特許 7394023 溶接作業評価装置、溶接作業評価方法およびプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-11-29

(45)【発行日】2023-12-07

(54)【発明の名称】溶接作業評価装置、溶接作業評価方法およびプログラム

(51)【国際特許分類】

   G09B 19/00 20060101AFI20231130BHJP

   G09B 19/24 20060101ALI20231130BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20231130BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20231130BHJP

【ＦＩ】

G09B19/00 H

G09B19/24 Z

B23K31/00 Z

B23K9/095 515Z

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020097168

(22)【出願日】2020-06-03

(65)【公開番号】P2021189380

(43)【公開日】2021-12-13

【審査請求日】2022-12-21

(73)【特許権者】

【識別番号】507250427

【氏名又は名称】日立ＧＥニュークリア・エナジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001807

【氏名又は名称】弁理士法人磯野国際特許商標事務所

(72)【発明者】

【氏名】曽我 幸弘

(72)【発明者】

【氏名】多羅沢 湘

(72)【発明者】

【氏名】杉江 一寿

(72)【発明者】

【氏名】田中 明秀

(72)【発明者】

【氏名】沖崎 直也

【審査官】西村 民男

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１２８５９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１７９４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１６８８８７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２０２６１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１５６４２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１７／０２００３９４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０９Ｂ １／００－ ９／５６

１７／００－１９／２６

Ｂ２３Ｋ ９／００，３１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接作業における溶接トーチの位置であるトーチ位置を取得する座標計測部と、
複数の作業評価アルゴリズムの中から、前記トーチ位置の動きに対応する一つの前記作業評価アルゴリズムを選択するアルゴリズム選択部と、
選択された前記作業評価アルゴリズムに基づいて、前記溶接作業を評価する溶接作業評価部と、を備え、
前記溶接作業評価部は、
複数の前記作業評価アルゴリズムの一部に各々対応する複数の基準データの中から、少なくとも二つの前記基準データを選択し、選択した少なくとも二つの前記基準データを内挿することによって、選択した前記作業評価アルゴリズムに対応する新たな基準データを生成する補完部を備える
ことを特徴とする溶接作業評価装置。

【請求項2】

前記溶接トーチまたは前記溶接トーチを操作する溶接作業者には、マーカが装着され、
前記座標計測部は、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からの情報に基づいて、前記トーチ位置と、前記溶接トーチの傾きであるトーチ傾斜角と、を計算する機能を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接作業評価装置。

【請求項3】

前記アルゴリズム選択部は、
前記トーチ位置と、前記溶接トーチの傾きであるトーチ傾斜角と、に基づいて前記溶接トーチを操作する溶接作業者の姿勢を推定する姿勢推定部と、
前記姿勢推定部の推定結果である推定溶接姿勢に対応する前記作業評価アルゴリズムを選択する比較選択部と、を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接作業評価装置。

【請求項4】

前記溶接作業評価部は、
複数の前記作業評価アルゴリズムに各々対応する複数の基準データの中から、選択された前記作業評価アルゴリズムに対応する一つの前記基準データを選択し、選択した前記基準データと、前記トーチ位置の動きとを比較する比較部を備える
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接作業評価装置。

【請求項5】

前記溶接作業評価部は、
新たな前記基準データと、前記トーチ位置の動きとを比較する比較部をさらにを備える
ことを特徴とする請求項１に記載の溶接作業評価装置。

【請求項6】

溶接作業における溶接トーチの位置であるトーチ位置を取得する座標計測過程と、
複数の作業評価アルゴリズムの中から、前記トーチ位置の動きに対応する一つの前記作業評価アルゴリズムを選択するアルゴリズム選択過程と、
選択された前記作業評価アルゴリズムに基づいて、前記溶接作業を評価する溶接作業評価過程と、
をコンピュータに実行させ、
前記溶接作業評価過程は、
複数の前記作業評価アルゴリズムの一部に各々対応する複数の基準データの中から、少なくとも二つの前記基準データを選択し、選択した少なくとも二つの前記基準データを内挿することによって、選択した前記作業評価アルゴリズムに対応する新たな基準データを生成する補完過程を備える
ことを特徴とする溶接作業評価方法。

【請求項7】

コンピュータを、
溶接作業における溶接トーチの位置であるトーチ位置を取得する座標計測手段、
複数の作業評価アルゴリズムの中から、前記トーチ位置の動きに対応する一つの前記作業評価アルゴリズムを選択するアルゴリズム選択手段、
選択された前記作業評価アルゴリズムに基づいて、前記溶接作業を評価する溶接作業評価手段、
として機能させるためのプログラムであって、
前記溶接作業評価手段は、
複数の前記作業評価アルゴリズムの一部に各々対応する複数の基準データの中から、少なくとも二つの前記基準データを選択し、選択した少なくとも二つの前記基準データを内挿することによって、選択した前記作業評価アルゴリズムに対応する新たな基準データを生成する補完機能を備える
ことを特徴とするプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接作業評価装置、溶接作業評価方法およびプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

