特許 7446074 作業計測システム

(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】2024-02-29

(45)【発行日】2024-03-08

(54)【発明の名称】作業計測システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 1/00 20060101AFI20240301BHJP

   G01J 5/00 20220101ALI20240301BHJP

   G01J 5/48 20220101ALI20240301BHJP

   B23K 1/012 20060101ALI20240301BHJP

【ＦＩ】

B23K1/00 A

G01J5/00 101A

G01J5/48 E

G01J5/48 D

B23K1/012

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2019178310

(22)【出願日】2019-09-30

(65)【公開番号】P2021053665

(43)【公開日】2021-04-08

【審査請求日】2022-03-29

(73)【特許権者】

【識別番号】000005108

【氏名又は名称】株式会社日立製作所

(73)【特許権者】

【識別番号】000002853

【氏名又は名称】ダイキン工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001678

【氏名又は名称】藤央弁理士法人

(72)【発明者】

【氏名】田中 明秀

(72)【発明者】

【氏名】吉川 裕

(72)【発明者】

【氏名】金子 真也

(72)【発明者】

【氏名】高橋 勇

(72)【発明者】

【氏名】沖崎 直也

(72)【発明者】

【氏名】張 旭東

(72)【発明者】

【氏名】▲浜▼ 靖典

【審査官】岩見 勤

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０５６６２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００３－０２５０６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－００５１５８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－０４３２１７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－０７０３７６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｇ０１Ｊ ５／００

Ｇ０１Ｊ ５／４８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バーナーを用いる作業を計測するバーナー作業計測システムであって、
作業を撮影する一つ以上のカメラと、
前記カメラが撮影した画像を演算処理する制御部と、
作業対象物の２点以上の温度を計測する一つ以上の温度計とを備え、
前記制御部は、
前記カメラが撮影した画像から前記作業対象物と前記バーナー又は炎の位置関係、前記作業対象物とろう材の位置関係、及び前記バーナー又は前記炎と前記ろう材の位置関係のうち少なくとも一つを計算し、
前記カメラが撮影した画像を用いて、前記作業対象物の温度分布を推定し、
前記温度計が計測した前記作業対象物の温度を用いて、前記推定された温度分布を補正し、
前記計算された位置関係、及び前記計算された位置関係と前記補正された温度分布との関連付けを含めた作業データを作成することを特徴とするバーナー作業計測システム。

【請求項2】

バーナーを用いる作業を計測するバーナー作業計測システムであって、
作業を撮影する一つ以上のカメラと、
前記カメラが撮影した画像を演算処理する制御部と、
作業対象物の前後方向、高さ方向及び周方向の少なくとも一つの方向で前記作業対象物の２点以上の温度を計測する一つ以上の温度計とを備え、
前記制御部は、
前記カメラが撮影した画像から前記作業対象物と前記バーナー又は炎の位置関係、前記作業対象物とろう材の位置関係、及び前記バーナー又は前記炎と前記ろう材の位置関係のうち少なくとも一つを計算し、
前記カメラが撮影した画像から炎の色及び前記作業対象物の色の少なくとも一つを検出し、前記計算された位置関係との関連付けを含めた作業データを作成し、
前記温度計が計測した前記作業対象物の温度と、前記計算された位置関係とを関連付けて、バーナー作業を評価することを特徴とするバーナー作業計測システム。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のバーナー作業計測システムであって、
前記一つ以上のカメラは、異なる方向から前記作業対象物を撮影する複数のカメラであることを特徴とするバーナー作業計測システム。

【請求項4】

請求項１から３のいずれか一つに記載のバーナー作業計測システムであって、
前記温度計は、放射温度計であることを特徴とするバーナー作業計測システム。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか一つに記載のバーナー作業計測システムであって、
前記制御部は、前記カメラが撮影した画像から炎の内炎と外炎とを区別し、前記作業対象物と前記内炎の位置関係を計算することを特徴とするバーナー作業計測システム。

【請求項6】

請求項１から５のいずれか一つに記載のバーナー作業計測システムであって、
前記制御部は、前記カメラが撮影した画像から特定された炎の色又は前記作業対象物の色又は前記作業対象物の温度の少なくとも一つを用いて、次の動作を開始するタイミングを作業者に提示することを特徴とするバーナー作業計測システム。

