between the bead formation information and the sputter deposition amount, and generates the prediction model that represents the relationship between the bead to be formed and the sputter deposition amount;
A learning device comprising:
This learning device uses a prediction model that has been machine-learned in response to bead formation information to determine the amount of spatter deposition on the nozzle, making it possible to quantitatively grasp the trend in spatter accumulation and more accurately predict the amount of spatter deposition.
(2) 前記溶接条件には、前記溶接トーチのトーチ角が更に含まれる、(1)に記載の学習装置。
この学習装置によれば、トーチ角によってスパッタの堆積量が変化することを考慮した予測モデルを生成できる。そのため、スパッタの堆積しやすい角度、堆積しにくい角度の関係が予測結果に反映され、予測精度の向上が図れる。
(2) The learning device according to (1), wherein the welding conditions further include a torch angle of the welding torch.
This learning device can generate a prediction model that takes into account the fact that the amount of spatter deposition varies depending on the torch angle. As a result, the relationship between angles at which spatter deposition is favorable and unfavorable is reflected in the prediction results, improving prediction accuracy.
(3) 前記溶接条件には、ウィービングの振幅、前記ウィービングの周波数の少なくとも一方が含まれる、(1)又は(2)に記載の学習装置。
この学習装置によれば、溶接トーチをウィービングさせる場合であっても、ウィービングの振幅、周波数に応じた予測モデルを生成でき、スパッタ堆積量のより正確な予測が可能となる。
(3) The learning device according to (1) or (2), wherein the welding conditions include at least one of a weaving amplitude and a weaving frequency.
This learning device can generate a prediction model according to the amplitude and frequency of the weaving, even when the welding torch is weaving, enabling more accurate prediction of the amount of spatter deposition.
(4) 前記溶接トーチの周囲に飛散するスパッタと前記溶接トーチとを撮像する撮像部を更に備え、
前記モデル生成部は、前記ビードの形成時に前記撮像部により撮像された画像情報を、当該ビードの前記ビード形成情報に対応付けするとともに前記スパッタ堆積量との関係を機械学習して、前記予測モデルを生成する、(1)~(3)のいずれか1つに記載の学習装置。
この学習装置によれば、飛散するスパッタの画像情報を用いることで、スパッタの飛散方向、溶接トーチの向き等のスパッタ堆積中の途中経過を学習に反映できる。
(4) The welding torch may further include an imaging unit that images the welding torch and spatter scattered around the welding torch,
The model generation unit associates image information captured by the imaging unit during the formation of the bead with the bead formation information of the bead and performs machine learning on the relationship with the sputter deposition amount to generate the prediction model.
According to this learning device, by using image information of the flying spatter, the progress of the spatter deposition, such as the direction of the flying spatter and the direction of the welding torch, can be reflected in the learning.
(5) (1)~(4)のいずれか1つに記載の学習装置と、
前記造形計画の情報を受け付ける計画受付部と、
受け付けた前記造形計画の情報から前記ビード形成情報を抽出し、抽出した前記ビード形成情報を前記予測モデルに入力して、前記スパッタ堆積量の推定値を前記予測モデルから求める堆積量推定部と、
前記スパッタ堆積量の推定値が予め定めた基準値を超えたかを判定する判定部と、
前記推定値が前記基準値を超えたと判定された場合に、前記造形計画を変更する計画変更部と、
を備えるノズルメンテナンス支援装置。
このノズルメンテナンス支援装置によれば、計画段階からスパッタ堆積量の推定値を適宜算出して基準値と判定を行うことで、メンテナンス作業の必要回数やタイミング等を計画的に盛り込むことができる。そして、ビードの形成を連続かつ長時間行う場合であっても、ノズルへのスパッタ堆積量が過多にならず、ビードの品質を維持できる造形計画を作成できる。これにより、ビード形成の効率が高められ、造形物の生産性を向上できる。
(5) A learning device according to any one of (1) to (4),
a plan receiving unit that receives information about the modeling plan;
a deposition amount estimation unit that extracts the bead formation information from the received information of the manufacturing plan, inputs the extracted bead formation information into the prediction model, and calculates an estimated value of the sputter deposition amount from the prediction model;
a determination unit that determines whether the estimated value of the sputter deposition amount exceeds a predetermined reference value;
a plan change unit that changes the shaping plan when it is determined that the estimated value exceeds the reference value;
A nozzle maintenance support device comprising:
This nozzle maintenance support device appropriately calculates an estimated spatter accumulation amount from the planning stage and compares it with a reference value, allowing the necessary number of maintenance work times and timing to be planned accordingly. This makes it possible to create a molding plan that prevents excessive spatter accumulation on the nozzle and maintains bead quality, even when beads are formed continuously and for long periods of time. This improves the efficiency of bead formation and increases the productivity of molded objects.
