(57)【要約】【課題】多くの労力を要することなく多品種の被溶接材の溶接良否判定用設定値を精度よく算出可能な溶接良否判定用設定値の算出方法及び算出装置を提供すること。【解決手段】本発明の一実施形態である溶接良否判定システム１では、モデル作成装置１４が、過去に溶接された先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の鋼種及び板厚に関する情報、溶接実績データ、及び溶接温度の実績値を用いて作成された、先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の鋼種及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力変数、溶接温度の予測値を出力変数とする溶接温度設定モデル１４ａに対して、判定対象の先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の鋼種及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力することにより溶接温度の予測値を算出し、算出された溶接温度の予測値に基づいて溶接良否判定用設定値を設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材である先行材と後行材とを溶接する溶接機による溶接の良否を判定する際に用いられる溶接良否判定用設定値の算出方法であって、
過去に溶接された前記先行材及び前記後行材の種類及び板厚に関する情報、溶接実績データ、及び溶接温度の実績値を用いて作成された、先行材及び後行材の種類及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力変数、溶接温度の予測値を出力変数とする溶接温度設定モデルに対して、判定対象の先行材及び後行材の種類及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力することにより溶接温度の予測値を算出し、算出された溶接温度の予測値に基づいて溶接良否判定用設定値を設定するステップを含むことを特徴とする溶接良否判定用設定値の算出方法。
【請求項２】
前記溶接実績データには、電極輪加圧力、スエージング加圧力、入側クランプ加圧力、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、入側クランプ移動量、及びラップ代のうちの少なくとも一つが含まれていることを特徴とする請求項１に記載の溶接良否判定用設定値の算出方法。
【請求項３】
前記溶接良否判定用設定値として、溶接温度の予測値に基づいて溶接温度の下限値、上限値、及び平均値のうちのいずれかを設定することを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接良否判定用設定値の算出方法。
【請求項４】
前記溶接温度設定モデルは、ニューラルネットワークモデルであることを特徴とする請求項１〜３のうち、いずれか１項に記載の溶接良否判定用設定値の算出方法。
【請求項５】
金属材である先行材と後行材とを溶接する溶接機による溶接の良否を判定する際に用いられる溶接良否判定用設定値の算出装置であって、
過去に溶接された前記先行材及び前記後行材の種類及び板厚に関する情報、溶接実績データ、及び溶接温度の実績値を用いて作成された、先行材及び後行材の種類及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力変数、溶接温度の予測値を出力変数とする溶接温度設定モデルに対して、判定対象の先行材及び後行材の種類及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力することにより溶接温度の予測値を算出し、算出された溶接温度の予測値に基づいて溶接良否判定用設定値を設定する手段を備えることを特徴とする溶接良否判定用設定値の算出装置。
【請求項６】
請求項１〜４のうち、いずれか１項に記載の溶接良否判定用設定値の算出方法を用いて算出された溶接良否判定用設定値を用いて溶接の良否を判定しながら先行材と後行材とを溶接するステップを含むことを特徴とする溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接良否判定用設定値の算出方法、溶接良否判定用設定値の算出装置、及び溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、溶接電流と電極間電圧を測定し、測定値を用いて熱伝導モデルに基づいて被溶接材と溶接電極部分の温度分布を推定し、推定した温度分布と予め設定した溶接温度とを比較することにより溶接の良否を判定する技術が記載されている。また、特許文献２には、鋼板の重ね合わせ幅方向に一列に温度検出器を複数個配置し、温度検出器の検出温度のうち最高値を測定値として溶接の良否を判定する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１８５８３５号公報
