JP2017531558A - パイプ及びその他の湾曲した構造上における手動溶接作業を特徴付けるシステム - Google Patents

パイプ及びその他の湾曲した構造上における手動溶接作業を特徴付けるシステム Download PDF

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Abstract

データを生成、キャプチャ、及び処理するコンポーネントを含む、手動溶接実習を特徴付け、且つ価値ある訓練を溶接者に提供するシステム（１０）。データ生成コンポーネントは、取付具、被加工物、少なくとも１つの較正装置であって、それと一体である少なくとも２つのポイントマーカーを有する少なくとも１つの較正装置、及び溶接ツールを更に含む。データキャプチャコンポーネントは、ポイントマーカーの画像をキャプチャする撮像システムを更に含み、及びデータ処理コンポーネントは、データキャプチャコンポーネントから情報を受信し、且つ様々な位置及び向き計算を実行するように動作可能である。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年９月２６日付けで出願された米国仮特許出願第６２／０５５，７２４号明細書の優先権及びすべてのその他の利益を米国特許法第１１９条（ｅ）の下において主張する非仮特許出願として出願されており、この特許出願の開示は、参照によりそのすべてが本明細書に援用される。
本出願人に譲渡された同時係属中の以下の米国特許出願：２０１２年７月６日付けで出願され、且つ「Ｓｙｓｔｅｍ ｆｏｒ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚｉｎｇ Ｍａｎｕａｌ Ｗｅｌｄｉｎｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ」という名称の非仮米国特許出願第１３／５４３，２４０号明細書も、参照によりそのすべてが本明細書に援用される。
一般的発明概念は、とりわけ、溶接装置の動作の遠隔制御のための方法、装置、システム、プログラム、及び技法に関する。
記述されている本発明は、概して、手動溶接作業を特徴付けるシステムに関し、より詳細には、実際の溶接を手動作業で実行する際に溶接練習者によって生成されたデータをリアルタイムでキャプチャし、処理し、且つ観察可能なフォーマットで提示することにより、有用な情報を溶接練習者に提供するシステムに関する。
効率的且つ経済的な溶接者訓練に対する製造産業の要求は、熟練溶接者の深刻な不足に対する認識が現在の工場、造船所及び建設現場で憂慮すべきほど明らかとなっているため、過去十年間にわたり十分に裏付けられた話題となっている。従来の指導者に基づく溶接者訓練の低速のペースとの組合せにより、急速に退職しつつある労働力が、相対的に効率的な訓練技術を開発するための推進力となっている。アーク溶接の基礎に関する迅速な教育と共に、溶接に固有の器用さを必要とする技術の加速された訓練を許容する技術革新が不可欠となりつつある。本明細書において開示されている特徴付け及び訓練システムは、この改善された溶接者訓練に対する極めて重要なニーズに対処するものであり、このシステムによれば、プロセスが、産業全体にわたる品質要件を充足するために必要とされる許容可能な限度内にあることを保証するために、手動溶接プロセスを監視することができる。これまで、溶接プロセスの大部分は手動作業で実行されており、この分野は、これらの手動作業プロセスの実行を追跡するための実際的な市販のツールを依然として欠いている。従って、様々な条件下で様々なタイプの溶接を適切に実行するように溶接者を訓練するための効果的なシステムに対する継続的なニーズが存在している。
以下は、本発明の特定の例示用の実施形態の概要を提供する。この概要は、広範な概要ではなく、且つ本発明の主要な又は重要な態様又は要素を識別するか、又は本発明の範囲を記述することを意図したものではない。
本発明の一態様によれば、手動及び／又は半自動溶接作業及び実習を特徴付けるシステムが提供される。このシステムは、データ生成コンポーネント、データキャプチャコンポーネント、及びデータ処理コンポーネントを含む。データ生成コンポーネントは、取付具であって、取付具の幾何学的特性は既定である、取付具と、取付具上に取り付けられるように適合された被加工物であって、溶接対象である少なくとも１つの結合部を含み、溶接対象である結合部に沿って延在するベクトルは作業経路を定義し、作業経路は、線形、曲線、円形、又はこれらの組合せである、被加工物と、少なくとも１つの較正装置であって、それぞれの較正装置は、それと一体である少なくとも２つのポイントマーカーを更に含み、ポイントマーカーと作業経路との間の幾何学的関係は既定である、少なくとも１つの較正装置と、溶接ツールであって、溶接対象である結合部において溶接を形成するように動作可能であり、ツールポイント及びツールベクトルを定義し、溶接ツールに装着されたターゲットを更に含み、ターゲットは、既定のパターンにおいてその上に取り付けられた複数のポイントマーカーを更に含み、ポイントマーカーの既定のパターンは、剛体を定義するように動作可能である、溶接ツールとを更に含む。データキャプチャコンポーネントは、ポイントマーカーの画像をキャプチャする撮像システムを更に含む。データ処理コンポーネントは、データキャプチャコンポーネントから情報を受信し、且つ、次いで、撮像システムによって観察可能である三次元空間との関係における作業経路の位置及び向き、剛体との関係におけるツールポイントの位置及びツールベクトルの向き、及び作業経路との関係におけるツールポイントの位置及びツールベクトルの向きを算出するように動作可能である。
また、本発明の別の態様によれば、手動及び／又は半自動溶接作業及び実習を特徴付けるシステムも提供される。このシステムは、データ生成コンポーネント、データキャプチャコンポーネント、及びデータ処理コンポーネントを含む。データ生成コンポーネントは、取付具であって、取付具の幾何学的特性は既定である、取付具と、取付具上に取り付けられるように適合された被加工物であって、溶接対象である少なくとも１つの結合部を含み、溶接対象である結合部に沿って延在するベクトルは作業経路を定義し、作業経路は、線形、曲線、円形、又はこれらの組合せである、被加工物と、少なくとも１つの較正装置であって、それぞれの較正装置は、それと一体である少なくとも２つのポイントマーカーを更に含み、ポイントマーカーと作業経路との間の幾何学的関係は既定である、少なくとも１つの較正装置と、溶接ツールであって、溶接対象である結合部において溶接を形成するように動作可能であり、ツールポイント及びツールベクトルを定義し、溶接ツールに装着されたターゲットを更に含み、ターゲットは、既定のパターンにおいてその上に取り付けられた複数のポイントマーカーを更に含み、ポイントマーカーの既定のパターンは、剛体を定義するように動作可能である、溶接ツールとを更に含む。データキャプチャコンポーネントは、ポイントマーカーの画像をキャプチャする撮像システムを更に含み、及び撮像システムは、複数のデジタルカメラを更に含む。少なくとも１つの帯域通過フィルタが、画像の信号対ノイズ比を改善するためにポイントマーカーから反射又は放出された波長のみからの光を許容するため、複数のデジタルカメラのそれぞれの光学シーケンスに組み込まれている。データ処理コンポーネントは、データキャプチャコンポーネントから情報を受信し、且つ、次いで、撮像システムによって観察可能である三次元空間との関係における作業経路の位置及び向き、剛体との関係におけるツールポイントの位置及びツールベクトルの向き、及び作業経路との関係におけるツールポイントの位置及びツールベクトルの向きを算出するように動作可能である。