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、ロボットの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、次の世代の作業者を効率的に育成するシステムが求められている。

【0003】

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方法がいくつか提案されている。例えば、下記特許文献１の要約には、「溶接環境を容易に模擬することができ、生徒一人の自習であっても溶接作業を教育、矯正又は指導することができる、溶接技能教育支援システムを提供する。」と記載されている。
また、下記特許文献２の要約には、「不適合事例を再現した模型を通じて、訓練受講者が簡便に不適合事例を疑似体感可能な品質体感訓練装置および品質体感訓練方法を提供する。」と記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１３－１５６４２８号公報

【文献】特開２０１７－１１１３８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、上述した技術において、溶接作業の一層適切な技能評価を実現したいという要望がある。
この発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、溶接作業の一層適切な技能評価を実現する溶接作業評価装置、溶接作業評価方法およびプログラムを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するため本発明の溶接作業評価装置は、溶接作業における溶接トーチの位置であるトーチ位置を取得する座標計測部と、複数の作業評価アルゴリズムの中から、前記トーチ位置の動きに対応する一つの前記作業評価アルゴリズムを選択するアルゴリズム選択部と、選択された前記作業評価アルゴリズムに基づいて、前記溶接作業を評価する溶接作業評価部と、を備え、前記溶接作業評価部は、複数の前記作業評価アルゴリズムの一部に各々対応する複数の基準データの中から、少なくとも二つの前記基準データを選択し、選択した少なくとも二つの前記基準データを内挿することによって、選択した前記作業評価アルゴリズムに対応する新たな基準データを生成する補完部を備えることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、溶接作業の一層適切な技能評価を実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】好適な第１実施形態による溶接作業評価システムの模式図である。

【図2】好適な第２実施形態による溶接作業評価システムの模式図である。

【図3】制御装置において実行される溶接作業評価処理のフローチャートである。

【図4】溶接作業者の溶接姿勢の推定原理を示す図である。

【図5】溶接作業評価区間の一例を示す図である。

【図6】採点処理サブルーチンのフローチャートである。

【図7】好適な第３実施形態による溶接作業評価システムの模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［実施形態の前提］
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り、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行う上向姿勢と、接合部を見下ろすようにして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、溶接速度を上げ素早く凝固させる必要がある、とされる。

【0010】

上述した特許文献１を適用した技術では、溶接姿勢が限定されており、熟練技能を十分に教育することができない。また、円筒の溶接のような徐々に溶接姿勢が変化していくような溶接作業を評価することが困難という課題もある。また、特許文献１および２を適用した技術では、寸法のばらつきが大きい場合が想定されておらず、理想的な組み立てが実現したパターンの溶接しか教育することができないため、実際の製造現場での柔軟な対応が求められる溶接作業者を育成できるものとは言えない。

【0011】

そこで、以下に述べる好適な実施形態においては、溶接姿勢が異なる場合であっても、それぞれの溶接姿勢に対して適切な基準データや作業評価アルゴリズムを適用して、溶接作業を評価できるシステムを提供する。

【0012】

［第１実施形態］
図１は、好適な第１実施形態による溶接作業評価システム１の模式図である。
図１において溶接作業評価システム１は、信号発信部１１と、信号受信部１２と、デジタル溶接機６０と、溶接トーチ６２と、制御装置１００（溶接作業評価装置）と、ディスプレイ１４０と、入力装置１４２と、を備えている。入力装置１４２は、マウスやキーボード等（図示せず）を備え、これらの操作状態は制御装置１００に供給される。ディスプレイ１４０は、制御装置１００の制御に基づいて、各種情報を表示する。また、デジタル溶接機６０、信号受信部１２、制御装置１００等の装置は、無線ＬＡＮ、有線ＬＡＮ等の通信網を介して相互に接続されている。

【0013】

デジタル溶接機６０は、溶接トーチ６２に供給される電流と電圧、溶接材料の供給量等を管理する機能を備えている。また、これら電流、電圧、溶接材料の供給量等は、制御装置１００に供給される。これにより、制御装置１００は、電流、電圧、溶接材料の供給量等をディスプレイ１４０に随時表示可能である。溶接トーチ６２は、溶接作業者５０によって把持される。デジタル溶接機６０から溶接トーチ６２に電力が供給されると、これによって被溶接材７０を溶接し、被溶接材７０に溶接ビード７２を形成する。

【0014】

信号発信部１１は、溶接トーチ６２に装着され、溶接トーチ６２の先端位置の座標（以下、トーチ位置という）と、溶接トーチ６２の中心軸の水平面に対する傾斜角（以下、トーチ傾斜角という）と、に応じて変化する座標情報を送信する。信号発信部１１には、例えば、特定波長を反射することによって位置座標を特定する複数の反射材塗布マーカ、ＧＰＳセンサ、水平センサ、慣性センサ等を適用することができる。信号受信部１２は、信号発信部１１から発信された座標情報を受信し、この座標情報を制御装置１００に供給する。

