(57)【要約】      （修正有）【課題】溶接プロセス中の変数を監視でき、溶接部の欠陥を検出し、溶接部の全体的な品質を定量化し、良好な溶接を示すデータを取得且つ使用し、自動化溶接プロセスの生産及び品質管理を改善するアーク溶接システムを提供する。【解決手段】診断システムは、波形のそれぞれを段階状態にセグメント化するロジック段階状態の制御装置と、特定の波形の段階状態を選択する回路と、溶接プロセス中に、段階状態に発生する複数の溶接パラメータを所定期間に亘って監視して、複数の溶接パラメータについてのデータセットを取得するための監視装置Ｍと、監視対象の複数の溶接パラメータに基づいて、複数の品質パラメータを算出するための回路と、溶接部の１つ又は複数の局所的又は連続的な欠陥の原因を判断することによって、品質パラメータ及び溶接パラメータを解析してアーク溶接プロセスを診断する診断用論理回路と、を有する。【選択図】図１
0003197100.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
溶接機が、前進ワイヤとワークとの間に実際の溶接パラメータを形成して溶接部を形成することによりアーク溶接プロセスを行う際に、電気アーク溶接機を監視することによりアーク溶接プロセスを診断する診断システムであって、前記溶接プロセスは、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御されるような、一連の迅速に繰り返される波形によって規定される、当該診断システムは：
前記波形のそれぞれを一連の時間でセグメント化された段階状態にセグメント化するロジック段階状態の制御装置と；
特定の波形の段階状態を選択する回路と；
溶接プロセス中に、問合せ速度で１つ又は複数の段階状態に発生する複数の溶接パラメータを所定期間に亘って繰り返し監視して、複数の溶接パラメータについてのデータセットを取得するための監視装置と；
監視対象の複数の溶接パラメータに基づいて、前記段階状態のそれぞれについての複数の品質パラメータを算出するための回路と；
溶接部の１つ又は複数の局所的又は連続的な欠陥のうちの１つ又は複数の考えられる原因を判断することによって、複数の品質パラメータ及び複数の溶接パラメータの少なくとも一方を解析してアーク溶接プロセスを診断するための診断用論理回路と；を有する、
システム。
【請求項２】
各所定期間について算出された前記品質パラメータのそれぞれの値を、対応する期待品質パラメータ値と比較して、前記算出された品質パラメータ値と前記期待品質パラメータ値との間の差が、所定の閾値を超えるかどうかを決定するための回路と；
前記差が前記閾値を超過した場合に、前記差に基づいて、前記算出された品質パラメータを等級重みで重み付けし、前記段階状態を含む波形に対するその段階状態の時間的寄与に基づいて、前記算出された品質パラメータ値を時間寄与重みで重み付けするための回路と；をさらに有する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記複数の溶接パラメータは、前記段階状態の１つ以上についての、２つ以上のアーク電流、アーク電圧、ワイヤ送り速度、ワークの温度、シールドガスのレベル、シールドガスの組成、ワーク付近の風速、ワーク付近の湿度レベル、及び動作位置を含み；及び／又は、
前記複数の溶接パラメータは、前記段階状態の１つ以上についての、２つ以上のトーチ位置、溶接プロセスによって発生する音のレベル、溶接プロセスによって発生する音の周波数、アーク溶接プロセスによって発生する音のパルス速度、アーク溶接プロセスによって発生する可視光のレベル、アーク溶接プロセスによって発生する可視光の周波数、アーク溶接プロセスによって発生する可視光のパルス速度、アーク溶接プロセスによって発生する赤外線のレベル、アーク溶接プロセスによって発生する赤外線の周波数、アーク溶接プロセスによって発生する赤外線のパルス速度、及びワイヤ送りモータの電流レベルを含み；及び／又は、
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、２つ以上の品質カウント平均値（ＱＣＡ）、品質カウント標準偏差（ＱＣＳＤ）、品質電圧平均値（ＱＶＡ）、品質電圧標準偏差（ＱＶＳＤ）、品質電流平均値（ＱＩＡ）、品質電流標準偏差（ＱＩＳＤ）、品質電圧分散平均（ＱＶＶＡ）、品質電圧の分散標準偏差（ＱＶＶＳＤ）、品質電流分散平均（ＱＩＶＡ）、及び品質電流の分散標準偏差（ＱＩＶＳＤ）を含み；及び／又は、
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、品質ワイヤ送り速度の平均値（ＱＷＡ）、品質ワイヤ送り速度の標準偏差（ＱＷＳＤ）、品質ワイヤ送り速度の分散平均（ＱＷＶＡ）、品質ワイヤ送り速度の分散標準偏差（ＱＷＶＳＤ）を含む、
請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、音質レベルの平均値（ＱＳＬＡ）、音質レベルの標準偏差（ＱＳＬＳＤ）、音質レベルの分散平均（ＱＳＬＶＡ）、及び音質レベルの分散標準偏差（ＱＳＬＶＳＤ）を含み；及び／又は、
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、音質周波数平均値（ＱＳＦＡ）、音質周波数標準偏差（ＱＳＦＳＤ）、音質周波数分散平均（ＱＳＦＶＡ）、及び音質周波数の分散標準偏差（ＱＳＦＶＳＤ）を含み；及び／又は、
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、音質パルス速度の平均値（ＱＳＰＲＡ）、音質パルス速度の標準偏差（ＱＳＰＲＳＤ）、音質パルス速度の分散平均（ＱＳＰＲＶＡ）、及び音質パルス速度の分散標準偏差（ＱＳＰＲＶＳＤ）を含む、
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項５】
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、品質可視光レベルの平均値（ＱＶＬＬＡ）、品質可視光レベルの標準偏差（ＱＶＬＬＳＤ）、品質可視光レベルの分散平均（ＱＶＬＬＶＡ）、及び品質可視光レベルの分散標準偏差（ＱＶＬＬＶＳＤ）を含み；及び／又は、
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、品質可視光の周波数平均値（ＱＶＬＦＡ）、品質可視光の周波数標準偏差（ＱＶＬＦＳＤ）、品質可視光の周波数分散平均（ＱＶＬＦＶＡ）、及び品質可視光の周波数分散の標準偏差（ＱＶＬＦＶＳＤ）を含み；及び／又は、
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、品質可視光のパルス速度平均値（ＱＶＬＰＲＡ）、品質可視光のパルス速度標準偏差（ＱＶＬＰＲＳＤ）、品質可視光のパルス速度分散平均（ＱＶＬＰＲＶＡ）、及び品質可視光のパルス速度の分散標準偏差（ＱＶＬＰＲＶＳＤ）を含む、
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項６】
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、品質赤外線レベルの平均値（ＱＩＲＬＬＡ）、品質赤外線レベルの標準偏差（ＱＩＲＬＬＳＤ）、品質赤外線レベルの分散平均（ＱＩＲＬＬＶＡ）、及び品質赤外線レベルの分散標準偏差（ＱＩＲＬＬＶＳＤ）を含み；及び／又は、
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、品質赤外線周波数の平均値（ＱＩＲＬＦＡ）、品質赤外線周波数の標準偏差（ＱＩＲＬＦＳＤ）、品質赤外線周波数の分散平均（ＱＩＲＬＦＶＡ）、及び品質赤外線周波数の分散標準偏差（ＱＩＲＬＦＶＳＤ）を含み；及び／又は、
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、品質赤外線パルス速度の平均値（ＱＩＲＬＰＲＡ）、品質赤外線パルス速度の標準偏差（ＱＩＲＬＰＲＳＤ）、品質赤外線パルス速度の分散平均（ＱＩＲＬＰＲＶＡ）、及び品質赤外線パルス速度の分散標準偏差（ＱＩＲＬＰＲＶＳＤ）を含む、
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項７】
前記複数の品質パラメータは、前記所定期間に亘った段階状態の１つ以上についての、品質ワイヤ送りモータ電流の平均値（ＱＷＦＭＩＡ）、品質ワイヤ送りモータの電流標準偏差（ＱＷＦＭＩＳＤ）、品質ワイヤ送りモータの電流分散平均（ＱＷＦＭＩＶＡ）、及び品質ワイヤ送りモータ電流の分散標準偏差（ＱＷＦＭＩＶＳＤ）を含む、
請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
【請求項８】
前記１つ以上の欠陥は、空隙、ブローホール、及びワームホールのような溶接部のガス含有物、ワークの溶け落ち、ワーク内への浸入の欠如、飛びはね、未充填部の接合、アンダーカット、溶接部の割れ、溶接部のボイド、及び溶融不良のうちの１つ又は複数を含む、
請求項１乃至７のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項９】
前記１つ又は複数の考えられる原因は、シールドガスの不足、ワークまでの距離に対して短い接触チップ、ワークまでの距離に対して長い接触チップ、詰まったノズル、ワーク表面汚染、非常に遅い移動速度、非常に速い移動速度、非常に遅いワイヤ送り速度、非常に速いワイヤ送り速度、ワークや電極中の硫黄含有量、電極又はワークから過剰な水分、及び非常に小さい電極角度のうちの１つ又は複数を含む、
請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願
本願は、２０１０年５月７日に出願された米国特許出願第１２／７７５７２９号（この出願は、２００９年１１月１３日に出願された米国仮特許出願第６１／２６１，０７９号の優先権を主張する）の優先権の利益を主張する一部継続（ＣＩＰ）特許出願として提出されており、全体の開示が、参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本考案の一般的概念は、電気アーク溶接に関し、より具体的には、溶接プロセス中の変数を監視し、それに応じて変数を重み付けし、溶接品質を定量化し、良好な溶接を示すデータを取得し且つ使用し、自動化溶接プロセスの生産及び品質管理を改善し、適切な溶接技術を教え、溶接プロセスのコスト削減を特定し、異なる溶接プロセス又はアプリケーションのプリセットとして使用するための最適な溶接の設定を導出するためのシステム、方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
多数の異なる条件及びパラメータが、得られる溶接の全体的な品質に貢献している。従って、電気アーク溶接機の製造業者は、溶接部の品質及び溶接機の効率を製造設備の動作中に判定するために、溶接機の動作を監視することを試みてきた。電気アーク溶接機を監視する１つの試みが、Vaidya（以下、「Vaidya」という）に付与された米国特許第６，０５１，８０５号に示されており、ここで、コンピュータ又は他のプログラムされた機器を用いて、溶接作業の平均電流及び効率を監視しており、この効率は、作業シフトの合計時間に対して行われた溶接時間の比で表される。標準的な技術に従って、この開示された監視システムは、第１の制御回路を含み、この第１の制御回路は、ＲＡＭやＥＰＲＯＭ等の標準付属品を備えた中央処理装置の形態である。第２の制御回路は、第１の回路に接続されており、監視手順を行っている間に、情報が入出力される。モニタは、数時間又は９９９時間までに亘って延長されるように開示された所定期間に亘って情報を収集する。モニタは、溶接効率を判定し、全体的な効率のための平均電流及び累積アーク溶接時間を決定するために時間を監視する。
【０００４】
Vaidyaは、溶接手順を行う間に、電流及びワイヤ送り速度だけでなくガス流を監視する機能を開示する。この全ての情報は、溶接プロセス中の溶接機の動作特性のその後の検索のために、適切なメモリ装置に格納される。このように、溶接機の生産性は、コスト効率及び他のパラメータを算出するために測定される。Vaidyaで提案されるような電気アーク溶接機の監視は、他の製造業者によって、溶接プロセス中の平均電流を測定するように試みられている。しかしながら、溶接プロセス中の平均電流、電圧、ワイヤ送り速度又は他のパラメータを測定すること、及び溶接作業のパフォーマンスを記録するためにこのデータを使用することは、満足のいくものではなかった。過去には、監視装置は、監視対象のパラメータの予備知識が無かった。
【０００５】
従って、過去に、電流、電圧、さらにワイヤの送り速度等のパラメータを監視すること、さらに、Vaidyaに記載された技術を使用することは、応答において混沌としており、且つ電気アークの実際の安定性、又は溶接プロセスが所望のパラメータ値を上回っている又は下回っているかを決定することができなかった。この情報は、溶接サイクルを拒絶し、及び／又は溶接サイクル中に行われる溶接部の品質を所望の精度で判断する目的のために知る必要がある。要約すると、その実施中の溶接プロセスを評価する目的のために使用される予備知識がないため、様々な溶接プロセスの目的で使用されるときに、電気アーク溶接機の動作を監視することは、満足いくものではなかった。
【０００６】
これらの欠点を克服するために、Hsu（以下、「Hsu」という）に付与された米国特許第６,４４１，３４２号には、溶接機が溶接機の動作に関する情報を作成するような選択されたアーク溶接プロセスを実行する際に、電気アーク溶接機の監視及び監視する方法が開示されている。それに応じて、標準的な高出力コンピュータ技術を、監視によって生成された同等の正確性で且つインテリジェントなデータに使用することができる。Hsuの監視及び監視システムは、溶接プロセス中の既知の情報を用いる。情報は固定されており、変動するものではない。モニタは、実際のパフォーマンスと比較されるような事前知識を用いるために、溶接プロセスの特定の態様に集中している。従って、選択されたパラメータの安定性を有する及び許容可能な等級又はレベルは、溶接プロセスの特定の態様の間に決定される。溶接プロセスは、監視する前に、既知の所望のパラメータを用いて固定時間セグメントに分離される。次に、このデータは、既知のコンピュータ技術によって処理されて、溶接サイクルの態様を評価することができる。
【０００７】
Hsuは、溶接プロセスが、一連の迅速に繰り返される波形を生成する電気アーク溶接機によって行われることを開示する。各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される。各溶接サイクル（すなわち、波形）は、溶接機の動作を制御するために使用される既知の波形発生装置によって形成される。これらの波形は、パルス溶接プロセス、バックグラウンド電流の状態、ランプアップ、ピーク電流、ランプダウン等の段階状態に分割され、次にバックグラウンド電流に戻る。従来の駆動波形を、生成されたアーク特性の時間セグメントとして規定された段階状態に分割することによって、段階状態の任意の選択された１つを監視することができる。実際、多くの段階状態を、多重化することができる。例えば、パルス溶接プロセスでは、ピーク電流に関する段階状態を監視することができる。Hsuは、溶接プロセスの段階状態が、好ましくは、１．０ｋＨｚを超える高いレートで読み取ることによって監視されることが開示されている。電流、電圧、又はワイヤ送り速度等の実際の各溶接パラメータは、パルス溶接プロセスで使用される波形の各ピーク電流の段階状態の間に何度も検出される。こうして、ランプアップ、ランプダウン、及びバックグラウンド電流は、ピーク電流の段階状態の監視プロセス中に無視される。
【０００８】
従って、ピーク電流は、既知のピーク電流と比較される。ピーク電流の関数は、電気アーク溶接機による実際のピーク電流出力の変化を検出するために使用される。Hsuでは、コマンドピーク電流のより低い及びより高い側の最小レベル及び最大レベルを使用して、パルス溶接波形の各ピーク電流の段階状態の間に、ピーク電流のレベルを何度も判断する。電流が最大値を超えるか、又は最小値より小さいときはいつでも、このイベントは、各波形が存在する間にカウントされる。総偏差又はイベントは、溶接時間（すなわち、溶接プロセス又は溶接プロセスのいくつかの重要な部分が行われる間の時間）についてカウントされる。このカウントが、波形当たりの設定数を超えたり、溶接時間中に超える場合に、警告によって、この特定の溶接プロセスが望ましくない溶接条件を経験したことが通知される。実際に、カウントが最大レベルを超える場合に、溶接は拒絶される。この同じ機能は、統計的標準偏差プログラムを用いて使用され、波形の各ピーク電流の段階状態の間でピーク電流を何回も読み取って、標準偏差の大きさを感知する。実際には、標準偏差は、コンピュータ・プログラムによって算出された二乗平均値平方根（ＲＭＳ）偏差である。Hsuでは、平均ピーク電流が算出され、レベル条件及び安定性特性も同様に記録される。電流又は電圧のＲＭＳは、監視対象の各段階状態、例えば、パルス波形のピーク電流の段階状態についても決定される。ピーク電流レベル又は標準的な上昇を監視しながら、バックグラウンド電流段階は、電流レベル及び持続期間によって監視することができる。
【０００９】
Hsuは、波形の段階状態を選択するステップと、その監視対象の段階状態の間に、その段階状態について望ましい及び既知のコマンド信号を、溶接プロセスの実際のパラメータと比較するステップとを開示している。この選択は、波形発生装置の予備知識に基づくものである。例えば、特定のワイヤ送り速度ＷＦＳ１で、波形発生装置は、ピーク電流を調整してアーク長さを制御するようにプログラムされる。このワイヤ送り速度ＷＦＳ１で溶接する際に、「情報が送られた(informed)」モニタは、ピーク電流セグメントを監視対象の段階状態として選択する。しかしながら、別のワイヤ送り速度ＷＦＳ２では、波形発生装置は、バックグラウンド時間を調整して、アーク長さ（ピーク電流ではない）を制御するようにプログラムされる。このワイヤ送り速度ＷＦＳ２で溶接するときに、「情報が送られた」モニタは、次に、バックグラウンド時間を監視対象の段階状態及びパラメータとして選択する。これとは対照的に、事後的なモニタは、異なるワイヤ送り速度において、アーク安定性を検出するために、波形の様々な態様を監視すべきであるという考えを有していない。この例では、ワイヤ送り速度ＷＦＳ１でバックグラウンド時間を監視すること、又はワイヤ送り速度ＷＦＳ２でピーク電流を監視することは、非常に非効率となるだろう。従って、Hsuは、所望の値の予備知識を使用して、波形のこのセグメントを監視するための波形の時間セグメントを使用することを開示する。これによって、実際の電気アーク溶接プロセスの監視が可能になり、総波形に亘った単なる平均化ではなくなる。
