(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する時に、前記溶接機を監視することによって溶接の品質を判断する方法であって、前記溶接プロセスは、前記溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される一連の高速反復波形によって定義され、前記方法は、
サイクル時間を有する溶接サイクルを有する波形を一連の時間区分化状態に区分化することと、
前記一連の時間区分化状態から非適応状態を選択することであって、前記非適応状態は、前記コマンド信号が異なる溶接条件下で不変のままである前記波形の区分を表す、選択することと、
前記非適応状態中に、前記前進ワイヤと前記母材との間に生成される複数の溶接パラメータを時間間隔にわたり質問レートで測定することと、
前記非適応状態内の前記時間間隔中に取得される前記複数の溶接パラメータの測定値に基づいて、前記非適応状態のための複数の品質パラメータを計算することと、を含み、
該計算することは、
前記時間間隔に対して計算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、前記計算された品質パラメータの前記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判断することと、
前記差が前記所定の閾値を超える場合、
前記差に基づく大きさの重みにより、前記計算された品質パラメータの前記値を重み付けすることと、
前記時間間隔を含む前記波形に対する前記時間間隔の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、前記計算された品質パラメータの前記値を重み付けすることと、を含む、
方法。
【請求項２】
前記非適応状態で発生する前記複数の溶接パラメータを複数の時間間隔にわたり前記質問レートで繰り返し測定することと、
前記複数の時間間隔にわたって取得されたそれぞれの測定値のための前記複数の品質パラメータを繰り返し計算することと
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記品質パラメータの重み付き値に基づいて前記時間間隔に対する品質指標を計算すること、及び／又は
複数の時間間隔とそれぞれ関連付けられる複数の品質指標を集約すること、及び／又は
前記集約された複数の品質指標に基づいて前記溶接プロセスに対する全体的な品質指標を計算すること
を更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
後続の溶接プロセスを評価するために、前記非適応状態に対して計算された前記複数の品質パラメータを訓練データとして利用すること、及び／又は前記非適応状態中に前記質問レートで繰り返し複数の時間間隔にわたって前記コマンド信号のための値を監視すること、及び／又は前記監視されたコマンド信号の前記値と前記複数の時間間隔中に取得された前記複数の溶接パラメータの前記測定値との間の差に少なくとも部分的に基づいて、ノイズパラメータを計算することを更に含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記一連の時間区分化状態からの１つ以上の適応状態中に、前記前進ワイヤと前記母材との間に生成される前記複数の溶接パラメータを測定することと、
前記非適応状態に基づいて計算される前記ノイズパラメータに基づいて、前記１つ以上の適応状態において測定される前記複数の溶接パラメータを調整することと
を更に含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記１つ以上の適応状態中に取得される前記複数の溶接パラメータの調整された測定値に基づいて、前記１つ以上の適応状態のための前記複数の品質パラメータを計算すること、及び／又は前記ノイズパラメータに基づいて適応モデルを計算することを更に含み、前記適応モデルは、溶接条件を説明するための、前記溶接機の適応コントローラによるコマンド信号に対する変更を表す、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記一連の時間区分化状態からの１つ以上の適応状態中に、前記前進ワイヤと前記母材との間に生成される前記複数の溶接パラメータを測定することと、
前記適応モデルに基づいて前記１つ以上の適応状態において測定される前記複数の溶接パラメータを調整することと
を更に含む、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
溶接機（１０）が、前進ワイヤ（２０）と母材（３０）との間の実溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する時に、前記溶接機（１０）を監視することによって溶接の品質を判断するためのシステムであって、前記溶接プロセスは、前記溶接機（１０）の電源（１２）に対するコマンド信号によって制御される一連の高速反復波形によって定義され、前記システムは、
サイクル時間を有する溶接サイクルを有する波形を一連の時間区分化状態に区分化するためのロジック状態コントローラと、
前記一連の時間区分化状態から非適応状態を選択するための選択回路であって、前記非適応状態は、前記コマンド信号が異なる溶接条件下で不変のままである前記波形の区分を表す、選択回路と、
前記非適応状態中に、前記前進ワイヤと前記母材（３０）との間に生成される複数の溶接パラメータを時間間隔にわたり質問レートで測定するように構成されるモニター回路と、
前記非適応状態内の前記時間間隔中に取得される前記複数の溶接パラメータの測定値に基づいて、前記非適応状態のための複数の品質パラメータを計算するための回路と、を備え、
該計算するための回路は、
前記時間間隔に対して計算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、前記計算された品質パラメータの前記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判断するための回路と、
前記差に基づく大きさの重みにより、前記計算された品質パラメータの前記値を重み付けするための回路と、
前記時間間隔を含む前記波形に対する前記時間間隔の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、前記計算された品質パラメータの前記値を重み付けするための回路と、を備える、
システム。
【請求項９】
前記モニター回路は、前記非適応状態で発生する前記複数の溶接パラメータを複数の時間間隔にわたり前記質問レートで繰り返し測定するように更に構成され、
前記複数の品質パラメータを計算するための前記回路は、前記複数の時間間隔にわたって取得されたそれぞれの測定値のための前記複数の品質パラメータを繰り返し計算するように更に構成される、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記非適応状態中に前記質問レートで繰り返し複数の時間間隔にわたって前記コマンド信号の値を監視するため、且つ前記監視されたコマンド信号の前記値と前記複数の時間間隔中に取得された前記複数の溶接パラメータの前記測定値との間の差に少なくとも部分的に基づいて、ノイズパラメータを計算するための推定回路を更に備える、請求項８又は９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記モニター回路は、前記一連の時間区分化状態からの１つ以上の適応状態中に、前記前進ワイヤ（２０）と前記母材（３０）との間に生成される前記複数の溶接パラメータを測定するように更に構成され、及び前記システムは、前記非適応状態に基づいて計算される前記ノイズパラメータに基づいて、前記１つ以上の適応状態において測定される前記複数の溶接パラメータを調整するためのフィルタ回路を更に備える、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
前記複数の品質パラメータを計算するための前記回路は、前記１つ以上の適応状態中に取得される前記複数の溶接パラメータの調整された測定値に基づいて、前記１つ以上の適応状態のための前記複数の品質パラメータを計算するように更に構成される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ノイズパラメータに基づいて適応モデルを計算するための回路を更に備え、前記適応モデルは、溶接条件を説明するための、前記溶接機の適応コントローラによるコマンド信号に対する変更を表す、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１４】
前記モニター回路は、前記一連の時間区分化状態からの１つ以上の適応状態中に、前記前進ワイヤ（２０）と前記母材（３０）との間に生成される前記複数の溶接パラメータを測定し、且つ前記適応モデルに基づいて前記１つ以上の適応状態において測定される前記複数の溶接パラメータを調整するように更に構成される、請求項１３に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００９年１１月１３日出願の米国特許出願第６１／２６１，０７９号明細書に対する優先権及びその利益を主張する、２０１０年５月７日出願の米国特許出願第１２／７７５，７２９号明細書、現在米国特許第８，５６９，６４６号明細書の一部継続出願である、２０１２年４月２３日出願の米国特許出願第１３／４５３，１２４号明細書に対する優先権及びそ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、これらの特許出願の開示全体が参照により本明細書に組み込まれる。
【０００２】
本発明は、請求項１による溶接の品質を判断する方法と、請求項９による溶接の品質を判断するためのシステムとに関連する。一般的発明概念は、電気アーク溶接に関し、より詳細には、溶接プロセス中に変数を監視し、且つ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及び使用し、自動化溶接プロセスのための生産及び品質管理を向上させ、適切な溶接技術を教示し、溶接プロセスのためのコスト節約を特定し、並びに異なる溶接プロセス又は用途のためのプリセットとして用いられる最適な溶接設定を導き出すためのシステム、方法、及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
多くの異なる条件及びパラメータが、結果として生じる溶接の全体的な品質に寄与している。従って、電気アーク溶接機のメーカーは、溶接機の作動を監視して溶接の品質及び製造施設における作動中の溶接機の効率を判断することを試みてきた。電気アーク溶接機を監視するための１つの試みは、Ｖａｉｄｙａに対する米国特許第６，０５１，８０５号明細書（以降、「Ｖａｉｄｙａ」）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化された機器が、平均電流及び溶接作業の効率を監視するために採用されており、その効率は、作業シフトの合計時間に対する溶接が実行される時間の比率として表現される。標準技術に従って、この開示された監視システムは、ＲＡＭ及びＥＰＲＯＭ等の標準アクセサリを有する中央処理装置の形態である第１の制御回路を含んでいる。第２の制御回路は、監視手順中に情報を入力及び出力するために第１の回路に接続される。モニターは、数時間又は最大９９９時間に延長するものとして開示される期間にわたって情報を収集する。モニターは、溶接効率を判断し、平均電流及び全体的な効率に対する蓄積されたアーク溶接時間を判断するために時間を監視する。
【０００４】
Ｖａｉｄｙａは、電流及びワイヤ供給速度、並びに溶接手順中のガス流を監視する性能を開示している。この情報の全ては、溶接プロセス中の溶接機の動作特性の後続の検索のために適切なメモリデバイスに格納される。このように、溶接機の生産性は、費用効率及び他のパラメータを計算するために測定されてもよい。Ｖａｉｄｙａにおいて示唆されているような電気アーク溶接機の監視は、溶接プロセス中の平均電流を測定するために他のメーカーによって試みられている。しかし、溶接プロセス中の平均電流、電圧、ワイヤ供給速度、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なものではない。以前には、監視装置は、監視されるパラメータの事前知識を一切有していなかった。
【０００５】
従って、Ｖａｉｄｙａにおいて述べられた技術を用いてさえも、過去において、電流、電圧及び更にはワイヤ供給速度などのパラメータの監視は、それに応じてカオス的であり、電気アークの実際の安定性及び溶接プロセスが所望のパラメータ値より上であるか、又は下であるかを判断することができなかった。この情報は、溶接サイクルを不合格判定とし、及び／又は所望の精度で溶接サイクル中に実行される溶接の品質を判断する目的のために知る必要がある。要約すれば、様々な溶接プロセスに対して用いられる場合に電気アーク溶接機の作動を監視することは、その実施中に溶接プロセスを評価する目的のために用いられ得る何らの予備知識もないため、満足なものではなかった。
【０００６】
これらの欠点を克服するため、Ｈｓｕに対する米国特許第６，４４１，３４２号明細書（以降、「Ｈｓｕ」）は、モニターと、溶接機が溶接機の作動に関する情報を作成する選択アーク溶接プロセスを実行する時に、電気アーク溶接機を監視する方法とを開示している。従って、標準の高出力コンピュータ技術の使用は、モニターによって生成される等しく正確でインテリジェントなデータに関して用いられ得る。Ｈｓｕのモニター及び監視システムは、溶接プロセス中に既知の情報を採用している。情報は固定され、変化しない。モニターは、実際のパフォーマンスに対して比較される予備知識を採用するために、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及び許容できる大きさ又はレベルは、溶接プロセスの特定の態様中に判断される。溶接プロセスは、監視前に既知の所望のパラメータにより固定時間区分に分けられる。次いで、このデータは、溶接サイクルの態様を評価するために、公知のコンピュータ技術によって処理され得る。
【０００７】
Ｈｓｕは、溶接プロセスが一連の高速反復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している。各波形は、サイクル時間を有する溶接サイクルを構成する。各溶接サイクル（すなわち、波形）は、溶接機の作動を制御するために用いられる公知の波形発生器によって作成される。これらの波形は、パルス溶接プロセスにおけるバックグラウンド電流の状態、上昇、ピーク電流、下降、及び続いてバックグラウンド電流に戻る状態に分割される。既知の分割波形を生成されたアーク特性の時間区分として定義される状態に分割することにより、状態のうちの任意の選択された１つが監視されてもよい。実際、多くの状態が多重化されてもよい。例えば、パルス溶接プロセスにおいて、ピーク電流に関する状態が監視されてもよい。Ｈｓｕは、溶接プロセスの状態が、好ましくは１．０ｋＨｚを超える高い速度で読み取られることによって監視されることを開示している。電流、電圧又は更にはワイヤ供給速度などの実溶接パラメータのそれぞれは、パルス溶接プロセスにおいて用いられる波形の各ピーク電流状態中に多数回にわたり検出される。このように、上昇、下降、及びバックグラウンド電流は、ピーク電流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。ピーク電流の作用は、電気アーク溶接機からの実際のピーク電流出力における変動を検出するために用いられてもよい。Ｈｓｕにおいて、コマンドピーク電流の低い及び高い側の最低レベル及び最高レベルは、パルス溶接波形の各ピーク電流状態中に多数回にわたりピーク電流のレベルを判断するために用いられる。電流が最大値を超える時又は最小値未満である時は常に、この事象が各波形中にカウントされる。合計偏差又は事象は、溶接時間（すなわち、溶接プロセス又はそのいくつかの有効部分が実行される間の時間）に対してカウントされる。このカウントが波形当たり又は溶接時間中の設定数を超える場合、この特定の溶接プロセスが望まれない溶接条件を経験したという警告が与えられてもよい。実際、カウントが最高レベルを超える場合、溶接は不合格判定とされる。この同じ性能は、標準偏差を検知するように波形の各ピーク電流状態中に多数回にわたりピーク電流を読み取るために統計標準偏差プログラムにより用いられる。実際には、標準偏差は、コンピュータプログラムによる平方自乗平均（ＲＭＳ）偏差計算である。Ｈｓｕにおいて、平均ピーク電流は、レベル条件及び安定性特性と共に計算され、記録される。電流又は電圧のＲＭＳは、また、監視される状態、例えば、パルス波形のピーク電流状態のそれぞれに対して決定される。ピーク電流レベル又は標準上昇が監視される一方で、バックグラウンド電流ステージは、電流レベル及び持続期間に監視されてもよい。
【０００９】
Ｈｓｕは、波形における状態を選択し、状態に対する所望及び既知のコマンド信号を監視状態中の溶接プロセスの実パラメータに対して比較することを開示している。選択は、波形発生器の予備知識に基づく。例えば、特定のワイヤ供給速度ＷＦＳ１において、波形発生器は、ピーク電流を調整してアーク長を制御するようにプログラム化されている。「通知された」モニターは、次いで、このワイヤ供給速度ＷＦＳ１で溶接する場合、ピーク電流区分を監視された状態として選択する。しかし、別のワイヤ供給速度ＷＦＳ２において、波形発生器は、バックグラウンド時間を調整してアーク長（ピーク電流ではない）を制御するようにプログラム化されている。「通知された」モニターは、次いで、このワイヤ供給速度ＷＦＳ２で溶接する場合、バックグラウンド時間を監視された状態として選択する。対照的に、帰納的モニターには、異なるワイヤ供給速度において、アーク安定性を検出するために波形の異なる態様が監視されるべきであるという発想はない。ワイヤ供給速度ＷＦＳ１におけるバックグラウンド時間を監視すること、又はワイヤ供給速度ＷＦＳ２におけるピーク電流を監視することは、この例において極めて効果的ではない。従って、Ｈｓｕは、所望の値の予備知識を用いて波形のこの区分を監視するために波形の時間区分を用いることを開示している。これは、波形全体にわたる平均化だけでなく、電気アーク溶接プロセスの実際の監視を可能にする。
【００１０】
Ｈｓｕにおいて、溶接プロセス中に経験する出力パラメータを単に読み取る通常プロセスとは対照的に、モニターは予備知識の使用を特徴としている。従って、通常挙動が時間の関数であり、溶接プロセスの一態様のみの間に異なる場合、監視は、溶接機の通常挙動を検出する作業を大いに簡略化する。Ｈｓｕの教示は、電圧の所望レベルが溶接サイクル全体の間の既知の特性であるため、一定電圧プロセスにおける電圧を監視することに対して適用できない。しかし、電圧及び電流の両方が波形の異なる区分の間に変化する場合の他の溶接プロセスにおいて、Ｈｓｕの方法は、実パラメータが波形の選択された区分の間で監視される前に、安定性、ＲＭＳ、標準偏差、平均、最低未満、及び最高を超える正確な読み取り値を与える。
【００１１】
Ｈｓｕによれば、パルス溶接及び短絡溶接等の溶接プロセスを変える時間は、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る。モニターは、波形の選択状態又は区分である各波形において選択された時間に起動される。モニターは、実パラメータを溶接機の電源に向けられるコマンド信号の形態の所望のパラメータに対して比較する。Ｈｓｕにおいて、監視は、波形の特定の区分のみの間に行われてもよいが、しかし、アークが消された場合又は短絡が存在する場合等の例外的な事象において、コンピュータによるサブルーチンは、アークを再開するか、及び／又は短絡を修正するために、電圧検知又は電流検知のいずれか一方によって実施される。これらの事象に対するサブルーチンは、監視プログラムと並行して実行される。従って、これらの例外は、モニターの全体的な作動に悪影響を及ぼさない。これらのサブルーチンは、例外状態又は時間区分として構築される。これらの例外状態内のパラメータ又は信号は、上で説明したものと類似した方法で監視される。
【００１２】
Ｈｓｕにおいて、カレンダー時間、シフトにわたる、又は更にはオペレータによる生産情報が溶接機の作動又は効率を評価する目的のために蓄積されてもよい。波形の特定の区分又は状態を監視することによる各溶接サイクルの監視は、ある期間にわたって経験する望ましくない事象の蓄積を可能にする。これは、また、溶接プロセスが欠陥生産溶接を実際に生じる前に、オペレータが是正措置を取ることができるように、傾向分析を可能にする。傾向分析、欠陥解析、蓄積された欠陥、これらの項目の全てのログ記録、及び電気アーク溶接機の関連するリアルタイム監視は、是正措置とは対照的に予防措置を取るためのタイミングの良い直接的な介入を可能にする。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１３】
