焊接技能教育支援裝置製造方法
2023-05-16 00:14:26 2
焊接技能教育支援裝置製造方法
【專利摘要】本發明提供一種焊接技能教育支援系統，能夠容易地模擬焊接環境，即使是學生一人的自學也能夠教育、矯正或指導焊接作業。具有：模擬焊炬的操作單元(2)；模擬母材的顯示器(3)；輸出模擬了焊接作業的焊接音的揚聲器(4)；將在使操作單元(2)在顯示器(3)上移動時的與操作單元(2)的動作對應的焊道的圖像顯示於顯示器(3)並從揚聲器(4)輸出與操作單元(2)的動作對應的焊接音的控制裝置(5)；保持操作單元(2)並能夠輸入輸出操作單元(2)的前端部(T)的位置信息(D)的三維輸入輸出裝置(6)；及存儲位置信息(D)的存儲裝置(7)，控制裝置(5)基於對操作單元(2)進行操作而由三維輸入輸出裝置(6)輸出的位置信息(D)來選擇並輸出焊道的圖像和焊接音的種類。
【專利說明】焊接技能教育支援裝置
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種焊接技能教育支援裝置，特別是涉及用於使用力覺設備來模擬焊接環境並活用視覺、聽覺、力覺等來對學生教育、矯正或指導焊接技能的焊接技能教育支援
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】
[0002]以往，焊接技能是，一位老師主管多名學生，使用實物焊炬對練習用的試驗體進行焊接，從而在以目視確認焊接姿勢、焊炬角度、焊接速度、焊線突出量等基本技能的同時，通過口頭、實際演習、操作輔助等進行教育、矯正或指導。這樣的技能訓練中，雖然能夠體會實際的焊接作業，但是由於同時教育眾多學生，所以難以對全體學生的焊接作業每次進行檢查、指導，是沒有效率的。另外，由於實際進行焊接作業，所以也存在以下問題:需要焊炬、焊線進給裝置、焊接作業場等設施、設備，能夠訓練的場所被限定，並且在訓練後產生廢棄物(焊接後的試驗體)。因此，已經提出了模擬焊接環境、焊接過程來進行教育的方法(例如參照專利文獻I和專利文獻2)。
[0003]例如，專利文獻I中公開了用於模擬焊接過程的裝置。該裝置由具有輸入裝置和輸出裝置的計算機、焊炬、具有至少一個發送機和多個傳感器的磁位置監視裝置、被模擬的被加工物用的保持裝置、用於在輸出裝置上生成二維或三維圖像的視覺化裝置構成。焊炬和被加工物不是實物，而是模擬了形狀等的假想設備，從這些設備將位置信息等輸入計算機，從而生成模擬了實際上可產生的焊接狀態(例如焊道、光弧等)的圖像、影像，並顯示給用戶。
[0004]另外，在專利文獻2中記載有手操作焊接訓練方法，這是一種訓練從事手操作焊接施工的焊接工的方法，在進行手操作焊接施工的模擬焊接訓練時計測與焊接工的動作和焊接訓練環境的狀態有關的數據，基於該計測數據來提取焊接工的頭部位置、頭部移動、手的位置、手的移動、臉的朝向、向焊接部施加的熱輸入量、熱輸入方向和模擬焊接部的熔化狀態、熔敷狀態等特徵量，參照以往進行的焊接施工時得到的正常時和不良情況發生時的數據與該提取出的特徵量來判定模擬焊接狀態是否良好，另一方面基於特徵量來生成焊接部的圖像，將包含該生成的圖像和判定結果的與模擬焊接狀態的推移有關的信息以能夠認知的方式提示給焊接訓練中的焊接工。該訓練方法中，焊炬和被加工物(試驗體)也不使用實物，而使用模擬了形狀等的假想設備。
[0005]專利文獻1:日本特表2011 — 526208號公報
[0006]專利文獻2:日本專利第4129342號公報
【發明內容】
[0007]發明要解決的課題
[0008]在上述專利文獻1、專利文獻2所記載的裝置中，為了模擬焊接環境，需要模擬焊炬、試驗體(被加工物)的假想設備，必須準備與實際進行的焊接的種類對應的假想設備(特別是試驗體)。另外，為了取得假想焊炬、學生姿勢等位置信息等，需要多個傳感器、相機，所以還存在裝置複雜化、大型化的問題。
[0009]本發明是鑑於上述問題而研發的，其目的在於提供一種焊接技能教育支援裝置，能夠容易地模擬焊接環境，即使是學生一人的自學也能夠教育、矯正或指導焊接作業。
[0010]用於解決課題的手段
[0011]根據本發明，提供一種焊接技能教育支援裝置，對以下的焊接作業的教育進行支援:使焊炬接近母材的表面，在將焊線送出並使之熔化而焊接所述母材，所述焊接技能教育支援裝置的特徵在於，具有:操作單元，模擬所述焊炬；顯示器，模擬所述母材；揚聲器，輸出模擬了所述焊接作業的焊接音；控制裝置，將在使所述操作單元在所述顯示器上移動時的與所述操作單元的動作對應的焊道的圖像顯示於所述顯示器，並且使與所述操作單元的動作對應的焊接音從所述揚聲器輸出；三維輸入輸出裝置，保持所述操作單元並且能夠輸入輸出所述操作單元的前端部的位置信息；及存儲裝置，存儲所述位置信息，所述控制裝置基於對所述操作單元進行操作而由所述三維輸入輸出裝置輸出的所述位置信息來選擇並輸出所述焊道的圖像和所述焊接音的種類。