本発明の更なる特徴及び態様については、例示用の実施形態に関する以下の詳細な説明を参照及び理解することにより、当業者に明らかとなるであろう。当業者には理解されるように、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなく本発明の更なる実施形態が可能である。従って、図面及び関連する説明は、その特性が限定ではなく例示を目的としたものであると見なすことを要する。
本明細書に組み込まれると共にその一部を形成している添付図面は、本発明の１つ又は複数の例示用の実施形態を概略的に示し、且つ以上において付与されている概要及び以下において付与される詳細な説明と共に、本発明の原理を説明する役割を果たす。
本発明の例示用の一実施形態のデータ処理及び視覚化コンポーネントを通じた情報のフローを示すフローチャートである。 本発明の例示用の一実施形態による手動溶接作業を特徴付ける携帯型又は半携帯型システムの等角図を提供する。 図２のシステムのフラット組立体の等角図を提供する。 図２のシステムの水平方向組立体の等角図を提供する。 図２のシステムの垂直方向組立体の等角図を提供する。 図２のフラット組立体上における２つのポイントマーカーの配置を示す。 例示用の被加工物作業経路を示す。 被加工物作業経路を判定するための例示用の被加工物上における２つの能動的又は受動的ポイントマーカーの配置を示す。 本発明の第１較正コンポーネントの例示用の一実施形態において関与するプロセスステップの詳細を示すフローチャートである。 剛体を定義するために使用されるポイントマーカーの配置を示す本発明の例示用の一実施形態の溶接ツールを示す。 ツールベクトル及び剛体を定義するために使用されるポイントマーカーの配置を示す本発明の例示用の一実施形態の溶接ツールを示す。 図１０の溶接ツールとインターフェイスするための例示用のツール較正装置と共に図１０の溶接ツールを示す。 本発明の第２較正コンポーネントの例示用の一実施形態において関与するプロセスステップの詳細を示すフローチャートである。 本発明の例示用の一実施形態による手動溶接作業を特徴付ける携帯型又は半携帯型システムの等角図を提供する。
以下、図面を参照し、本発明の例示用の実施形態について説明する。様々な要素及び構造を参照するために、参照符号が詳細な説明の全体を通じて使用されている。その他の例では、説明を簡単にすることを目的として、周知の構造及び装置はブロック図で示されている。以下の詳細な説明は、例示を目的として、多数の特定事項を含んでいるが、当業者は、以下の詳細に対する多数の変形形態及び変更形態が本発明の範囲に含まれることを理解するであろう。従って、本発明の以下の実施形態は、特許請求される本発明に対する一般性のなんらの損失も伴うことなく、且つこれに対して限定を課すことなく記述されるものである。
本発明は、手動溶接実習及び作業を観察すると共に特徴付ける高度なシステムに関する。このシステムは、手動溶接技法を計測すると共にその技法を確立された手順と比較するための入手可能なツールを提供する溶接教育及び溶接訓練のために特に有用である。本発明の訓練用途は、（ｉ）志願者の技術レベルのスクリーニング、（ｉｉ）時間に伴う練習者の進捗の評価、（ｉｉｉ）訓練時間及び費用を低減するためのリアルタイムコーチングの提供、及び（ｉｖ）定量化可能な結果を伴う溶接者の技術レベルの定期的な再試験を含む。処理監視及び品質管理用途は、（ｉ）リアルタイムにおける好適状態からの逸脱の識別、（ｉｉ）時間に伴う手順に対する準拠状態の文書化及び追跡、（ｉｉｉ）統計的プロセス制御を目的としたプロセス内データのキャプチャ（例えば、熱入力計測）、及び（ｉｖ）更なる訓練を必要とする溶接者の識別を含む。本発明のシステムは、様々な一般に認められている溶接手順に対する準拠状態の判定を可能にするという固有の利益を提供する。
本発明は、様々な例示用の実施形態では、点群画像分析に基づいて、単一又は複数のカメラ追跡システムを使用することにより、溶接実習においてトーチの動きを計測すると共にデータを収集している。本発明は、限定を伴うことなく、ＧＭＡＷ、ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ、及び切削を含む様々なプロセスに適用可能である。本発明は、大きいサイズ、様々な結合部タイプ、パイプ、プレート、及び複雑な形状、並びに組立体を含む様々な被加工物構成に拡張可能である。計測されるパラメータは、限定を伴うことなく、作業角度、移動角度、ツールスタンドオフ（ｔｏｏｌ ｓｔａｎｄｏｆｆ）、移動速度、ビード配置、ウィービング、電圧、電流、ワイヤ供給速度、アーク長、熱入力、ガス流量（計量されたもの）、接触先端−被加工物間距離（ＣＴＷＤ）、及び堆積レート（例えば、ポンド／時間、インチ／ラン）を含みうる。本発明の訓練コンポーネントには、特定の溶接手順が予め入力されていてもよく、又は本発明の訓練コンポーネントは指導者によってカスタマイズされてもよい。データが自動的に保存及び記録され、溶接後の分析によって成績が採点され、且つ進捗が時間に伴って追跡される。このシステムは、全溶接訓練プログラムの全体を通じて使用されてもよい。システムは、限定を伴うことなく、ヘルメット内の視覚フィードバック、画面上の視覚フィードバック、オーディオフィードバック（例えば、コーチング）、及び溶接ツール（例えば、トーチ）の視覚、オーディオ、又は触覚フィードバックのうちの１つ又は複数を含む任意のタイプのフィードバックを（通常はリアルタイムで）提供するために使用されてもよい。以下、図面を参照して、本発明の１つ又は複数の特定の実施形態について更に詳細に説明する。