溶接を向上させるため、特に、様々な溶接プロセスに対して用いる場合に電気アーク溶接機の作動を監視することを向上させるため、請求項１による溶接の品質を判断する方法が説明され、請求項９による溶接の品質を判断するためのシステムが説明される。好ましい実施形態が、従属クレームの主題である。一般的発明概念は、溶接プロセス中に変数を監視し、且つ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及び使用し、溶接欠陥を検出し、並びに溶接欠陥の可能性のある原因を診断するためのシステム、方法、及び装置を考察する。溶接品質データは、自動化溶接プロセスのための生産及び品質管理の向上、適切な溶接技術の教示、溶接プロセスのためのコスト節約の特定、異なる溶接プロセス又は用途のためのプリセットとして用いられる最適な溶接設定の導出を可能にする。一般的発明概念の様々な態様を示すための例として、いくつかの例示的なシステム、方法、及びを本明細書中に開示する。
【００１４】
１つの例示的な実施形態に従って、溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって、選択されたアーク溶接プロセスを実行する時に、電気アーク溶接機を監視する方法であって、選択プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される、方法が開示される。方法は、（ａ）一連の高速反復波形を生成することであって、各波形はサイクル時間を有する溶接サイクルを構成する、生成すること、（ｂ）波形を状態に分割すること、（ｃ）選択された溶接パラメータのためのデータセットを得るために、波形状態の１つにおいて生じる選択された溶接パラメータを、ある期間にわたってある質問レートで測定すること、（ｄ）各期間に対して、データセットから選択された溶接パラメータのための安定性値を計算すること、（ｅ）各安定性値を期待安定性値と比較して、安定性値と期待安定性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こと、及び（ｆ）差が閾値を超える場合、差に基づく大きさの重みにより、安定性値を重み付けし、且つその波形に対する波形状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、安定性値を重み付けすることを含む。このように、方法は、複数の重み（例えば、偏差の度合い／大きさ及びその状態の時間寄与に基づく）を、外れ値を構成する測定されたパラメータ（すなわち、データセット内の項目）に割り当ててもよい。１つの例示的な実施形態において、外れ値は、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の外側に入る溶接パラメータのための測定された値として定義される。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ーも考察される。
【００１５】
１つの例示的な実施形態に従って、溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって、選択されたアーク溶接プロセスを実行する時に、電気アーク溶接機を監視することによって溶接の品質を定量化する方法であって、選択プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される、方法が開示される。方法は、（ａ）一連の高速反復波形を生成することであって、各波形はサイクル時間を有する溶接サイクルを構成する、生成すること、（ｂ）波形を状態に分割すること、（ｃ）状態の１つ以上において生じる複数の選択された溶接パラメータを、溶接プロセス中に繰り返してある期間にわたってある質問レートで測定すること、（ｄ）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、状態のそれぞれのための複数の品質パラメータを計算することを含み、ここで、品質パラメータは、溶接の全体的な品質測定を表している。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ーも考察される。
【００１６】
１つの例示的な実施形態において、方法は、また、（ｅ）各期間で計算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、計算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こと、及び（ｆ）差が閾値を超える場合、差に基づく大きさの重みにより、計算された品質パラメータ値を重み付けし、且つ状態を含む波形に対するその状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、計算された品質パラメータ値を重み付けすることを含む。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ーも考察される。
【００１７】
１つの例示的な実施形態において、質問レートは１２０ｋＨｚである。１つの例示的な実施形態において、期間は約２５０ｍｓである。
【００１８】
１つの例示的な実施形態において、選択された溶接パラメータは、状態のそれぞれに対して、期間における選択された溶接パラメータのそれぞれに対して取られる測定値のカウント、期間における平均電圧ｖｏｌｔａｇｅ、期間における平方自乗平均電圧ＲＭＳＶ、期間における電圧分散Ｖｖａｒ、期間における平均電流ｃｕｒｒｅｎｔ、期間における平方自乗平均電流ＲＭＳＩ、及び期間における電流分散Ｉｖａｒを含み、ここで、電圧＝期間において測定された電圧の合計／電圧測定値のカウントであり、
【数１】
0006359189.tif 000002
であり、ここで、Ｖｖａｒ＝ＲＭＳＶ−ｖｏｌｔａｇｅであり、電流＝期間において測定された電流の合計／電流測定値のカウントであり、
【数２】
0006359189.tif 000003
及びＩｖａｒ＝ＲＭＳＩ−ｃｕｒｒｅｎｔである。
【００１９】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質カウント平均ＱＣＡを含み、
【数３】
0006359189.tif 000004
ここで、Ｎは、期間における溶接サイクルの合計数であり、ｃｏｕｎｔｉは、期間における溶接サイクルの特定の１つに対する測定値のカウントを指す。
【００２０】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質カウント標準偏差ＱＣＳＤを含む。
【数４】
0006359189.tif 000005
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質カウント標準偏差ＱＣＳＤを含む。
【数５】
0006359189.tif 000006
【００２１】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電圧平均ＱＶＡを含み、
【数６】
0006359189.tif 000007
ここで、Ｎは、期間における溶接サイクルの合計数であり、ｖｏｌｔａｇｅｉは、期間における溶接サイクルの特定の１つに対する電圧測定値を指す。
【００２２】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電圧標準偏差ＱＶＳＤを含む。
【数７】
0006359189.tif 000008
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電圧標準偏差ＱＶＳＤを含む。
【数８】
0006359189.tif 000009
【００２３】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電流平均ＱＩＡを含み、
【数９】
0006359189.tif 000010
ここで、Ｎは、期間における溶接サイクルの合計数であり、ｃｕｒｒｅｎｔｉは、期間における溶接サイクルの特定の１つに対する電流測定値を指す。
【００２４】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電流標準偏差ＱＩＳＤを含む。
【数１０】
0006359189.tif 000011
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電流標準偏差ＱＩＳＤを含む。
【数１１】
0006359189.tif 000012
【００２５】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電圧分散平均ＱＶＶＡを含み、
【数１２】
0006359189.tif 000013
ここで、Ｎは、期間における溶接サイクルの合計数である。
【００２６】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電圧分散標準偏差ＱＶＶＳＤを含む。
【数１３】
0006359189.tif 000014
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電圧分散標準偏差ＱＶＶＳＤを含む。
【数１４】
0006359189.tif 000015
【００２７】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電流分散平均ＱＩＶＡを含み、
【数１５】
0006359189.tif 000016
ここで、Ｎは、期間における溶接サイクルの合計数である。
【００２８】
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電流分散標準偏差ＱＩＶＳＤを含む。
【数１６】
0006359189.tif 000017
１つの例示的な実施形態において、品質パラメータは、以下のように計算される各状態に対する品質電流分散標準偏差ＱＩＶＳＤを含む。
【数１７】
0006359189.tif 000018
【００２９】
監視されたワイヤ供給速度（ＷＦＳ）に基づく類似の品質パラメータは、また、例えば、品質ワイヤ供給速度平均（ＱＷＡ）、品質ワイヤ供給速度標準偏差（ＱＷＳＤ）、品質ワイヤ供給速度分散平均（ＱＷＶＡ）、及び品質ワイヤ供給速度分散標準偏差（ＱＷＶＳＤ）等の類似の方法で計算されてもよい。
【００３０】
１つの例示的な実施形態において、方法は、（ｅ）後続の溶接を評価するために、尺度において品質パラメータを用いることを更に含む。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ーも考察される。
【００３１】
１つの例示的な実施形態に従って、溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって、アーク溶接プロセスに従う溶接を実行する時に、電気アーク溶接機を監視することによって、略同じ条件下で略同じアーク溶接プロセスに従って実行される複数の溶接を評価する方法であって、選択プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される、方法が開示される。方法は、各溶接中に、（ａ）一連の高速反復波形を生成することであって、各波形はサイクル時間を有する溶接サイクルを構成する、生成すること、（ｂ）波形を状態に分割すること、（ｃ）選択された溶接パラメータのためのデータセットを得るために、状態の１つにおいて生じる選択された溶接パラメータを、ある期間にわたってある質問レートで測定すること、（ｄ）各期間に対して、データセットから選択された溶接パラメータのための品質値を計算すること、（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判断すること、（ｆ）差が閾値を超える場合、差に基づく大きさの重みにより、品質値を重み付けし、且つその波形に対する波形状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、品質値を重み付けすること、及び（ｇ）溶接時間中に得られた任意の重み付き品質値を含む品質値の全てを用いて、溶接に対する品質スコアを決定することを含む。
【００３２】
１つの例示的な実施形態において、方法は、（ｈ）その品質スコアが第１の所定範囲の品質スコア内にある場合、溶接を不合格判定とすること、及び（ｉ）その品質スコアが第２の所定範囲の品質スコア内にある場合、溶接を合格判定することを更に含む。
【００３３】
１つの例示的な実施形態において、方法は、（ｈ）各溶接をその対応する品質スコアに恒久的に関連付けることを更に含む。
【００３４】
１つの例示的な実施形態において、質問レートは１２０ｋＨｚである。１つの例示的な実施形態において、期間は約２５０ｍｓである。
【００３５】
１つの例示的な実施形態において、選択された溶接パラメータはアーク電流である。１つの例示的な実施形態において、選択された溶接パラメータはアーク電圧である。
【００３６】
１つの例示的な実施形態に従って、一体型モニターを含む電気アーク溶接機を用いてアーク溶接プロセスを手動で行う個人（すなわち、オペレータ）に指示を提供する方法であって、溶接機は、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによってアーク溶接プロセスを実行し、モニターは、実溶接パラメータを監視することができ、及びアーク溶接プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される、方法が開示される。方法は、（ａ）一連の高速反復波形を生成することであって、各波形はサイクル時間を有する溶接サイクルを構成する、生成すること、（ｂ）波形を状態に分割すること、（ｃ）選択された溶接パラメータのためのデータセットを得るために、状態の１つにおいて生じる選択された溶接パラメータを、ある期間にわたってある質問レートで測定すること、（ｄ）各期間に対して、データセットから選択された溶接パラメータのための品質値を計算すること、（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判断すること、（ｆ）差が閾値を超える場合、差に基づく大きさの重みにより、品質値を重み付けし、且つその波形に対する波形状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、品質値を重み付けすること、（ｇ）任意の重みを含む品質値を用いて、溶接に対する電流集計品質スコアを更新すること、（ｈ）電流集計品質スコアが溶接プロセス中の許容品質スコアの所定範囲内にあるかどうかを判断すること、及び（ｉ）電流集計品質スコアが許容品質スコアの所定範囲の外側にある場合、是正措置に関する情報をオペレータに提供することを含む。
【００３７】
１つの例示的な実施形態において、質問レートは１２０ｋＨｚである。１つの例示的な実施形態において、期間は約２５０ｍｓである。
【００３８】
１つの例示的な実施形態において、情報は視覚的に提供される。１つの例示的な実施形態において、情報は可聴的に提供される。
【００３９】
１つの例示的な実施形態において、情報は、母材に対するワイヤの位置の推奨される変更を含む。１つの例示的な実施形態において、情報は、母材に対するワイヤの移動速度の推奨される変更を含む。
【００４０】
１つの例示的な実施形態において、情報は、所定の報告速度でオペレータに提供される。１つの例示的な実施形態において、報告速度は３０秒未満である。１つの例示的な実施形態において、報告速度は３０秒以上である。
【００４１】
１つの例示的な実施形態において、電流集計品質スコアの最近の変更が、電流集計品質スコアが許容品質スコアの所定範囲の外側に移動する可能性があることを示す場合、情報が提供される。
【００４２】
１つの例示的な実施形態において、方法は、（ｊ）電流集計品質スコアが許容品質スコアの所定範囲内にある場合、是正措置は必要ない旨の確認をオペレータに提供することを更に含む。
【００４３】
各溶接機が、そのそれぞれのオペレータによって使用されて、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって前記アーク溶接プロセスを実行し、前記アーク溶接プロセスが、前記溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される間、オペレータのそれぞれに関連付けられる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行う複数のオペレータを評価する方法が開示される。方法は、各オペレータに対して、（ａ）所定の基準となる溶接に対する前記アーク溶接プロセスに従って形成される溶接の品質測定値を示す数値スコアを生成すること、（ｂ）前記オペレータが前記アーク溶接プロセスを行うことに費やす時間を測定すること、及び（ｃ）前記数値スコア及び前記溶接時間を前記オペレータと関連付けることを含む。
【００４４】
１つの例示的な実施形態において、数値スコアは、（ａ１）一連の高速反復波形を生成することであって、各波形はサイクル時間を有する溶接サイクルを構成する、生成すること、（ａ２）前記波形を状態に分割すること、（ａ３）前記選択された溶接パラメータのためのデータセットを得るために、前記状態の１つにおいて生じる選択された溶接パラメータを、ある期間にわたってある質問レートで測定すること、（ａ４）各期間に対して、前記データセットから前記選択された溶接パラメータのための品質値を計算すること、（ａ５）各品質値を期待品質値と比較して、前記品質値と前記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判断すること、（ａ６）前記差が前記閾値を超える場合、前記差に基づく大きさの重みにより、前記品質値を重み付けし、且つその波形に対する前記状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、前記品質値を重み付けすること、及び（ａ７）前記アーク溶接プロセス中に得られた任意の重み付き品質値を含む前記品質値の全てを用いて、前記品質スコアを決定することによって生成される。
【００４５】
１つの例示的な実施形態に従って、選択されたアーク溶接プロセスに対して費用効率分析を行う方法であって、電気アーク溶接機は、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによってアーク溶接プロセスを実行し、選択プロセスは、前記溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される、方法が開示される。方法は、（ａ）全体的な溶接品質に影響を及ぼすことができる複数の溶接条件を特定すること、（ｂ）複数の溶接にわたる溶接条件のうちの１つを変化させ、且つ溶接にわたる全ての残りの溶接条件を固定すること、（ｃ）溶接のそれぞれに対して、（ｉ）一連の高速反復波形を生成することであって、各波形はサイクル時間を有する溶接サイクルを構成する、生成すること、（ｉｉ）波形を状態に分割すること、（ｉｉｉ）選択された溶接パラメータのためのデータセットを得るために、状態の１つにおいて生じる選択された溶接パラメータを、ある期間にわたってある質問レートで測定すること、（ｉｖ）各期間に対して、データセットから選択された溶接パラメータのための安定性値を計算すること、（ｖ）各安定性値を期待安定性値と比較して、安定性値と期待安定性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こと、（ｖｉ）差が閾値を超える場合、差に基づく大きさの重みにより、安定性値を重み付けし、且つその波形に対する波形状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、安定性値を重み付けすること、（ｖｉｉ）溶接時間中に得られた任意の重み付き安定性値を含む安定性値の全てを用いて、溶接に対する全体的な品質スコアを決定すること、（ｖｉｉｉ）溶接に対するコストを決定すること、及び（ｉｘ）品質スコア及びコストを溶接と関連付けることを含む。
【００４６】
１つの例示的な実施形態において、溶接条件は、ワイヤ特性、母材特性、シールドガス流量、シールドガス組成、及び母材予熱温度のうちの１つ以上を含む。
【００４７】
１つの例示的な実施形態において、コストは、溶接を生成することに関する金銭的支出を含む。１つの例示的な実施形態において、コストは、溶接を完了するために必要とされる合計時間を含む。
【００４８】
１つの例示的な実施形態において、安定性値は、選択された溶接パラメータに対する標準統計偏差である。
【００４９】
１つの例示的な実施形態において、質問レートは１２０ｋＨｚである。１つの例示的な実施形態において、期間は約２５０ｍｓである。
【００５０】
１つの例示的な実施形態において、方法は、（ｄ）溶接のそれぞれに関連付けられた品質スコア及びコスト（又はそれらそれぞれの平均）を出力することを更に含む。
【００５１】
１つの例示的な実施形態に従って、所望の品質を有する溶接を得るためにプリセットされた溶接パラメータを用いる方法であって、溶接は、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって、選択されたアーク溶接プロセスを実行する電気アーク溶接機により生成され、溶接プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される、方法が開示される。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共にユーザに提示することであって、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事前に得られた溶接の全体的な品質を定量化すること、（ｂ）溶接プロセスを実行するために、選択された溶接パラメータのいずれのセットを用いるかに関する入力をユーザから受信すること、及び（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ことを含む。
