JP7319542B2

JP7319542B2 - 評価装置

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Publication number: JP7319542B2
Application number: JP2019179444A
Authority: JP
Inventors: 健太郎林田; 靖典浜
Original assignee: Daikin Industries Ltd
Current assignee: Daikin Industries Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2023-08-02
Anticipated expiration: 2039-09-30
Also published as: CN114270187A; EP4015125A1; US20220207688A1; JP2021053672A; CN114270187B; EP4015125A4; WO2021065822A1

Description

本発明は、第１及び第２の母材を互いに接合する接合作業を評価する評価装置に関する。

特許文献１には、第１及び第２の母材を互いに接合する接合作業を評価する評価装置が開示されている。

特許第５９２１８９８号公報

ところで、ろう付けによる接合作業をより適切に評価したいという要望がある。ろう付けによる接合作業は、第１及び第２の母材を熱する配管加熱工程と、ろう材を供給する給線工程とを有しており、配管加熱工程と給線工程における接合作業を同じ評価方法で評価すると、適切な評価結果が得られない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ろう付けによる接合作業を適切に評価できるようにすることにある。

第１の態様は、第１及び第２の母材（P1,P2）を互いに接合する接合作業を評価する評価装置であって、ろう付けによる上記接合作業中における少なくとも一方の上記母材（P1,P2）の位置、炎（F）の位置、ろう材（W）の位置、及び少なくとも一方の上記母材（P1,P2）の温度のうちの少なくとも１種類に関する時系列データを取得するデータ取得部（18）と、上記データ取得部（18）により取得された時系列データのうち、所定の給線開始タイミングの前のデータと後のデータとを異なる評価方法で評価する評価部（19）とを備えたことを特徴とする。

第１の態様では、給線開始タイミングの前後の時系列データを異なる評価方法で評価するので、同じ評価方法で評価する場合に比べ、より適切な評価を実現しやすい。

第２の態様は、第１の態様において、上記データ取得部（18）により取得される時系列データは、上記ろう材（W）の位置に関する第１データを含み、当該評価部（19）は、上記第１データに基づいて、上記給線開始タイミングを特定することを特徴とする。

第２の態様では、評価部（19）が給線開始タイミングを自動的に特定するので、給線開始タイミングを評価装置（14）に設定する手間が不要になる。

第３の態様は、第１又は第２の態様において、上記評価部（19）は、上記データ取得部（18）により取得された時系列データのうち、所定の均一加熱開始タイミングの前のデータと後のデータとを異なる評価方法で評価することを特徴とする。

第３の態様では、均一加熱開始タイミングの前後の時系列データを異なる評価方法で評価するので、同じ評価方法で評価する場合に比べ、より適切な評価を実現しやすい。

第４の態様は、第３の態様において、上記データ取得部（18）により取得される時系列データは、上記炎（F）の位置、及び少なくとも一方の上記母材（P1,P2）の温度のうちの少なくとも１種類に関する第２データを含み、上記評価部（19）は、上記第２データに基づいて、上記均一加熱開始タイミングを特定することを特徴とする。

第４の態様では、評価部（19）が均一加熱開始タイミングを自動的に特定するので、均一加熱開始タイミングを評価装置（14）に設定する手間が不要になる。

第５の態様は、第１～第４のいずれか１つの態様において、上記評価部（19）は、上記時系列データと所定の評価基準値との差分に基づいて上記評価を行い、かつ上記給線開始タイミングの前のデータと後のデータの評価に、異なる評価基準値を用いることを特徴とする。

第５の態様では、給線開始タイミングの前後の時系列データの評価に異なる評価基準値を用いるので、給線開始タイミングの前後の時系列データの評価に用いる各評価基準値を適切な値に設定することにより、給線開始タイミングの前後の接合作業をそれぞれ適切に評価できる。