図１に示されているように、本発明の例示用の一実施形態では、溶接特徴付けシステム１０のデータ生成コンポーネント１００、データキャプチャコンポーネント２００、及びデータ処理（並びに視覚化）コンポーネント３００を通じた情報の基本フローは、（１）画像キャプチャ１１０、（２）画像処理１１２、（３）既知の又は好ましい溶接パラメータなどのアーク溶接データの入力２１０、（４）データ処理２１２、（５）データ保存２１４、及び（５）データ表示３１０という６つの基本ステップにおいて発生している。画像キャプチャステップ１１０は、１つ又は複数の既成品の高速ビジョンカメラにより、ターゲット９８の画像（通常、相互に固定された幾何学的関係において配置された少なくとも２つのポイントマーカーを含む）をキャプチャするステップを含み、この場合、出力態様は、通常、多数（例えば、１００超）のフレーム／秒において画像ファイルを生成するステップを含む。画像処理ステップ１１２の入力態様は、３つ以上のポイントマーカー（即ち、較正済みのターゲット）を含む剛体のフレームごとの点群分析を含む。既知の剛体を認識した際に、カメラの原点及び「訓練済み」の剛体の向きとの関係において位置及び向きが算出される。２つ以上のカメラから画像をキャプチャすると共にこれらを比較することにより、三次元空間における剛体の位置及び向きの実質的に正確な判定が可能となる。画像は、通常、１００回／秒を上回るレートにおいて処理される。当業者は、更に小さいサンプルレート（例えば、１０画像／秒）又は更に大きいサンプルレート（例えば、１０００画像／秒）が使用されうることを理解するであろう。画像処理ステップ１１２の出力態様は、ｘ軸、ｙ軸、及びｚ軸の位置データ、並びにロール、ピッチ、及びヨーの向きデータのみならず、タイムスタンプ及びソフトウェアフラグも含むデータアレイの生成を含む。テキストファイル（上述の６Ｄデータを含む）は、望ましい頻度でストリーミング及び送信されてもよい。データ処理ステップ２１２の入力態様は、既定のレートにおいて通常は要求される未加工の位置及び向きデータを含み、出力態様は、選択されたプロセス及び結合部タイプに固有のアルゴリズムによる未加工データの有用な溶接パラメータへの変換を含む。データ保存ステップ２１４の入力態様は、溶接試行データを（例えば、＊．ｄａｔファイルとして）保存するステップを含み、出力態様は、検討及び追跡のためにデータを保存し、後の時点におけるモニタ上での検討のためにデータを保存し、且つ／又は後の時点において生徒の進捗を検討するステップを含む。生徒の進捗は、限定を伴うことなく、合計練習時間、合計アーク時間、合計アークスタート、及び時間に伴う個々のパラメータに固有の成績を含んでもよい。データ表示ステップ３１０の入力態様は、限定を伴うことなく、作業角度、移動角度、ツールスタンドオフ、移動速度、ビード配置、ウィービング、電圧、電流、ワイヤ供給速度、アーク長、熱入力、ガス流量（計量されたもの）、接触先端−被加工物間距離（ＣＴＷＤ）、及び堆積レートを更に含みうる溶接試行データを含む。出力態様は、限定を伴うことなく、モニタ、ヘルメット内ディスプレイ、ヘッドアップディスプレイ、又はこれらの組合せ上において観察されうる視覚データ、オーディオデータ（例えば、オーディオコーチング）、及び触覚フィードバックのうちの１つ又は複数を含む任意のタイプのフィードバックを伴っている。フィードバックは、通常、リアルタイムで提示される。追跡されているパラメータは、時間に基づいた軸上にプロットされ、且つ熟練溶接者の動きを記録することによって訓練されたものなどの上限及び下限閾値又は好ましい変動と比較される。当業者は、一般的発明概念が、溶接の長さに基づいてパラメータをプロットするか、又はその他の方法で処理するなど、時間に基づいていない軸上にパラメータをプロットすることを想定していることを理解するであろう。熱入力を判定するために、電流及び電圧が移動速度との関連において計測されてもよく、且つアーク長を推定するために、溶接プロセスパラメータが使用されてもよい。位置データは、溶接の開始位置、溶接の停止位置、溶接の長さ、溶接のシーケンス、溶接の進捗、又はこれらの組合せに変換されてもよく、且つ熱入力を判定するために、電流及び電圧が移動速度との関連において計測されてもよい。
図２〜図５は、本発明の例示用の一実施形態による溶接特徴付けシステム１０の例示用の図を提供している。図２に示されているように、携帯型訓練スタンド２０は、床又はその他の水平方向の基材との接触のための実質的にフラットな基部２２、剛性の垂直方向の支持柱２４、カメラ又は撮像装置支持部２６、並びに撮像装置支持部２６の高さを調節するためのラック及びピニオン組立体３１を含む。大部分の実施形態では、溶接特徴付けシステム１０は、携帯型となるように、又は少なくとも１つの場所から別の場所に移動可能となるように意図されており、従って、基部２２の全体的なフットプリントは、設置及び使用との関連において最大の柔軟性を許容するように相対的に小さい。図２〜図６に示されているように、溶接特徴付けシステム１０は、限定を伴うことなく、フラットな、水平方向の、垂直方向の、オーバーヘッドの、且つ位置外れの方向付けがなされた被加工物を含む、被加工物の任意の適切な構成を含む訓練実習のために使用されてもよい。図示されている例示用の実施形態では、訓練スタンド２０は、システムのその他のコンポーネントを支持する能力を有する一体的な又は統合された構造として示されている。その他の実施形態では、スタンド２０が存在しておらず、且つシステムの様々なコンポーネントは、利用可能ななんらかの適切な構造手段又は支持手段によって支持されている。従って、本発明の環境では、「スタンド」２０は、任意の単一の構造として、又はその代わりに溶接特徴付けシステム１０のコンポーネントを支持する能力を有する複数の構造として定義される。
図２〜図３を参照すると、特定の溶接実習においてフラット組立体３０を利用することになり、フラット組立体３０は、カラー３４により、垂直方向支持柱２４に対して摺動可能に装着されており、カラー３４は、支持柱２４上で上方又は下方に摺動する。カラー３４は、ラック及びピニオン３１によって柱２４上で更に支持されており、ラック及びピニオン組立体３１は、ラック及びピニオン組立体３１を支持柱２４上で上方及び下方に運動させるためのシャフト３２を含む。フラット組立体３０は、訓練プラットフォーム３８を含み、訓練プラットフォーム３８は、１つ又は複数のブラケット（不可視状態にある）によって支持されている。いくつかの実施形態では、熱損傷から支持柱２４の表面を保護するために、遮蔽体４２が訓練プラットフォーム３８に装着されている。訓練プラットフォーム３８は、溶接位置に固有の取付具／ジグ４６を訓練プラットフォームの表面に固定するための少なくとも１つのクランプ４４を更に含む。溶接位置に固有のジグ４６の構造的な構成又は一般的な特性は、特定の溶接実習の主題である溶接プロセスのタイプに基づいて可変であり、且つ図２〜図３では、取付具４６は、隅肉溶接実習のために構成されている。