【００５２】
１つの例示的な実施形態において、選択された溶接パラメータのセットのそれぞれを用いて溶接プロセスを実行することに関連付けられたコストは、ユーザに提示される。
【００５３】
１つの例示的な実施形態において、方法は、（ｄ）最低許容品質スコアを特定する入力をユーザから受信すること、及び（ｅ）最低許容品質スコア未満の関連付けられた品質スコアに対応する選択された溶接パラメータの全てのセットをフィルタ除去することを更に含む。
【００５４】
１つの例示的な実施形態において、方法は、（ｄ）許容品質スコアの範囲を特定する入力をユーザから受信すること、及び（ｅ）許容溶接品質スコアの範囲の外側の関連付けられた品質スコアに対応する選択された溶接パラメータの全てのセットをフィルタ除去することを更に含む。
【００５５】
１つの例示的な実施形態において、溶接機が、溶接を作成するために、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによってアーク溶接プロセスを実行する時に、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、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される。方法は、一連の高速反復波形を生成することであって、各波形がサイクル時間を有する溶接サイクルを構成する、生成すること、及び波形を状態に分割することを含む。方法は、状態の１つ以上において生じる複数の溶接パラメータを、溶接プロセス中に繰り返してある期間にわたってある質問レートで測定することを更に含む。方法は、また、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つ以上の状態のそれぞれのための複数の品質パラメータを計算することも含む。方法は、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つを解析して、溶接の１つ以上の局部的又は連続的な欠陥の１つ以上の可能性のある原因を決定することにより、アーク溶接プロセスを診断することを更に含む。
【００５６】
方法は、各期間に対して計算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、計算された品質パラメータの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ことを更に含んでもよい。差が閾値を超える場合、方法は、また、差に基づく大きさの重みにより、計算された品質パラメータ値を重み付けすること、及び状態を含む波形に対するその状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、計算された品質パラメータを重み付けすることを含む。
【００５７】
１つの例示的な実施形態において、溶接機が、溶接を作成するために、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによってアーク溶接プロセスを実行する時に、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診断するためのシステムが開示される。溶接プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される一連の高速反復波形によって定義される。システムは、波形を一連の時間区分化状態に区分化するためのロジック状態コントローラと、特定の波形状態を選択するための回路とを含む。システムは、複数の溶接パラメータに対するデータセットを得るために、状態の１つ以上において生じる複数の溶接パラメータを、溶接プロセス中に繰り返してある期間にわたってある質問レートで測定するための監視装置を更に含む。システムは、また、監視された複数の溶接パラメータに基づいて、状態のそれぞれに対する複数の品質パラメータを計算するための回路を含む。システムは、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つを解析して、溶接の１つ以上の局部的又は連続的な欠陥の１つ以上の可能性のある原因を決定することにより、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更に含む。
【００５８】
システムは、各期間に対して計算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、計算された品質パラメータの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更に含んでもよい。システムは、また、差が閾値を超える場合、差に基づく大きさの重みにより、計算された品質パラメータ値を重み付けし、且つ状態を含む波形に対するその状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、計算された品質パラメータ値を重み付けする回路を含んでもよい。
【００５９】
１つの例示的な実施形態において、溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する時に、溶接機を監視することによって溶接の品質を判断する方法が提供される。溶接プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される一連の高速反復波形によって定義される。方法は、サイクル時間を有する溶接サイクルを有する波形を一連の時間区分化状態に区分化することを含む。方法は、また、一連の時間区分化状態から非適応状態を選択することも含む。非適応状態は、コマンド信号が異なる溶接条件下で不変のままである波形の区分を表している。方法は、非適応状態中に、前進ワイヤと母材との間に生成される複数の溶接パラメータを時間間隔にわたって質問レートで測定することを更に含む。加えて、方法は、非適応状態内の時間間隔中に取得される複数の溶接パラメータの測定値に基づいて、非適応状態のための複数の品質パラメータを計算することを含む。
【００６０】
１つの例示的な実施形態において、溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する時に、溶接機を監視することによって溶接の品質を判断するためのシステムである。溶接プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される一連の高速反復波形によって定義される。システムは、サイクル時間を有する溶接サイクルを有する波形を一連の時間区分化状態に区分化するためのロジック状態コントローラを含む。システムは、一連の時間区分化状態から非適応状態を選択するための選択回路も更に含む。非適応状態は、コマンド信号が異なる溶接条件下で不変のままである波形の区分を表している。システムは、また、非適応状態中に、前進ワイヤと母材との間に生成される複数の溶接パラメータを時間間隔にわたって質問レートで測定するように構成されるモニター回路も含む。加えて、システムは、非適応状態内の時間間隔中に取得される複数の溶接パラメータの測定値に基づいて、非適応状態のための複数の品質パラメータを計算するための回路を含む。
【００６１】
一般的発明概念の多数の態様は、例示的な実施形態の以下の詳細な説明から、特許請求の範囲から、及び添付図面から容易に明らかとなるであろう。
【００６２】
一般的発明概念並びにそれらの実施形態及び利点を、例として図面を参照して以下でより詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】１つの例示的な実施形態による、アーク溶接機のモニターを示す組み合わせた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２】１つの例示的な実施形態による、固定及び可変持続時間の両方の時間区分又は状態に分割されたコマンド波形を示す波発生器からの電流コマンドグラフである。
【図３】１つの例示的な実施形態による、実際のアーク電流パラメータを破線で重ね合わせたアーク電流に対する実際のコマンド信号の電流グラフである。
【図４】１つの例示的な実施形態による、図２及び３に示すような溶接パラメータの代わりに溶接機内部の信号を監視するための本発明の一態様のブロック図である。
【図５】図４に示す例示的な実施形態において経験するような波形、ワイヤ供給装置コマンド信号、及び実際のワイヤ供給装置コマンド信号を示す時間に基づくグラフである。
【図６】１つの例示的な実施形態による、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】１つの例示的な実施形態による、図２及び３に示す波形の選択状態中の安定性に対する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に示す例示的な実施形態のレベルモニターステージからの情報を処理する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】１つの例示的な実施形態による、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ための重み付け方法を示すフローチャートである。
【図１０】１つの例示的な実施形態による、概念的な生産ラインの図である。
【図１１】１つの例示的な実施形態による、指示方法を示すフローチャートである。
【図１２】１つの例示的な実施形態による、生徒を監視するためのシステムを示すブロック図である。
【図１３】１つの例示的な実施形態による、生徒を監視する方法を示すフローチャートである。
【図１４Ａ】１つの例示的な実施形態による、溶接プロセスに対するコスト分析において用いられる例示的なデータを示す表である。
【図１４Ｂ】１つの例示的な実施形態による、溶接プロセスに対するコスト分析において用いられる例示的なデータを示す表である。
【図１５】１つの例示的な実施形態による、溶接条件、溶接機、及び溶接プロセスに関連付けられる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を示す。
【図１７】溶接機が、溶接を作成するために、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによってアーク溶接プロセスを実行する時に、電気アーク溶接機を監視することにより、図１６のシステムを用い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。
【図１８】異なる又は変化する溶接条件に応じて監視及び評価する溶接プロセスを調整するためのシステム実施形態の概略ブロック図を示す。
【図１９】１つ以上の態様による図１８のシステムから、モニターの例示的な非限定的実施形態の概略ブロック図を示す。
【図２０】溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する時に、溶接機を監視することによって溶接の品質を判断するための方法のフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
一般的発明概念は、多くの異なる形態での実施形態を可能にするが、それらは図面内に示し、本開示が一般的発明概念の原理の単なる実例として見なされるべきであるという認識の下で、それらの特定の実施形態を本明細書中で詳細に説明する。従って、一般的発明概念は、本明細書中に示す特定の実施形態に限定されることを意図していない。更に、米国特許第５，２７８，３９０号及び同第６，４４１，３４２号明細書の開示は、それらが一般的発明概念の特定の態様及び／又は進歩のより良好な理解を促進する背景を提供するものとして、その全体を参照により本明細書に組み込む。
【００６５】
以下は、本開示全体を通して用いられる例示的な用語の定義である。全ての用語の単数及び複数形の両方がそれぞれの意味の範囲に入る。
【００６６】
「ロジック」とは、本明細書中で用いるような「回路」と同義であり、関数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／又はそれぞれの組み合わせを含むが、これらに限定されない。例えば、所望の用途又はニーズに基づいて、ロジックは、ソフトウェア制御マイクロプロセッサ、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の個別ロジック、又は他のプログラムロジックデバイスを含んでいてもよい。いくつかの例において、ロジックはソフトウェアとして完全に具現化されてもよい。
【００６７】
本明細書中で用いるような「ソフトウェア」又は「コンピュータプログラム」は、コンピュータ又は他の電子デバイスに関数、動作を実行させるか、及び／又は所望の方法で動作させる１つ以上のコンピュータ読み取り可能及び／又は実行可能を含むが、これに限定されない。命令は、個別のアプリケーション又は動的にリンクされたライブラリからの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様々な形態で具現化されてもよい。ソフトウェアも、独立型プログラム、関数呼び出し、サーブレット、アプレット、メモリに格納される命令、オペレーティングシステムの一部、又は他の種類の実行可能命令等の様々な形態で実装されてもよい。ソフトウェアの形態は、例えば、所望の用途の要件、それが実行される環境、及び／又は設計者／プログラマの要望等に依存することは、当業者によって正しく認識されよう。
【００６８】
本明細書中で用いるような「コンピュータ」又は「処理ユニット」は、データを格納、検索、及び処理できる任意のプログラム化された又はプログラム可能な電子デバイスを含むが、これらに限定されない。
【００６９】
ここで、一般的発明概念の様々な例示的な実施形態及び一般的発明概念を用いる用途を示す図を参照すると、図１は、電気アーク溶接機１０内の標準的な搭載コンピュータによって実装されるブロック図及びフローチャート又はプログラムを示している。例えば、溶接機１０は、Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯｈｉｏのＴｈｅ  Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｍｐａｎｙによって販売されるインバータ型電気アーク溶接機、Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅであってもよい。標準技術に従って、溶接機１０は、電流を電源１２用の三相電気入力Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３を含んでいる。搭載コンピュータ化コントローラは、インバータ型電源を操作して端子１４における正電位と、端子１６における負電位とを生成する。
【００７０】
選択的アーク溶接プロセスは、標準平滑化インダクタ１８を有するように示される実際の溶接回路に、選択された事前に決定された波形を向けることによって行われる。溶接機１０は、モータ２６の速度で動作する供給装置２４によって所望の速度で運転されるリール２２から進む溶接ワイヤ２０の間で電気アーク溶接プロセスを行う。アークの熱はワイヤ２０及び母材３０を溶融してワイヤからの溶融金属を母材上に堆積させる。溶接プロセスの実パラメータを監視するため、分流器３２（監視装置）は、ライン３４ａ上のブロック３４から出力信号Ｉａを提供する。この信号は、任意の所定の時間における実際のアーク電流を代表している。同様の方法において、ワイヤ２０と母材３０との間の電圧は、ブロック３６（監視装置）によって検知され、そのため、ライン３６ａ上の出力Ｖａは、第２の溶接パラメータを構成する瞬時アーク電圧である。図１に示す溶接パラメータは、実アーク電流Ｉａ及び実アーク電圧Ｖａである。
【００７１】
本発明を実施するために制御される別のパラメータは、モータ２６の回転によって生じるワイヤ供給速度（ＷＦＳ）である。従って、溶接プロセスの３つの外部から読み取り可能な溶接パラメータは、ライン３４ａにおけるアーク電流Ｉａ、ライン３６ａにおけるアーク電圧Ｖａ、及び後で説明するようなライン４６ｂにおいて読み取り可能なワイヤ供給速度ＷＦＳである。ライン４６ｂにおけるＷＦＳは、供給装置変速機の駆動ロール２４に接続されるか、又は代替として、ワイヤに取り付けられる受動ホイール上の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において、タコメータは供給ロールによって駆動されるように示している。また、例えば、モータ２６の出力シャフトによって駆動されてもよい。
【００７２】
Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ電気アーク溶接機は、一連の高速反復波形を生成するための波形発生器を含み、各波形（例えば、電圧／電流波形の単一シーケンス）はサイクル時間を有する溶接サイクルを構成する。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サイクル時間を定義する。Ｐｏｗｅｒ  Ｗａｖｅ溶接機１０の一実施形態は、Ｂｌａｎｋｅｎｓｈｉｐへの米国特許第５，２７８，３９０号明細書に示されており、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々の波形と、コマンドライン４４を介してモータ２６の速度とを制御している。コマンドライン４４は、モータ２６のワイヤ駆動制御４６上のマイクロプロセッサによって認識されて、ライン４６ａにおいてモータ電圧駆動ＰＷＭパルスを出力する信号を有する。実際には、ライン４４上の情報はデジタルであり、ライン４６ａ上のコマンド信号はアナログである。波形発生器４０は、溶接機１０によって実行される所望の溶接プロセスを制御するためのライン４２、４４におけるデジタル信号を生成する。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。
【００７３】
波形発生器４０は、出力波形のそれぞれを一連の時間区分化部分又は状態に分割又は区分化する。１つの例示的な実施形態において、モニターＭは、とりわけ、波形の１つの選択区分中にパラメータを読み取るために、溶接機１０のコンピュータにロードされるプログラムである。モニターＭは、一般的発明概念の趣旨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、及びそれらの組み合わせを用いて実装されてもよい。監視される波形の一部は、波形発生器４０によって決定される。実際、モニターＭが、発生器４０によって出力される波形の様々な時間区分又は状態を監視する。実際には、波形発生器４０は、波形を形成する時間区分のうちのいくつかを選択し、様々な状態をコマンドインターフェース７０に出力する。従って、コマンドインターフェース７０は、発生器による各波形出力の選択時間区分中にパラメータの測定をもたらす。コマンドインターフェース７０上の情報又はデータは、監視される状態及び種々のパラメータＩａ、Ｖａ、及び／又はＷＦＳの特定の値又はレベルを含んでいる。
【００７４】
モニターＭのインターフェース７０は、読み取られる溶接パラメータのための値と共に処理される特定の状態を認識するデータを包含している。インターフェース７０内のデータは、レベルステージ８１によって解析されてレベル毎にパラメータの関係を決定する。実パラメータは、発生器４０の波形の選択状態中に訓練、すなわち測定されたパラメータと比較される。波形の特定区分又は状態中、レベルモニターステージ８１は、ライン３４ａ、３６ａ、及び４６ｂにおける実パラメータを読み取る。実パラメータのこれらの瞬時値は、内部メモリに格納され、レポートロジック８２として識別される。実パラメータの読み取りは、発振器８４によって示すように急速に行われる。１つの例示的な実施形態において、実パラメータの読み取りは、パルス溶接に対して１２０ｋＨｚの速度で行われる。速度は調整されてもよいが、しかし、速度が高いほど、レベル測定の感度は良好となる。レベルモニター８１は、また、最低又は最高レベルのいずれか一方からの実溶接パラメータの偏差も決定する。このように、実際値が格納できるだけでなく、最低レベル又は最高レベルと比較して、所定の状態に対するパラメータの実測値の偏差を表すデータも格納される。レポートメモリ又はロジック８２は、波形の所定状態中の設定レベルからの偏差及び波形の選択状態中の実レベルを記録する。溶接サイクル全体に対して、これらの読み取り値は、溶接の品質及び溶接欠陥に向かう任意の傾向を決定するように蓄積され、カウントされるか、又は他に処理される。
【００７５】