図１は、実施形態の評価装置を備えた接合作業評価システムの概略斜視図である。図２は、側方カメラによって撮影される第１画像を例示する図である。図３は、上方カメラによって撮影される第２画像を例示する図である。図４は、正面カメラによって撮影される第３画像を例示する図である。図５は、評価装置の機能ブロック図である。図６は、評価装置によって実行される評価手順を説明するフローチャートである。図７は、接合作業中における作業炎と配管の中心との距離のフィルタ処理前の時系列データを例示するグラフである。図８は、接合作業中における作業炎と配管の中心との距離のフィルタ処理後の時系列データを例示するグラフである。図９は、接合作業中におけるろう材投入位置の時系列データを例示するグラフである。図１０は、接合作業中におけるろう材投入位置の時系列データを例示するグラフである。

以下、本開示の実施形態について図面に基づいて説明する。なお、以下で説明する実施形態および変形例は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

図１は、接合作業評価システム（10）を示す。この接合作業評価システム（10）は、第１の母材としての円筒状の第１の配管（P1）、及び第２の母材として円筒状の第２の配管（P2）を互いにろう付けにより接合する作業者（U）による接合作業を評価する。接合作業は、配管加熱工程、及び給線工程を含む。これら配管加熱工程及び給線工程は、第１の配管（P1）の一端部を上方に向けるとともに、当該第１の配管（P1）に上方から第２の配管（P2）の一端部を挿入した状態で行われる。配管加熱工程は、第１及び第２の配管（P1,P2），を熱する工程であり、配管予熱工程及び均一加熱工程を含む。配管予熱工程は、作業者（U）がトーチ（T）から発生した炎（F）をあまり動かさずに両配管（P1,P2）の境界周りに当てる工程である。均一加熱工程は、配管予熱工程の次に、作業者（U）がトーチ（T）から発生した炎（F）を、両配管（P1,P2）の周方向に動かしながら両配管（P1,P2）の境界周りに当てる工程である。均一加熱工程は、両配管（P1,P2）の境界周りの温度が全周に亘ってより均一となるように行われる。給線工程は、均一加熱工程の後、作業者（U）がトーチ（T）から発生した炎（F）を両配管（P1,P2）の境界周りに当てながらろう材（W）を供給する工程である。

ろう材（W）としては、リン銅ろう、銀ろう、黄銅ろう、アルミニウム合金（アルミろう）等を用いることができる。ろう材（W）としてリン銅ろうを採用した場合、両配管（P1,P2）の材料の組み合わせとしては、銅及び銅、銅及び銅合金、銅及び鋼、又は銅メッキが施された異種金属（２種類の金属）の組み合わせを採用できる。ろう材（W）として銀ろう又は黄銅ろうを採用した場合、両配管（P1,P2）の材料の組み合わせとして、銅及び鋼、又は鋼及び鋼の組み合わせを採用できる。ろう材（W）としてアルミニウム合金を採用した場合、両配管（P1,P2）の材料の組み合わせとして、アルミニウム及び銅、アルミニウム及び銅合金、又はアルミニウム及びアルミニウムの組み合わせを採用できる。

接合作業評価システム（10）は、側方カメラ（11）、上方カメラ（12）、正面カメラ（13）、及び本開示の実施形態に係る評価装置（14）を備えている。

側方カメラ（11）は、作業者（U）の側方から両配管（P1,P2）周りを１００ｍｓ毎に撮影し、図２に示す側方画像を得る。接合作業中、側方画像には、炎（F）と両配管（P1,P2）周りが写る。

上方カメラ（12）は、作業者（U）の上方から両配管（P1,P2）周りを１００ｍｓ毎に撮影し、図３に示す上方画像を得る。接合作業中、上方画像には炎（F）の先端と両配管（P1,P2）周りが写る。給線作業中、上方画像にはろう材（W）の先端部が写る。

正面カメラ（13）は、作業者（U）の正面から両配管（P1,P2）周りを１００ｍｓ毎に撮影し、図４に示す正面画像を得る。給線作業中、正面画像には、ろう材（W）の先端部と両配管（P1,P2）周りが映る。

評価装置（14）は、図５に示すように、入力部（15）、受信部（16）、記憶部（17）、データ取得部（18）、評価部（19）、及び出力部（20）を備えている。評価装置（14）の機能は、コンピュータにより実現される。