(6) 前記計画変更部は、前記造形計画に設定される複数の前記移動パスのビード形成工程のうち、いずれかの前記ビード形成工程の前又は後に前記ノズルの清掃工程又は前記ノズルの交換工程を挿入する、(5)に記載のノズルメンテナンス支援装置。
このノズルメンテナンス支援装置によれば、計画段階でノズルのメンテナンスの実施タイミングが設定でき、生産性の向上に寄与できる。
(6) The nozzle maintenance support device described in (5), wherein the plan change unit inserts a nozzle cleaning process or a nozzle replacement process before or after any of the bead forming processes of the multiple movement paths set in the molding plan.
This nozzle maintenance support device allows the timing of nozzle maintenance to be set at the planning stage, contributing to improved productivity.
(7) (5)又は(6)に記載のノズルメンテナンス支援装置と、
変更した前記造形計画に基づいてアーク溶接を実行する制御信号を出力する制御部と、
を備える溶接制御装置。
この溶接制御装置によれば、スパッタの堆積を抑制できる溶接制御が可能となる。
(7) A nozzle maintenance support device according to (5) or (6),
a control unit that outputs a control signal for executing arc welding based on the changed modeling plan;
A welding control device comprising:
This welding control device enables welding control that can suppress the accumulation of spatter.
(8) (7)に記載の溶接制御装置と、
アーク溶接を行う溶接ロボットと、
前記溶接トーチのノズルの清掃又はノズル交換を行うノズルステーションと、
を備える溶接装置。
この溶接装置によれば、溶接に伴ってノズルに付着するスパッタを、適切なタイミングで清掃又はノズル交換することで除去でき、常に安定した品質でビード形成が行える。
(8) The welding control device according to (7),
A welding robot that performs arc welding;
a nozzle station for cleaning or replacing the nozzle of the welding torch;
A welding device comprising:
With this welding device, spatter that adheres to the nozzle during welding can be removed by cleaning or replacing the nozzle at the appropriate time, allowing beads to be formed with consistently stable quality.
11 造形部
13 制御部
15 ノズルメンテナンス支援装置
16 溶接制御装置
17 溶接トーチ
19 溶接ロボット
21 ロボット駆動部
23 溶加材供給部
23a リール
25 溶接電源部
27 ノズルステーション
29 撮像部
31 造形物
33 学習装置
35 計画受付部
37 堆積量推定部
39 判定部
41 計画変更部
43 情報抽出部
45 堆積量計測部
47 モデル生成部
100 溶接装置
B ビード
BP ベースプレート
M 溶加材
REFERENCE SIGNS LIST 11 Forming unit 13 Control unit 15 Nozzle maintenance support device 16 Welding control device 17 Welding torch 19 Welding robot 21 Robot driving unit 23 Filler metal supply unit 23a Reel 25 Welding power supply unit 27 Nozzle station 29 Imaging unit 31 Formed object 33 Learning device 35 Plan reception unit 37 Deposition amount estimation unit 39 Determination unit 41 Plan change unit 43 Information extraction unit 45 Deposition amount measurement unit 47 Model generation unit 100 Welding device B Bead BP Base plate M Filler metal
Claims (8)
所望の形状の造形物を造形するための造形計画から、前記溶接トーチの移動パスと、少なくとも溶接速度、前記溶接トーチに供給する前記溶加材の送給速度、前記ノズルの先端から前記ビードの形成位置までの距離を含む溶接条件との情報であるビード形成情報を抽出する情報抽出部と、
前記ビードを形成した際に前記溶接トーチのノズルに堆積されるスパッタ堆積量を計測する堆積量計測部と、
前記ビード形成情報と前記スパッタ堆積量との関係を機械学習して、形成する前記ビードに対応する前記スパッタ堆積量の関係を表す前記予測モデルを生成するモデル生成部と、
を備える学習装置。 A learning device that generates, by machine learning, a prediction model for predicting an amount of spatter that accumulates on a nozzle of a welding torch when a filler metal is melted and solidified at the tip of the welding torch to form a bead,
an information extraction unit that extracts, from a molding plan for molding an object having a desired shape, bead formation information, which is information on a movement path of the welding torch and welding conditions including at least a welding speed, a feed rate of the filler metal supplied to the welding torch, and a distance from a tip of the nozzle to a formation position of the bead;
