(57)【要約】【課題】対象物の溶接品質を良好な状態に安定化させること。【解決手段】レーザ溶接制御装置は、レーザ溶接される対象物における、照射部の出力したレーザビームが照射された加工部位を撮像する撮像部と、撮像部により撮像された撮像画像を、機械学習により得られた溶接状態ごとの教示画像と比較することにより、加工部位の溶接状態と前記教示画像の溶接状態との一致度を演算する一致度演算部と、一致度演算部により演算された一致度と、目標とする溶接状態に基づく目標一致度とに基づいて、照射部の照射するレーザビームの出力をフィードバック制御するレーザ制御部と、を備える。【選択図】図６
2020163413.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ溶接される対象物における、照射部の出力したレーザビームが照射された加工部位を撮像する撮像部と、
前記撮像部により撮像された撮像画像を、機械学習により得られた溶接状態ごとの教示画像と比較することにより、前記加工部位の溶接状態と前記教示画像の溶接状態との一致度を演算する一致度演算部と、
前記一致度演算部により演算された前記一致度と、目標とする溶接状態に基づく目標一致度とに基づいて、前記照射部の照射する前記レーザビームの出力をフィードバック制御するレーザ制御部と、
を備える、レーザ溶接制御装置。
【請求項２】
前記レーザ制御部は、前記一致度演算部により演算された前記一致度と前記目標一致度との差に応じて前記出力を増減させる、請求項１に記載されたレーザ溶接制御装置。
【請求項３】
前記レーザ制御部は、前記一致度演算部により演算された前記一致度が前記目標一致度よりも高い場合、前記出力を時間をかけて徐々に減少させる、請求項１又は２に記載されたレーザ溶接制御装置。
【請求項４】
前記一致度演算部は、単位時間当たりに得られる前記一致度の移動平均を演算する移動平均演算部を有し、
前記レーザ制御部は、前記移動平均演算部により演算された前記移動平均に基づいて、前記出力をフィードバック制御する、請求項１乃至３の何れか一項に記載されたレーザ溶接制御装置。
【請求項５】
前記一致度演算部は、単位時間当たりに得られる複数の前記一致度の中央値を演算する中央値演算部を有し、
前記レーザ制御部は、前記中央値演算部により演算された前記中央値に基づいて、前記出力をフィードバック制御する、請求項１乃至３の何れか一項に記載されたレーザ溶接制御装置。
【請求項６】
前記教示画像をネットワーク経由で取得する受信部を備える、請求項１乃至５の何れか一項に記載されたレーザ溶接制御装置。
【請求項７】
前記教示画像の溶接状態は、前記加工部位におけるキーホールの貫通を示す貫通状態と、前記キーホールの非貫通を示す非貫通状態と、前記キーホールの貫通と非貫通との中間を示す中間状態と、を含み、
前記一致度演算部は、
前記撮像部により撮像された前記撮像画像を、前記貫通状態を示す貫通教示画像、前記非貫通状態を示す非貫通教示画像、及び前記中間状態を示す中間教示画像それぞれと比較することにより、前記加工部位の溶接状態と前記貫通状態、前記非貫通状態、及び前記中間状態それぞれとの個別一致度を演算する個別演算部と、
前記個別演算部によりそれぞれ演算された、前記貫通状態との個別一致度と、前記非貫通状態との個別一致度と、前記中間状態との個別一致度と、に基づいて、前記レーザ制御部での前記出力のフィードバック制御に用いる前記一致度を演算する合成演算部と、
を有する、請求項１乃至６の何れか一項に記載されたレーザ溶接制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照射部から対象物に向けて照射されるレーザビームの出力を制御するうえで好適なレーザ溶接制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、対象物に向けて照射されるレーザビームの制御を行うレーザ溶接制御装置が知られている（例えば、特許文献１）。特許文献１記載のレーザ溶接制御装置は、レーザビームを照射する照射部と、対象物におけるレーザビームが照射された加工部位を撮像するカメラと、を備えている。この制御装置は、まず、溶接前に溶接システムの異常要素を検出するためのニューラルネットワークモデルを構築する。そして、そのニューラルネットワークモデルの構築後、対象物にレーザビームを照射して加工部位を形成し、その加工部位の溶接状態を光強度検出センサにより検出し、その溶接状態を上記の如く構築したニューラルネットワークモデルの教師データと比較することにより、溶接システムの異常要素を検出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０５２００９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した制御装置では、溶接工程で対象物の溶接結果が目標からずれたときに、照射部からのレーザビームの出力・強度が自動的に変更されないので、そのズレ発生後もそのズレ状態が継続するおそれがある。
