溶接シミュレータ
【課題】簡易な構成でより効率的な溶接作業の学習が可能な溶接シミュレータを提供する。
【解決手段】溶接シミュレータ１は、３つのターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有する溶接トーチ２０と、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有し溶接対象Ｍを表示するモニタ１０と、溶接トーチ２０のターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及びモニタ１０のターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃを検知して溶接トーチ２０のモニタ１０に対する位置及び角度を検出するカメラセンサ３０と、モニタ１０上の表示を制御する制御部４０と、を備えている。ここで、制御部４０は、使用者がモニタ１０上の溶接対象Ｍに溶接トーチ２０を当てるようにして溶接作業を模擬した場合に、カメラセンサ３０により検出された位置及び角度に応じてモニタ上の溶接対象Ｍに溶接部をリアルタイムで表示させる。
【解決手段】溶接シミュレータ１は、３つのターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃを有する溶接トーチ２０と、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃを有し溶接対象Ｍを表示するモニタ１０と、溶接トーチ２０のターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及びモニタ１０のターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃを検知して溶接トーチ２０のモニタ１０に対する位置及び角度を検出するカメラセンサ３０と、モニタ１０上の表示を制御する制御部４０と、を備えている。ここで、制御部４０は、使用者がモニタ１０上の溶接対象Ｍに溶接トーチ２０を当てるようにして溶接作業を模擬した場合に、カメラセンサ３０により検出された位置及び角度に応じてモニタ上の溶接対象Ｍに溶接部をリアルタイムで表示させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接作業の学習を行うための溶接シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接技能者の溶接訓練は実作業に熟練した熟練者の指導の下に行われてきた。すなわち、溶接作業の技能習得については、母材等の溶接対象物を実際に溶接させる実務訓練により行うことが通常であった。このような実務訓練においては、熟練者から実務時間中に指導を受ける必要があるため、訓練を受ける時間が制限されるという問題があった。
【０００３】
そこで、上記の問題に対応するため、下記の特許文献１に示すような溶接シミュレータが開発されている。この溶接シミュレータでは、実務作業外で熟練者がいない場合でも溶接技能訓練を行うことが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような溶接シミュレータを利用した場合であっても、母材等の溶接対象物が訓練回数分必要になること、そして材料やマスク等の保護具の準備が必要になる等の理由から基本動作技能を習得するのに多大な時間と費用を要するという問題がある。よって、このような溶接シミュレータにおいては、時間と費用を抑えて溶接作業の習得をより効率的に行うことが可能な装置の開発が要求されている。
【０００６】
そこで、本発明は、溶接作業の学習を効率的に行うことが可能な溶接シミュレータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る溶接シミュレータは、少なくとも３つの被検知部を有する溶接トーチと、少なくとも３つの被検知部を有し、溶接対象を表示するモニタと、溶接トーチの被検知部及びモニタの被検知部を検知して、溶接トーチのモニタに対する位置及び角度を検出するカメラセンサと、モニタの表示を少なくとも制御する制御部とを備え、制御部は、使用者がモニタ上の溶接対象に溶接トーチを当てるようにして溶接作業を模擬した場合に、カメラセンサにより検出された位置及び角度に応じてモニタ上の溶接対象に溶接部をリアルタイムで表示させること、を特徴とする。
【０００８】
この本発明に係る溶接シミュレータでは、溶接トーチの３つの被検知部及びモニタの３つの被検知部がカメラセンサにより検知され、溶接トーチのモニタに対する位置及び角度が精度よく把握される。よって、使用者がモニタ上の溶接対象に溶接トーチを当てるようにして溶接作業を模擬した場合、カメラセンサにより検出された位置及び角度に応じて、モニタ上の溶接対象にあたかも溶接を施したように溶接部がリアルタイムで精度よく表示されることとなる。その結果、溶接作業を精度よくシミュレートできるとともに、溶接対象物等の準備を不要にし、溶接技能の習得にかかる時間及び費用を抑えることが可能になる。従って、本発明によれば、溶接作業の学習を効率的に行うことができる。
【０００９】
また、溶接作業の学習を支援する学習アシスト手段を備えたことが好ましい。ここで、学習アシスト手段が行う支援としては、例えば溶接トーチの運棒を音声によりガイドする音声ガイドや、モニタへの文字表示により溶接トーチの運棒法をガイドする表示ガイド等が挙げられる。この学習アシスト手段を備えることにより、より一層効率的に溶接作業を学習することが可能となる。
【００１０】
また、溶接作業に関する音の出力及びモニタへの表示、の少なくとも一方を行うことにより、溶接作業の臨場感を高める臨場感生成手段を備えたことが好ましい。この臨場感生成手段によれば、例えば実際の溶接音の出力や、モニタ上への火花の表示等が行われ、これにより、溶接作業の臨場感を更に高め、より一層効率的に溶接作業を学習することが可能となる。
【００１１】
また、モニタはその表示面の向きが変化するように傾動可能に設けられ、カメラセンサは、モニタの姿勢に応じて可動することが好ましい。これにより、カメラセンサによる溶接トーチ及びモニタの位置等の検出精度を高めることができる。
【００１２】
また、使用者による溶接作業の模擬内容を記録する記録手段と、記録手段に記録された模擬内容をモニタ上で再生する再生手段と、を備えたことが好ましい。これにより、例えば利用者が自己の溶接作業のシミュレート結果を振り返り復習することが可能になる。また、熟練者のシミュレート結果を記録させ当該シミュレート結果をモニタ上に手本として再生させることも可能となり、より一層効率的に溶接作業を学習することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、効率的な溶接作業の学習が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る溶接シミュレータの立向溶接訓練時を示す左斜め上方から見た斜視図である。
【図２】本実施形態に係る溶接シミュレータの下向溶接訓練時を示す左斜め上方から見た斜視図である。
【図３】本実施形態に係る溶接シミュレータにおいて溶接作業の学習を行う際のモニタと溶接トーチの位置関係を示す図である。
【図４】本実施形態に係る溶接シミュレータの制御部を示すブロック図である。
【図５】本実施形態に係る溶接シミュレータの使用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、「前」「後」「左」「右」「上」「下」の語は図面の状態に基づく便宜上のものであり、実際の方向はこれに限定されるものではない。
【００１６】
図１は本実施形態に係る溶接シミュレータの立向溶接訓練時を示す左斜め上方から見た斜視図、図２は溶接シミュレータの下向溶接訓練時を示す左斜め上方から見た斜視図、図３は溶接シミュレータにおいて溶接作業の学習を行う際のモニタと溶接トーチの位置関係を示す図、図４は溶接シミュレータの制御部を示すブロック図、図５は溶接シミュレータの使用を説明する図である。