１つの例示的な実施形態において、読み取り値（例えば、読み取り値の定期的に蓄積されたセット）は、複数の基準に基づいて重み付けされる。読み取り値は、例えば、２５０ｍｓ毎に蓄積されてもよい。１つの例示的な実施形態において、１つのセットは、その期待値（例えば、所定の閾値、平均値）からの偏差の大きさ及び対応する波形に対するその時間区分の時間寄与に基づいて重み付けされる。かかる重み付け方法（例えば、図９に示し、以下で説明する重み付け方法９００）は、例えば、レベルモニターステージ８１又は任意の類似若しくは関連データ処理ステージにおいて実装されてもよい。
【００７６】
安定性モニターステージ９１は、発振器９４によって決定される高い速度でライン３４ａ、３６ａ及び４６ｂ上の実溶接パラメータを読み取る。１つの例示的な実施形態において、実パラメータの読み取りは、パルス溶接に対して１２０ｋＨｚの速度で行われる。安定性モニターステージ９１は、出力される波形の一状態中の標準偏差又は絶対偏差に対して実溶接パラメータを解析する。レポートメモリ又はロジック９２は、波形の所定状態中のこの偏差及び波形の選択状態中の実際値を記録する。溶接サイクル全体に対して、これらの読み取り値は、溶接の品質及び溶接欠陥に向かう任意の傾向を決定するように蓄積され、カウントされるか、又は他に処理される。
【００７７】
１つの例示的な実施形態において、読み取り値（例えば、読み取り値の定期的に蓄積されたセット）は、複数の基準に基づいて重み付けされる。読み取り値は、例えば、２５０ｍｓ毎に蓄積されてもよい。１つの例示的な実施形態において、１つのセットは、その期待値（例えば、所定の閾値、平均値）からの偏差の大きさ及び対応する波形に対するその時間区分の時間寄与に基づいて重み付けされる。かかる重み付け方法（例えば、図９に示し、以下で説明する重み付け方法９００）は、例えば、安定性モニターステージ９１又は任意の類似若しくは関連データ処理ステージにおいて実装されてもよい。
【００７８】
モニターステージ８１又はモニターステージ９１のいずれか一方を用いる場合、いくつかの波形は省略されてもよい。１つの例示的な実施形態において、開始シーケンス後、波形の全てが波形の様々な選択状態中の実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定の波形のいくつかの状態が監視され、レベル適合性、傾向、及び安定性を解析するために、結果が各状態に関して別々に記録される。安定性を測定する場合、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ーＭにおいて用いられる。この情報は、所定のサイクル時間を有する溶接サイクル全体を形成する波形の様々な区分のそれぞれを解析することに利用可能である。実際には、パルス波形中のピーク電流等の特定の状態が、パルス溶接プロセスの安定性及びレベル偏差を決定するために監視される。ＳＴＴ溶接プロセスにおいて、モニターＭは、これらの区分が溶接プロセスの外部条件によってやがて変化するため、各波形に対する短絡時間を記録する。短絡時間における変化は、溶接技術者に実施すべき調整を知らせる。
【００７９】
標準波形発生器４０によって生成された一連の高速反復波形は、図２及び３に示すように時間状態に分割される。出力電流コマンド波形は、図３に示す時間区分Ａの固定持続期間を有するピーク電流１０２と、図３に示す区分Ｂの間の可変持続時間を有するバックグラウンド電流１０４とを有するパルス波形１００である。波形は、コマンドインターフェース７０が、任意の所定の時間に発生器４０によって処理される特定の状態を受信するように、時間ｔ１〜ｔ４における区分に分割される。図３において破線１１０で示すように、図１における分流器３３からの実アーク電流は、波形１００のコマンド電流信号から外れている。
【００８０】
状態Ａ又は状態Ｂ等の選択された機能状態の間、実アーク電流Ｉａが発振器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。レベルモニターステージ８１は、実パラメータ１１０と波形１００のコマンドレベルとの間の縦座標方向における偏差を記録する。選択状態の間、安定性モニターステージ９１は実パラメータの統計標準偏差を読み取る。状態Ａ及びＢは、通常、パルス溶接プロセスに関して監視される。しかし、ｔ１〜ｔ２間の上昇状態及び／又はｔ３〜ｔ４中の下降状態は、波形のこれらの状態中の実パラメータの活動を制御又は少なくとも読み取るように監視されてもよい。図示の通り、バックグラウンド時間区分Ｂは、時間ｔ１の可変時間部分によって示すような可変時間を有している。従って、監視される状態は、固定持続時間又は可変持続時間を有していてもよい。可変持続時間の場合、状態は、持続時間の最後まで監視される。レポートロジック８２は、これを１つの時間、すなわちｔ４から連続時間、すなわちｔ１までのレベルとして検知する。時間ｔ１が時間ｔ４に関して変化するにつれて、各波形のこの時間が、発生器４０の溶接形態の選択によってインターフェース７０から取得される既知の時間と比較されるレベルとして記録される。
【００８１】
モニターＭは、波形の特定の選択状態中の実溶接パラメータを監視するが、しかし、モニターは、また、コンピュータを操作して、ライン４６ａ上のモータ２６への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のプログラミングを有している。ライン４６ａ上の信号のかかる内部監視は、図５に示す信号を用いて図４に示すフローチャートにおいて説明する。
【００８２】
ワイヤ供給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んでいる。このＰＩＤ比較器は、ライン４４上のワイヤ供給速度ＷＦＳ及びコマンド信号である第１の入力４６ｂを有する図４のブロック１５２として概略的に図示する。ライン４６ｂ上の実際のＷＦＳは、供給装置変速機の駆動ロール２４に接続されるか、又は代替として、ＷＦＳを読み取るようにワイヤに取り付けられる受動ホイール上の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、供給装置のマイクロプロセッサにおいてデジタル化されるパルス幅変調器１５８の入力における電圧レベルである。パルス幅変調器の出力は、供給装置２４のワイヤ供給速度を制御するためのモータ２６に対するライン４６ａ上のコマンド信号である。
【００８３】
１つの例示的な実施形態によれば、モニターＭは、図４に概略的に図示するようなプロセスプログラムを含んでおり、ここで、ライン１５６上の信号が処理ブロック１６０によって読み取られ、結果が、図１に示す実施形態に関して先に検討したように、レベルモニターステージ８１及び／又は安定性モニターステージ９１の入力へのライン１６２上に出力される。従って、ライン１５６上の内部信号が、１ｋＨｚを超える高い速度で読み取られて、この内部信号のレベル及び／又はこの信号の安定性をチェックする。
【００８４】
図５に示すように、パルス溶接のための波形１００は、発生器４０からの波形の連続として延在している。ワイヤ供給速度に関して、ライン４４上の発生器４０からのコマンド信号は、図５に示す形態を取る。それは、開始上昇部分１７０と終了下降部分１７２とを含んでいる。これらの２つの部分は、ライン４４上のコマンド信号における急激な増加又は減少の原因となる。ライン４４上の信号のこれらの異常コマンド部分の間に、ライン１５６上のこの内部信号の安定性及び／又はレベル偏差を試験する目的のために用いられる略水平のワイヤ供給速度コマンドが存在する。図５において、速度が安定するまで、ワイヤ加速部分１７０が保持される。この時間も監視される。他の内部信号が、図４及び５に示すものと同じ概念を用いて監視されてもよい。レベルモニターステージは、ライン１５６上の信号が長時間にわたり最低又は最高を超えたかどうかを判断する。ワイヤ供給装置に対して、これは、通常、供給システムにおける詰まりを示す。
【００８５】
図６はレベルモニターステージの概念を示し、ここで、閾値１８０は最高パラメータレベルであり、閾値１８２は最低パラメータレベルである。アーク電流として示すパラメータが過度部１８４によって示すような閾値１８０を超える場合、過電流の記録された事象が存在する。同様の方法において、電流が過度部１８６によって示すような最低レベル１８２未満である場合、不足電流事象が記録される。加えて、これらの事象は、複数の基準に基づいて重み付けされてもよい。１つの例示的な実施形態において、各事象は、その期待値（例えば、所定の閾値、平均値）からの偏差の大きさ及び対応する波形に対するその時間区分の時間寄与に基づいて重み付けされる。かかる重み付け方法（例えば、図９に示し、以下で説明する重み付け方法９００）は、例えば、レベルモニターステージ８１、安定性モニターステージ９１、又は任意の類似若しくは関連データ処理ステージにおいて実装されてもよい。
【００８６】
重み付き事象は、図１に示すようなレベルモニターステージ８１の出力を提供するように定期的にカウントされるか、又は他に蓄積される。重み付き事象は、例えば、２５０ｍｓ毎に蓄積されてもよい。従って、レベルモニターステージ８１は、プリセット閾値より上の逸脱部１８４とプリセットレベルより下の逸脱部１８６とを検出する。これらのレベルは、インターフェース７０における特定状態によって設定される。波形のいくつかの状態は、閾値と共にレベルモニターステージ８１を用い、同じ波形の別の状態は、安定性モニターステージ９１を用いてもよい。好ましくは且つ実際には、両モニターステージが、モニターＭによって取得される選択状態又は波形の状態に対して用いられる。
【００８７】
図１に示す実施形態は、発生器４０からの波形の選択状態の間又は図４及び５における本開示と関連して説明するような溶接全体の間に、内部制御信号に対する実パラメータのレベル及び／又は安定性を監視する。これまでに説明したような図１のモニターＭは、作業期間にわたる溶接サイクル又は溶接作業全体を解析することに用いるための重み付きデータを提供する。データが判断され、格納された後、様々な解析プログラムがデータを処理するために用いられる。１つの例示的な実施形態によれば、モニターステージ９１からの重み付き安定性データは、図７に示すような２つのプログラムによって解析される。記録、表示、及び処理の介在又は評価のために、様々なコンピュータプログラムにおいて安定性データを解析することは、当業者が備える技能の範囲内である。
【００８８】
図７に示すように、解析プログラム２００は、モニターＭのモニターステージ９１の結果（すなわち、重み付き安定性値）を用いる。実施例として、プログラム２００は、図２及び３に示すような波形の電流ピーク部分である時間ｔ２〜ｔ３の時間状態の監視中に動作する。解析プログラム２００は、ピーク電流状態中の安定性ステージ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における実電流の統計標準偏差が計算される。実際には、モニターステージ９１が計算された偏差をもたらす前に、わずかな遅延が存在する。状態ｔ２〜ｔ３中にＩａを読み取るが、そうでなければＩａを無視するサンプル選択機能は、サンプルセレクタ又はフィルタ９０ａとして示されている。フィルタ９０ａに組み込まれる時間区分ｔ２〜ｔ３の開始時のこのプログラム遅延は、モニターが、出力波形の様々なステージにおける各レベルシフト中に経験する電流の変動を無視することを可能にする。
【００８９】
図７に示すプログラム化されたフローチャートにおいて、モニターステージ９１からの安定性出力は、ブロック２１０として示すコンピュータプログラムによって読み取られ、時間ｔ３の存在によって決定される各波形の端部においてライン２１０ａ上のロジックによって示すようにリセットされる。従って、各波形の安定性はブロック２１０によって取得される。この取得された安定性データは、２つの別個の解析プログラムによって処理される。
【００９０】
第１のプログラムはパス解析ルーチン２１２を含んでいる。所定の波形に対する安定性がブロック２１２における所望の閾値設定に合格した場合、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未満の安定性を有した場合、ロジック信号がライン２１６内に現れる。カウンタ２２０、２２２は、各溶接サイクル中にライン２２４上のロジックによってイネーブル化される。従って、溶接サイクル中の各波形に対する安定性パス信号は、カウンタ２２０又はカウンタ２２２のいずれか一方においてカウントされる。当然のことながら、各状態ｔ２〜ｔ３の第１の部分は無視されて、パラメータＩａが確定することを可能にする。２つのカウンタの結果は、それぞれ、読み取りブロック２２０ａ、２２２ａによって示すように読み取られ、格納されるか、又は他に保持される。１つの例示的な実施形態において、カウンタステージ２２２によって蓄積された不安定性が所望の数を超える場合、溶接サイクルはブロック２２６によって示すように不合格判定とされる。
【００９１】
図７に示すコンピュータプログラム２００の第２の解析実装は、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イネーブル化されるプログラムである。全ての波形中に蓄積される溶接サイクルの全体的な不安定性は、１００が最も安定したアークである総数として解析される。この安定性アキュムレータ及び解析ステージの出力は、ブロック２３６によって示すように読み取られ、格納されるか、又は他に保持される。読み取りステージ２３４が設定安定性よりも下であれば、溶接サイクルはブロック２３８によって示すように不合格判定とされる。当業者は、モニターＭの結果を安定性ステージ９１から解析するための他のプログラムを設計してもよい。コンピュータプログラム２００は、取得した重み付き安定性データを解析するための２つの実装を呈する。２つの実装は、モニターが検出するように構成されるアーク安定性又は溶接品質問題の性質に応じて、選択的に（一方若しくは他方のいずれか、又は両方）イネーブル化されてもよい。可変パルスに関する安定性は取得できないため、波形の選択状態のみにおける安定性を読み取ることが有利である。
【００９２】
別の例示的な実施形態に従い、モニターＭのレベルモニターステージ８１の結果（すなわち、重み付き読み取り値）を解析するためのコンピュータプログラムを図８に示す。この図示の実施形態において、レベル解析プログラム２５０は、フィルタ８０ｃを有する最小モニターステージ８１ａ及びフィルタ８０ｄを有する最大モニターステージ８１ｂとして識別される２つの別個のルーチンにおいてモニターレベルステージ８１からの出力を処理する。これらステージのうちのいずれか一方が個別に用いられてもよいか、又は実際には、それらは組み合わせられる。サブセクション８１ａは、実パラメータが閾値最小１８２よりも下の事象である図６に示す移行部１８６の決定に関係している。発生器４０からのライン２０２ａ上の最低レベルは、ステージ８１ａがプログラムステップ２５２によって選択される場合に用いられる。これらの事象は、示すように溶接サイクルのそれぞれに対してブロック２５４によってカウントされる。カウンタは、ライン２５４ａ上のロジックによって溶接サイクル中にイネーブル化される。カウンタ２５４は、溶接サイクルにおいて用いられる波形の累計である。波形の数は、ライン２５８によって示すような発生器４０の出力から時間ｔ３の発生をカウントすることによって取得される。前に示したように、状態の第１の部分は、任意の特定状態の開始時に通常の不整合を除去するために概して無視される。ブロック２６０は、カウンタ２５６からの数Ｎで除算されたモニターステージ８１ａからの蓄積最低事象１８６を除算するためのコンピュータフローチャートサブルーチンである。これは、サブルーチン２６２に提供される溶接サイクル中の最小移行の平均を提供する。平均最小移行は、ブロック２６２ａによって示すように読み取られ、格納されるか、又は他に出力される。平均が、波形発生器によって、又はプログラムステップ２６４によって提供される特定の閾値より上である場合、プログラムルーチン２６６は、溶接サイクルが許容できないことを決定する。許容される場合、何らの動作も行われない。しかし、許容ルーチン２６６が、平均が数２６４に単に近づいていると判断した場合、警告信号がブロック２６６ａによって提供される。全体的な不合格により、ルーチン２６６ｂによる溶接不合格判定信号が提供される。当業者は、最低電流偏差又は設定閾値に関するような実パラメータの移行の解析を達成するための他のコンピュータプログラムを考案してもよい。
【００９３】
図８において、最大モニターステージ８１ｂは、最小ステージ８１ａと連動して動作する。最高レベルは、発生器４０からのライン２０２ｂ上であり、ステージ８１ｂがプログラム２７０によって選択される場合に用いられる。同様のデータ情報及びプログラミングは同じ数を保持する。カウンタ２７２は、状態ｔ２〜ｔ３中の事象１８４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る様々な波形中の事象１８４の平均を提供する。ブロック２８２におけるこの平均は、ブロック２８２ａによって示すように読み取られ、格納されるか、又は他に使用される。ブロック２８６において、許容性サブルーチンが処理され、ここで、発生器４０から出力されるか、又は他にコンピュータプログラムによって実施されるブロック２８４によって示される数は、ブロック２８２からの平均と比較されて、平均がブロック２８４によって示す設定数に近づいた場合、ブロック２８６ａによって示すような警告信号を提供する。数が達した場合、不合格判定サブルーチンが、ブロック２８６ｂによって示すように実施される。
【００９４】
実際には、ステージ８１ａ及びステージ８１ｂは共に実装され、ブロック２６２及び２８２からの両移行部の平均は、所定の溶接サイクルの警告及び／又は不合格判定を与えるために読み取られ、許容できる数によって解析される。従って、実際には、最低レベル偏差が解析され、最高レベル偏差が解析され、及び総合的レベル偏差が解析される。これの全てが、図８に概略的に図示す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、レポートロジック８２と共に検討されるように格納及び／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によるレベル条件出力は、本明細書中で検討するように重み付けされてもよい。
【００９５】
上記に鑑みて、大きさ及び時間寄与加重の使用は、パラメータ安定性のより正確な測定と、従って、全体の溶接品質とを提供する。このように、数値又はスコアを容易に理解することは、溶接品質全体を定量化するために演算することができる。１つの例示的な実施形態において、０〜１００すなわち０％〜１００％の溶接スコアは、図１に示す例示的な実施形態によって監視されるもの等の監視された溶接条件又はパラメータに基づいて、溶接に対して計算される。かかる重み付け方法（例えば、図９に示し、以下で説明する重み付け方法９００）は、例えば、レベルモニターステージ８１、安定性モニターステージ９１、又は任意の類似若しくは関連データ処理ステージにおいて実装されてもよい。
【００９６】
１つの例示的な実施形態による重み付け方法９００を図９に示す。重み付け方法は、例えば、モニターＭにおいて実装されてもよい。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、一連の時間区分化部分又は状態に分割される。次いで、ステップ９０４において、状態のうちの少なくとも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。１つの例示的な実施形態において、サンプリングレートは１２０ｋＨｚである。１つの例示的な実施形態において、サンプリングレートは１２０ｋＨｚ以上である。１つの例示的な実施形態において、サンプリングレートは、割り込みサービスルーチン（ＩＳＲ）処理のために割り込みを生成するために用いられてもよい。
【００９７】
サンプリングされた溶接パラメータは、溶接データを計算するために用いられる。例示的な重み付け方法９００において、溶接データは、実行カウント、電圧合計、電圧二乗合計、アンペア数合計、及びアンペア数二乗合計を含む。実行カウントはゼロから開始し、各サンプリング期間（例えば、１２０ｋＨｚ毎）に１ずつ増分する。電圧合計及びアンペア数合計はゼロから開始し、各サンプリング期間においてそれぞれサンプリングされた電圧及びサンプリングされたアンペア数ずつ増加する。同様に、電圧二乗合計及びアンペア数二乗合計はゼロから開始し、各サンプリング期間においてそれぞれサンプリングされた電圧の二乗及びサンプリングされたアンペア数の二乗ずつ増加する。
【００９８】
所定のサンプリング期間後、ステップ９０６において、サンプリングされた溶接データは、更なる処理（以下で説明するような）に対して渡され、溶接データ値はゼロにリセットされ、サンプリングプロセス（すなわち、ステップ９０４）が繰り返される。１つの例示的な実施形態において、サンプリング期間は２５０ｍｓである。サンプリングされた溶接データの各コレクションは、解析パケットを形成する。解析パケットの更なる処理後（例えば、２５０ｍｓ毎）、対応する状態のための現在の溶接品質格付けを表す追加溶接データが利用できる。この追加溶接データは、グラフ化及び／又は平均化されてもよい。溶接の長さ（すなわち、溶接サイクル）にわたるこれら格付けの平均は、溶接に対する全体の品質指標を提供する。
【００９９】