図２〜図３に示されている例示用の実施形態では、溶接位置に固有の取付具４６の第１及び第２構造コンポーネント４８及び５０は、互いに直角においてセットされている。位置に固有の取付具４６は、取付具上における溶接クーポン（被加工物）５４の適切な配置を促進するための１つ又は複数のペグ４７を含んでもよい。システム１０と共に使用される任意の溶接クーポン５４の特性は、特定の訓練実習の主題である手動溶接プロセスのタイプに基づいて可変であり、且つ、図７〜図８に示されている例示用の実施形態では、溶接クーポン５４の第１及び第２部分５６及び５８も、互いに直角においてセットされている。図４〜図５を参照すると、特定のその他の溶接実習では、水平方向組立体３０（図４を参照されたい）又は垂直方向組立体３０（図５を参照されたい）を利用することになる。図４では、水平方向組立体３０は、突合せ取付具４６を支持しており、突合せ取付具４６は、突合せ溶接実習用の適切な位置で被加工物５４を保持する。図５では、垂直方向組立体３０は、垂直方向取付具４６を支持しており、垂直方向取付具４６は、重ね溶接実習用の適切な位置で被加工物５４を保持する。
本発明のデータ処理コンポーネント３００は、通常、データキャプチャコンポーネント２００によってキャプチャされた情報を受信及び分析するための少なくとも１つのコンピュータを含み、データキャプチャコンポーネント２００は、それ自体が保護ハウジング内に収容された少なくとも１つのデジタルカメラを含む。溶接特徴付けシステム１０の動作の際に、このコンピュータは、通常、訓練管理モジュール、画像処理及び剛体分析モジュール、及びデータ処理モジュールを含むソフトウェアを稼働させている。訓練管理モジュールは、様々な溶接タイプと、それぞれの溶接タイプの生成と関連する一連の受け入れ可能な溶接プロセスパラメータとを含む。いくつかの既知の又はＡＷＳ溶接結合部タイプ及びこれらの溶接結合部タイプと関連する受け入れ可能なパラメータは、訓練管理モジュールに含まれていてもよく、訓練管理モジュールは、訓練実習の開始の前に、コース指導者によりアクセス及び構成される。指導者によって選択された溶接プロセス及び／又はタイプにより、任意の所与の訓練実習のために使用される溶接プロセスに固有の取付具、較正装置、及び溶接クーポンが判定される。物体認識モジュールは、既知の剛体ターゲット９８（２つ以上のポイントマーカーを含む）を認識し、且つ、次いで、実際の手動溶接が練習者によって実行されるのに伴って、ターゲット９８を使用して溶接ガン９０の位置及び向きデータを算出するように、システムを訓練するように動作可能である。データ処理モジュールは、訓練管理モジュール内の情報を物体認識モジュールによって処理された情報と比較し、且つモニタ又はヘッドアップディスプレイなどの表示装置に比較データを出力する。モニタにより、練習者は、処理されたデータをリアルタイムで視覚化することが可能であり、且つ視覚化されたデータは、溶接の特性及び品質に関する有用なフィードバックを練習者に提供するように動作可能である。溶接特徴付けシステム１０の視覚インターフェイスは、情報の入力、ログイン、セットアップ、較正、練習、分析、及び進捗追跡に関係する様々な特徴を含みうる。分析画面は、通常、（限定を伴うことなく）作業角度、移動角度、ツールスタンドオフ、移動速度、及びビード配置、ウィービング、電圧、電流、ワイヤ供給速度、アーク長、熱入力、ガス流量（計量されたもの）、接触先端−被加工物間距離（ＣＴＷＤ）、及び堆積レート（例えば、ポンド／時間、インチ／ラン）を含む訓練管理モジュール内に見出される溶接パラメータを表示する。本発明に伴い、複数の表示の変形が可能である。
すべての例でない場合にも、その大部分において、溶接特徴付けシステム１０には、使用前に一連の較正ステップ／プロセスが適用されることになる。システム較正の態様のうちのいくつかは、通常、システム１０の製造者により、顧客に対する供給の前に実行されることになり、且つシステム較正のその他の態様は、通常、溶接特徴付けシステム１０のユーザーにより、なんらかの溶接訓練実習の前に実行されることになる。システム較正は、通常、（ｉ）様々な溶接訓練実習において使用されるそれぞれの結合部／位置の組合せごとに、被加工物上に生成される作業経路の三次元位置及び向きを判定するステップと、（ｉｉ）ターゲット９８上に配置された複数の受動的（例えば、反射）又は能動的（例えば、発光）ポイントマーカーと溶接ツール９０上に配置されたポイントマーカーによって表される少なくとも２つのキーポイントとの間の関係を算出することにより、溶接ツールの三次元位置及び向きを判定するステップとの２つの関係すると共に一体的な構成プロセスを伴っている。
本発明の第１較正態様は、通常、グローバル座標系との関係における、即ち、溶接特徴付けシステム１０のその他の構造的コンポーネント及びそれらによって占有される三次元空間との関係における溶接作業の較正を伴っている。手動溶接実習を追跡する／特徴付ける前に、任意の所与の被加工物上におけるそれぞれの望ましい作業経路のグローバル座標（即ち、ベクトル）が判定されることになる。いくつかの実施形態では、これは、工場において実行される較正プロセスであり、これは、データ処理コンポーネント２００上に保存されている対応した構成ファイルを含むことになる。その他の実施形態では、較正プロセスは、現場において（即ち、オンサイトで）実行されうるであろう。望ましいベクトルを取得するために、能動的又は受動的マーカーを含む較正装置は、（例えば、フラット、水平方向、且つ垂直方向などの）様々なプラットフォーム位置のそれぞれにおける少なくとも２つのロケーティングマーカー上において挿入されてもよい。図６〜図８は、この較正ステップを１つの可能なプラットフォーム位置で示している。結合部に固有の取付具４６は、それぞれ第１及び第２構造コンポーネント４８（水平方向）及び５０（垂直方向）を含む。溶接クーポン又は被加工物５４は、それぞれ第１及び第２部分５６（水平方向）及び５８（垂直方向）を含む。当業者は、一般的発明概念が任意の適切なジグ／クーポン構成及び向きに拡張されることを理解するであろう。例えば、いくつかの例示用の実施形態では、ジグ又は結合部の較正は、作業経路を判定するためにソフトウェアポイント（即ち、位置）を「教示」することになるハンドヘルド型の又は着脱可能な装置を使用することにより、実行されうるであろう。この結果、２つ以上のポイントを使用することにより、任意の位置における溶接物の方向付けが可能となるであろう。
