JP2015225214A - シミュレーションシステム - Google Patents

Abstract

【課題】作業経過の良し悪しを作業中における複数条件の見掛けを含めて判断することを要求される複雑な作業に対して有用なシミュレーションシステムを提供すること。
【解決手段】３次元の被溶接物Ｗ１，Ｗ２の溶接部位Ｗに対する溶接作業をシミュレートする３次元表示装置と、作業内容と作業条件とを設定するコンピュータ装置と、作業者が握持操作する溶接トーチ４０の３次元表示装置に対する先端の位置と姿勢と移動軌跡とをリアルタイムで３次元で検出するトラッキングコントローラと、を備え、コンピュータ装置で設定した作業内容と作業条件及びトラッキングコントローラで検出した溶接トーチ４０の先端の位置と姿勢と移動軌跡とに基づいて、作業者が溶接トーチ４０を用いて作業対象物に対する作業を行っている際と視覚的に同一の作業状況を、溶接トーチ４０の先端の位置を基準としてリアルタイムで疑似表示する。
【選択図】図１２

Description

本発明は、シミュレーションシステムに関する。

従来、使用者がモニタに表示した疑似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シミュレートした場合に、カメラセンサにより検出された溶接トーチの位置及び姿勢（角度）に応じた作業結果としてビードを表示するシミュレーションシステムが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１２−２１８０５８号公報 特開２０１３−１５６４２８号公報

しかしながら、このような従来のシミュレーションシステムにあっては、単に作業結果としてビードを表示させるだけであった。このため、作業初心者が利用した場合に、例えば、シミュレート結果が良かったのか悪かったのかといった結果を知ることはできたとしても、原因やタイミング等の具体的な理由を知るには不十分であるという問題があった。

例えば、アーク溶接の場合、溶接トーチの姿勢や移動速度のみならず、その設定条件等も適正でないと溶接結果も適正とはならない。

一方、作業者は、例えば、アーク光の色や大きさ（長さ）或いは火花の散り具合といった様々な作業前や作業中における見掛けが適正であるかで実際のアーク溶接作業における作業結果の良し悪しを判断することができる。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、特に、作業結果の良し悪しを作業中における複数条件の見掛けを含めて判断することを要求される複雑な作業に適合したシミュレーションシステムを提供することを目的とする。

本発明に係るシミュレーションシステムは、上記目的達成のため、３次元の作業対象物に対する作業をシミュレートする再現装置と、作業内容と作業条件とを設定する設定部と、作業者が握持操作する作業工具の前記再現装置に対する先端の位置と姿勢と移動軌跡とをリアルタイムで３次元で検出する３次元検出部と、を備え、前記再現装置は、前記設定部で設定した作業内容と作業条件及び前記３次元検出部で検出した前記作業工具の先端の位置と姿勢と移動軌跡とに基づいて、作業者が前記作業工具を用いて作業対象物に対する作業を行っている際と視覚的に同一の作業状況を、前記作業工具の先端の位置を基準としてリアルタイムで疑似表示するよう構成されている。

この構成により、本発明に係るシミュレーションシステムは、特に、作業結果の良し悪しを作業中における複数条件の見掛けを含めて判断することを要求される複雑な作業に適合することができる。

本発明によれば、特に、作業結果の良し悪しを作業中における複数条件の見掛けを含めて判断することを要求される複雑な作業に適合したシミュレーションシステムを提供することができる。