サンプリングされた状態のそれぞれに対して、ステップ９０６において生じる各解析パケットの溶接データの更なる処理は、結果として追加溶接データの計算をもたらす。追加溶接データは、実行カウント、電圧平均、電圧平方自乗平均（ＲＭＳ）、電圧分散、アンペア数平均、アンペア数ＲＭＳ、及びアンペア数分散を含む。追加溶接データの実行カウントの値は、溶接データの実行カウントの値からコピーされる。電圧平均は、（溶接データからの）電圧合計を実行カウントで除算して計算される。電圧ＲＭＳは、（溶接データからの）電圧二乗合計を実行カウントで除算することによって得られた商の平方根として計算される。電圧分散は、電圧ＲＭＳから電圧平均を引いて計算される。アンペア数平均は、（溶接データからの）アンペア数合計を実行カウントで除算して計算される。アンペア数ＲＭＳは、（溶接データからの）アンペア数二乗合計を実行カウントで除算することによって得られた商の平方根として計算される。アンペア数分散は、アンペア数ＲＭＳからアンペア数平均を引いて計算される。
【０１００】
ステップ９０６の後、後続の処理は、現在の溶接が溶接品質パラメータを決定することに用いられるべき訓練溶接であるか、又はかかる溶接品質パラメータに対して評価されるべき通常溶接であるかによって決まる。従って、ステップ９０８において、現在の溶接が訓練溶接であるか、又は通常溶接であるかが判断される。１つの例示的な実施形態において、特に指示のない限り（例えば、ユーザ入力によって）、溶接は通常溶接であることがデフォルト条件である。
【０１０１】
現在の溶接が、ステップ９０８において、訓練溶接であると判断された場合、以下の追加溶接データ値：実行カウント、電圧平均、電圧分散、アンペア数平均、及びアンペア数分散が、訓練溶接の有効部分のために（例えば、２０〜３０秒）保存される一方で、他の溶接データ値及び追加溶接データ値は無視されてもよい。訓練溶接の有効部分は訓練期間である。１つの例示的な実施形態において、訓練期間は、少なくとも８０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。
【０１０２】
その後、ステップ９１０において、溶接品質パラメータは、訓練期間中に保存された追加溶接データ値を用いて計算される。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状態のそれぞれに対して計算される：品質実行カウント平均、品質実行カウント標準偏差、品質電圧平均、品質電圧標準偏差、品質アンペア数平均、品質アンペア数標準偏差、品質電圧分散平均、品質電圧分散標準偏差、品質アンペア数分散平均、及び品質アンペア数分散標準偏差。
【０１０３】
品質実行カウント平均は、訓練期間中に処理される解析パケットの全てから実行カウントの平均として計算される。実行カウントは整数に丸められてもよい。品質実行カウント標準偏差は、品質実行カウント平均に対する訓練期間中に処理される各解析パケットから実行カウントの標準偏差として計算される。品質電圧平均は、訓練期間中に処理される解析パケットの全てから電圧平均の平均として計算される。品質電圧標準偏差は、品質電圧平均に対する訓練期間中に処理される各解析パケットから電圧平均の標準偏差として計算される。品質アンペア数平均は、訓練期間中に処理される解析パケットの全てからアンペア数平均の平均として計算される。品質アンペア数標準偏差は、品質アンペア数平均に対する訓練期間中に処理される各解析パケットからアンペア数平均の標準偏差として計算される。品質電圧分散平均は、訓練期間中に処理される解析パケットの全てから電圧分散の平均として計算される。品質電圧分散標準偏差は、品質電圧分散に対する訓練期間中に処理される各解析パケットから電圧分散の標準偏差として計算される。品質アンペア数分散平均は、訓練期間中に処理される解析パケットの全てからアンペア数分散の平均として計算される。品質アンペア数分散標準偏差は、品質アンペア数分散に対する訓練期間中に処理される各解析パケットからアンペア数分散の標準偏差として計算される。上で述べたように、これらの品質パラメータは、確認された良好な又は他に許容できる溶接の伝達に基づいた場合、後続の溶接を測定するか、又は他に格付けするためのベンチマークとして用いられてもよい。
【０１０４】
現在の溶接が、ステップ９０８において、訓練溶接とは対照的に、評価溶接（すなわち、その品質の評価を必要とする溶接）であると判断された場合、溶接データ又は追加溶接データを保存する必要はない。代わりに、様々な品質計算の結果が取得され、保存される。これらの品質計算は、ステップ９１４における、様々な外れ値の存在を初期に検出することを含む。外れ値は、データ点又は値が寄与する平均値からの閾距離よりも大きいデータ点又は値である。１つの例示的な実施形態において、外れ値は、平均値からの３つの標準偏差の限界の外側に入る値である。
【０１０５】
重み付け方法９００において、ステップ９１４において求められた外れ値は、実行外れ値、電圧外れ値、電圧分散外れ値、アンペア数外れ値、及びアンペア数分散外れ値を含む。監視された状態のそれぞれに対して、解析パケットのそれぞれは、これら外れ値の任意の存在を検出するように評価される。
【０１０６】
解析パケットが以下の関係を満足した場合、それは実行外れ値と見なされる：（実行カウント−品質実行カウント平均）の絶対値＞（３×品質実行カウント標準偏差）。解析パケットが以下の関係を満足した場合、それは電圧外れ値と見なされる：（電圧平均−品質電圧平均）の絶対値＞（３×品質電圧標準偏差）。解析パケットが以下の関係を満足した場合、それは電圧分散外れ値と見なされる：（電圧分散−品質電圧分散平均）の絶対値＞（３×品質電圧分散標準偏差）。解析パケットが以下の関係を満足した場合、それはアンペア数外れ値と見なされる：（アンペア数平均−品質アンペア数平均）の絶対値＞（３×品質アンペア数標準偏差）。解析パケットが以下の関係を満足した場合、それはアンペア数分散外れ値と見なされる：（アンペア数分散−品質アンペア数分散平均）の絶対値＞（３×品質アンペア数分散標準偏差）。
【０１０７】
これらの外れ値の検出後、各外れ値の２ステップ重み付き合計（すなわち、ステップ９１６及び９１８から）が、対応する解析パケットのための品質指標を計算することに用いられる。
【０１０８】
外れ値のそれぞれを重み付けすることにおける第１のステップ（すなわち、ステップ９１６）は、３つの標準偏差限界に関する外れ値の大きさによって判断される。一般に、データ点又は値の略０．３％が、３つの標準偏差の限界の外側に入る可能性があり、従って、外れ値と見なされる。外れ値の重み付けは、その値が３つの標準偏差の限界の上に増加するにつれて増加する。外れ値は、４つの標準偏差において完全に１００％で重み付けされ、５つの標準偏差において最大の２００％で重み付けされる。一般に、通常データセットにおいて発生する完全な（すなわち、１００％）重み付き外れ値の確率は１５，７８７分の１である。
【０１０９】
従って、ステップ９１６において、外れ値のそれぞれは、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べき重みは、（３つの標準偏差限界の上の量／品質実行カウント標準偏差）の絶対値として計算され、最大重み値は２．０である。各電圧外れ値に適用されるべき重みは、（３つの標準偏差限界の上の量／品質電圧標準偏差）の絶対値として計算され、最大重み値は２．０である。各電圧分散外れ値に適用されるべき重みは、（３つの標準偏差限界の上の量／品質電圧分散標準偏差）の絶対値として計算され、最大重み値は２．０である。各アンペア数外れ値に適用されるべき重みは、（３つの標準偏差限界の上の量／品質アンペア数標準偏差）の絶対値として計算され、最大重み値は２．０である。各アンペア数分散外れ値に適用されるべき重みは、（３つの標準偏差限界の上の量／品質アンペア数分散標準偏差）の絶対値として計算され、最大重み値は２．０である。
【０１１０】
外れ値のそれぞれを重み付けすることにおける第２のステップ（すなわち、ステップ９１８）は、外れ値の状態の実行カウントによって判断される。特に、各外れ値の値は、外れ値の状態の実行カウントと乗算され、それによって、波形全体に関する状態の時間寄与を説明している。このように、大きい実行カウント（すなわち、実行時間）を有する状態は、相応に重い重みを有する外れ値を生成する。従って、特定の外れ値に対する実行時間が増加するにつれて、外れ値の重みも増加する。
【０１１１】
ステップ９１６及び９１８における外れ値の重み付けは、最終重み付き実行外れ値、最終重み付き電圧外れ値、最終重み付き電圧分散外れ値、最終重み付きアンペア数外れ値、及び最終重み付きアンペア数分散外れ値を含む最終重み付き外れ値のセットを生成する。これらの最終重み付き外れ値は、ステップ９２０において合計されて、各解析パケットのための最終重み付き外れ値合計を生成する。その後、解析パケットのそれぞれのための品質指標の判断は、完全な品質値から最終重み付き外れ値合計を引いたものを完全な品質値で除算することによって得られる商として、ステップ９２２において計算される。完全な品質値は、解析パケットのための実行カウントを外れ値カテゴリの数（すなわち、この場合には５）で乗算したものと等しい。
【０１１２】
従って、瞬時品質指標（すなわち、現在完了した解析パケットのための）は、溶接プロセス中に判断され、溶接機に伝達されるか、又は他に利用されてもよい。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、任意の是正措置を取るには遅すぎる恐れがある場合に、それらが発生する際、すなわち、溶接プロセス中に検出することができる。
【０１１３】
溶接プロセス中に任意の時点まで集計された品質指標の平均は、その時点までの溶接の品質指標を決定するために平均化されてもよい。例えば、溶接プロセスが完了した後、個々の品質指標の全てが、完了した溶接に対する全体の品質指標、スコア、等級、格付け等を得るために平均化されてもよい。溶接に対する全体の品質指標は、許容できる溶接に対する最低品質指標値を反映する（例えば、訓練溶接から導き出される）所定の品質指標に対して比較されてもよい。
【０１１４】
このように、溶接の品質は、リアルタイム又はリアルタイムに近い状態で、正確に、効果的に、一貫して、及び／又は自動的に判断することができる。これは、溶接の可視検査がその品質を正確に測定するには必ずしも十分とは限らないため、且つオペレータが全体の溶接品質に悪影響を及ぼす溶接プロセス中の偏差又は他の問題を検出しないか、又は他に肯定するため、特に有利である。
【０１１５】
いくつかの例示的な実施形態において、溶接に対する品質指標（すなわち、溶接スコア）は、自動（例えば、ロボット）溶接プロセス中のような略同じ条件下で、略同じアーク溶接プロセスに従って繰り返し生成される溶接を評価するための効果的なツールである。各溶接に対する瞬時の、定期的な、及び／又は全体の溶接スコアを計算することによって、自動品質管理プロセスがアーク溶接プロセスに適応することができる。特に、最低許容溶接スコア又は許容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、閾値として最初に特定される。その後、各溶接は、溶接を合格にすべきか、又は不合格にすべきかを迅速及び正確に判断するために閾値に対して比較されるその（瞬時の、定期的な、及び／又は全体の）溶接スコアを有する。加えて、生産運用又は一連の運用のために溶接スコア全体にわたる傾向を評価することによって、生産プロセスにおける問題をより容易に特定することができるか、及び／又は生産プロセスをより容易に最適化することができる。
【０１１６】
概念的な生産ライン１０００を図１０に示し、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は、一体型モニターＭ  １０１６を含む溶接機又は溶接ステーション１０１４によってそれぞれ第１の母材ＷＰ１  １００８、第２の母材ＷＰ２  １０１０、及び第３の母材ＷＰ３  １０１２上で行われる溶接と関連している。当業者は、異なる溶接が同じ母材上で行われてもよいことを正しく認識するであろう。
【０１１７】
溶接スコアは、溶接のそれぞれを合格にすべきか、又は不合格にすべきかを判断するために、所定の許容溶接スコア閾値に対して比較される。この比較は、溶接機／溶接ステーションによって、又は別個の装置によって若しくは別個の位置（例えば、評価ステーション１０１８）において行われてもよい。１つの例示的な実施形態において、溶接スコアと閾値との間の比較は手動で行われる。１つの例示的な実施形態において、自動及び手動比較が行われる。１つの例示的な実施形態において、溶接スコアは、対応する溶接の手動検査が正当であるかどうかを判断するために用いられる。１つの例示的な実施形態において、溶接スコアは、生産ラインの全体効率を判断するために少なくとも部分的に用いられる。
【０１１８】
１つの例示的な実施形態において、１つ以上の評価ステーション１０１８は、生産プロセスの特定の段階における溶接を測定するために、生産ライン１０００に沿って位置している。評価ステーション１０１８が、溶接に対する溶接スコアが所定の許容溶接スコア閾値に合致するか、又はそれを超えていると判断した場合、評価ステーション１０１８は、溶接合格コマンド１０２０を発行することによって溶接を合格にする。溶接合格コマンド１０２０に応じて、許容できる溶接を含む母材は、更なる処理のために生産ライン１０００に沿って進み続けることが許可される。
【０１１９】
逆に、評価ステーション１０１８が、溶接に対する溶接スコアが所定の許容溶接スコア閾値未満に入ると判断した場合、評価ステーション１０１８は、溶接不合格判定コマンド１０２２を発行することによって溶接を不合格判定とする。溶接不合格判定コマンド１０２２に応じて、許容できない溶接を含む母材は、生産ライン１０００から外れて送られるか、又は他に生産ライン１０００から取り除かれる（例えば、手動で取り除かれる）。その後、不合格判定とされた溶接を有する母材は、更なる処理を施されてもよく、例えば、不合格判定とされた溶接を修復するか、又は他に補修するか若しくは母材全体をリサイクルしてもよい。
【０１２０】
１つの例示的な実施形態において、各溶接合格コマンド１０２０及び／又は溶接不合格判定コマンド１０２２は、後の再検討及び解析のためにログに記録されるか、又は他に格納される。このように、溶接プロセス及び／又は生産プロセスに関する傾向は、より容易に特定されてもよく、従って、溶接プロセスを用いる生産ラインの全体効率を向上させることを容易にしてもよい。
【０１２１】
いくつかの例示的な実施形態において、溶接に対して算出された品質指標（すなわち、溶接スコア）は、指示を提供するか、又は他にオペレータにアーク溶接プロセスを手動で行うことを教示するために革新的なアプローチにおいて用いられてもよい。特に、オペレータが溶接を作成するための溶接機（例えば、電気アーク溶接機１０）を使用している際、瞬時の及び／又は定期的な溶接スコアは、溶接機によって（例えば、溶接機のモニターＭを介して）溶接に対して決定され、溶接の現在の品質に関してオペレータに直接的なフィードバックを提供するために用いられる。上で述べたように、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重み付き統計的測定に基づいている。特に、溶接スコアは、オペレータによる任意の是正措置が必要かどうかを判断するために、所定の許容溶接スコア又は許容溶接スコアの範囲に対して比較される。加えて、溶接スコアは、許容溶接スコアから離れる任意の傾向（例えば、溶接スコアの継続的な減少からわかるような）が存在するかどうかを判断するために、ある期間にわたって評価される。
【０１２２】
１つの例示的な実施形態による指示の方法１１００を図１１に示す。方法１１００は、ステップ１１０２においてオペレータが溶接プロセスを実行するために開始することから始まる。
【０１２３】
溶接プロセス中、溶接スコアは、（１つ以上のサンプリングされたか、又は他に測定されたパラメータに基づいて）ステップ１１０４において、溶接の現在の状況を反映するために定期的に計算される。溶接スコアは、溶接の現在の状況を反映する瞬時測定値として、又は溶接プロセス中の（測定値に対応する）ある期間にわたる溶接の状況を反映するいくつかの測定値の平均として計算されてもよい。１つの例示的な実施形態において、溶接スコアは、溶接の現在の全体的状況を反映する、溶接プロセスが開始されてから取られた測定値の全てを平均化することによって計算される。
【０１２４】
次に、溶接スコアは、ステップ１１０６において、所定の閾溶接スコアと比較される。閾溶接スコアは、良好又は他に許容できる溶接状況に対する最低溶接スコアである。溶接スコアが閾溶接スコア以上である場合、溶接の現在の状況は、ステップ１１０８において良好であると判断される。そうでなければ、溶接の現在の状況は、ステップ１１０８において不良であると判断される。
【０１２５】
溶接の現在の状況が良好である場合、オペレータは、ステップ１１１０において、溶接が良好であるという指摘を提供され、これは、溶接プロセスが適切に行われていることを示唆している。その後、溶接の現在の状況は、ステップ１１１２において、後の再検討、解析、及び／又は他の使用のためにログに記録される。指示方法１１００は、次いで、上で説明したように、オペレータによって実行されている溶接プロセスを監視することを継続する。
【０１２６】
溶接の現在の状況が不良である場合、オペレータは、ステップ１１１４において、溶接が不良であるという指摘を提供され、これは、溶接プロセスが不適切に行われていることを示唆している。その後、溶接の現在の状況は、ステップ１１１８において、後の再検討、解析、及び／又は他の使用のためにログに記録される。指示方法１１００は、次いで、上で説明したように、オペレータによって実行されている溶接プロセスを監視することを継続する。
【０１２７】
前述の指摘は、溶接プロセス中にオペレータに通知するために十分な任意の方法で、オペレータに提供されてもよい。１つの例示的な実施形態において、指摘は、溶接機と一体化した又はその最も近傍の表示装置上等、オペレータに対して視覚的に提供される。１つの例示的な実施形態において、指示は、オペレータが着用する保護バイザー又はヘッドギアに視覚的に表示される。１つの例示的な実施形態において、指示は、溶接機と一体化した又はその最も近傍のスピーカを通して等、オペレータに対して聞こえるように提供される。１つの例示的な実施形態において、指示は、オペレータが着用する保護ヘッドギア内で聞こえるように再生される。
【０１２８】
１つの例示的な実施形態において、溶接の現在の状況が不良である場合、オペレータは、ステップ１１１６において、是正措置が取られるべきであることに関する指示を受ける。１つの例示的な実施形態において、指示は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、母材に対する電極（すなわち、ワイヤ）の位置の推奨される変更、又は母材に対するワイヤの移動速度の推奨される変更に関係してもよい。
【０１２９】
様々な装置及び技法は、検証された良好な溶接をもたらす溶接プロセス中のオペレータ及び／又は溶接条件を手本にすること、並びに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結果として生じるモデルデータを用いること等の取るべき可能性のある是正措置を決定するために用いられてもよい。人工知能及び関連するシミュレーションも、かかるモデルを構築するために用いられてもよい。更に、センサがかかるモデルを構築するために用いられてもよい。
【０１３０】
１つの例示的な実施形態において、１つ以上のセンサが、例えば、母材の現在の温度、送ら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判断するために用いられる。１つの例示的な実施形態において、１つ以上のセンサが、例えば、風況及び／又は湿度条件等の溶接プロセスに悪影響を及ぼす可能性のある環境条件を判断するために用いられる。１つの例示的な実施形態において、１つ以上のセンサが、例えば、母材からのオペレータの手の距離及び／又は母材からのオペレータの手の角度等の溶接プロセスに悪影響を及ぼす可能性のあるオペレータ条件を判断するために用いられる。これら又は他のセンサからのデータは、モデルデータと比較されて、是正措置がオペレータによって取られるべきであることに関する指示を特定する。
【０１３１】
１つの例示的な実施形態において、是正措置指示は、溶接機と一体化した又はその最も近傍の表示装置上等、オペレータに対して視覚的に提供される。１つの例示的な実施形態において、指示は、オペレータが着用する保護バイザー又はヘッドギアに視覚的に表示される。１つの例示的な実施形態において、指示は、溶接機と一体化した又はその最も近傍のスピーカを通して等、オペレータに対して聞こえるように提供される。１つの例示的な実施形態において、指示は、オペレータが着用する保護ヘッドギア内で聞こえるように再生される。
【０１３２】
従って、指示方法１１００は、いつ溶接が好調から不調に向かって行ったか、及びいつ溶接が不調から好調に向かって行ったかをオペレータが容易に知るように、溶接プロセス中にオペレータに対してリアルタイムフィードバックを提供する。更に、指示方法１１００は、溶接の現在の（及び従って全体の）状態を向上させることを目的とする是正措置を提案できる。溶接条件の変化はしばしばオペレータの行動に起因するため、指示方法１１００によって提供されるフィードバック（任意の推奨される是正措置を含む）は、オペレータに良好な溶接技術を教示する。更に、オペレータの良好な溶接技術は、良好な溶接状況の継続した確認によって強化される。
