JP7702376B2 - Welding work evaluation system - Google Patents
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Description
本発明は、溶接作業の技能を評価するシステムに関する。 The present invention relates to a system for evaluating welding work skills.
これまで、溶接等の高度技能は、経験豊富な溶接作業者が時間をかけてOJT等を通して初心者に教育してきた。しかし、近年の少子高齢化に伴う熟練溶接作業者の急速な減少の中、初心者は必ずしも熟練者からの教育を受けられない場合があり、製造現場から熟練技能が急速に失われている。このような状況において、溶接作業をロボットを用いて自動化する取り組みも行われており、工数低減や品質安定化の上で成果を上げている。一方、ロボットがアクセスできない狭隘部や、寸法ばらつきが大きい大型構造物の溶接においては、手動溶接の必要性が依然として高く、次の世代の溶接作業者を効率的に育成するシステムが求められている。 Until now, highly advanced skills such as welding have been taught to beginners through on-the-job training by experienced welders over a long period of time. However, with the rapid decline in skilled welders due to the recent low birthrate and aging population, beginners do not always have access to training from experts, and skilled skills are rapidly being lost from manufacturing sites. In this situation, efforts are being made to automate welding work using robots, which has been successful in reducing labor hours and stabilizing quality. However, there is still a high need for manual welding in narrow spaces that robots cannot access, and for welding large structures with large dimensional variations, and there is a demand for a system to efficiently train the next generation of welders.
近年のこのような状況を鑑み、溶接作業に対する教育の支援システムや支援方法がいくつか提案されている。例えば、特許文献1には、シミュレーション仮想現実環境又は拡張現実環境においてアーク溶接訓練を提供し、仮想現実溶接システムに外部データをインポートし分析することを提供するためのシステム及び方法が開示されている。特許文献2には、溶接作業の技能評価を一層適切に行う溶接作業評価装置が開示されている。
In light of these recent circumstances, several systems and methods for supporting education in welding work have been proposed. For example,
従来の技術において、溶接技能を評価するには、溶接作業者の溶接動作が計測装置類によって測定され、測定された溶接動作が、理想的な溶接動作のデータ(以下、「理想動作データ」と呼ぶ)に基づいて評価または採点される必要がある。実際の溶接においては、溶接作業者の取る姿勢は様々である。溶接姿勢には、大きく分けて、被溶接材を見下ろす向きに溶接を行う下向姿勢、見上げる向きに溶接を行う上向姿勢、重力の方向に対して横向きに溶接を行う横向姿勢、及び重力の方向に対して平行に溶接を行う立向姿勢がある。従って、溶接技能を評価するには、これらの各姿勢に対して理想動作データを用意する必要がある。 In conventional technology, to evaluate welding skills, the welding motion of a welding worker must be measured using measuring devices, and the measured welding motion must be evaluated or scored based on data of ideal welding motion (hereinafter referred to as "ideal motion data"). In actual welding, welding workers adopt a variety of postures. Welding postures can be broadly divided into a downward posture in which welding is performed while looking down at the material to be welded, an upward posture in which welding is performed while looking up, a horizontal posture in which welding is performed sideways to the direction of gravity, and a vertical posture in which welding is performed parallel to the direction of gravity. Therefore, to evaluate welding skills, ideal motion data must be prepared for each of these postures.
さらに、工場や発電所等のプラントに多く存在している配管を溶接する場合には、配管が固定されていると、溶接作業者は、姿勢を変化させながら溶接施工を行う。このため、上述した溶接姿勢以外のあらゆる溶接姿勢に対しても理想動作データが必要になる。理想動作データは、データベースに格納されて使用される。理想動作データを格納するデータベースを「理想動作データベース」と呼ぶ。 Furthermore, when welding pipes, which are often found in plants such as factories and power plants, if the pipes are fixed, the welding worker will change his/her posture while welding. For this reason, ideal motion data is required for all welding positions other than those mentioned above. The ideal motion data is stored in a database and used. The database that stores the ideal motion data is called the "ideal motion database."
このように、従来の技術では、溶接技能を評価するには、様々な溶接姿勢に対応した多くの理想動作データを理想動作データベースに格納する必要がある。理想動作データベースは、溶接条件(電流、電圧、溶接速度、及び溶接トーチ角度等)と溶接欠陥の関係を溶接実験で検討しながら構築する必要があるため、構築に多くの時間と費用がかかることが課題である。このため、様々な溶接姿勢に対応した理想動作データベースを構築しなくても、溶接作業の技能を容易に評価できるシステムが望まれている。 Thus, in conventional technology, in order to evaluate welding skills, it is necessary to store a large amount of ideal motion data corresponding to various welding positions in an ideal motion database. The problem with the ideal motion database is that it takes a lot of time and money to build, because it needs to be constructed by examining the relationship between welding conditions (current, voltage, welding speed, welding torch angle, etc.) and welding defects through welding experiments. For this reason, there is a demand for a system that can easily evaluate welding work skills without having to build an ideal motion database corresponding to various welding positions.
本発明は、溶接作業の技能を容易に評価できる溶接作業評価システムを提供することを目的とする。 The present invention aims to provide a welding work evaluation system that can easily evaluate welding work skills.
本発明による溶接作業評価システムは、被溶接材を溶接する溶接作業者に把持された溶接トーチの動作を測定する計測装置と、複数の基準データを格納したデータベースと、複数の前記基準データを用いて、溶接部角度における理想動作データを生成する理想動作データ生成部と、前記計測装置が測定した前記溶接トーチの動作から求めた前記溶接作業者の溶接動作を、採点アルゴリズムと前記理想動作データに基づいて採点する溶接動作評価部とを備える。前記基準データは、溶接姿勢に応じて任意に定められた、溶接動作のデータである。前記溶接部角度は、予め定められた基準面に対する前記被溶接材の角度である。前記理想動作データとは、前記溶接作業者が目標とする溶接動作についてのデータである。前記採点アルゴリズムは、前記溶接作業者の溶接動作を採点するための方法である。 The welding operation evaluation system according to the present invention includes a measuring device that measures the movement of a welding torch held by a welding operator who welds the workpiece, a database that stores multiple reference data, an ideal movement data generation unit that generates ideal movement data for a weld angle using the multiple reference data, and a welding operation evaluation unit that scores the welding operation of the welding operator obtained from the movement of the welding torch measured by the measuring device based on a scoring algorithm and the ideal movement data. The reference data is data on the welding operation that is arbitrarily determined according to the welding posture. The weld angle is the angle of the workpiece relative to a predetermined reference plane. The ideal movement data is data on the welding operation that the welding operator aims to achieve. The scoring algorithm is a method for scoring the welding operation of the welding operator.
本発明によると、溶接作業の技能を容易に評価できる溶接作業評価システムを提供することができる。 The present invention provides a welding work evaluation system that can easily evaluate welding work skills.
溶接作業は、多くの物理現象が組み合わさった複雑な作業である。熟練の溶接作業者は、数多くの経験から溶接条件を微調整して溶接作業を実施している。例えば、同じ溶接方法であっても、接合部を見上げるようにして溶接を行う上向姿勢と、接合部を見下ろすようにして溶接を行う下向姿勢の溶接では、溶融金属への重力の作用の仕方が異なる。一般的に、上向姿勢の溶接においては、溶接中に溶接金属が垂れやすいため、溶接速度を上げて溶接金属を素早く凝固させる必要がある。 Welding is a complex task that combines many physical phenomena. Experienced welders use their extensive experience to fine-tune the welding conditions when performing welding. For example, even when using the same welding method, the way gravity acts on the molten metal differs between overhead welding, where welding is performed while looking up at the joint, and downward welding, where welding is performed while looking down at the joint. In general, when welding in the overhead position, the weld metal is prone to dripping during welding, so it is necessary to increase the welding speed to allow the weld metal to solidify quickly.