【請求項7】

請求項１から６のいずれか一つに記載のバーナー作業計測システムであって、
前記制御部は、前記カメラが撮影した画像からろう材の回り込み若しくは垂れ、又ははろう材によるフィレットの形成についてのデータを作成し、前記計算された位置関係との関連付けを含めて前記作業データを作成することを特徴とするバーナー作業計測システム。

【請求項8】

請求項４に記載のバーナー作業計測システムであって、
前記制御部は、前記カメラが撮影した画像から放射率変化を求め温度を補正する機能を有することを特徴とするバーナー作業計測システム。

【請求項9】

請求項１から８のいずれか一つに記載の作業計測システムが作成した作業データを用いて、作業者の教育のためのデータを出力することを特徴とする教育システム。

【請求項10】

請求項１から８のいずれか一つに記載の作業計測システムが作成した作業データを用いて、作業品質を管理するためのデータを出力することを特徴とする品質管理システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、作業を計測する作業計測システムに関する。

【背景技術】

【0002】

昨今の社会情勢に伴い、モノづくりの環境は大きく変化している。例えば海外生産の増加や海外からの調達品の増加、熟練技能者の減少などにより、モノづくりの技能を維持しにくくなっており、品質管理はより厳しい状況にさらされている。これまでの技能伝承方法としては、熟練技能者から直接的な指導によって、引き継がれてきた。しかしながら、技能を伝える手段が十分でなく、感覚的な指導になることが多いため、指導に時間が要したり、不正確に伝わったりするため、完全には伝承されず、失われることも危惧される。

【0003】

一方で、近年の計測技術の発展により、熟練技能者の技能を計測して、評価する取り組みが見られる。従来の技能伝承における課題を解決する方法として、種々の計測機器を用いて、技能者の作業を計測し、評価する取り組みが行われている。

【0004】

また、ろう付けや溶接などの接合作業は、大物構造体や複雑な形状を有する部材のモノづくりにおいて、重要な工程の一つである。特に、接合箇所に応力がかかる構造体や、内圧からの応力がかかる密閉容器においては、接合の出来具合が安全性に関わるため、作業の品質を確認する工程が設けられる。一般的には、抜き取りによる破壊検査や、Ｘ線像、超音波探傷による非破壊検査によって、接合の不良を検出し、品質を管理する。また、不良や未完了部を検出すると、手直しの工程が追加されるため、工程遅延が発生する。

【0005】

近年、物質の移動が伴う現象を時間方向に詳細に撮影できるカメラや、各種現象を数値データ化できるセンサが開発されている。このようなセンサで接合の状態をとらえ、不良や未完了部位の発生を防止し、品質を管理することが求められている。

【0006】

特許文献１には、対象物をロウ付けするロウ付け装置であって、前記対象物を加熱するバーナーと、前記バーナーで加熱した前記対象物の加熱部分を撮影する第１可視光カメラと、前記第１可視光カメラで撮影された撮影画像又は撮影動画に基づいて前記加熱部分の温度を特定する温度特定機構と、前記温度特定機構で特定した温度が所定温度以上であった場合に前記加熱部分に対してロウ材を供給するロウ材供給機構と、前記バーナー、前記第１可視光カメラ及び前記ロウ材供給機構を一体に支持するハンドとを備え、前記ハンドによって、前記バーナー、前記第１可視光カメラ及び前記ロウ材供給機構を所定経路に沿った軌跡を描くように移動させてロウ付けすることを特徴とするロウ付け装置が開示されている（請求項１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２０１８－６５１７５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、特許文献１に記載された方法では、ハンドに取り付けられた可視光カメラが取得した画像の色変化から温度を予測しているため、高い精度で温度の計測が困難である。また、取得しているパラメータが温度のみであり、作業者の教育に活用するためには十分なデータではない。また、一方向からの撮影のみでは画像に映っていない箇所の温度が分からないので、ろう付け作業対象物全体の温度分布の把握が困難である。また、カメラはバーナーとともにハンドに取り付けられており、ろう付け作業対象物の炎が当たっている箇所が分からない。さらに、ろう付け作業対象物と炎との距離などの奥行き情報の精度が低くなる。