本発明の一実施の形態に係るシミュレートシステムの構成を示すブロック図である。 本発明の一実施の形態に係るシミュレートシステムを構成する再現装置のハードウェア構成図である。 本発明の一実施の形態に係るシミュレートシステムを構成する再現装置の機能ブロック図である。 本発明の他の実施の形態に係るシミュレーションシステムにおける利用形態の一例を示し、（Ａ）は作業者に対して被溶接物が水平面上にある場合の説明図、（Ｂ）は作業者に対して被溶接物が垂直面上にある場合の説明図である。 アーク溶接時の溶接トーチとワークとの状態を示す説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムの表示装置における初期設定画面の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムの表示装置における作業姿勢設定画面の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムの表示装置における継手種類設定画面の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムの表示装置におけるワーク条件設定画面の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムの表示装置における溶接条件設定画面の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムにおける作業前の作業者の目視状態の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムにおけるシミュレートアーク溶接作業中の表示例を示し、（Ａ）は表示状態の説明図、（Ｂ）は作業者による目視状態の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムにおける作業者の斜視状態の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムを示し、（Ａ）は作業結果グラフの説明図、（Ｂ）は作業結果グラフの表示例の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムを示し、（Ａ）は作業開始前の作業者の視認状態の説明図、（Ｂ）は作業中の作業者の視認状態の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムを示し、（Ａ）はリプレイ表示画面の一例の説明図、（Ｂ）はリプレイ表示画面の他例の説明図である。 本発明の他実施の形態に係るシミュレーションシステムを示し、リプレイ表示画面の斜視の説明図である。

以下に、本発明の実施の形態おけるシミュレーションシステム１について、図面を参照しながら説明する。

図１に示すように、シミュレーションシステム１は、３次元画像を表示するための３次元表示装置１０と、３次元画像が表す作業対象物としての被溶接物（母材）を３次元に視認するために利用者に装着される３次元視認装置２０と、３次元視認装置２０の位置及び姿勢から見た被溶接物を表す３次元画像を表示させるように３次元表示装置１０を制御するコンピュータ装置３０と、被溶接物に対してアーク溶接を行うための溶接トーチ４０と、トラッキングコントローラ５０と、を備えている。

３次元表示装置１０は、３次元の被溶接物に対してアーク溶接作業をシミュレートする再現装置として機能し、左目用及び右目用の映像をそれぞれ照射するためのプロジェクタ１１，１２と、透過性スクリーン１３と、スピーカ１４と、超音波を発する超音波発生源をそれぞれ有する３つの超音波発生器１５〜１７と、を備えている。なお、コンピュータ装置３０とトラッキングコントローラ５０とは、３次元の被溶接物に対してアーク溶接作業をシミュレートする再現装置としても機能する。

プロジェクタ１１，１２の投影レンズ１１ａ，１２ａには、互いに異なる周りに円偏光させるための円偏光フィルタ（図示せず）がそれぞれ装着されている。ここで、プロジェクタ１１，１２及び透過性スクリーン１３の位置及び姿勢は、シミュレーションシステム１において既知とする。

超音波発生器１５〜１７は、透過性スクリーン１３の３方、例えば、左端、右端、上端にそれぞれ設けられているものとするが、これらの設置位置は、シミュレーションシステム１において既知であれば、任意である。なお、各超音波発生器１５〜１７は、少なくとも１つの超音波発生源を有していればよいが、上述した３つの他、それ以上の超音波発生器を備えるようにしてもよい。

３次元視認装置２０は、円偏光フィルタ（図示せず）が設けられた偏光メガネ２１と、偏光メガネ２１の位置及び姿勢を検出する検出センサ２２と、を備えている。

偏光メガネ２１は、作業者が装着するもので、３次元表示装置１０によって円偏光された左目用の映像と右目用の映像とを作業者の左右の目（肉眼）でそれぞれ見られるようになっている。

検出センサ２２は、超音波センサ及びジャイロを有している。このため、本実施の形態において、シミュレーションシステム１では、超音波を発する３つの超音波発生源をそれぞれ有する３つの超音波発生器１５〜１７を備えている。

コンピュータ装置３０は、例えば、図２に示すように、ＣＰＵ３１と、ＲＡＭ３２と、ＲＯＭ３３と、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）３４と、キーボード装置やポインティングデバイス等よりなる入力装置３５と、表示装置３６と、３次元表示装置１０やトラッキングコントローラ５０などの外部装置及び各種センサと通信するための入出力ポート３７と、スピーカ３８と、を備えた汎用のコンピュータ装置によって構成されている。