上述したように、従来の技術では、溶接技能を評価するには、理想動作データベースが、様々な溶接姿勢に対応した多くの理想動作データを格納している必要がある。しかし、このような理想動作データベースを構築するのは、多くの時間と費用が必要であり困難である。例えば、上述した特許文献1に開示された技術では、評価可能な溶接姿勢が限定されている。また、例えば、特許文献2では、溶接姿勢が徐々に変わっていく場合について述べられているが、溶接作業者の溶接姿勢が、基準となるデータと異なる場合については考慮されていない。このように、従来の技術では、様々な溶接姿勢で作業を行う実際の現場での溶接技能を評価するのが困難である。
As described above, in conventional technology, in order to evaluate welding skills, the ideal motion database needs to store a large amount of ideal motion data corresponding to various welding positions. However, building such an ideal motion database is difficult and requires a lot of time and money. For example, in the technology disclosed in the above-mentioned
本発明による溶接作業評価システムでは、溶接作業者の溶接姿勢が、基準となるデータ(基準データ)と異なる場合であっても、基準データから理想動作データを生成して採点アルゴリズムを用いることで、溶接技能を評価する。このため、本発明による溶接作業評価システムは、様々な溶接姿勢に対応した理想動作データベースを構築することなく、溶接作業の技能(溶接技能)を容易に評価できる。 In the welding work evaluation system according to the present invention, even if the welding posture of a welding worker differs from the reference data (reference data), ideal motion data is generated from the reference data and a scoring algorithm is used to evaluate the welding skill. Therefore, the welding work evaluation system according to the present invention can easily evaluate welding work skills (welding skills) without having to build an ideal motion database corresponding to various welding postures.
以下、本発明の実施例による溶接作業評価システムについて、図面を参照して説明する。本実施例による溶接作業評価システムは、溶接作業者の溶接動作を採点することで、溶接技能を評価する。以下の実施例では、一例として、溶接作業者がアーク溶接を行う例を説明する。なお、本明細書で用いる図面において、同一のまたは対応する構成要素には同一の符号を付け、これらの構成要素については繰り返しの説明を省略する場合がある。 The welding work evaluation system according to the embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The welding work evaluation system according to the embodiment evaluates the welding skills of a welding worker by scoring the welding action of the welding worker. In the following embodiment, as an example, an example in which a welding worker performs arc welding will be described. Note that in the drawings used in this specification, identical or corresponding components are given the same reference numerals, and repeated explanations of these components may be omitted.
図1は、本発明の実施例1による溶接作業評価システムの構成と、溶接作業者50の溶接作業を示す模式図である。
Figure 1 is a schematic diagram showing the configuration of a welding work evaluation system according to a first embodiment of the present invention and the welding work of a
溶接トーチ2は、デジタル溶接機1に接続され、溶接作業者50によって把持される。デジタル溶接機1から溶接トーチ2に電力が供給されると、溶接作業者50は、溶接トーチ2を把持して被溶接材3に溶接作業を実施する。被溶接材3には、溶接作業により溶接ビード4が形成される。
The
本実施例による溶接作業評価システムは、センサー6と、計測装置7と、データロガー8と、制御装置10を備え、溶接作業者50の溶接作業の技能(溶接技能)を評価する。図1に示した装置、例えば、デジタル溶接機1、計測装置7、データロガー8、及び制御装置10は、無線LANまたは有線LAN等の通信網を介して相互に接続されている。
The welding work evaluation system according to this embodiment includes a
デジタル溶接機1は、溶接トーチ2に接続され、溶接に必要な電力や溶接材料(溶加材)を供給する。デジタル溶接機1は、溶接トーチ2に供給される電流、電圧、及び溶接材料の供給量を管理する機能を備える。
データロガー8は、溶接トーチ2に供給された電流、電圧、及び溶接材料の供給量の情報をデジタル溶接機1から取得して制御装置10に供給する。また、データロガー8は、計測装置7が測定した溶接トーチ2の動作の情報を計測装置7から取得して制御装置10に供給する。
The data logger 8 acquires information on the current, voltage, and amount of welding material supplied to the
被溶接材3について、予め定められた基準面(例えば、水平面)に対する被溶接材3の溶接部の表面の角度を、溶接部角度5と呼ぶ。溶接部角度5は、後述するように、制御装置10が求めることができる。また、溶接部角度5は、予め既知である場合には、溶接作業評価システムの操作者(ユーザ)が制御装置10に入力することもできる。
The angle of the surface of the weld of the
センサー6は、溶接トーチ2に取り付けられており、溶接トーチ2の位置、姿勢、及び動きを測定する。センサー6は、例えば、GPSセンサー、水平センサー、ジャイロスコープのうち少なくとも1つで構成することができる。
The
計測装置7は、溶接トーチ2の動作を測定する装置である。計測装置7は、例えば、溶接トーチ2の先端の位置を取得することで、溶接トーチ2の被溶接材3に対する動作(例えば、被溶接材3に対する角度、溶接速度、及びトーチ高さ等)を測定する。計測装置7は、センサー6からの情報を用いて溶接トーチ2の動作を測定することも、センサー6からの情報を用いずに溶接トーチ2の動作を測定することもできる。
The measuring device 7 is a device that measures the operation of the
計測装置7は、任意の装置で構成することができる。計測装置7がセンサー6からの情報を用いて溶接トーチ2の動作を測定する場合には、計測装置7は、センサー6の測定値から溶接トーチ2の動作を演算して求める装置で構成することができる。また、例えば、溶接作業者50の周囲に計測装置7を設置可能であれば、計測装置7は、モーションキャプチャカメラまたはステレオカメラを備えることで、このカメラの映像データから溶接トーチ2の動作を求めることができる。計測装置7がカメラを備える構成では、計測装置7は、センサー6からの情報を用いずに溶接トーチ2の動作を測定することができる。
The measuring device 7 can be configured with any device. When the measuring device 7 measures the movement of the
図1には、一例として、カメラ型の計測装置7を用いて溶接トーチ2の動作を求める構成を示している。図1に示した計測装置7は、カメラで構成されているが、センサー6からの情報を用いて溶接トーチ2の動作を測定することもできる。なお、実際の溶接では強力なアーク光が発生するため、この影響を受け難いセンサー6とカメラを使用する必要がある。
Figure 1 shows, as an example, a configuration in which a camera-type measuring device 7 is used to determine the movement of the
計測装置7が測定した溶接トーチ2の動作の情報は、データロガー8を介して、制御装置10に供給される。
Information on the operation of the
制御装置10は、データロガー8を介して、溶接トーチ2に供給された電流、電圧、及び溶接材料の供給量の情報と、計測装置7が測定した溶接トーチ2の動作の情報を入力する。
The
制御装置10は、入力インターフェース20と、演算装置30と、出力インターフェース40を備える。また、制御装置10は、被溶接材3の形状と位置(溶接される位置の空間座標)が予めユーザによって入力され、これらを記憶している。
The
入力インターフェース20は、ユーザに操作され、制御装置10が行う演算に必要な設定値や、ユーザが指定した採点アルゴリズムを、制御装置10に入力する。入力インターフェース20は、例えば、キーボード及びタッチパネルで構成することができる。
The