【００１７】
図１，２に示すように、本実施形態に係る溶接シミュレータ１は、半自動アーク溶接等の溶接作業を学習するために溶接作業を模擬的に行うこと（以下、「溶接模擬作業」と称する）が可能な装置であり、溶接技能者の溶接訓練に用いられるものである。溶接シミュレータ１は、ラック２、キャスタ３、カメラセンサ支持部材４、モニタ１０、溶接トーチ２０、カメラセンサ３０及び制御部４０を備えている。
【００１８】
ラック２は、複数の梁で構成された枠体構造とされており略長方形外形を呈している。キャスタ３は、溶接シミュレータ１を前後左右に移動させるためのものとして、ラック２の下面の四隅に１個ずつ設けられている。
【００１９】
カメラセンサ支持部材４は、ラック２の上面の前方右側に設けられる支持部材４ａと、支持部材４ａに対し左右方向に延びる軸回りに回転可能に支持される棒状部材４ｂと、を備えている。
【００２０】
モニタ１０は、その表示面１０ａ上に、鉄鋼板材等の母材である溶接対象Ｍ、及び溶接模擬作業の結果である溶接部Ｂ（図５参照）をＣＧ画像として表示する。また、このモニタ１０は、操作画面（操作アイコン）Ａを表示する。また、モニタ１０は、傾動機構１９によりラック２に設けられており、その表示面１０ａの向きが変化するよう傾動可能に構成されている。具体的には、モニタ１０の姿勢は、傾動機構１９により、表示面１０ａが上向きの水平姿勢の状態（図２参照）と、表示面１０ａが前向きの立向姿勢の状態（図１参照）と、の間で可変とされている。
【００２１】
モニタ１０としては、例えば矩形板状の液晶モニタ等が用いられている。また、モニタ１０の表示面１０ａは、高硬度の強化ガラスを用いた保護パネルで保護されている。立向姿勢時の状態において、モニタ１０の前面における左上の隅部には、３つのターゲット（被検知部）１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設けられ、モニタ１０の上面における左前の隅部には、３つのターゲット（被検知部）１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられている。
【００２２】
３つのターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、モニタ１０に対する溶接トーチ２０の相対位置、相対角度及び相対速度等を検知させるための検知マークであり、図２，３に示すように、逆Ｌ字状に並設されている。具体的には、ターゲット１１ａは表示面１０ａの左上の端部に設けられ、ターゲット１１ｂはターゲット１１ａの右方に隣接して設けられ、ターゲット１１ｃはターゲット１１ａの下方に隣接して設けられている。
【００２３】
これらターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれは、４分割の市松模様を有する円形状に形成されている。つまり、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、その中心の右上部分及び左下部分が黒色又は白色のいずれか一方とされているとともに、左上部分及び右下部分が黒色又は白色のいずれか他方とされている。なお、以下において、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃをまとめてターゲット１１とも称す。
【００２４】
３つのターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、モニタ１０に対する溶接トーチ２０の相対位置、相対角度及び相対速度等を検知させるための検知マークであり、図１に示すように、Ｌ字形に重なり合って設けられている。具体的には、ターゲット１２ｂがターゲット１２ａの右方に、ターゲット１２ｃがターゲット１２ａの上方、に互いに半分ずつ重なり合って設けられている。これらターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれは、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃと同様に、４分割の市松模様を有する円形状に形成されている。なお、以下において、ターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃをまとめてターゲット１２とも称す。
【００２５】
溶接トーチ２０は、溶接シミュレータ１を操作するための部位であり、実際の溶接作業において使用する溶接トーチが利用されている。この溶接トーチ２０では、トーチ先端部２１と被検知モジュール２２と把持部２３とが、接続コード２４上にて先端側から根元側に向けてこの順で設けられている。
【００２６】
被検知モジュール２２は、図３に示すように、３つのターゲット（被検知部）２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及びターゲット支持部材２２ｄを有している。ターゲット支持部材２２ｄは、板状を呈し、接続コード２４におけるトーチ先端部２１の根元側に設けられている。
【００２７】
３つのターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、モニタ１０に対する溶接トーチ２０の相対位置、相対角度及び相対速度等を検知させるための検知マークであり、ターゲット支持部材２２ｄの根元側の面にＬ字形に重なり合って設けられている。具体的には、ターゲット２２ａは、ターゲット支持部材２２ｄの左下、ターゲット２２ｂはターゲット２２ａの右方、ターゲット２２ｃはターゲット２２ａの上方、に互いに半分ずつ重なり合って設けられている。これらターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれは、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃと同様に、４分割の市松模様を有する円形状に形成されている。なお、以下において、ターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃをまとめてターゲット２２とも称す。
【００２８】
把持部２３は、溶接シミュレータ１を用いて溶接模擬作業を行う訓練者（使用者）が把持するための部材である。この把持部２３は、接続コード２４における被検知モジュール２２よりも所定長だけ根元側に設けられている。把持部２３には、溶接模擬作業の開始及び終了や操作画面Ａでの操作を実行するためのレバー２３ａが設けられている。
【００２９】
図１，２に戻り、接続コード２４の根元側は、ラック２の後方下部に配設された接続部材２５に接続されている。接続部材２５は、ケーブル２６及びコネクタ２７により、制御部４０に接続されている。
【００３０】
カメラセンサ３０は、例えばサブミリ精度で位置計測及び角度計測が可能なセンサである。カメラセンサ３０は、カメラセンサ支持部材４によりラック２に支持されている。これにより、支持部材４ａを中心に棒状部材４ｂを回転させることで、カメラセンサ３０の位置が上下且つ前後に可動される。その結果、カメラセンサ３０は、モニタ１０の姿勢に応じて可動できるようになっている。なお、ここでのカメラセンサ３０は、そのカメラ向きが可変となるように棒状部材４ｂに取り付けられている。カメラセンサ３０は、図示しないケーブルを介して制御部４０に接続されている。
【００３１】
このカメラセンサ３０は、モニタ１０上におけるターゲット１１又はターゲット１２と溶接トーチ２０上におけるターゲット２２とを検知して、溶接トーチ２０のモニタ１０に対する３次元の相対位置、相対角度及び相対速度等の情報を検出する。
【００３２】
具体的には、カメラセンサ３０は、ターゲット１１又はターゲット１２とターゲット２２とにおける市松模様を撮影し、撮影した市松模様の位置から、溶接トーチ２０のモニタ１０に対する位置を検出する。また、カメラセンサ３０は、撮影した市松模様の形状及び傾きから、溶接トーチ２０のモニタ１０に対する角度を検出する。カメラセンサ３０により検出された情報は、電気信号としてリアルタイムに制御部４０に送信される。