ＲＯＭ３３やＨＤＤ３４には、コンピュータ装置３０を用いて３次元表示装置１０を再現装置として機能させるためのシミュレートプログラムが格納されている。すなわち、コンピュータ装置３０は、ＣＰＵ３１がＲＡＭ３２を作業領域としてＲＯＭ３３やＨＤＤ３４に格納したシミュレートプログラムを実行することにより、３次元表示装置１０を再現装置として機能させる。

溶接トーチ４０は、例えば、実際にアーク溶接に用いられる溶接トーチと同じものを疑似的に用いるよう構成されている。したがって、溶接トーチ４０は、実際に溶接を行わないよう、例えば、溶接用としての電源供給されない状態で使用される。

溶接トーチ４０は、その先端の位置及び姿勢（傾き）を検出するトーチセンサ４１を備える。このトーチセンサ４１は、超音波センサ及びジャイロ機能を有している。トーチセンサ４１の先端の位置及び姿勢はトラッキングコントローラ５０により超音波発生器１５〜１７を制御することによって算出され、コンピュータ装置３０に伝達されるようになっている。すなわち、トラッキングコントローラ５０は、作業者が握持操作する溶接トーチ４０の３次元表示装置１０に対する先端の位置と姿勢とをリアルタイムで３次元で検出する３次元検出部として機能し、溶接トーチ４０の先端の位置及び姿勢をコンピュータ装置３０に伝達するようになっている。これにより、溶接トーチ４０の位置検出結果を連続させることで溶接トーチ４０の移動軌跡とすることができる。

また、溶接トーチ４０には、シミュレートアーク溶接作業の開始及び終了を検出する開始終了検出センサ４２が設けられている。開始終了検出センサ４２は、シミュレートアーク溶接作業の開始及び終了を表す信号をコンピュータ装置３０に出力するようになっている。なお、開始終了検出センサ４２によるシミュレートアーク溶接作業の開始及び終了検出は、例えば、作業者によるスイッチのオン・オフ操作で足りる。

トラッキングコントローラ５０は、超音波発生器１５〜１７を制御することによって検出センサ２２の位置を算出するとともに検出センサ２２の姿勢を取得し、その位置及び姿勢をコンピュータ装置３０に伝達するようになっている。すなわち、トラッキングコントローラ５０は、３次元視認装置２０の位置及び姿勢をコンピュータ装置３０に伝達するようになっている。

次に、本実施の形態に係るコンピュータ装置３０のＣＰＵ３１が実行する機能を説明する。図３に示すように、コンピュータ装置３０は、例えば、ＲＯＭ３３又はＨＤＤ３４の一部に、溶接トーチ４０を用いて被溶接物を溶接しているときの再現情報を格納する再現情報格納部３４ａと、被溶接物を３次元表示するための被溶接物情報を格納する被溶接物情報格納部３４ｂと、を有する。

一方、ＣＰＵ３１は、再現情報格納部３４ａから取得した情報に基づいて再現映像を生成する再現映像生成部３１ａと、被溶接物を表す３次元画像を生成する３次元画像生成部３１ｂと、を有している。

再現情報格納部３４ａは、溶接トーチ４０の先端の位置及び姿勢と、溶接トーチ４０の移動軌跡と、溶接トーチ４０を用いてシミュレートアーク溶接を行う際に設定される溶接条件と、に基づいて実際のアーク溶接を行った際と視覚的及び聴覚的に同一の作業状況を再現するパターン情報を格納している。

被溶接物情報格納部３４ｂは、例えば、図４（Ａ）に示すように、作業者に対して被溶接物が水平面上にあるのか、図４（Ｂ）に示すように、作業者に対して被溶接物が垂直面上にあるのか、に応じて３次元表示するための被溶接物情報を溶接条件の一部として格納している。