演算に必要な設定値は、例えば、採点区間、及び採点間隔である。採点区間は、採点を実施する時間範囲である。採点間隔は、採点区間における採点の時間間隔である。採点とは、溶接作業者50の溶接動作に点数をつけることである。溶接作業者50の溶接動作は、測定されて採点される。さらに、溶接部角度5が予め既知である場合には、溶接部角度5を、入力インターフェース20が入力する設定値に含めることができる。
The setting values required for the calculation are, for example, the scoring section and the scoring interval. The scoring section is the time range in which scoring is performed. The scoring interval is the time interval for scoring in the scoring section. Scoring refers to assigning a score to the welding action of the
採点アルゴリズムとは、溶接作業者50の溶接動作を採点するための方法のことである。溶接作業者50の溶接動作は、溶接動作を表すパラメータ(動作パラメータ)ごとに、この採点アルゴリズムに従って採点される。採点アルゴリズムは、例えば、予め1つまたは複数を制御装置10が記憶しており、この中から溶接手法や溶接作業者50の練度に応じてユーザが選択することで指定することができる。ユーザは、入力インターフェース20を操作することで、採点アルゴリズムを選択して指定する。
The scoring algorithm is a method for scoring the welding action of the
演算装置30は、コンピュータで構成されており、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、及びSSD(Solid State Drive)等の、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備える。SSDには、OS(Operating System)、アプリケーションプログラム、及び各種データが格納されている。OSとアプリケーションプログラムは、RAMに展開され、CPUによって実行される。図1において、制御装置10の内部は、アプリケーションプログラム等によって実現される機能を、ブロックとして示している。
The
出力インターフェース40は、計測データや、演算装置30の演算結果(例えば、採点結果)等を表示する。出力インターフェース40は、例えば、アナログテスター、デジタルテスター、及びディスプレイで構成することができる。また、計測データや演算結果を音声として出力する場合には、出力インターフェース40をスピーカーやイヤホンで構成することもできる。
The
計測データには、溶接トーチ2に供給された電流、電圧、及び溶接材料の供給量や、センサー6が測定した溶接トーチ2の位置、姿勢、及び動きや、計測装置7が測定した溶接トーチ2の動作が含まれる。計測装置7がカメラを備える構成をとる場合には、計測データにカメラの映像データを含めることができる。出力インターフェース40は、計測データとして、制御装置10が得たデータをそのまま表示してもよいし、必要に応じてサンプリングレートや画質を調整したデータを表示してもよい。
The measurement data includes the current, voltage, and amount of welding material supplied to the
採点結果として、測定された溶接作業者50の動作パラメータ(溶接動作を表すパラメータ)の採点結果が表示される。出力インターフェース40は、採点結果として、全ての動作パラメータの採点結果をレーダーチャート等で可視化して表示してもよいし、個々の動作パラメータの採点結果を数値で示してもよい。
As the scoring result, the scoring results of the measured operation parameters (parameters representing the welding operation) of the
演算装置30は、溶接部角度計算部31、理想動作データ生成部33、データベース32、データベース35、及び溶接動作評価部34を備える。データベース32とデータベース35は、1つのデータベースで構成してもよい。
The
溶接部角度計算部31は、溶接部角度5を計算して取得する。溶接部角度5は、基準面(例えば、水平面)に対する被溶接材3の溶接部の表面の角度であるので、溶接部角度計算部31は、計測データ(例えば、センサー6が測定した溶接トーチ2の位置、姿勢、及び動きや、計測装置7が測定した溶接トーチ2の動作)と、予め入力された被溶接材3の形状と位置から、溶接部角度5を計算することができる。なお、溶接部角度計算部31が溶接部角度5を計算する場合には、ユーザは、溶接部角度5を入力インターフェース20で入力しなくてもよい。
The weld
理想動作データ生成部33は、入力インターフェース20が入力した溶接部角度5、または溶接部角度計算部31が計算した溶接部角度5を入力し、データベース35に格納されている複数の基準データを用いて、この溶接部角度5における理想動作データを生成する。理想動作データとは、溶接作業者50の理想的な溶接動作、すなわち溶接作業者50が目標とする溶接動作についてのデータである。例えば、理想動作データには、溶接動作の目標となる目標値と標準偏差が含まれる。理想動作データ生成部33は、生成した理想動作データをデータベース32に格納する。
The ideal motion
データベース35には、複数の基準データが格納されている。基準データは、溶接姿勢に応じて予め任意に定められた、溶接動作の基準となるデータである。本実施例では、後述するように、4つの基準データを使用する。基準データには、それぞれの溶接姿勢における各動作パラメータの目標値と標準偏差が、基準となるデータとして含まれている。
The
溶接動作評価部34は、溶接作業者50の溶接動作を、動作パラメータごとに、採点アルゴリズムと理想動作データに基づいて採点する。溶接動作評価部34は、溶接作業者50の溶接動作(動作パラメータ)を、計測装置7が測定した溶接作業者50の溶接トーチ2の動作、または溶接トーチ2に供給された電流、電圧、及び溶接材料の供給量から求めることができる。溶接動作評価部34は、採点結果を出力インターフェース40に送信する。
The welding
図2は、出力インターフェース40に表示される、計測データと採点結果の例を示す図である。図2の溶接条件の項目には、計測データとして、測定で得られた電流値、電圧値、溶接速度、及び入熱量の平均が表示される。時系列データの項目には、経過時間に対する溶接条件やトーチの動きが表示される。映像の項目には、カメラを備える計測装置7が撮影した溶接作業者50の溶接作業の映像が表示される。採点データの項目には、溶接動作評価部34が溶接条件やトーチの動きなどを示す動作パラメータを採点した結果が、レーダーチャートで表示される。
Figure 2 is a diagram showing an example of the measurement data and the scoring results displayed on the
なお、図2に示す項目は、表示される項目の一例である。出力インターフェース40には、図2に示した項目の他に、溶接の特徴量のデータや、特徴量を演算して得られたデータなどを表示することもできる。
The items shown in FIG. 2 are examples of items that may be displayed. In addition to the items shown in FIG. 2, the
図3は、本実施例による溶接作業評価システムが実行する、溶接作業者50の溶接動作の採点処理のフローチャートである。採点される動作パラメータには、代表的なものとして、溶接速度、溶接トーチ角度、溶接トーチ高さ、電流値、及び電圧値等がある。以下では、採点される動作パラメータとして、溶接速度を例に挙げて説明する。
Figure 3 is a flowchart of the process of scoring the welding operation of a
ステップS00で、制御装置10は、溶接作業者50の溶接動作の採点処理を開始する。溶接動作の採点処理は、溶接作業者50の溶接作業の終了後に実施される。但し、溶接部角度5が予め既知であり設定値として制御装置10に入力されている場合には、溶接作業者50が溶接作業を実行している間に採点処理を行うこともできる。
In step S00, the
ステップS01で、制御装置10は、ユーザが指定した採点区間を入力する。ユーザは、入力インターフェース20を操作して採点区間を指定する。採点区間は、演算装置30が溶接動作を採点する時間範囲のことである。例えば、溶接作業者50が全部で45秒の溶接を行ったとして、このうち5秒から35秒までの範囲の動作を採点したい場合には、「5~35(秒)」という範囲を採点区間として指定する。この場合、採点される時間の長さは、30秒(=35秒-5秒)である。
In step S01, the
なお、一般的に、溶接の始まりと終わりには、始終端処理と呼ばれる特殊な溶接動作が実施されることが多い。溶接作業者50の溶接動作の採点処理では、始終端処理の動作を除いて採点することが望ましい。
In general, special welding operations called start and end processing are often performed at the beginning and end of welding. When scoring the welding operations of
ステップS02で、制御装置10は、ユーザが指定した採点間隔を入力する。ユーザは、入力インターフェース20を操作して採点間隔を指定する。採点間隔は、採点区間において、演算装置30が溶接動作を採点する時間間隔(ピッチ)のことである。例えば、0.5秒ごとに採点を実施したい場合には、「2.0(Hz)」を採点間隔として指定する。この場合、採点される時間の長さが30秒であると、制御装置10は、60回(=30秒×2.0Hz)の採点を行う。すなわち、採点区間には、60個の採点期間が存在する。
In step S02, the
ステップS03で、制御装置10は、ユーザが指定した採点アルゴリズムを入力する。上述したように、採点アルゴリズムは、例えば、予め1つまたは複数を制御装置10が記憶しており、ユーザは、この中から1つを選択することで採点アルゴリズムを指定することができる。また、ユーザは、入力インターフェース20を介して採点アルゴリズムを制御装置10に入力することで、採点アルゴリズムを指定してもよい。