被加工物の作業経路は、ポイントＸからポイントＹまで延在しており、且つ図７では二重線５９として示されている。図６（及び図８）に示されているように、ロケーティングポイントマーカー５３０及び５３２が配置されており、且つそれぞれのマーカーの場所は、データキャプチャコンポーネント１００を使用することによって得られる。例えば、Ｏｐｔｉｔｒａｃｋ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔｏｏｌｓ（ＮａｔｕｒａｌＰｏｉｎｔ，Ｉｎｃ． ｏｆ Ｃｏｒｖａｌｌｉｓ，Ｏｒｅｇｏｎによって提供されているもの）、又は三次元マーカー及び６自由度の物体の動きの追跡をリアルタイムで提供する類似した市販の又はプロプライエタリなハードウェア／ソフトウェアシステムなどの任意の適切なデータキャプチャシステムを使用することができる。このような技術は、通常、システム撮像ハードウェア及びシステムソフトウェアによって「剛体」として解釈される点群を生成するために、既定のパターンにおいて配置された反射及び／又は発光ポイントマーカーを利用しているが、その他の適切な方法も本発明に適合する。
図９のフローチャートによって表されている較正プロセスでは、ステップ２８０でテーブル３８が位置ｉ（０，１，２）に固定され、ステップ２８２で較正装置がロケーティングピン上に配置され、ステップ２８４ですべてのマーカー位置がキャプチャされ、ステップ２８６でロケータ位置の座標が算出され、ステップ２８８で隅肉作業経路用の座標が算出され且つ２９０で保存され、ステップ２９２で重ね作業経路用の座標が算出され且つ２９４で保存され、及びステップ２９６でグルーブ作業経路用の座標が算出され且つ２９８で保存される。すべての座標は、データキャプチャコンポーネント２００によって観察可能である三次元空間との関係において算出されている。
本発明の一実施形態では、被加工物の位置及び向きは、２つ以上の受動的又は能動的ポイントマーカーの適用を通じて、既知の並進及び回転オフセットにおいて被加工物を保持する取付具に対する既知の並進及び回転オフセットにおいて配置された較正装置に対して較正される。本発明の別の実施形態では、被加工物の位置及び向きは、２つ以上の受動的又は能動的ポイントマーカーの適用を通じて、既知の並進及び回転オフセットにおいて被加工物を保持する取付具に対して較正されている。更にその他の実施形態では、被加工物は、非線形であり、且つその位置及び向きは、２つ以上の受動的又は能動的ポイントマーカーを有する較正ツールを使用することにより、マッピングされてもよく、且つ後から使用するために保存されてもよい。被加工物の作業経路の位置及び向きは、被加工物の作業全体におけるシーケンスステップに基づき、そのオリジナルの較正プレーンからの既定の並進及び回転オフセットを受けうる。
いくつかの例示用の実施形態では、電子フォーマットにおける溶接物に関するデータ（例えば、ＣＡＤにおいてレンダリングされたもの）が抽出され、且つ被加工物の位置及び／又は向きを判定する際に使用される。これに加えて、溶接物の溶接パラメータを規定する関連する溶接手順仕様（ＷＰＳ）も処理される。この結果、システムは、ＷＰＳに対する準拠状態を（リアルタイムで）評価する際に使用するためにＣＡＤ図面及びＷＰＳをマッピングすることができる。
時間に伴う連続的なツールの位置及び向き並びに上述の様々な被加工物の作業経路の分析から、被加工物の作業経路に対する位置、向き、速度、加速度、及び空間的関係などの重要なツール操作パラメータが判定されてもよい。ツール操作パラメータは、既知の且つ好ましい手順からの逸脱を判定するため、既定の好ましい値と比較されてもよい。また、ツール操作パラメータは、好ましい手順からの逸脱を判定するため、その他の製造プロセスパラメータと組み合わせられてもよく、且つこれらの逸脱は、技術レベルを評価するために、訓練用のフィードバックを提供するために、技術目標に向かう進捗状態を評価するために、又は品質管理を目的として使用されてもよい。統計的なプロセス制御を目的として、被加工物の作業経路との関係における記録された動きパラメータが複数の動作から集計されてもよい。統計的なプロセス制御を目的として、好適な手順からの逸脱が複数の動作から集計されてもよい。また、好適な手順に対する準拠状態を評価するためにベースラインとして使用される熟練操作者の動きのシグネチャを確立するために、重要なツール操作パラメータ並びに被加工物の作業経路との関係におけるツールの位置及び向きが記録されてもよい。
第２の較正態様は、通常、ターゲット９８との関係における溶接ツール９０の較正を伴っている。溶接ツール９０は、通常、溶接トーチ又はガン或いはＳＭＡＷ電極ホルダであるが、はんだごて、切削トーチ、形成ツール、材料除去ツール、ペイントガン、又はレンチを含む任意の数のその他の器具であってもよい。図１０〜図１１を参照すると、溶接ガン／ツール９０は、ツールポイント９１、ノズル９２、本体９４、トリガ９６、及びターゲット９８を含む。Ａ及びＢ位置（図１１を参照されたい）において２つの統合された能動的又は受動的ポイントマーカーを含むツール較正装置９３が、ノズル９２に装着されているか、その内部に挿入されているか、又はその他の方法でこれと結合されている。例えば、ツールポイント９１は、ツール較正装置９３が較正を目的として溶接ツール９０のノズル９２に螺入されうるように、機械加工することができる。
別の例示用の実施形態では、ツール較正装置９３は、図１１Ａに示されているように、スリーブ１１００に付着されている。スリーブ１１００は、溶接ツール９０のノズル９２の少なくとも一部分上でフィットするように成形及びサイズ設定することができる。いくつかの実施形態では、スリーブ１１００は、ツールポイント９１の取外しを必要とすることなく、ノズル９２上でフィットすることができる。いくつかの例示用の実施形態では、スリーブ１１００は、ノズル９２以外の溶接ツール９０の部分上でフィットしているか、又はその他の方法でこれと結合している。スリーブ１１００は、例えば、摩擦嵌めやねじなどによるなどの任意の適切な方式により、溶接ツール９０に着脱可能に接続される。スリーブ１１００は、前記溶接ツールの変更を必要とすることなく、複数の異なる溶接ツール上でフィットするように成形及びサイズ設定することができる。この結果、スリーブ１１００及び装着されたツール較正装置９３は、ある種の「ユニバーサル」なツール較正装置を形成することになる。
これに加えて、能動的又は受動的ポイントマーカー５０２、５０４、及び５０６（並びに場合により更なるポイントマーカー）をターゲット９８の上部表面に装着することにより、剛体点群（即ち、「剛体」）が構築される。