【０１３３】
指示方法１１００又はその態様は、また、模擬溶接プロセスに容易に適応させるか、又は他に応用することができる。１つの例示的な実施形態において、指示方法１１００は、バーチャルリアリティ技術を用いる溶接シミュレータに応用される。
【０１３４】
いくつかの例示的な実施形態において、オペレータによって行われた溶接に対して算出された品質指標（すなわち、溶接スコア）は、一般教育において成績が用いられる方法と同様に、特定の溶接機、溶接プロセス、又は溶接講習に関してオペレータを認定することに対する革新的なアプローチにおいて用いられてもよい。例えば、指示方法１１００又はその態様に従って計算された溶接スコア（例えば、全体の溶接スコア）は、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、又は溶接講習に関して認定されるように、所定の閾溶接スコアを超える溶接スコアを取得しなければならない。オペレータが認定を得ることができない場合、指示方法１１００は、オペレータに対して改善の必要性がある領域を特定できる。本明細書中で説明するように、追加機能（例えば、溶接機内又は外部で作動するソフトウェアによって提供される）が、オペレータを認定することに役立つであろう他のパラメータを測定するために用いられてもよい。例えば、指示方法１１００は、溶接プロセス又は講習中に、どの程度の時間をオペレータが実際に溶接することに費やしたかを追跡することを含むように変更されてもよい。別の実施例として、指示方法１１００は、溶接プロセス又は講習中に、オペレータによって用いられた消耗品（例えば、ワイヤ）の量を追跡することを含むように変更されてもよい。
【０１３５】
オペレータを認定するために用いられることに加えて、溶接スコア（及び他のパラメータ）は、また、１人のオペレータを別の者から区別するために用いられてもよい。例えば、２人のオペレータが両者とも合格スコアを達成し、特定の溶接機、溶接プロセス、又は溶接講習に関して認定されるにもかかわらず、２人のオペレータのスコアは大幅に異なっている可能性がある。従って、より高いスコアを有する認定オペレータは、低いスコアを有する別の認定作業を超えて選ばれる可能性がある。
【０１３６】
いくつかの例示的な実施形態において、溶接に対して算出される品質指標（すなわち、溶接スコア）及び他の関連パラメータ並びに情報は、複数の生徒に溶接技術、プロセス、プログラム、講習等を教える指導員を補助するために用いられてもよい。溶接クラスは、しばしば、理論的な構成部分と実践的な構成部分とを含んでいる。理論的構成部分は、一般に、教室又は類似の場所における講義、議論、又は実証の形態で教えられる。通常、生徒にクラスの実践的構成部分を教示するための溶接スクール又は他の環境は、工場内の溶接ステーションと同様のブース等の個々の場所を含む。各生徒は、講習の実践的構成部分を実行するための生徒自身のブースに割り当てられる。
【０１３７】
指導員にとって、例えば、理論的構成部分に関する議論の間に各生徒のクラス出席及び／又は参加を追跡することによって、どの程度の時間を各生徒がクラスの理論的構成部分に費やしているかを見積もることはむしろ容易である。しかし、指導員は常に全てのブースにいることができないため、指導員にとって、どの程度の時間を各生徒がクラスの実践的構成部分に実際に費やしているかを正確に測定することは難しい。例えば、ブースは、指導員の視線が１度に１つのブース、すなわち、指導員が現在いるブースにのみ延びるように構築されるか、及び／又は配置されている可能性がある。他のブースにいる生徒は、指導員が知らずに溶接以外の何か（例えば、食事、睡眠、電話での会話）を行っていることがあり得る。また、指導員にとって、いずれの生徒が、どのような時でも指導員の個人的な配慮から最も恩恵を受けているかを容易に判断することも難しい。従って、指導員は、別の生徒が指導員の個人的な配慮のより大きい必要性を有しているにもかかわらず、１人の生徒に時間を当てる恐れがある。
【０１３８】
１つの例示的な実施形態によるアーク溶接プロセス等の溶接技術、プロセス、プログラム、講習等を学習している生徒を監視するためのシステム１２００を図１２に示す。システム１２００は、８つのブース１２０４、１２０６、１２０８、１２１０、１２１２、１２１４、１２１６、及び１２１８が位置する教室又は作業室等の指示領域１２０２を含んでいる。ブースのそれぞれは溶接機を含んでいる。特に、第１の溶接機Ｗ１  １２２０は第１のブース１２０４に位置し、第２の溶接機Ｗ２  １２２２は第２のブース１２０６に位置し、第３の溶接機Ｗ３  １２２４は第３のブース１２０８に位置し、第４の溶接機Ｗ４  １２２６は第４のブース１２１０に位置し、第５の溶接機Ｗ５  １２２８は第５のブース１２１２に位置し、第６の溶接機Ｗ６  １２３０は第６のブース１２１４に位置し、第７の溶接機Ｗ７  １２３２は第７のブース１２１６に位置し、及び第８の溶接機Ｗ８  １２３４は第８のブース１２１８に位置している。更に、生徒は各ブースに割り当てられている。特に、第１の生徒Ｓ１  １２３６は第１のブース１２０４内の作業に割り当てられており、第２の生徒Ｓ２  １２３８は第２のブース１２０６内の作業に割り当てられており、第３の生徒Ｓ３  １２４０は第３のブース１２０８内の作業に割り当てられており、第４の生徒Ｓ４  １２４２は第４のブース１２１０内の作業に割り当てられており、第５の生徒Ｓ５  １２４４は第５のブース１２１２内の作業に割り当てられており、第６の生徒Ｓ６  １２４６は第６のブース１２１４内の作業に割り当てられており、第７の生徒Ｓ７  １２４８は第７のブース１２１６内の作業に割り当てられており、及び第８の生徒Ｓ８  １２５０は第８のブース１２１８内の作業に割り当てられている。
【０１３９】
指示領域１２０２は、指導員１２５２が生徒と交流するために、１つのブースから別へ自由に移動できるように位置している。
【０１４０】
１つの例示的な実施形態において、溶接機Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、及びＷ８のそれぞれは、図１に示す溶接機１０と同様の一体型モニターＭを含んでいる。生徒が溶接を作成するために溶接機を使用している場合、瞬時の及び／又は定期的な溶接スコアは、溶接機によって（モニターＭを介して）溶接に対して決定され、溶接の現在の品質に関して生徒に直接的なフィードバックを提供するために用いられる。本明細書中で説明するように、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重み付き統計的測定に基づいている。特に、溶接スコアは、生徒による任意の是正措置が必要かどうかを判断するために、所定の許容溶接スコア又は（例えば、先行の基準となる溶接から突き止められる）許容溶接スコアの範囲に対して比較される。加えて、溶接スコアは、許容溶接スコアから離れる任意の傾向（例えば、溶接スコアの継続的な減少からわかるような）が存在するかどうかを判断するために、ある期間にわたって評価される。
【０１４１】
溶接機Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、及びＷ８のそれぞれは、ネットワーク１２５６上で生産監視システム（ＰＭＳ）１２５４と通信している。ネットワーク１２５６は有線又はワイヤレスネットワークであってもよい。１つの例示的な実施形態において、ネットワーク１２５６はイーサネットネットワークである。
【０１４２】
ＰＭＳ１２５４は、一般的発明概念の趣旨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、及びそれらの組み合わせを用いて実装されてもよい。１つの例示的な実施形態において、ＰＭＳ１２５４は、それに接続される表示装置１２５８及びデータストア１２６０等の周辺機器を有する汎用コンピュータ（例えば、ＰＣ）上で作動するソフトウェアとして実装される。１つの例示的な実施形態において、ＰＭＳ１２５４は、モニターＭの場合のような溶接機のそれぞれと一体化されたロジックを含んでいてもよい。上で述べたように、ＰＭＳ１２５４は、ネットワーク１２５６上で溶接機Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、及びＷ８とデータ通信している。
【０１４３】
ＰＭＳ１２５４は、例えば、それぞれ記録された溶接に対する統計結果を備える短期間及び長期間の溶接ログを収集するように動作可能な溶接データコレクション及び監視ツールである。ＰＭＳ１２５４は、ワイヤ消費量等の他の生産関連パラメータ及び条件も追跡できる。システム１２００において、ＰＭＳ１２５４は、溶接機Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、及びＷ８のそれぞれからデータを収集して、溶接を作成することにおいてそれぞれの生徒Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、及びＳ８が費やした時間を判断する。生徒Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、及びＳ８のそれぞれが費やした時間（すなわち、溶接時間）は、後の検索及び使用のために、ＰＭＳ１２５４によってデータストア１２６０に保存されてもよい。加えて、ＰＭＳ１２５４は、ネットワーク１２５６上で溶接機Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４、Ｗ５、Ｗ６、Ｗ７、及びＷ８のそれぞれから溶接スコアを受信し、それは次いで、後の検索及び使用のために、ＰＭＳ１２５４によってデータストア１２６０に保存されてもよい。従って、ＰＭＳ１２５４は、複数の評価期間にわたる複数の生徒のための溶接時間及び溶接スコアのログを生成し、格納することができ、それは、指導員１２５２にとって、生徒に教え、査定することにおける多大な資源となり得る。
【０１４４】
加えて、ＰＭＳ１２５４は、生徒Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、及びＳ８のそれぞれのための現在の溶接時間を、生徒Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｓ４、Ｓ５、Ｓ６、Ｓ７、及びＳ８のそれぞれのための現在の溶接スコアと組み合わせて、表示装置１２５８上にリアルタイムで表示できる。このように、指導員１２５２は、表示装置１２５８を注視することによって、生徒それぞれの現在の状況及び生徒のそれぞれの溶接の即時で正確な査定を得ることができる。これにより、指導員１２５２は、最大の必要性を示しているそれらの生徒に関して生徒の時間を良好に配分することが可能となる。
【０１４５】
システム１２００において、溶接時間及び溶接スコアは、例えば、数値データとして、及び／又はグラフィカルデータとして、任意の方法で表示することができる。１つの例示的な実施形態において、ＰＭＳ１２５４は、ウェブブラウザを介して、データへアクセスすること、データを閲覧すること、レポートを生成すること等を支援するウェブベースのユーザーインターフェースを提供する。
【０１４６】
システム１２００は、任意の数の生徒及び複数の指導員を収容するように容易に大きさの変更が可能である。
【０１４７】
１つの例示的な実施形態によるアーク溶接プロセス等の溶接技術、プロセス、プログラム、講習等を学習している生徒を監視する方法１３００を図１３に示す。方法１３００は、ステップ１３０２においてアーク溶接プロセスを行う複数の生徒に関わる。１つの例示的な実施形態において、生徒は、略同じ条件下で略同じ時間に略同じアーク溶接プロセスを行う。
【０１４８】
アーク溶接プロセス中、溶接スコアは、各生徒に対して（１つ以上のサンプリングされたか、又は他に測定されたパラメータに基づいて）ステップ１３０４において、生徒の溶接の現在の状況を反映するために定期的に計算される。溶接スコアは、生徒の溶接の現在の状況を反映する瞬時測定値として、又はアーク溶接プロセス中の（測定値に対応する）ある期間にわたる生徒の溶接の状況を反映するいくつかの測定値の平均として計算されてもよい。１つの例示的な実施形態において、生徒の溶接スコアは、生徒の溶接の現在の全体的状況を反映する、アーク溶接プロセスが開始されてから取られた測定値の全てを平均化することによって計算される。
【０１４９】
方法１３００の評価期間中、各生徒がアーク溶接プロセスを行うこと（すなわち、実際に溶接すること）に費やす時間は、ステップ１３０６において判断される。各生徒の溶接機から収集された作業データは、生徒の溶接時間を判断するために用いられてもよい。
【０１５０】
各溶接スコアは、ステップ１３０８において、その対応する生徒と関連付けられる。同様に、各溶接時間は、ステップ１３０８において、その対応する生徒と関連付けられる。各生徒に関連付けられた溶接機からの識別情報（例えば、シリアルナンバー）が、溶接機から収集された及び／又はそれによって生成されたデータ（例えば、溶接スコア、溶接時間）をそれぞれの生徒と関連付けるために用いられてもよい。
【０１５１】
溶接スコア及び溶接時間がそれぞれの生徒と関連付けられると、この情報は、ステップ１３１０において任意の方法で出力されてもよい。例えば、全ての生徒のレポート及び生徒のそれぞれの溶接スコア及び溶接時間は、モニター等の表示装置に出力されてもよい。別の実施例として、生徒及び生徒のそれぞれの溶接スコア及び溶接時間に関する情報は、後の検索及び使用のために、ログに記録され、ディスクドライブ又はフラッシュドライブ等のデータストア内に格納される。１つの例示的な実施形態において、情報は定期的に出力される。１つの例示的な実施形態において、情報は評価期間の終了時に出力される。
【０１５２】
溶接スコア及び／又は溶接時間は、また、生徒に対する追加識別情報を生成するために用いられてもよい。例えば、生徒の溶接スコア及び／又は溶接時間は、所定の閾値に対して比較されてもよい。このように、生徒の溶接スコア及び／又は溶接時間に基づいて、合格又は不合格判定が生徒の溶接に対して判断されてもよい。
【０１５３】
いくつかの例示的な実施形態において、溶接に対して算出された溶接スコアは、溶接プロセスに対する潜在的なコスト節約を特定することに対する革新的なアプローチにおいて用いられてもよい。１つの例示的な実施形態において、コスト分析（例えば、費用効果分析、費用便益分析）が、溶接プロセスに従って行われる溶接列に基づいて、溶接プロセスに対して行われる。図１４Ａ〜１４Ｂに示すような例示的な溶接に対応するデータ１４００は、コスト分析を行うことに用いられてもよい。
【０１５４】
最初に、溶接品質全体に影響を及ぼす複数の溶接条件１４０２が選択される。例えば、図１４Ａ及び１４Ｂにおいて、溶接条件１４０２は、ワイヤ特性（例えば、ワイヤ組成１４０４、ワイヤ直径、コーティング）、母材特性（例えば、母材組成１４０６、母材厚さ）、シールドガス流量１４０８、シールドガス組成１４１０、及び／又は母材予熱温度１４１２を含んでいる。次に、これらの溶接条件１４０２のうちの１つが、溶接列にわたって、１４１４に示すように変更される一方で、残りの溶接条件１４０２の全てが、溶接列にわたって、１４１４に示すように固定される。
【０１５５】
列内の溶接のそれぞれに対して、溶接スコア１４１６も現在の溶接条件１４０２、１４１４に基づいて計算される。溶接スコア１４１６は、溶接条件下で作成された溶接の全体的な品質の程度を表している。上で述べたように、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重み付き統計的測定に基づいている。
【０１５６】
加えて、列内の溶接のそれぞれに対して、溶接を作成するためのコストが決定される。１つの例示的な実施形態において、コストは、溶接を生成することに関する金銭的支出を含み、溶接に対する金銭的コスト１４１８として表される。１つの例示的な実施形態において、コストは、溶接を完了するために必要とされる合計時間を含み、溶接に対する時間コスト１４２０として表される。列内の各溶接は、その対応する溶接スコア及びコストと関連付けられる。
【０１５７】
図１４Ａ及び１４Ｂは、それぞれ、溶接列における２つの溶接のためのデータ１４００を含み、ここで、溶接条件１４０２の中でも、ワイヤ組成１４０４、母材組成１４０６、シールドガス組成１４１０、及び母材予熱温度１４１２は、溶接列にわたって、１４１４に示すように固定される一方で、シールドガス流量１４０８は、溶接列にわたって、１４１４に示すように変化する（例えば、徐々に増加又は減少される）。
【０１５８】
図１４Ａに対応する溶接に対して、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は計算されるか、又は他に決定される。図１４Ｂに対応する溶接に対して、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は計算されるか、又は他に決定される。従って、ａ＜ｄ、ｂ＜ｅ、及びｃ＝ｆであると判断された場合、コスト及び時間節約の両方が、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における低下なく達成されるため、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よりも上であると推定できる。代わりに、ａ＜ｄ、ｂ＞＞ｅ、及びｃ＝ｆであると判断された場合、図１４Ａのシールドガス流量１４０８は、全体的な溶接品質における低下がないが、図１４Ｂのシールドガス流量１４０８と比較して実質的に増加した時間コストで、コスト節約を提供すると推定できる。
【０１５９】
このように、ユーザは、列内の全体的な溶接品質に関して、従って、対応する溶接プロセスにおいて多様な溶接条件が有する強い影響力を容易に特定することができる。このように、ユーザは、溶接条件を変化させることにより、ユーザが、より所望の溶接品質、より所望のコスト、又は両方を得ることが可能となるかどうかを判断できる。従って、より多くの溶接が実行され、対応するデータが解析されるにつれて、全体的な溶接プロセスに関する任意の１つ以上の溶接条件の強い影響力は、より多くの通知されたコスト節約判断（例えば、金銭、時間、及び品質トレードオフ）を行うことができるように容易に判断及び評価できる。
【０１６０】
コスト分析は、追加の溶接列を含むように拡張されてもよく、ここで、異なる溶接条件が異なる列において変化する。このように、ユーザは、所望の成果（例えば、許容溶接品質及び許容コスト）を達成するために、複数の溶接条件に対する所望の値又は設定を特定できる。溶接条件に対するこれら所望の値又は設定は、次いで、同じ溶接機及び溶接プロセスのため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と関連付けられたプロフィール内に保存され、それによって、ユーザが再度、所望の成果を達成する可能性を高める。
【０１６１】
１つの例示的な実施形態において、複数のかかるプロフィール（すなわち、１セットの選択された溶接パラメータ及び／又は溶接条件）は、プロフィールが溶接プロセスを開始するユーザによってアクセスできるように、すなわち、プリセットとして保存される。１つの例示的な実施形態において、複数のプリセットが、各プリセットに対応する溶接スコアと共にユーザに提示される。各溶接スコアは、プリセットと関連付けられた溶接パラメータ及び溶接条件を用いて事前に得られた溶接の全体的な品質を定量化する。上で述べたように、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重み付き統計的測定に基づいている。ユーザは、次いで、溶接プロセスを行うためにプリセットのうちの１つを選択し、それによって、ユーザが、プリセットと関連付けられた溶接パラメータ及び溶接条件を用いて事前に作成されたものと同じか、又は略同様の溶接を達成する可能性を高めることができる。１つの例示的な実施形態において、ユーザが、例えば、入力された閾値未満の関連する溶接スコアを有するそれらのプリセットをフィルタ除去する等、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フィルタ除去できるようにユーザーインターフェースが提供される。
【０１６２】
図１５は、１つの例示的な実施形態によるプリセット１５００を示す。プリセット１５００のそれぞれは、識別プリセット番号１５０２、１セットの溶接条件１５０４、溶接機情報１５０６、溶接プロセス情報１５０８、金銭的コスト１５１０、時間コスト１５１２、及び関連する溶接スコア１５１４を含んでいる。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、及びｅを有する溶接条件１５０４と溶接機Ｍとに関連付けられている。第１のプリセット１５１６は、溶接プロセスＯに対応している。ユーザが溶接機Ｍにより溶接条件ａ、ｂ、ｃ、ｄ、及びｅの下で溶接プロセスＯを行うために第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、ユーザは、約ｔの金銭的コスト、約ｖの時間コスト、及び約ｘの溶接スコアを有するように、溶接プロセスＯの結果として生じる溶接を期待してもよい。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の異なる組み合わせと関連付けられる第２のプリセット１５１８等の追加プリセットを含んでもよい。