In step S03, the
採点アルゴリズムとは、溶接作業者50の溶接動作を採点するための方法である。例えば、溶接動作のばらつきを採点する場合には、動作パラメータの目標値と標準偏差を含む理想動作データを用いて、採点アルゴリズムに従い、溶接動作を採点する。以下では、理想動作データに含まれる、動作パラメータの目標値と標準偏差のことを、それぞれ「理想動作の目標値」と「理想動作の標準偏差」と呼ぶ。採点アルゴリズムは、理想動作の目標値と理想動作の標準偏差を使って、どのように溶接動作(動作パラメータ)を採点するかということを定める基準であり、溶接の品質基準や溶接作業者50の訓練方針と密接に関わる。
The scoring algorithm is a method for scoring the welding action of the
図4は、採点アルゴリズムの一例を示す図であり、動作パラメータの値と採点における動作パラメータの点数との関係を示す図である。図4に示す採点アルゴリズムでは、動作パラメータの値が理想動作の目標値Gである場合には、点数が100点であり、動作パラメータの値が理想動作の目標値Gから理想動作の標準偏差σだけ大きい場合と小さい場合には、点数が0点であり、動作パラメータの値がこれらの間の値である場合には、点数が100点から0点まで線形に変化する。この採点アルゴリズムは、動作パラメータの値が目標値Gに近いほど高い品質が得られる動作の採点に向いている。なお、採点アルゴリズムは、図4に示すものに限らず、例えば実施例2で示すもの等、任意に定めることができる。 Figure 4 is a diagram showing an example of a scoring algorithm, and shows the relationship between the value of the motion parameter and the score of the motion parameter in scoring. In the scoring algorithm shown in Figure 4, when the value of the motion parameter is the target value G of the ideal motion, the score is 100 points, when the value of the motion parameter is larger or smaller than the target value G of the ideal motion by the standard deviation σ of the ideal motion, the score is 0 points, and when the value of the motion parameter is between these values, the score changes linearly from 100 points to 0 points. This scoring algorithm is suitable for scoring motions that have higher quality as the value of the motion parameter is closer to the target value G. Note that the scoring algorithm is not limited to the one shown in Figure 4, and can be determined arbitrarily, such as the one shown in Example 2, for example.
図3の説明に戻る。 Return to the explanation of Figure 3.
ステップS04で、制御装置10は、採点のループ処理を開始する。例えば、採点区間が5~35秒(採点される時間の長さが30秒)で、採点間隔が2.0Hzであれば、採点区間に60個の採点期間が存在し、制御装置10は、採点区間において60回の採点を実施する。以下では、採点区間のうちn番目の採点期間で採点されている(すなわち、60回の採点のうちn番目の採点が実施されている)として、n番目のループにおける処理を説明する。
In step S04, the
ステップS05で、制御装置10の溶接部角度計算部31は、n番目の採点期間における溶接部角度5を計算する。以下では、n番目の採点期間における溶接部角度5を角度φnで示すこともある。溶接部角度計算部31は、上述したように溶接部角度φnを計測データと予め入力された被溶接材3の形状と位置から計算するが、採点期間での平均的な値を溶接部角度φnとして求めてもよく、採点期間での中間の値を溶接部角度φnとして求めてもよい。
In step S05, the weld
なお、ユーザが溶接部角度φnを設定値として制御装置10に入力した場合には、ステップS05の処理を省略することもできる。
If the user inputs the weld angle φn as a set value into the
ステップS06で、制御装置10の理想動作データ生成部33は、溶接部角度φnを用いて、データベース35に格納されている複数の基準データのそれぞれについて、溶接作業者50の溶接作業における動作パラメータに対する寄与度(重みづけ)を求める。寄与度は、複数の基準データのそれぞれが、動作パラメータにおいてどの程度の割合を占めるかという重みづけを示す。基準データのそれぞれの寄与度は、溶接部角度φnで決められる。
In step S06, the ideal motion
基準データは、溶接姿勢に応じて予め任意に定められた、溶接動作のデータである。基準データは、それぞれの溶接姿勢における各動作パラメータの目標値と標準偏差が含まれており、データベース35に格納されている。本実施例では、一例として、4つの基準データ、すなわち上向溶接データ(UD)、下向溶接データ(DD)、立向溶接データ(VD)、及び横向溶接データ(HD)という基準データを使用する。上向溶接データ、下向溶接データ、立向溶接データ、及び横向溶接データは、それぞれ上向姿勢の溶接、下向姿勢の溶接、立向姿勢の溶接、及び横向姿勢の溶接における、例えば各動作パラメータの目標値と標準偏差のデータである。この目標値と標準偏差は、予め定められている。
The reference data is welding operation data that is arbitrarily determined in advance according to the welding position. The reference data includes the target value and standard deviation of each operation parameter in each welding position, and is stored in
図5は、基準データのそれぞれの、動作パラメータに対する寄与度を求める方法の例を説明するための図であり、被溶接材3、溶接部角度5(φn)、及び溶接トーチ2を示す図である。図5に示す例では、一例として、溶接部角度φnが60度である。
Figure 5 is a diagram for explaining an example of a method for determining the contribution of each piece of reference data to an operating parameter, and shows the
図5に示すように、立向溶接データの寄与度は、VDsin(φn)、下向溶接データの寄与度は、DDcos(φn)で計算される。なお、図5に示す例では、上向溶接データと横向溶接データの寄与度はゼロである。 As shown in FIG. 5, the contribution of vertical welding data is calculated as VDsin(φn), and the contribution of flat welding data is calculated as DDcos(φn). In the example shown in FIG. 5, the contributions of overhead welding data and horizontal welding data are zero.
図3の説明に戻る。 Return to the explanation of Figure 3.
ステップS07で、理想動作データ生成部33は、基準データの動作パラメータに対する寄与度を足し合わせて、溶接部角度φnにおける理想動作データを生成する。理想動作データには、溶接部角度φnにおける、溶接作業者50の溶接作業での動作パラメータの目標値と標準偏差が含まれる。
In step S07, the ideal motion
図5に示す例では、溶接部角度φnにおける理想動作データは、
{VDsin(φn)+DDcos(φn)}/(sin(φn)+cos(φn))
で計算される。例えば、溶接部角度φnが60度であり、動作パラメータである溶接速度について、立向溶接データ(VD)での目標値が150mm/minで標準偏差が30mm/minであり、下向溶接データ(DD)での目標値が100mm/minで標準偏差が20mm/minである場合には、理想動作の目標値は、132mm/minとなり、理想動作の標準偏差は、26mm/minとなる。
In the example shown in FIG. 5, the ideal operation data at the weld angle φn is
{VDsin(φn)+DDcos(φn)}/(sin(φn)+cos(φn))
For example, when the weld angle φn is 60 degrees, and the welding speed, which is an operation parameter, has a target value of 150 mm/min with a standard deviation of 30 mm/min in vertical welding data (VD) and a target value of 100 mm/min with a standard deviation of 20 mm/min in flat welding data (DD), the target value of the ideal operation is 132 mm/min and the standard deviation of the ideal operation is 26 mm/min.