なお、被溶接物情報には、この水平面上又は垂直面上にある場合において、溶接トーチ４０の移動方向が作業者を基準として縦又は横の場合を含んでいる。また、被溶接物情報には、被溶接物の継手形状として、突き合わせ継ぎ手、開先継ぎ手（両開先）、重ね継ぎ手、隅肉継ぎ手、といった母材の継手情報を含んでいる。このように、本実施の形態において、被溶接物情報格納部３４ｂに格納した被溶接物情報には、被溶接物を再現するための３次元座標の集合を含んでいる。

これにより、３次元画像生成部３１ｂは、再現映像生成部３１ａから出力したパターン情報と、トラッキングコントローラ５０から出力したトーチセンサ４１の検出結果及び検出センサ２２の検出結果と、被溶接物情報格納部３４ｂに格納した溶接条件と、に基づいて３次元合成画像を生成してコンピュータ装置３０に出力する。

これにより、コンピュータ装置３０は、作業者が溶接トーチを用いてアーク溶接を行っている際と視覚的に同一の作業状況を溶接トーチ４０の先端の位置を基準として透過性スクリーン１３にリアルタイムで疑似表示させる。また、コンピュータ装置３０は、溶接トーチ４０の移動軌跡に応じたビードの軌跡を透過性スクリーン１３にリアルタイムで疑似表示させる。

なお、コンピュータ装置３０は、被溶接物情報格納部３４ｂに格納した被溶接物情報を表す画像の一覧を表示装置３６に表示させ、表示装置３６に表示させた画像の一覧から入力装置３５を介して１つの被溶接物情報に対応する画像を選択させるようにしてもよい。

また、コンピュータ装置３０は、被溶接物情報格納部３４ｂに格納した被溶接物情報を表す画像の一覧を３次元表示装置１０に表示させ、３次元表示装置１０に表示させた画像の一覧から溶接トーチ４０を入力装置として用いて１つの被溶接物情報に対応する画像を選択させるようにしてもよい。

このように、コンピュータ装置３０は、溶接トーチ４０の移動軌跡に応じたビードの軌跡のみを疑似表示するのではなく、作業者がアーク溶接作業を行っている際と視覚的に同一の作業状況であるアーク光の色や大きさ（長さ）或いは火花の散り具合等を含む３次元合成画像を透過性スクリーン１３にリアルタイムで疑似表示させる。

一般に、アーク溶接では、電力により溶接棒又は溶接ワイヤを溶融させるため、適性な溶け込み及びビード状態を得るためには、電流と電圧の設定が重要となる。

例えば、定電圧特性電源では、図５に示すように、アーク光Ｈ１の状態の変化、すなわち、溶接トーチＴとワーク１００との距離が変化したとき、電圧は設定電圧に対してほとんど変化しない一方、電流は設定電流の間で大きく変化する。

また、溶接トーチＴとワーク１００との距離が遠くなればアーク光Ｈ１の長さが長くなり、アーク光Ｈ１の長さが長くなれば電流が下がる。また、電流が下がれば熱量が減少するため、ワイヤｔが溶け難くなりなり、ワイヤｔが長くのびてワーク１００に接近する。さらに、ワーク１００に近づくとアーク光Ｈ１の長さが短くなり電流が上昇し、熱量が上がってワイヤｔが大量に溶融して短くなる。

このようなプロセスにおいて、適性な溶け込み及びビードＢの状態を得るために、電圧・電流を設定することによって、溶接装置側でアーク光Ｈ１の長さの調整を自動的に行うようになっている。

したがって、実際の溶接作業において、作業者は、アーク光Ｈ１の広がり（長さ）や火花Ｈ２の散り具合を視覚的に確認することによって、例えば、アーク光Ｈ１の長さが狙った長さに対して安定していれば電圧及び電流の設定が適正であり、アーク光Ｈ１の長さが狙った長さに対して不安定であれば電圧及び電流の設定が不適切か、或いは、溶接トーチＴとワーク１００との距離が不適切であることを認識することができる。

また、火花Ｈ２の散り具合が少なく一定であれば電圧及び電流の設定が適正であり、火花Ｈ２の散り具合が多かったり不安定であれば電圧及び電流の設定が不適切か、或いは、溶接トーチＴとワーク１００との距離が不適切であることを認識することができる。