【００１０】
Hsuでは、モニタは、溶接プロセス中に経験される出力パラメータを単に読み取る通常のプロセスとは対照的に、予備知識を使用する。このため、監視は、通常の挙動が、時間の関数であり、溶接プロセスの一態様の間でのみ異なる場合に、溶接機の正常な動作を検出する作業を大幅に簡素化する。電圧の所望レベルが、全溶接サイクルの間に既知の特性であるため、Hsuの教示は、定電圧プロセスの電圧監視に適していない。しかしながら、他の溶接プロセスでは、電圧及び電流の両方が波形の異なるセグメントの間に変化するときに、Hsuの方法は、実際のパラメータが波形の選択されたセグメントの間で監視される前に、安定性、ＲＭＳ、標準偏差、平均値、最小値及び最大値の正確な測定値を与える。
【００１１】
Hsuによれば、パルス溶接や短絡溶接等の時間変動型の溶接プロセスは、一般的な出力情報を読み取ることによってではなく、正確な精度で監視されている。モニタは、波形の選択された段階状態又はセグメントであるような各波形において選択された時点で起動される。モニタは、実際のパラメータを、溶接機の電源に向けられたコマンド信号の形態の所望のパラメータと比較する。Hsuでは、監視は、波形の特定のセグメントの間でのみ発生する。しかしながら、例外的なイベントでは、アークが消滅したとき、又は短絡回路が存在する場合に、コンピュータ制御されたサブルーチンが、電圧検出又は電流検出のいずれかによって実行され、アークを再起動し及び／又はショートを修正する。これらのイベントのサブルーチンは、監視プログラムを並列に実行させる。その結果、これらの例外は、監視の全体的な動作には影響しない。これらのサブルーチンは、例外的な段階状態又は時間セグメントとして構成される。上述したように、これらの例外的な段階状態内のパラメータや信号は、同様の方法で監視される。
【００１２】
Hsuでは、カレンダー時間、シフトに関する生産情報、さらにオペレータによる生産情報が、溶接機の動作や効率性を評価する目的のために累積される。波形の特定のセグメント又は段階状態を監視することにより各溶接サイクルを監視することによって、時間の経過とともに経験される望ましくないイベントの累積が可能になる。これによって、溶接プロセスが実際に不良品の製品溶接部を製造する前に、オペレータが是正措置を取ることができるようなトレンド解析も可能になる。トレンド解析、欠陥解析、累積された欠陥、これらのアイテムの全ての記録、及び電気アーク溶接機の関連するリアルタイム監視によって、タイムリーに直接介入ができ、是正処置とは対照的に、予防処置を取ることができる。
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本考案の一般的概念は、溶接プロセス中の変数を監視し、それに応じて変数を重み付けし、溶接品質を定量化し、良好な溶接部を示すデータを取得及び使用し、溶接部の欠陥を検出し、溶接部の欠陥の考えられる原因を診断するためのシステム、方法、及び装置を企図する。溶接品質データによって、適切な溶接技術を教え、溶接プロセスのコスト削減を特定し、異なる溶接プロセス又はアプリケーションについてのプリセットとして使用されるような最適な溶接の設定を導出するような、自動化溶接プロセスの生産及び品質管理の改善が可能になる。本考案の一般的概念の様々な態様を説明するような一例として、いくつかの例示的なシステム、方法が、本明細書において開示される。
【００１４】
例示的な一実施形態によれば、溶接機が、前進ワイヤとワークの間に実際の溶接パラメータを形成することにより選択されたアーク溶接プロセスを実行する際に、選択されたプロセスが、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御されるような、電気アーク溶接機を監視する係る方法が開示される。この方法は、（ａ）一連の迅速に繰り返される波形を生成するステップであって、各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される、生成するステップと；（ｂ）波形を段階状態に分割するステップと；（ｃ）問合せ速度で波形段階状態のいずれかで発生する選択された溶接パラメータを所定期間に亘って測定して、選択された溶接パラメータのデータセットを取得するステップと；（ｄ）各所定期間について、選択された溶接パラメータの安定値をデータセットから算出するステップと；（ｅ）各安定値を期待安定値と比較して、安定値と期待安定値との間の差が所定の閾値を超えるかどうかを決定するステップと；及び（ｆ）この差が閾値を超える場合に、この差に基づいて安定値を等級重みで重み付けし、その波形に対する波形段階状態の時間寄与に基づいて安定値を時間寄与重みで重み付けするステップと；を含む。このように、この方法は、（例えば、偏差の程度／大きさ、及びその段階状態の時間寄与に基づいて）複数の重みを、外れ値を構成するような測定されたパラメータ（すなわち、データセット内の項目）に割り当てることができる。例示的な一実施形態では、外れ値が、溶接パラメータの平均値から離れた３つの標準偏差の限界外にあるような、溶接パラメータの測定値として規定される。この例示的な方法を実行するための、アーク溶接機と一体化されたモニタも企図される。
【００１５】
例示的な一実施形態によれば、溶接機が、前進ワイヤとワークとの間に実際の溶接パラメータを形成することにより選択されたアーク溶接プロセスを実行する際に、選択されたプロセスが、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御されるような、電気アーク溶接機を監視することにより溶接部の品質を定量化する方法が、開示される。この方法は、（ａ）一連の迅速に繰り返される波形を生成するステップであって、各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される、生成するステップと；（ｂ）波形を段階状態に分割するステップと；（ｃ）溶接時間の間に、問合せ速度で１つ又は複数の段階状態において発生する選択された複数の溶接パラメータを、所定期間に亘って繰り返し測定するステップと；（ｄ）所定期間中の選択された溶接パラメータの測定値に基づいて、段階状態のそれぞれについての複数の品質パラメータを算出するステップと；を含み、品質パラメータは、溶接部の全体的な品質測定値を表す。この例示的な方法を実行するための、アーク溶接機と一体化されたモニタも企図される。
【００１６】
例示的な一実施形態では、この方法は、（ｅ）各所定期間について算出された品質パラメータのそれぞれの値を、対応する期待品質パラメータ値と比較して、算出された品質パラメータ値と期待品質パラメータ値との間の差が、所定の閾値を超えたかどうかを決定するステップと；及び（ｆ）この差が閾値を超える場合に、この差に基づいて、算出された品質パラメータ値を等級重みで重み付けし、段階状態をも含む波形段階状態に対するその段階状態の時間的寄与に基づいて、算出された品質パラメータ値を時間寄与重みで重み付けするステップと；を含む。この例示的な方法を実行するための、アーク溶接機と一体化されたモニタも企図される。
【００１７】
一実施形態では、問合せ速度が１２０ｋＨｚである。例示的な一実施形態では、所定期間は約２５０ミリ秒である。
【００１８】
例示的な一実施形態では、選択された溶接パラメータは、各段階状態について、所定期間において選択された溶接パラメータのそれぞれについて取得された測定値のカウント、所定期間における平均電圧、所定期間の二乗平均平方根電圧ＲＭＳＶ、所定期間の電圧分散Ｖｖａｒ、所定期間の平均電流、所定期間の二乗平均平方根電流ＲＭＳI、及び所定期間の電流分散Ｉｖａｒを含み、ここで、電圧＝所定期間において測定された電圧の和／電圧測定のカウントであり、ここで、
【数１】
0003197100.tif 000003
ここで、Ｖｖａｒ＝ＲＭＳＶ−電圧であり、電流＝所定期間に測定された電流の和／電流測定のカウントであり、ここで、
【数２】
0003197100.tif 000004
ここで、Ｉｖａｒ＝ＲＭＳI−電流である。
【００１９】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質カウント平均値ＱＣＡを含む：
【数３】
0003197100.tif 000005
ここで、Ｎは、所定期間の溶接サイクルの総カウントであり、カウント（ｃｏｕｎｔｉ）は、所定期間における溶接サイクルの特定の１つの測定値のカウントを指す。
【００２０】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質カウント標準偏差ＱＣＳＤを含む：
【数４】
0003197100.tif 000006
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質カウントの標準偏差ＱＣＳＤを含む：
【数５】
0003197100.tif 000007
【００２１】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電圧平均値ＱＶＡを含む：
【数６】
0003197100.tif 000008
ここで、Ｎは、所定期間における溶接サイクルの総数であり、電圧は、所定期間における溶接サイクルの特定の１つの電圧測定値を指す。
【００２２】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電圧標準偏差ＱＶＳＤを含む：
【数７】
0003197100.tif 000009
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電圧標準偏差ＱＶＳＤを含む：
【数８】
0003197100.tif 000010
【００２３】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電流平均値ＱＩＡを含む：
【数９】
0003197100.tif 000011
ここで、Ｎは、所定期間における溶接サイクルの総数であり、電流(currenti)は、所定期間における溶接サイクルの特定の１つの電流測定値を指す。
【００２４】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電流標準偏差ＱＩＳＤを含む：
【数１０】
0003197100.tif 000012
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電流標準偏差ＱＩＳＤを含む：
【数１１】
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【００２５】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電圧の分散平均ＱＶＶＡを含む：
【数１２】
0003197100.tif 000014
ここで、Ｎは、所定期間における溶接サイクルの総数である。
【００２６】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電圧の分散標準偏差ＱＶＶＳＤを含む：
【数１３】
0003197100.tif 000015
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電圧の分散標準偏差ＱＶＶＳＤを含む：
【数１４】
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【００２７】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電流の分散平均ＱＩＶＡを含む：
【数１５】
0003197100.tif 000017
ここで、Ｎは、所定期間における溶接サイクルの総数である。
【００２８】
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電流の分散標準偏差ＱＩＶＳＤを含む：
【数１６】
0003197100.tif 000018
例示的な一実施形態では、品質パラメータは、以下のように算出された各段階状態の品質電流の分散標準偏差ＱＩＶＳＤを含む：
【数１７】
0003197100.tif 000019
【００２９】
監視対象のワイヤ送り速度（ＷＦＳ）に基づく同様の品質パラメータは、品質ワイヤ送り速度の平均値（ＱＷＡ）、品質ワイヤ送り速度の標準偏差（ＱＷＳＤ）、品質ワイヤ送り速度の分散平均（ＱＷＶＡ）、及び品質ワイヤ送り速度の分散標準偏差（ＱＷＶＳＤ）等と同様の方法で算出することもできる。
【００３０】
例示的な一実施形態では、この方法は、（ｅ）品質パラメータをメトリックとして使用して、後続の溶接を評価するステップをさらに含む。この例示的な方法を実行するための、アーク溶接機と一体化されたモニタも企図される。
【００３１】
例示的な一実施形態によれば、溶接機が、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することによりアーク溶接プロセスに従った溶接を行う際に、選択されたプロセスが溶接機の電源にコマンド信号によって制御されるような、実質的に同一の条件下で及び電気アーク溶接機を監視することにより実質的に同じアーク溶接プロセスに従って行われた複数の溶接部を評価する方法が、開示される。この方法は、各溶接中に、（ａ）一連の迅速に繰り返される波形を生成するステップであって、各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される、生成するステップと；（ｂ）波形を段階状態に分割するステップと；（ｃ）問合せ速度で段階状態のいずれかで発生する選択された溶接パラメータを所定期間に亘って測定して、選択された溶接パラメータのデータセットを取得するステップと；（ｄ）各所定期間について、選択された溶接パラメータの品質値をデータセットから算出するステップと；（ｅ）各品質値を期待品質値と比較して、品質値と期待品質値との間の差が所定の閾値を超えるかどうかを決定するステップと；（ｆ）この差が閾値を超える場合に、この差に基づいて品質値を等級重みで重み付けし、その波形に対する段階状態の時間寄与に基づいて、品質値を時間寄与重みで重み付けするステップと；（ｇ）溶接時間の間に取得される重み付けされた品質値を含むような全ての品質値を使用して、溶接部の品質スコアを決定するステップと；を含む。
【００３２】
例示的な一実施形態では、この方法は、（ｈ）品質スコアが品質スコアの第１の所定の範囲内にある場合に、溶接を拒絶するステップと；（ｉ）品質スコアが品質スコアの第２の所定の範囲内にある場合に、溶接部を容認するステップと；をさらに含む。
【００３３】
例示的な一実施形態では、本方法は、（ｈ）各溶接をそれに対応する品質スコアに恒久的に関連付けるステップをさらに含む。
【００３４】
例示的な一実施形態では、問合せ速度は、１２０ｋＨｚである。例示的な一実施形態では、所定期間は約２５０ミリ秒である。
【００３５】
例示的な一実施形態では、選択された溶接パラメータは、アーク電流である。例示的な一実施形態では、選択された溶接パラメータは、アーク電圧である。
【００３６】
例示的な一実施形態によれば、一体化されたモニタを含む電気アーク溶接機を使用してアーク溶接プロセスを手動で個別に（すなわち、オペレータ）実行するための指示を提供する方法であって、溶接機は、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することによりアーク溶接プロセスを実施し、モニタは、実際の溶接パラメータを監視することが可能であり、及びアーク溶接プロセスは、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御される、指示を提供する方法が開示される。この方法は、（ａ）一連の迅速に繰り返される波形を生成するステップであって、各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される、生成するステップと；（ｂ）波形を段階状態に分割するステップと；（ｃ）問合せ速度で段階状態のいずれかで発生する選択された溶接パラメータを所定期間に亘って測定して、選択された溶接パラメータのデータセットを取得するステップと；（ｄ）各所定期間について、選択された溶接パラメータの品質値をデータセットから算出するステップと；（ｅ）各品質値を期待品質値と比較して、品質値と期待品質値との間の差が所定の閾値を超えるかどうかを決定するステップと；（ｆ）この差が閾値を超える場合に、この差に基づいて品質値を等級重みで重み付けし、その波形に対する段階状態の時間寄与に基づいて、品質値を時間寄与重みで重み付けするステップと；（ｇ）任意の重みを含むような品質値を使用して、溶接の電流集計品質スコアを更新するステップと；（ｈ）電流集計品質スコアが、溶接プロセス中に、許容可能な品質スコアの所定の範囲内にあるかどうかを判定するステップと；（ｉ）電流集計品質スコアが、許容可能な品質スコアの所定の範囲外である場合に、是正措置に関する情報をオペレータに提供するステップと；を含む。
【００３７】
一実施形態では、問合せ速度は、１２０ｋＨｚである。例示的な一実施形態では、所定期間は、約２５０ミリ秒である。
【００３８】
例示的な一実施形態では、情報は、視覚的に提供される。例示的な一実施形態では、情報は、音声で提供される。
【００３９】
例示的な一実施形態では、情報は、ワークに対するワイヤの位置の推奨変更位置を含む。例示的な一実施形態では、情報は、ワークに対するワイヤの移動速度の推奨変更速度を含む。
【００４０】
例示的な一実施形態では、情報は、所定の報告レートでオペレータに提供される。例示的な一実施形態では、報告レートは、３０秒未満である。例示的な一実施形態では、報告レートは、３０秒以上である。
【００４１】