【0015】

信号受信部１２には、例えば、モーションキャプチャや、上述した各種センサからの信号を受信できる受信機を適用することができる。実際の溶接においては、強力なアーク光が発生するため、信号発信部１１および信号受信部１２には、この影響を受け難い発信機および受信機を適用することが望ましい。なお、図示の例において信号発信部１１は溶接トーチ６２に装着されているが、例えば溶接作業者５０に装着する手袋等に信号発信部１１を装着してもよい。

【0016】

制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＳＳＤ（Solid State Drive）等、一般的なコンピュータとしてのハードウエアを備えており、ＳＳＤには、ＯＳ（Operating System）、アプリケーションプログラム、各種データ等が格納されている。ＯＳおよび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１００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。

【0017】

すなわち、制御装置１００は、座標計測部１１０と、アルゴリズム選択部１２０と、溶接作業評価部１３０と、を備えている。そして、座標計測部１１０（座標計測過程、座標計測手段）は、取得部１１３と、計算部１１４と、を備えている。また、アルゴリズム選択部１２０（アルゴリズム選択過程、アルゴリズム選択手段）は、作業評価データベース１２１と、比較選択部１２２と、姿勢推定部１２３と、を備えている。

【0018】

また、溶接作業評価部１３０（溶接作業評価手段、溶接作業評価過程）は、基準データベース１３１と、比較部１３２と、評価部１３３と、データベース補完部１３４（補完部）と、表示制御部１３５と、を備えている。

【0019】

座標計測部１１０は、トーチ位置とトーチ傾斜角とを計算する。アルゴリズム選択部１２０は、トーチ位置とトーチ傾斜角とに基づいて、複数の作業評価アルゴリズムの中から何れかの作業評価アルゴリズムを選択する。溶接作業評価部１３０は、選択された作業評価アルゴリズムに基づいて、溶接作業者５０による溶接作業を評価する。

【0020】

座標計測部１１０において、取得部１１３は、信号受信部１２から溶接トーチ６２の座標情報を受信し、これを一時的に保存する。計算部１１４は、座標情報に基づいて、トーチ位置とトーチ傾斜角とを計算し、その結果を時間情報とを関連づけして「溶接状態データ」として記録する。計算された溶接状態データは、アルゴリズム選択部１２０および溶接作業評価部１３０に供給される。

【0021】

作業評価データベース１２１は、トーチ位置およびトーチ傾斜角の範囲に対応する複数の作業評価アルゴリズムを予め記憶する。姿勢推定部１２３は、トーチ位置とトーチ傾斜角の範囲とに基づいて、溶接作業者５０の溶接姿勢を推定する。そして、比較選択部１２２は、推定された溶接姿勢（推定溶接姿勢）に基づいて、何れかの作業評価アルゴリズムを選択する。但し、比較選択部１２２は、推定溶接姿勢を用いることなく、溶接状態データに含まれるトーチ位置およびトーチ傾斜角に基づいて、何れかの作業評価アルゴリズムを選択してもよい。

【0022】

溶接作業評価部１３０において、基準データベース１３１は、トーチ位置およびトーチ傾斜角の範囲に対応して、基準データを格納する。ここで、基準データとは、基準となる溶接作業の状態、例えば理想的な溶接作業の状態を示すデータである。比較部１３２は、実際の溶接時の動作と、基準データとをを比較し、両者の差分を算出する。評価部１３３は、比較部１３２が出力した差分に基づいて、溶接作業者５０の溶接作業を評価する。

【0023】

また、データベース補完部１３４は、基準データベース１３１に基準データが記録されていないトーチ位置およびトーチ傾斜角の範囲に対して、（換言すれば、データベースに記載のない溶接姿勢に対して）、他の基準データを内挿することによって基準データを計算する。換言すれば、データベース補完部１３４は、複数の作業評価アルゴリズムの一部に各々対応する複数の基準データの中から、少なくとも二つの基準データを選択し、選択した少なくとも二つの基準データを内挿することによって、選択した作業評価アルゴリズムに対応する新たな基準データを生成する。

【0024】

但し、基準データベース１３１が充実していれば、データベース補完部１３４は、省略することができる。表示制御部１３５は、外部のディスプレイに対して、評価部１３３による評価結果を表示させる。また、表示制御部１３５は、該ディスプレイに対して、デジタル溶接機６０が溶接トーチ６２に供給している電流値や電圧値を表示させてもよい。

【0025】

また、基準データベース１３１および比較部１３２に代えて、機械学習によって複数の熟練した溶接作業者の動作を学習した学習モデルを適用してもよい。この場合、学習モデルは、例えば、実際の溶接時の溶接状態データを入力すると、理想的な動作に対する乖離度を出力するものである。そして、評価部１３３は、この乖離度に応じて溶接作業者５０の溶接作業を評価するとよい。