【００３３】
制御部４０は、ラック２の内部後方に設けられ、接続部材２５の上面に載置保持されている。制御部４０は、図４に示すように、溶接模擬作業を実施するための溶接模擬プログラム４６を有している。この溶接模擬プログラム４６では、訓練者Ｈがモニタ１０に表示された溶接対象Ｍに溶接トーチ２０を当てるようにして溶接模擬作業をした場合、カメラセンサ３０に検出された溶接トーチ２０のモニタ１０に対する位置及び角度等の情報に応じて、モニタ１０上にビード等の溶接部Ｂをリアルタイムで表示させる機能を実行させる（図５参照）。なお、制御部４０としては、パーソナルコンピュータ等を用いることもできる。
【００３４】
また、制御部４０には、上記溶接作業をシミュレート（模擬）するための様々なプログラムが格納されている。具体的には、溶接作業の学習を支援する学習アシストプログラム４１、溶接作業の臨場感を高める臨場感生成プログラム４２、溶接作業の模擬内容を記録する記録プログラム４３、記録プログラム４３に記録された溶接作業の模擬内容を再生する再生プログラム４４、及び装置の設定変更等を行うための管理プログラム４５を有している。
【００３５】
学習アシストプログラム４１は、文字アシスト機能４１ａ、音声アシスト機能４１ｂ、結果表示機能４１ｃ、合否判定機能４１ｄ、及び運棒ガイド機能４１ｅを有する。文字アシスト機能４１ａ及び音声アシスト機能４１ｂは、例えば、ある線に沿って溶接トーチ２０の運棒を行う場合において、その線から逸脱した箇所に運棒をした場合（許容範囲を超えた場合）に、その旨を警告等としてモニタ１０に表示させる。また、文字アシスト機能４１ａ及び音声アシスト機能４１ｂは、図示しないスピーカから警告音を発生させる機能、溶接作業を指導する文字ガイド機能や音声ガイド機能を含んでいる。なお、文字アシスト機能４１ａにより表示される文字の言語は、後述する管理プログラム４５により、日本語、英語、中国語及びベトナム語等に適宜変更することができる。
【００３６】
結果表示機能４１ｃは、溶接模擬作業の終了後に、運棒の軌跡、角度、速度、エクステンション及びピッチ等を例えばグラフとしてモニタ１０上に表示させる機能である。合否判定機能４１ｄは、許容範囲と実際の溶接模擬作業の内容（運棒の際の溶接トーチ２０の角度、速度等）とを照らし合わせて、溶接模擬作業終了時にその合否をモニタ１０上に表示させる機能である。
【００３７】
なお、上記の許容範囲は、管理プログラム４５により適宜変更することができるようになっている。また、運棒ガイド機能４１ｅは、モニタ１０上の溶接対象Ｍ上に理想の軌跡となる線が表示され、訓練者Ｈが溶接トーチ２０の動きをその理想の軌跡に合わせていくことにより溶接作業の練習をすることができる機能である。
【００３８】
臨場感生成プログラム４２は、例えばアークが出ている箇所以外の箇所を暗くすることにより溶接マスクを被った状態をモニタ１０上に再現させる機能、溶接音をスピーカから出力する機能、及び火花をモニタ１０上に表示させる機能を含んでいる。
【００３９】
記録プログラム４３は、溶接シミュレータ１において行われた溶接模擬作業を記録する機能を有する。具体的には、上記学習アシストプログラム４１及び臨場感生成プログラム４２により、モニタ１０上に表示された内容並びに音声ガイド及び溶接音等の音声を記録させることができるようになっている。
【００４０】
再生プログラム４４は、上記記録プログラム４３により記録された溶接作業の模擬内容をモニタ１０上に再生させる機能を含んでいる。具体的には、自己の溶接模擬作業及び熟練者の見本となりうる溶接模擬作業等を少なくともモニタ１０に視覚的に且つ音声として再生させることができる機能を含んでいる。
【００４１】
管理プログラム４５は、訓練者管理機能４５ａ、訓練条件管理機能４５ｂ、表示条件管理機能４５ｃ、及びビード特性管理機能４５ｄを含んでいる。訓練者管理機能４５ａは、訓練者を、訓練者ＩＤ、氏名、利き手、及び所属部署等に紐付けて登録する機能である。また、訓練条件管理機能４５ｂは、訓練者の情報を変更又は削除する機能、訓練者ごとの訓練履歴を表示する機能を含んでいる。訓練条件管理機能４５ｂは、訓練レベル、溶接時間及び角度等の許容範囲を設定する機能である。表示条件管理機能４５ｃは、溶接対象Ｍをモニタ１０に表示させる際の表示態様（例えば、火花の表示における明るさ等）の設定変更を行う機能である。ビード特性管理機能４５ｄは、溶接模擬作業の際に表示される溶接対象Ｍの溶接部Ｂの厚さ等を設定する機能である。
【００４２】
次に、本実施形態における溶接シミュレータ１を用いて訓練者が溶接模擬作業を行う方法及び作用の一例について説明する。
【００４３】
まず、モニタ１０の電源を投入した後に、制御部４０の電源を投入する。続いて、図１，２に示すように、立向溶接訓練を行う立向溶接訓練時には、傾動機構１９により、モニタ１０の表示面１０ａの向きを、表示面１０ａが前方を向いた状態（以下、「立向姿勢」と称する）とする。又は、下向溶接訓練を行う下向溶接訓練時には、傾動機構１９により、モニタ１０の表示面１０ａの向きを、表示面１０ａが上方を向いた状態（以下、「水平姿勢」と称する）のいずれか一方にする。
【００４４】
続いて、モニタ１０の姿勢に応じて、カメラセンサ３０を可動させ、ターゲット１１又はターゲット１２とターゲット２２とを検知するための最適な位置にカメラセンサ３０を移動させる。具体的には、立向姿勢のときには、棒状部材４ｂを支持部材４ａの左右軸を中心に回転移動させてカメラセンサ３０を上方且つ前方に可動させる。又は、水平姿勢のときには、棒状部材４ｂを支持部材４ａの左右軸を中心に回転移動させてカメラセンサ３０を下方且つ後方に可動させる。
【００４５】
また、電源を投入した後、モニタ１０上に設定画面Ａが表示される。そこで、溶接トーチ２０をポインティングデバイスとして使用し、当該設定画面Ａにおいて自己の氏名等を選択してＯＫボタンを押下するとともに、溶接対象Ｍの状態等、溶接条件を選択してＯＫボタンを押下する。なお、溶接対象Ｍの状態とは、例えば、水平隅肉か若しくは立向隅肉か、又は、これらの水平隅肉若しくは立向隅肉をどのような角度（傾き）で表示させるか等のことを意味している。
【００４６】
その後、保護具を着用しているか否かを確認する安全確認画面がモニタ１０上に表示される。これは、実作業に近い訓練とするために表示される画面である。そこで、当該安全確認画面においてＯＫボタンを押下すると、訓練条件の条件確認画面が表示され、更にＯＫボタンを押下すると、モニタ１０上に溶接対象Ｍが表示され、これにより、溶接模擬作業の開始可能状態となる。
【００４７】
この開始可能状態で、図５に示すように、溶接トーチ２０の把持部２３を把持し、レバー２３ａを動かすと、モニタ１０上にて溶接模擬作業が開始される。そして、表示面１０ａに対して適切な距離を維持させながら所定の速度及び角度でトーチ先端部２１を移動させて溶接模擬作業を行うと、次の処理が実行される。すなわち、カメラセンサ３０により、モニタ１０のターゲット１１又はターゲット１２と溶接トーチ２０のターゲット２２とが撮影される。これとともに、ターゲット１１又はターゲット１２とターゲット２２とにおける市松模様の位置、形状及び傾きの変化に基づいて、溶接模擬作業中のモニタ１０に対する溶接トーチ２０の位置、速度、角度等が検出され、検出された情報がリアルタイムで制御部４０に送信される。
【００４８】
制御部４０においては、カメラセンサ３０から送信された位置、速度、角度等の情報に応じた長さ、幅、深さ等の形状を有する溶接部Ｂが、かかる送信と同時並列的に求められる。そして、当該溶接部Ｂが表示面１０ａ上の溶接対象Ｍの対応箇所に、リアルタイムで出現される。換言すると、訓練者の溶接模擬作業時における溶接トーチ２０と表示面１０ａとの距離、向き、速度等に応じて、溶接対象Ｍの溶接しようとする箇所に徐々に３次元的な盛り上がりを生じさせ、その形状等がリアルタイムに変化される。
【００４９】