ステップS08で、溶接動作評価部34は、n番目の採点期間において、採点アルゴリズムと理想動作データに基づいて、溶接作業者50の溶接作業におけるそれぞれの動作パラメータを採点する。溶接作業者50の動作パラメータは、計測装置7が測定した溶接トーチ2の動作、または溶接トーチ2に供給された電流、電圧、及び溶接材料の供給量から求めることができる。採点される動作パラメータの例には、上述したように、溶接速度、溶接トーチ角度、溶接トーチ高さ、電流値、及び電圧値等がある。
In step S08, the welding
図6は、動作パラメータの採点例を示す図である。本実施例では、動作パラメータは溶接速度であり、採点アルゴリズムには図4に示したものを用いている。採点アルゴリズムにおいて、理想動作の目標値は、132mm/minであり、理想動作の標準偏差は、26mm/minである。すなわち、溶接速度が132mm/minの場合には、動作パラメータの点数が100点であり、溶接速度が標準偏差の範囲内である場合には、点数が線形に変化し、溶接速度が標準偏差の範囲外(158mm/min以上または106mm/min以下)である場合には、点数が0点である。 Figure 6 shows an example of scoring an operation parameter. In this embodiment, the operation parameter is the welding speed, and the scoring algorithm shown in Figure 4 is used. In the scoring algorithm, the target value of ideal operation is 132 mm/min, and the standard deviation of ideal operation is 26 mm/min. That is, when the welding speed is 132 mm/min, the score of the operation parameter is 100 points, when the welding speed is within the range of the standard deviation, the score changes linearly, and when the welding speed is outside the range of the standard deviation (158 mm/min or more or 106 mm/min or less), the score is 0 points.
溶接動作評価部34は、このような採点アルゴリズムと理想動作データに基づいて、溶接作業者50の溶接速度を採点する。図6に示すように、n番目の採点期間において、溶接作業者50の溶接速度が145mm/minであるとすると、点数は50点である。
The welding
図3の説明に戻る。 Return to the explanation of Figure 3.
ステップS09で、溶接動作評価部34は、採点区間の全ての採点期間について採点を行ったか否かを判定する。本実施例では、採点区間に60個の採点期間が存在する。従って、nが60未満の場合には、全ての採点期間について採点が行われていないので、nを1つ増やして(nをn+1として)ステップS04の処理に戻る。nが60であると、全ての採点期間について採点を行ったので、ステップS10の処理を実施する。
In step S09, the welding
ステップS09の処理が終了した時点で、採点区間の全ての採点期間について、理想動作データの生成と溶接作業者50の動作パラメータの採点が終了している。
When the processing of step S09 is completed, the generation of ideal motion data and the scoring of the motion parameters of the
ステップS10で、溶接動作評価部34は、動作パラメータごとに、採点区間における動作パラメータの点数を平均化する。例えば、採点区間に60個の採点期間が存在し、動作パラメータ(溶接速度)について、1番目の採点期間の点数が40点、2番目の採点期間の点数が65点、n番目(3≦n≦59)の採点期間の点数が50点、60番目の採点期間の点数が80点の場合には、溶接作業者50の溶接作業における動作パラメータの点数は、次のように平均化される。
(40+65+・・・+50+・・・80)/60
溶接動作評価部34は、この採点結果を出力インターフェース40に送信する。なお、溶接動作評価部34は、採点区間における動作パラメータの点数を平均化せずに、動作パラメータの点数が予め定めた基準値より高い採点期間や低い採点期間を求め、求めた採点期間を採点結果として出力インターフェース40に送信してもよい。
In step S10, welding
(40 + 65 + ... + 50 + ... 80) / 60
The welding
ステップS11で、制御装置10は、各動作パラメータの採点が終了したので、溶接作業者50の溶接動作の採点処理を終了する。
In step S11, the
出力インターフェース40は、これらの採点結果や計測データ等の、制御装置10が演算したり入力したりして得たデータや情報を表示することができる。本実施例による溶接作業評価システムは、このようなデータや情報を可視化して表示することで、溶接作業者50を効果的に訓練することができる。また、このようなデータや情報は、自動的にデータベース32に保存され、今後の溶接作業者50の訓練に役立てることもできる。
The
本実施例による溶接作業評価システムは、以上の構成を備え、溶接作業の技能を容易に評価することができる。 The welding work evaluation system according to this embodiment has the above configuration and can easily evaluate welding work skills.
図7は、本発明の実施例2による溶接作業評価システムの構成と、溶接作業者50の溶接作業を示す模式図である。溶接作業者50は、工場プラント等の現地溶接で多く見られる配管溶接を実施している。
Figure 7 is a schematic diagram showing the configuration of a welding work evaluation system according to Example 2 of the present invention and the welding work of a
本実施例による溶接作業評価システムは、モーションキャプチャ装置12と、データロガー8と、制御装置10を備え、溶接作業者50の溶接作業の技能(溶接技能)を評価する。図7に示した装置、例えば、デジタル溶接機1、モーションキャプチャ装置12、データロガー8、及び制御装置10は、無線LANまたは有線LAN等の通信網を介して相互に接続されている。
The welding work evaluation system according to this embodiment includes a
本実施例では、被溶接材3は、配管等の円筒状部材である。一例として、溶接作業者50は、被溶接材3を、垂直な固定壁9に対して水平に溶接する。
In this embodiment, the
溶接トーチ2の先端付近には、モーションキャプチャ装置12に反応するセンサーとして、反射材が塗布された複数のマーカ11が装着されている。
A number of
モーションキャプチャ装置12は、固定壁9の周囲で溶接作業者50の作業位置の周りに設置されており、溶接トーチ2が備えるマーカ11の位置を計測する計測装置である。モーションキャプチャ装置12は、実施例1での計測装置7(図1)に対応し、マーカ11の位置を基に、溶接トーチ2の動作を測定する。モーションキャプチャ装置12は、溶接トーチ2のマーカ11からの反射光に基づいて溶接トーチ2の3次元的な位置を検出し、溶接トーチ2の先端の動きと角度を詳細に求めることができる。モーションキャプチャ装置12は、これによって、被溶接材3に対する溶接トーチ2の位置と角度(傾き)を特定することができる。
The
なお、図7には、一例として、本実施例による溶接作業評価システムが2台のモーションキャプチャ装置12を備える構成を示している。本実施例による溶接作業評価システムが備えるモーションキャプチャ装置12の数は、1台でも3台以上でもよい。3台以上のモーションキャプチャ装置12が設置されると、測定精度を高めたり測定範囲を広くしたりすることができる。
In addition, FIG. 7 shows, as an example, a configuration in which the welding work evaluation system according to this embodiment is equipped with two
本実施例での制御装置10は、実施例1での制御装置10(図1)と同様の構成を備える。但し、溶接部角度5は、入力インターフェース20が入力する設定値に含まれない(すなわち、ユーザは、溶接部角度5を入力しない)。溶接部角度5は、溶接部角度計算部31が計算する。また、制御装置10は、円筒状部材である被溶接材3の形状と位置(溶接される位置の空間座標)が予めユーザによって入力され、これらを記憶している。
The
本実施例による溶接作業評価システムが実行する、溶接作業者50の溶接動作の採点処理のフローチャートは、図3と同一である。以下では、本実施例による溶接作業評価システムが実行する採点処理について、実施例1で説明した点と異なる点を主に説明する。
The flowchart of the scoring process of the welding operation of the
本実施例では、円筒状部材である被溶接材3の固定壁9への溶接において、溶接作業者50が、立向姿勢での上進溶接から下向姿勢の溶接への作業を75秒間かけて行ったとして説明する。
In this example, the
図3のステップS00で、制御装置10は、溶接作業者50の溶接動作の採点処理を開始する。溶接動作の採点処理は、溶接作業者50の溶接作業の終了後に実施される。
In step S00 of FIG. 3, the
ステップS01で、制御装置10は、ユーザが指定した採点区間を入力する。例えば、溶接作業者50が全部で75秒の溶接を行ったとして、このうち10秒から70秒までの範囲の動作を採点したい場合には、「10~70(秒)」という範囲を採点区間として指定する。この場合、採点される時間の長さは、60秒(=70秒-10秒)である。
In step S01, the
ステップS02で、制御装置10は、ユーザが指定した採点間隔を入力する。例えば、5秒ごとに採点を実施したい場合には、「0.2(Hz)」を採点間隔として指定する。この場合、採点される時間の長さが60秒であると、制御装置10は、12回(=60秒×0.2Hz)の採点を行う。すなわち、採点区間には、12個の採点期間が存在する。
In step S02, the
ステップS03で、制御装置10は、ユーザが指定した採点アルゴリズムを入力する。本実施例では、制御装置10は、3つの採点アルゴリズムを備えており、ユーザは、この中から1つを選択することで採点アルゴリズムを指定する。
In step S03, the
図8A、8B、8Cは、本実施例における採点アルゴリズムの例を示す図であり、動作パラメータの値と採点における動作パラメータの点数との関係を示す図である。 Figures 8A, 8B, and 8C are diagrams showing an example of a scoring algorithm in this embodiment, and show the relationship between the values of the motion parameters and the scores of the motion parameters in scoring.