本明細書において記述されているように、その他のポイントマーカーの配置が可能であり、且つ一般的発明概念の範囲に含まれる。ターゲット９８は、使用されるポイントマーカーが能動的であり、且つ電源を必要としている場合、電源入力を含みうる。データキャプチャコンポーネント２００は、剛体及びポイントマーカー５２２（Ａ）及び５２０（Ｂ）を特定するために、（例えば、上述のＯｐｔｉｔｒａｃｋ Ｔｒａｃｋｉｎｇ Ｔｏｏｌなどの）追跡システム又は類似のハードウェア／ソフトウェアを使用しており、剛体及びポイントマーカー５２２（Ａ）及び５２０（Ｂ）は、ツールベクトルの場所を表している。これらの位置は、システム１０のソフトウェアから抽出することが可能であり、且つポイントマーカーＡ及びＢと剛体との間の関係を算出することができる。
図１２のフローチャートで表されている例示用の較正プロセスでは、ステップ２５０で溶接ノズル９２及びコンタクトチューブ９１が取り外され、ステップ２５２で較正装置が本体９４に挿入され、溶接ツール９０がワーキングエンベロープ内に配置され、且つ剛体（図１２では「Ｓ」として表記されている）及びポイントマーカーＡ及びＢがデータキャプチャコンポーネント１００によってキャプチャされ、及びステップ２５６でＡとＳ及びＢとＳの間の関係が算出され、２５８でＡｓ用の関係データが保存され、且つ２６０でＢｓ用の関係データが保存される。
本発明の一実施形態では、ツールポイント及びツールベクトルの較正は、ツールポイントに対する既知のオフセットを有するツールベクトルに沿った場所における較正装置に対する２つ以上の受動的又は能動的ポイントマーカーの適用を通じて実行される。別の実施形態では、ツールポイント及びツールベクトルの較正は、被加工物との関係において、ツールを既知の位置及び向きの較正ブロックに挿入することにより実行される。例えば、ツールポイント及びツールベクトルの較正は、特定の方式によって溶接結合部にツールポイント９１を挿入することにより実行することができる。
ポイントマーカー（例えば、５０２、５０４、５０６）によって定義された剛体との関連において、一実施形態では、受動的又は能動的ポイントマーカーは、広い範囲の回転及び向きの変化が撮像システムの視野内に収容されうるように、多平面方式によりツールに付着されている。別の実施形態では、受動的又は能動的ポイントマーカーは、広い範囲の回転及び向きの変化が撮像システムの視野内に収容されうるように、球面方式によりツールに付着されている。更に別の実施形態では、受動的又は能動的ポイントマーカーは、広い範囲の回転及び向きの変化が撮像システムの視野内に収容されうるように、リング形状でツールに付着されている。
多数の更なる有用な特徴が本発明に組み込まれてもよい。例えば、画像フィルタリングを目的として、帯域通過又は高域通過フィルタが、画像の信号対ノイズ比を改善するためにポイントマーカーから反射又は放出された波長のみからの光を許容するために、データキャプチャコンポーネント２００内の複数のデジタルカメラのそれぞれの光学シーケンスに組み込まれてもよい。偽データは、予め既知の剛体の位置からの限られたオフセットを有する動的な対象領域内から取得された画像情報のみを分析することにより、拒絶されてもよい。この動的な対象領域は、画像情報がこの予め定義された領域からのみ処理されるように、それぞれのデジタルカメラの視野に組み込まれてもよく、又はその内部において、その他の方法によって予め定義されていてもよい（即ち、幅ｘ及び高さｙの且つターゲット９８の既知の位置でセンタリングされたボックス又は領域としてプログラムされてもよい）。対象領域は、剛体が運動するのに伴って変化することになり、且つ従って剛体の予め既知の場所に基づいている。この方式によれば、撮像システムは、ポイントマーカーについてサーチする際に、動的な対象領域に含まれていない相対的に大きい画像フレーム内のピクセルを無視又は遮断しつつ、動的な対象領域内においてのみ、ピクセルを観察することができる。処理時間の低減が本発明のこの態様の利益である。
本発明のいくつかの実施形態では、撮像システムによって観察可能である三次元空間との関係における作業経路の位置及び向き、又はその既定のセグメントの位置及び向きは、三次元ＣＡＤモデルから取得され、三次元ＣＡＤモデルの座標系は、撮像システムの座標系との関係において既知である。また、三次元ＣＡＤモデルは、作業経路セグメントを定義している線形又は曲線ポイントの定義を含んでいてもよく、且つ少なくとも３つの較正ポイントが三次元ＣＡＤモデル上及び取付具上の両方に配置されている。撮像システムによって取付具上における少なくとも３つの較正ポイントの位置を計測し、及び次いで計測を三次元ＣＡＤモデルのオリジナルの較正ポイントと比較することにより、位置及び向きのシフトが三次元ＣＡＤモデルに対して適用されてもよい。その他の実施形態では、撮像システムによって観察可能である三次元空間との関係における線形又は曲線作業経路の位置及び向き、又はその既定のセグメントの位置及び向きは、三次元ＣＡＤモデルを使用することにより取得されてもよく、この場合、撮像システムの座標系との関係における三次元ＣＡＤモデルの座標系は既定であり、且つ三次元ＣＡＤモデル上における溶接場所は予め定義されている。ＣＡＤモデルの生成との関連において、通常、ＣＡＤモデルと対象の部分との間には、１対１の関係が存在しており、且つ較正のシーケンスは、溶接実習の一態様であってもよい。モデルは仮想空間内に存在しており、且つユーザーが２つのポイントの場所についてシステムに指示する。ＣＡＤモデルと部分との間のすべての不一致を除去するために、リンケージが生成されるか、又はツールに関する特定のデータが利用される。また、オフライン状態においてシステムに教示する手順が含まれてもよい。
本発明における作業経路の１つの定義は、作業用の単一の連続的な経路を記述している。特定の実施形態では、作業経路は、コーナーを横断するか又は概略方向において変化している溶接用の別個のセグメントに分割されている。これに関連して、ポイントは、作業経路セグメント（少なくとも２つ）を形成しており、且つ連続的な作業経路セグメントは、作業経路チェーンを形成している。従って、作業経路の位置及び向きは、チェーンを形成する１つ又は複数の作業経路セグメントから構成されてもよく、且つ連続的なセグメントは、１つのセグメントの終了点及び次のセグメントの開始点において作業経路点を共有する。このような実施形態では、システムは、複数の較正プレーンの間において運動する能力を提供しており、それぞれの作業プレーンは、利用されている較正プレーンに依存しており、且つそれぞれの作業経路は、既定の座標系に結び付けられている。
更に、図２の例示用の溶接特徴付けシステム１０は、パイプ溶接などの丸い（例えば、円形の）作業経路及び／又は被加工物の更に複雑な組立体のケースを更に良好に処理するために変更することもできる。
図１３に示されているように、溶接特徴付けシステム１０は、実質的にフラットな基部２２を有する、図２に示されているスタンド２０に類似した又はこれと同一の訓練スタンドを含む。更に、フレーム１３０２、ケージ、又はこれらに類似したものもスタンド２０と（直接的又は間接的に）結合されている。例えば、フレーム１３０２は、カメラ又は撮像装置支持部２６に接続されうるであろう。