【特許文献２】特開平７−１９５１７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１，２に記載の技術は、溶接部の温度を求め、予め設定した溶接良否判定用設定値と比較して溶接の良否を判定するものであるが、特許文献１，２には溶接良否判定用設定値の算出方法は開示、示唆されていない。一般に、溶接良否判定用設定値は、被溶接材の鋼種や溶接機の作動状況に応じて大きく変化するので、テーブルベースで設定されている。このため、テーブルの量が多すぎると管理が難しくなり、頻繁に装入される被溶接材についてはテーブルのメンテナンス作業に多くの労力を要する。一方、装入頻度が少ない被溶接材については、テーブルのメンテナンスの頻度が低いので、溶接良否判定用設定値の精度が低下する。なお、このような問題を解決するために、テーブルの数を少なくすることも考えられるが、テーブルの数が少なくなると、同じ溶接良否判定用設定値の範囲内にあるのにもかかわらず、溶接不良が発生する被溶接材と溶接不良が発生しない被溶接材が発生することがある。
【０００５】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、多くの労力を要することなく多品種の被溶接材の溶接良否判定用設定値を精度よく算出可能な溶接良否判定用設定値の算出方法及び算出装置を提供することにある。また、本発明は、先行材と後行材とを歩留まりよく溶接可能な溶接方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る溶接良否判定用設定値の算出方法は、金属材である先行材と後行材とを溶接する溶接機による溶接の良否を判定する際に用いられる溶接良否判定用設定値の算出方法であって、過去に溶接された前記先行材及び前記後行材の種類及び板厚に関する情報、溶接実績データ、及び溶接温度の実績値を用いて作成された、先行材及び後行材の種類及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力変数、溶接温度の予測値を出力変数とする溶接温度設定モデルに対して、判定対象の先行材及び後行材の種類及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力することにより溶接温度の予測値を算出し、算出された溶接温度の予測値に基づいて溶接良否判定用設定値を設定するステップを含むことを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る溶接良否判定用設定値の算出方法は、上記発明において、前記溶接実績データには、電極輪加圧力、スエージング加圧力、入側クランプ加圧力、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、入側クランプ移動量、及びラップ代のうちの少なくとも一つが含まれていることを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る溶接良否判定用設定値の算出方法は、上記発明において、前記溶接良否判定用設定値として、溶接温度の予測値に基づいて溶接温度の下限値、上限値、及び平均値のうちのいずれかを設定することを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る溶接良否判定用設定値の算出方法は、上記発明において、前記溶接温度設定モデルは、ニューラルネットワークモデルであることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係る溶接良否判定用設定値の算出装置は、金属材である先行材と後行材とを溶接する溶接機による溶接の良否を判定する際に用いられる溶接良否判定用設定値の算出装置であって、過去に溶接された前記先行材及び前記後行材の種類及び板厚に関する情報、溶接実績データ、及び溶接温度の実績値を用いて作成された、先行材及び後行材の種類及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力変数、溶接温度の予測値を出力変数とする溶接温度設定モデルに対して、判定対象の先行材及び後行材の種類及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力することにより溶接温度の予測値を算出し、算出された溶接温度の予測値に基づいて溶接良否判定用設定値を設定する手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る溶接方法は、本発明に係る溶接良否判定用設定値の算出方法を用いて算出された溶接良否判定用設定値を用いて溶接の良否を判定しながら先行材と後行材とを溶接するステップを含むことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明に係る溶接良否判定用設定値の算出方法及び算出装置によれば、多くの労力を要することなく多品種の被溶接材の溶接良否判定用設定値を精度よく算出できる。また、本発明に係る溶接方法によれば、先行材と後行材とを歩留まりよく溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態である溶接良否判定システムの構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、溶接温度設定モデルの作成方法を説明するための概念図である。
【図３】図３は、予測溶接温度と実績溶接温度との関係を示す散布図である。
【図４】図４は、溶接コード毎の溶接温度のばらつき及び下限値を示す図である。
【図５】図５は、溶接温度の実績値の算出方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である溶接良否判定システムの構成について説明する。
【００１５】
〔構成〕