【０００５】
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、対象物の溶接品質を良好な状態に安定化させることが可能なレーザ溶接制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様のレーザ溶接状態判定装置は、レーザ溶接される対象物における、照射部の出力したレーザビームが照射された加工部位を撮像する撮像部と、前記撮像部により撮像された撮像画像を、機械学習により得られた溶接状態ごとの教示画像と比較することにより、前記加工部位の溶接状態と前記教示画像の溶接状態との一致度を演算する一致度演算部と、前記一致度演算部により演算された前記一致度と、目標とする溶接状態に基づく目標一致度とに基づいて、前記照射部の照射する前記レーザビームの出力をフィードバック制御するレーザ制御部と、を備える。
【０００７】
この構成によれば、撮像部により対象物の加工部位が撮像された撮像画像が溶接状態ごとの教示画像と比較されることにより、加工部位の溶接状態と教示画像の溶接状態との一致度が演算される。そして、照射部の照射するレーザビームの出力が、その演算一致度と目標とする溶接状態に基づく目標一致度とに基づいてフィードバック制御される。このため、レーザ溶接される対象物の加工部位の溶接品質を、目標の品質に近づけて良好な状態に安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】一実施形態に係るレーザ溶接制御装置を含むレーザ溶接装置の構成図である。
【図２】二枚の板材がレーザ溶接された状態を表した図である。
【図３】レーザ溶接システムが備えるレーザ溶接装置の構成図である。
【図４】実施形態のレーザ溶接制御装置のブロック構成図である。
【図５】レーザ溶接制御装置において実行されるメインルーチンの一例のフローチャートである。
【図６】レーザ溶接制御装置においてレーザ光出力をフィードバック制御するうえで実行されるサブルーチンの一例のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明に係るレーザ溶接制御装置の具体的な実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１０】
一実施形態のレーザ溶接制御装置１０は、レーザ溶接装置１に組み込まれた制御装置である。レーザ溶接装置１は、例えば金属製の板材２同士を突き合わせ或いは重ね合わせた部位を、レーザビームの照射により溶接する装置である。この溶接は、例えば、二つの板材２の側面同士が突き合わされた状態でその突き合わされた面に沿って平行にその板材２を貫通してなされる溶接（すなわち、突き合わせ貫通溶接）、その板材２を非貫通でなされる溶接（すなわち、突き合わせ非貫通溶接）、二つの板材２が積層方向に重ね合わされた状態でその重ね合わされた面に垂直にその板材２を貫通してなされる溶接（すなわち、重ね合わせ貫通溶接）、及びその板材２を非貫通でなされる溶接（すなわち、重ね合わせ非貫通溶接）の何れであってもよい。
【００１１】
レーザ溶接装置１は、レーザビームであるレーザ光を熱源として発生しつつ集光した状態で溶接対象の板材２に照射し、板材２を局部的に溶融及び凝固させることにより、板材２同士を接合する。レーザ溶接装置１は、図１及び図２に示す如く、レーザ溶接制御装置１０を備えていると共に、レーザ発振器２０と、伝送路３０と、溶接ヘッド４０と、を備えている。
【００１２】
レーザ発振器２０は、レーザ光（例えば１０７０ｎｍの第１波長を有するレーザ光）を発振する装置である。レーザ発振器２０は、例えば、高出力化が可能なＣＯ２レーザやＹＡＧレーザ，ファイバーレーザ，半導体レーザなどを用いて構成されている。レーザ発振器２０で発生したレーザ光は、伝送路３０を通じて溶接ヘッド４０の光学系へ導かれる。ＣＯ２レーザでは、伝送路３０での伝送は、ミラーによる折返しで行われる。また、ＹＡＧレーザでは、伝送路３０での伝送は、ミラーによる折返し以外に、自在に湾曲可能な光ファイバによる伝送で行われることもある。また、伝送路３０は、例えば光ファイバなどである。
【００１３】