【0009】

以上に鑑みて、本発明は、ろう付け作業において、作業者の動作を三次元的に可視化し、同時に取得した温度と関連付けることによって、品質推定の精度を向上し、教育システムへの適用を可能とするろう付け作業計測システ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】

【0010】

本願において開示される発明の代表的な一例を示せば以下の通りである。すなわち、バーナーを用いる作業を計測するバーナー作業計測システムであって、作業を撮影する一つ以上のカメラと、前記カメラが撮影した画像を演算処理する制御部と、前記作業対象物の２点以上の温度を計測する一つ以上の温度計とを備え、前記制御部は、前記カメラが撮影した画像から作業対象物と前記バーナー又は炎の位置関係、前記作業対象物とろう材の位置関係、及び前記バーナー又は前記炎と前記ろう材の位置関係のうち少なくとも一つを計算した作業データを作成し、前記カメラが撮影した画像を用いて、前記作業対象物の温度分布を推定し、前記計算された位置関係との関連付けを含めて前記作業データを作成し、前記制御部は、前記温度計が計測した前記作業対象物の温度を用いて、前記推定された温度分布を補正することを特徴とする。

【発明の効果】

【0011】

本発明の一態様によれば、不良率の低減に寄与するシステムを提供できる。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明によって明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】ろう付け作業計測システムの全体図である。

【図2】作業計測用カメラが撮影した映像の例を示す図である。

【図3】温度の測定位置を示す図である。

【図4】ろう付け作業を測定した結果を示す図である。

【図5】ろう付け作業計測システムに記憶された作業データと品質との相関分析の結果を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の実施例として、ろう付け作業を計測するろう付け作業計測システム、及びこの計測結果を利用した品質管理システム及び教育システムについて図面を用いて説明する。
＜実施例１＞
図１は、実施例１のろう付け作業計測システムの全体図である。

【0014】

実施例１のろう付け作業計測システムは、作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）、制御部（制御装置）６、及びろう付け作業温度計７（ａ）、７（ｂ）を有する。作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）、及びろう付け作業温度計７（ａ）、７（ｂ）は、治具８に固定されている。作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）は、ろう付け対象物２とろう付け用の治工具であるガスバーナー３及びろう材４の画像を撮影する。例えば、図示するように、作業計測用カメラ１（ａ）は上側からの映像を撮影し、作業計測用カメラ１（ｂ）は奥側からの映像を撮影し、作業計測用カメラ１（ｃ）は真横からの映像を撮影する位置に配置される。ガスバーナー３は、炎が出る機構を有する。作業者５は、ろう付け対象物２（例えば銅）を加熱した後にろう材４を供給して、ろう付け対象物２をろう付けする。

【0015】

制御部６は、例えば、演算処理装置（例えば、ＣＰＵ）、当該演算処理装置が実行するプログラムやデータが記憶される記憶装置（例えば、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の半導体メモリやＨＤＤ等の磁気記憶装置であり、後述の「記憶部」が該当）、演算処理装置の演算結果を表示する表示装置（例えば、モニタ、タッチパネル）、及び所定のプロトコルに従って、他の装置との通信を制御する通信装置を有するコンピュータで構成される制御装置であり、作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）が撮影した画像及びろう付け作業温度計７（ａ）、７（ｂ）が測定したろう付け対象物２の温度を演算処理する。演算処理装置において、ＣＰＵがプログラムを実行して行う処理の一部を、他の演算装置（例えば、ＦＰＧＡやＡＳＩＣなどのハードウェアによる演算装置）で実行してもよい。制御部６にネットワークを介して接続された端末が入力装置及び出力装置として機能してもよい。

【0016】

演算処理装置が実行するプログラムは、リムーバブルメディア（ＣＤ－ＲＯＭ、フラッシュメモリなど）又はネットワークを介して制御部６に提供され、非一時的記憶媒体である不揮発性記憶装置に格納される。このため、制御部６は、リムーバブルメディアからデータを読み込むインターフェースを有するとよい。

【0017】

制御部６は、物理的に一つの計算機上で、又は、論理的又は物理的に構成された複数の計算機上で構成される計算機システムであり、複数の物理的計算機資源上に構築された仮想計算機上で動作するものでもよい。