【０１６３】
既に本明細書中で説明した監視される溶接パラメータに加えて、追加溶接パラメータが波形の１つ以上の状態に対して監視されてもよく、追加品質パラメータが、溶接欠陥をより正確に検出し、特定するために、それらから計算されてもよい。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生じる音のレベル、アーク溶接プロセスによって生じる音の少なくとも１つの周波数、及びアーク溶接プロセスによって生じる音のパルシングレートを含んでもよい。より追加の溶接パラメータは、アーク溶接プロセスによって生じる可視光線のレベル、アーク溶接プロセスによって生じる可視光線の少なくとも１つの周波数、及びアーク溶接プロセスによって生じる可視光線のパルシングレートを含む。更なる追加の溶接パラメータは、アーク溶接プロセスによって生じる赤外線のレベル、アーク溶接プロセスによって生じ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生じる赤外線のパルシングレート、及びワイヤ供給モータ電流レベルを含む。
【０１６４】
一実施形態によれば、追加溶接パラメータは、かかる溶接パラメータを検出することに適したセンサ又は監視装置によって検知される。例えば、音はマイクロフォンによって検知されてもよく、可視光線は光検出器によって検知されてもよく、赤外線は赤外線検出器によって検知されてもよく、ワイヤ供給モータ電流は電流シャントによって検知されてもよい。トーチ位置は、例えば、画像センサ又は磁気センサを含む１つ以上の種類の検知技術を用いて検知されてもよい。センサは、例えば、溶接トーチ上、溶接ヘルメット上、又は一般的な溶接領域内を含む様々な場所に位置してもよい。追加的に検知される溶接パラメータは、他の溶接パラメータが本明細書中で前に説明したように入力され、処理される方法と同様の方法で、モニターＭに入力され、それによって処理されてもよい。監視され、処理されてもよい他の溶接パラメータは、母材の温度、シールドガスのレベル、シールドガスの組成、母材近傍の風速、母材近傍の湿度レベル、及びオペレータ姿勢を含む。
【０１６５】
モニターＭは、追加的に監視された溶接パラメータに基づいて複数の品質パラメータ統計を計算するために（例えば、図１６に示す改良型モニターＭ’のように）構成されてもよい。「平均」、「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は、それらの品質パラメータ統計が、本明細書中で前に説明したように、電圧及び電流に対して計算される方法と同様の方法で、波形の１つ以上の状態に対する様々な追加溶接パラメータのために計算されてもよい。すなわち、追加的に監視された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が監視された電圧に対して計算される方法、並びにＱＩＡ、ＱＩＳＤ、ＱＩＶＡ、及びＱＩＶＳＤが監視された電流に対して計算される方法と同様の方法で計算されてもよい。
【０１６６】
例えば、モニターＭは、品質音レベル平均（ＱＳＬＡ）、品質音レベル標準偏差（ＱＳＬＳＤ）、品質音レベル分散平均（ＱＳＬＶＡ）、及び品質音レベル分散標準偏差（ＱＳＬＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する溶接プロセス中の音レベル品質パラメータを計算するように構成されてもよい。モニターＭは、また、品質音周波数平均（ＱＳＦＡ）、品質音周波数標準偏差（ＱＳＦＳＤ）、品質音周波数分散平均（ＱＳＦＶＡ）、及び品質音周波数分散標準偏差（ＱＳＦＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する音周波数品質パラメータを計算するように構成されてもよい。更に、モニターＭは、また、品質音パルスレート平均（ＱＳＰＲＡ）、品質音パルスレート標準偏差（ＱＳＰＲＳＤ）、品質音パルスレート分散平均（ＱＳＰＲＶＡ）、及び品質音パルスレート分散標準偏差（ＱＳＰＲＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する音パルスレート品質パラメータを計算するように構成されてもよい。溶接プロセスの音は、ワイヤ電極と母材との間のアークによって生じる。特定の音特性は、溶接波形の特定の状態中に発生する傾向がある。
【０１６７】
モニターＭは、品質可視光線レベル平均（ＱＶＬＬＡ）、品質可視光線レベル標準偏差（ＱＶＬＬＳＤ）、品質可視光線レベル分散平均（ＱＶＬＬＶＡ）、及び品質可視光線レベル分散標準偏差（ＱＶＬＬＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する溶接プロセス中の可視光線レベル品質パラメータを計算するように構成されてもよい。モニターＭは、また、品質可視光線周波数平均（ＱＶＬＦＡ）、品質可視光線周波数標準偏差（ＱＶＬＦＳＤ）、品質可視光線周波数分散平均（ＱＶＬＦＶＡ）、及び品質可視光線周波数分散標準偏差（ＱＶＬＦＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する可視光線周波数品質パラメータを計算するように構成されてもよい。更に、モニターＭは、また、品質可視光線パルスレート平均（ＱＶＬＰＲＡ）、品質可視光線パルスレート標準偏差（ＱＶＬＰＲＳＤ）、品質可視光線パルスレート分散平均（ＱＶＬＰＲＶＡ）、及び品質可視光線パルスレート分散標準偏差（ＱＶＬＰＲＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する可視光線パルスレート品質パラメータを計算するように構成されてもよい。溶接プロセスの可視光線は、ワイヤ電極と母材との間のアークによって生じる。
【０１６８】
モニターＭは、品質赤外線レベル平均（ＱＩＲＬＬＡ）、品質赤外線レベル標準偏差（ＱＩＲＬＬＳＤ）、品質赤外線レベル分散平均（ＱＩＲＬＬＶＡ）、及び品質赤外線レベル分散標準偏差（ＱＩＲＬＬＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する溶接プロセス中の赤外線レベル品質パラメータを計算するように構成されてもよい。モニターＭは、また、品質赤外線周波数平均（ＱＩＲＬＦＡ）、品質赤外線周波数標準偏差（ＱＩＲＬＦＳＤ）、品質赤外線周波数分散平均（ＱＩＲＬＦＶＡ）、及び品質赤外線周波数分散標準偏差（ＱＩＲＬＦＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する赤外線周波数品質パラメータを計算するように構成されてもよい。更に、モニターＭは、また、品質赤外線パルスレート平均（ＱＩＲＬＰＲＡ）、品質赤外線パルスレート標準偏差（ＱＩＲＬＰＲＳＤ）、品質赤外線パルスレート分散平均（ＱＩＲＬＰＲＶＡ）、及び品質赤外線パルスレート分散標準偏差（ＱＩＲＬＰＲＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する赤外線パルスレート品質パラメータを計算するように構成されてもよい。溶接プロセスの赤外線は、ワイヤ電極と母材との間のアークによって生じる。
【０１６９】
モニターＭは、品質ワイヤ供給モータ電流平均（ＱＷＦＭＩＡ）、品質ワイヤ供給モータ電流標準偏差（ＱＷＦＭＩＳＤ）、品質ワイヤ供給モータ電流分散平均（ＱＷＦＭＩＶＡ）、及び品質ワイヤ供給モータ電流分散標準偏差（ＱＷＦＭＩＶＳＤ）等、ある期間にわたる１つ以上の状態に対する溶接プロセス中のワイヤ供給モータ電流品質パラメータを計算するように構成されてもよい。ワイヤ供給モータ電流は、溶接プロセス中のワイヤ供給装置のモータによって生じる。コンタクトチップが消耗した場合、又は消耗したコンタクトチップが使用されている場合、モータ電流のシフト又はスパイクが特定の状態の間に観察される可能性がある。
【０１７０】
再度、「平均」、「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は、それらの品質パラメータ統計が、本明細書中で前に説明したように、電圧及び電流に対して計算される方法と同様の方法で、様々な追加溶接パラメータのために計算されてもよい。更に、実施形態によれば、各期間に計算された品質パラメータのそれぞれの値は、対応する期待品質パラメータ値と比較されて、計算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してもよい。差が閾値を超える場合、計算された品質パラメータ値は、差に基づく大きさの重みにより重み付けされるか、及び／又は状態を含む波形に対するその状態の時間寄与に基づく時間寄与重みにより重み付けされてもよい。
【０１７１】
本発明の実施形態によれば、品質パラメータ（重み付き又は重みなし）及び／又は溶接パラメータは、アーク溶接プロセスを診断するために用いられてもよい。図１６は、アーク溶接プロセスを診断するためのシステム１６００の実施形態の概略ブロック図を示している。システム１６００は、アーク溶接システムの一部に相当し、モニターＭと類似しているが、更に、本明細書中で検討する追加溶接パラメータを監視し、更に、対応する追加品質パラメータを計算するように構成される改良型モニターＭ’１６１０を含んでいる。システム１６００は、また、改良型モニターＭ’１６１０と操作的に通信する診断ロジック回路（ＤＬＣ）１６２０も含む。
【０１７２】
図１６に示すように、計算された品質パラメータ及び／又は監視された溶接パラメータ、若しくはそれらのいくつかのサブセットは、パラメータで作動して診断結果を生成するＤＬＣ１６２０に渡される。実施形態によれば、ＤＬＣ１６２０は、最初に、品質パラメータを解析することによって溶接の局部的又は連続的な欠陥を特定する。局部的な欠陥は、溶接プロセス中の比較的短期間（例えば、２秒間）のうちに発生する欠陥である。連続的な欠陥は、本質的に溶接プロセスの間（例えば、２０秒間）にわたって発生する欠陥である。欠陥のいくつかの例は、溶接内のガス巻込み（例えば、ポロシティ、ブローホール、ウォームホール）、母材の溶落ち、母材への溶込不良、飛び散り、余盛不足の継手、アンダカット、溶接割れ、溶接内のボイド、及び融合不良を含む。かかる種類の欠陥は当該技術分野において周知である。他の種類の欠陥が同様に可能であり得る。
【０１７３】
欠陥の可能性のある原因のいくつかの例は、シールドガス不足、作業距離に対する短いコンタクトチップ、作業距離に対する長いコンタクトチップ、ノズル詰まり、母材表面汚染、遅すぎる移動速度、速すぎる移動速度、遅すぎるワイヤ供給速度、速すぎるワイヤ供給速度、母材又は電極内の硫黄分、電極又は母材からの過湿、及び小さすぎる電極角度を含む。他の種類の欠陥の原因が同様に可能である。
【０１７４】
訓練溶接手順中、欠陥は欠陥の原因との相関を示し、ＤＬＣ１６２０は、欠陥を１つ以上の可能性のある原因と適切に関連付けるために、それに応じてプログラム化される。従って、通常（非訓練）溶接手順中、ＤＬＣ１６２０は、１つ以上の検出された欠陥の１つ以上の可能性のある原因を示唆することができる。欠陥及び１つ以上の原因は、オペレータに報告されて、オペレータが問題を是正することを可能にしてもよい。ＤＬＣ１６２０は、例えば、欠陥の原因に対して切り分けするために、ディシジョンツリーとしてプログラム化されてもよい。
【０１７５】
一例として、システム１６００は、品質パラメータを解析することによって、溶接プロセス中に発生する２つの連続する欠陥として、特定の状態において発生するポロシティと、特定の他の状態において発生する飛び散りとを検出してもよい。ＤＬＣ１６２０は、それぞれの状態における２つの連続する欠陥の発生を溶接プロセス全体にわたるシールドガス不足に対して相互に関連付けてもよい。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閉められていたことに気付き得る。
【０１７６】
図１７は、溶接機が、溶接を作成するために、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによってアーク溶接プロセスを実行する時に、電気アーク溶接機を監視することにより、図１６のシステム１６００を用いてアーク溶接プロセスを診断する方法１７００のフローチャートである。溶接プロセスは、溶接機の電源に対する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、一連の高速反復波形が生成され、各波形はサイクル時間を有する溶接サイクルを構成している。ステップ１７２０において、波形は状態に分割される。ステップ１７３０において、状態の１つ以上において生じる複数の溶接パラメータは、溶接プロセス中に繰り返してある期間にわたってある質問レートで測定される。
【０１７７】
方法１７００のステップ１７４０において、複数の品質パラメータが、溶接プロセス中の溶接パラメータの測定に基づいて、状態のそれぞれに対して計算される。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つは、溶接の１つ以上の局部的又は連続的な欠陥の１つ以上の可能性のあ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ために解析される。
【０１７８】
要約すれば、アーク溶接システム及び方法が開示される。システムは、波形状態に従って溶接プロセス中に変数を監視し、且つそれに応じて変数を重み付けし、溶接の欠陥を検出し、欠陥の可能性のある原因を診断し、溶接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及び使用し、自動化溶接プロセスのための生産及び品質管理を向上させ、適切な溶接技術を教示し、溶接プロセスのためのコスト節約を特定し、並びに異なる溶接プロセス又は用途のためのプリセットとして用いられる最適な溶接設定を導き出すことができる。
【０１７９】
前述の実施形態において、溶接パラメータは、溶接品質を定量化するために溶接プロセス中に測定又は監視される。溶接パラメータは、上で説明したように、１つ以上の品質パラメータ、１つ以上の品質指標（例えば、溶接スコア）、又は合格／不合格判定指標を出力するモニターＭ（又は改良型モニターＭ’）に入力される。モニターＭ（又はより詳細には、モニターを実装する回路、ロジック、ソフトウェア等）が、１つ以上の品質パラメータを出力するシングルタスクを実行できる一方で、他の関連し且つ接続される回路又はソフトウェアが品質指標又は合格／不合格判定指標を生成できることは、正しく認識されるべきである。回路、論理素子、コンピュータプロセッサ上で実行するソフトウェア等として実装されてもよいこれらの別個の機能要素は、より大きい機能ブロック及び／又はシステムに結合可能である。従って、かかる機能態様の説明は、便宜上、本明細書中で取りまとめられ、物理的システムにおけるかかる態様の任意の組み合わせは、主張する主題の範囲内にあることを目的としていることは、正しく認識されるべきである。
【０１８０】
基準又は訓練溶接プロセスを監視することから生成される品質パラメータは、他の溶接プロセスを評価するために利用されてもよい。これらの品質パラメータは、上で説明したような、他の溶接を評価するために用いられる基準となる品質指標、閾値、又は他の尺度の基礎を形成してもよい。訓練溶接又は評価溶接（すなわち、訓練溶接に対して測定されるべき溶接）に対してであろうとなかろうと、溶接機は、前進ワイヤと母材との間の溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する。溶接プロセスは、溶接機の電源、ワイヤ供給を駆動するモータ等に対するコマンド信号により制御される。例えば、コマンド信号は、図１からの波形発生器４０、又は以下で説明するコントローラ１８１０等の溶接機のコントローラによって送信されてもよい。溶接パラメータは、一連の反復波形を含むことができ、そのそれぞれが、サイクル時間を有する溶接サイクルを構成する波形に従って生成される。各波形は状態に区分化されてもよく、これは上で説明したように、個々の状態、完全な溶接サイクル、又は溶接プロセス全体（すなわち、一連の反復波形）に対する品質パラメータを判断するために、別々に又は集合的に監視されてもよい。監視された溶接プロセスの品質パラメータは、溶接の全体的な品質を許容できる又は許容できないものとして評価するために、参照又は訓練された品質パラメータと比較されてもよい。例えば、一態様において、訓練された品質パラメータは、許容溶接として認定するための最低閾値を示してもよい。かかる監視及び評価は、上で説明した様々なレベルにおいて生じてもよい。すなわち、監視及び評価は、粗いレベルで（すなわち、サンプリング期間にわたって）、１つの波形の１つの状態にわたって、波形全体にわたって、又は一連の波形全体（例えば、溶接プロセス）にわたって行われてもよい。
【０１８１】
前述の実施形態において、かかる比較は、訓練溶接と略類似の溶接条件下で概して実行される溶接プロセスにより利用される。コンタクトチップから母材までの距離、溶接ギャップ、及び溶接速度（すなわち、移行速度）等であるが、これらに限定されない溶接条件は、溶接プロセスから溶接プロセスまでの間に変化してもよく、更に、同じ溶接プロセスの連続実行の間に変化してもよい。加えて、変化する溶接条件は、生成される溶接パラメータに影響を及ぼす可能性がある。例えば、アーク溶接機は、例えば溶接機の電源を制御するためのコマンド信号の形態で波形を生成する。波形は、一般に、ワイヤと母材との間の一定の出力電圧を調整するように構成される。しかし、変化する溶接条件に応じて、溶接機のコントローラは調整するように波形を部分的に変更してもよい。一実施例によれば、コントローラは、一定の出力電圧を維持するように波形（すなわち、コマンド信号）を調整する。
【０１８２】
溶接条件を変化させること及び相違させること、並びにコントローラによって実施されるその後の変化は、ワイヤと母材との間に生成される溶接パラメータに影響を及ぼす。従って、溶接パラメータを監視し、対応する品質パラメータを決定する場合、ノイズが、溶接パラメータ並びにその後決定される品質パラメータ及び指標に導入される。かかるノイズは、品質指標の信頼性及び異なる溶接条件下で実行された訓練溶接との比較に悪影響を与える。
【０１８３】
一態様によれば、波形の非適応部分又は状態は、監視性能を向上させるように活用されてもよい。すなわち、溶接パラメータは効果的に監視されてもよく、溶接品質は、訓練条件と異なる溶接条件において実行されるか、又は更には変化する溶接条件下で実行される溶接プロセスに対して決定されてもよい。波形の非適応部分は、コマンド信号が溶接条件の差により変化しない波形の部分、状態、又は区分を指す。すなわち、異なる又は変化する溶接条件にもかかわらず、溶接機のコントローラは、非適応区分における溶接機の電源に発行されるコマンド信号を部分的に変更しない。更なる実施例によれば、非適応区分は、適応制御が実行されない溶接プロセスの一部を指してもよい。ここで、適応制御は、変更する条件に応じて一定の出力電圧を調整するように波形を変化させるためのコントローラの特性を指す。
【０１８４】
実施形態によれば、波形の非適応区分又は状態は、監視のために選択される。従って、コントローラ適応による溶接パラメータの変化は引き起こされない。別の実施形態によれば、非適応区分は、通常の（非訓練）溶接プロセスと訓練溶接プロセスとの間の溶接条件の差を決定するように評価される。監視された溶接パラメータ及び／又は品質パラメータに関する結果として生じる効果は、溶接プロセスのモデルにおけるノイズを除去するように特定され、利用されてもよい。従って、通常の溶接プロセスは、異なる溶接条件にもかかわらず、訓練溶接プロセスに対して評価されてもよい。
【０１８５】
図１８は、異なる又は変化する溶接条件に応じて監視及び評価する溶接プロセスを調整するためのシステム１８００の概略ブロック図を示している。システム１８００は、コントローラ１８１０及び電源１８２０、並びにワイヤ供給装置１８３０を含むアーク溶接システムの一部に相当する。システム１８００は、更に、溶接パラメータに基づいて品質パラメータを決定するモニター１８４０を含んでいる。
【０１８６】
コントローラ１８１０は、電源１８２０及びワイヤ供給装置１８３０のコントローラによって溶接プロセスを実施する。コントローラ１８１０は、波形を生成し、波形に従って、電源１８２０及びワイヤ供給装置１８３０にコマンド信号を発行する。電源１８２０及びワイヤ供給装置１８３０は、溶接プロセスを遂行するために、コマンド信号を適切な出力に変換する。そのうえ、コントローラ１８１０は、溶接プロセスの適応制御を提供するように構成されてもよい。すなわち、コントローラ１８１０は、溶接条件に応じて、波形、従ってコマンド信号を調整する。いくつかの溶接条件は、例えば、上で検討したような、センサにより直接測定又は検知されてもよい。溶接条件における他の差又は変化は、例えば、測定された溶接パラメータ（例えば、出力電圧等）における変化を検出することによって間接的に特定される。図１８に示すように、先の実施形態において説明したように監視され、検知され、又は測定される溶接パラメータ及び／又は溶接条件は、適応制御をイネーブル化するためにコントローラ１８１０に入力される。