伝送路３０の出口側は、溶接ヘッド４０の上端に接続されている。溶接ヘッド４０は、上下に延在する円筒状に形成された筐体からなる。溶接ヘッド４０は、伝送路３０から伝送されたレーザ光を鉛直下方に導く。溶接ヘッド４０には、図１に示す如く、コリメーションレンズ４１と、ダイクロイックミラー４２と、集光レンズ４３と、が設けられている。コリメーションレンズ４１、ダイクロイックミラー４２、及び集光レンズ４３は、溶接ヘッド４０内におけるレーザ発振器２０の出力するレーザ光の光路上にその順に配置されている。
【００１４】
レーザ発振器２０から出力されたレーザ光は、放射状に広がりながら進行する。コリメーションレンズ４１は、放射状に広がりながら進行するレーザ光を、平行に進行するレーザ光に変換するレンズである。ダイクロイックミラー４２は、レーザ発振器２０から照射される上記第１波長のレーザ光を透過する一方、可視光及び後述するカメラ用の投光部から照射される第２波長（すなわち、上記の第１波長とは異なる波長；例えば８５０ｎｍの波長）のレーザ光を反射するミラーである。集光レンズ４３は、ダイクロイックミラー４２を透過したレーザ光を板材２の溶接加工部位に集光するレンズである。溶接ヘッド４０は、レーザ発振器２０の生成した第１波長のレーザ光を適切なサイズに集光して板材２へ照射する。このようにレーザ光の照射が行われることにより、二つの板材２が溶接される。
【００１５】
溶接ヘッド４０の下方には、台座５０が設けられている。溶接対象の板材２は、台座５０に載置され、治具を用いて台座５０に固定される。溶接ヘッド４０は、駆動モータなどにより台座５０ひいては板材２に対して水平方向及び上下方向に移動可能である。溶接ヘッド４０は、台座５０に対する移動により、板材２の溶接部位である加工部位を変化させる。レーザ光による板材２同士の溶接は、溶接ヘッド４０が台座５０に対して水平方向に移動することによりその板材２の表面に沿って進行する。尚、溶接ヘッド４０の移動に代えて或いはその溶接ヘッド４０の移動と共に、台座５０が移動するものであってもよい。
【００１６】
レーザ溶接制御装置１０は、モニタ１５へのカメラ１１の画像表示や溶接状態を含む各種状態の表示を制御し、溶接状態を判定するための機械学習を行う判定部を制御することが可能であると共に、レーザ発振器２０によるレーザ光の出力を制御し、溶接ヘッド４０の位置移動を制御することが可能である。レーザ溶接制御装置１０は、図３に示す如く、カメラ１１と、状態判定部１２と、レーザ制御部１３と、を有している。
【００１７】
カメラ１１は、レーザ溶接された板材２における、レーザ光が照射された加工部位を撮像する撮像部である。カメラ１１は、反射ミラー１４を介して板材２の加工部位に指向されている。カメラ１１及び反射ミラー１４は、溶接ヘッド４０に取り付け固定されている。カメラ１１は、レーザ発振器２０から照射されるレーザ光と同軸上で撮像を行う。カメラ１１には、板材２の加工部位からの光が集光、反射、拡大、及び減衰などが施されて入射される。カメラ１１は、入射した光を光電変換することで画像を生成する。尚、カメラ１１は、可視光と共に可視光以外の近赤外光の波長成分を光電変換して画像生成するのが好適である。カメラ１１で生成される画像は、二次元平面画像を縦横で所定ピクセル数ずつに分割した領域ごとの輝度を所定数（例えば２５６）の階調で表現したものである。
【００１８】
状態判定部１２は、レーザ溶接された板材２の溶接状態を判定する部位である。レーザ溶接は、板材２の加工部位で激しい蒸発が起こり、レーザ光からの熱と激しい蒸発の蒸発反力とによって加工部位に溶融金属が溜まる溶融池が形成されると共にその溶融池の中心付近に深い穴であるキーホールが形成された状態で進行する溶接であって、深溶込み溶接が可能である。このキーホールは、レーザ光の出力増加に伴って深くなり、進行方向への溶接速度の増加に伴って浅くなる傾向にある。
【００１９】
状態判定部１２により判定される溶接状態は、キーホールや溶融池の状態であって、少なくともキーホールの貫通有無を含み、例えば、キーホールの一部が溶着金属で満たされずに母材の表面と溶着金属の表面との間に溝が形成されるアンダーカットの有無、溶接表面が窪むアンダーフィルの有無，未溶着，レーザ未出力などを含んでもよい。状態判定部１２は、カメラ１１に接続されている。状態判定部１２は、カメラ１１の撮像画像を取得する。状態判定部１２は、事前に取得したデータに基づいて機械学習を行うと共に、その学習した結果を用いて、板材２の溶接中すなわち加工中に取得した画像データから板材２の溶接状態を判定する。尚、状態判定部１２は、他のスーパーコンピュータで計算した学習結果を用いて溶接状態の判定を行ってもよい。
【００２０】