【0018】

作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）は、作業者５及びろう付け対象物２の周囲に配置されており、作業者５がろう付け対象物２をろう付けする際のガスバーナー３又は炎及びろう材４の動きを計測する。作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）は、制御部６に接続されている。作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）は、三次元的に動作を測定できるように異なる方向（望ましくは、直交する３方向）から、作業者５及びろう付け対象物２を撮影できるように設置される。本実施例では作業者５の真横、上、奥にそれぞれ１台ずつ設置される。

【0019】

図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）が撮影した映像の例を示す。図２（Ａ）は真横から撮影した映像を示しており、ガスバーナー３、継手１０２、外管１０３、及び内管１０４が写っている。本実施例では、ろう付け対象物２である継手１０２は、上部に内管１０４が収まる膨らみのある外管１０３を下側に設置し、上側から内管１０４が外管１０３に差し込まれる継手である。

【0020】

制御部６は、作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）で撮影した動画を解析して、継手１０２、ガスバーナー３、及びろう材４の位置を認識する。図２（Ａ）に示す真横からの作業計測用カメラ１（ｃ）の映像からは、ガスバーナー３と継手１０２の垂直方向の位置関係を主に認識できる。制御部６は、この画像を解析して、ガスバーナー３の先端で炎の付け根の位置１０５、作業者５に最も近い継手１０２の位置１０６、ガスバーナー３と継手１０２の距離１０７、垂直方向の炎の角度１０８、及びガスバーナー３から出ている炎が当たる高さ１０９を認識する。

【0021】

図２（Ｂ）は、図２（Ａ）と同じ作業を奥側から撮影した映像を示しており、ガスバーナー３、ろう材４、及び内管１０４が写っている。図２（Ｂ）に示す奥側からの作業計測用カメラ１（ｂ）の映像からは、ろう材４とろう付け対象物２の垂直方向の位置関係を主に認識できる。制御部６は、この画像を解析して、垂直方向のろう材４の角度２０２、及びろう材４が当たる高さ２０３を認識する。

【0022】

図２（Ｃ）は、図２（Ａ）と同じ作業を上側から撮影した映像を示しており、ろう材４、継手１０２、外管１０３、及び内管１０４が写っている。図２（Ｃ）に示す上側からの作業計測用カメラ１（ａ）の画像は、ガスバーナー３とろう材４とろう付け対象物２の水平方向の位置関係を主に認識できる。図２（Ｃ）に示す画像は、継手１０２の断面が円形であることから、継手１０２の中心を原点とした極座標で表すとよい。制御部６は、この画像を解析して、炎の当てる水平方向の位置３０１、ろう材４を当てる水平方向の位置３０２、炎の水平方向の角度３０３、及びろう材４の水平方向の角度３０４を認識する。なお、角度３０３及び角度３０４は、ろう付け対象物２が円筒である場合、当該円筒の断面の円の接線との角度で算出するのが好ましい。

【0023】

図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）を異なる３方角に設置することによって、垂直方向及び水平方向で三次元的な動作を測定でき、三次元的に作業を認識できる。

【0024】

本実施例では、作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）の映像を用いて、継手１０２とガスバーナー３の位置関係（距離、角度）、継手１０２とろう材４の位置関係（距離、角度）を算出したが、ガスバーナー３とろう材４の位置関係（距離、角度）を算出してもよい。つまり、前述した三つの部材（継手１０２、ガスバーナー３、ろう材４）の間の３種類の位置関係のうち少なくとも一つを算出して、作業データを作成すればよい。

【0025】

本実施例では、作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）の映像ごとに物体の位置を算出しているが、ガスバーナー３を頻繁に動かす動作の場合は、一つの映像から解析された角度や距離の精度が低下するため、複数の映像を用いて三次元的に解析するのが好ましい。なお、ガスバーナー３の動きが小さく単純な場合は、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）に示すように、映像ごとに物体の位置を算出してもよく、この方が処理時間の観点からは好ましい。また、画像撮影時に距離を測定可能な単眼の距離画像カメラを用いて物体の位置を算出してもよい。