[0012]也可以是，所述存儲裝置存儲模擬了適當的焊接作業的所述操作單元的前端部的位置信息即基準數據，所述控制裝置將對所述操作單元進行了操作時的所述位置信息與所述基準數據進行比較，在差超過容許值的情況下，使顯示於所述顯示器上的所述焊道的寬度或熔池的顏色及從所述揚聲器輸出的所述焊接音的長度或音程變化。
[0013]另外，也可以是，所述控制裝置將對所述操作單元進行了操作時的所述位置信息與所述基準數據進行比較，在差超過容許值的情況下，對所述三維輸入輸出裝置輸出信號以使所述操作單元的前端部與所述基準數據一致。
[0014]另外，也可以是，所述控制裝置將對所述操作單元進行了操作時的所述位置信息與所述基準數據進行比較，計測差超過容許值的次數並進行計分。
[0015]另外，也可以是，所述位置信息包含所述操作單元的前端坐標，所述控制單元根據所述前端坐標而算出所述顯示器與所述操作單元的分隔距離，該分隔距離當作對焊線突出量進行模擬而選擇並輸出所述焊道的圖像和所述焊接音的種類。另外，也可以是，所述控制裝置將在所述顯示器上投影所述前端坐標所得的目標點顯示於所述顯示器上。
[0016]另外，也可以是，所述控制裝置可選擇地具有:記錄模式，使對所述操作單元進行了操作時的位置信息存儲於所述存儲裝置中；計分模式，與存儲於所述存儲裝置中的模擬了適當的焊接作業的位置信息進行比較而進行評價；自學模式，與存儲於所述存儲裝置中的模擬了適當的焊接作業的位置信息進行比較而對所述三維輸入輸出裝置輸入適當的位置信息並施加反力；模擬模式，將存儲於所述存儲裝置中的模擬了適當的焊接作業的位置信息向所述三維輸入輸出裝置輸入而再現所述操作單元的適當的動作；及再生模式，基於存儲於所述存儲裝置中的所述位置信息來選擇並輸出所述焊道的圖像和所述焊接音的種類。
[0017]另外，也可以是，所述控制裝置根據時間的經過而使所述焊道的顏色變化。
[0018]另外，也可以是，至少具有具備所述操作單元、所述顯示器和所述三維輸入輸出裝置的作業臺及支撐該作業臺的支撐臺，所述作業臺以能夠變更所述顯示器的角度的方式配置於所述支撐臺。
[0019]發明效果
[0020]根據上述的本發明的焊接技能教育支援裝置，通過三維輸入輸出裝置取得並記錄模擬焊炬的操作單元的位置信息，並且輸出與位置信息對應的圖像、聲音，從而能夠容易地模擬焊接環境。另外，通過顯示於顯示器上的圖像、從揚聲器輸出的聲音，即使是學生一人的自學也能夠利用視覺和聽覺來進行焊接作業的教育。另外，通過記錄位置信息，能夠在事後在任意時間再現學生進行的模擬焊接作業，能夠容易地再生圖像、聲音，即使在實際的模擬作業時老師不跟隨，也能夠在事後對各學生單獨進行指導。
[0021]另外，通過與基準數據進行比較，能夠通過圖像、聲音提醒注意，或者能夠通過計分而進行評價，或者通過對三維輸入輸出裝置施加反力，而能夠在視覺和聽覺的基礎上利用力覺來矯正焊接作業。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]圖1是表示本發明的實施方式的焊接技能教育支援裝置的整體結構圖，(a)表示俯視圖，(b)表不主視圖，(C)表不變形後的主視圖。
[0023]圖2是表示圖1所示的三維輸入輸出裝置的圖，(a)表示整體結構圖，(b)表示操作單元的前端部放大圖。
[0024]圖3是表示在顯示器上顯示的焊道的圖，(a)表示基於適當值的焊道的一例，(b)表示基於過小值的焊道的一例，(C)表示基於過大值的焊道的一例，(d)表示模擬一連串焊接作業所得的焊道的一例。
[0025]圖4是記錄模式的流程圖。
[0026]圖5是計分模式的流程圖。
[0027]圖6是自學模式的流程圖。
[0028]圖7是模擬模式的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]以下，使用圖1?圖7說明本發明的實施方式。在此，圖1是表示本發明的實施方式的焊接技能教育支援裝置的整體結構圖，(a)表示俯視圖，(b)表示主視圖，(C)表示變形後的主視圖。圖2是表示圖1所示的三維輸入輸出裝置的圖，(a)表示整體結構圖，(b)表示操作單元的前端部放大圖。圖3是表示在顯示器上顯示的焊道的圖，(a)表示基於適當值的焊道的一例，(b)表示基於過小值的焊道的一例，(C)表示基於過大值的焊道的一例，(d)表示模擬一連串焊接作業所得的焊道的一例。