状態判定部１２にて溶接状態を判定するための機械学習は、ＡＩ（人工知能）パラメータを用いる。このＡＩパラメータは、畳み込み処理の入力画像サイズ及び枚数、畳み込み処理フィルタの選択、活性化処理のフィルタ選択、間引き処理のフィルタ選択、これらフィルタの組み合わせ方法、パーセプトロン結合処理の中間層や出力層のサイズ及び層数、活性化関数、重み係数、オフセット値、学習におけるエポック数、ドロップアウト割合やバッチ処理の方法、オプチマイザの設定などである。
【００２１】
カメラ１１の撮像画像を示す画像データと溶接状態とを互いに関連させた学習データは、データサーバに格納される。この学習データは、カメラ１１の撮像画像自体（元画像）、その元画像に対する画像処理により取得した画像（処理後画像）、及びその元画像に対する画像処理により取得した数値パラメータを含む。すなわち、カメラ１１の元画像のデータ、処理後画像のデータ、及び数値パラメータは、教示画像として、溶接状態に関連されてデータサーバに格納される。データサーバに格納される教示画像は、アップデート可能である。
【００２２】
カメラ１１の撮像画像に対して行われる画像処理は、二値化処理、ブロブ解析処理、露出カラー化処理、三次元化処理などである。二値化処理は、カメラ１１の撮像画像（元画像）が例えば２５６階調の濃淡で表現されている場合に、設定した閾値を境にして白と黒との二階調に変換する処理である。二値化処理は、複数の閾値に対応して複数種類、実行される。ブロブ解析処理は、二値化処理された画像を分析する手法であって、その画像に含まれるブロブ（具体的には、キーホールや溶融池）の面積や周囲長，重心位置，真円度，扁平率，角度、更には、キーホールや溶融池に外接若しくは内接する四角形の位置や縦横それぞれの一辺の長さなどを算出する処理である。画像処理上、例えば、閾値１２８以上の二値化部分がキーホールに設定され、閾値６４以上の二値化部分が溶融池に設定される。尚、通常、キーホールや溶融池は、複数ブロブ中の最大ブロブで定義される。
【００２３】
露出カラー化処理は、カメラ１１の撮像画像中の各ピクセルの輝度値（例えば２５６段階）を所定段階（具体的には、輝度値の総階調数よりも少ない段階数、例えば１６段階などの任意の値）のうちの何れに含まれるかを判定し、その段階に色を割り当ててその輝度を色で表示する処理である。三次元化処理は、カメラ１１の撮像画像の輝度分布及び輝度勾配分布などに基づいてその画像を立体化する処理、及び、その立体化後、更にＸＺ平面、ＹＺ平面に変換する処理である。
【００２４】
上記の画像処理が実行されると、キーホール及び溶融池の面積、周囲長、重心位置、真円度、扁平率、及び角度、キーホールに外接若しくは内接する四角形及び溶融池に外接若しくは内接する四角形の位置及び縦横それぞれの一辺の長さ、キーホール周辺及び溶融池周辺の輝度勾配分布、露出カラー化された各色の面積比、並びにキーホール重心及び溶融池重心の輝度分布及びその輝度分布の時間変化などが、数値パラメータとして算出される。
【００２５】
状態判定部１２は、データサーバに格納されている教示画像データを読み込み、機械学習を行う。尚、状態判定部１２は、データサーバから学習済みの結果を取得することも可能である。状態判定部１２は、初期は予め設定されている初期パラメータに基づいて機械学習を行い、以後は、学習により算出したパラメータに基づいて機械学習を行う。この機械学習は、画像の各ピクセルの輝度値に対して重み付けを行う係数、閾値、オフセット値などを変化させることにより、最終的に溶接状態を当てる確率が最も高くなる重み付け係数などを決定するものである。機械学習は、重み付けを行う層が多階層であるディープラーニング（ＤＬ）を含む。ＤＬは、出力値から入力値が正しいか否かを検算するオプチマイザ機能（バックプロパゲーション）を有しており、勾配降下法等で各階層での重み付け係数などのパラメータを自動最適化することが可能である。尚、ＤＬの階層は、局所的（例えば１ピクセルのみ）に重み付けを行う層を含んでもよいし、また、大局的（例えばすべてのピクセル）に重み付けを行う層を含んでもよい。
【００２６】
状態判定部１２は、機能ブロックとして、畳み込み層（コンボリューションニューラルネットワーク（ＣＮＮ）層）と、活性化層と、プーリング層と、ファイナライザと、オプチマイザと、を有している。畳み込み層は、フィルタ機能である画像の畳み込み処理を行う層である。活性化層は、畳み込み層から出力されるデータを処理に適した形に変換するルックアップテーブル（ＬＵＴ）である。プーリング層は、活性化層から出力されたデータを間引き処理する層である。フィイナライザは、プーリング層から出力されるデータを結合する結合層である。オプチマイザは、出力値から入力値が正しいか否かを検算する層である。
【００２７】