例示的な一実施形態では、電流集計品質スコアの最近の変化は、この電流集計品質スコアが許容可能な品質スコアの所定の範囲外に移動する可能性があることを示す場合に、情報が提供される。
【００４２】
例示的な一実施形態では、本方法は、（ｊ）電流集計品質スコアが許容可能な品質スコアの所定の範囲内にある場合に、是正措置が必要ない確認をオペレータに提供するステップをさらに含む。
【００４３】
それぞれのオペレータに関連する電気アーク溶接機を監視することによって、アーク溶接プロセスを実行する複数のオペレータを評価する方法であって、各溶接機は、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することによりアーク溶接プロセスを実行するようにそれぞれのオペレータによって使用され、アーク溶接プロセスは、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御される、評価する方法が開示される。この方法は、各オペレータについて、（ａ）所定の基準溶接に対してアーク溶接プロセスに従って形成された溶接部の品質測定を示す数値スコアを生成するステップと；（ｂ）前記オペレータがアーク溶接プロセスを実行するために費やした時間を測定するステップと；（ｃ）数値スコアとオペレータに関する溶接時間とを関連付けるステップと；を含む。
【００４４】
例示的な一実施形態では、数値スコアは、（ａ１）一連の迅速に繰り返される波形を生成するステップであって、各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される、生成するステップと；（ａ２）波形を段階状態に分割するステップと；（ａ３）問合せ速度で段階状態のいずれかで発生する選択された溶接パラメータを所定期間に亘って測定して、選択された溶接パラメータのデータセットを取得するステップと；（ａ４）各所定期間について、選択された溶接パラメータの品質値をデータセットから算出するステップと；（ａ５）各品質値を期待品質値と比較して、品質値と期待品質値との間の差が所定の閾値を超えたかどうかを判定するステップと；（ａ６）この差が閾値を超える場合に、この差に基づいて品質値を等級重みで重み付けし、その波形に対する段階状態の時間寄与に基づいて、品質値を時間寄与重みで重み付けするステップと；（ａ７）アーク溶接プロセス中に取得された、重み付けされた品質値を含むような全ての品質値を使用して、数値スコアを決定するステップと；によって生成される。
【００４５】
例示的な一実施形態によれば、選択されたアーク溶接プロセスのコスト効率の解析を行う方法であって、電気アーク溶接機は、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することによりアーク溶接プロセスを実行し、選択されたプロセスは、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御される、解析を行う方法が開示される。この方法は、（ａ）全体的な溶接品質に影響を与える可能性がある複数の溶接条件を特定し；（ｂ）複数の溶接部の全体の溶接条件のいずれかを変化させるとともに、溶接部の全体の残りの全ての溶接条件を固定するステップと；（ｃ）溶接部のそれぞれについて、（ｉ）一連の迅速に繰り返される波形を生成するステップであって、各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される、生成するステップと；（ｉｉ）波形を段階状態に分割するステップと；（ｉｉｉ）問合せ速度で段階状態のいずれかで発生する選択された溶接パラメータを所定期間に亘って測定して、選択された溶接パラメータのデータセットを取得するステップと；（ｉｖ）各所定期間について、選択された溶接パラメータの安定値をデータセットから算出するステップと；（ｖ）各安定値を期待安定値と比較して、安定値と期待安定値との間の差が所定の閾値を超えるかどうかを判定するステップと；（ｖｉ）この差が閾値を超える場合に、この差に基づいて安定値を等級重みで重み付けし、その波形に対する波形段階状態の時間寄与に基づいて、安定値を時間寄与重みで重み付けするステップと；（ｖｉｉ）溶接時間中に取得された、重み付けされた安定値を含むような安定値を使用して、溶接の全体的な品質スコアを算出するステップと；（ｖｉｉｉ）溶接のコストを決定するステップと；（ｉｘ）品質スコア及びコストを溶接部に関連付けるステップと；を含む。
【００４６】
例示的な一実施形態では、溶接条件は、ワイヤ特性、ワーク特性、シールドガス流量、シールドガス組成、ワークの予熱温度、のうちの１つ又は複数を含む。
【００４７】
例示的な一実施形態では、コストは、溶接の生産に関連する金銭的な支出を含む。例示的な一実施形態では、コストは、溶接を完成するために必要な合計時間を含む。
【００４８】
例示的な一実施形態では、安定値は、選択された溶接パラメータの標準的な統計偏差である。
【００４９】
例示的な一実施形態では、問合せ速度は、１２０ｋＨｚである。例示的な一実施形態では、所定期間は、約２５０ミリ秒である。
【００５０】
例示的な一実施形態では、本方法は、（ｄ）各溶接部に関連する品質スコア及びコスト（又はそのコストのそれぞれの平均値）を出力するステップをさらに含む。
【００５１】
例示的な一実施形態によれば、プリセット溶接パラメータを使用して所望の品質を有する溶接部を得る方法であって、溶接部は、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することにより、選択されたアーク溶接プロセスを行う電気アーク溶接機によって生成され、溶接プロセスは、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御される、溶接部を得る方法が開示される。この方法は、（ａ）選択された溶接パラメータの複数のセットを、各セットに対応する品質スコアと一緒にユーザに提示するステップであって、品質スコアは、選択された溶接パラメータのセットを用いて以前に得られた溶接部の全体的な品質を定量化する、提示するステップと；（ｂ）ユーザからの入力を、溶接プロセスを実行するために用いられるような選択された溶接パラメータのセットとして受け取るステップと；（ｃ）入力に対応する選択された溶接パラメータのセットを用いて溶接プロセスを実行するステップと；を含む。
【００５２】
例示的な一実施形態では、選択された溶接パラメータの各セットを用いて溶接プロセスの実行することに関連するコストが、ユーザに提示される。
【００５３】
例示的な一実施形態では、この方法は、（ｄ）許容可能な最低品質スコアを特定するようなユーザからの入力を受信するステップと；（ｅ）許容可能な最低品質スコアを下回る関連する品質スコアに対応するような、選択した溶接パラメータの全てのセットを除去するステップと；をさらに含む。
【００５４】
例示的な一実施形態では、この方法は、（ｄ）許容可能な品質スコアの範囲を特定するようなユーザからの入力を受け取るステップと；（ｅ）許容可能な溶接品質スコアの範囲外の関連する品質スコアに対応するような、選択した溶接パラメータの全てのセットを除外するステップと；をさらに含む。
【００５５】
例示的な一実施形態では、溶接機が、溶接部を形成するために、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することによりアーク溶接プロセスを実行する際に、電気アーク溶接機を監視することによりアーク溶接プロセスを診断する方法が、開示される。溶接プロセスは、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御される。この方法は、一連の迅速に繰り返される波形を生成するステップであって、各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される、生成するステップと、波形を段階状態に分割するステップと、を含む。この方法は、溶接プロセス中に、問合せ速度で１つ又は複数の段階状態に発生する複数の溶接パラメータを所定期間に亘って繰り返し測定するステップをさらに含む。この方法は、溶接プロセス中の溶接パラメータの測定値に基づいて、１つ又は複数の段階状態のそれぞれについて複数の品質パラメータを算出するステップも含む。この方法は、溶接部の１つ以上の局所的又は連続的な欠陥のうちの１つ又は複数の考えられる原因を決定することによって、複数の品質パラメータと複数の溶接パラメータとのうちの少なくとも１つを解析してアーク溶接プロセスを診断するステップをさらに含む。
【００５６】
この方法は、各所定期間について算出された品質パラメータのそれぞれの値を、対応する期待品質パラメータ値と比較して、算出された品質パラメータ値と期待品質パラメータ値との間の差が、所定の閾値を超えるかどうかを判断するステップをさらに含むことができる。この差が、閾値を超える場合に、この方法は、この差に基づいて、算出された品質パラメータ値を等級重みで重み付けするステップと、段階状態を含む波形に対するその段階状態の時間寄与に基づいて、算出された品質パラメータを時間寄与重みで重み付けするステップと、も含む。
【００５７】
例示的な一実施形態では、溶接機が、溶接部を形成するために、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することによりアーク溶接プロセスを実行する際に、電気アーク溶接機を監視することにより、アーク溶接プロセスを診断するシステムが、開示される。溶接プロセスは、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御される一連の迅速に繰り返される波形状によって規定される。システムは、波形を、一連の時間セグメント化された段階状態にセグメント化するためのロジック段階状態の制御装置と、特定の波形の段階状態を選択するための回路とを含む。システムは、溶接プロセス中に、問合せ速度で１つ又は複数の段階状態に発生する複数の溶接パラメータを所定期間に亘って繰り返し監視して、複数の溶接パラメータデータセットを取得するための監視装置をさらに含む。システムは、監視対象の複数の溶接パラメータに基づいて、段階状態のそれぞれについての複数の品質パラメータを算出するための回路も含む。システムは、溶接部の１つ以上の局所的又は連続的な欠陥のうちの１つ又は複数の考えられる原因を決定することによって、複数の品質パラメータと複数の溶接パラメータとのうちの少なくとも一方を解析してアーク溶接プロセスを診断するための診断ロジック回路をさらに含む。
【００５８】
システムは、各所定期間について算出された品質パラメータのそれぞれの値を、対応する期待品質パラメータ値と比較して、算出された品質パラメータ値と期待品質パラメータ値との間の差が、所定の閾値を超えるかどうかを判断するための回路をさらに含むことができる。システムは、この差に基づいて、算出された品質パラメータ値を等級重みで重み付けし、且つ、この差が閾値を超える場合に、段階状態を含む波形に対するその段階状態の時間的寄与に基づいて、算出された品質パラメータ値を時間寄与重みで重み付けするための回路も含むことができる。
【００５９】
本考案の一般的概念だけでなくさらなる実施形態の多くの態様は、以下の例示的な実施形態の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面から容易に明らかとなるであろう。
本考案の一般的概念だけでなく実施形態及びこれらの利点は、例として、図面を参照してより詳細に説明される。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】例示的な一実施形態による、アーク溶接機の監視を示す結合ブロック図及びコンピュータフローチャート又はプログラムの図である。
【図２】例示的な一実施形態による、両方固定された時間セグメント又は段階状態に分割されたコマンド波形及び可変持続時間を示すような、波形発生装置からの電流指令グラフである。
【図３】例示的な一実施形態による、アーク電流の実際のコマンド信号を、破線で重ね合わせた実際のアーク電流パラメータで示す電流グラフである。
【図４】例示的な一実施形態による、図２及び図３に示されるように、溶接パラメータの代わりに溶接機の内部信号を監視するための本考案の一態様によるブロック図である。
【図５】図４に示される例示的な実施形態において経験されるような、波形、ワイヤ送り装置のコマンド信号、実際のワイヤ送り装置のコマンド信号を示す時間ベースのグラフである。
【図６】例示的な一実施形態による、レベル監視機能を示すパラメータ曲線の一部である。
【図７】例示的な一実施形態による、図２及び図３に示される波形の選択された段階状態の間で安定性処理を示すブロック図及びコンピュータフローチャート又はプログラムである。
【図８】図１に示される例示的な実施形態のレベル監視ステージからの情報を処理するためのブロック図及びコンピュータフローチャート又はプログラムである。
【図９】例示的な一実施形態による、サンプリングされた溶接データパラメータを重み付けする重み付け方法を示すフローチャートである。
【図１０】例示的な一実施形態による、概念的な製造ラインを示す図である。
【図１１】例示的な一実施形態による、指示の方法を示すフローチャートである。
【図１２】例示的な一実施形態による、訓練生を監視するシステムを示すブロック図である。
【図１３】例示的な一実施形態による、訓練生を監視する方法を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】例示的な一実施形態による、溶接プロセスのコスト分析に使用される例示的なデータを示す表である。
【図１４Ｂ】例示的な一実施形態による、溶接プロセスのコスト分析に使用される例示的なデータを示す表である。
【図１５】例示的な一実施形態による、溶接条件、溶接機、及び溶接プロセスに関連するようなプリセットデータを示す表である。
【図１６】アーク溶接プロセスを診断するためのシステムの実施形態の概略ブロック図である。
【図１７】溶接機が、溶接部を形成するために、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することによりアーク溶接プロセスを実行する際に、電気アーク溶接機を監視することによって、図１６のシステムを使用してアーク溶接プロセスを診断する方法のフローチャートである。
【考案を実施するための形態】
【００６１】
本考案の一般的概念は、多数の異なる形態の実施形態で可能であるが、本開示が一般的考案概念の原理の単なる例示として考えるべきであることを理解した上で、図面に示されており、その特定の実施形態を詳細に本明細書で説明する。従って、本考案の一般的概念は、本明細書に示される特定の実施形態に限定されるものではない。さらに、米国特許第５，２７８，３９０号及び第６，４４１，３４２号の開示は、その全体が、参照により本明細書に組み込まれ、それらの文献は、特定の態様及び／又は一般的考案概念の進展のより良い理解を容易にするようなバックグラウンドを提供する。
【００６２】
以下の説明は、本明細書の開示を通して使用される代表的な用語の規定である。全ての用語の単数形及び複数形のいずれもが、それぞれの意味の範囲内に含まれる。
【００６３】
本明細書で使用されるような「回路」と同義である「ロジック」は、機能（複数可）又は動作を実行するためのハードウェア、ファームウェア、ソフトウェア、及び／又はこれらの組み合わせを含むが、これらに限定されるものではない。例えば、所望の用途や必要性に基づいて、ロジックは、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、又は他のプログラムされた論理デバイス等のソフトウェア制御マイクロプロセッサ、個別ロジックを含んでもよい。いくつかの例では、ロジックは、ソフトウェアとして完全に具体化することもできる。
【００６４】
本明細書で使用される「ソフトウェア」又は「コンピュータ・プログラム」は、コンピュータやその他の電子機器に機能、動作を実行させる、及び／又は所望の方法で動作させるような、１つ又は複数のコンピュータ読み取り可能な命令及び／又は実行可能な命令を含むが、これらに限定されるものではない。指示は、動的にリンク付けされたライブラリーからの別個のアプリケーション又はコードを含むルーチン、アルゴリズム、モジュール又はプログラム等の各種の形態で具体化することができる。ソフトウェアは、スタンドアロンプログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、メモリに格納された命令、オペレーティングシステム又は他のタイプの実行可能命令の一部等の様々な形態で具体化することもできる。ソフトウェアの形態は、例えば、所望のアプリケーションの要件、アプリケーションが実行される環境、及び／又はデザイナー／プログラマーの要望等に依存することが当業者によって理解されるだろう。
【００６５】
本明細書で使用される「コンピュータ」又は「処理装置」は、データを格納し、検索し、及び処理するような、任意のプログラムされた又はプログラム可能な電子デバイスを含むが、これらに限定されるものではない。
【００６６】
ここで、本考案の一般的概念の様々な例示的な実施形態及びこの一般的考案概念を用いるアプリケーションを示す図面を参照すると、図１には、電気アーク溶接機１０として標準的なオンボードコンピュータによって実現されるブロック図及びフローチャート又はプログラムが示される。例えば溶接機１０は、オハイオ州クリーブランドのLincoin Electric Companyから販売されている電気アーク溶接機をベースとする電力波形(Power Wave)インバータとすることができる。標準的な技術に従って、溶接機１０は、電流を電源１２に導くような三相電気入力部Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を含む。コンピュータ制御されたオンボード制御装置は、インバータベースの電源を操作して、端子１４に正電位と端子１６に負電位とを形成する。
【００６７】