ここで、３次元合成画像は、左目用の画像と右目用の画像とによって構成され、３次元画像生成部３１ｂは、各画像をプロジェクタ１１，１２に入出力ポート３７を介してそれぞれ出力するようになっている。

また、３次元画像生成部３１ｂは、溶接トーチ４０によってアーク溶接作業が行われていることが開始終了検出センサ４２よって検出されている間、アーク溶接作業が行われている時間と、溶接トーチ４０に対応して再現情報格納部３４ａに格納されている溶接パターンと、トーチセンサ４１によって検出された溶接トーチ４０の先端の位置及び姿勢とに基づいて、被溶接物を擬似的にアーク溶接するようになっている。

具体的には、３次元画像生成部３１ｂは、トーチセンサ４１によって検出された溶接トーチ４０の先端の位置及び姿勢から、基準位置にある溶接パターンを被溶接物に射影する形で被溶接物を擬似的にアーク溶接するようになっている。

例えば、３次元画像生成部３１ｂは、溶接トーチ４０の先端の位置と基準位置との間の距離Ｄと、溶接トーチ４０の先端の位置と溶接パターンが射影される被溶接物の各画素の位置との間の距離ｄと、に基づいて溶接パターンのサイズをｄ／Ｄ倍拡大する。さらに、３次元画像生成部３１ｂは、その拡大した溶接パターンの画素に対して溶接されたビードの厚みを算出し、算出したビードの厚みを画素毎に累積していくことにより、被溶接物を擬似的にアーク溶接するようになっている。

なお、３次元画像生成部３１ｂは、ビードの厚みを、その分布に応じた濃さで着色或いは陰影を施して表現するようにしてもよい。

このように、３次元画像生成部３１ｂは、擬似的にアーク溶接された被溶接物におけるビードを３次元視認装置２０から見た３次元合成画像で生成するようになっている。

次に、本実施の形態に係るシミュレーションシステム１における作業内容と作業条件とを設定する設定部としてのコンピュータ装置３０を用いた条件設定について説明する。

まず、利用者（作業者に限らない）は、コンピュータ装置３０を用い、図６に示すように、表示装置３６に初期設定として作業者と作業日とを入力する初期設定画面を表示させる。なお、以降の各種設定においては単に設定画面の表示のみで説明する。

利用者は、この初期入力画面を用いて、新規作業者であれば直接入力により、登録済み作業者であれば選択入力により作業者を入力する。また、作業日に関しては、コンピュータ装置３０に内蔵のタイマー機能を用いて現在日時が入力される。

なお、この初期設定画面には、過去に行ったシミュレーションを再現するための作業者及び日時を入力する再現設定画面を兼用している。

次に、利用者は、図７に示すように、作業姿勢設定画面を用いて、表示装置３６に作業姿勢として水平溶接作業（図４（Ａ）参照）か垂直溶接作業か（図４（Ｂ）参照）を設定する。

また、利用者は、図８に示すように、継手種類設定画面を用いて、継手の種類、例えば、開先継ぎ手（両開先）を選択したうえで、図９に示すように、ワーク条件設定画面を用いて、母材の厚さ（図の丸付数字の１，２）、開き角（図の丸付数字の３）、母材の開き幅（図の丸付数字の４）を設定する。なお、設定は、テンキー等を用いた数値入力であり、継手の種類によって入力する数値は異なる。この際、母材の金属材料を選択入力可能としてもよい。

さらに、利用者は、図１０に示すように、溶接条件設定画面を用いて、電流値、電圧値、ワイヤ径、送り速度、ガス流量、の各設定値を設定する。なお、設定は、テンキー等を用いた数値入力であり、継手の種類や母材の厚さ等によって入力する数値は異なる。この際、ガスの種類を選択入力可能としてもよい。