【0026】

複数のカメラを設置し、撮影されたマーカを認識するマーカ式モーションキャプチャを用いて動作を計測して、三次元座標を取得してもよい。

【0027】

また、本実施例では評価対象はろう材４、ガスバーナー３、ろう付け対象物２であるが、作業者５の動作を評価する機構を併用しても構わない。作業者５の動作は、カメラの映像解析、ＴｏＦ（Ｔｉｍｅ ｏｆ Ｆｌｉｇｈｔ）センサや、作業者５の体に配置されたマーカによるモーションキャプチャなどで評価可能である。

【0028】

さらに、カメラの映像よりろう付け対象物２の色や炎の色の変化を評価し、ろう付け対象物２の温度分布を推定できる機能があると好ましい。そして、ろう付け対象物２の温度分布と継手１０２、ガスバーナー３、ろう材４の位置関係と関連付けたデータを含めて作業データを作成するとよい。この場合、ろう付け作業温度計７（ａ）、７（ｂ）の情報に基づいて推定された温度を補正すると、温度の推定の精度を高めることができる。ろう付けは、ろう付け対象物２の温度によって、ろう付け対象物２や炎の色が変化する場合があり、ろう付け対象物２の温度、ろう付け対象物２の色、炎の色のいずれかによって次の動作のタイミングが決まる場合があるため、次の動作を開始するタイミングを作業者５に提示すると好ましい。作業者への提示は、作業場所に設けた表示装置（図示省略）への表示や、警告音や音声を発してもよい。

【0029】

また、ガスバーナー３からは炎が出ており、計測する対象はガスバーナー３でも炎でも、その両方でもよい。一般的なガスの炎には図２（Ａ）に示するように内炎１１０と外炎１１１があり、映像中の炎の色などによって内炎１１０と外炎１１１を区別する機能があることが好ましい。さらに、ろう付けの作業を評価するためには、計測する対象を内炎１１０の先端にして、内炎１１０の先端からろう付け対象物２までの距離１１２を評価すると、ろう付け対象物２に加わる熱量が正確に評価できてより好ましい。炎にはマーカを配置できないので、炎を計測する場合にはモーションキャプチャではなくカメラの方が好ましい。

【0030】

さらに、図２（Ａ）のカメラの情報などから、ろう材の回り込みが適切かを判定できる解析機能があるとよい。適切であるかは、例えばろう材が周方向の全範囲に回り込んでフィレットを形成しているか、ろう材が適切な高さ方向の範囲までフィレットを形成しているかなどで判定できる。

【0031】

カメラには、フィルタを用いて計測対象を識別しやすくしてもよい。例えば、画像中の炎の明るさを弱めるため、オレンジや赤の波長である６００ｎｍ～８００ｎｍの透過率が低いフィルタを用いてもよい。但し、作業者５の教育に用いる際には、人が見ている色味に近い色を再現するのが好ましい。

【0032】

ろう付け作業温度計７（ａ）、７（ｂ）は、ろう付け対象物２の温度を測定するのに用いられ、例えば輻射熱を測定する放射温度計を使用できる。ろう付けにおいて温度は重要な要素であり、作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）と併用して、画像の撮影と温度の測定とを同時に行うのが好ましい。本実施例では二つの温度計を設けているが、一つ又は三つ以上でもかまわないが、二つ以上の温度計を設けて複数点の温度を計測する方が、教育や品質管理に用いる際の効果が高まるので好ましい。

【0033】

ろう付け作業温度計７（ａ）、７（ｂ）は、温度を測定できれば、放射温度計を使用しなくてもよいが、熱電対のようなろう付け対象物２に直接接触する接触式の測定方法より、設置の容易さや交換頻度が少ない観点から、非接触の測定方法の方が好ましい。非接触式の温度計は、ある範囲の温度を測定するサーモグラフィや、１点の温度を測定する放射温度計などがあるが、精度や費用の観点からは放射温度計が好ましい。

【0034】

図３に、本実施例での温度の測定位置を示す。作業者５から見て手前側の２箇所の測定点４０１（ａ）、４０１（ｂ）と、奥側の２か所の測定点４０１（ｃ）、４０１（ｄ）の高さ方向の位置が異なる４か所を測定するとよい。つまり、温度の測定点は、継手１０２の前後方向、高さ方向及び周方向の少なくとも一つの方向で２点以上設けるとよい。ろう付け作業時には、ある一定の範囲を同じ温度に保つように管理するのが好ましく、温度の測定位置はその範囲を参考に設置するのが好ましい。なお、本実施例では前後方向及び高さ方向に複数個所の測定点を設けているが、周方向にも適宜放射温度計を設置し、温度分布を管理するのが好ましい。