選択されたアーク溶接プロセスは、標準的な平滑用インダクタ１８を有するように示された実際の溶接回路に、選択され以前に決定された波形を導くことによって実行される。溶接機１０は、送り装置２４により所望の速度で駆動されるリール２２から前進する溶接ワイヤ２０と、モータ２６の速度で運転される溶接ワイヤとの間で電気アーク溶接プロセスを実行する。アークの熱によってワイヤ２０及びワーク３０が溶融され、ワイヤから溶融した金属がワーク上に堆積する。溶接プロセスの実際のパラメータを監視するために、シャント（分路）３２（監視装置）は、ブロック３４からの出力信号Ｉａをライン３４ａ上に供給する。この信号は、任意の時点での実際のアーク電流を表している。同様に、ワイヤ２０とワーク３０との間の電圧が、ブロック３６（監視装置）によって感知され、ライン３６ａ上の出力Ｖａは、瞬間的なアーク電圧であり、第２の溶接パラメータを構成する。図１に示される溶接パラメータは、実際のアーク電流Ｉａ及び実際のアーク電圧Ｖａである。
【００６８】
本考案を実施するための制御されるもう１つのパラメータは、モータ２６の回転によるワイヤの送り速度（ＷＦＳ）である。結果的に、溶接プロセスの外部から読み取り可能な３つの溶接パラメータは、ライン３４ａのアーク電流Ｉａ、ライン３６ａのアーク電圧Ｖａ、及び後述するようにライン４６ｂで読み取り可能なワイヤ送り速度ＷＦＳである。ライン４６ｂのＷＦＳが、送り装置のギヤボックスの駆動ロール２４に、或いはまた、ワイヤに取り付けられた従動ホイールに接続されたタコメータ又はエンコーダ４６ｃ（監視装置）によって読み取られる。図１では、タコメータは、送りロールによって駆動されるように示されている。そのタコメータは、例えばモータ２６の出力シャフトによっても駆動できる。
【００６９】
パワーウェーブ電気アーク溶接機は、一連の迅速に繰り返される波形状を形成するための波形生成器を含んでおり、各波形（例えば、電圧／電流波形の単一のシーケンス）は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される。これらの溶接サイクルは、溶接プロセス中に繰り返されて、溶接時間を規定する。パワーウェーブ溶接機１０の一実施形態が、Blankenshipに付与された米国特許第５，２７８，３９０号に示されており、ここで、溶接機は、コマンドライン４２を介して電源１２によって出力される個別の波形と、コマンドライン４４を介してモータ２６の速度とを制御する。コマンドライン４４は、モータ電圧駆動ＰＷＭパルスをライン４６ａに出力するために、モータ２６の制御装置４６のマイクロプロセッサによって認識されるような信号を有する。実際には、ライン４４上の情報は、デジタル化されており、ライン４６ａ上のコマンド信号は、アナログである。波形発生装置４０が、ライン４２，４４にデジタル信号を生成して、溶接機１０によって実行されるような所望の溶接プロセスを制御する。外部パラメータＩａ，Ｖａ及びＷＦＳは、適切な監視装置によって読み取ることができる。
【００７０】
波形発生装置４０は、出力波形のそれぞれを、一連の時間セグメント化部分又は段階状態に分割又はセグメント化する。例示的な一実施形態では、モニタＭは、波形の選択された１つのセグメント中のパラメータを読み取るための、とりわけ溶接機１０のコンピュータにロードされたプログラムである。モニタＭは、本考案の一般的概念の精神及び範囲から逸脱することなく、ソフトウェア、ハードウェア、及びこれらの組み合わせを用いて実現することができる。監視対象の波形部分が、波形発生装置４０によって決定される。実際に、モニタＭは、発生装置４０によって出力された波形の様々な時間セグメント又は段階状態を監視する。実際には、波形発生装置４０は、波形を形成するいくつかの時間セグメントを選択し、各種段階状態をコマンドインターフェイス７０に出力する。その結果、コマンドインターフェイス７０は、発生装置により出力された各波形の選択された時間セグメント中に、パラメータ測定値を生じさせる。コマンドインターフェイス７０の情報やデータは、監視対象の段階状態、及び各種パラメータＩａ，Ｖａ及び／又はＷＦＳの特定の値又はレベルを含む。
【００７１】
モニタＭのインターフェイス７０は、読み取られた溶接パラメータの値と一緒に処理される特定の段階状態を識別するようなデータを含む。インターフェイス７０のデータは、レベルステージ８１によって解析されて、レベルに基づくパラメータの関係が決定される。実際のパラメータが、発生装置４０からの波形の選択された段階状態の間に、訓練された又は測定されたパラメータと比較される。波形の特定のセグメント又は段階状態の間に、レベル監視ステージ８１は、ライン３４ａ，３６ａ，４６ｂの実際のパラメータを読み取る。実際のパラメータのこれらの瞬間的な値が、報告ロジック８２として識別される内部メモリに格納される。実際のパラメータの読み取りが、発振器８４によって示されるように迅速に起こる。例示的な一実施形態では、実際のパラメータの読み取りが、パルス溶接について１２０ｋＨｚの速度で起こる。この速度は、調整することができる。しかしながら、この速度をより速くすればするほど、レベル測定の感度がより良くなる。レベルモニタ８１は、最小又は最大レベルのいずれかからの実際の溶接パラメータの偏差も判定する。このように、実際の値を格納するだけでなく、最小レベル又は最大レベルと比較されるように、所与の段階状態についてのパラメータの実際の測定値の偏差を表すデータが、格納される。報告メモリやロジック８２は、波形の所与の段階状態の間に設定レベルからの偏差を記録するだけでなく、波形の選択された段階状態の間に実際のレベルからの偏差を記録する。総溶接サイクルについて、これらの測定値は、溶接部の品質及び溶接部の欠陥について任意の傾向を決定するために累積され、カウントされ又は他に処理される。
【００７２】
例示的な一実施形態では、測定値（例えば、定期的に累積された測定値のセット）が、複数の基準に基づいて重み付けされる。測定値は、例えば、２５０ｍｓ毎に累積することができる。例示的な一実施形態では、セットは、期待値（例えば、所定の閾値、平均値）からの偏差の等級重み(magnitude)、及び対応する波形に対するその時間セグメントの時間寄与に基づいて重み付けされる。このような重み付け方法（例えば、図９に示され、以下で説明される重み付け方法９００）は、例えば、レベル監視ステージ８１において又は、類似の又は関連のデータ処理段階において実行することができる。
【００７３】
安定性監視ステージ９１は、発振器９４によって決定された迅速な速度でライン３４ａ，３６ａ，４６ｂ上の実際の溶接パラメータを読み取る。例示的な一実施形態では、実際のパラメータの読み取りは、パルス溶接について１２０ｋＨｚの速度で起こる。安定性監視ステージ９１は、出力される波形の段階状態の間に、標準偏差又は絶対偏差についての実際の溶接パラメータを解析する。報告メモリやロジック９２は、波形の所与の段階状態の間にこの偏差だけでなく、波形の選択された段階状態の間に実際の値を記録する。総溶接サイクルについて、これらの測定値は、溶接部の品質及び溶接部の欠陥についての傾向を決定するために累積され、カウントされ又は他に処理される。
【００７４】
例示的な一実施形態では、測定値（例えば、定期的に累積された測定値のセット）は、複数の基準に基づいて重み付けされる。測定値は、例えば、２５０ｍｓ毎に累積することができる。例示的な一実施形態では、セットは、期待値（例えば、所定の閾値、平均値）からの偏差の等級重み（大きさ）、及び対応する波形に対するその時間セグメントの時間寄与に基づいて重み付けされる。このような重み付け方法（例えば、図９に示され、以下で説明される重み付け方法９００）は、例えば、安定性監視ステージ９１において又は、類似の又は関連のデータ処理段階において実行することができる。
【００７５】
いくつかの波形は、監視ステージ８１又は監視ステージ９１のいずれかを使用するときに、スキップすることができる。例示的な一実施形態では、シーケンスの開始後に、全ての波形が、波形の様々な選択された段階状態の間に、実際の溶接パラメータを解析するために監視される。溶接プロセスにおける所与の波形のいくつかの段階状態が監視され、結果が、レベル適合性、傾向及び安定性について解析するために各段階状態について個別に記録される。安定性を測定する場合に、標準偏差アルゴリズムが、Ｉａ，Ｖａ及び／又はＷＦＳを評価するためにモニタＭで使用される。この情報は、総溶接サイクルを所定のサイクル時間を用いて形成するような波形の様々なセグメントのそれぞれを解析するために利用可能である。実際には、パルス波形中のピーク電流等の特定の段階状態が監視されて、パルス溶接プロセスの安定性及びレベル偏差が決定される。ＳＴＴ溶接プロセスでは、これらのセグメントは、溶接プロセスの外部条件に応じて経時的に変化するので、モニタＭは、各波形についての短絡回数を記録する。短絡回数の変化によって、溶接技術者に調整を行うように知らされる。
【００７６】
図２及び図３に示されるように、標準波形発生装置４０によって生成された一連の迅速に繰り返す波形は、時間の段階状態に分割される。出力される電流コマンド波形は、図３に示される時間セグメントＡの固定持続時間を有するピーク電流１０２と、図３に示されるセグメントＢの可変持続時間を含むバックグラウンド電流１０４とのパルス波形１００である。波形は、コマンドインターフェイス７０が、任意の時点で発生装置４０によって処理された特定の段階状態を受信するように、時刻ｔ１−ｔ４でセグメントに分割される。破線１１０によって図３に示されるように、図１のシャント３３からの実際のアーク電流は、波形１００のコマンド電流信号からずれる。
【００７７】
段階状態Ａ又は段階状態Ｂ等の選択した機能的な段階状態の間に、実際のアーク電流Ｉａは、発振器８４又は発振器９４によって決定される速度で読み取られる。実際には、これは、単一のソフトウェア発振器である。レベル監視ステージ８１は、実際のパラメータ１１０と波形１００のコマンドレベルとの間の縦方向の偏差を記録する。選択された段階状態の間で、安定性監視ステージ９１は、実際のパラメータの統計的な標準偏差を読み取る。段階状態Ａ及び段階状態Ｂは、パルス溶接プロセスについて通常監視される。しかしながら、ｔ１−ｔ２の間のランプアップ段階状態及び／又はｔ３−ｔ４の間のランプダウン段階状態は、波形のこれらの段階状態の間に、実際のパラメータのアクティビティを制御又は少なくとも読み取るために監視される。示されるように、バックグラウンド時間セグメントＢは、時刻ｔ１の可変時間位置によって示されるように、可変の時間を有している。結果的に、監視対象の段階状態は、固定時間の持続時間又は可変の持続時間を有することができる。可変の持続時間の場合に、段階状態は、持続時間の終了まで監視される。報告ロジック８２は、ある時間すなわちｔ４から、連続した時間すなわちｔ１までのレベルとしてこの終了を感知する。時間ｔ１が時間ｔ４に対して変化する際に、各波形のこの終了時間は、発生装置４０の溶接モードを選択することによってインターフェイス７０から取得されるような、既知の時間と比較されるレベルとして記録される。
【００７８】
モニタＭは、波形の特定の選択された段階状態の間に、実際の溶接パラメータを監視する。しかしながら、モニタは、コンピュータを動作させて、ライン４６ａ上でモータ２６に入力される実際の入力等の内部信号の安定性及び／又はレベル特性を決定するために、プログラムも有している。ライン４６ａ上の信号のこのような内部監視は、図５に示される信号を利用して、図４に示されるフローチャートに説明されている。
【００７９】
ワイヤ送り装置内のマイクロプロセッサは、誤差増幅器と同様のＰＩＤ比較ネットワークであるサブルーチンを含む。このＰＩＤ比較器は、模式的に図４のブロック１５２として示されており、この比較器は、ワイヤ送り速度ＷＦＳとライン４４上のコマンド信号である第１の入力４６ｂを有する。ライン４６ｂ上の実際のＷＦＳは、送り装置のギヤボックスの駆動ロール２４に、或いはまた、ＷＦＳを読み取るためにワイヤに取り付けられた従動ホイールに接続されたタコメータ又はエンコーダによって読み取られる。ＰＩＤの出力１５６は、送り装置のマイクロプロセッサでデジタル化されるような、パルス幅変調器１５８の入力での電圧レベルである。パルス幅変調器の出力は、送り装置２４のワイヤ送り速度を制御するためのモータ２６へのライン４６ａ上でのコマンド信号である。
【００８０】
例示的な一実施形態によれば、モニタＭは、図４に模式的に示されるような処理プログラムを含み、ここで、ライン１５６上の信号は、処理ブロック１６０によって読み取られ、図１に示した実施形態に関して上述したように、結果が、レベル監視ステージ８１及び／又は安定性監視ステージ９１の入力部に対してライン１６２上で出力される。その結果、ライン１５６上の内部信号は、１ｋＨｚを超える速度で迅速に読み取られ、この内部信号のレベル及び／又はこの信号の安定性がチェックされる。
【００８１】
図５に示されるように、パルス溶接についての波形１００は、発生装置４０からの連続した波形として延在する。ワイヤ送り速度に関して、ライン４４上の発生装置４０からのコマンド信号は、図５に示される形態を取る。その形態は、開始ランプアップ部分１７０及び終了ランプダウン部分１７２を含む。これらの２つの部分は、ライン４４上のコマンド信号に急激な増加又は減少を引き起こす。ライン４４上のコマンド信号のこれらの異常な部分の間に、テストの安定性の目的及び／又はライン１５６上のこの内部信号のレベル偏差のために使用されるような、一般的レベルのワイヤ送り速度コマンドが存在する。図５では、ワイヤ加速部１７０は、速度が安定化するまで保持される。この時間も監視される。他の内部信号は、図４及び図５に示されるような同じ概念を用いて監視することができる。レベル監視ステージは、ライン１５６上の信号が長時間に亘って最小値又は最大値を超えるかどうかを判定する。ワイヤ送り装置について、これは通常、送り装置システムにおけるジャムを示している。
【００８２】
図６には、レベル監視ステージの概念が示されており、ここで、閾値１８０が最大パラメータレベルであり、閾値１８２が最小パラメータレベルである。アーク電流として示されるパラメータが、過渡電流１８４によって示されるように閾値１８０を超える場合に、過電流のイベントが記録される。同様に、電流が、過渡電流１８６によって示されるように、最小レベル１８２未満である場合に、過小電流のイベントが記録される。さらに、これらのイベントは、複数の基準に基づいて重み付けすることができる。例示的な一実施形態では、各イベントは、期待値（例えば、所定の閾値、平均値）からの偏差の等級重み（大きさ）及び対応する波形に対するその時間セグメントの時間寄与に基づいて重み付けされる。このような重み付け方法（例えば、図９に示され、以下で説明される重み付け方法９００）は、例えば、レベル監視ステージ８１、安定性監視ステージ９１、又は類似の又は関連のデータ処理段階において実行することができる。
【００８３】
重み付けイベントは、定期的にカウントされ又は他に累積されて、図１に示すように、レベル監視ステージ８１の出力が提供される。重み付けイベントは、例えば２５０ｍｓ毎に累積することができる。その結果、レベル監視ステージ８１は、プリセットした閾値を超える偏位１８４や、プリセットしたレベルを下回る偏位１８６を検出する。これらのレベルは、インターフェイス７０の特定の段階状態によって設定される。波形の一部の段階状態は、閾値を含むレベル監視ステージ８１を用いており、同じ波形の他の段階状態は、安定性の監視ステージ９１を使用することができる。好ましくは、実際には、両方の監視ステージが、モニタＭによって問い合わせされる波形の選択された段階状態について使用される。
【００８４】
図１に示される実施形態は、発生装置４０からの波形の選択された段階状態の間に、又は図４及び図５の開示に関連して説明した総溶接の間に、内部制御信号の実際のパラメータのレベル及び／又は安定性を監視する。図１のモニタＭは、これまで説明したように、作業の所定期間に亘った溶接機の溶接サイクル又は全ての動作を解析するのに使用する重み付けされたデータを提供する。データが決定され且つ格納された後で、様々な解析プログラムを使用して、このデータを処理する。１つの例示的な実施形態によれば、図７に示されるように、監視ステージ９１からの重み付けされた安定性データは、２つのプログラムによって解析される。なお、記録、表示、処理介入や評価のために、様々なコンピュータ・プログラムの安定性データを解析することは当業者の一般的な範囲内である。
【００８５】
図７に示されるように、解析プログラム２００は、モニタＭの監視ステージ９１の結果（すなわち、重み付けされた安定値）を使用する。例として、プログラム２００は、図２及び図３に示されるように波形の電流ピーク部である、時間ｔ２−ｔ３の間の時間の段階状態の監視中に操作される。解析プログラム２００は、ピーク電流の段階状態の間に、安定性ステージ９１の結果を解析するために用いられる２つのシステムを示すようなコンピュータフローチャートとして示されており、ここで、ライン３４ａの実際の電流の統計的標準偏差が算出される。実際には、監視ステージ９１が偏差を算出する前に、若干の遅延が存在する。段階状態ｔ２−ｔ３の間のＩａを読み取るだけでなく、他のＩａを無視するようなサンプル選択機能が、サンプル選択器又はフィルタ９０ａとして示される。フィルタ９０ａに組み込まれた時間セグメントｔ２−ｔ３の開始時のこのプログラムの遅延によって、モニタが、出力波形の様々なステージの各レベルシフト中に経験するような、電流の変動を無視することが可能になる。
【００８６】
図７に示されるプログラムのフローチャートでは、監視ステージ９１からの安定性出力は、ブロック２１０として示されたコンピュータ・プログラムによって読み取られ、その出力は、時間ｔ３の存在よって決定された各波形の終了において、ライン２１０ａ上のロジックによって示されるようにリセットされる。その結果、各波形の安定性は、ブロック２１０によって捕捉される。この捕捉した安定性データは、２つの別個の解析プログラムに従って処理される。
【００８７】
第１のプログラムは、通過（パス）解析ルーチン２１２を含む。所与の波形の安定性が、ブロック２１２に設定された所望の閾値を通過した場合に、この情報が、ライン２１４に出力される。特定の波形が、所望の閾値より低い安定性である場合に、ロジック信号が、ライン２１６上に出現する。カウンタ２２０，２２２は、各溶接サイクルの間に、ライン２２４上のロジックによって有効にされる。その結果、溶接サイクル中に、各波形の安定性パス信号が、カウンタ２２０又はカウンタ２２２のいずれかでカウントされる。当然のことながら、各段階状態ｔ２−ｔ３の第１の部分が無視されて、パラメータＩａを安定化させることが可能になる。２つのカウンタの結果は、読み取りブロック２２０ａ，２２２ａによってそれぞれ示されるように読み取られ、記憶され又は他に保持される。例示的な一実施形態では、カウンタステージ２２２によって累積された不安定性が、所望の数値を超える場合に、溶接サイクルは、ブロック２２６によって示されるように、拒絶される。