以上が溶接条件を含む各種設定であるが、上述したように、継手種類等に応じてこれら以外の設定が必要に応じて実行される。

これら各種設定が終了すると、作業者は、溶接トーチ４０を握持してシミュレートアーク溶接作業を実行する。

作業者は、３次元視認装置２０を装着し、透過性スクリーン１３を見ると、図１１に示すように、２つの被溶接物Ｗ１，Ｗ２及びその間の一直線上の溶接部位Ｗを視認することができる。

また、透過性スクリーン１３には、トーチセンサ４１の検出結果から、溶接部位Ｗを基準とする溶接トーチ４０の挙動として、左右の傾き、移動速度、上下の傾き、ワーク距離、が許容範囲内か範囲外かを確認することができるガイド表示部１３ａを視認することができる。このガイド表示部は、溶接トーチ４０の先端の位置及び傾きからトラッキングコントローラ５０により算出される。

作業者が溶接トーチ４０を用いてシミュレートアーク溶接作業を行うと、溶接トーチ４０の現在位置に応じて、例えば、図１２（Ａ）に示すように、透過性スクリーン１３には、実際のアーク溶接作業を行っている場合と同様の再現要素として、トラッキングコントローラ５０又はＣＰＵ３１で生成した視覚的表示データに基づくアーク光Ｈ１と火花Ｈ２とビードＨ３とが３次元合成画像としてリアルタイムで疑似表示される。同様に、スピーカ１４からは、溶接条件設定及び溶接トーチ４０の現在位置に応じてトラッキングコントローラ５０又はＣＰＵ３１で生成した聴覚的出力データに基づく溶接音が疑似出力される。

これにより、作業者は、図１２（Ｂ）に示すように、自身が操作する溶接トーチ４０を含み、あたかも実際にアーク溶接作業を行っているかのような作業状態及びビード状態を視認することができる。

したがって、作業者は、例えば、アーク光Ｈ１の色や大きさ（長さ）或いは火花Ｈ２の散り具合を比較的に確認することにより、電流・電圧値等の各種設定が正しかったのかを認識することができ、ビードＨ３のビード状態により溶接トーチ４０の先端の距離、角度、送り速度等の作業行為が正しく行われているのかを確認することができる。また、これと同様に、ガイド表示部１３ａの表示状態を確認することで作業行為の修正を行うことができる。

ところで、作業者が姿勢を傾けた場合、検出センサ２２の位置及び姿勢の検出により、図１３に示すように、透過性スクリーン１３には、その位置及び姿勢に応じた斜視の３次元合成画像を表示することができる。

一方、ＣＰＵ３１は、例えば、ＨＤＤ３４に初期設定画面で設定した作業者及び日時に関連付けするとともに、その他の設定画面で設定した条件の他、図１４（Ａ）に示すような基準線ｗに対する作業経過グラフを記憶するようになっている。

この作業経過グラフは、リアルタイムでガイド表示部１３ａに表示した溶接トーチ４０の挙動をグラフ化したものである。作業者は、基準線ｗからズレの無いグラフ結果となるほど適正と判断することができる。

なお、基準線ｗに加えて図の上下（＋−）に許容範囲を示す線分を追加し、その許容線から外れた方向、例えば、移動速度であれば速い（＋）か遅い（−）かの速度ブレが許容範囲内であるか否かを含めた進行・変化の具合から作業経過の良し悪しとして認識することができる。

また、グラフでは図示していないが、溶接トーチ４０の移動軌跡をグラフ化し、溶接部位Ｗからどれだけずれているかの確認を可能とすることも可能である。この際、基準線ｗは溶接部位Ｗに一致しているのが望ましい。

そして、この作業経過グラフは、図１４（Ｂ）に示すように、初期設定画面（再現設定画面）において結果表示指定することにより、平均値としての数値とともに、表示装置３６或いは透過性スクリーン１３に表示することができる。