いくつかの実施形態では、フレーム１３０２は、システム１０の携帯性を促進するために、スタンド２０から容易に分離することができる。フレーム１３０２は、スタンド２０と共に、フレーム１３０２を更に支持するための１つ又は複数の脚部１３０４を含む。脚部１３０４は高さ調節可能であってもよい。フレームは、カメラ（例えば、デジタル高速ビジョンカメラ）が取り付け可能である様々な場所を定義している。図１３に示されているように、複数のカメラ１３０６は、フレーム１３０２上で被加工物５４の周りの様々な場所（及び高さ）に取り付けられている。この結果、フレーム１３０２は、被加工物５４を少なくとも部分的に取り囲む。いくつかの例示用の実施形態では、被加工物５４の少なくとも半分（即ち、パイプの場合には１８０度）がフレーム１３０２によって取り囲まれる。いくつかの例示用の実施形態では、被加工物５４の少なくとも７５％（即ち、パイプの場合には２７０度）がフレーム１３０２によって取り囲まれる。いくつかの例示用の実施形態では、被加工物５４の実質的にすべて（即ち、約１００％）がフレーム１３０２によって取り囲まれる。
カメラ１３０６は、データキャプチャコンポーネント２００の一部分を形成している。いくつかの例示用の実施形態では、溶接特徴付けシステム１０は、２つ以上（例えば、２〜２０個）のカメラを含んでいる。いくつかの例示用の実施形態では、溶接特徴付けシステム１０は、４つ以上のカメラ、５つ以上のカメラ、６つ以上のカメラ、７つ以上のカメラ、８つ以上のカメラ、９つ以上のカメラ、１０個以上のカメラ、１１個以上のカメラ、又は１２個以上のカメラを含んでいる。いくつかの例示用の実施形態では、溶接特徴付けシステム１０は、少なくとも４つのカメラ、少なくとも５つのカメラ、少なくとも６つのカメラ、少なくとも７つのカメラ、少なくとも８つのカメラ、少なくとも９つのカメラ、少なくとも１０個のカメラ、少なくとも１１個のカメラ、又は少なくとも１２個のカメラを含んでいる。カメラの較正後（必要な場合）、溶接クーポン５４及び溶接ツール１０は、本明細書において記述されているように較正される。被加工物５４（例えば、パイプ）の周りにおけるカメラ１３０６の分布により、被加工物５４上での溶接作業の正確な追跡が可能である。
以上、その例示用の実施形態を説明することにより、本発明について例示し、且つ実施形態についてある程度詳細に説明したが、添付の特許請求の範囲をこれらの詳細に制限するか又はなんらかの方法によって限定することは、本出願人の意図するところではない。当業者には、更なる利点及び変更について容易に明らかとなるであろう。従って、本発明は、その相対的に広範な態様において、図示及び記述されている特定の詳細、代表的な装置及び方法、並びに／或いは例示用の実施例のいずれにも限定されるものではない。従って、本出願人の一般的発明概念の趣旨又は範囲から逸脱することなく、これらの詳細からの逸脱が実施されてもよい。
１０ 溶接特徴付けシステム
２０ 訓練スタンド
２２ 基部
２４ 支持柱
２６ カメラ又は撮像装置支持部
３０ 組立体
３１ ラック及びピニオン組立体
３２ シャフト
３４ カラー
３８ 訓練プラットフォーム
４２ 遮蔽体
４４ クランプ
４６ ジグ
４７ ペグ
４８ コンポーネント
５０ コンポーネント
５４ 溶接クーポン
５６ 部分
５８ 部分
９０ 溶接ガン
９１ ツールポイント
９２ ノズル
９３ ツール較正装置
９４ 本体
９６ トリガ
９８ ターゲット
９８ ターゲット
１００ データ生成コンポーネント
１１０ 画像キャプチャ
１１２ 画像処理
２００ データキャプチャコンポーネント
２１０ アーク溶接データ
２１２ データ処理
２１４ データストレージ
２５０ ステップ
２５６ ステップ
２５８ ステップ
２５２ ステップ
２６０ ステップ
２８０ ステップ
２８２ ステップ
２８４ ステップ
２８８ ステップ
２９０ ステップ
２９２ ステップ
２９４ ステップ
２９６ ステップ
２９８ ステップ
３００ データ処理コンポーネント
３１０ データディスプレイ
５０２ ポイントメーカー
５０４ ポイントメーカー
５０６ ポイントメーカー
５２２ ポイントメーカー
５２０ ポイントメーカー
５３０ ポイントメーカー
５３２ ポイントメーカー
１１００ スリーブ
１３０２ フレーム
１３０４ 脚部
１３０６ カメラ

Claims (25)

  1. 溶接作業を特徴付けるシステム（１０）であって、
    （ａ）データ生成コンポーネント（１００）であって、
    （ｉ）取付具であって、前記取付具の幾何学的特徴は既定である、取付具と、
    （ｉｉ）前記取付具上に取り付けられるように適合された被加工物であって、溶接対象である少なくとも１つの結合部を含み、前記溶接対象である結合部に沿って延在するベクトルは作業経路を定義し、前記作業経路は、線形、曲線、円形、又はこれらの組合せである、被加工物と、
    （ｉｉｉ）少なくとも１つの較正装置（９３）であって、それぞれの較正装置（９３）は、それと一体である少なくとも２つのポイントマーカーを更に含み、前記ポイントマーカーと前記作業経路との間の幾何学的関係は既定である、少なくとも１つの較正装置（９３）と、
    （ｉｖ）溶接ツールであって、前記溶接対象である結合部において溶接を形成するように動作可能であり、ツールポイント及びツールベクトルを定義し、前記溶接ツールに装着されたターゲットを更に含み、前記ターゲットは、既定のパターンにおいてその上に取り付けられた複数のポイントマーカーを更に含み、前記ポイントマーカーの既定のパターンは、剛体を定義するように動作可能である、溶接ツールと
    を更に含む、データ生成コンポーネント（１００）と、
    （ｂ）データキャプチャコンポーネント（２００）であって、前記ポイントマーカーの画像をキャプチャする撮像システムを更に含むデータキャプチャコンポーネント（２００）と、
    （ｃ）データ処理コンポーネント（３００）であって、前記データキャプチャコンポーネント（２００）から情報を受信し、且つ、次いで、
    （ｉ）前記撮像システムによって観察可能である三次元空間との関係における前記作業経路の位置及び向き、
    （ｉｉ）前記剛体との関係における前記ツールポイントの位置及び前記ツールベクトルの向き、及び
    （ｉｉｉ）前記作業経路との関係における前記ツールポイントの位置及び前記ツールベクトルの向き
    を算出するように動作可能であるデータ処理コンポーネント（３００）と
    を含むシステム。
  2. 前記撮像システムは、複数のデジタルカメラ（１３０６）を更に含む、請求項１に記載のシステム。