【００８８】
図７に示されるコンピュータ・プログラム２００の第２の解析の実装が、ブロック２３０として示されている。これは、溶接サイクル中に有効にされるプログラムである。全ての波形の間に累積される溶接サイクルの総不安定性が、総数として解析され、ここで、１００が、最も安定したアークである。この安定アキュムレータ及び解析ステージの出力が、ブロック２３６によって示されるように読み取られ、格納され又は他に保持される。読み取りステージ２３４が、設定された安定性を下回っている場合に、その後、溶接サイクルが、ブロック２３８によって示されるように拒絶される。当業者であれば、安定性ステージ９１からモニタＭの結果を解析するための他のプログラムを設計することができる。コンピュータ・プログラム２００は、取得された重み付けされた安定性データを解析するための２つの実装形態を表す。２つの実装形態は、アーク安定性の性質や溶接部の品質問題に依存して選択的に有効にすることができ（一方又は他方のいずれか、或いは両方）、モニタは検出するように構成される。可変パルスに亘った安定性が取得できないので、波形の選択された段階状態のみで安定性を読み取ることが有利である。
【００８９】
別の例示的な実施形態によれば、モニタＭのレベル監視ステージ８１の結果を解析するためのコンピュータ・プログラム（すなわち、重み付けされた読み取り値）が、図８に示されている。この図示した実施形態では、レベル解析プログラム２５０は、フィルタ８０ｃを用いた最小監視ステージ８１ａ、及びフィルタ８０ｄを用いた最大監視ステージ８１ｂとして識別されるような２つの独立したルーチンにおいて、監視レベルステージ８１からの出力を処理する。これらのステージのいずれかは、個別に使用するかすることができ、実際には、これらのステージが、組み合わされる。サブセクション８１ａは、イベントである図６に示される過渡部１８６の決定に関連しており、実際のパラメータは、閾値の最小値１８２を下回る。発生装置４０からのライン２０２ａ上の最小レベルは、ステージ８１ａがプログラムステップ２５２によって選択された場合に、使用される。これらのイベントは、示されるような溶接サイクルのそれぞれについてブロック２５４でカウントされる。カウンタは、ライン２５４ａ上のロジックによる溶接サイクルの間に有効にされる。カウンタ２５４は、溶接サイクルで使用され作動される波形の合計である。波形の数は、ライン２５８で示されるように発生装置４０の出力からの時間ｔ３の発生をカウントすることにより取得される。以前に示したように、段階状態の第１の部分は、一般に、特定の段階状態の開始時に正常な不一致を除去するように無視される。ブロック２６０は、カウンタ２５６からの数値Ｎで割った監視ステージ８１ａからの累積最小イベント１８６を分割するためのコンピュータフローチャートのサブルーチンである。これは、サブルーチン２６２に提供された、溶接サイクルの間の最小過渡部の平均値を提供する。最小過渡部の平均値が、ブロック２６２ａで示されるように読み取られ、格納され、又は他に出力される。この平均値が、波発生装置によって、或いはプログラムステップ２６４によって提供された特定の閾値数を超える場合に、プログラムルーチン２６６は、溶接サイクルが許容できないと判断する。許容可能な場合は、何も動作も行われない。しかしながら、この平均値が単に番号２６４に近づいていると許容可能なルーチン２６６が判断した場合に、警告信号が、ブロック２６６ａによって提供される。総ての許容不可能性が、ルーチン２６６ｂによって溶接拒絶信号で提供される。当業者であれば、それが設定された閾値に関連する場合に、実際のパラメータの最小電流偏差又は過渡部の解析を行うための他のコンピュータ・プログラムを考案することができる。
【００９０】
図８では、最大監視ステージ８１ｂが、最小ステージ８１ａと連動して動作する。最大レベルは、発生装置４０からのライン２０２ｂ上にあり、この最大レベルは、ステージ８１ｂがプログラム２７０によって選択されたときに使用される。同様のデータ情報及びプログラムは、同じ番号を保持する。カウンタ２７２は、段階状態ｔ２−ｔ３の間に、イベント８４の数をカウントする。サブルーチン２８０は、溶接サイクル中に形成された各種の波形状の間に、イベント１８４の平均値を提供する。ブロック２８２におけるこの平均値は、ブロック２８２ａで示されるように読み取られ、格納され、又は他に使用される。ブロック２８６では、許容可能なサブルーチンが処理され、発生装置４０により出力されたブロック２８４によって示される数値又は他にコンピュータ・プログラムによって実行された数値が、ブロック２８２からの平均値と比較され、平均値がブロック２８４によって示される設定した数値に近づいたときに、ブロック２８６ａによって示されるような警告信号が提供される。その数値に達した場合に、拒絶サブルーチンが、ブロック２８６ｂによって示されるように実行される。
【００９１】
実際には、ステージ８１ａとステージ８１ｂとが一緒に実現され、ブロック２６２及び２８２からの両方の過渡部の平均値が、読み取り許容数によって解析されて、特定の溶接サイクルの警告及び／又は拒絶を与える。結果として、実際には、最小レベル偏差が解析され、最大レベル偏差が解析され、総レベル偏差が解析される。この全てが、図８に模式的に示されるようなコンピュータ・プログラムによって達成される。レベルステージ８１ａ，８１ｂは、報告ロジック８２と一緒に議論されるように格納され及び／又は表示されるレベル条件を出力する。レベルステージ８１ａ，８１ｂによって出力されるレベル条件は、本明細書で説明するように、重み付けすることができる。
【００９２】
上記を考慮すると、等級重みと時間寄与重みとの使用によって、パラメータの安定性のより正確な測定値が提供され、こうして、全体的な溶接品質が提供される。こうして、数値又はスコアを容易に理解することによって、溶接部の全体的な品質を定量化するために計算することができる。例示的な一実施形態では、０〜１００又は０％〜１００％の間の溶接スコアは、図１に示される例示的な実施形態によって監視されるように、監視対象の溶接条件又はパラメータに基づいて、溶接部について算出される。このような重み付け方法（例えば、図９に示され、以下で説明する重み付け方法９００）は、例えば、レベル監視ステージ８１、安定性監視ステージ９１、又は類似の又は関連のデータ処理段階において実行することができる。
【００９３】
例示的な一実施形態によれば、重み付け方法９００が、図９に示される。重み付け方法は、例えば、モニタＭにおいて実現することができる。重み付け方法９００の最初のステップ９０２において、溶接サイクルの波形は、一連の時間セグメント化された部分又は段階状態に分割される。次に、ステップ９０４において、段階状態の少なくとも１つに対応する溶接パラメータ（例えば、電圧、アンペア数）が、所定の速度でサンプリングされる。例示的な一実施形態では、サンプリング速度は１２０ｋＨｚである。例示的な一実施形態では、サンプリング速度は、１２０ｋＨｚ以上である。例示的な一実施形態では、サンプリング速度を使用して、割り込みサービスルーチン（ＩＳＲ）の処理の割り込みを生成することができる。
【００９４】
サンプリングされた溶接パラメータを使用して、溶接データを算出する。例示的な重み付け方法９００において、溶接データは、実行回数、電圧の和、電圧の二乗和、アンペア数の合計、及びアンペア数の二乗和を含む。実行回数は、ゼロから始まり、各サンプリング期間（例えば、全て１２０ｋＨｚ）に１つずつ増加する。電圧の和及びアンペア数の合計は、ゼロから始まり、各サンプリング周期でそれぞれ、サンプリングされた電圧とサンプリングされたアンペア数とによって増加する。同様に、電圧の二乗和及びアンペア数の二乗和が、ゼロから始まり、各サンプリング期間でそれぞれ、サンプリングされた電圧の二乗とサンプリングされたアンペア数の二乗とによって増加する。
【００９５】
所定のサンプリング期間の後に、ステップ９０６において、サンプリングされた溶接データが、（以下に説明されるように）さらなる処理のために通過され、溶接データ値がゼロにリセットされ、サンプリング処理（すなわち、ステップ９０４）が繰り返される。例示的な一実施形態では、サンプリング期間は、２５０ミリ秒である。サンプリングされた溶接部の各収集データが、解析パケットを形成する。解析パケット（例えば、２５０ｍｓ毎）をさらに処理した後に、追加の溶接データは、対応する段階状態の現在の溶接品質の評価を表すことが可能である。この追加の溶接データは、グラフ化及び／又は平均化することができる。溶接部の長さ（すなわち、溶接サイクル）に亘ったこれらの評価の平均値は、溶接部の全体的な品質指標を提供する。
【００９６】
サンプリングされた段階状態のそれぞれについて、ステップ９０６で発生するような各解析パケットの溶接データの更なる処理が、追加の溶接データの算出にもたらされる。追加の溶接データは、実行回数、電圧平均、電圧二乗平均平方根（ＲＭＳ）、電圧分散、アンペア数の平均値、アンペア数のＲＭＳ、及びアンペア数の分散を含む。追加の溶接データの実行回数の値が、溶接データの実行回数の値からコピーされる。電圧平均値は、（溶接データからの）電圧の和を実行回数で割ったものとして算出される。電圧のＲＭＳが、（溶接データからの）電圧の二乗和を実行回数で割って得られた商の平方根として算出される。電圧分散は、電圧ＲＭＳから電圧平均値を引いたものとして算出される。アンペア数の平均値は、（溶接データからの）アンペア数の合計を実行回数で割ったものとして算出される。アンペア数のＲＭＳは、（溶接データからの）アンペア数の二乗和を実行回数で割って得られた商の平方根として算出される。アンペア数の分散は、アンペア数のＲＭＳからアンペア数の平均値を引いたものとして算出される。
【００９７】
ステップ９０６の後に、その後の処理は、現在の溶接が、溶接品質パラメータを決定する際に使用されるトレーニング溶接、又は溶接品質パラメータに対して評価される通常の溶接であるかどうかに依存する。従って、ステップ９０８において、現在の溶接が、トレーニング溶接か、又は通常の溶接であるかどうかが判定される。例示的な一実施形態では、デフォルト条件は、溶接が、（例えば、ユーザ入力によって）他に示されない限り、通常の溶接である。
【００９８】
現在の溶接が、トレーニング溶接であるとステップ９０８で判定された場合に、以下の追加の溶接データ値が、トレーニング溶接のかなりの部分（例えば、２０〜３０秒）について保存される：そのデータ値は、実行回数、電圧平均値、電圧分散、アンペア数の平均値、及びアンペア数の分散であり、他の溶接データ値及び追加の溶接データ値は、無視することができる。トレーニング溶接のかなりの部分がトレーニング期間である。例示的な一実施形態では、トレーニング期間は、少なくとも８０個の連続する解析パケット（すなわち、サンプリング期間）に相当する。
【００９９】
その後、ステップ９１０において、溶接品質パラメータは、トレーニング期間の間に、保存された追加の溶接データ値を用いて算出される。例えば、以下の溶接品質パラメータが、サンプリングされた段階状態のそれぞれについて算出される：そのパラメータは、品質の実行回数の平均値、品質の実行回数の標準偏差、品質の電圧平均値、品質の電圧標準偏差、品質のアンペア数の平均値、品質のアンペア数の標準偏差、品質の電圧分散平均、品質の電圧分散の標準偏差、品質のアンペア数の分散平均、及び品質のアンペア数の分散標準偏差である。
【０１００】
品質の実行回数の平均値は、トレーニング期間中に処理された全ての解析パケットからの実行回数の平均値として算出される。実行回数は、整数に四捨五入することができる。品質の実行回数の標準偏差は、高品質の実行回数の平均値に対するトレーニング期間中に処理された各解析パケットからの実行回数の標準偏差として算出される。品質の電圧平均値は、トレーニング期間中に処理された全ての解析パケットからの電圧平均の平均値として算出される。品質の電圧標準偏差は、品質の電圧平均値に対するトレーニング期間中に処理された各解析パケットからの電圧平均値の標準偏差として算出される。品質のアンペア数の平均値は、トレーニング期間中に処理された全ての解析パケットのアンペア数の平均の平均値として算出される。品質のアンペア数の標準偏差は、品質のアンペア数の平均値に対するトレーニング期間中に処理された各解析パケットからのアンペア数の平均値の標準偏差として算出される。品質の電圧分散平均は、トレーニング期間中に処理された全ての解析パケットからの電圧分散の平均値として算出される。品質の電圧分散の標準偏差は、品質の電圧分散に対するトレーニング期間中に処理された各解析パケットからの電圧分散の標準偏差として算出される。品質のアンペア数の分散平均は、トレーニング期間中に処理された全ての解析パケットからのアンペア数の分散の平均値として算出される。品質のアンペア数の分散標準偏差は、品質のアンペア数の分散に対するトレーニング期間中に処理された各解析パケットからのアンペア数の分散の標準偏差として算出される。上述したように、確認された良好な又は他に許容可能な溶接部の提供に基づいて、これらの品質パラメータは、ベンチマークとして使用されて、後続の溶接部を測定又は他に評価することができる。
【０１０１】
現在の溶接は、トレーニング溶接とは対照的に、ステップ９０８において評価すべき溶接（すなわち、その品質の評価を必要とする溶接）であることが判定された場合は、溶接データ又は追加の溶接データのいずれも、保存する必要がない。その代わりに、様々な品質の算出された結果が、取得され、且つ保存される。これらの品質の算出は、ステップ９１４において、様々な外れ値の存在を最初に検出することを含む。外れ値は、データポイント又は値が寄与するような平均値から閾値距離よりも大きいデータポイント又は値である。例示的な一実施形態では、外れ値は、平均値から標準偏差の３倍の範囲外に存在する値となる。
【０１０２】
重み付け方法９００において、ステップ９１４で求めた外れ値は、実行外れ値、電圧の外れ値、電圧分散の外れ値、アンペア数の外れ値、及びアンペア数の分散外れ値を含む。監視対象の段階状態のそれぞれについて、解析パケットのそれぞれを評価して、これらの外れ値のいずれかの存在を検出する。
【０１０３】
解析パケットが、以下の関係を満たしている場合に、実行外れ値とみなされる：（実行回数−品質の実行回数の平均値）の絶対値＞（３ｘ品質の実行回数の標準偏差）。解析パケットが、以下の関係を満たしている場合に、電圧外れ値とみなされる：（電圧の平均値−品質の電圧平均値）の絶対値＞（３ｘ品質の電圧標準偏差）。解析パケットが、以下の関係を満たしている場合に、電圧分散の外れ値とみなされる：（電圧分散−品質の電圧分散の平均値）の絶対値＞（３ｘ品質の電圧分散の標準偏差）。解析パケットが、以下の関係を満たしている場合に、アンペア数の外れ値とみなされる：（アンペア数の平均値−品質のアンペア数の平均値）の絶対値＞（３ｘ品質のアンペア数の標準偏差）。解析パケットが、以下の関係を満たしている場合に、アンペア数の分散外れ値とみなされる：（アンペア数の分散−品質のアンペア数の分散平均）の絶対値＞（３ｘ品質のアンペア数の分散標準偏差）。
【０１０４】
これらの外れ値を検出した後に、各外れ値の２つのステップ（すなわち、ステップ９１６及び９１８から）の重み付けの和は、対応する解析パケットについての品質指標を算出する際に使用される。
【０１０５】
外れ値のそれぞれを重み付けする第１のステップ（すなわち、ステップ９１６）は、３つの標準偏差の限界に対する外れ値の等級重み（大きさ）によって決定される。一般的に、データポイント又は値の約０．３％が、３つの標準偏差の限界から外れる可能性があり、こうして、外れ値とみなされる。外れ値の重み付けは、その外れ値が３つの標準偏差の限界を超えるように増加するにつれて増加する。外れ値は、４つの標準偏差で全１００％の重み付けをされ、５つの標準偏差で最大２００％の重み付けをされる。一般的に、通常のデータセットに生じる完全に（すなわち１００％）重み付けされた外れ値の確率は、１５７８７分の１の確率である。
【０１０６】
このように、ステップ９１６において、外れ値のそれぞれが、このアプローチに従って重み付けされる。各実行外れ値に適用される重みは、最大重み付け値が２．０であるように、（３つの標準偏差の限界／品質の実行回数の標準偏差を超える量の）絶対値として算出される。各電圧外れ値に適用される重みは、最大重み付け値が２．０であるように、（３つの標準偏差の限界／品質の電圧標準偏差を超える量の）絶対値として算出される。各電圧分散の外れ値に適用される重みは、最大重み付け値が２．０であるように、（３つの標準偏差の限界／品質の電圧分散の標準偏差を超える量の）絶対値として算出される。各アンペア数の外れ値に適用される重みは、最大重み付け値が２．０であるように（３つの標準偏差の限界／品質のアンペア数の標準偏差を超える量の）絶対値として算出される。各アンペア数の分散外れ値に適用される重みは、最大重み付け値が２．０であるように、（３つの標準偏差の限界／品質のアンペア数の分散の標準偏差を超える量の）絶対値として算出される。
【０１０７】
外れ値のそれぞれを重み付けする第２のステップ（すなわち、ステップ９１８）は、外れ値の段階状態の実行回数によって決定される。特に、各外れ値の値は、外れ値の段階状態の実行回数によって乗算され、それによって全体的な波形に対する段階状態の時間寄与が考慮される。このように、より大きな実行回数を有する段階状態（すなわち、実行時間）は、対応するより重い重み付けを外れ値に提供する。その結果、特定の外れ値の実行時間が増加するにつれて、外れ値の重みも増加する。
【０１０８】
ステップ９１６及び９１８において、外れ値の重みは、最終的な重み付けされた実行外れ値や、最終的な重み付けされた電圧の外れ値、最終的な重み付けされた電圧分散外れ値、最終的な重み付けされたアンペア数の外れ値、及び最終的な重み付けされたアンペア数の分散外れ値を含むような最終的な重み付けされた外れ値のセットを生成する。これらの最終的な重み付けされた外れ値は、ステップ９２０で合計されて、各解析パケットについて合計された最終的な重み付けされた外れ値を生成する。その後、解析パケットのそれぞれについての品質指標の決定は、ステップ９２２において、完全な品質値−（マイナス）最終的な重み付けされた外れ値の和を、完全な品質値によって割って取得された商として算出される。完全な品質値は、外れ値のカテゴリの数（すなわち、この場合は５）を乗じた解析パケットの実行回数に等しい。