an accumulation amount measuring unit that measures an accumulation amount of spatter accumulated on the nozzle of the welding torch when the bead is formed;
a model generation unit that performs machine learning on the relationship between the bead formation information and the sputter deposition amount to generate the prediction model that represents the relationship between the bead formation information and the sputter deposition amount corresponding to the bead to be formed;
A learning device comprising:
請求項1に記載の学習装置。 The welding conditions further include a torch angle of the welding torch.
The learning device according to claim 1 .
請求項1又は2に記載の学習装置。 The welding conditions include at least one of an amplitude of a weaving scan and a frequency of the weaving scan.
The learning device according to claim 1 or 2.
前記モデル生成部は、前記ビードの形成時に前記撮像部により撮像された画像情報を、当該ビードの前記ビード形成情報に対応付けするとともに前記スパッタ堆積量との関係を機械学習して、前記予測モデルを生成する、
請求項1~3のいずれか1項に記載の学習装置。 An imaging unit is further provided for imaging the welding torch and spatter scattered around the welding torch,
the model generation unit associates image information captured by the imaging unit during the formation of the bead with the bead formation information of the bead, and performs machine learning on the relationship with the sputter deposition amount to generate the prediction model.
The learning device according to any one of claims 1 to 3.
前記造形計画の情報を受け付ける計画受付部と、
受け付けた前記造形計画の情報から前記ビード形成情報を抽出し、抽出した前記ビード形成情報を前記予測モデルに入力して、前記スパッタ堆積量の推定値を前記予測モデルから求める堆積量推定部と、
前記スパッタ堆積量の推定値が予め定めた基準値を超えたかを判定する判定部と、
前記推定値が前記基準値を超えたと判定された場合に、前記造形計画を変更する計画変更部と、
を備えるノズルメンテナンス支援装置。 A learning device according to any one of claims 1 to 4;
a plan receiving unit that receives information about the modeling plan;
a deposition amount estimation unit that extracts the bead formation information from the received information of the manufacturing plan, inputs the extracted bead formation information into the prediction model, and calculates an estimated value of the sputter deposition amount from the prediction model;
a determination unit that determines whether the estimated value of the sputter deposition amount exceeds a predetermined reference value;
a plan change unit that changes the shaping plan when it is determined that the estimated value exceeds the reference value;
A nozzle maintenance support device comprising:
請求項5に記載のノズルメンテナンス支援装置。 the plan modification unit inserts a nozzle cleaning process or a nozzle replacement process before or after any one of the bead forming processes of the plurality of movement paths set in the molding plan.
The nozzle maintenance support device according to claim 5.
変更した前記造形計画に基づいてアーク溶接を実行する制御信号を出力する制御部と、
を備える溶接制御装置。 a nozzle maintenance support device according to claim 5 or 6;
a control unit that outputs a control signal for executing arc welding based on the changed modeling plan;
A welding control device comprising:
アーク溶接を行う溶接ロボットと、
前記溶接トーチのノズルの清掃又はノズル交換を行うノズルステーションと、
を備える溶接装置。 The welding control device according to claim 7 ;
A welding robot that performs arc welding;
a nozzle station for cleaning or replacing the nozzle of the welding torch;
A welding device comprising:
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