[0030]如圖1?圖3所示，本發明的實施方式的焊接技能教育支援裝置I是支援焊接作業的教育的焊接技能教育支援裝置，在所述焊接作業中，使焊炬接近母材的表面，在將焊線送出的同時使之熔化而焊接所述母材，所述焊接技能教育支援裝置具備:模擬焊炬的操作單元2 ;模擬母材的顯示器3 ;輸出模擬了焊接作業的焊接音的揚聲器4 ;控制裝置5，將在使操作單元2在顯示器3上移動時的與操作單元2的動作對應的焊道圖像顯示於顯示器3上並從揚聲器4輸出與操作單元2的動作對應的焊接音；三維輸入輸出裝置6，保持操作單元2並能夠輸入輸出操作單元2的前端部T的位置信息D ;及存儲位置信息D的存儲裝置7，控制裝置5基於對操作單元2進行操作而由三維輸入輸出裝置6輸出的位置信息D來選擇並輸出焊道的圖像和焊接音的種類。
[0031]如圖1 (a)?(c)所示，焊接技能教育支援裝置I至少具備包括操作單元2、顯示器3及三維輸入輸出裝置6的作業臺11和支撐作業臺11的支撐臺12，作業臺11以能夠變更顯示器3的角度的方式配置於支撐臺12上。顯示器3例如能夠使用液晶顯示器、陰極射線管、有機EL顯示器等各種顯示器。另外，揚聲器4能夠適當使用市售的揚聲器，且不限於圖中的配置位置，也可以與顯示器3—體化，還可以配置於支撐臺12的內部。
[0032]如圖1(a)所示，作業臺11是配置於支撐臺12的上部的大致平板狀的部件，以顯示器3的畫面在表面露出的方式嵌入。在顯示器3的附近配置有揚聲器4和把手13。另夕卜，在作業臺11上，在顯示器3的上部配置有三維輸入輸出裝置6。通過這樣的配置，能夠使操作單元2在顯示器3的左右方向上移動。
[0033]作業臺11例如通過未圖示的鉸鏈而與支撐臺12連接，如圖1(b)所示，可以保持成水平狀態，如圖1(c)所示，也可以以使顯示器3的左右方向構成大致鉛垂方向的方式立起。另外，雖未圖示，但作業臺11也可以以顯示器3的上下方向構成大致鉛垂方向的方式可轉動地與支撐臺12連接。在圖1(b)所示的水平狀態下，能夠模擬朝下的焊接作業，在圖1 (c)所示的鉛垂狀態下，能夠模擬立向或橫向的焊接作業。
[0034]如圖1(b)所示，支撐臺12是大致箱型的部件，能夠在內部配置控制裝置5和存儲裝置7。另外，在支撐臺12的下表面配置有車輪14，能夠在地面上移動地構成。另外，可以將控制裝置5和存儲裝置7配置於離開支撐臺12的其他場所，利用有線或無線的通信設備，能夠對顯示器3和三維輸入輸出裝置6的信號進行收發。
[0035]如圖2(a)所示，操作單元2與三維輸入輸出裝置6的前端連接，具有作為所謂觸針或附件的功能。操作單元2例如具有模擬了焊炬的形狀，具有手柄部21和焊炬頭22。焊炬頭22相對於手柄部21可相對旋轉地構成，在焊炬頭22與三維輸入輸出裝置6連接的狀態下，能夠使手柄部21相對移動。
[0036]三維輸入輸出裝置6例如是觸感設備或力覺設備，是將人類觸碰物體時的觸覺或力覺等觸感信息轉換成數據並能夠進行人工表現的工具。例如如圖2(a)所示，三維輸入輸出裝置6具有能夠由X軸、Y軸、Z軸、繞X軸的旋轉角θχ、繞Y軸的旋轉角0y、繞Z軸的旋轉角Θ z的參數表現的六個自由度。
[0037]如圖所示，三維輸入輸出裝置6例如具有構成臺座的基座61、可旋轉地連接在基座61上的球體62、相對於球體62能夠在上下方向上轉動地連接的第一臂部63、相對於第一臂部63能夠相對轉動地連接的第二臂部64、相對於第二臂部64能夠在周向上旋轉地連接的前端臂部65。操作單元2的焊炬頭22可轉動地連接於前端臂部65上。在這樣的三維輸入輸出裝置6中，通過基座61與球體62的關節Jl、球體62與第一臂部63的關節J2、第一臂部63與第二臂部64的關節J3、第二臂部64與前端臂部65的關節J4、前端臂部65與焊炬頭22的關節J5、焊炬頭22與手柄部21的關節J6來確保六個自由度。
[0038]焊炬頭22的前端部T構成操作單元2的前端部，前端部T的坐標(X、Y、Ζ、θ x、0y> θζ)構成位置信息D。能夠以球體62的中心點為原點0，依次算出關節J3的中心點Pl相對於原點O的坐標和矢量V1、關節J4的中心點P2相對於中心點Pl的坐標和矢量V2、關節J5的中心點P3相對於中心點P2的坐標和矢量V3、前端部T相對於中心點P3的坐標和矢量V4，從而求出前端部T的坐標。另外，通過算出前端部T的矢量V4，也能夠算出焊炬頭22的角度(焊炬角度)。該矢量V4的數據也構成位置信息D。
[0039]三維輸入輸出裝置6不僅能夠將前端部T的坐標和矢量V4(位置信息D)的數據輸出給控制裝置5，相反當從控制裝置5輸入前端部T的坐標或焊炬角度的數據時，能夠使前端部T強制性地移動到適合該位置信息D的位置上。另外，根據三維輸入輸出裝置6的種類，有時無法輸入焊炬角度的數據，但是在本實施方式中，至少能從外部輸入前端部T的坐標即可。