【0026】

また、表示制御部１３５に接続されるディスプレイは、例えば、溶接ブースの外部の人に対して情報を表示するものであってもよい。また、溶接作業者５０が装着している溶接面５２の中に装着した小型ディスプレイであってもよい。後者のディスプレイを適用すると、溶接作業者５０に対して、評価部１３３による評価結果を、逐一フィードバックすることができる。

【0027】

［第２実施形態］
図２は、好適な第２実施形態による溶接作業評価システム２の模式図である。なお、以下の説明において、上述した第１実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図２において、被溶接材７０は、円筒状に形成された円筒試験片１７０であり、水平に配置されている。円筒試験片１７０の周囲には、略長方形板状に形成された複数の遮蔽板１６０が配置され、これら遮蔽板１６０によって溶接ブース１８０が形成されている。

【0028】

従って、制御装置１００およびこれに接続されるディスプレイ１４０は、溶接ブース１８０の外側に設置されている。これにより、制御装置１００およびディスプレイ１４０には、アーク光やスパッタが到達しないようになっている。溶接作業者５０の側方には、モーションキャプチャ装置１５２が配置されている。溶接トーチ６２の先端付近には、信号発信部１１として、複数の反射材塗布マーカ６４（マーカ）が装着されている。このように、複数の反射材塗布マーカ６４を装着したことにより、溶接トーチ６２の先端の動きを詳細に追跡することができる。

【0029】

モーションキャプチャ装置１５２は、反射材塗布マーカ６４からの反射光に基づいて、溶接作業者５０および溶接トーチ６２の姿勢や動きを検出し、これによって溶接トーチ６２の位置および傾きを特定する。また、遮蔽板１６０には、随所に略長方形の貫通孔１６２，１６４が形成されており、これら貫通孔１６２，１６４の外側には、モーションキャプチャ装置１５０，１５４が配置されている。これらモーションキャプチャ装置１５０，１５２，１５４は、信号受信部１２として機能する。このように、複数のモーションキャプチャ装置１５０，１５２，１５４を適用したことにより、溶接作業者５０および溶接トーチ６２の姿勢や動きを高精度に検出することができる。

【0030】

図２において、円筒試験片１７０の軸方向をｚ軸とする。また、ｚ軸に直交する水平方向の軸をｘ軸とし、ｘ軸およびｚ軸に直交する鉛直方向の軸をｙ軸とする。溶接ブース１８０の内部には、円筒試験片１７０を固定する治具（図示略）が配置されている。これにより、円筒試験片１７０の位置および姿勢は一定に保たれ、円筒試験片１７０を交換したとしても、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の座標系を変更する必要はない。

【0031】

制御装置１００の構成は第１実施形態のもの（図１参照）と同様である。すなわち、座標計測部１１０は、信号受信部１２であるモーションキャプチャ装置１５０，１５２，１５４から溶接トーチ６２の座標情報を受信し、トーチ位置およびトーチ傾斜角を計算する。そして、座標計測部１１０は、計算したトーチ位置およびトーチ傾斜角をアルゴリズム選択部１２０および溶接作業評価部１３０に随時供給する。

【0032】

図３は、制御装置１００において実行される溶接作業評価処理のフローチャートである。
図３において処理がステップＳ１に進むと、制御装置１００は、溶接作業者５０による作業開始に伴い、溶接作業評価を開始する。但し、ステップＳ１は、溶接作業の少し前に開始してもよい。また、デジタル溶接機６０から供給された、アーク点火開始信号を契機として、ステップＳ１を自動的に実行するようにしてもよい。

【0033】

次に、処理がステップＳ２に進むと、「溶接作業評価区間」の入力を行う。すなわち、ユーザが入力装置１４２を操作して溶接作業評価区間を入力すると、制御装置１００は、その内容を記憶する。ここで、溶接作業評価区間とは、制御装置１００が溶接作業を評価する区間のことを指し、溶接作業全体を評価したい場合にはアーク点火から消失時までを評価すればよい。また、一部の区間での溶接作業を細かく評価したい場合には、その範囲の溶接作業評価区間を入力するとよい。また、「溶接作業評価区間」は、「時間範囲」によって指定してもよく、また、一定時間ごとに評価区間を設けてもよい。例えば、円筒座標系において、０°から３０°までの範囲を溶接作業評価区間とすることができる。

【0034】

次に、処理がステップＳ３では、溶接作業が開始される。溶接作業においては、アーク熱により溶接材料が溶融し、図２に示すように、円筒試験片１７０にビード１７２が形成される。その際、溶接トーチ６２に供給される電流、電圧、溶接材料の供給量等は、デジタル溶接機６０から制御装置１００に対して、随時供給される。