図8Aに示す採点アルゴリズムは、図4に示した採点アルゴリズムと同一である。 The scoring algorithm shown in Figure 8A is the same as the scoring algorithm shown in Figure 4.
図8Bに示す採点アルゴリズムでは、動作パラメータの値が理想動作の目標値Gである場合には、点数が100点であり、動作パラメータの値が理想動作の目標値Gから理想動作の標準偏差σだけ大きい場合と小さい場合には、点数が0点であり、動作パラメータの値がさらに理想動作の標準偏差σだけ大きい場合と小さい場合には、点数が-100点であり、動作パラメータの値がこれらの間の値である場合には、点数が100点から-100点まで線形に変化する。この採点アルゴリズムは、動作パラメータの値が目標値Gから大きく乖離すると品質不良を引き起こす等の場合に用いられ、溶接作業者50に禁止動作を設定したい場合の採点に向いている。
In the scoring algorithm shown in FIG. 8B, when the value of the operation parameter is the target value G of the ideal operation, the score is 100 points, when the value of the operation parameter is greater or less than the target value G of the ideal operation by the standard deviation σ of the ideal operation, the score is 0 points, when the value of the operation parameter is greater or less than the standard deviation σ of the ideal operation, the score is -100 points, and when the value of the operation parameter is between these values, the score changes linearly from 100 points to -100 points. This scoring algorithm is used in cases where a large deviation of the value of the operation parameter from the target value G causes quality defects, and is suitable for scoring when it is desired to set prohibited operations for the
図8Cに示す採点アルゴリズムでは、動作パラメータの値が理想動作の目標値Gである場合には、点数が100点であり、動作パラメータの値が理想動作の目標値Gから理想動作の標準偏差σだけ大きい場合と小さい場合には、点数が0点であり、動作パラメータの値がこれらの間の値である場合には、点数が100点である。この採点アルゴリズムは、動作パラメータの値が目標値Gから乖離していても、標準偏差σに含まれる範囲内であれば、品質に大きな差がなくて品質不良が発生しない場合の採点に向いている。 In the scoring algorithm shown in FIG. 8C, if the value of the operation parameter is the target value G of the ideal operation, the score is 100 points, if the value of the operation parameter is greater or less than the target value G of the ideal operation by the standard deviation σ of the ideal operation, the score is 0 points, and if the value of the operation parameter is between these values, the score is 100 points. This scoring algorithm is suitable for scoring cases where the value of the operation parameter deviates from the target value G, but is within the range included in the standard deviation σ, there is no significant difference in quality and no quality defects will occur.
本実施例では、ユーザが図8Aに示す採点アルゴリズムを選択したとする。 In this example, it is assumed that the user selects the scoring algorithm shown in Figure 8A.
図3の説明に戻る。 Return to the explanation of Figure 3.
ステップS04で、制御装置10は、採点のループ処理を開始する。例えば、採点区間が10~70秒(採点される時間の長さが60秒)で、採点間隔が0.2Hzであれば、採点区間に12個の採点期間が存在し、制御装置10は、採点区間において12回の採点を実施する。以下では、採点区間のうちn番目の採点期間で採点されている(すなわち、12回の採点のうちn番目の採点が実施されている)として、n番目のループにおける処理を説明する。
In step S04, the
ステップS05で、制御装置10の溶接部角度計算部31は、n番目の採点期間における溶接部角度φnを計算する。
In step S05, the weld
ここで、図9を用いて、本実施例における溶接部角度φnの計算方法を説明する。 Here, we will use Figure 9 to explain how to calculate the weld angle φn in this example.
図9は、本実施例において、溶接部角度φnを計算する方法の例を説明するための図であり、被溶接材3、溶接部角度5(φn)、及び溶接トーチ2を示す図である。上述したように、制御装置10は、被溶接材3の形状と位置(溶接される位置の空間座標)を予め記憶している。
Figure 9 is a diagram for explaining an example of a method for calculating the weld angle φn in this embodiment, and shows the
以下では、説明を分かり易くするために、円筒状の被溶接材3の中心軸の位置でX軸(水平軸)とY軸が交わっており、被溶接材3の外周半径がRであるとする。また、モーションキャプチャ装置12により、溶接トーチ2の先端の位置の座標(Xn、Yn)が測定されたとする。
In the following, for ease of understanding, it is assumed that the X-axis (horizontal axis) and Y-axis intersect at the position of the central axis of the
被溶接材3の外周半径Rは、
R=√(Xn^2+Yn^2) (1)
と表される。
The outer circumferential radius R of the
R=√(Xn^2+Yn^2) (1)
This is expressed as:
配管の溶接は、配管の外周に沿って行われる。従って、配管等の円筒状部材である被溶接材3が溶接されている間は、溶接トーチ2の先端は、常に被溶接材3の外周上に位置する。このため、溶接部角度φnは、図9に示すように、溶接トーチ2の先端の位置における被溶接材3の外周に対する接線とX軸(水平軸)とがなす角度となる。幾何学的には、
sin(φn)=R/Xn (2)
と表される。
Pipe welding is performed along the outer periphery of the pipe. Therefore, while the
sin(φn)=R/Xn (2)
This is expressed as:
式(1)、(2)より、溶接部角度φnは、次式で求められる。
φn=arcsin(√(Xn^2+Yn^2)/Xn) (3)
溶接部角度計算部31は、式(3)から、モーションキャプチャ装置12が測定した溶接トーチ2の先端の座標(Xn、Yn)を用いて溶接部角度φnを計算する。
From equations (1) and (2), the weld angle φn can be calculated by the following equation.