また、この作業経過グラフは、図１５（Ａ），（Ｂ）に示すように、シミュレートアーク溶接作業中において偏光メガネ２１にリアルタイムで表示してもよい。

さらに、この作業経過グラフは、上述した初期設定画面（再現設定画面）においてリプレイ指定することにより、図１６（Ａ）に示すように、溶接トーチ４０がない３次元合成画像、或いは、溶接トーチ画像４０'を含む３次元合成画像として表示装置３６或いは透過性スクリーン１３に表示することができる。なお、この場合においても、図１７に示すように、斜視の３次元合成画像を表示装置３６或いは透過性スクリーン１３に表示することができる。

このように、本発明に係るシミュレーションシステム１にあっては、３次元の被溶接物Ｗ１，Ｗ２の溶接部位Ｗに対する溶接作業をシミュレートする３次元表示装置１０と、作業内容と作業条件とを設定するコンピュータ装置３０と、作業者が握持操作する溶接トーチ４０の３次元表示装置１０に対する先端の位置と姿勢と移動軌跡とをリアルタイムで３次元で検出するトラッキングコントローラ５０と、を備え、３次元表示装置１０は、コンピュータ装置３０で設定した作業内容と作業条件及びトラッキングコントローラ５０で検出した溶接トーチ４０の先端の位置と姿勢と移動軌跡とに基づいて、作業者が溶接トーチ４０を用いて作業対象物に対する作業を行っている際と視覚的に同一の作業状況を、溶接トーチ４０の先端の位置を基準としてリアルタイムで疑似表示することにより、特に、作業経過の良し悪しを作業中における複数条件の見掛けを含めて判断することを要求される複雑な作業に対するシミュレーションシステム１に有用である。

（その他の実施の形態）
本発明は、上記の実施の形態に限定されるものでなく、特許請求の範囲の技術的範囲には、発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々、設計変更した形態が含まれる。

上記実施の形態では、溶接を例にして説明したが、例えば、建築用木材（角材）の継手作業等において、継手作業の蟻継手を作業内容とし、角材寸法や作業工具としての鋸やノミの種類、木槌の大きさや重さ等を作業条件として設定することができる。

この際、継手形成においては、鋸やノミの種類の選定、女木側及び男木側の凹凸形成手順とするとともに、例えば、刃の無い疑似の鋸を作業工具とし、鋸引き方向を３次元検出するとともに、鋸引きの作業の作業圧力を疑似の木材に設けた圧力センサで検出する。なお、疑似の木材にゴム等の摩擦抵抗力の高いものとすれば、実際の鋸を用いた場合の抵抗と同様の抵抗力を作業者に与えることができる。

これにより、鋸引きの際に同時に発生する木くずの多少や切れ目方向及び深さ等のように、作業対象物に対する作業を行っている際と視覚的に同一の作業状況をリアルタイムで疑似表示することができる。

また、継手の組み付け作用においては、作業工具としての木槌の振り下ろし速度や角度を検出するとともに、その圧力を疑似の角材に設けた圧力センサで検出（必須ではない）する。

これにより、凹凸の嵌め合い具合、凹凸形成時の寸法違いや振り下ろし角度の不適正による亀裂の発生等のように、作業適正・不適正に応じた作業対象物に対する作業を行っている際と視覚的に同一の作業状況をリアルタイムで疑似表示することができる。

なお、圧力センサを設けたことにより、例えば、鋸引音や木槌音を、作業工具の種類、作業速度、圧力センサの検出値、等の各条件に応じた音調でスピーカから出力することができ、作業対象物に対する作業を行っている際と聴覚的に同一の作業経過をリアルタイムで疑似出力することができる。

なお、本実施の形態において、３次元表示装置１０は、プロジェクタ１１，１２と透過性スクリーン１３とによって３次元合成画像を表示する構成について説明したが、３次元合成画像の表示が可能なものであれば特に限定されるものではない。例えば、３次元表示装置１０は、３次元画面を有する大型のディスプレイ装置によって構成してもよい。この場合には、３次元視認装置２０は、３次元表示装置１０の構成により、その構成が適宜変更される。