【0035】

次に、処理がステップＳ４に進むと、制御装置１００は、トーチ位置およびトーチ傾斜角を検出する。すなわち、溶接トーチ６２に装着された複数の反射材塗布マーカ６４の位置をモーションキャプチャ装置１５０～１５４が検出し、その結果に基づいて、座標計測部１１０がトーチ位置とトーチ傾斜角とを算出する。

【0036】

より詳細に述べると、まず、座標計測部１１０（図１参照）は、座標情報と時間情報とを関連づけし、その結果を１次データとして記録する。計算部１１４（図１参照）は、この１次データに基づいて、トーチ位置とトーチ傾斜角とを随時計算し、計算したトーチ位置とトーチ傾斜角とを時間情報と関連付けし、２次データである「溶接状態データ」として記録する。また、トーチ位置とトーチ傾斜角とは、ディスプレイ１４０に随時表示され、溶接作業者５０以外の人間も溶接作業における溶接状態データを観察することができる。

【0037】

次に、処理がステップＳ５に進むと、座標計測部１１０は、トーチ位置が溶接作業評価区間の終了位置に達したか否かを判定する。なお、溶接作業評価区間が、「時間範囲」によって指定された場合、座標計測部１１０は、現在時刻が終了時刻に達したか否かを判定する。ステップＳ５において「ｎｏ」と判定されると、ステップＳ４の処理が繰り返される。一方、ステップＳ５において「ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ６に進む。ステップＳ６において、座標計測部１１０は、溶接作業評価区間の開始位置と終了位置におけるトーチ位置とトーチ傾斜角とに基づいて、溶接作業者５０の溶接姿勢を推定する。図４および図５を参照し、その詳細を説明する。

【0038】

図４は、溶接作業者５０の溶接姿勢の推定原理を示す図である。
図４において、ｙ軸に沿った上方向の角度を０°とする。ここで、トーチ位置、すなわち溶接トーチ６２の先端位置は、円筒試験片１７０の外周に沿った位置になるため、ｙ軸に対する角度によって、トーチ位置を表すことができる。この角度を、トーチ極座標角θと呼ぶ。トーチ極座標角θが－θ１～θ１の範囲であれば、溶接作業者５０は円筒試験片１７０を上から見下ろすような姿勢で溶接作業を行うと考えられる。そこで、この姿勢を「下向姿勢」と呼ぶ。

【0039】

また、トーチ極座標角θがθ２～－θ２の範囲であれば、溶接作業者５０は円筒試験片１７０を下から見上げるような姿勢で溶接作業を行うと考えられる。そこで、この姿勢を「上向姿勢」と呼ぶ。また、トーチ極座標角θがθ１～θ２、または－θ１～－θ２の範囲であれば、溶接作業者５０は円筒試験片１７０に立ち向かうような姿勢で溶接作業を行うと考えられる。そこで、この姿勢を「立向姿勢」と呼ぶ。

【0040】

図５は、溶接作業評価区間の例を示す図である。
例えば、溶接作業評価区間が「トーチ極座標角０°～３０°」の範囲であったとすると、溶接トーチ６２の位置Ｐ１が溶接作業評価区間の開始位置になり、位置Ｐ２が終了位置になる。

【0041】

上述したアルゴリズム選択部１２０の比較選択部１２２（図１参照）では、溶接作業評価区間の開始位置におけるトーチ極座標角θおよびトーチ傾斜角と、終了位置におけるトーチ極座標角θおよびトーチ傾斜角と、を比較する。例えば、図５に示すように、溶接トーチ６２の先端位置のｘ軸方向（水平方向）の移動距離がｙ軸方向（垂直方向）の移動距離より大きければ、主として水平方向に溶接トーチ６２が移動したと判断できる。

【0042】

また、図５に示すように、溶接トーチ６２が、ｘ軸方向に対して４５°～７５°程度の正の角度だけ傾斜していれば、溶接作業者５０は、円筒試験片１７０の溶接箇所に対して下向きになって溶接していると推定される。そこで、以上の例において、比較選択部１２２は、トーチ位置およびトーチ傾斜角の双方に基づいて、溶接作業評価区間における溶接作業者５０の推定溶接姿勢は下向姿勢（図４参照）であると判定する。

【0043】

また、溶接トーチ６２の先端位置のｘ軸方向の移動距離がｙ軸方向の移動距離よりも大きく、かつ、溶接トーチ６２が、ｘ軸方向に対して負の角度だけ傾斜していれば、溶接作業者５０は、円筒試験片１７０の溶接箇所に対して上向きになって溶接していると推定される。従って、比較選択部１２２は、溶接作業評価区間における溶接作業者５０の推定溶接姿勢は上向姿勢（図４参照）であると判定する。