なお、溶接模擬作業中において、レバー２３ａを再度押下すると、溶け出す溶接対象Ｍの量を減らしたり、溶接の炎の描画を小さくしたり、あるいは溶接の火花を小さくすることができる。
【００５０】
続いて、全ての溶接模擬作業が終了すると、上述した合否判定機能４１ｄにより合否画面がモニタ１０上に表示される。また、結果表示機能４１ｃにより溶接模擬作業の結果（運棒の軌跡、角度、速度、エクステンション及びピッチ等）がグラフとしてモニタ１０上に表示される。
【００５１】
以上、本実施形態に係る溶接シミュレータ１では、溶接トーチ２０の３つのターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃがカメラセンサ３０により検知される。これと共に、モニタ１０のターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃ又はターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃがカメラセンサ３０により検知される。そして、溶接トーチ２０のモニタ１０に対する３次元の位置、角度及び速度が精度よく検出されて把握される。よって、訓練者Ｈがモニタ１０上の溶接対象Ｍに溶接トーチ２０で溶接模擬作業を実施した場合、カメラセンサ３０により検出された位置、角度及び速度に応じて、モニタ１０上の溶接対象Ｍにあたかも溶接を施したように溶接部Ｂがリアルタイムで精度よく表示されることとなる。
【００５２】
その結果、溶接作業を精度よくシミュレートできるとともに、実際に溶接対象物等を訓練の都度準備することが不要となり、溶接技能の習得にかかる時間及び費用を抑えることが可能になる。また、溶接模擬作業を行っている状態を視覚的にわかりやすく、溶接模擬作業の臨場感を高めることが可能となる。従って、本実施形態によれば、溶接作業の学習を効率的に行うことができる。
【００５３】
また、溶接シミュレータ１の制御部４０が上述した学習アシストプログラム４１を備えることにより、訓練者Ｈは、学習アシストプログラム４１の支援を受けながら効率的に溶接作業を学習することができる。さらに、制御部４０が臨場感生成プログラム４２を備えることにより、視覚及び音声等によって如実に溶接作業を表現させることができ、訓練者Ｈの溶接作業の学習効率を高めることができる。
【００５４】
また、本実施形態の溶接シミュレータ１では、カメラセンサ３０はモニタ１０の姿勢に応じて可動するようになっている。よって、カメラセンサ３０による位置等の検出精度を高めることができる。
【００５５】
また、溶接シミュレータ１の制御部４０が記録プログラム４３及び再生プログラム４４を備えることにより、訓練者Ｈは自己の作業内容を復習するとともに、熟練者の模擬内容を手本として再生することも可能になるため、溶接作業の訓練において更に高い学習効果を得ることができる。
【００５６】
なお、ターゲット１１，１２，２２として市松模様を有する円形の部材を利用することにより、その構成自体も簡易にすることができる。また、ターゲット１１，１２，２２をカメラセンサ３０で検知し画像処理することにより、溶接トーチ２０の３次元位置等を検出することから、従来の溶接シミュレータに比べ、当該３次元位置等を高精度で好適に検出することができる。
【００５７】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。すなわち、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態の溶接シミュレータ１におけるラック２、キャスタ３及びカメラセンサ支持部材４については、上記実施形態のものに限定されることはなく、別の種類のものを用いてもよいし又は用いなくてもよい。ただし、上記実施形態のように、このカメラセンサ支持部材４において、棒状部材４ｂを支持部材４ａの左右軸を中心に回転可能に設けることによって、カメラセンサ３０の上下及び前後の位置を適宜移動させることができる。
【００５９】
また、モニタ１０については、上記実施形態に限定されず、異なる種類のディスプレイ等を適宜利用することが可能である。ただし、本実施形態のように高硬度の強化ガラスで表示面１０ａを保護することにより、溶接トーチ２０が表示面１０ａに接触した場合でも、その破損を防止することができる。また、上記実施形態では、モニタ１０が傾動可能に設けられる例について説明したが、必ずしも傾動可能でなくてもよい。
【００６０】
また、溶接トーチ２０については、上述したような、実際の溶接作業で用いられるものを必ずしも利用する必要がなく、異なる種類の溶接トーチを適宜利用することが可能である。ただし、上記実施形態のように、実際の溶接作業で使用しているものと同じものを利用することにより、溶接模擬作業を実作業に近いものとすることができる。
【００６１】
また、ターゲット１１，１２，２２については、その配置が限定されるものではなく、適宜配置することが可能である。例えば、ターゲット１１，１２の何れかのみ設けてもよいし、若しくは、さらに別の他のターゲットを設けてもよい。また、ターゲットの数についても３つずつではなく４つ以上としてもよい。そして、ターゲットの形状についても、必ずしも円形でなくてもよいし、ターゲットの模様についても、必ずしも市松模様でなくてもよい。
【００６２】
また、制御部４０が備える各種プログラムも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、学習アシストプログラム４１に、表示面１０ａに溶接模擬作業中に注視すべき点（注視点）を赤く表示させる機能を採用し、これにより、訓練者に注視点を見るように促してもよい。更に、学習アシストプログラム４１に、溶接トーチ２０に設けた振動部を振動させる機能を採用し、これにより、警告を訓練者に警告を報知してもよい。また、例えば、臨場感生成プログラム４２に、別途に設けた匂い発生部から溶接時の金属の匂いを出力させる機能を採用してもよい。
【００６３】
また、制御部４０は、カメラセンサ３０に対するモニタ１０若しくは溶接トーチ２０の基準位置、又はモニタ１０に対する溶接トーチ２０の基準位置を調整することが可能なキャリブレーション機能（キャリブレーションプログラム）を有していてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…溶接シミュレータ、１０…モニタ、１０ａ…表示面、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…ターゲット（被検知部）、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…ターゲット（被検知部）、２０…溶接トーチ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…ターゲット（被検知部）、３０…カメラセンサ、４０…制御部、４１…学習アシストプログラム（学習アシスト手段）、４２…臨場感生成プログラム（臨場感生成手段）、４３…記録プログラム（記録手段）、４４…再生プログラム（再生手段）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接作業の学習を行うための溶接シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接技能者の溶接訓練は実作業に熟練した熟練者の指導の下に行われてきた。すなわち、溶接作業の技能習得については、母材等の溶接対象物を実際に溶接させる実務訓練により行うことが通常であった。このような実務訓練においては、熟練者から実務時間中に指導を受ける必要があるため、訓練を受ける時間が制限されるという問題があった。
【０００３】