【０１０９】
こうして、瞬間的な品質指標（すなわち、現在の完成した解析パケットの瞬間的な品質指標）は、溶接プロセス中に決定され、且つ溶接機に通信され又は他に利用することができる。このように、潜在的な問題は、溶接が完了した後のみとは対照的に、任意の是正処置を取るには非常に遅過ぎる場合に、それら潜在的な問題が、すなわち溶接プロセスの間に発生したときに、検出される。
【０１１０】
また、溶接プロセス中の任意の時点までに集計された品質指標の平均値は、その時点までの溶接部の品質指標を決定するために平均化される。例えば、溶接プロセスが完了した後に、個別の品質指標の全てが、全体的な品質指標、スコア、グレード、完成した溶接部の格付け等を取得するために平均化される。溶接部の全体的な品質指標は、許容可能な溶接部の最小品質指標値を反映するような（例えば、トレーニング溶接に由来する）所定の品質指標と比較される。
【０１１１】
このように、溶接部の品質は、正確に、効率的に、一貫して、及び／又は自動的に、リアルタイムで又はほぼリアルタイム判断することができる。これは、溶接部の目視検査は、その品質を測定するのに必ずしも十分ではなく、且つオペレータが、全体的な溶接品質に影響を与えるような、溶接プロセス中の偏差又は他の問題を検出又は他に評価していない可能性があるため、特に有利である。
【０１１２】
いくつかの例示的な実施形態では、溶接部の品質指標（すなわち、溶接スコア）は、実質的に同じ条件で、及び自動化された（例えば、ロボット）溶接プロセス中等の実質的に同一のアーク溶接プロセスに従って繰り返し製造された溶接部を評価するための効果的なツールである。各溶接について、瞬間的な、定期的、及び／又は全体的な溶接スコアを算出することにより、自動化された品質管理プロセスを、アーク溶接プロセスに適合させることができる。特に、許容可能な溶接スコアの最小値又は許容可能な溶接スコアの範囲は、溶接条件及びアーク溶接プロセスに従って、閾値として最初に同定される。その後、各溶接部は、閾値に対して迅速に比較された（瞬間的な、定期的な、及び／又は全体的な）溶接スコアを有しており、且つ溶接が許容可能である又は拒絶すべきかどうかを正確に決定する。さらに、生産工程又は生産工程のセットについて溶接スコアの全体の傾向を評価することにより、製造プロセスにおける問題を、より容易に同定することができ、及び／又は製造プロセスを、より容易に最適化することができる。
【０１１３】
概念的な製造ライン１０００が、図１０に示されており、ここで、第１の溶接スコアＳ１  １００２、第２の溶接スコアＳ２  １００４、及び第３の溶接スコアＳ３  １００６が、それぞれ、一体型モニタＭ１０１６を含む溶接機や溶接ステーション１０１４によって、第１のワークＷＰ１  １００８、第２のワークＷＰ２  １０１０、及び第３のワークＷＰ３  １０１２上で実行される溶接部に関連付けられる。当業者であれば、異なる溶接を、同じワークに対して行なえることを理解するであろう。
【０１１４】
溶接スコアは、次に、所定の許容可能な溶接スコア閾値と比較されて、溶接部のそれぞれが、許容可能か又は拒絶すべきかどうかが決定される。この比較は、溶接機／溶接ステーションによって、又は別のデバイスによって、又は別の場所（例えば、評価ステーション１０１８）で行うことができる。例示的な一実施形態では、溶接スコアと閾値との間の比較が、手動で行われる。例示的な一実施形態では、自動及び手動の比較が行われる。例示的な一実施形態では、溶接スコアを使用して、対応する溶接部の手動検査が保証されているかどうかが判定される。例示的な一実施形態では、溶接スコアを少なくとも部分的に使用して、製造ラインの全体的な効率が決定される。
【０１１５】
例示的な一実施形態では、１つ以上の評価ステーション１０１８は、製造ライン１０００に沿って位置しており、製造プロセスの指定されたステージでの溶接部を測定する。溶接部の溶接スコアが所定の許容可能な溶接スコア閾値を満たしているか又は超えていると評価ステーション１０１８が判断した場合に、評価ステーション１０１８は、受け入れ溶接コマンド１０２０を発行することにより、溶接部を受け入れる。受け入れ溶接コマンド１０２０に応答して、許容可能な溶接部を含むワークは、更なる処理のために製造ライン１０００に沿って進むことが可能になる。
【０１１６】
逆に、溶接部の溶接スコアが所定の許容可能な溶接スコア閾値を下回ると評価ステーション１０１８が判断した場合に、評価ステーション１０１８は、溶接拒絶コマンド１０２２を発行することにより、溶接を拒絶する。溶接拒絶コマンド１０２２に応答して、許容できない溶接部を含むワークが、製造ライン１０００の順路から外され、又は他に製造ライン１０００から取り外される（例えば、手動で取り外される）。その後、拒絶された溶接部を含むワークは、例えば、拒絶された溶接部を修復する又は他に補修する、又はワークを完全にリサイクルするようなさらなる処理に供することができる。
【０１１７】
例示的な一実施形態では、各受け入れ溶接コマンド１０２０及び／又は溶接拒絶コマンド１０２２が、後で確認や解析のために記録され、又は他に格納される。このように、溶接プロセス及び／又は製造プロセスに関する傾向を、より容易に同定することができ、次に、その傾向によって、溶接プロセスを利用する製造ラインの全体的な効率を容易に増加させることができる。
【０１１８】
いくつかの例示的な実施形態では、溶接について計算された品質指標（すなわち、溶接スコア）は、指示を提供するか、他にアーク溶接プロセスを手動で実行するオペレータを教えるように革新的なアプローチで使用することができる。特に、オペレータが、溶接機（例えば、電気アーク溶接機１０）を使用して溶接部を形成する際に、瞬間的な及び／又は定期的な溶接スコアが、溶接機によって（例えば、溶接機のモニタＭを介して）溶接部について決定され、且つ溶接部の現在の品質に関するオペレータへの直接的なフィードバックを提供するために使用される。上述したように、これらの溶接スコアは、溶接部の単なる目視検査と比較して、溶接品質をより正確に反映するような重み付けされた統計的な測定値に基づいている。特に、溶接スコアは、所定の許容可能な溶接スコア又は許容可能な溶接スコアの範囲に対して比較され、是正措置がオペレータに必要であるかどうかが決定される。さらに、溶接スコアは、経時的に評価されて、（例えば、溶接スコアの継続的な減少によって証明されるように）許容可能な溶接スコアから離れる方向に移動するような傾向が存在するどうかが決定される。
【０１１９】
例示的な一実施形態では、指示１１００の方法が、図１１に示される。方法１１００は、ステップ１１０２において、オペレータによって溶接プロセスの実行が開始される。
【０１２０】
溶接プロセスの間に、溶接スコアは、溶接部の現在の段階状態を反映するために、ステップ１１０４において、（１つ又は複数のサンプリングされたパラメータ又は他に測定されたパラメータに基づいて）定期的に算出される。溶接スコアは、溶接部の現在の段階状態を反映する瞬間的な測定値として、又は溶接プロセス中の時間（測定値に対応する）所定期間に亘った溶接部の段階状態を反映するようないくつかの測定値の平均値として算出することができる。例示的な一実施形態では、溶接スコアは、溶接部の現在の全体的な段階状態を反映するような、溶接プロセスの開始から取得された全ての測定値を平均値することによって算出される。
【０１２１】
次に、溶接スコアが、ステップ１１０６において、所定の溶接スコア閾値と比較される。溶接スコア閾値は、良好な又は他に許容可能な溶接段階状態についての最小溶接スコアである。溶接スコアが、溶接スコア閾値以上である場合に、溶接部の現在の段階状態は、ステップ１１０８において良好であると判定される。そうでない場合に、溶接部の現在の段階状態は、ステップ１１０８において不良と判定される。
【０１２２】
溶接の現在の段階状態が良好である場合に、オペレータには、ステップ１１１０において、溶接が良好であるという指標が提供され、この指標は、溶接プロセスが適切に実行されていることを示唆する。その後、溶接の現在の段階状態が、後で確認、解析、及び／又は他の使用のために、ステップ１１１２において、記録される。上述したように、指示１１００の方法は、次に、オペレータによって実行される溶接プロセスの監視を継続する。
【０１２３】
溶接の現在の段階状態が悪い場合に、オペレータには、ステップ１１１４において、溶接が不良であるという指標が提供され、この指標は、溶接プロセスが不適切に実行されていることを示唆する。その後、溶接の現在の段階状態が、後で確認、解析、及び／又は他の使用のために、ステップ１１１８において、記録される。上述したように、指示１１００の方法は、次に、オペレータによって実行される溶接プロセスの監視を継続する。
【０１２４】
上述した指標は、溶接プロセス中にオペレータに通知するのに十分な任意の方法でオペレータに提供することができる。例示的な一実施形態では、指示は、溶接機に一体化された又は溶接機に近接するディスプレイ装置上等に、視覚的にオペレータに提供される。例示的な一実施形態では、指示は、オペレータが着用した保護バイザー又はヘッドギアに視覚的に表示される。例示的な一実施形態では、指示は、溶接機に一体化された又は溶接機に近接するスピーカ等を介して、聴覚的にオペレータに提供される。例示的な一実施形態では、指示は、オペレータが着用した保護ヘッドギアに聴覚的に再生される。
【０１２５】
例示的な一実施形態では、溶接部の現在の段階状態が悪い場合に、オペレータがどのような是正措置を取るべきであるかの指示を、ステップ１１１６において受け取る。例示的な一実施形態では、指示が、溶接プロセス中にリアルタイムで提供される。指示は、例えば、ワークに対する電極（すなわち、ワイヤ）位置の推奨変更位置、又はワークに対するワイヤの移動速度の推奨変更速度を含むことがある。
【０１２６】
様々な装置や技術を使用して、検証された良好な溶接部をもたらすような、溶接プロセス中のオペレータ及び／又は溶接条件をモデリングする、及び得られたモデルデータを使用して同様の条件下で同様の溶接プロセスを実行する他のオペレータを評価するために、取るべき可能な是正措置を決定することができる。人工知能及び関連するシミュレーションが、このようなモデルを構築するために使用することもできる。さらに、センサが、このようなモデルを構築するために使用することができる。
【０１２７】
例示的な一実施形態では、１つ又は複数のセンサを使用して、例えば、ワークの現在の温度、供給されるシールドガスのレベル、及び／又はシールドガスの組成等の、溶接プロセスの態様を決定する。例示的な一実施形態では、１つ又は複数のセンサを使用して、例えば、風の条件及び／又は湿度条件等の溶接プロセスに影響を与えるような環境条件を決定する。例示的な一実施形態では、１つ又は複数のセンサを使用して、例えば、ワークからオペレータの手までの距離及び／又はワークからオペレータへの手の角度等の溶接プロセスに影響を与えるようなオペレータ条件を決定する。これら又は他のセンサからのデータは、データをモデル化するために比較され、オペレータがどのような是正措置を取るべきかの指示を同定する。
【０１２８】
例示的な一実施形態では、是正措置の指示は、溶接機に一体化された又は溶接機に近接するディスプレイ装置上等に、オペレータに視覚的に提供される。例示的な一実施形態では、指示は、オペレータが着用した保護バイザー又はヘッドギアに視覚的に表示される。例示的な一実施形態では、指示は、溶接機に一体化された又は溶接機に近接するスピーカ等を介して、オペレータに聴覚的に提供される。例示的な一実施形態では、指示は、オペレータが着用した保護ヘッドギアに聴覚的に再生される。
【０１２９】
こうして、指示１１００の方法は、溶接プロセス中にオペレータにリアルタイムのフィードバックを提供し、それによって、オペレータは、溶接が良い条件から悪い条件に向けていつ頃移動するか、溶接が悪い条件から良い条件に向けていつ頃移動するかを容易に知ることになる。さらに、指示１１００の方法は、溶接部の現在の（従って全体的な）条件を改善することを意図した是正措置を提案することができる。溶接条件の変化が、多くの場合、オペレータの動作に起因しているので、（推奨された是正措置を含む）指示１１００の方法によって提供されるフィードバックは、オペレータにとって良好な溶接技術を教える。さらに、オペレータの良好な溶接技術は、良好な溶接の段階状態の継続的な確認により補強される。
【０１３０】
指示１１００の方法又はこれらの態様は、容易に適合させることができ、又は他にシミュレートされた溶接プロセスに適用させることができる。例示的な一実施形態では、指示１１００の方法は、バーチャルリアリティ技術を利用した溶接シミュレータに適用される。
【０１３１】
いくつかの例示的な実施形態では、オペレータによって実行される溶接について計算された品質指標（すなわち、溶接スコア）は、グレード（評価）が一般的な教育においてどの様に使用されるかと同様にして、特定の溶接機、溶接プロセス、又は溶接コースに関してオペレータを認定する革新的なアプローチで使用することができる。例えば、指示１１００の方法又はこれらの態様に従って算出された溶接スコア（例えば、全体的な溶接スコア）が、オペレータを認定するための便利なプラットフォームを提供する。オペレータは、溶接機、溶接プロセス、又は溶接コースに関して認定された所定の溶接スコア閾値を超えるような溶接スコアを取得する必要がある。オペレータが認定に失敗した場合に、指示１１００の方法は、オペレータに対して改善を必要とする分野を同定することができる。本明細書で説明されるように、（例えば、溶接機において又は溶接機の外部で実行されるソフトウェアによって提供される）追加的な機能は、オペレータを認定するのに有用である他のパラメータを測定するために使用することができる。例えば、指示１１００の方法は、溶接プロセス中又は経過中に、オペレータが実際の溶接にどの位の時間を費やしたかを追跡することを含むように変更することができる。別の例として、指示１１００の方法は、溶接プロセス中又は経過中に、オペレータによって使用される消耗品（例えば、ワイヤ）の量を追跡することを含むように変更することができる。
【０１３２】
オペレータを認定するために使用することに加えて、溶接スコア（及び他のパラメータ）は、あるオペレータを別のオペレータと区別するためにも使用することができる。例えば、２人のオペレータの両方が合格点を達成し、特定の溶接機、溶接プロセス、又は溶接コースに関して認定されたにもかかわらず、２つのオペレータのスコアが、大幅に異なる場合がある。従って、はるかに高いスコアを持つ認定されたオペレータが、より低いスコアを有する別の認定されたオペレータと比較して選択することができる。
【０１３３】
いくつかの例示的な実施形態では、溶接について計算された品質指標（すなわち、溶接スコア）及び他の関連するパラメータ及び情報は、複数の訓練生に溶接技術、プロセス、プログラム、コース等を教えるインストラクターを補助するために使用することができる。溶接クラスは、多くの場合、理論的な構成要素と実用的な構成要素とを含む。理論的な構成要素は、教室や類似の設定で講義、ディスカッション、又はデモの形で一般的に教えられる。典型的に、溶接学校や訓練生を教育する他の環境において、クラスの実用的な構成要素は、工場内の溶接ステーションと同様に、ブース等の個別の場所を含む。各訓練生は、コースの実用的な構成要素を実行するために自分のブースが割り当てられる。
【０１３４】
また、各訓練生がクラスの理論的な構成要素にどの位の時間を費やしているのかを、例えば、各訓練生のクラスの出席及び／又は理論的な構成要素に関連する議論中の参加を追跡することにより、概算するのでインストラクターにとってむしろ容易である。しかしながら、インストラクターは全ての時間に亘って全てのブースにいないため、各訓練生が、クラスの実用的な構成要素に実際にどの位時間を費やすかを測定することはインストラクターにとって困難である。例えば、ブースは、インストラクターの視線が一度に単一のブース、すなわちインストラクターが現在存在するようなブースにのみ向けられるように構築及び／又は配置してもよい。他のブースの訓練生は、インストラクターに知られることなく、溶接以外の何か（例えば、食事、睡眠、電話で話すこと）をやっている可能性がある。任意の時点で、どの訓練生がインストラクターの個人的な関心から最も恩恵を受けるであろうことを容易に決定することもインストラクターにとっては困難である。このように、インストラクターは、別の訓練生がインストラクターの個人的な関心に対してより大きな関心を向ける必要があるにもかかわらず、一人の訓練生に時間を捧げることに終始してしまう可能性がある。
【０１３５】
例示的な一実施形態によれば、アーク溶接プロセス等の溶接技術、プロセス、プログラム、コース等を学習する訓練生を監視するシステム１２００が、図１２に示されている。システム１２００は、８つのブース１２０４，１２０６，１２０８，１２１０，１２１２，１２１４，１２１６，１２１８が配置されるような教室やショップ等の指示１２０２の領域を含む。ブースのそれぞれは、溶接機を含む。特に、第１の溶接機Ｗ１  １２２０は第１のブース１２０４に位置しており、第２の溶接機Ｗ２  １２２２は第２のブース１２０６に位置しており、第３の溶接機Ｗ３  １２２４は第３のブース１２０８に位置しており、第４の溶接機Ｗ４  １２２６は第４のブース１２１０に位置しており、第５の溶接機Ｗ５  １２２８は第５のブース１２１２に位置しており、第６の溶接機Ｗ６  １２３０は第６のブース１２１４に位置しており、第７の溶接機Ｗ７  １２３２は第７のブース１２１６に位置しており、第８の溶接機Ｗ８  １２３４は第８のブース１２１８に位置している。さらに、訓練生が各ブースに割り当てられる。特に、第１の訓練生Ｓ１  １２３６は第１のブース１２０４で作業するように割り当てられており、第２の訓練生Ｓ２  １２３８は第２のブース１２０６で作業するように割り当てられており、第３の訓練生Ｓ３  １２４０は第３のブース１２０８で作業するように割り当てられており、第４の訓練生Ｓ４  １２４２は第４のブース１２１０で作業するように割り当てられており、第５の訓練生Ｓ５  １２４４は第５のブース１２１２で作業するように割り当てられており、第６の訓練生Ｓ６  １２４６は第６のブース１２１４で作業するように割り当てられており、第７の訓練生Ｓ７  １２４８は第７のブース１２１６で作業するように割り当てられており、第８訓練生Ｓ８  １２５０は、第８のブース１２１８で作業するように割り当てられている。