【0044】

また、溶接トーチ６２の先端位置のｙ軸方向の移動距離がｘ軸方向の移動距離よりも大きい場合、溶接作業者５０は、円筒試験片１７０の溶接箇所に対して立ち向かって溶接していると推定される。従って、比較選択部１２２は、溶接作業評価区間における溶接作業者５０の推定溶接姿勢は立向姿勢であると判定する。さらに、比較選択部１２２は、開始位置のｙ座標値が、終了位置のｙ座標値より大きい場合は立向下進姿勢、小さい場合は立向上進姿勢であると判定する。比較選択部１２２は、判定した推定溶接姿勢と、該推定溶接姿勢に対応する作業評価アルゴリズムと、を溶接作業評価部１３０に対して送信する。

【0045】

図３に戻り、次に処理がステップＳ７に進むと、溶接作業評価部１３０は、判定した推定溶接姿勢に対応して、基準データベース１３１を照合し、溶接状態データを採点する。具体的には、ステップＳ７においては、図６に示す採点処理サブルーチンが呼び出される。なお、図３に示す「横向姿勢」については、後述する第３実施形態において詳述する。

【0046】

図６は、ステップＳ７において呼び出される採点処理サブルーチン（図６）のフローチャートである。
図６において処理がステップＳ７１に進むと、溶接作業評価部１３０は採点処理を開始する。次に、処理がステップＳ７２に進むと、比較部１３２は評価パラメータを選択する。ここで、評価パラメータとは、溶接品質に影響を与えるパラメータである。評価パラメータの候補になるパラメータは、例えば、溶接速度、トーチ傾斜角、ウィービング速度、止端停止時間、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ供給量等である。ここでは、一例として、溶接品質に強く影響を与えると考えられる溶接速度とトーチ傾斜角とを評価パラメータとして選択する場合について説明する。

【0047】

次に、処理がステップＳ７３に進むと、比較部１３２は、先に特定された推定溶接姿勢に対応する基準データを基準データベース１３１から読み出す。例えば、特定された推定溶接姿勢が「下向姿勢」であって、基準データにおける溶接速度が２００ｍｍ／ｍｉｎであり、基準データにおけるトーチ傾斜角が２０°であったとする。

【0048】

次に、処理がステップＳ７４に進むと、比較部１３２は、基準データにおける理想的な動作と、実際に取得された溶接状態データとの差分を計算する。例えば、溶接状態データにおける平均溶接速度が１８０ｍｍ／ｍｉｎであったとすると、基準データ（２００ｍｍ／ｍｉｎ）との差分は「±１０％」になる。また、溶接状態データにおける平均トーチ傾斜角が１５°であったとすると、基準データ（２０°）との差分は「±２５％」になる。

【0049】

次に、処理がステップＳ７５に進むと、比較部１３２は、これらの差分値の合算値を評価結果にするか否かを判定する。ここで「Ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ７６に進み、評価部１３３は、各パラメータ（溶接速度、トーチ傾斜角、ウィービング速度、止端停止時間、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ供給量等）の差分値について、重みづけ処理を行い、その結果を合算し、これを採点結果とする。なお、差分値を合算するか否かの指定、および合算する場合の各パラメータの重みづけは、上述した作業評価データベース１２１に含まれる作業評価アルゴリズムに含まれている。

【0050】

例えば、作業評価アルゴリズムにおいて「溶接速度とトーチ傾斜角の重みづけを４：１として合算する」と規定されている場合には、「理想的な溶接動作に対し、差分が±１３％である」という採点結果を得ることができる。なお、ステップＳ７５において「ｎｏ」と判定された場合は、個々のパラメータに対する差分値が、そのまま採点結果になる。次に、処理がステップＳ７７に進むと、採点が終了し、処理は溶接作業評価処理（図３）に戻る。

【0051】

図３において、次に処理がステップＳ８に進むと、表示制御部１３５（図１参照）は、上述した採点結果等をディスプレイ１４０に表示させる。ディスプレイ１４０には、採点結果に加えて、トーチ軌跡等の１次データ、溶接速度やトーチ角度等の２次データ、デジタル溶接機６０から得られる電流や電圧の値を表示してもよい。次に、処理がステップＳ９に進むと、制御装置１００は、溶接作業が終了したか否かを判定する。

【0052】

ここで、「ｎｏ」と判定されると、処理はステップＳ４に戻り、次の溶接作業評価区間について、上述したステップＳ４～Ｓ８の処理が繰り返される。そして、ステップＳ９において「ｙｅｓ」と判定されると、処理はステップＳ１０に進み、制御装置１００は溶接作業評価処理を終了させる。

【0053】

［第３実施形態］
図７は、好適な第３実施形態による溶接作業評価システム３の模式図である。なお、以下の説明において、上述した第１実施形態の各部に対応する部分には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。
図７において、円筒試験片１７０は、軸方向がｙ軸方向になるように、溶接ブース１８０の床面に配置されている。