そこで、上記の問題に対応するため、下記の特許文献１に示すような溶接シミュレータが開発されている。この溶接シミュレータでは、実務作業外で熟練者がいない場合でも溶接技能訓練を行うことが図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−７１１４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記のような溶接シミュレータを利用した場合であっても、母材等の溶接対象物が訓練回数分必要になること、そして材料やマスク等の保護具の準備が必要になる等の理由から基本動作技能を習得するのに多大な時間と費用を要するという問題がある。よって、このような溶接シミュレータにおいては、時間と費用を抑えて溶接作業の習得をより効率的に行うことが可能な装置の開発が要求されている。
【０００６】
そこで、本発明は、溶接作業の学習を効率的に行うことが可能な溶接シミュレータを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するため、本発明に係る溶接シミュレータは、少なくとも３つの被検知部を有する溶接トーチと、少なくとも３つの被検知部を有し、溶接対象を表示するモニタと、溶接トーチの被検知部及びモニタの被検知部を検知して、溶接トーチのモニタに対する位置及び角度を検出するカメラセンサと、モニタの表示を少なくとも制御する制御部とを備え、制御部は、使用者がモニタ上の溶接対象に溶接トーチを当てるようにして溶接作業を模擬した場合に、カメラセンサにより検出された位置及び角度に応じてモニタ上の溶接対象に溶接部をリアルタイムで表示させること、を特徴とする。
【０００８】
この本発明に係る溶接シミュレータでは、溶接トーチの３つの被検知部及びモニタの３つの被検知部がカメラセンサにより検知され、溶接トーチのモニタに対する位置及び角度が精度よく把握される。よって、使用者がモニタ上の溶接対象に溶接トーチを当てるようにして溶接作業を模擬した場合、カメラセンサにより検出された位置及び角度に応じて、モニタ上の溶接対象にあたかも溶接を施したように溶接部がリアルタイムで精度よく表示されることとなる。その結果、溶接作業を精度よくシミュレートできるとともに、溶接対象物等の準備を不要にし、溶接技能の習得にかかる時間及び費用を抑えることが可能になる。従って、本発明によれば、溶接作業の学習を効率的に行うことができる。
【０００９】
また、溶接作業の学習を支援する学習アシスト手段を備えたことが好ましい。ここで、学習アシスト手段が行う支援としては、例えば溶接トーチの運棒を音声によりガイドする音声ガイドや、モニタへの文字表示により溶接トーチの運棒法をガイドする表示ガイド等が挙げられる。この学習アシスト手段を備えることにより、より一層効率的に溶接作業を学習することが可能となる。
【００１０】
また、溶接作業に関する音の出力及びモニタへの表示、の少なくとも一方を行うことにより、溶接作業の臨場感を高める臨場感生成手段を備えたことが好ましい。この臨場感生成手段によれば、例えば実際の溶接音の出力や、モニタ上への火花の表示等が行われ、これにより、溶接作業の臨場感を更に高め、より一層効率的に溶接作業を学習することが可能となる。
【００１１】
また、モニタはその表示面の向きが変化するように傾動可能に設けられ、カメラセンサは、モニタの姿勢に応じて可動することが好ましい。これにより、カメラセンサによる溶接トーチ及びモニタの位置等の検出精度を高めることができる。
【００１２】
また、使用者による溶接作業の模擬内容を記録する記録手段と、記録手段に記録された模擬内容をモニタ上で再生する再生手段と、を備えたことが好ましい。これにより、例えば利用者が自己の溶接作業のシミュレート結果を振り返り復習することが可能になる。また、熟練者のシミュレート結果を記録させ当該シミュレート結果をモニタ上に手本として再生させることも可能となり、より一層効率的に溶接作業を学習することが可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、効率的な溶接作業の学習が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る溶接シミュレータの立向溶接訓練時を示す左斜め上方から見た斜視図である。
【図２】本実施形態に係る溶接シミュレータの下向溶接訓練時を示す左斜め上方から見た斜視図である。
【図３】本実施形態に係る溶接シミュレータにおいて溶接作業の学習を行う際のモニタと溶接トーチの位置関係を示す図である。
【図４】本実施形態に係る溶接シミュレータの制御部を示すブロック図である。
【図５】本実施形態に係る溶接シミュレータの使用を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一又は相当要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、「前」「後」「左」「右」「上」「下」の語は図面の状態に基づく便宜上のものであり、実際の方向はこれに限定されるものではない。
【００１６】
図１は本実施形態に係る溶接シミュレータの立向溶接訓練時を示す左斜め上方から見た斜視図、図２は溶接シミュレータの下向溶接訓練時を示す左斜め上方から見た斜視図、図３は溶接シミュレータにおいて溶接作業の学習を行う際のモニタと溶接トーチの位置関係を示す図、図４は溶接シミュレータの制御部を示すブロック図、図５は溶接シミュレータの使用を説明する図である。
【００１７】
図１，２に示すように、本実施形態に係る溶接シミュレータ１は、半自動アーク溶接等の溶接作業を学習するために溶接作業を模擬的に行うこと（以下、「溶接模擬作業」と称する）が可能な装置であり、溶接技能者の溶接訓練に用いられるものである。溶接シミュレータ１は、ラック２、キャスタ３、カメラセンサ支持部材４、モニタ１０、溶接トーチ２０、カメラセンサ３０及び制御部４０を備えている。
【００１８】
ラック２は、複数の梁で構成された枠体構造とされており略長方形外形を呈している。キャスタ３は、溶接シミュレータ１を前後左右に移動させるためのものとして、ラック２の下面の四隅に１個ずつ設けられている。
【００１９】
カメラセンサ支持部材４は、ラック２の上面の前方右側に設けられる支持部材４ａと、支持部材４ａに対し左右方向に延びる軸回りに回転可能に支持される棒状部材４ｂと、を備えている。
【００２０】
モニタ１０は、その表示面１０ａ上に、鉄鋼板材等の母材である溶接対象Ｍ、及び溶接模擬作業の結果である溶接部Ｂ（図５参照）をＣＧ画像として表示する。また、このモニタ１０は、操作画面（操作アイコン）Ａを表示する。また、モニタ１０は、傾動機構１９によりラック２に設けられており、その表示面１０ａの向きが変化するよう傾動可能に構成されている。具体的には、モニタ１０の姿勢は、傾動機構１９により、表示面１０ａが上向きの水平姿勢の状態（図２参照）と、表示面１０ａが前向きの立向姿勢の状態（図１参照）と、の間で可変とされている。
【００２１】
モニタ１０としては、例えば矩形板状の液晶モニタ等が用いられている。また、モニタ１０の表示面１０ａは、高硬度の強化ガラスを用いた保護パネルで保護されている。立向姿勢時の状態において、モニタ１０の前面における左上の隅部には、３つのターゲット（被検知部）１１ａ，１１ｂ，１１ｃが設けられ、モニタ１０の上面における左前の隅部には、３つのターゲット（被検知部）１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられている。
【００２２】
３つのターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、モニタ１０に対する溶接トーチ２０の相対位置、相対角度及び相対速度等を検知させるための検知マークであり、図２，３に示すように、逆Ｌ字状に並設されている。具体的には、ターゲット１１ａは表示面１０ａの左上の端部に設けられ、ターゲット１１ｂはターゲット１１ａの右方に隣接して設けられ、ターゲット１１ｃはターゲット１１ａの下方に隣接して設けられている。
【００２３】
これらターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃのそれぞれは、４分割の市松模様を有する円形状に形成されている。つまり、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃは、その中心の右上部分及び左下部分が黒色又は白色のいずれか一方とされているとともに、左上部分及び右下部分が黒色又は白色のいずれか他方とされている。なお、以下において、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃをまとめてターゲット１１とも称す。
【００２４】
３つのターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃは、モニタ１０に対する溶接トーチ２０の相対位置、相対角度及び相対速度等を検知させるための検知マークであり、図１に示すように、Ｌ字形に重なり合って設けられている。具体的には、ターゲット１２ｂがターゲット１２ａの右方に、ターゲット１２ｃがターゲット１２ａの上方、に互いに半分ずつ重なり合って設けられている。これらターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃのそれぞれは、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃと同様に、４分割の市松模様を有する円形状に形成されている。なお、以下において、ターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃをまとめてターゲット１２とも称す。
【００２５】
溶接トーチ２０は、溶接シミュレータ１を操作するための部位であり、実際の溶接作業において使用する溶接トーチが利用されている。この溶接トーチ２０では、トーチ先端部２１と被検知モジュール２２と把持部２３とが、接続コード２４上にて先端側から根元側に向けてこの順で設けられている。
【００２６】
被検知モジュール２２は、図３に示すように、３つのターゲット（被検知部）２２ａ，２２ｂ，２２ｃ及びターゲット支持部材２２ｄを有している。ターゲット支持部材２２ｄは、板状を呈し、接続コード２４におけるトーチ先端部２１の根元側に設けられている。
【００２７】
３つのターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃは、モニタ１０に対する溶接トーチ２０の相対位置、相対角度及び相対速度等を検知させるための検知マークであり、ターゲット支持部材２２ｄの根元側の面にＬ字形に重なり合って設けられている。具体的には、ターゲット２２ａは、ターゲット支持部材２２ｄの左下、ターゲット２２ｂはターゲット２２ａの右方、ターゲット２２ｃはターゲット２２ａの上方、に互いに半分ずつ重なり合って設けられている。これらターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃのそれぞれは、ターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃ，１２ａ，１２ｂ，１２ｃと同様に、４分割の市松模様を有する円形状に形成されている。なお、以下において、ターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃをまとめてターゲット２２とも称す。
【００２８】
把持部２３は、溶接シミュレータ１を用いて溶接模擬作業を行う訓練者（使用者）が把持するための部材である。この把持部２３は、接続コード２４における被検知モジュール２２よりも所定長だけ根元側に設けられている。把持部２３には、溶接模擬作業の開始及び終了や操作画面Ａでの操作を実行するためのレバー２３ａが設けられている。
【００２９】
図１，２に戻り、接続コード２４の根元側は、ラック２の後方下部に配設された接続部材２５に接続されている。接続部材２５は、ケーブル２６及びコネクタ２７により、制御部４０に接続されている。
【００３０】
カメラセンサ３０は、例えばサブミリ精度で位置計測及び角度計測が可能なセンサである。カメラセンサ３０は、カメラセンサ支持部材４によりラック２に支持されている。これにより、支持部材４ａを中心に棒状部材４ｂを回転させることで、カメラセンサ３０の位置が上下且つ前後に可動される。その結果、カメラセンサ３０は、モニタ１０の姿勢に応じて可動できるようになっている。なお、ここでのカメラセンサ３０は、そのカメラ向きが可変となるように棒状部材４ｂに取り付けられている。カメラセンサ３０は、図示しないケーブルを介して制御部４０に接続されている。
【００３１】
このカメラセンサ３０は、モニタ１０上におけるターゲット１１又はターゲット１２と溶接トーチ２０上におけるターゲット２２とを検知して、溶接トーチ２０のモニタ１０に対する３次元の相対位置、相対角度及び相対速度等の情報を検出する。
【００３２】
具体的には、カメラセンサ３０は、ターゲット１１又はターゲット１２とターゲット２２とにおける市松模様を撮影し、撮影した市松模様の位置から、溶接トーチ２０のモニタ１０に対する位置を検出する。また、カメラセンサ３０は、撮影した市松模様の形状及び傾きから、溶接トーチ２０のモニタ１０に対する角度を検出する。カメラセンサ３０により検出された情報は、電気信号としてリアルタイムに制御部４０に送信される。
【００３３】
制御部４０は、ラック２の内部後方に設けられ、接続部材２５の上面に載置保持されている。制御部４０は、図４に示すように、溶接模擬作業を実施するための溶接模擬プログラム４６を有している。この溶接模擬プログラム４６では、訓練者Ｈがモニタ１０に表示された溶接対象Ｍに溶接トーチ２０を当てるようにして溶接模擬作業をした場合、カメラセンサ３０に検出された溶接トーチ２０のモニタ１０に対する位置及び角度等の情報に応じて、モニタ１０上にビード等の溶接部Ｂをリアルタイムで表示させる機能を実行させる（図５参照）。なお、制御部４０としては、パーソナルコンピュータ等を用いることもできる。
【００３４】
また、制御部４０には、上記溶接作業をシミュレート（模擬）するための様々なプログラムが格納されている。具体的には、溶接作業の学習を支援する学習アシストプログラム４１、溶接作業の臨場感を高める臨場感生成プログラム４２、溶接作業の模擬内容を記録する記録プログラム４３、記録プログラム４３に記録された溶接作業の模擬内容を再生する再生プログラム４４、及び装置の設定変更等を行うための管理プログラム４５を有している。
【００３５】
学習アシストプログラム４１は、文字アシスト機能４１ａ、音声アシスト機能４１ｂ、結果表示機能４１ｃ、合否判定機能４１ｄ、及び運棒ガイド機能４１ｅを有する。文字アシスト機能４１ａ及び音声アシスト機能４１ｂは、例えば、ある線に沿って溶接トーチ２０の運棒を行う場合において、その線から逸脱した箇所に運棒をした場合（許容範囲を超えた場合）に、その旨を警告等としてモニタ１０に表示させる。また、文字アシスト機能４１ａ及び音声アシスト機能４１ｂは、図示しないスピーカから警告音を発生させる機能、溶接作業を指導する文字ガイド機能や音声ガイド機能を含んでいる。なお、文字アシスト機能４１ａにより表示される文字の言語は、後述する管理プログラム４５により、日本語、英語、中国語及びベトナム語等に適宜変更することができる。
【００３６】
結果表示機能４１ｃは、溶接模擬作業の終了後に、運棒の軌跡、角度、速度、エクステンション及びピッチ等を例えばグラフとしてモニタ１０上に表示させる機能である。合否判定機能４１ｄは、許容範囲と実際の溶接模擬作業の内容（運棒の際の溶接トーチ２０の角度、速度等）とを照らし合わせて、溶接模擬作業終了時にその合否をモニタ１０上に表示させる機能である。
【００３７】
なお、上記の許容範囲は、管理プログラム４５により適宜変更することができるようになっている。また、運棒ガイド機能４１ｅは、モニタ１０上の溶接対象Ｍ上に理想の軌跡となる線が表示され、訓練者Ｈが溶接トーチ２０の動きをその理想の軌跡に合わせていくことにより溶接作業の練習をすることができる機能である。
【００３８】
臨場感生成プログラム４２は、例えばアークが出ている箇所以外の箇所を暗くすることにより溶接マスクを被った状態をモニタ１０上に再現させる機能、溶接音をスピーカから出力する機能、及び火花をモニタ１０上に表示させる機能を含んでいる。