状態判定部１２による機械学習は、図４に示す如く、ＡＩ判定アルゴリズムとしての３層以上の多層ニューラルネットワークを有している。この多層ニューラルネットワークは、入力層と、隠れ層と、出力層と、を含む。入力層は、入力された元画像の各ドットの輝度を表した層である。入力層のユニット数ｍは、元画像のサイズであって、例えば縦横（１００×１００）個である。この入力層の値Ｘ１〜Ｘｍはそれぞれ、入力される。隠れ層は、入力層と出力層との間に介在する中間層である。隠れ層のユニット数ｎは、例えば５１２個である。また、出力層は、溶接状態の出力を表す層である。出力層のユニット数ｏは、例えば、貫通、非貫通、及び貫通と非貫通との中間の各状態を出力するように３個である。尚、本実施形態では、隠れ層の層数は“１”であるものとし、出力層のユニット数ｏは“３”であるものとする。また、隠れ層の層数は“２”以上であってよく、出力層のユニット数ｏは“２”や“４”以上であってよい。
【００２８】
隠れ層の値Ｈ１〜Ｈｎは、以下の式で表される。尚、ｍ＝１００００、かつ、ｎ＝５１２が成立するものとする。係数ωは、各ニューロン間の係数であって、ω（＊１，＊２）で表され、任意の初期値を取ることができる。上記の（＊１）は、ｘ１〜ｘｍ及びバイアス値ｂ１である。上記の（＊２）は、ｈ１〜ｈｎである。
【００２９】
Ｈ１＝ω（ｘ１，ｈ１）×Ｘ１＋ω（ｘ２，ｈ１）×Ｘ２＋・・・＋ω（ｘ１００００，ｈ１）×Ｘ１００００＋ω（ｂ１，ｈ１）×バイアスＸ
・・・
Ｈ５１２＝ω（ｘ１，ｈ５１２）×Ｘ１＋ω（ｘ２，ｈ５１２）×Ｘ２＋・・・＋ω（ｘ１００００，ｈ５１２）×Ｘ１００００＋ω（ｂ１，ｈ５１２）×バイアスＸ
【００３０】
また、出力層の値Ａ１〜Ａｏは、以下の式で表される。尚、ｏ＝３が成立するものとする。また、Ｈ１´〜Ｈｎ´は、Ｈ１〜Ｈｎに対して後処理として活性化関数ｆを用いた処理が施された値である（Ｈｎ´＝ｆ（Ｈｎ））。係数ωは、各ニューロン間の係数であって、ω（＊３，＊４）で表され、任意の初期値を取ることができる。上記の（＊３）は、ｈ１〜ｈｎ及びバイアス値ｂ２である。上記の（＊４）は、ａ１〜ａｏである。
【００３１】
Ａ１＝ω（ｈ１，ａ１）×Ｈ１´＋ω（ｈ２，ａ１）×Ｈ２´＋・・・＋ω（ｈ５１２，ａ１）×Ｈ´５１２＋ω（ｂ２，ａ１）×バイアスＨ
Ａ２＝ω（ｈ１，ａ２）×Ｈ１´＋ω（ｈ２，ａ２）×Ｈ２´＋・・・＋ω（ｈ５１２，ａ２）×Ｈ´５１２＋ω（ｂ２，ａ２）×バイアスＨ
Ａ３＝ω（ｈ１，ａ３）×Ｈ１´＋ω（ｈ２，ａ３）×Ｈ２´＋・・・＋ω（ｈ５１２，ａ３）×Ｈ´５１２＋ω（ｂ２，ａ３）×バイアスＨ
【００３２】
更に、状態判定部１２は、出力層の出力を“０”〜“１”の範囲に変換するソフトマックス部を有している。ソフトマックス部の出力値Ｏ１〜Ｏｏは、指数関数ｅｘｐを用いて以下の式で表される。尚、ｏ＝３が成立するものとする。また、Ａ１´〜Ａｎ´は、Ａ１〜Ａｎに対して後処理として活性化関数ｆを用いた処理が施された値である（Ａｎ´＝ｆ（Ａｎ））。これらの出力値Ｏ１〜Ｏ３は、入力画像がキーホールが貫通する貫通教示画像に一致する確率すなわち板材２の加工部位の溶接状態がキーホール貫通状態である確率（貫通一致率）、入力画像がキーホールが貫通しない非貫通教示画像に一致する確率すなわち板材２の加工部位の溶接状態がキーホール非貫通状態である確率（非貫通一致率）、及び入力画像がキーホールが貫通と非貫通との中間の状態にある中間教示画像に一致する確率すなわち板材２の加工部位の溶接状態がキーホール中間貫通状態である確率（中間一致率）であり、その総和（Ｏ１＋Ｏ２＋Ｏ３）は“１”である。
【００３３】
Ｏ１＝ｅｘｐ（Ａ１´）／（ｅｘｐ（Ａ１´）＋ｅｘｐ（Ａ２´）＋ｅｘｐ（Ａ３´））
Ｏ２＝ｅｘｐ（Ａ２´）／（ｅｘｐ（Ａ１´）＋ｅｘｐ（Ａ２´）＋ｅｘｐ（Ａ３´））
Ｏ３＝ｅｘｐ（Ａ３´）／（ｅｘｐ（Ａ１´）＋ｅｘｐ（Ａ２´）＋ｅｘｐ（Ａ３´））
【００３４】
状態判定部１２は、板材２の溶接状態の判定結果としての上記の貫通一致率Ｏ１、非貫通一致率Ｏ２、及び中間一致率Ｏ３を出力する。尚、状態判定部１２で用いられる係数及び閾値に用いる数値は、作業者の入力操作により変更設定可能であってよい。状態判定部１２は、習熟度（教示画像のデータ数）に応じて自動的に上記の係数などを変化させることとしてもよい。更に、状態判定部１２は、作業者の入力操作に従って設定された係数などにエラーが生じると判別される場合に、その人による基準よりもＡＩ処理により設定された基準を優先して用いることとしてもよい。
【００３５】
レーザ制御部１３は、溶接ヘッド４０の位置移動を制御すると共に、レーザ発振器２０によるレーザ光の出力を制御する。レーザ制御部１３は、状態判定部１２に接続されている。レーザ制御部１３は、後に詳述する如く、状態判定部１２による溶接状態の判定結果に基づいて、レーザ光の出力をフィードバック制御する。
【００３６】