[0040]焊炬在將焊線送出的同時使之熔化而焊接母材，所以焊線突出量在焊接作業中是重要的參數。因此，如圖2(b)所示，在本實施方式中，焊炬頭22的前端部T與顯示器3的分隔距離g當作對焊線突出量進行模擬而處理。即，位置信息D包含操作單元2的前端部T的坐標(前端坐標)，控制裝置5根據前端坐標算出顯示器3與操作單元2的分隔距離g，分隔距離g當作對焊線突出量進行模擬而進行預定的處理(焊道圖像和焊接音的輸出)。
[0041]例如如圖2 (b)所示，若將分隔距離g滿足15mm彡g < 20mm的條件的情況作為適當範圍，則能夠將1mm ^ g < 15mm的範圍識別為過小範圍，將Omm ^ g < 1mm的範圍識別為接觸範圍，將20mm彡g < 25mm的範圍識別為過大範圍，將25mm ( g的範圍識別為錯誤範圍。另外，分隔距離g的數值根據焊接方式(角焊、對焊等)、母材、焊線的原材料的種類等的條件而適當設定。
[0042]在分隔距離g處於適當範圍的情況下，控制裝置5例如使圖3(a)所示的焊道圖像B顯示於顯示器3。焊道寬度Br被設定為模擬進行了適當焊接的情況所得的數值(例如7mm左右)，熔池C以適當顏色(色彩或色調)例如白色進行顯示。在熔池C的大致中央部顯示投影了前端部T所得的目標點A。即，控制裝置5使將前端坐標投影到顯示器3上所得的目標點A顯示於顯示器3上。通過在顯示器3上顯示該目標點A，即使焊線實際上不從操作單元2突出，也能夠容易地掌握焊線的前端位於哪個邊上，能夠模擬接近實際的焊接的狀態。
[0043]在分隔距離g處於過小範圍的情況下，控制裝置5例如使圖3(b)所示的焊道圖像B顯示於顯示器3。焊道寬度Bn顯示得比適當的焊道寬度Br窄，可以隨著分隔距離g的數值變小而將焊道寬度Bn顯示得越窄。另外，由於示出分隔距離g不處於適當範圍內，所以熔池C由紅色等醒目色顯示。
[0044]在分隔距離g處於過大範圍的情況下，控制裝置5例如使圖3(c)所示的焊道圖像B顯示於顯示器3。焊道寬度Bw顯示得比適當的焊道寬度Br寬，可以隨著分隔距離g的數值變大而將焊道寬度Bw顯示得越寬。另外，由於示出分隔距離g不處於適當範圍內，所以熔池C由紅色等醒目色顯示。
[0045]例如在操作單元2的操作中分隔距離g以適當範圍一過小範圍一過大範圍發生了變化的情況下，如圖3(d)所示，焊道圖像B以在適當範圍具有適當的焊道寬度Br、在過小範圍具有比適當的焊道寬度Br窄的焊道寬度Bn、在過大範圍具有比適當的焊道寬度Br寬的焊道寬度Bw的方式在顯示器3上連續地顯示。另外，控制裝置5可以根據時間的經過而使焊道圖像B的顏色變化。例如，以隨著焊道從熔池C遠離而從淡灰色向濃灰色變化的方式設定。通過這樣的處理，能夠模擬接近實際的焊接的狀態。
[0046]控制裝置5例如是具有CPU (中央運算處理裝置)、RAM、R0M等存儲器、硬碟等的計算機(個人計算機)。存儲裝置7可以是內設於控制裝置5的HDD(硬碟驅動器)，也可以是外置的HDD。
[0047]控制裝置5具有能夠選擇如下模式的程序:記錄模式，使對操作單元2進行了操作的位置信息D存儲於存儲裝置7中；計分模式，與存儲於存儲裝置7中的模擬了適當的焊接作業的位置信息Db進行比較而進行評價；自學模式，與存儲於存儲裝置7中的模擬了適當的焊接作業的位置信息Db進行比較而對三維輸入輸出裝置6輸入適當的位置信息Db並施加反力；模擬模式，將存儲於存儲裝置7中的模擬了適當的焊接作業的位置信息Db輸入到三維輸入輸出裝置6而再現操作單元2的適當的動作；及再生模式，基於存儲於存儲裝置7中的位置信息D來選擇並輸出焊道圖像B和焊接音的種類。
[0048]在此，圖4是記錄模式的流程圖，圖5是計分模式的流程圖，圖6是自學模式的流程圖，圖7是模擬模式的流程圖。以下，說明各流程圖。
[0049]圖4所示的記錄模式具有:選擇記錄模式的模式選擇工序(步驟I)、開始操作單元2的前端部T的位置信息D的存儲的記錄開始工序(步驟2)、算出構成所記錄的位置信息D的記錄數據(前端坐標、焊炬坐標、焊線突出量)的數據計算工序(步驟3)、判定焊線突出量為哪種程度的焊線突出量判定工序(步驟4)、基於焊線突出量來模擬描繪焊接狀態的描繪工序(步驟5)、根據時間經過使焊道圖像B的顏色變化的經時描繪工序(步驟6)、判定是否經過了所設定的記錄時間的時間判定工序(步驟7)、在滿足預定的條件的情況下進行錯誤顯示或停止焊道圖像B的描繪的錯誤顯示工序(步驟8)、結束記錄數據的計算的計算結束工序(步驟9)、將記錄數據保存於存儲裝置7中的記錄工序(步驟10)、結束記錄模式的模式結束工序(步驟11)。