【0054】

円筒試験片１７０の円中心部のｘ座標値、ｚ座標値を共に「０」とし、円筒試験片１７０の上端面のｙ座標値を「０」とする。本実施形態においても、溶接ブース１８０の内部には、円筒試験片１７０を固定する治具（図示略）が配置されている。これにより、円筒試験片１７０の位置および姿勢は一定に保たれ、円筒試験片１７０を交換したとしても、ｘ軸，ｙ軸，ｚ軸の座標系を変更する必要はない。そして、本実施形態においては、円筒試験片１７０の周回方向に沿って溶接作業を行うものとする。

【0055】

また、本実施形態の遮蔽板１６０においては、円筒試験片１７０に水平方向に対向する位置に貫通孔１６６が形成され、貫通孔１６６の外側には、モーションキャプチャ装置１５６が設置されている。これにより、モーションキャプチャ装置１５６は、反射材塗布マーカ６４の位置を確実に捕捉することができる。上述した以外の溶接作業評価システム３の構成は、第２実施形態のもの（図２参照）と同様である。

【0056】

次に、本実施形態の動作を説明する。本実施形態の制御装置１００においても、溶接作業評価処理（図３）が実行される。
図３において、ステップＳ１～Ｓ５の処理は第２実施形態のものと同様である。すなわち、ステップＳ１において制御装置１００は溶接作業評価を開始し、ステップＳ２において溶接作業評価区間が入力され、ステップＳ３において溶接作業が開始される。次に、ステップＳ４において制御装置１００はトーチ位置およびトーチ傾斜角を検出し、ステップＳ５において座標計測部１１０は、トーチ位置が溶接作業評価区間の終了位置に達したか否かを判定する。

【0057】

次に、ステップＳ６において、座標計測部１１０は、溶接作業評価区間の開始位置と終了位置におけるトーチ位置とトーチ傾斜角とに基づいて、溶接作業者５０の推定溶接姿勢を特定する。図７に示したように、本実施形態において、溶接作業者５０は、円筒試験片１７０の周回方向に沿って溶接ビード１７２を形成する。

【0058】

ここで、溶接作業評価区間が、例えばトーチ極座標角θの９０°～１２０°の範囲であったとすると、溶接作業評価区間においてトーチ位置のｘ座標値およびｚ座標値が大きく変化し、ｙ座標値はほとんど変化しない。このような場合、溶接作業者５０は、円筒試験片１７０の溶接箇所に対して横向きになって溶接していると考えられる。そこで、以上の例において、比較選択部１２２は、トーチ位置およびトーチ傾斜角の双方に基づいて、溶接作業評価区間における溶接作業者５０の推定溶接姿勢は横向姿勢であると判定する。

【0059】

図３において、次に処理がステップＳ７に進むと、第２実施形態の場合と同様に、採点処理サブルーチン（図６）が呼び出される。同ルーチンにおいて、ステップＳ７１～Ｓ７３の処理は上述した第２実施形態のものと同様である。すなわち、ステップＳ７１において溶接作業評価部１３０は採点処理を開始し、ステップＳ７２において比較部１３２は評価パラメータを選択する。

【0060】

次に、処理がステップＳ７３に進むと、比較部１３２は、先に特定された推定溶接姿勢、すなわち横向姿勢に対応する基準データを基準データベース１３１から読み出す。この横向姿勢において、基準データにおける溶接速度が１５０ｍｍ／ｍｉｎであり、基準データにおけるトーチ傾斜角が３０°であったとする。

【0061】

次に、処理がステップＳ７４に進むと、比較部１３２は、基準データにおける理想的な動作と、実際に取得された溶接状態データとの差分を計算する。ここで、実際に取得された溶接状態データにおいて平均溶接速度が１８０ｍｍ／ｍｉｎであり、平均トーチ傾斜角が３０°であったとする。すると、平均溶接速度の差分は「±２０％」になり、トーチ傾斜角について差分は「０」になる。

【0062】

次に、ステップＳ７５～Ｓ７７の処理も第２実施形態のものと同様である。すなわち、ステップＳ７５～Ｓ７７においては、横向姿勢の作業評価アルゴリズムに基づいて、個々のパラメータの差分値、またはこれら差分値に重みづけ処理を行い合算した結果を採点結果とする。例えば、横向姿勢の作業評価アルゴリズムにおいて「溶接速度とトーチ傾斜角の重みづけを４：１として合算する」と規定されている場合には、理想的な溶接動作に対し、差分が「±１６％」である評価結果が得られる。次に、処理は溶接作業評価処理（図３）に戻るが、ここでのステップＳ８～Ｓ１０の処理も第２実施形態のものと同様である。

【0063】

以上のように、第２，第３実施形態によれば、溶接作業者５０の推定溶接姿勢が異なる場合であっても、それぞれの推定溶接姿勢に対して適切な基準データを参照して、溶接作業を評価でき、次世代の溶接作業者を効率的に養成することが可能となる。