次に、レーザ溶接制御装置１０の動作を説明する。
レーザ溶接制御装置１０において、システム電源がオンすると（図５に示すステップＳ１００）、まず、機械学習が完了していない場合、データサーバに格納されている教示画像データが取得され、システムティーチング処理が行われる（ステップＳ１０１）。具体的には、システムパラメータの設定処理及びデータサーバに格納されている教示画像データに対する上記の機械学習が実行される。そして、システムパラメータの設定処理が完了しかつ機械学習が完了したか否かが判別される（ステップＳ１０２）。この判別は、肯定判定がなされるまで継続して行われる。機械学習が完了すると、その学習結果が状態判定部１２に供給される。
【００３７】
上記のシステムティーチング処理が完了した後にレーザ溶接制御装置１０での各種のモニタリングが開始され（ステップＳ１０３）かつレーザ溶接が開始されると（ステップＳ１０４）、まず、状態判定部１２が、カメラ１１の撮像画像に基づいて板材２の溶接状態を判定し、その判定した板材２の溶接状態が目標とする溶接状態（以下、目標溶接状態と称す。）に一致して良好であるか否かを判別する（ステップＳ１０５）。具体的には、上記の一致率Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３が目標値に近い溶接状態を板材２の溶接状態として判定する。
【００３８】
尚、目標溶接状態は、作業者の操作により変更可能であってよい。また、溶接状態の判定結果は、カメラ１１の一回の撮像で得られるものであってもよいが、単位時間当たりに取得したものの移動平均や中央値を用いることとしてもよい。例えば、過去に得た時系列の所定数のデータを平均した値を用いて各種溶接状態との一致度判定を行うこととしてもよい。
【００３９】
例えば、突き合わせ貫通溶接が目標として要求されているときに、判定された溶接状態が貫通溶接である場合は、その溶接状態が良好であると判別される一方、判定された溶接状態が非貫通溶接である場合は、その溶接状態が良好でないと判別される。また、重ね合わせ非貫通溶接が目標として要求されているときに、判定された溶接状態が貫通溶接である場合は、その溶接状態が良好でないと判別される一方、判定された溶接状態が非貫通溶接である場合は、その溶接状態が良好であると判別される。
【００４０】
状態判定部１２は、溶接状態が目標溶接状態に一致せず良好でないと判別した場合は、レーザ制御部１３に対して、レーザ発振器２０によるレーザ光の出力及び溶接ヘッド４０の位置（すなわち、板材２に対するレーザ光の照射位置）の少なくとも何れかを良好な溶接状態が得られるように変更させる指令を行う（ステップＳ１０６）。この指令は、溶接状態の判定ごとに行われる。かかる指令がなされると、レーザ制御部１３は、良好な溶接状態が得られるようにレーザ発振器２０によるレーザ光の出力を増減させると共に台座５０に対する溶接ヘッド４０の位置を変更させる。
【００４１】
レーザ制御部１３によるレーザ光の出力増減は、以下に示す如く行われる。すなわち、レーザ制御部１３は、状態判定部１２からの指令に従ってレーザ光の出力変換を開始する（図６に示すステップＳ２００）。レーザ制御部１３は、出力変換の開始後、まず、状態判定部１２の演算した一致率を取得する（ステップＳ２０１）。この取得する一致率は、教示画像の種類ごとにあり、具体的には、教示画像が貫通教示画像、非貫通教示画像、及び中間教示画像の３種類ある場合は、貫通一致率Ｏ１、非貫通一致率Ｏ２、及び中間一致率Ｏ３である。
【００４２】
レーザ制御部１３は、教示画像の種類分（具体的には、貫通教示画像、非貫通教示画像、及び中間教示画像）の各一致率を取得すると、以下の式に示す如くそれらの各一致率を合成してレーザ出力制御に用いる合成一致率Ｏを演算する（ステップＳ２０２）。尚、ｃ１，ｃ２，ｃ３はそれぞれ、貫通一致率Ｏ１に対する係数、非貫通一致率Ｏ２に対する係数、及び中間一致率Ｏ３に対する係数である。
Ｏ＝ｃ１×Ｏ１＋ｃ２×Ｏ２＋ｃ３×Ｏ３
【００４３】
例えば、目標溶接状態が、キーホールが貫通と非貫通との中間状態であるものとすると、中間一致率Ｏ３が“１”となるようにレーザ光出力のフィードバック制御を行うことが必要であり、その中間状態に重みを置いた演算を行うことが必要である。この場合は、溶接状態が“貫通”になったときにレーザ光出力を下げる制御を行うと共に、溶接状態が“非貫通”になったときにレーザ光出力を上げる制御を行うことが要求される。
【００４４】