  3. 少なくとも１つのフィルタが、画像の信号対ノイズ比を改善するために前記ポイントマーカーから反射又は放出される波長のみからの光を許容するため、前記複数のデジタルカメラのそれぞれの光学シーケンスに組み込まれている、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記撮像システムは、前記複数のデジタルカメラによって観察可能である少なくとも１つの動的な対象領域を更に含み、前記動的な対象領域は、前記剛体の予め既知の位置の使用によって判定され、画像情報は、前記動的な対象領域内からのみ収集及び処理される、請求項２又は３に記載のシステム。
  5. 前記複数のデジタルカメラは、前記被加工物の上方において位置決めされた少なくとも１つのデジタルカメラと、前記被加工物の下方において位置決めされた少なくとも１つのデジタルカメラとを含む、請求項２〜４のいずれか一項に記載のシステム。
  6. 前記被加工物はパイプを含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載のシステム。
  7. 前記作業経路の前記位置及び向きは、前記取付具に対して既知の並進及び回転オフセットにおいて配置される較正装置と一体である少なくとも２つのポイントマーカーを使用して較正され、前記取付具は、前記作業経路に対して既知の並進及び回転オフセットにおいて前記被加工物を保持する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のシステム。
  8. 前記作業経路の前記位置及び向きは、前記作業経路に対して既知の並進及び回転オフセットにおいて前記被加工物を保持する取付具上に配置された少なくとも２つのポイントマーカーを使用して較正される、請求項１〜７のいずれか一項に記載のシステム。
  9. 前記作業経路は非線形であり、三次元空間内の前記作業経路の前記位置及び向きは、少なくとも２つのポイントマーカーを含む較正装置を使用してマッピングされることができ、前記作業経路は、その上の複数の異なるポイントにおける前記較正装置の配置を決定する、請求項１〜８のいずれか一項に記載のシステム。
  10. 前記作業経路は円形である、請求項９に記載のシステム。
  11. 前記作業経路の前記位置及び向きは、前記システム動作の全体に含まれる既定のシーケンスステップに基づき、そのオリジナルの較正プレーンからの既定の並進及び回転オフセットを受ける、請求項１〜１０のいずれか一項に記載のシステム。
  12. 前記撮像システムによって観察可能である前記三次元空間との関係における前記作業経路の前記位置及び向き、又はその既定のセグメントの位置及び向きは、三次元ＣＡＤモデルから取得され、前記三次元ＣＡＤモデルの座標系は、前記撮像システムの座標系との関係において既知である、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のシステム。
  13. 前記三次元ＣＡＤモデルは、前記作業経路セグメントを定義する線形又は曲線ポイントの定義を含む、請求項１２に記載のシステム。
  14. 少なくとも３つの較正ポイントが、前記三次元ＣＡＤモデル上及び前記取付具上の両方に配置されている、請求項１２又は１３に記載のシステム。
  15. 前記撮像システムを有する前記取付具上の前記少なくとも３つの較正ポイントの位置を計測し、及び次いで前記計測を前記三次元ＣＡＤモデルのオリジナルの較正ポイントと比較することにより、位置及び向きのシフトが前記三次元ＣＡＤモデルに適用される、請求項１４に記載のシステム。
  16. 前記作業経路の前記位置及び向きは、チェーンを形成する１つ又は複数の作業経路セグメントから構成されており、連続的なセグメントは、１つのセグメントの終了点及び次のセグメントの開始点において作業経路点を共有する、請求項１〜１５のいずれか一項に記載のシステム。
  17. 前記溶接ツールの前記ツールポイント及びツールベクトルの較正は、着脱可能な較正装置内に統合された２つ以上のポイントマーカーを使用して実行され、前記較正装置内の前記ポイントマーカーは、前記溶接ツールの前記ツールポイントに対して既知のオフセットを有するツールベクトルに沿って配置されている、請求項１〜１６のいずれか一項に記載のシステム。
  18. 前記溶接ツールの前記ツールポイントの較正は、前記溶接ツールの先端を較正装置に挿入することによって実行され、前記被加工物との関係における前記較正装置の位置及び向きは既定である、請求項１〜１７のいずれか一項に記載のシステム。
  19. 前記作業経路との関係におけるツールの位置、向き、速度、及び加速度のうちの少なくとも１つの値を算出し、次いで、前記値は、既知の且つ好ましい手順からの逸脱を判定するために、既定の好ましい値と比較され、前記逸脱は、技術レベルの評価、訓練用のフィードバックの提供、技術目標に向かう進捗の評価、及び品質管理目的のうちの少なくとも１つのために使用される、請求項１８に記載のシステム。
  20. 前記剛体を定義する前記ポイントマーカーは、使用時に前記溶接ツールの広い範囲の回転及び向きの変化を収容する多平面構成において前記溶接ツールに付着されている、請求項１〜１９のいずれか一項に記載のシステム。
  21. 前記剛体を定義する前記ポイントマーカーは、使用時に前記溶接ツールの広い範囲の回転及び向きの変化を収容する球面構成において前記溶接ツールに付着されている、請求項１〜２０のいずれか一項に記載のシステム。
  22. 前記受動型又は能動型ポイントマーカーは、使用時に前記溶接ツールの広い範囲の回転及び向きの変化を収容するリング構成において前記溶接ツールに付着されている、請求項１〜２１のいずれか一項に記載のシステム。
  23. 前記作業経路との関係におけるツールの位置、向き、速度、及び加速度のうちの少なくとも１つの値を算出し、次いで、前記値は、既知の且つ好ましい手順からの逸脱を判定するために、既定の好ましい値と比較され、前記逸脱は、技術レベルの評価、訓練用のフィードバックの提供、技術目標に向かう進捗の評価、及び品質管理目的のうちの少なくとも１つのために使用される、請求項１〜２２のいずれか一項に記載のシステム。
  24. 前記取付具は、フレームを含み、
    前記フレームは、前記被加工物を少なくとも部分的に取り囲み、
    前記フレームは、その上に取り付けられた複数のデジタルカメラを含み、
    それぞれのデジタルカメラは、異なる角度から前記被加工物の画像をキャプチャする、請求項１〜２３のいずれか一項に記載のシステム。
  25. 請求項１〜２４のいずれか一項に記載のシステムを使用することを特徴とする、溶接作業を特徴付ける方法。
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