まず、図１を参照して、本発明の一実施形態である溶接良否判定システムの構成について説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態である溶接良否判定システムの構成を示すブロック図である。図１に示すように、本発明の一実施形態である溶接良否判定システム１は、連続鋼板処理ラインにおいて先行材Ｍ１の後端部と後行材Ｍ２の先端部とを溶接する溶接機２による溶接の良否を判定するシステムである。なお、本実施形態は、本発明を連続鋼板処理ラインに適用したものであるが、本発明は本実施形態に限定されることはなく、鋼以外のＡｌ，Ｃｕ，Ｔｉ等の非鉄金属のストリップ処理ラインにも適用することができる。
【００１７】
本実施形態では、溶接機２は、図示しない入側クランプ装置によってクランプされた先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の溶接箇所を加圧する上下一対のスエージングロール２１と、先行材Ｍ１と後行材Ｍ２とをラップさせ、加圧しながら通電して溶接箇所を溶接する上下一対の電極輪２２と、スエージングロール２１及び電極輪２２を支持しながら先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の幅方向に移動可能なキャリッジ２３と、を備えている。
【００１８】
本発明の一実施形態である溶接良否判定システム１は、放射温度計１１、温度検出器１２、溶接良否判定用センサ１３、モデル作成装置１４、及び溶接良否判定装置１５を主な構成要素として備えている。
【００１９】
放射温度計１１は、先行材Ｍ１と後行材Ｍ２の溶接箇所の温度（溶接温度）を先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の幅方向に沿って測定する。
【００２０】
温度検出器１２は、放射温度計１１によって測定された溶接温度のデータを取得し、取得した溶接温度のデータを示す電気信号を溶接良否判定装置１５に出力する。
【００２１】
溶接良否判定用センサ１３は、溶接機２内に設置され、スエージングロール２１の加圧力（スエージング加圧力）、電極輪２２の加圧力（電極輪加圧力）、入側クランプ装置の加圧力（入側クランプ加圧力）、入側クランプ装置の移動量（入側クランプ移動量）、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、及び先行材Ｍ１と後行材Ｍ２とのラップ代を溶接実績データとして検出する。溶接良否判定用センサ１３は、検出された溶接実績データを示す電気信号を溶接良否判定装置１５に出力する。
【００２２】
モデル作成装置１４は、コンピュータ等の情報処理装置によって構成され、溶接温度設定モデル１４ａ及びデータベース１４ｂを備えている。
【００２３】
溶接温度設定モデル１４ａは、コイル情報及び溶接実績データを入力変数、溶接温度の予測値を出力変数とするモデルであり、モデル作成装置１４がデータベース１４ｂに格納されているコイル情報及び溶接実績データと溶接温度の実績値との組を用いて作成するものである。ここで、入力変数としてのコイル情報としては、先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の板厚、鋼種、及び板厚差を例示できる。また、入力変数としての溶接実績データとしては、電極輪加圧力、スエージング加圧力、入側クランプ加圧力、入側クランプ移動量、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、及びラップ代のうちの少なくとも一つを例示できる。これら８種類の溶接実績データについては、（溶接電流、溶接電圧、溶接速度）＞（電極輪加圧力、スエージング加圧力、入側クランプ加圧力、）＞（入側クランプ移動量、ラップ代）の優先順位に従って入力変数として用いるとよく、特に溶接電流、溶接電圧、及び溶接速度は入力変数として用いることが望ましい。また、出力変数は、溶接温度の下限値、上限値、及び平均値の予測値であってもよい。また、溶接温度設定モデル１４ａとしては、ニューラルネットワークモデルや線形モデル等が適しているが、回帰式モデル等のその他のモデルであってもよい。
【００２４】
データベース１４ｂは、溶接良否判定装置１５から出力された操業実績データを格納している。操業実績データとしては、溶接が正常に行われた際の先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の板厚、鋼種、及び板厚差、溶接条件、電極輪加圧力、スエージング加圧力、入側クランプ加圧力、入側クランプ移動量、溶接電流、溶接電圧、溶接速度、ラップ代、及び溶接温度を例示できる。なお、操業実績データとして格納する溶接温度は、温度検出器１２によって測定された溶接温度の実績値自体であってもよいし、温度検出器１２によって測定された溶接温度の実績値から算出した溶接温度の下限値、上限値、及び平均値であってもよい。
【００２５】
本実施形態では、モデル作成装置１４が、溶接良否判定装置１５から出力された判定対象のコイル情報及び溶接実績データを溶接温度設定モデル１４ａに入力することにより、判定対象のコイル情報及び溶接実績データに対応する溶接良否判定用設定値を算出する。具体的には、溶接温度設定モデル１４ａの出力変数が溶接温度の予測値である場合、溶接良否判定装置１５は、溶接温度の予測値を含む所定範囲内の温度を溶接良否判定用閾値として算出する。また、溶接温度設定モデル１４ａの出力変数が溶接温度の下限値、上限値、及び平均値の予測値である場合、溶接良否判定装置１５は、出力変数をそのまま溶接良否判定用閾値として用いる。そして、モデル作成装置１４は、算出された溶接良否判定用設定値を溶接良否判定装置１５に出力する。
【００２６】