そこで、上記の場合は、例えば、係数ｃ１，ｃ２，ｃ３がそれぞれ、“０．９”，“０．１”，“０．５”に設定されると共に、目標合成一致率Ｏ´が“０．５”に設定される。これら係数ｃ１，Ｃ２，Ｃ３の設定によれば、キーホールが“貫通”になると合成一致率Ｏが“１”に近づき、キーホールが“非貫通”になると合成一致率Ｏが“０”に近づき、キーホールが“中間状態”になると合成一致率Ｏが“０．５”に近づく。そして、この目標合成一致率Ｏ´の設定によれば、合成一致率Ｏが“０．５”より高いときはレーザ光出力を下げる制御を行い、合成一致率Ｏが“０．５”より低いときはレーザ光出力を上げる制御を行うことができる。
【００４５】
レーザ制御部１３は、上記ステップＳ２０２で演算した合成一致率Ｏが目標合成一致率Ｏ´と異なるか否かを判別する（ステップＳ２０３）。目標合成一致率Ｏ´は、使用者の操作により変更設定可能である。尚、この判別は、合成一致率Ｏが目標合成一致率Ｏ´の上下所定閾値外にある事態が所定回数（例えば、“０”〜“１０００”のうちの任意の回数）連続して発生した場合に肯定されるものであってよい。レーザ制御部１３は、Ｏ≠Ｏ´が成立しないと判別した場合は、上記ステップＳ２０１の処理を繰り返し実行する。
【００４６】
一方、レーザ制御部１３は、上記ステップＳ２０３でＯ≠Ｏ´が成立すると判別した場合は、演算した合成一致率Ｏについて所定のフィルタ処理を実行する（ステップＳ２０４）。この所定のフィルタ処理は、溶接状態の誤判定がレーザ溶接へ与える影響を抑えるための処理であって、例えば、単位時間当たりに得られる合成一致率Ｏの時系列データを平滑化した移動平均を求める処理、単位時間当たりに得られる複数の合成一致率Ｏの中央値を求める処理、或いはローパスフィルタによる処理などである。次に、レーザ制御部１３は、演算した合成一致率Ｏと目標合成一致率Ｏ´とに基づいてその差｜Ｏ−Ｏ´｜に応じてＰＩＤ処理を実行する（ステップＳ２０５）。このＰＩＤ処理は、フィードバック制御の応答性を向上させるための処理である。尚、レーザ制御部１３は、ＰＩＤ処理に代えて、ＰＩ処理やＰＤ処理，Ｐ処理を実行することとしてもよい。
【００４７】
その後、レーザ制御部１３は、合成一致率Ｏに基づいてレーザ発振器２０によるレーザ光の出力を増減させる処理を実行する（ステップＳ２０６）。この出力増減処理は、上記のフィルタ処理後かつ上記のＰＩＤ処理後の合成一致率Ｏと目標合成一致率Ｏ´との差に基づいて行われる。具体的には、合成一致率Ｏが目標合成一致率Ｏ´より高いときは、レーザ光出力が下げられ、合成一致率Ｏが目標合成一致率Ｏ´より低いときは、レーザ光出力が上げられる。尚、このレーザ光出力の増減は、単位量ずつ時間をかけて徐々に行われるものであってよく、更に、その増減単位量は、合成一致率Ｏと目標合成一致率Ｏ´との差の大きさに応じて変更されるものであってもよい。
【００４８】
レーザ制御部１３は、上記したレーザ光出力の増減処理後、合成一致率Ｏが目標合成一致率Ｏ´に一致することによりその出力変換を終了する条件が成立したか否かを判別する（ステップＳ２０７）。そして、その終了条件が成立しないと判別した場合は、上記ステップＳ２０１の処理を繰り返し実行する。一方、その終了条件が成立したと判別した場合は、図６に示すルーチンを終了する。
【００４９】
一方、状態判定部１２は、上記ステップＳ１０５において溶接状態が良好であると判別した場合は、板材２のすべての溶接が終了したか否かを判別する（ステップＳ１０７）。そして、すべての溶接が終了していないと判別された場合は、板材２の溶接に対する溶接状態の判定が継続される。一方、すべての溶接が終了したと判別された場合は、各種のモニタリングが終了され（ステップＳ１０８）、そして、システム電源がオフされる（ステップＳ１０９）。
【００５０】
このように、レーザ溶接制御装置１０においては、レーザ発振器２０の出力したレーザ光が照射された板材２の加工部位をカメラ１１を用いて撮像し、その撮像画像をＡＩによって得られた教示画像と比較することにより加工部位の溶接状態と教示画像の溶接状態との一致率を演算して、その板材２の溶接状態を判定することができる。そして、その一致率が目標値から乖離してその溶接状態が良好でない場合に、レーザ光の出力を板材２の溶接状態が良好となるようにフィードバック制御することができる。
【００５１】
具体的には、レーザ出力制御に用いる合成一致率Ｏが目標合成一致率Ｏ´より高いときはレーザ光の出力を下げ、一方、レーザ出力制御に用いる合成一致率Ｏが目標合成一致率Ｏ´より低いときはレーザ光の出力を上げて、その合成一致率Ｏが目標合成一致率Ｏ´に一致するように制御することができる。このため、レーザ溶接制御装置１０によれば、レーザ溶接装置１によりレーザ溶接される板材２の溶接品質を向上させて良好な状態に安定化させることができる。
【００５２】