【０１８７】
品質パラメータの決定を容易にするため、モニター１８４０は、コントローラ１８１０と通信して、生成された波形の現在部分又は状態を確認し、コントローラ１８１０によって出力されたコマンド信号を取得し、及び適応制御の場合、いつ適応制御が適用され、どの程度であるかを特定する。例えば、モニター１８４０の作動を容易にするため、コントローラ１８１０は、モニター１８４０によって測定される溶接パラメータにおけるかかる制御の効果を排除するために、適応制御を一時的にディスエーブル化してもよい。図１９を見ると、モニター１８４０に対する例示的な非限定的実施形態の概略ブロック図が示されている。図示の通り、モニター１８４０は、監視された溶接パラメータ又は検知された溶接条件に関して、溶接プロセスが実行される異なる又は変化する溶接条件の効果を特定するように構成される推定ロジック１８４２を含んでいる。一実施例において、推定ロジック１８４２は、溶接パラメータに関して変更する条件の効果を表すノイズパラメータ又はノイズ信号を出力する。例えば、推定ロジック１８４２は、入力として、コントローラ１８１０からのコントローラ情報を取得できる。コントローラ情報は、コマンド信号、波形状態又は区分、コントローラ１８１０によって実施される適応変化を示す信号、コントローラ１８１０が、波形の非適応部分を出力していることを示す信号、及び／又は適応制御をイネーブル化／ディスエーブル化する信号を含んでもよいが、これらに限定されない。波形の非適応部分は、ピーク電流区分又はバックグラウンド電流周波数区分を含んでもよい。しかし、他の状態又は部分が非適応区分として作成されるか、又は指定されてもよいことは、正しく認識されるべきである。
【０１８８】
波形の非適応区分の間、推定ロジック１８４２は、先に説明したように監視された溶接パラメータにおける偏差、変化、又は変動を特定してもよい。一実施例において、推定ロジック１８４２は、測定された溶接パラメータとコマンド信号との間の差を特定するために、レベルモニターステージ８１及び／又は安定性モニターステージ９１（上で説明した）によって用いられたそれらのものと同様の技法を利用してもよい。代替として、推定ロジック１８４２は、非適応区分にわたって監視された溶接パラメータを、訓練溶接プロセスの対応する区分のために記録された溶接パラメータに対して比較してもよい。更に、両方の実施例において、推定ロジック１８４２は、先の実施形態において説明したように、通常の溶接プロセスが訓練溶接プロセスと異なる溶接条件下で実行されているかどうかを判断するために、検知された溶接条件を利用してもよい。この判断に基づいて、推定ロジック１８４２は、監視された溶接パラメータに関して異なる溶接条件の効果のモデルを生成してもよい。このモデルは、従って、ノイズパラメータ又はノイズ信号を出力するために推定ロジック１８４２によって利用される。別の実施例によれば、推定ロジック１８４２は、測定された溶接パラメータとコマンド信号との間の特定された偏差に基づいて、ノイズパラメータ又はノイズ信号を出力してもよい。換言すれば、溶接プロセスが訓練溶接と異なる条件下で実行されることを判断すると、推定ロジック１８４２は、溶接パラメータにおけるかかる偏差をそれらの変化した条件の結果であると考え、従って、偏差の大きさを表すノイズパラメータ、及び／又は測定されたパラメータとコマンド信号との間の差異信号としてのノイズ信号を生成してもよい。
【０１８９】
推定ロジック１８４２は、監視される各溶接パラメータのために、個々にノイズパラメータ又は信号を構成するか、又はモデル化してもよい。従って、各溶接パラメータは、溶接条件を変更することにもかかわらず、溶接プロセスを監視し、評価するために、別個に調整されてもよい。一態様において、図１９に示すように、モニター１８４０は、推定ロジック１８４２によって提供されるノイズパラメータ又は信号に従って監視される溶接パラメータを調整するように構成されるフィルタロジック１８４４を含んでもよい。フィルタロジック１８４４によって調整される溶接パラメータは、適応又は非適応であろうとなかろうと、波形の任意の監視された部分又は区分と関連付けられてもよい。この態様に加えて、フィルタロジック１８４４は、適応制御の利用により実質的に克服されてもよい変更された溶接条件を説明する調整された又は洗練された溶接パラメータを出力する。従って、変化する条件及び／又は適応制御に起因する溶接パラメータにおける偏差が切り分けられるため、調整された溶接パラメータは、上で説明した技法を用いて溶接品質の決定を容易にする。例えば、調整された溶接パラメータは、先に説明したモニターＭ又はモニターＭ’と略同様であってもよい溶接評価ロジック１８４６に入力されてもよい。すなわち、溶接評価ロジック１８４６は、調整された溶接パラメータを監視又は測定し、対応する品質パラメータ及び／又は品質指標を計算してもよい。そのうえ、溶接評価ロジック１８４６は、計算された品質パラメータ及び／又は品質指標を訓練データと比較してもよい。
【０１９０】
別の態様によれば、推定ロジック１８４２は、ノイズパラメータ及びコントローラ１８１０によって採用される適応性アルゴリズムの知識に基づいて、適応モデルを生成してもよい。適応モデルは、溶接パラメータを監視することに適した調整を与えるために利用されてもよい。例えば、上で説明したように、パラメータを監視し、品質尺度を計算するために利用される溶接評価ロジック１８４６の閾値又は他の特性は、適応制御のために部分的に変更される溶接パラメータ値を説明するための適応モデルに基づいて構成されてもよい。
【０１９１】
図２０は、溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する時に、溶接機を監視することによって溶接の品質を判断するための方法のフローチャートを示している。図２０に示す方法は、例えば、システム１８００によって実行されてもよい。ステップ２０００において、溶接パラメータが、波形の非適応区分中に取得（すなわち、監視又は測定）される。ステップ２００２において、異なる溶接条件に起因する溶接パラメータ内のノイズが特定される。ステップ２００４において、測定された溶接パラメータ又は溶接パラメータが測定された方法に対する調整が、特定されたノイズを説明するように判断される。例えば、波形の適応及び非適応部分から測定された溶接パラメータは、ノイズを除去するためにフィルタリングされる。別の実施例において、波形の適応及び非適応部分から溶接パラメータを測定するために用いられる尺度は、溶接条件を変更するために適応的に適用されるコマンド信号を説明するように構成される。ステップ２００６において、溶接品質が、調整された溶接パラメータに基づいて判断される。
【０１９２】
要約すれば、アーク溶接システム及び方法が開示される。例えば、一実施形態において、溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する時に、溶接機を監視することによって溶接の品質を判断する方法が提供される。溶接プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される一連の高速反復波形によって定義される。方法は、サイクル時間を有する溶接サイクルを有する波形を一連の時間区分化状態に区分化することを含む。方法は、また、一連の時間区分化状態から非適応状態を選択することも含む。非適応状態は、コマンド信号が異なる溶接条件下で不変のままである波形の区分を表している。方法は、非適応状態中に、前進ワイヤと母材との間に生成される複数の溶接パラメータを時間間隔にわたって質問レートで測定することを更に含む。加えて、方法は、非適応状態内の時間間隔中に取得される複数の溶接パラメータの測定値に基づいて、非適応状態のための複数の品質パラメータを計算することを含む。
【０１９３】
一実施例によれば、方法は、非適応状態で発生する複数の溶接パラメータを複数の時間間隔にわたって質問レートで繰り返し測定することと、複数の時間間隔にわたって取得されたそれぞれの測定値のための複数の品質パラメータを繰り返し計算することとを更に含んでもよい。
【０１９４】
別の実施例によれば、複数の品質パラメータのうちの品質パラメータに対して、方法は、時間間隔で計算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、計算された品質パラメータの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ことを含んでもよい。差が所定の閾値を超える場合、方法は、差に基づく大きさの重みにより、計算される品質パラメータの値を重み付けすることと、時間間隔を含む波形に対する時間間隔の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、計算される品質パラメータの値を重み付けすることとを含んでもよい。方法は、また、品質パラメータの重み付き値に基づいて時間間隔に対する品質指標を計算することも含んでもよい。また更に、方法は、複数の時間間隔とそれぞれ関連付けられる複数の品質指標を集約することと、集約した複数の品質指標に基づいて溶接プロセスに対する全体的な品質指標を計算することとを含んでもよい。
【０１９５】
別の態様によれば、方法は、後続の溶接プロセスを評価するために、非適応状態に対して計算された複数の品質パラメータを訓練データとして利用することを含んでもよい。
【０１９６】
更に別の態様によれば、方法は、非適応状態中に質問レートで繰り返し複数の時間間隔にわたってコマンド信号のための値を監視することを含んでもよい。この態様に加えて、方法は、少なくとも部分的に、監視されたコマンド信号の値と複数の時間間隔中に取得された複数の溶接パラメータの測定値との間の差に基づいて、ノイズパラメータを計算することを含む。
【０１９７】
加えて、方法は、一連の時間区分化状態からの１つ以上の適応状態中に、前進ワイヤと母材との間に生成される複数の溶接パラメータを測定することと、非適応状態に基づいて計算されるノイズパラメータに基づいて、１つ以上の適応状態において測定される複数の溶接パラメータを調整することとを含んでもよい。更に、方法は、１つ以上の適応状態中に取得される複数の溶接パラメータの調整された測定値に基づいて、１つ以上の適応状態のための複数の品質パラメータを計算することを含んでもよい。
【０１９８】
代替として、方法は、ノイズパラメータに基づいて適応モデルを計算することを含んでもよく、ここで、適応モデルは、溶接条件を説明するための、溶接機の適応コントローラによるコマンド信号に対する変更を表している。この実施例に加えて、方法は、一連の時間区分化状態からの１つ以上の適応状態中に、前進ワイヤと母材との間に生成される複数の溶接パラメータを測定することと、適応モデルに基づいて１つ以上の適応状態において測定される複数の溶接パラメータを調整することとを含んでもよい。
【０１９９】
別の実施例によれば、溶接機が、前進ワイヤと母材との間の実溶接パラメータを作成することによって溶接プロセスを実行する時に、溶接機を監視することによって溶接の品質を判断するためのシステムである。溶接プロセスは、溶接機の電源に対するコマンド信号によって制御される一連の高速反復波形によって定義される。システムは、サイクル時間を有する溶接サイクルを有する波形を一連の時間区分化状態に区分化するためのロジック状態コントローラを含む。システムは、一連の時間区分化状態から非適応状態を選択するための選択回路も更に含む。非適応状態は、コマンド信号が異なる溶接条件下で不変のままである波形の区分を表している。システムは、また、非適応状態中に、前進ワイヤと母材との間に生成される複数の溶接パラメータを時間間隔にわたって質問レートで測定するように構成されるモニター回路も含む。加えて、システムは、非適応状態内の時間間隔中に取得される複数の溶接パラメータの測定値に基づいて、非適応状態のための複数の品質パラメータを計算するための回路を含む。
【０２００】
一態様において、モニター回路は、非適応状態で発生する複数の溶接パラメータを複数の時間間隔にわたって質問レートで繰り返し測定するように更に構成され、複数の品質パラメータを計算するための回路は、複数の時間間隔に取得されたそれぞれの測定値のための複数の品質パラメータを繰り返し計算するように更に構成される。
【０２０１】
別の態様によれば、複数の品質パラメータのうちの品質パラメータに対して、システムは、時間間隔で計算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、計算された品質パラメータの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と、差に基づく大きさの重みにより、計算される品質パラメータの値を重み付けするための回路と、時間間隔を含む波形に対する時間間隔の時間寄与に基づく時間寄与重みにより、計算される品質パラメータの値を重み付けするための回路とを更に含む。
【０２０２】
更に別の態様において、システムは、非適応状態中に質問レートで繰り返し複数の時間間隔にわたってコマンド信号の値を監視するため、及び少なくとも部分的に、監視されたコマンド信号の値と複数の時間間隔中に取得された複数の溶接パラメータの測定値との間の差に基づいて、ノイズパラメータを計算するための推定回路を含む。この態様に加えて、モニター回路は、一連の時間区分化状態からの１つ以上の適応状態中に、前進ワイヤと母材との間に生成される複数の溶接パラメータを測定するように更に構成され、システムは、また、非適応状態に基づいて計算されるノイズパラメータに基づいて、１つ以上の適応状態において測定される複数の溶接パラメータを調整するためのフィルタ回路を含んでもよい。複数の品質パラメータを計算するための回路は、１つ以上の適応状態中に取得される複数の溶接パラメータの調整された測定値に基づいて、１つ以上の適応状態のための複数の品質パラメータを計算するように更に構成される。
【０２０３】
代替として、システムは、ノイズパラメータに基づいて適応モデルを計算するための回路を含んでもよく、ここで、適応モデルは、溶接条件を説明するための、溶接機の適応コントローラによるコマンド信号に対する変更を表している。この態様に加えて、モニター回路は、一連の時間区分化状態からの１つ以上の適応状態中に、前進ワイヤと母材との間に生成される複数の溶接パラメータを測定し、適応モデルに基づいて１つ以上の適応状態において測定される複数の溶接パラメータを調整するように更に構成される。
【０２０４】
特定の実施形態の上記の説明は、一例として与えられている。与えられた本開示から、当業者は、一般的発明概念及び付随する利点を理解するだけでなく、開示した構造及び方法に対する明白で様々な変更形態及び修正形態を見出すであろう。例えば、一般的発明概念は、通常、手動溶接プロセス又は自動（例えば、ロボット）溶接プロセスのうちの１つに限定されないが、代わりに、いずれか一方に容易に適応できる。更に、一般的発明概念は、異なる溶接プロセス及び技法（例えば、被覆アーク溶接及びＴＩＧ溶接等のアーク溶接の全てのバリエーション）に容易に適応できる。従って、添付特許請求の範囲及びその均等物によって定義されるように、一般的発明概念の趣旨及び範囲に入るような全てのかかる変更形態及び修正形態を包含することが求められている。
【符号の説明】
【０２０５】
１０  溶接機
１２  電源
１４  端子
１６  端子
１８  平滑化インダクタ
２０  溶接ワイヤ
２２  リール
２４  供給装置／ロール
２６  モータ
３０  母材
３２  分流器
３４  ブロック
３４ａ  ライン
３６  ブロック
３６ａ  ライン
４０  波形発生器
４２  ライン
４４  ライン
４６  ワイヤ駆動制御
４６ａ  ライン
４６ｂ  ライン
４６ｃ  エンコーダ
７０  コマンドインターフェース
８０ｃ  フィルタ
８０ｄ  フィルタ
８１  ステージ
８１ａ  ステージ
８１ｂ  ステージ
８２  レポートメモリロジック
８４  発振器
９０ａ  フィルタ
９１  ステージ
９４  発振器
１００  パルス波形
１０２  ピーク電流
１０４  バックグラウンド電流
１１０  破線
１５２  ブロック
１５６  ライン／出力
１５８  変調器
１６０  ブロック
１６２  ライン
１７０  上昇部分
１７２  下降部分
１８０  閾値
１８２  閾値
１８４  過度部／逸脱部
１８６  過度部／逸脱部
２００  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  プログラム
２５２  プログラムステップ
２５４  カウンタ／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  プログラムルーチン
２６６ａ  ブロック
２６６ｂ  溶接不合格判定信号
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  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  生産ライン
１００２  第１の溶接スコアＳ１
１００４  第２の溶接スコアＳ２
１００６  第３の溶接スコアＳ３
１００８  第１の母材ＷＰ１
１０１０  第２の母材ＷＰ２
１０１２  第３の母材ＷＰ３
１０１４  溶接ステーション
１０１６  モニターＭ
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
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  第１の溶接機Ｗ１
１２２２  第２の溶接機Ｗ２
１２２４  第３の溶接機Ｗ３
１２２６  第４の溶接機Ｗ４
１２２８  第５の溶接機Ｗ５
１２３０  第６の溶接機Ｗ６
１２３２  第７の溶接機Ｗ７
１２３４  第８の溶接機Ｗ８
１２３６  第１の生徒Ｓ１
１２３８  第２の生徒Ｓ２
１２４０  第３の生徒Ｓ３
１２４２  第４の生徒Ｓ４
１２４４  第５の生徒Ｓ５
１２４６  第６の生徒Ｓ６
１２４８  第７の生徒Ｓ７
１２５０  第８の生徒Ｓ８
１２５２  指導員
１２５４  生産監視システム（ＰＭＳ）
１２５６  ネットワーク
１２５８  表示装置
１２６０  データストア
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
１４０２  溶接条件
１４０４  ワイヤ組成
１４０６  母材組成
１４０８  シールドガス流量
１４１０  シールドガス組成
１４１２  温度
１４１４  溶接条件
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  プリセット番号
１５０４  溶接条件
１５０６  溶接機確認
１５０８  溶接プロセス情報
１５１０  金銭的コスト
１５１２  時間コスト
１５１４  溶接スコア
１５１６  第１のプリセット
１５１８  第２のプリセット
１６００  システム
１６１０  モニターＭ’
１６２０  診断ロジック回路（ＤＬＣ）
１７００  方法
１７１０  ステップ
１７２０  ステップ
１７３０  ステップ
１７４０  ステップ
１８００  システム
１８１０  コントローラ
１８２０  電源
１８３０  ワイヤ供給装置
１８４０  モニター
１８４２  推定ロジック
１８４４  フィルタロジック
１８４６  評価ロジック
２０００  ステップ
２００２  ステップ
２００４  ステップ
２００６  ステップ
Ｎ  数
Ｍ’  モニター
Ｓ１  第１の溶接スコア／第１の生徒
Ｓ２  第２の溶接スコア／第２の生徒
Ｓ３  第３の溶接スコア／第３の生徒
Ｓ４  第４の生徒
Ｓ５  第５の生徒
Ｓ６  第６の生徒
Ｓ７  第７の生徒
Ｓ８  第８の生徒
Ｗ１  第１の溶接機
Ｗ２  第２の溶接機
Ｗ３  第３の溶接機
Ｗ４  第４の溶接機
Ｗ５  第５の溶接機
Ｗ６  第６の溶接機
Ｗ７  第７の溶接機
Ｗ８  第８の溶接機
ＷＰ１  第１の母材
ＷＰ２  第２の母材
ＷＰ３  第３の母材
【図１】
0006359189.tif 000019
【図２】
0006359189.tif 000020
【図３】
0006359189.tif 000021
【図４】
0006359189.tif 000022
【図５】
0006359189.tif 000023
【図６】
0006359189.tif 000024
【図７】
0006359189.tif 000025
【図８】
0006359189.tif 000026
【図９】
0006359189.tif 000027
【図１０】
0006359189.tif 000028
【図１１】
0006359189.tif 000029
【図１２】
0006359189.tif 000030
【図１３】
0006359189.tif 000031
【図１４Ａ】
0006359189.tif 000032
【図１４Ｂ】
0006359189.tif 000033
【図１５】
0006359189.tif 000034
【図１６】
0006359189.tif 000035
【図１７】
0006359189.tif 000036
【図１８】
0006359189.tif 000037
【図１９】
0006359189.tif 000038
【図２０】
0006359189.tif 000039