【００３９】
記録プログラム４３は、溶接シミュレータ１において行われた溶接模擬作業を記録する機能を有する。具体的には、上記学習アシストプログラム４１及び臨場感生成プログラム４２により、モニタ１０上に表示された内容並びに音声ガイド及び溶接音等の音声を記録させることができるようになっている。
【００４０】
再生プログラム４４は、上記記録プログラム４３により記録された溶接作業の模擬内容をモニタ１０上に再生させる機能を含んでいる。具体的には、自己の溶接模擬作業及び熟練者の見本となりうる溶接模擬作業等を少なくともモニタ１０に視覚的に且つ音声として再生させることができる機能を含んでいる。
【００４１】
管理プログラム４５は、訓練者管理機能４５ａ、訓練条件管理機能４５ｂ、表示条件管理機能４５ｃ、及びビード特性管理機能４５ｄを含んでいる。訓練者管理機能４５ａは、訓練者を、訓練者ＩＤ、氏名、利き手、及び所属部署等に紐付けて登録する機能である。また、訓練条件管理機能４５ｂは、訓練者の情報を変更又は削除する機能、訓練者ごとの訓練履歴を表示する機能を含んでいる。訓練条件管理機能４５ｂは、訓練レベル、溶接時間及び角度等の許容範囲を設定する機能である。表示条件管理機能４５ｃは、溶接対象Ｍをモニタ１０に表示させる際の表示態様（例えば、火花の表示における明るさ等）の設定変更を行う機能である。ビード特性管理機能４５ｄは、溶接模擬作業の際に表示される溶接対象Ｍの溶接部Ｂの厚さ等を設定する機能である。
【００４２】
次に、本実施形態における溶接シミュレータ１を用いて訓練者が溶接模擬作業を行う方法及び作用の一例について説明する。
【００４３】
まず、モニタ１０の電源を投入した後に、制御部４０の電源を投入する。続いて、図１，２に示すように、立向溶接訓練を行う立向溶接訓練時には、傾動機構１９により、モニタ１０の表示面１０ａの向きを、表示面１０ａが前方を向いた状態（以下、「立向姿勢」と称する）とする。又は、下向溶接訓練を行う下向溶接訓練時には、傾動機構１９により、モニタ１０の表示面１０ａの向きを、表示面１０ａが上方を向いた状態（以下、「水平姿勢」と称する）のいずれか一方にする。
【００４４】
続いて、モニタ１０の姿勢に応じて、カメラセンサ３０を可動させ、ターゲット１１又はターゲット１２とターゲット２２とを検知するための最適な位置にカメラセンサ３０を移動させる。具体的には、立向姿勢のときには、棒状部材４ｂを支持部材４ａの左右軸を中心に回転移動させてカメラセンサ３０を上方且つ前方に可動させる。又は、水平姿勢のときには、棒状部材４ｂを支持部材４ａの左右軸を中心に回転移動させてカメラセンサ３０を下方且つ後方に可動させる。
【００４５】
また、電源を投入した後、モニタ１０上に設定画面Ａが表示される。そこで、溶接トーチ２０をポインティングデバイスとして使用し、当該設定画面Ａにおいて自己の氏名等を選択してＯＫボタンを押下するとともに、溶接対象Ｍの状態等、溶接条件を選択してＯＫボタンを押下する。なお、溶接対象Ｍの状態とは、例えば、水平隅肉か若しくは立向隅肉か、又は、これらの水平隅肉若しくは立向隅肉をどのような角度（傾き）で表示させるか等のことを意味している。
【００４６】
その後、保護具を着用しているか否かを確認する安全確認画面がモニタ１０上に表示される。これは、実作業に近い訓練とするために表示される画面である。そこで、当該安全確認画面においてＯＫボタンを押下すると、訓練条件の条件確認画面が表示され、更にＯＫボタンを押下すると、モニタ１０上に溶接対象Ｍが表示され、これにより、溶接模擬作業の開始可能状態となる。
【００４７】
この開始可能状態で、図５に示すように、溶接トーチ２０の把持部２３を把持し、レバー２３ａを動かすと、モニタ１０上にて溶接模擬作業が開始される。そして、表示面１０ａに対して適切な距離を維持させながら所定の速度及び角度でトーチ先端部２１を移動させて溶接模擬作業を行うと、次の処理が実行される。すなわち、カメラセンサ３０により、モニタ１０のターゲット１１又はターゲット１２と溶接トーチ２０のターゲット２２とが撮影される。これとともに、ターゲット１１又はターゲット１２とターゲット２２とにおける市松模様の位置、形状及び傾きの変化に基づいて、溶接模擬作業中のモニタ１０に対する溶接トーチ２０の位置、速度、角度等が検出され、検出された情報がリアルタイムで制御部４０に送信される。
【００４８】
制御部４０においては、カメラセンサ３０から送信された位置、速度、角度等の情報に応じた長さ、幅、深さ等の形状を有する溶接部Ｂが、かかる送信と同時並列的に求められる。そして、当該溶接部Ｂが表示面１０ａ上の溶接対象Ｍの対応箇所に、リアルタイムで出現される。換言すると、訓練者の溶接模擬作業時における溶接トーチ２０と表示面１０ａとの距離、向き、速度等に応じて、溶接対象Ｍの溶接しようとする箇所に徐々に３次元的な盛り上がりを生じさせ、その形状等がリアルタイムに変化される。
【００４９】
なお、溶接模擬作業中において、レバー２３ａを再度押下すると、溶け出す溶接対象Ｍの量を減らしたり、溶接の炎の描画を小さくしたり、あるいは溶接の火花を小さくすることができる。
【００５０】
続いて、全ての溶接模擬作業が終了すると、上述した合否判定機能４１ｄにより合否画面がモニタ１０上に表示される。また、結果表示機能４１ｃにより溶接模擬作業の結果（運棒の軌跡、角度、速度、エクステンション及びピッチ等）がグラフとしてモニタ１０上に表示される。
【００５１】
以上、本実施形態に係る溶接シミュレータ１では、溶接トーチ２０の３つのターゲット２２ａ，２２ｂ，２２ｃがカメラセンサ３０により検知される。これと共に、モニタ１０のターゲット１１ａ，１１ｂ，１１ｃ又はターゲット１２ａ，１２ｂ，１２ｃがカメラセンサ３０により検知される。そして、溶接トーチ２０のモニタ１０に対する３次元の位置、角度及び速度が精度よく検出されて把握される。よって、訓練者Ｈがモニタ１０上の溶接対象Ｍに溶接トーチ２０で溶接模擬作業を実施した場合、カメラセンサ３０により検出された位置、角度及び速度に応じて、モニタ１０上の溶接対象Ｍにあたかも溶接を施したように溶接部Ｂがリアルタイムで精度よく表示されることとなる。
【００５２】
その結果、溶接作業を精度よくシミュレートできるとともに、実際に溶接対象物等を訓練の都度準備することが不要となり、溶接技能の習得にかかる時間及び費用を抑えることが可能になる。また、溶接模擬作業を行っている状態を視覚的にわかりやすく、溶接模擬作業の臨場感を高めることが可能となる。従って、本実施形態によれば、溶接作業の学習を効率的に行うことができる。
【００５３】
また、溶接シミュレータ１の制御部４０が上述した学習アシストプログラム４１を備えることにより、訓練者Ｈは、学習アシストプログラム４１の支援を受けながら効率的に溶接作業を学習することができる。さらに、制御部４０が臨場感生成プログラム４２を備えることにより、視覚及び音声等によって如実に溶接作業を表現させることができ、訓練者Ｈの溶接作業の学習効率を高めることができる。
【００５４】
また、本実施形態の溶接シミュレータ１では、カメラセンサ３０はモニタ１０の姿勢に応じて可動するようになっている。よって、カメラセンサ３０による位置等の検出精度を高めることができる。
【００５５】
また、溶接シミュレータ１の制御部４０が記録プログラム４３及び再生プログラム４４を備えることにより、訓練者Ｈは自己の作業内容を復習するとともに、熟練者の模擬内容を手本として再生することも可能になるため、溶接作業の訓練において更に高い学習効果を得ることができる。
【００５６】
なお、ターゲット１１，１２，２２として市松模様を有する円形の部材を利用することにより、その構成自体も簡易にすることができる。また、ターゲット１１，１２，２２をカメラセンサ３０で検知し画像処理することにより、溶接トーチ２０の３次元位置等を検出することから、従来の溶接シミュレータに比べ、当該３次元位置等を高精度で好適に検出することができる。