尚、上記の実施形態においては、板材２が特許請求の範囲に記載した「対象物」に、レーザ発振器２０が特許請求の範囲に記載した「照射部」に、カメラ１１が特許請求の範囲に記載した「撮像部」に、状態判定部１２がカメラ１１の撮像画像を貫通教示画像、非貫通教示画像、及び中間教示画像それぞれと比較して貫通一致率Ｏ１、非貫通一致率Ｏ２、及び中間一致率Ｏ３を演算することが特許請求の範囲に記載した「一致度演算部」及び「個別演算部」に、レーザ制御部１３が貫通一致率Ｏ１と非貫通一致率Ｏ２と中間一致率Ｏ３とに基づいて、レーザ光出力のフィードバック制御に用いる合成一致率Ｏを演算することが特許請求の範囲に記載した「一致度演算部」及び「合成演算部」に、それぞれ相当している。
【００５３】
また、状態判定部１２又はレーザ制御部１３が単位時間当たりに得られる一致率Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３又は合成一致率Ｏの時系列データを平滑化した移動平均を求めることが特許請求の範囲に記載した「一致度演算部」及び「移動平均演算部」に、状態判定部１２又はレーザ制御部１３が単位時間当たりに得られる複数の一致率Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３又は合成一致率Ｏの中央値を演算することが特許請求の範囲に記載した「一致度演算部」及び「中央値演算部」に、それぞれ相当している。
【００５４】
ところで、上記の実施形態においては、溶接状態の判定結果として、“０”〜“１”の範囲の値を取り得る板材２の加工部位の溶接状態と教示画像の溶接状態との一致率を演算することとしている。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、任意の数値を取り得る板材２の加工部位の溶接状態と教示画像の溶接状態との一致度を演算するものであってもよい。
【００５５】
また、上記の実施形態においては、溶接状態の出力を表す出力層のユニット数ｏが、貫通、非貫通、及び貫通と非貫通との中間の各状態を出力するように３個である例が示されている。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、その出力層のユニット数ｏが、未溶接の状態（すなわち、レーザが照射されていない溶接開始前の状態のこと）を含む貫通、非貫通、貫通と非貫通との中間、及び未溶接の各状態を出力するように４個であってもよい。
【００５６】
この変形形態においては、レーザ制御部１３がレーザ出力制御に用いる合成一致率Ｏは、以下の式に従って演算される。尚、ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４はそれぞれ、貫通一致率Ｏ１に対する係数、非貫通一致率Ｏ２に対する係数、中間一致率Ｏ３に対する係数、及び、入力画像が未溶接教示画像に一致する確率である一致率（未溶接一致率）Ｏ４に対する係数であって、例えば、“０．９”，“０．１”，“０．５”，“０”に設定される。
Ｏ＝ｃ１×Ｏ１＋ｃ２×Ｏ２＋ｃ３×Ｏ３＋ｃ４×Ｏ４
【００５７】
この変形形態によれば、実際の溶接状態が未溶接状態にある場合に、未溶接一致率Ｏ４を“１”に近い値にして、他の一致率Ｏ１，Ｏ２，Ｏ３を“０”に近い値にすることができるので、合成一致率Ｏを“０”に近い値にすることができる。このため、レーザ溶接開始時におけるレーザ出力を予め設定することなく、その後の合成一致率の判定によりレーザ出力を上昇させることができるので、レーザ溶接開始時に予め定めた出力でレーザ照射を行うことを不要とすることが可能となる。
【００５８】
また、上記の実施形態においては、レーザ溶接制御装置１０に用いられる教示画像データがデータサーバに格納されるが、このデータサーバは、レーザ溶接制御装置１０に内蔵されてもよいし、また、ネットワークを介して通信接続可能な外部装置に設けられてもよい。データサーバが外部装置に設けられる場合は、レーザ溶接制御装置１０は、データサーバから送られる教示画像データを無線や有線のネットワーク経由で取得する受信部を有するものとしてよい。
【００５９】
尚、本発明は、上述した実施形態や変形形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００６０】
１：レーザ溶接装置、２：板材、１０：レーザ溶接制御装置、１１：カメラ、１２：状態判定部、１３：レーザ制御部、２０：レーザ発振器、３０：伝送路、４０：溶接ヘッド、４１：コリメーションレンズ、４２：ダイクロイックミラー、４３：集光レンズ、５０：台座。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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