φn=arcsin(√(Xn^2+Yn^2)/Xn) (3)
The weld
なお、被溶接材3の外周半径Rが既知であれば、式(3)がRを含んでもよいが、溶接の積層により外周半径Rが大きくなっていくため、溶接トーチ2の先端の位置の座標(Xn、Yn)から溶接部角度φnを求める方が望ましい。また、採点間隔(採点のサンプリング周波数)が大きい場合には、採点期間において溶接部角度φnが徐々に変化していくので、溶接部角度φnとしてこの採点期間における代表的な値を使用することが望ましい。例えば、本実施例では、採点期間における代表的な値として、溶接部角度φnの平均値を用いる。
If the outer radius R of the
図3の説明に戻る。 Return to the explanation of Figure 3.
ステップS06で、制御装置10の理想動作データ生成部33は、溶接部角度φnを用いて、データベース35に格納されている複数の基準データのそれぞれについて、溶接作業者50の溶接作業における動作パラメータに対する寄与度(重みづけ)を求める。基準データのそれぞれの寄与度は、溶接部角度φnで決められる。
In step S06, the ideal motion
ステップS07で、理想動作データ生成部33は、基準データの動作パラメータに対する寄与度を足し合わせて、溶接部角度φnにおける理想動作データを生成する。理想動作データには、溶接部角度φnにおける、溶接作業者50の溶接作業での動作パラメータの目標値と標準偏差が含まれる。
In step S07, the ideal motion
溶接部角度φnにおける理想動作データは、実施例1と同様に、
{VDsin(φn)+DDcos(φn)}/(sin(φn)+cos(φn))
で計算される。例えば、溶接部角度φnが60度であり、動作パラメータである溶接速度について、立向溶接データ(VD)での目標値が150mm/minで標準偏差が15mm/minであり、下向溶接データ(DD)での目標値が100mm/minで標準偏差が30mm/minである場合には、理想動作の目標値は、132mm/minとなり、理想動作の標準偏差は、20mm/minとなる。
The ideal operation data at the weld angle φn is, as in Example 1,
{VDsin(φn)+DDcos(φn)}/(sin(φn)+cos(φn))
For example, if the weld angle φn is 60 degrees, and the welding speed, which is an operation parameter, has a target value of 150 mm/min with a standard deviation of 15 mm/min in vertical welding data (VD) and a target value of 100 mm/min with a standard deviation of 30 mm/min in flat welding data (DD), the target value of the ideal operation is 132 mm/min and the standard deviation of the ideal operation is 20 mm/min.
ステップS08で、溶接動作評価部34は、n番目の採点期間において、採点アルゴリズムと理想動作データに基づいて、溶接作業者50の溶接作業におけるそれぞれの動作パラメータを採点する。
In step S08, the welding
図10は、動作パラメータの採点例を示す図である。本実施例では、動作パラメータは溶接速度であり、採点アルゴリズムには図8Aに示したものを用いている。採点アルゴリズムにおいて、理想動作の目標値は、132mm/minであり、理想動作の標準偏差は、20mm/minである。すなわち、溶接速度が132mm/minの場合には、動作パラメータの点数が100点であり、溶接速度が標準偏差の範囲内である場合には、点数が線形に変化し、溶接速度が標準偏差の範囲外(152mm/min以上または112mm/min以下)である場合には、点数が0点である。 Figure 10 is a diagram showing an example of scoring of an operation parameter. In this embodiment, the operation parameter is the welding speed, and the scoring algorithm shown in Figure 8A is used. In the scoring algorithm, the target value of ideal operation is 132 mm/min, and the standard deviation of ideal operation is 20 mm/min. That is, when the welding speed is 132 mm/min, the score of the operation parameter is 100 points, when the welding speed is within the range of the standard deviation, the score changes linearly, and when the welding speed is outside the range of the standard deviation (152 mm/min or more or 112 mm/min or less), the score is 0 points.
溶接動作評価部34は、このような採点アルゴリズムと理想動作データに基づいて、溶接作業者50の溶接速度を採点する。図10に示すように、n番目の採点期間において、溶接作業者50の溶接速度が122mm/minであるとすると、点数は50点である。
The welding
図3の説明に戻る。 Return to the explanation of Figure 3.
ステップS09で、溶接動作評価部34は、採点区間の全ての採点期間について採点を行ったか否かを判定する。本実施例では、採点区間に12個の採点期間が存在する。従って、nが12未満の場合には、全ての採点期間について採点が行われていないので、nを1つ増やして(nをn+1として)ステップS04の処理に戻る。nが12であると、全ての採点期間について採点を行ったので、ステップS10の処理を実施する。
In step S09, the welding
ステップS09の処理が終了した時点で、採点区間の全ての採点期間について、理想動作データの生成と溶接作業者50の動作パラメータの採点が終了している。
When the processing of step S09 is completed, the generation of ideal motion data and the scoring of the motion parameters of the
図11Aは、本実施例において生成された理想動作データの例を示す図である。本実施例では、採点区間が10~70秒(採点される時間の長さが60秒)で、採点間隔が0.2Hzであるので、採点区間において12個の採点期間が存在し12回の採点が実施される。図11Aには、この60秒の採点時間において生成された動作パラメータ(溶接速度)の目標値Gと標準偏差σを示している。図11Aにおいて、横軸が時間の経過を示し、縦軸が溶接速度を示す。なお、この60秒の採点時間の間に、溶接位置角度θ(図9)が0度から90度までの溶接が行われる。 Figure 11A is a diagram showing an example of ideal operation data generated in this embodiment. In this embodiment, the scoring section is 10 to 70 seconds (the length of time scored is 60 seconds) and the scoring interval is 0.2 Hz, so there are 12 scoring periods in the scoring section and 12 scorings are performed. Figure 11A shows the target value G and standard deviation σ of the operation parameter (welding speed) generated during this 60-second scoring time. In Figure 11A, the horizontal axis indicates the passage of time and the vertical axis indicates the welding speed. During this 60-second scoring time, welding is performed with the welding position angle θ (Figure 9) ranging from 0 degrees to 90 degrees.
図11Bは、図11Aに示した理想動作データに、溶接作業者50の溶接作業における動作パラメータ(溶接速度)の値Pと、その採点結果である点数Sを示した図である。溶接作業者50の溶接速度の値Pが目標値Gに近い方ほど、点数Sが高くなり、値Pが目標値Gから離れるにつれて、点数Sが低くなっていき、値Pが標準偏差σの範囲から外れると、点数Sが0点になる。
Figure 11B shows the ideal motion data shown in Figure 11A, along with the value P of the motion parameter (welding speed) in the welding operation of
図3の説明に戻る。 Return to the explanation of Figure 3.
ステップS10で、溶接動作評価部34は、動作パラメータごとに、採点区間における動作パラメータの点数を平均化する。図11Aと図11Bに示した例について説明する。図11Aと図11Bに示すように、採点区間には、12個の採点期間が存在する。溶接作業者50の溶接作業における動作パラメータ(溶接速度)の点数は、これら12個の採点期間について次のように平均化される。
(57+53+0+83+55+85+28+58+86+52+33+21)/12
すなわち、この採点区間における、溶接作業者50の溶接速度の点数は、51点である。
In step S10, welding
(57 + 53 + 0 + 83 + 55 + 85 + 28 + 58 + 86 + 52 + 33 + 21) / 12
That is, the welding speed score of the
なお、溶接動作評価部34は、採点区間における動作パラメータの点数を平均化せずに、動作パラメータの点数が予め定めた基準値より高い採点期間や低い採点期間を求め、求めた採点期間を採点結果として出力インターフェース40に送信してもよい。
In addition, the welding
ステップS11で、制御装置10は、各動作パラメータの採点が終了したので、溶接作業者50の溶接動作の採点処理を終了する。
In step S11, the
出力インターフェース40は、これらの採点結果や計測データ等の、制御装置10が演算したり入力したりして得たデータや情報を表示することができる。本実施例による溶接作業評価システムは、このようなデータや情報を可視化して表示することで、溶接作業者50を効果的に訓練することができる。また、このようなデータや情報は、自動的にデータベース32に保存され、今後の溶接作業者50の訓練に役立てることもできる。
The
本実施例による溶接作業評価システムは、以上の構成を備え、実施例1による溶接作業評価システムと同様に、溶接作業の技能を容易に評価することができる。 The welding work evaluation system according to this embodiment has the above configuration and can easily evaluate welding work skills in the same way as the welding work evaluation system according to Example 1.