【００５７】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない。すなわち、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５８】
例えば、上記実施形態の溶接シミュレータ１におけるラック２、キャスタ３及びカメラセンサ支持部材４については、上記実施形態のものに限定されることはなく、別の種類のものを用いてもよいし又は用いなくてもよい。ただし、上記実施形態のように、このカメラセンサ支持部材４において、棒状部材４ｂを支持部材４ａの左右軸を中心に回転可能に設けることによって、カメラセンサ３０の上下及び前後の位置を適宜移動させることができる。
【００５９】
また、モニタ１０については、上記実施形態に限定されず、異なる種類のディスプレイ等を適宜利用することが可能である。ただし、本実施形態のように高硬度の強化ガラスで表示面１０ａを保護することにより、溶接トーチ２０が表示面１０ａに接触した場合でも、その破損を防止することができる。また、上記実施形態では、モニタ１０が傾動可能に設けられる例について説明したが、必ずしも傾動可能でなくてもよい。
【００６０】
また、溶接トーチ２０については、上述したような、実際の溶接作業で用いられるものを必ずしも利用する必要がなく、異なる種類の溶接トーチを適宜利用することが可能である。ただし、上記実施形態のように、実際の溶接作業で使用しているものと同じものを利用することにより、溶接模擬作業を実作業に近いものとすることができる。
【００６１】
また、ターゲット１１，１２，２２については、その配置が限定されるものではなく、適宜配置することが可能である。例えば、ターゲット１１，１２の何れかのみ設けてもよいし、若しくは、さらに別の他のターゲットを設けてもよい。また、ターゲットの数についても３つずつではなく４つ以上としてもよい。そして、ターゲットの形状についても、必ずしも円形でなくてもよいし、ターゲットの模様についても、必ずしも市松模様でなくてもよい。
【００６２】
また、制御部４０が備える各種プログラムも上記実施形態に限定されるものではない。例えば、学習アシストプログラム４１に、表示面１０ａに溶接模擬作業中に注視すべき点（注視点）を赤く表示させる機能を採用し、これにより、訓練者に注視点を見るように促してもよい。更に、学習アシストプログラム４１に、溶接トーチ２０に設けた振動部を振動させる機能を採用し、これにより、警告を訓練者に警告を報知してもよい。また、例えば、臨場感生成プログラム４２に、別途に設けた匂い発生部から溶接時の金属の匂いを出力させる機能を採用してもよい。
【００６３】
また、制御部４０は、カメラセンサ３０に対するモニタ１０若しくは溶接トーチ２０の基準位置、又はモニタ１０に対する溶接トーチ２０の基準位置を調整することが可能なキャリブレーション機能（キャリブレーションプログラム）を有していてもよい。
【符号の説明】
【００６４】
１…溶接シミュレータ、１０…モニタ、１０ａ…表示面、１１ａ，１１ｂ，１１ｃ…ターゲット（被検知部）、１２ａ，１２ｂ，１２ｃ…ターゲット（被検知部）、２０…溶接トーチ、２２ａ，２２ｂ，２２ｃ…ターゲット（被検知部）、３０…カメラセンサ、４０…制御部、４１…学習アシストプログラム（学習アシスト手段）、４２…臨場感生成プログラム（臨場感生成手段）、４３…記録プログラム（記録手段）、４４…再生プログラム（再生手段）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも３つの被検知部を有する溶接トーチと、
少なくとも３つの被検知部を有し、溶接対象を表示するモニタと、
前記溶接トーチの被検知部及び前記モニタの被検知部を検知して、前記溶接トーチの前記モニタに対する位置及び角度を検出するカメラセンサと、
前記モニタの表示を少なくとも制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、使用者が前記モニタ上の溶接対象に前記溶接トーチを当てるようにして溶接作業を模擬した場合に、前記カメラセンサにより検出された位置及び角度に応じて前記モニタ上の溶接対象に溶接部をリアルタイムで表示させること、を特徴とする溶接シミュレータ。
【請求項２】
前記溶接作業の学習を支援する学習アシスト手段を備えたこと、を特徴とする請求項１に記載の溶接シミュレータ。
【請求項３】
前記溶接作業に関する音の出力及び前記モニタへの表示の少なくとも一方を行うことにより、前記溶接作業の臨場感を高める臨場感生成手段を備えたこと、を特徴とする請求項１又は２に記載の溶接シミュレータ。
【請求項４】
前記モニタは、その表示面の向きが変化するように傾動可能に設けられ、
前記カメラセンサは、前記モニタの姿勢に応じて可動すること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接シミュレータ。
【請求項５】
前記使用者による前記溶接作業の模擬内容を記録する記録手段と、
前記記録手段に記録された前記模擬内容を前記モニタ上で再生する再生手段と、を備えたこと、を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接シミュレータ。
【請求項１】
少なくとも３つの被検知部を有する溶接トーチと、
少なくとも３つの被検知部を有し、溶接対象を表示するモニタと、
前記溶接トーチの被検知部及び前記モニタの被検知部を検知して、前記溶接トーチの前記モニタに対する位置及び角度を検出するカメラセンサと、
前記モニタの表示を少なくとも制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、使用者が前記モニタ上の溶接対象に前記溶接トーチを当てるようにして溶接作業を模擬した場合に、前記カメラセンサにより検出された位置及び角度に応じて前記モニタ上の溶接対象に溶接部をリアルタイムで表示させること、を特徴とする溶接シミュレータ。
【請求項２】
前記溶接作業の学習を支援する学習アシスト手段を備えたこと、を特徴とする請求項１に記載の溶接シミュレータ。
【請求項３】
前記溶接作業に関する音の出力及び前記モニタへの表示の少なくとも一方を行うことにより、前記溶接作業の臨場感を高める臨場感生成手段を備えたこと、を特徴とする請求項１又は２に記載の溶接シミュレータ。
【請求項４】
前記モニタは、その表示面の向きが変化するように傾動可能に設けられ、
前記カメラセンサは、前記モニタの姿勢に応じて可動すること、を特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接シミュレータ。
【請求項５】
前記使用者による前記溶接作業の模擬内容を記録する記録手段と、
前記記録手段に記録された前記模擬内容を前記モニタ上で再生する再生手段と、を備えたこと、を特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の溶接シミュレータ。
【図４】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【図１】
【図２】
【図３】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−２１８０５８（Ｐ２０１２−２１８０５８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８９０１３（Ｐ２０１１−８９０１３）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（５０３２１８０６７）住友重機械マリンエンジニアリング株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１２日（２０１２．１１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（５０３２１８０６７）住友重機械マリンエンジニアリング株式会社 (55)
【Ｆターム（参考）】
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