[0050]模式選擇工序(步驟I)是從顯示於顯示器3的畫面上的程序操作畫面選擇記錄模式的工序。模式的選擇可以是由手指等直接接觸畫面的觸屏傳感器式，也可以是利用滑鼠、指示器等輸入單元的輸入方式。另外，也可以在模式選擇之前，當模擬朝下的焊接的情況下，將作業臺11保持成水平狀態，當模擬立向或橫向的焊接的情況下，將作業臺11變更為鉛垂狀態。
[0051]記錄開始工序(步驟2)是信號指示記錄數據的計算開始的工序。可以在記錄開始時由自己按壓開始按鈕，也可以在從模式選擇經過了一定的時間後自動開始記錄。在記錄開始工序(步驟2)中，學生手持三維輸入輸出裝置6的操作單元2，將焊炬頭22攜至焊接的模擬開始位置。
[0052]數據計算工序(步驟3)中，算出前端部T的坐標(前端坐標)、焊炬頭22的角度(焊炬角度)、分隔距離g(焊線突出量)作為操作單元2的位置信息D。如上所述，前端坐標和焊炬角度能夠根據三維輸入輸出裝置6的動作求出，焊線突出量能夠根據分隔距離g求出。
[0053]焊線突出量判定工序(步驟4)具有判定焊線突出量(分隔距離g)是在適當範圍內(步驟41)、還是在過大範圍內(步驟42)、還是在過小範圍內(步驟43)、還是在接觸範圍內(步驟44)的工序。並且，當焊線突出量處於適當範圍內的情況下轉移到焊道的正常描繪(步驟51)，當焊線突出量處於過大範圍內的情況下轉移到焊道的過大描繪(步驟52)，當焊線突出量處於過小範圍內的情況下轉移到焊道的過小描繪(步驟53)，當焊線突出量處於接觸範圍內的情況下轉移到焊道的接觸描繪(步驟54)。在焊線突出量不屬於任一範圍的情況下轉移到錯誤顯示工序(步驟8)。
[0054]描繪工序(步驟5)是包含上述的焊道的正常描繪(步驟51)、焊道的過大描繪(步驟52)、焊道的過小描繪(步驟53)和焊道的接觸描繪(步驟54)的工序。在正常描繪(步驟51)中例如焊道寬度顯示為適當值(焊道寬度Br)，熔池C顯示為白色，焊接音輸出正常音。在過大描繪(步驟52)中，例如焊道寬度顯示為過大值(焊道寬度Bw)，熔池C顯示為紅色，焊接音輸出異常音(比正常音長的音、比正常音高的音等)。在過小描繪(步驟53)中，例如焊道寬度顯示為過小值(焊道寬度Bn)，熔池C顯示為紅色，焊接音輸出異常音(比正常音短的音、比正常音低的音等)。在接觸描繪(步驟54)中，例如焊道寬度顯示為最小值(焊道寬度Bn的最小值)，熔池顯示為黃色，焊接音輸出異常音(接觸音)。另外，關於正常音、異常音和接觸音，可以使用實際的焊接音的錄音，也可以使用模擬了實際焊接音的聲音。
[0055]經時描繪工序(步驟6)是與實際的焊接同樣地根據時間經過而使焊道顏色變化的工序。例如，焊道圖像B以隨著時間的經過從熔池C的顏色(白色、紅色或黃色)變化為淡灰色、且逐漸變化為濃灰色的方式進行顯示。從淡灰色到濃灰色的變化可以以漸變顯示的方式連續地變化，也可以固定為幾個階段的變化。
[0056]時間判定工序(步驟7)是判定是否到達預先設定的記錄時間的工序。記錄時間可以是一律相同的時間(例如2?3分鐘左右)，也可以從預先設定的記錄時間(例如I分鐘、2分鐘、3分鐘、5分鐘等)選擇，也能夠由自己輸入任意時間。
[0057]錯誤顯示工序(步驟8)是表示當在焊線突出量判定工序(步驟4)中不屬於任一分區的情況即模擬焊接作業的準備尚未完備的情況或設備發生故障的情況的工序。當相當於錯誤顯示工序(步驟8)的情況下，為了結束記錄模式，例如轉移到計算結束工序(步驟9)。
[0058]計算結束工序(步驟9)是在經過了預定的記錄時間後結束記錄數據的計算處理的工序。通過該工序，操作單元2的前端坐標的輸出結束，所以之後即使操作單元2返回到收納位置，伴隨該操作的前端坐標也不會輸入到控制裝置5。在未經過預定的記錄時間的情況下，返回到數據計算工序(步驟3)，反覆進行步驟3?6的處理。
[0059]記錄工序(步驟10)是將通過數據計算工序(步驟3)算出的記錄數據(前端坐標、焊炬角度、焊線突出量)保存於存儲裝置7中的工序。數據的記錄例如每隔0.05秒進行。因此，在數據計算工序(步驟3)中至少每隔0.05秒算出記錄數據(前端坐標、焊炬角度、焊線突出量)。
[0060]模式結束工序(步驟11)是在記錄數據的保存結束後返回到初始狀態的工序。在上述的記錄模式中，存儲裝置7存儲模擬了適當的焊接作業的操作單元2的前端部T的位置信息Db即基準數據(例如焊線突出量(分隔距離g)的適當範圍等)，控制裝置5將對操作單元2進行了操作時的位置信息D與基準數據進行比較，在差超過容許值的情況下(例如焊線突出量(分隔距離g)的過大範圍、過小範圍、接觸範圍等)，使顯示於顯示器3上的焊道圖像B的寬度或熔池C的顏色及從揚聲器4輸出的焊接音的長度或音程變化。