【０１３６】
指示１２０２の領域は、インストラクター１２５２が、訓練生と対話するためにあるブースから別のブースに自由に移動できるように位置している。
【０１３７】
例示的な一実施形態では、溶接機Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７，Ｗ８のそれぞれは、図１に示した溶接機１０等の一体化されたモニタＭを含む。訓練生が溶接機を使用して溶接を形成するときに、瞬間的及び／又は定期的な溶接スコアは、（モニタＭを介して）溶接機によって溶接について決定され、且つ溶接部の現在の品質に関して訓練生への直接的なフィードバックを提供するために使用される。本明細書で説明するように、これらの溶接スコアは、溶接部の単なる目視検査と比較して、溶接品質をより正確に反映するような、重み付けされた統計的測定値に基づいている。具体的には、溶接スコアは、所定の許容可能な溶接スコア又は（例えば、以前のベースラインの溶接から確認された）許容可能な溶接スコアの範囲と比較されて、是正措置が訓練生に必要であるかどうかが判断される。さらに、溶接スコアは、（例えば、溶接スコアの継続的な減少によって証明されるように）許容可能な溶接スコアから離れる方向に移動する傾向が存在するかどうかを決定するために経時的に評価される。
【０１３８】
溶接機Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７，Ｗ８のそれぞれは、ネットワーク１２５６を介して生産監視システム（ＰＭＳ）１２５４と通信する。ネットワーク１２５６は、有線又は無線ネットワークであってもよい。例示的な一実施形態では、ネットワーク１２５６は、イーサネット・ネットワークである。
【０１３９】
ＰＭＳ１２５４は、本考案の一般的概念の精神及び範囲から逸脱することなく、ソフトウェア、ハードウェア、及びこれらの組み合わせを用いて実行することができる。例示的な一実施形態では、ＰＭＳ１２５４は、ディスプレイ装置１２５８及びこのディスプレイ装置１２５８に接続されたデータ記憶装置１２６０等の周辺機器と一緒に、汎用コンピュータ（例えば、ＰＣ）上で動作するソフトウェアとして実装される。例示的な一実施形態では、ＰＭＳ１２５４は、モニタＭの場合のように、溶接機のそれぞれと一体化されたロジックを含むことができる。上述したように、ＰＭＳ１２５４は、ネットワーク１２５６を介して溶接機Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７，Ｗ８とのデータ通信を行う。
【０１４０】
ＰＭＳ１２５４は、例えば、記録された各溶接部の統計データを備えた、短期及び長期の溶接ログを収集するように動作可能である溶接データ収集及び監視ツールである。ＰＭＳ１２５４は、また、ワイヤ消費量等の他の製造関連のパラメータ及び条件を追跡することもできる。システム１２００において、ＰＭＳ１２５４は、溶接機Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７，Ｗ８のそれぞれからデータを収集して、溶接部を形成する際にそれぞれの訓練生Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８が費やす時間の量を決定する。訓練生Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８のそれぞれによって費やされる時間の量（すなわち、溶接時間）は、ＰＭＳ１２５４によって、後の検索及び使用のためにデータ記憶装置１２６０に保存することができる。さらに、ＰＭＳ１２５４は、ネットワーク１２５６を介して溶接機Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４，Ｗ５，Ｗ６，Ｗ７，Ｗ８のそれぞれから溶接スコアを受け取り、次に、その溶接スコアは、ＰＭＳ１２５４によって、後の検索及び使用のためにデータ記憶装置１２６０に保存することができる。このように、ＰＭＳ１２５４は、複数の評価期間に亘って複数の訓練生についての溶接時間及び溶接スコアのログを生成して格納することができ、これらのログは、訓練生を教育し且つ評価する際にインストラクター１２５２にとって多大なリソースとすることができる。
【０１４１】
さらに、ＰＭＳ１２５４は、リアルタイムで、ディスプレイ装置１２５８上に訓練生Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８それぞれの現在の溶接スコアと組み合わされた、訓練生Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４，Ｓ５，Ｓ６，Ｓ７，Ｓ８それぞれの現在の溶接時間を表示することができる。このように、インストラクター１２５２は、ディスプレイ装置１２５８を確認することにより、各訓練生とそれぞれの溶接部との現在の段階状態の瞬間的な且つ正確な評価を得ることができる。これによって、インストラクター１２５２が、最大の関心を示すようなこれら訓練生との関係で訓練生を指導する時間をより良く比例させることを可能にする。
【０１４２】
システム１２００において、溶接時間及び溶接スコアは、例えば、数値データ及び／又はグラフィックデータとして任意の方法で表示することができる。例示的な一実施形態では、ＰＭＳ１２５４は、ウェブブラウザを介して、データへのアクセス、データの表示、レポートの作成等をサポートするようなウェブベースのユーザインターフェイスを提供する。
【０１４３】
システム１２００は、多数の訓練生だけでなく、複数のインストラクターにも対応するために容易に拡張可能である。
【０１４４】
例示的な一実施形態では、アーク溶接プロセス等の溶接技術、プロセス、プログラム、コース等を学習する訓練生を監視する方法１３００が、図１３に示される。方法１３００は、ステップ１３０２においてアーク溶接プロセスを実行する複数の訓練生を含む。例示的な一実施形態では、訓練生は、実質的に同一の条件下で実質的に同時に同じアーク溶接プロセスを実質的に行なう。
【０１４５】
アーク溶接プロセス中に、溶接スコアが、ステップ１３０４において、各訓練生について（１つ以上のサンプリングされた又は他に測定されたパラメータに基づいて）定期的に算出されて、訓練生の溶接部の現在の段階状態を反映する。溶接スコアは、訓練生の溶接部の現在の段階状態を反映するような瞬間測定値として、又はアーク溶接プロセス中の（測定値に対応する）一定時間に亘って訓練生の溶接部の段階状態を反映するようないくつかの測定値の平均値として算出することができる。例示的な一実施形態では、訓練生の溶接スコアは、アーク溶接プロセスを開始してから取得された全ての測定値を平均化することによって算出され、この溶接スコアは、訓練生の溶接部の現在の全体的な段階状態を反映する。
【０１４６】
方法１３００の評価期間中に、アーク溶接プロセスを行うのに費やした各訓練生の時間の量（すなわち、実際の溶接時間）が、ステップ１３０６において決定される。各訓練生の溶接機から収集された操作データを使用して、訓練生の溶接時間を決定することができる。
【０１４７】
各溶接スコアは、ステップ１３０８においてその対応する訓練生に関連付けられる。同様に、各溶接時間は、ステップ１３０８においてその対応する訓練生に関連付けられる。各訓練生に割り当てられた溶接機からの識別情報（例えば、シリアル番号）を使用して、溶接機から収集された及び／又は溶接機によって生成されたデータ（例えば、溶接スコア、溶接時間）をそれぞれの訓練生に関連付けることができる。
【０１４８】
一旦、溶接スコア及び溶接時間が、それぞれの訓練生に関連付けられると、この情報は、ステップ１３１０において、任意の方法で出力することができる。例えば、全ての訓練生のレポート、訓練性のそれぞれの溶接スコア、及び溶接時間が、モニタ等のディスプレイ装置に出力することができる。別の例として、訓練生の情報と訓練性それぞれの溶接スコア及び溶接時間とが、後の検索及び使用のためにディスクドライブ又はフラッシュドライブ等のデータ記憶装置に記録及び格納することができる。例示的な一実施形態では、情報は定期的に出力される。例示的な一実施形態では、情報は、評価期間の終了時に出力される。
【０１４９】
溶接スコア及び／又は溶接時間を使用して、訓練生についての追加の識別情報を生成することができる。例えば、訓練生についての溶接スコア及び／又は溶接時間を、所定の閾値と比較することができる。このように、訓練生についての溶接スコア及び／又は溶接時間に基づいて、合格又は不合格の判定が、訓練生の溶接部について決定することができる。
【０１５０】
いくつかの例示的な実施形態では、溶接部について計算された溶接スコアは、溶接プロセスの潜在的なコスト削減を同定するために革新的なアプローチで使用することができる。例示的な一実施形態では、コスト分析（例えば、費用対効果の分析、費用対利益の分析）が、溶接プロセスに従って行われる一連の溶接部に基づいて、溶接プロセスについて行われる。図１４Ａ−図１４Ｂに示されるように、例示的な溶接部に対応するデータ１４００は、コスト分析を行う際に使用することができる。
【０１５１】
最初に、全体的な溶接品質に影響を与えるような複数の溶接条件１４０２が選択される。例えば、図１４Ａ及び図１４Ｂにおいて、溶接条件１４０２には、ワイヤの特性（例えば、ワイヤ組成１４０４、線径、コーティング）、ワーク特性（例えば、ワーク組成１４０６、ワークの厚さ）、シールドガス流量１４０８、シールドガス組成物１４１０、及び／又はワーク予熱温度１４１２が含まれる。次に、これらの溶接条件１４０２のうちの１つが、１４１４で示されるように、一連の溶接部に亘って変化する一方、残りの全ての溶接条件１４０２が、１４１４で示されるように、一連の溶接部に亘って全体で、固定される。
【０１５２】
一連の各溶接部について、溶接スコア１４１６は、現在の溶接条件１４０２，１４１４に基づいても算出される。溶接部スコア１４１６は、溶接条件下で形成された溶接部の全体的な品質の尺度を表す。上述したように、これらの溶接スコアは、溶接部の単なる目視検査と比較して、溶接品質をより正確に反映するような重み付けされた統計的測定に基づいている。
【０１５３】
さらに、一連の各溶接部について、溶接部を形成するコストが決定される。例示的な一実施形態では、コストは、溶接の金銭的コスト１４１８として表されるような、溶接部の製造に関連する金銭的な支出を含む。例示的な一実施形態では、コストは、溶接の時間コスト１４２０として表されるような、溶接部を完成するために必要な合計時間を含む。一連の各溶接部は、その対応する溶接スコア及びコストに関連付けられる。
【０１５４】
図１４Ａ及び図１４Ｂはそれぞれ、一連の溶接部の２つの溶接用データ１４００を含んでおり、溶接条件１４０２の中で、ワイヤ組成１４０４、ワーク組成１４０６、シールドガス組成１４１０及びワーク予熱温度１４１２が、１４１４に示されるように、一連の溶接部に亘って固定される一方、シールドガス流量１４０８が、１４１４に示されるように、一連の溶接部に亘って変化する（例えば、徐々に増加又は減少する）。
【０１５５】
図１４Ａに対応する溶接部について、ａの金銭的コスト１４１８、ｂの時間コスト１４２０、及びｃの溶接スコア１４１６が、算出され又は他に決定される。図１４Ｂに対応する溶接部について、ｄの金銭的コスト１４１８、ｅの時間コスト１４２０、及びｆの溶接スコア１４１６が、算出され又は他に決定される。こうして、ａ＜ｄ、ｂ＜ｅ、及びｃ＝ｆと決定された場合に、コスト削減と時間削減との両方が、図１４Ｂのシールドガス流量１４０８と比較して、図１４Ａのシールドガス流量１４０８によって全体的な溶接品質の低下なしに実現されるので、図１４Ａのシールドガス流量１４０８が、図１４Ｂのシールドガス流量１４０８よりも優れていると推定することができる。代わりにａ＜ｄ、ｂ＞＞ｅ、及びｃ＝ｆと決定された場合に、図１４Ａのシールドガス流量１４０８は、全体的な溶接品質の低下なしにコスト削減を提供するが、図１４Ｂのシールドガス流量１４０８と比較して、時間コストの実質的な増加を提供すると推定することができる。
【０１５６】
このように、ユーザは、影響（インパクト）を容易に特定し、変更された溶接条件が、一連の、こうして対応する溶接プロセスに全体的な溶接品質を有する。このように、ユーザは、溶接条件を（どのようにして）変化させることによって、ユーザが、より望ましい溶接品質、より望ましいコスト、又はこれら両方を取得することを可能にするかどうかを決定することができる。結果として、より多くの溶接が行われ、且つ対応するデータが解析されると、全体的な溶接プロセスの１つ以上の溶接条件の影響を容易に決定し且つ評価することができ、それによって、より多くの情報を含むコスト削減の決定（例えば、お金、時間、及び品質のトレードオフ）を行うことができる。
【０１５７】
コスト分析は、追加の一連の溶接を含むように拡張することができ、ここで様々な溶接条件が、異なる一連の溶接で変更される。このように、ユーザは、所望の値、すなわち所望の結果（例えば、許容可能な溶接品質及び許容可能なコスト）を達成するための複数の溶接条件の設定を識別することができる。溶接条件についてのこれらの所望の値又は設定は、次に、同じ溶接機及び溶接プロセスについての後続の検索及び使用のために、溶接機及び溶接プロセスに関連付けられたプロファイルに保存することができ、それによって、ユーザが、所望の結果を再び達成する可能性を増加させる。
【０１５８】
例示的な一実施形態では、このような複数のプロファイル（すなわち、選択された溶接パラメータ及び／又は溶接条件のセット）が、プリセットとして保存され、それによって、プロファイルは、溶接プロセスを開始するユーザによってアクセスすることができる。例示的な一実施形態では、複数のプリセットは、各プリセットに対応する溶接スコアと一緒にユーザに提示される。各溶接スコアは、プリセットに関連付けられた溶接パラメータ及び溶接条件を用いて以前に取得された溶接部の全体的な品質を定量化する。上述したように、これらの溶接スコアは、溶接の単なる目視検査と比較して、溶接品質をより正確に反映するような重み付けされた統計的測定値に基づいている。ユーザは、次に、溶接プロセスを実行するためのプリセットのいずれかを選択することができ、それによって、ユーザが、プリセットに関連付けられた溶接パラメータ及び溶接条件を用いて以前に生成された、同一又は実質的に同様の溶接を達成する可能性を増加させる。例示的な一実施形態では、ユーザインターフェイスは、ユーザが、このユーザによって入力された基準と一致しないプリセットを除外する、例えば入力閾値を下回る関連する溶接スコアを有するこれらのプリセットを除外する、ことを可能にするように設けられている。
【０１５９】
例示的な一実施形態によれば、図１５には、プリセット１５００が示されている。プリセット１５００のそれぞれは、プリセットの識別番号１５０２、溶接条件のセット１５０４、溶接機の情報１５０６、溶接プロセスの情報１５０８、金銭的なコスト１５１０、時間コスト１５１２、及び関連する溶接スコア１５１４を含む。プリセット番号０１を有する第１のプリセット１５１６は、値ａ，ｂ，c，ｄ，ｅを有する溶接条件１５０４及び溶接機Ｍと関連付けられる。第１のプリセット１５１６は、溶接プロセスＯに対応する。ユーザが、溶接条件ａ，ｂ，c，ｄ，ｅの下で溶接機Ｍを用いて溶接プロセスＯを実行するために、第１のプリセット１５１６（すなわち、プリセット０１）を選択する場合に、ユーザは、金銭的コストの概算ｔ、時間コストの概算ｖ、及び溶接スコアの概算ｘを有するような溶接プロセスから生じる溶接部を予期できる。プリセット１５００は、溶接条件１５０４、溶接機１５０６及び／又は溶接プロセス１５０８の異なる組合せに関連付けられるような第２のプリセット１５１８等の追加のプリセットを含むことができる。
【０１６０】
本明細書に既に説明した監視対象の溶接パラメータに加えて、追加の溶接パラメータは、波形の１つ以上の段階状態を監視することができ、追加の品質パラメータは、溶接部の欠陥をより正確に検出し且つ同定するために、その追加の溶接パラメータから算出することができる。追加の溶接パラメータは、溶接トーチ又はガン位置、アーク溶接プロセスによって発生する音レベル、アーク溶接プロセスによって発生する音の少なくとも１つの周波数、及びアーク溶接プロセスによって発生する音のパルス速度を含むことができる。さらに追加の溶接パラメータは、アーク溶接プロセスによって発生する可視光のレベル、アーク溶接プロセスによって発生する可視光の少なくとも１つの周波数、及びアーク溶接プロセスによって発生する可視光のパルス速度を含む。さらに追加の溶接パラメータは、アーク溶接プロセスによって発生する赤外線のレベル、アーク溶接プロセスによって発生する赤外線の少なくとも１つの周波数、アーク溶接プロセスによって発生する赤外線のパルスの速度、ワイヤ送りモータの電流レベルを含む。
【０１６１】
一実施形態によれば、追加の溶接パラメータは、このような溶接パラメータを検出するための適切なセンサ又は監視装置によって感知される。例えば、音はマイクによって感知することができ、可視光は光検出器によって感知することができ、赤外線は赤外線検出器によって感知することができ、ワイヤ送りモータの電流は、電流シャントによって感知することができる。トーチの位置は、例えば、撮像センサ又は磁気センサを含む１つ又は複数のタイプの感知技術を使用して感知することができる。センサは、例えば、溶接トーチ、溶接ヘルメットを含む様々な場所に、又は一般的な溶接領域に位置してもよい。追加の感知された溶接パラメータが、モニタＭに入力され、他の溶接パラメータが本明細書で以前に説明したようにどの様に入力され且つ処理される方法と同様に、モニタＭによって処理されてもよい。処理された監視対象の他の溶接パラメータは、ワークの温度、シールドガスのレベル、シールドガスの組成、ワーク付近の風速、ワーク付近の湿度レベル、及び動作位置を含む。
【０１６２】