【0064】

［実施形態の効果］
以上のように好適な実施形態によれば、溶接作業評価装置（１００）は、溶接作業における溶接トーチ（６２）の位置であるトーチ位置を取得する座標計測部（１１０）と、複数の作業評価アルゴリズムの中から、トーチ位置の動きに対応する一つの作業評価アルゴリズムを選択するアルゴリズム選択部（１２０）と、選択された作業評価アルゴリズムに基づいて、溶接作業を評価する溶接作業評価部（１３０）と、を備える。これにより、複数の作業評価アルゴリズムの中から、トーチ位置の動きに対応する作業評価アルゴリズムを採用することができ、溶接作業の一層適切な技能評価を実現できる。

【0065】

ここで、溶接トーチ（６２）または溶接トーチ（６２）を操作する溶接作業者（５０）には、マーカ（６４）が装着され、座標計測部（１１０）は、マーカ（６４）の位置を計測するモーションキャプチャ装置（１５０～１５６）からの情報に基づいて、トーチ位置と、溶接トーチ（６２）の傾きであるトーチ傾斜角と、を計算する機能を有すると一層好ましい。これにより、トーチ傾斜角も計測できるため、さらに適切な技能評価を実現できる。

【0066】

また、アルゴリズム選択部（１２０）は、トーチ位置と、溶接トーチ（６２）の傾きであるトーチ傾斜角と、に基づいて溶接トーチ（６２）を操作する溶接作業者（５０）の姿勢を推定する姿勢推定部（１２３）と、姿勢推定部（１２３）の推定結果である推定溶接姿勢に対応する作業評価アルゴリズムを選択する比較選択部（１２２）と、を備えると一層好ましい。これにより、推定溶接姿勢に対応する作業評価アルゴリズムを選択することができ、さらに適切な技能評価を実現できる。

【0067】

また、溶接作業評価部（１３０）は、複数の作業評価アルゴリズムに各々対応する複数の基準データの中から、選択された作業評価アルゴリズムに対応する一つの基準データを選択し、選択した基準データと、トーチ位置の動きとを比較する比較部（１３２）を備えると一層好ましい。これにより、適切な基準データを選択できるため、さらに適切な技能評価を実現できる。

【0068】

また、溶接作業評価部（１３０）は、複数の作業評価アルゴリズムの一部に各々対応する複数の基準データの中から、少なくとも二つの基準データを選択し、選択した少なくとも二つの基準データを内挿することによって、選択した作業評価アルゴリズムに対応する新たな基準データを生成する補完部（１３４）と、新たな基準データと、トーチ位置の動きとを比較する比較部（１３２）と、を備えると一層好ましい。これにより、予め準備しておく基準データの種類が少ない場合においても、適切な技能評価を実現できる。

【0069】

［変形例］
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。上述した実施形態は本発明を理解しやすく説明するために例示したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について削除し、もしくは他の構成の追加・置換をすることが可能である。また、図中に示した制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上で必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。上記実施形態に対して可能な変形は、例えば以下のようなものである。

【0070】

（１）上記各実施形態においては、溶接トーチ６２の中心軸の水平面に対する傾斜角を「トーチ傾斜角」として適用した例を説明した。しかし、トーチ傾斜角はこれに限られるものではなく、溶接個所における被溶接材７０の表面に対する溶接トーチ６２の傾斜角、溶接個所における被溶接材７０の法線方向に対する溶接トーチ６２の傾斜角、溶接進行方向に対する溶接トーチ６２の傾斜角等をトーチ傾斜角として適用してもよい。

【0071】

（２）上記各実施形態における制御装置１００のハードウエアは一般的なコンピュータによって実現できるため、図３、図６に示したフローチャート、その他上述した各種処理を実行するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記録装置、または、ＩＣ（Integrated Circuit）カード、ＳＤカード、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）等の記録媒体に格納することができる。従って、これらプログラム等をこれら記憶媒体に格納し、または伝送路を介して頒布してもよい。

【0072】

（３）図３、図６に示した処理、その他上述した各処理は、上記実施形態ではプログラムを用いたソフトウエア的な処理として説明したが、その一部または全部をＡＳＩＣ(Application Specific Integrated Circuit；特定用途向けＩＣ)、あるいはＦＰＧＡ(Field Programmable Gate Array)等を用いたハードウエア的な処理に置き換えてもよい。また、図１に示した作業評価データベース１２１、基準データベース１３１は、ネットワーク（図示せず）上のクラウドに設けてもよい。

【符号の説明】

【0073】

５０ 溶接作業者
６２ 溶接トーチ
６４ 反射材塗布マーカ（マーカ）
１００ 制御装置（溶接作業評価装置）
１１０ 座標計測部（座標計測過程、座標計測手段）
１２０ アルゴリズム選択部（アルゴリズム選択過程、アルゴリズム選択手段）
１２２ 比較選択部
１２３ 姿勢推定部
１３０ 溶接作業評価部（溶接作業評価手段、溶接作業評価過程）
１３２ 比較部
１３４ データベース補完部（補完部）
１５０～１５６ モーションキャプチャ装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】