[0061]基準數據的登錄可以對控制裝置5的資料庫直接輸入數值，也可以利用記錄模式從熟練作業者或老師的模擬焊接作業取得基準數據。另外，在上述的說明中，僅使用了焊線突出量(分隔距離g)作為基準數據，但是關於焊炬角度，也可以輸入基準數據，並與模擬後的操作單元2的位置信息D進行比較，在差超過容許值的情況下，發出警告音，或變更焊道圖像B的顏色(例如藍色、綠色等)。
[0062]根據上述的本實施方式的焊接技能教育支援裝置1，通過三維輸入輸出裝置6取得並記錄模擬焊炬的操作單元2的位置信息D，並且輸出與位置信息D對應的圖像和聲音，從而能夠容易地模擬焊接環境。另外，根據顯示於顯示器3上的圖像、從揚聲器4輸出的聲音，即使是學生一人的自學也能夠活用視覺和聽覺來進行焊接作業的教育。
[0063]另外，通過記錄位置信息D，能夠在事後在任意時間再現學生進行的模擬焊接作業，能夠容易地再生圖像和聲音，即使在實際的模擬作業時老師不跟隨，也能夠在事後對各學生單獨進行指導。另外，通過與基準數據進行比較，能夠通過圖像、聲音對學生提醒注意或由自己確認自己的焊接作業。
[0064]另外，根據本實施方式的焊接技能教育支援裝置1，不僅初學者，中堅分子或熟練作業者也通過利用本裝置而能夠容易地掌握自身的缺陷，能夠矯正該缺陷。
[0065]圖5所示的計分模式具有:選擇計分模式的模式選擇工序(步驟I)、進行焊接條件的設定的條件設定工序(步驟12)、開始操作單元2的前端部T的位置信息D的存儲的記錄開始工序(步驟2)、算出構成所記錄的位置信息D的記錄數據(前端坐標、焊炬角度、焊線突出量、焊接速度)的數據計算工序(步驟3)、判定焊接軌道是否適當的軌道判定工序(步驟13)、判定焊炬角度是否適當的角度判定工序(步驟14)、判定焊線突出量為哪種程度的焊線突出量判定工序(步驟4)、基於焊線突出量來模擬描繪焊接狀態的描繪工序(步驟5)、根據時間經過使焊道圖像B的顏色變化的經時描繪工序(步驟6)、判定焊接速度是否適當的速度判定工序(步驟15)、判定是否經過了所設定的記錄時間的時間判定工序(步驟7)、在滿足預定的條件的情況下進行錯誤顯示或停止焊道圖像B的描繪的錯誤顯示工序(步驟8)、結束記錄數據的計算的計算結束工序(步驟9)、將記錄數據保存於存儲裝置7中的記錄工序(步驟10)和結束記錄模式的模式結束工序(步驟11)。在此，關於步驟I?步驟11的工序，由於與上述記錄模式實質上是相同的工序，所以省略詳細說明。
[0066]條件設定工序(步驟12)是設定焊接姿勢、焊接方式、行進方向等焊接條件並存儲於存儲裝置7中的工序。焊接姿勢例如被設定為朝下、立向、橫向等中的任一個。焊接方式例如可以被設定為角焊、對焊等中的任一個，另外能夠選擇直線運條法或橫擺運條法。行進方向被設定為前進(使焊炬向右傾斜時向左方進行焊接的情況)、後退(使焊炬向右傾斜時向右方進行焊接的情況)、上行(使焊炬向下傾斜時向上方進行焊接的情況)、下行(使焊炬向下傾斜時向下方進行焊接的情況)等中的任一個。
[0067]軌道判定工序(步驟13)是根據操作單元2的前端部T的坐標(前端坐標)判定焊接軌道是否筆直的工序。例如計算某個前端坐標從最初的前端坐標或前一個前端坐標相對於行進方向偏離幾％，例如在偏離10%以上的情況下視作未適當地進行焊接作業，計入減分對象。這時，可以根據偏移量(％)或偏移的時間長度等變更減分的分配。
[0068]角度判定工序(步驟14)是根據操作單元2的前端部T的矢量V4判定焊炬角度是否適當的工序。焊炬角度中，除了例如前進角、後退角、上行角、下行角等之外，也能夠利用向近前側或內側傾斜的傾斜角作為判定材料。在焊炬角度相對於適當的焊炬角度例如偏離10%以上的情況下，視作未適當地進行焊接作業，計入減分對象。這時，可以根據偏移量(%)或偏移的時間長度等變更減分的分配。
[0069]速度判定工序(步驟15)是根據操作單元2的前端部T的坐標(前端坐標)判定焊接速度是否適當的工序。操作單元2的前端坐標例如以0.05秒間隔取得，所以若計算前端坐標的移動量，則能夠容易地算出焊接速度。焊接速度例如在從適當值偏離10%以上的情況下視作未適當地進行焊接作業，計入減分對象。這時，可以根據偏移量)或偏移的時間長度等變更減分的分配。
[0070]在上述計分模式中，控制裝置5將對操作單元2進行了操作時的位置信息D與基準數據進行比較，計測差超過容許值的次數並進行計分。在基準數據的登錄中可以在控制裝置5的資料庫中進行數值輸入，也可以在基準數據未登錄的狀態下由熟練的作業者或老師以預定的記錄模式進行模擬，從而取得基準數據。另外，在模式結束工序(步驟11)中，可以將上述的減分進行加算，將最終的評價分數顯示於顯示器3上。