【0035】

また、本実施例でのように輻射熱を測定する放射温度計を用いる場合、炎の影響をなるべく避けるため、炎のスペクトル強度が小さい波長で温度を測定するのが好ましい。例えば３．９μｍの波長帯を用いるとよい。

【0036】

また、放射温度計を用いる場合は放射率の設定が重要であり、作業計測用カメラ１（ａ）、１（ｂ）、１（ｃ）が撮影した映像のろう付け対象物２の色などから放射率を判定できる。特に、ろう付け対象物２が銅である場合は、ある一定以上高い温度で炎を外した際に、銅が酸化して放射率が変化する。映像から把握したろう付け対象物２の変質によって、放射温度計の放射率を調整すれば、真の温度に補正でき、温度の精度を改善できて好ましい。

【0037】

さらに、温度に関しては、図２（Ａ）、図２（Ｂ）、図２（Ｃ）の映像から炎の位置や当たり方を検出し、ろう付け対象物２の温度を推定する機能を有するのが、温度計側点以外の温度も知ることができて好ましい。この場合、ろう付け作業温度計７（ａ）、７（ｂ）の情報に基づいて推定された温度を補正すると、温度の推定の精度を高めることができる。さらに、映像を用いて温度を分布として解析するのがより好ましい。

【0038】

また、温度・湿度・風力計測装置やガス流量計を併用してガス流量、温度、湿度、風力などのろう付け環境データを計測してもよい。ろう付け対象物２の色や温度などのろう付け計測データ及びろう付け環境データは制御部６に送られ、制御部６内の記憶部に蓄積データとして記憶される。また、制御部６は計測されたデータを表示する機能を有する。

【0039】

図４に、本実施例のろう付け作業計測システムを用いてろう付け作業を測定した結果の概要を示す。図４に示すように、本実施例の作業計測システムは、時間毎に行われている作業や作業位置、時間及び位置毎の温度の計測結果を算出できる。図４（Ａ）は放射温度計が測定した測定点４０１（ａ）の温度、図４（Ｂ）は水平方向の炎の角度３０３、図４（Ｃ）は水平方向のろう材４の角度３０４をそれぞれ示している。作業者５は、最初は炎の角度をほぼ９０°にしていたため、温度は適切に上昇していたが、領域５０１で炎をろう付け対象物２に対して、斜めにしたため、ろう付け対象物２の温度が下がり、その後動作を適切に戻し、領域５０２でろう材４を投入している。

【0040】

図４には温度と動作との対応がわかりやすくデータに表れており、本実施例のろう付け作業計測システムを用いれば、ろう付け作業温度計７（ａ）、７（ｂ）が計測した作業対象物の温度（又は、カメラの映像から推定された温度分布）と、継手１０２、ガスバーナー３、ろう材４の位置関係とを関連付けて、バーナー作業を評価できる。例えば、温度の上昇が遅くなった理由を分かりやすく知ることができる。

【0041】

もし、ろう材投入温度５０３が、ろう材４の液相線温度より低い場合、ろう材４が溶けず、ろうが流れないため、継手１０２の強度が低下する。また、加熱終了時の温度５０４が継手１０２の固相線温度より高い場合、継手１０２が溶けることがあり、製品に不良が発生する。このように、動作が変わるタイミングの温度の解析によって、効果的な教育や品質管理ができる。

【0042】

以上に説明したように、本実施例のろう付け作業計測システムでは、ろう付け対象物２（継手１０２）と作業者５が持つガスバーナー３との位置関係、つまりろう付け対象物２と作業者５との位置関係を正確に計測でき、ろう付け作業を三次元で正確に解析した作業データを作成するろう付け作業計測システムを提供できる。

【0043】

また、本実施例のろう付け作業計測システムでは、作業中の温度を測定するので、動作の結果である温度を用いて、効果的な品質管理や教育ができる。

【0044】

＜実施例２＞
実施例２では、実施例１のろう付け作業計測システムを適用した品質管理システム及び教育システムの例を示す。ろう付け作業計測システムの構成、ろう付け方法、及びろう付け対象物２は実施例１と同じであるので、実施例１と同じ構成には同じ符号を付し、それらの説明は省略する。