モニタＭは、追加の監視対象の溶接パラメータに基づいて、複数の品質パラメータの統計値を算出するように（例えば、図１６に示されるアップグレードされたモニタＭ’のように）構成してもよい。「平均値」、「標準偏差」、「分散平均」、及び「分散標準偏差」の様々な品質パラメータの統計値が、本明細書で以前に説明したように、これらの品質パラメータの統計値が、電圧及び電流についてどの様に算出されるかという方法と類似した方法で、波形の１つ又は複数の段階状態の様々な追加の溶接パラメータについて算出することができる。すなわち、追加の監視対象の溶接パラメータに基づく品質パラメータは、ＱＶＡ、ＱＶＳＤ、ＱＶＶＡ、及びＱＶＶＳＤが、監視対象の電圧についてどの様に算出されるか、及びＱＩＡ、ＱＩＳＤ、ＱＩＶＡ、及びＱＩＶＳＤが、監視対象の電流についてどの様に算出されるかの方法と同様の方法で算出することができる。
【０１６３】
例えば、モニタＭは、音質レベルの平均値（ＱＳＬＡ）、音質レベルの標準偏差（ＱＳＬＳＤ）、音質レベルの分散平均（ＱＳＬＶＡ）、及び音質レベルの分散標準偏差（ＱＳＬＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態の溶接プロセス中に、音質レベルのパラメータを算出するように構成される。モニタＭは、音質周波数の平均値（ＱＳＦＡ）、音質周波数の標準偏差（ＱＳＦＳＤ）、音質周波数の分散平均（ＱＳＦＶＡ）、及び音質周波数の分散標準偏差（ＱＳＦＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態について、音質の周波数パラメータを算出するようにも構成される。また、モニタＭは、音質パルス速度の平均値（ＱＳＰＲＡ）、音質パルス速度の標準偏差（ＱＳＰＲＳＤ）、音質パルス速度の分散平均（ＱＳＰＲＶＡ）、及び音質パルス速度の分散標準偏差（ＱＳＰＲＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態について、音質パルス速度のパラメータを算出するようにも構成される。溶接プロセスの音は、ワイヤ電極とワークとの間のアークによって発生する。特定の音響特性は、溶接波形の特定の段階状態中に発生する傾向がある。
【０１６４】
モニタＭは、品質可視光レベルの平均値（ＱＶＬＬＡ）、品質可視光レベルの標準偏差（ＱＶＬＬＳＤ）、品質可視光レベルの分散平均（ＱＶＬＬＶＡ）、及び品質可視光レベルの分散標準偏差（ＱＶＬＬＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態の溶接プロセス中に、可視光レベルの品質パラメータを算出するように構成される。モニタＭは、品質可視光の周波数平均値（ＱＶＬＦＡ）、品質可視光の周波数標準偏差（ＱＶＬＦＳＤ）、可視品質光の周波数分散平均（ＱＶＬＦＶＡ）、及び品質可視光の周波数分散標準偏差（ＱＶＬＦＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態について、可視光の周波数品質パラメータを算出するようにも構成される。また、モニタＭは、品質可視光のパルス速度平均値（ＱＶＬＰＲＡ）、品質可視光のパルス速度標準偏差（ＱＶＬＰＲＳＤ）、品質可視光のパルス速度分散平均（ＱＶＬＰＲＶＡ）、及び品質可視光のパルス速度分散標準偏差（ＱＶＬＰＲＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態について、可視光のパルス速度品質パラメータを算出するようにも構成される。溶接プロセスの可視光は、ワイヤ電極とワークとの間のアークによって発生する。
【０１６５】
モニタＭは、品質赤外線レベルの平均値（ＱＩＲＬＬＡ）、品質赤外線レベルの標準偏差（ＱＩＲＬＬＳＤ）、品質赤外線レベルの分散平均（ＱＩＲＬＬＶＡ）、及び品質赤外線レベルの分散標準偏差（ＱＩＲＬＬＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態の溶接プロセス中に、赤外線レベルの品質パラメータを算出するように構成される。モニタは、品質赤外線の周波数平均値（ＱＩＲＬＦＡ）、品質赤外線の周波数標準偏差（ＱＩＲＬＦＳＤ）、品質赤外線の周波数分散平均（ＱＩＲＬＦＶＡ）、及び品質赤外線の周波数分散の標準偏差（ＱＩＲＬＦＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態について、赤外線周波数品質パラメータを算出するようにも構成される。また、モニタＭは、品質赤外線のパルス速度平均値（ＱＩＲＬＰＲＡ）、品質赤外線のパルス速度標準偏差（ＱＩＲＬＰＲＳＤ）、品質赤外線のパルス速度分散平均（ＱＩＲＬＰＲＶＡ）、及び品質赤外線のパルス速度の分散標準偏差（ＱＩＲＬＰＲＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態について、品質赤外線のパルス速度パラメータを算出するようにも構成される。溶接プロセスの赤外線は、ワイヤ電極とワークとの間のアークによって発生する。
【０１６６】
モニタＭは、品質ワイヤ送りモータの電流平均値（ＱＷＦＭＩＡ）、品質ワイヤ送りモータの電流標準偏差（ＱＷＦＭＩＳＤ）、品質ワイヤ送りモータの電流分散平均（ＱＷＦＭＩＶＡ）、及び品質ワイヤ送りモータの電流分散標準偏差（ＱＷＦＭＩＶＳＤ）等の所定期間に亘った１つ又は複数の段階状態の溶接プロセス中に、品質ワイヤ送りモータの電流パラメータを算出するように構成される。ワイヤ送りモータ電流は、溶接プロセス中のワイヤ送り装置のモータによって生成される。接触チップが摩耗し、又は間違った接触チップが使用されている場合に、モータ電流のシフト又はスパイクが、特定の段階状態の間に観察される。
【０１６７】
再度、「平均値」、「標準偏差」、「分散平均」、及び「分散標準偏差」の様々な品質パラメータ統計値は、本明細書で以前に説明したように、これらの品質パラメータの統計値が、電圧及び電流についてどの様に算出されるかの方法と同様の方法で、様々な追加の溶接パラメータについて算出することができる。また、一実施形態によれば、各所定期間について算出された品質パラメータのそれぞれの値が、対応する期待品質パラメータ値と比較されて、算出された品質パラメータ値と期待品質パラメータ値との間の差が所定の閾値を超えるかどうかが決定される。この差が閾値を超える場合に、算出された品質パラメータ値は、この差に基づいて等級重みで重み付けされ、及び／又は段階状態を含む波形に対するその段階状態の時間的寄与に基づく時間寄与重みで重み付けすることができる。
【０１６８】
本考案の一実施形態によれば、（重み付けされた又は重み付けされていない）品質パラメータ及び／又は溶接パラメータを使用して、アーク溶接プロセスを診断することができる。図１６には、アーク溶接プロセスを診断するためのシステム１６００の一実施形態の概略ブロック図が示されている。システム１６００は、アーク溶接システムの一部に対応しており、且つモニタＭと同様であるが、本明細書で説明する追加の溶接パラメータをさらに監視し、さらに対応する追加的な品質パラメータを算出するように構成されるアップグレードされたモニタＭ’１６１０を含む。システム１６００は、アップグレードされたモニタＭ’１６１０と動作可能に通信する診断ロジック回路（ＤＬＣ）１６２０も含む。
【０１６９】
図１６に示されるように、算出された品質パラメータ及び／又は監視対象の溶接パラメータ、又はこれらのいくつかのサブセットが、診断結果を生成するためのパラメータで動作するようなＤＬＣ１６２０に渡される。一実施形態によれば、ＤＬＣ１６２０は、品質パラメータを分析することにより、溶接部の局所的な又は連続的な欠陥を最初に同定する。局所的な欠陥は、溶接プロセス中の比較的短い期間（例えば、２秒）に亘って発生する欠陥である。連続的な欠陥は、溶接プロセスの時間全体（例えば、２０秒）に本質的に亘って発生する欠陥である。欠陥のいくつかの例としては、溶接部のガス含有物（例えば、多孔、ブローホール（気泡）、ワームホール（虫状気孔））、ワークの溶け落ち、ワークへの浸透の欠如、飛びはね（スプラッタ）、未充填の接合部、アンダーカット、溶接の割れ、溶接部に含まれるボイド、及び溶融不足が挙げられる。このようなタイプの欠陥は、当該技術分野で周知である。他のタイプの欠陥も同様に想定し得る。
【０１７０】
欠陥の原因として考えられるいくつかの例としては、シールドガスの不足、ワークまでの距離に対して短い接触チップ、ワークまでの距離に対して長い接触チップ、詰まったノズル、ワーク表面の汚染、非常に遅い移動速度、非常に速い移動速度、非常に遅いワイヤ送り速度、非常に速いワイヤ送り速度、ワーク又は電極の硫黄含有量、電極又はワークからの過度の湿気、及び非常に小さな電極の角度が挙げられる。他のタイプの欠陥の原因も同様に想定し得る。
【０１７１】
溶接手順の訓練中に、欠陥が、欠陥の原因と相関しており、ＤＬＣ１６２０は、１つ以上の考えられる原因を欠陥に適切に関連付けるようにそれに応じてプログラムされる。従って、通常の（非トレーニングの）溶接手順を行う間に、ＤＬＣ１６２０は、１つ以上の検出された欠陥についての１つ又は複数の考えられる原因を示唆することが可能である。欠陥及び１つ以上の原因が、オペレータに報告され、このオペレータが、問題を修正することができる。ＤＬＣ１６２０は、例えば、欠陥の原因を特定するために、決定ツリーとしてプログラムすることができる。
【０１７２】
一例として、システム１６００は、品質パラメータを分析することにより、溶接プロセス中に発生した連続する２つの欠陥として、特定の段階状態で発生する多孔、及び特定の他の段階状態で発生する飛びはね（スプラッタ）を検出することができる。ＤＬＣ１６２０は、それぞれの段階状態における２つの連続的な欠陥の発生を、溶接プロセス全体を通したシールドガスの不足に相関させることができる。オペレータは、その後、ガスタンクのバルブが、溶接プロセス中にスイッチをオフにしたままであることを気付くことができる。
【０１７３】
図１７には、溶接機が、溶接部を形成するために、前進ワイヤとワークとの間の実際の溶接パラメータを形成することによりアーク溶接プロセスを実行する際に、電気アーク溶接機を監視することによって図１６のシステム１６００を使用してアーク溶接プロセスを診断する方法１７００のフローチャートが示されている。溶接プロセスは、溶接機の電源へのコマンド信号によって制御される。方法１７００のステップ１７１０において、一連の迅速に繰り返される波形が、生成され、各波形は、溶接サイクルをサイクルタイムを用いて構成される。ステップ１７２０において、波形が段階状態に分割される。ステップ１７３０において、１つ又は複数の段階状態に発生する複数の溶接パラメータは、溶接プロセス中に所定期間に亘って繰り返される問合せ速度で測定される。
【０１７４】
方法１７００のステップ１７４０において、複数の品質パラメータは、溶接プロセス中の溶接パラメータの測定値に基づいて、段階状態のそれぞれについて算出される。ステップ１７５０において、複数の品質パラメータ及び複数の溶接パラメータのうちの少なくとも１つを分析して、溶接部の１つ以上の局所的又は連続的な欠陥のうちの１つ又は複数の考えられる原因を決定することによって、アーク溶接プロセスを診断する。
【０１７５】
要約すると、アーク溶接システム及び方法が、開示される。システムは、波形の段階状態に従って、溶接プロセス中の変数を監視するステップと、それに応じて変数を重み付けするステップと、溶接部の欠陥を検出するステップと、欠陥の考えられる原因を診断するステップと、溶接部の全体的な品質を定量化するステップと、良好な溶接部を示すデータを取得及び使用するステップと、自動化溶接プロセスの生産及び品質管理を改善するステップと、適切な溶接技術を教えるステップと、溶接プロセスのコスト削減を特定するステップと、異なる溶接プロセス又はアプリケーションのためのプリセットとして使用されるような最適な溶接の設定を導出するステップとを含む、ことが可能である。
【０１７６】
上述した特定の実施形態は、実施例として与えられている。与えられた開示から、当業者は、一般的な考案概念及び付随する利点を理解するだけでなく、開示された構造及び方法に対する明らかな様々な変更及び修正を見つけることもできるだろう。例えば、一般的な考案概念は、手動溶接プロセス又は自動（例えばロボット）溶接プロセスのいずれかに典型的に限定されるものではなく、代わりにいずれにも容易に適応可能である。さらに、本考案の一般的概念は、様々な溶接プロセス及び技術（例えば、スティック溶接やＴＩＧ溶接等のアーク溶接の全てのバリエーション）に容易に適合可能である。従って、添付の請求項によって規定されるように、本考案の一般的概念の精神及び範囲内に入るような全ての変更及び修正、並びに等価物を網羅することが求められている。
【符号の説明】
【０１７７】
１０      アーク溶接機
１２      電源
１４      端子
１６      端子
１８      インダクタ
２０      ワイヤ
２２      リール
２４      送り装置
２６      モータ
３０      ワーク
３２      シャント
３４      ブロック
３４ａ    ライン
３６      ブロック
３６ａ    ライン
４０      発生装置
４２      ライン
４４      ライン
４６      駆動制御
４６ａ    ライン
４６ｂ    ライン
４６ｃ    エンコーダ
７０      インターフェイス
８０ｃ    フィルタ
８０ｄ    フィルタ
８１      ステージ
８１ａ    サブセクション
８１ｂ    ステージ
８２      ロジック
８４      発振器
９０ａ    フィルタ
９１      ステージ
９２      ロジック
９４      発振器
１００    形状
１０２    ピーク電流
１０４    バックグラウンド電流
１１０    ライン
１５２    ブロック
１５６    出力
１５８    変調器
１６０    ブロック
１６２    ライン
１７０    上部分
１７２    下部分
１８０    閾値
１８２    最小レベル
１８４    過渡部
１８６    過渡部
２００    解析プログラム
２０２ａ  ライン
２０２ｂ  ライン
２１０  ブロック
２１０ａ  ライン
２１２    ルーチン
２１４    ライン
２１６    ライン
２２０    カウンタ
２２０ａ  ブロック
２２２    カウンタ
２２２ａ  ブロック
２２４    ライン
２２６    ブロック
２３０    ブロック
２３４    ステージ
２３６    ブロック
２３８    ブロック
２５０    解析プログラム
２５２    プログラムステップ
２５４    ブロック
２５４ａ  ライン
２５６    カウンタ
２５８    ライン
２６０    ブロック
２６２    サブルーチン
２６２ａ  ブロック
２６４    プログラムステップ
２６６    ルーチン
２６６ａ  ブロック
２６６ｂ  ルーチン
２７０    プログラム
２７２    カウンタ
２８０    サブルーチン
２８２    ブロック
２８２ａ  ブロック
２８４    ブロック
２８６    ブロック
２８６ａ  ブロック
２８６ｂ  ブロック
９００    方法
９０２    最初のステップ
９０４    ステップ
９０６    ステップ
９０８    ステップ
９１０    ステップ
９１４    ステップ
９１６    ステップ
９１８    ステップ
９２０    ステップ
１０００  製造ライン
１００２  溶接スコアＳ１
１００４  溶接スコアＳ２
１００６  溶接スコアＳ３
１０１０  ＷＰ２
１０１２  ＷＰ３
１０１４  溶接ステーション
１０１６  モニタ
１０１８  評価ステーション
１０２０  溶接コマンド
１０２２  溶接コマンド
１１００  方法
１１０２  ステップ
１１０４  ステップ
１１０６  ステップ
１１０８  ステップ
１１１０  ステップ
１１１２  ステップ
１１１４  ステップ
１１１６  ステップ
１１１８  ステップ
１２００  システム
１２０２  指示の領域
１２０４  ブース
１２０６  ブース
１２０８  ブース
１２１０  ブース
１２１２  ブース
１２１４  ブース
１２１６  ブース
１２１８  ブース
１２２０  Ｗ１
１２２２  Ｗ２
１２２４  Ｗ３
１２２６  Ｗ４
１２２８  Ｗ５
１２３０  Ｗ６
１２３２  Ｗ７
１２３４  Ｗ８
１２３６  Ｓ１
１２３８  Ｓ２
１２４０  Ｓ３
１２４２  Ｓ４
１２４４  Ｓ５
１２４６  Ｓ６
１２４８  Ｓ７
１２５０  Ｓ８
１２５２  インストラクター
１２５４  ＰＭＳ
１２５６  ネットワーク
１２５８  ディスプレイ装置
１２６０  データ記憶装置
１３００  方法
１３０２  ステップ
１３０４  ステップ
１３０６  ステップ
１３０８  ステップ
１３１０  ステップ
１４００  データ
１４０２  溶接条件
１４０４  ワイヤ組成
１４０６  ワーク組成
１４０８  ガス流量
１４１０  ガス組成
１４１２  温度
１４１４  示した指標
１４１６  溶接スコア
１４１８  金銭的コスト
１４２０  時間コスト
１５００  プリセット
１５０２  プリセット数値
１５０４  溶接条件
１５０６  溶接機情報
１５０８  プロセス情報
１５１０  金銭的コスト
１５１２  時間コスト
１５１４  溶接スコア
１５１６  プリセット
１６００  システム
１６１０  アップグレードされたモニタ
１６２０  ＤＬＣ
１７００  方法
１７１０  ステップ
１７２０  ステップ
１７３０  ステップ
１７４０  ステップ
【図１】
0003197100.tif 000020
【図２】
0003197100.tif 000021
【図３】
0003197100.tif 000022
【図４】
0003197100.tif 000023
【図５】
0003197100.tif 000024
【図６】
0003197100.tif 000025
【図７】
0003197100.tif 000026
【図８】
0003197100.tif 000027
【図９】
0003197100.tif 000028
【図１０】
0003197100.tif 000029
【図１１】
0003197100.tif 000030
【図１２】
0003197100.tif 000031
【図１３】
0003197100.tif 000032
【図１４Ａ】
0003197100.tif 000033
【図１４Ｂ】
0003197100.tif 000034
【図１５】
0003197100.tif 000035
【図１６】
0003197100.tif 000036
【図１７】
0003197100.tif 000037