[0071]因此，根據具有上述計分模式的焊接技能教育支援裝置1，與基準數據進行比較，從而能夠容易地對學生的模擬焊接作業進行計分，能夠通過計分而客觀地進行評價，也能夠促進學生設定目標或鼓勵士氣。
[0072]圖6所示的自學模式是上述的軌道判定工序(步驟13)、角度判定工序(步驟14)和速度判定工序(步驟15)中的處理不同的模式，將自學模式中的這些工序顯示為軌道判定工序(步驟13')、角度判定工序(步驟14')和速度判定工序(步驟15')。
[0073]軌道判定工序(步驟13')是根據操作單元2的前端部T的坐標(前端坐標)判定焊接軌道是否筆直的工序。例如計算某個前端坐標從最初的前端坐標或前一個前端坐標相對於行進方向偏離幾％，例如在偏離10%以上的情況下視作未適當地進行焊接作業，進行軌道校正。具體而言，控制裝置5計算符合適當的焊接軌道的前端坐標，將其數值輸入到三維輸入輸出裝置6，從而使操作單元2的前端部T的位置強制性地移動。因此，對於進行模擬焊接作業的學生，經由三維輸入輸出裝置6施加反力，直接地矯正焊接作業。
[0074]角度判定工序(步驟14')是根據操作單元2的前端部T的矢量V4判定焊炬角度是否適當的工序。在焊炬角度相對於適當的焊炬角度例如偏離10%以上的情況下，視作未適當地進行焊接作業，進行角度校正。具體而言，控制裝置5計算符合適當的焊炬角度的焊炬角度，將其數值輸入到三維輸入輸出裝置6，從而使操作單元2的前端部T的角度強制性地變更。因此，對於進行模擬焊接作業的學生，經由三維輸入輸出裝置6施加反力，直接地矯正焊接作業。
[0075]另外，在對於該焊炬角度無法從控制裝置5輸入數值的情況下，可以從角度校正變更為注意勸告。關於焊炬角度的注意勸告，例如可以在顯示器3上以顏色或文字顯示焊炬角度不是適當值這一情況，也可以從揚聲器4輸出報告焊炬角度不是適當值這一情況的聲音，也可以通過對其他關節等輸入數值而對三維輸入輸出裝置6施加較大的反力、振動。
[0076]速度判定工序(步驟15')是根據操作單元2的前端部T的坐標(前端坐標)判定焊接速度是否適當的工序。焊接速度例如在從適當值偏離10%以上的情況下視作未適當地進行焊接作業，進行速度校正。具體而言，控制裝置5計算符合適當的焊接速度的前端坐標，將其數值輸入到三維輸入輸出裝置6，從而使操作單元2的前端部T的位置強制性地移動。因此，對於進行模擬焊接作業的學生，經由三維輸入輸出裝置6施加反力，直接地矯正焊接作業。
[0077]在上述自學模式中，控制裝置5將對操作單元2進行了操作時的位置信息D與基準數據進行比較，在差超過容許值的情況下對三維輸入輸出裝置6輸出信號以使操作單元2的前端部T與基準數據一致。
[0078]因此，根據具有上述的自學模式的焊接技能教育支援裝置1，通過與基準數據進行比較，能夠容易地掌握相對於適當值的偏移，通過對三維輸入輸出裝置6施加反力，能夠利用力覺來矯正焊接作業。即，若事先準備適當的基準數據，則即使沒有老師在場也能夠由學生一個人自學，能夠在任意時間接受焊接作業的教育，便利性和效率性優良。
[0079]圖7所示的模擬模式具有:選擇模擬模式的模式選擇工序(步驟I)、進行焊接條件的設定的條件設定工序(步驟12)、開始焊接作業的模擬(示範)的模擬開始工序(步驟16)、再生記錄數據(前端坐標、焊炬角度、焊線突出量、焊接速度)的數據再生工序(步驟17)、判定焊炬角度是否適當的角度判定工序(步驟14')、根據時間經過而使焊道圖像B的顏色變化的經時描繪工序(步驟6)、判定是否經過了設定的模擬時間的時間判定工序(步驟7')及結束模擬模式的模式結束工序(步驟11)。
[0080]模擬開始工序(步驟16)是信號指示記錄數據的再生開始的工序。當模擬再生開始時，可以由自己按壓開始按鈕，也可以從模式選擇經過了一定的時間後自動開始模擬再生。在模擬開始工序(步驟16)中，三維輸入輸出裝置6的操作單元2通過來自控制裝置5的數據輸入自動地移動到預定的位置。另外，操作單元向模擬開始位置的移動可以由學生進行。
[0081]數據再生工序(步驟17)是基於預先存儲於存儲裝置7中的基準數據來自動再生操作單元2的工序。基準數據的登錄可以將數值直接輸入到控制裝置5的資料庫，也可以利用記錄模式從熟練作業者或老師的模擬焊接作業取得基準數據。
[0082]在此，在三維輸入輸出裝置6能夠再生焊炬角度的情況下，也可以省略角度判定工序(步驟14')。在三維輸入輸出裝置6無法再生焊炬角度的情況下，插入僅計算焊炬角度的數據計算工序，與自學模式同樣地，可以根據該計算結果，與基準數據進行比較，進行角度校正或注意勸告。