なお、本発明は、上記の実施例に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、上記の実施例は、本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、本発明は、必ずしも説明した全ての構成を備える態様に限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、削除したり、他の構成を追加・置換したりすることが可能である。 The present invention is not limited to the above-mentioned examples, and various modifications are possible. For example, the above-mentioned examples have been described in detail to clearly explain the present invention, and the present invention is not necessarily limited to an embodiment that includes all of the configurations described. It is also possible to replace part of the configuration of one example with the configuration of another example. It is also possible to add the configuration of another example to the configuration of one example. It is also possible to delete part of the configuration of each example, or to add or replace other configurations.
1…デジタル溶接機、2…溶接トーチ、3…被溶接材、4…溶接ビード、5…溶接部角度、6…センサー、7…計測装置、8…データロガー、9…固定壁、10…制御装置、11…マーカ、12…モーションキャプチャ装置、20…入力インターフェース、30…演算装置、31…溶接部角度計算部、32…データベース、33…理想動作データ生成部、34…溶接動作評価部、35…データベース、40…出力インターフェース、50…溶接作業者。 1...digital welding machine, 2...welding torch, 3...workpiece, 4...welding bead, 5...welding angle, 6...sensor, 7...measuring device, 8...data logger, 9...fixed wall, 10...control device, 11...marker, 12...motion capture device, 20...input interface, 30...arithmetic unit, 31...welding angle calculation unit, 32...database, 33...ideal motion data generation unit, 34...welding motion evaluation unit, 35...database, 40...output interface, 50...welding operator.
Claims (3)
複数の基準データを格納したデータベースと、
複数の前記基準データを用いて、溶接部角度における理想動作データを生成する理想動作データ生成部と、
前記計測装置が測定した前記溶接トーチの動作から求めた前記溶接作業者の溶接動作を、採点アルゴリズムと前記理想動作データに基づいて採点する溶接動作評価部と、
前記溶接部角度を算出する溶接部角度計算部と、
を備え、
前記基準データは、溶接姿勢に応じて任意に定められた、溶接動作のデータであり、前記溶接姿勢における動作パラメータを含み、
前記溶接部角度は、予め定められた基準面に対する前記被溶接材の溶接部の表面の角度であり、
前記理想動作データは、前記溶接作業者が目標とする溶接動作についてのデータであり、前記溶接部角度における、前記溶接作業者の溶接作業での前記動作パラメータを含み、
前記採点アルゴリズムは、前記溶接作業者の溶接動作を採点するための方法であり、
前記溶接部角度計算部は、前記計測装置が測定した前記溶接トーチの動作と予め入力された前記被溶接材の形状から、採点が実施される採点期間における前記溶接部角度を計算し、
前記理想動作データ生成部は、前記溶接部角度を用いて、複数の前記基準データのそれぞれについて、前記溶接作業者の溶接作業における前記動作パラメータに対する重みづけである寄与度を求め、前記寄与度を足し合わせて、前記溶接部角度における前記理想動作データを生成し、
前記寄与度は、前記溶接部角度で決められ、
前記溶接動作評価部は、前記採点期間において、前記採点アルゴリズムと前記理想動作データに基づいて、前記溶接作業者の溶接作業における前記動作パラメータを採点する、
ことを特徴とする溶接作業評価システム。 A measuring device for measuring the movement of a welding torch held by a welding operator who welds a workpiece;
A database storing multiple reference data;
an ideal motion data generating unit that generates ideal motion data at a weld angle using a plurality of the reference data;
a welding action evaluation unit that scores the welding action of the welding operator obtained from the action of the welding torch measured by the measurement device based on a scoring algorithm and the ideal action data;
A weld angle calculation unit that calculates the weld angle;
Equipped with
The reference data is data of a welding operation that is arbitrarily determined according to a welding position, and includes operation parameters in the welding position.
The weld angle is an angle of a surface of the weld of the workpiece relative to a predetermined reference plane,
The ideal motion data is data regarding a welding motion targeted by the welding operator, and includes the motion parameters in the welding operation of the welding operator at the weld angle,
The scoring algorithm is a method for scoring the welding action of the welding operator,
the weld angle calculation unit calculates the weld angle during a marking period in which marking is performed based on the movement of the welding torch measured by the measurement device and the shape of the welded material input in advance,
the ideal motion data generating unit uses the weld angle to obtain a contribution degree, which is a weighting of the motion parameter in the welding work of the welding operator, for each of the plurality of reference data, and adds up the contribution degrees to generate the ideal motion data for the weld angle;
The contribution is determined by the weld angle,
The welding action evaluation unit scores the action parameters in the welding action of the welding operator based on the scoring algorithm and the ideal action data during the scoring period.
A welding work evaluation system comprising:
前記採点アルゴリズムは、ユーザが前記入力インターフェースを操作することで指定される、
請求項1に記載の溶接作業評価システム。 Equipped with an input interface,
The scoring algorithm is specified by a user operating the input interface.
The welding operation evaluation system according to claim 1 .
前記計測装置は、前記マーカの位置を計測するモーションキャプチャ装置であり、前記マーカの位置を基に前記溶接トーチの動作を測定する、
請求項1に記載の溶接作業評価システム。 The welding torch includes a marker;
The measuring device is a motion capture device that measures the position of the marker and measures the movement of the welding torch based on the position of the marker.
The welding operation evaluation system according to claim 1 .
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2020179128A1 (en) | 2019-03-06 | 2020-09-10 | 株式会社日立製作所 | Learning assist system, learning assist device, and program |
| US20210090454A1 (en) | 2014-08-18 | 2021-03-25 | Illinois Tool Works Inc. | Weld training systems and methods |
| WO2021114786A1 (en) | 2019-12-09 | 2021-06-17 | 华为技术有限公司 | Plug-in structure and device interconnection system |
| CN113160644A (en) | 2021-04-02 | 2021-07-23 | 湖南交通职业技术学院 | Intelligent training platform and training method for welding industrial robot in modular design |
| JP2021189380A (en) | 2020-06-03 | 2021-12-13 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Welding work evaluation device, welding work evaluation method and program |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20210090454A1 (en) | 2014-08-18 | 2021-03-25 | Illinois Tool Works Inc. | Weld training systems and methods |
| WO2020179128A1 (en) | 2019-03-06 | 2020-09-10 | 株式会社日立製作所 | Learning assist system, learning assist device, and program |
| WO2021114786A1 (en) | 2019-12-09 | 2021-06-17 | 华为技术有限公司 | Plug-in structure and device interconnection system |
| JP2021189380A (en) | 2020-06-03 | 2021-12-13 | 日立Geニュークリア・エナジー株式会社 | Welding work evaluation device, welding work evaluation method and program |
| CN113160644A (en) | 2021-04-02 | 2021-07-23 | 湖南交通职业技术学院 | Intelligent training platform and training method for welding industrial robot in modular design |
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