また、本実施の形態においては、３次元視認装置２０の位置及び姿勢を検出する検出センサ２２を超音波センサ及びジャイロによって構成した例について説明したが、本発明のシミュレートシステムは、モーションキャプチャ等の他の態様で３次元視認装置２０の位置及び姿勢を検出するようにしてもよい。

また、本実施の形態においては、溶接トーチ４０の先端の位置及び姿勢を検出するトーチセンサ４１を超音波センサ及びジャイロによって構成した例について説明したが、本発明のシミュレートシステムは、モーションキャプチャ等の他の態様で溶接トーチ４０の先端の位置及び姿勢を検出するようにしてもよい。

このように、本発明に係るシミュレーションシステムにあっては、３次元の作業対象物に対する作業をシミュレートする再現装置と、作業内容と作業条件とを設定する設定部と、作業者が握持操作する作業工具の前記再現装置に対する先端の位置と姿勢と移動軌跡とをリアルタイムで３次元で検出する３次元検出部と、を備え、前記再現装置は、前記設定部で設定した作業内容と作業条件及び前記３次元検出部で検出した前記作業工具の先端の位置と姿勢と移動軌跡とに基づいて、作業者が前記作業工具を用いて作業対象物に対する作業を行っている際と視覚的に同一の作業状況を、前記作業工具の先端の位置を基準としてリアルタイムで疑似表示することにより、特に、作業経過の良し悪しを作業中における複数条件の見掛けを含めて判断することを要求される複雑な作業に対するシミュレーションシステムに有用である。

以上説明したように、本発明に係るシミュレーションシステムは、特に、作業経過の良し悪しを作業中における複数条件の見掛けを含めて判断することを要求される複雑な作業に対するシミュレーションシステムの全般に有用である。

１ シミュレーションシステム
１０ ３次元表示装置（再現装置）
３０ コンピュータ装置（設定部）
４０ 溶接トーチ（作業工具）
５０ トラッキングコントローラ（３次元検出部）
Ｗ１,Ｗ２ 被溶接物（作業対象物）

Claims (3)

1. ３次元の作業対象物に対する作業をシミュレートする再現装置と、
   作業内容と作業条件とを設定する設定部と、
   作業者が握持操作する作業工具の前記再現装置に対する先端の位置と姿勢と移動軌跡とをリアルタイムで３次元で検出する３次元検出部と、
   を備え、
   前記再現装置は、
   前記設定部で設定した作業内容と作業条件及び前記３次元検出部で検出した前記作業工具の先端の位置と姿勢と移動軌跡とに基づいて、作業者が前記作業工具を用いて作業対象物に対する作業を行っている際と視覚的に同一の作業状況を、前記作業工具の先端の位置を基準としてリアルタイムで疑似表示する
   ことを特徴とするシミュレーションシステム。
2. 前記再現装置は、
   前記設定部で設定した作業内容と作業条件及び前記３次元検出部で検出した前記作業工具の先端の位置と姿勢と移動軌跡とに基づいて、作業者が前記作業工具を用いて作業対象物に対する作業を行っている際と聴覚的に同一の作業状況を、前記作業工具の先端の位置を基準としてリアルタイムで疑似出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載のシミュレーションシステム。
3. ３次元の作業対象物に対する溶接作業をシミュレートする再現装置と、
   作業内容と作業条件とを設定する設定部と、
   作業者が握持操作する溶接トーチの前記再現装置に対する先端の位置と姿勢と移動軌跡とをリアルタイムで３次元で検出する３次元検出部と、
   を備え、
   前記再現装置は、
   前記設定部で設定した作業内容と作業条件及び前記３次元検出部で検出した前記溶接トーチの先端の位置と姿勢と移動軌跡とに基づく再現要素として、作業者が前記溶接トーチを用いて作業対象物に対する溶接作業を行っている際のアーク光と火花とビード状態とを視覚的表示データとして生成すると同時に、溶接音を聴覚的出力データとして生成し、前記溶接トーチの先端の位置を基準としてリアルタイムで疑似表示及び疑似出力する
   ことを特徴とするシミュレーションシステム。

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