[0083]根據上述模擬模式，只要預先準備模擬了適當的焊接作業的基準數據，則能夠通過三維輸入輸出裝置6容易地再現焊接軌道、焊炬角度、焊接速度等，學生僅通過把持操作單元2就能夠體驗適當的焊接作業。
[0084]另外，由於根據三維輸入輸出裝置6而存在個體差異，所以需要在實施上述各模式之前或在導入焊接技能教育支援裝置I時事先進行原點調整。例如在顯示器3上顯示預定的原點調整用點，使該原點調整用點與操作單元2的前端部T對齊或抵接，從而進行原點調整。另外，也可以利用多個原點調整用點進行原點調整。
[0085]本發明不限於上述實施方式，三維輸入輸出裝置6不限於圖示的結構，不限於平面焊接而也可以模擬配管焊接等，在不脫離本發明的主旨的範圍內能夠進行各種變更，這是不目而喻的。
[0086]附圖標記說明
[0087]I焊接技能教育支援裝置
[0088]2操作單元
[0089]3顯示器
[0090]4揚聲器
[0091]5控制裝置
[0092]6三維輸入輸出裝置
[0093] 7存儲裝置
【權利要求】
1.一種焊接技能教育支援裝置，對以下的焊接作業的教育進行支援:使焊炬接近母材的表面，將焊線送出並使之熔化而焊接所述母材， 所述焊接技能教育支援裝置的特徵在於，具有: 操作單元，模擬所述焊炬； 顯示器，模擬所述母材； 揚聲器，輸出模擬了所述焊接作業的焊接音； 控制裝置，將在使所述操作單元在所述顯示器上移動時的與所述操作單元的動作對應的焊道的圖像顯示於所述顯示器，並且使與所述操作單元的動作對應的焊接音從所述揚聲器輸出； 三維輸入輸出裝置，保持所述操作單元並且能夠輸入輸出所述操作單元的前端部的位置信息；及 存儲裝置，存儲所述位置信息， 所述控制裝置基於對所述操作單元進行操作而由所述三維輸入輸出裝置輸出的所述位置信息來選擇並輸出所述焊道的圖像和所述焊接音的種類。
2.根據權利要求1所述的焊接技能教育支援裝置，其特徵在於， 所述存儲裝置存儲模擬了適當的焊接作業的所述操作單元的前端部的位置信息即基準數據，所述控制裝置將對所述操作單元進行了操作時的所述位置信息與所述基準數據進行比較，在差超過容許值的情況下，使顯示於所述顯示器的所述焊道的寬度或熔池的顏色及從所述揚聲器輸出的所述焊接音的長度或音程變化。
3.根據權利要求2所述的焊接技能教育支援裝置，其特徵在於， 所述控制裝置將對所述操作單元進行了操作時的所述位置信息與所述基準數據進行比較，在差超過容許值的情況下，對所述三維輸入輸出裝置輸出信號以使所述操作單元的前端部與所述基準數據一致。
4.根據權利要求2所述的焊接技能教育支援裝置，其特徵在於， 所述控制裝置將對所述操作單元進行了操作時的所述位置信息與所述基準數據進行比較，計測差超過容許值的次數並進行計分。
5.根據權利要求1所述的焊接技能教育支援裝置，其特徵在於， 所述位置信息包含所述操作單元的前端坐標，所述控制單元根據所述前端坐標而算出所述顯示器與所述操作單元的分隔距離，該分隔距離當作對焊線突出量進行模擬而選擇並輸出所述焊道的圖像和所述焊接音的種類。
6.根據權利要求5所述的焊接技能教育支援裝置，其特徵在於， 所述控制裝置將在所述顯示器上投影所述前端坐標所得的目標點顯示於所述顯示器上。
7.根據權利要求1所述的焊接技能教育支援裝置，其特徵在於， 所述控制裝置可選擇地具有:記錄模式，使對所述操作單元進行了操作的位置信息存儲於所述存儲裝置中；計分模式，與存儲於所述存儲裝置中的模擬了適當的焊接作業的位置信息進行比較而進行評價；自學模式，與存儲於所述存儲裝置中的模擬了適當的焊接作業的位置信息進行比較而對所述三維輸入輸出裝置輸入適當的位置信息並施加反力；模擬模式，將存儲於所述存儲裝置中的模擬了適當的焊接作業的位置信息向所述三維輸入輸出裝置輸入而再現所述操作單元的適當的動作；及再生模式，基於存儲於所述存儲裝置中的所述位置信息來選擇並輸出所述焊道的圖像和所述焊接音的種類。
8.根據權利要求1所述的焊接技能教育支援裝置，其特徵在於， 所述控制裝置根據時間的經過而使所述焊道的顏色變化。
9.根據權利要求1所述的焊接技能教育支援裝置，其特徵在於， 至少具有具備所述操作單元、所述顯示器和所述三維輸入輸出裝置的作業臺及支撐該作業臺的支撐臺，所述作業臺以能夠變更所述顯示器的角度的方式配置於所述支撐臺。
【文檔編號】G09B19/24GK104169996SQ201280068439
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2012年12月28日 優先權日:2012年1月30日
【發明者】末岡雅喜, 比翼謙太郎 申請人:日聯海洋株式會社