【0045】

まず、実施例１のろう付け作業計測システムを適用した品質管理システムについて説明する。本実施例の品質管理システムは、過去に取得された作業データ（例えば、ろう付け作業動作データ、ろう付け計測データ、ろう付け環境データ）及びろう付け部の品質データを予め記憶しておき、新たに計測された作業データと比較することによって、品質判定部にてろう付け部の品質を判定する。品質判定部は、作業者５の作業レベルを評価できる。品質判定部は、制御部６と共に１台の計算機に実装されても、制御部６と別の計算機に実装されてもよい。

【0046】

実施例１のろう付け作業計測システムに記憶された蓄積データ（作業データ）と品質との相関分析の結果、ろう付けの温度と品質には相関が認められ、ろう付けの温度が強い特徴量として抽出された。図５（Ａ）に品質との関係を示す。ろう材投入時にいずれかの測定点４０１（ａ）、４０１（ｂ）、４０１（ｃ）、４０１（ｄ）の温度が６００℃未満である場合、ろう材が十分に溶けず不良になり、また、８５０℃以上である場合、ろう材が過剰に溶け、ろう材の垂れが起こることが分かった。

【0047】

さらに、図５（Ｂ）に示すように、水平方向のろう材４の投入角度と品質には相関が認められる。すなわち、水平方向のろう材４の投入角度が７０°から１１０°である場合、ろう材４は先端から徐々に溶けるため、継手１０２の外管１０３と内管１０４の隙間に適切に浸透するのに対し、水平方向のろう材４の投入角度が７０°未満又は水平方向のろう材４の投入角度が１１０°を超える場合、ろう材４が線でろう付け対象物２に接触し、ろう材４の垂れが生じたり、浸透が不十分となる。

【0048】

このように、本実施例の品質管理システムでは、実施例１のろう付け作業計測システムに記憶された作業データから品質との相関が強い特徴量を抽出し、品質を管理できる。本実施例では、ろう材投入時の温度やろう材４の角度を特徴量として使用したが、これに限らず、実施例１のろう付け作業計測システムが取得した様々なデータを特徴量として使用できる。

【0049】

また、品質管理システムは、図５（Ａ）、図５（Ｂ）に示す適切な範囲から外れた際に作業者５に報知することによって、不良品の未然防止や不良品の検出ができる。報知方法としては、作業しながら気が付きやすい警告音や音声が好ましい。

【0050】

次に、実施例１のろう付け作業計測システムを適用した教育システムについて説明する。本実施例の教育システムは、実施例１のろう付け作業計測システムに記憶された作業データと適切な動作との相関を分析した結果、水平方向の炎の角度が７５°から１０５°が適切であり、この範囲から外れると温度上昇が遅くなることが分かった。そこで、水平方向の炎の角度の適切な範囲を作業者５に提示して、教育に活用するとよい。また、水平方向の炎の角度がこの範囲から外れた場合に、作業者５に報知する機能を有するとよい。

【0051】

さらに、作業データから母材の色の適切な範囲があることが分かった。このような判断のポイントも教示することで教育効果を高めることができる。

【0052】

以上のように、本発明では、ろう付け作業動作を正確に数値化でき、その数値データを品質管理や教育に活用することによって、品質を向上させ、技能を確実に伝承でき、不良率の低減に寄与できる。

【0053】

なお、本発明はろう材を用いるろう付け作業を実施例としているが、バーナーを用いている作業であれば別の作業でも適用できる。別の作業としては、例えばバーナーを金属などに照射することで、金属を切断するガス切断作業や金属表面を洗浄や改質する表面処理などが挙げられる。

【0054】

また、本発明は前述した実施例に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した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、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに本発明は限定されない。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てもよい。また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えてもよい。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

【0055】

また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等により、ハードウェアで実現してもよく、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。

【0056】

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

【0057】

また、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、実装上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、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

【符号の説明】

【0058】

１ 作業計測用カメラ
２ ろう付け対象物
３ ガスバーナー
４ ろう材
５ 作業者
６ 制御部
７ ろう付け作業温度計
８ 治具
１０２ 継手
１０３ 外管
１０４ 内管

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】