溶接良否判定装置１５は、コンピュータ等の情報処理装置によって構成され、上位計算機（Ｐ／Ｃ）１６及び溶接機制御盤１７に接続されている。溶接良否判定装置１５は、上位計算機１６からコイル情報を取得し、溶接機制御盤１７から溶接条件（溶接電流設定値、溶接電圧設定値等）に関する情報を取得する。溶接良否判定装置１５は、温度検出器１２、溶接良否判定用センサ１３、及び上位計算機１６から取得した情報をモデル作成装置１４に出力する。
【００２７】
また、溶接良否判定装置１５は、温度検出器１２によって測定された溶接温度の実績値とモデル作成装置１４から出力された溶接良否判定用設定値とを比較することにより、溶接箇所の良否を判定する。溶接箇所が不良であると判定した場合、溶接良否判定装置１５は、アラームを出力する。溶接良否判定装置１５からアラームが出力されると、オペレータは、溶接箇所を再度溶接することによって溶接箇所の不良を解消して溶接作業の歩留まりを向上させる。
【００２８】
以上の説明から明らかなように、本発明の一実施形態である溶接良否判定システム１では、モデル作成装置１４が、過去に溶接された先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の鋼種及び板厚に関する情報、溶接実績データ、及び溶接温度の実績値を用いて作成された、先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の鋼種及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力変数、溶接温度の予測値を出力変数とする溶接温度設定モデル１４ａに対して、判定対象の先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の鋼種及び板厚に関する情報と溶接実績データを入力することにより溶接温度の予測値を算出し、算出された溶接温度の予測値に基づいて溶接良否判定用設定値を設定するので、多くの労力を要することなく多品種の被溶接材の溶接良否判定用設定値を精度よく算出できる。
【実施例】
【００２９】
本実施例では、図２に示すように、ある期間内に得られた３４０５件の正常時の操業実績データ（コイル情報、溶接実績データ）のうち、２９１３件の操業実績データを使用して溶接温度設定モデル１４ａを作成した。ここで、溶接温度設定モデル１４ａの入力変数には、コイル情報として先行材Ｍ１及び後行材Ｍ２の板厚、鋼種、板厚差を、溶接実績データとして電極輪加圧力、スエージング加圧力、入側クランプ加圧力、入側クランプ移動量、溶接電流、溶接電圧、及び溶接速度を用いた。また、溶接温度設定モデル１４ａにはニューラルネットワークモデル(ノード数１０、中間数１)を用いた。そして、作成した溶接温度設定モデル１４ａに対して、残った４９２件の操業実績データを用いて溶接温度の予測値と実績値との差を求めた。
【００３０】
図３は、溶接温度の予測値（予測溶接温度）と実績値（実績溶接温度）との関係を示す散布図である。図３に示すように、平均温度差が９．２℃、標準偏差が４３℃という結果になった。この結果は、図４（ａ）〜（ｃ）に示す現状の溶接コード毎の温度のばらつきと同等又はそれ以下になっていることから、溶接温度設定モデル１４ａにより溶接温度を精度良く推定できることが確認された。なお、図４（ａ）は、板厚が１．１〜１．２ｍｍのハイテン材同士を溶接した場合（パターン１、溶接コード７２）の溶接温度のばらつき及び下限閾値、板厚が１．４〜１．５ｍｍの一般材同士を溶接した場合（パターン２、溶接コード２８５）の溶接温度のばらつき及び下限閾値、板厚１．２ｍｍの一般材と板厚１．４ｍｍのハイテン材とを溶接した場合（パターン３、溶接コード７８５）の溶接温度のばらつき及び下限閾値を示している。
【００３１】
また、上記の各溶接コードについて、テーブルベースで予測した溶接温度（テーブル値）と溶接温度設定モデルを用いて予測した溶接温度（モデル値）とを比較した所、以下の表１に示すように、モデル値の方がテーブル値よりも溶接温度の実績値（実績温度）に近いことが確認された。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
なお、溶接温度の実績値は幅方向に分布を有している。このため、本実施例では、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、幅方向全体の平均温度ではなく、幅方向端部を除いた幅方向の使用範囲を複数の領域に分割し、各領域の平均温度の最低値（図５（ｃ）に示す領域ΔＷでの平均温度）を溶接温度の実績値として用いた。ここで、図５（ａ）〜（ｃ）のＤＲ及びＯＰは、溶接機の駆動側（一方の幅方向端部）及びオペレータ側（他方の幅方向端部）を示している。
【００３４】
以上、本発明者らによってなされた発明を適用した実施の形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施の形態、実施例、及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【００３５】
１  溶接良否判定システム
２  溶接機
１１  放射温度計
１２  温度検出器
１３  溶接良否判定用センサ
１４  モデル作成装置
１４ａ  溶接温度設定モデル
１４ｂ  データベース
１５  溶接良否判定装置
２１  スエージングロール
２２  電極輪
２３  キャリッジ
Ｍ１  先行材
Ｍ２  後行材
【図１】
2020146704.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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