入力部（15）は、採点者及び作業者（U）を特定する情報の入力を受け付ける。入力部（15）としては、例えばキーボードが用いられる。

受信部（16）は、側方カメラ（11）、上方カメラ（12）、及び正面カメラ（13）によって１００ｍｓ毎に撮影された側方画像、上方画像、及び正面画像を受信する。

記憶部（17）は、後述する時系列データ等を含むデータベースを記憶する。

データ取得部（18）は、受信部（16）によって受信された複数の側方画像、上方画像、及び正面画像に基づいて、複数種類の時系列データを画像処理によって取得して記憶部（17）のデータベースに保存する。

時系列データとしては、炎（F）の高さＦＨ、炎（F）の長さＦＬ、及び上下方向（両配管（P1,P2）の延びる方向）に対する炎（F）の角度Ｆθの時系列データが複数の側方画像に基づいて取得される。以下の表１は、１００ｍｓ毎に得られた７フレームの側方画像上における炎（F）の基端の座標（Ｘ１，Ｙ１）、炎（F）の先端の座標（Ｘ２，Ｙ２）、炎（F）の高さＦＨ、炎（F）の長さＦＬ、及び炎（F）の角度Ｆθを示す。

また、複数の上方画像に基づいて、炎（F）と両配管（P1,P2）の中心との距離ＤＩ、及びろう材投入位置Ｗθの時系列データが取得される。ろう材投入位置Ｗθは、上方画像上で、ろう材（W）及び第２の配管（P2）の接点と第２の配管（P2）の中心とを結ぶ線が、水平方向に対してなす角度である。

また、複数の正面画像に基づいて、ろう材（W）の高さＷＨ、及び上下方向（両銅管の延びる方向）に対するろう材（W）の角度Ｗγの時系列データが取得される。ろう材（W）の高さＷＨは、両配管（P1,P2）の境界（継ぎ目）とろう材（W）及び第２の配管（P2）の交わる位置との上下方向の間隔である。

なお、炎（F）の高さＦＨを第１種時系列データ、炎（F）の長さＦＬを第２種時系列データ、炎（F）の角度Ｆθを第３種時系列データ、距離ＤＩを第４種時系列データ、ろう材（W）投入位置Ｗθを第５種時系列データ、ろう材（W）の高さＷＨを第６種時系列データ、ろう材（W）の角度Ｗγを第７種時系列データとする。

評価部（19）は、データ取得部（18）によって取得された時系列データを、後述する手順によって評価する。

出力部（20）は、評価部（19）による評価結果を出力する。出力部（20）としては、例えばディスプレイが用いられる。

図６は、上述により構成された評価装置（14）による時系列データの評価手順を示す。

まず、（Ｓ１０１）において、入力部（15）が、採点者、及び作業者（U）を特定する入力を受け付ける。これにより、採点者及び作業者（U）を特定する情報が、記憶部（17）に保存される。また、採点者がろう付けの外観を視認し、外観に基づいた出来映え点を入力部（15）に入力する。

次に、（Ｓ１０２）において、受信部（16）が、接合作業中の複数の側方画像、上方画像、及び正面画像を新たに受信し、データ取得部（18）が、これら複数の側方画像、上方画像、及び正面画像に基づいて、時系列データを取得する。そして、取得した時系列データを、作業者（U）を特定する情報、及び出来映え点と対応付けて記憶部（17）にログとして保存する。このとき、作業者（U）による作業時間も作業者（U）を特定する情報と対応付けて記憶部（17）に保存される。

次に、（Ｓ１０３）において、評価部（19）が、データ取得部（18）によって取得された時系列データのうち、炎（F）と両配管（P1,P2）の中心との距離ＤＩの時系列データ（第２データ）を記憶部（17）から読み出す。図７は、読み出した時系列データを例示する。そして、評価部（19）は、読み出した時系列データに対し、フィルタ処理によりノイズの除去を行う。図８は、図７で示す時系列データに対しフィルタ処理を行った後の時系列データを例示する。そして、評価部（19）は、フィルタ処理後の時系列データに対し、所定単位時間毎の標準偏差の算出を行い、標準偏差が１を超えたＳＴ１のタイミングを、均一加熱開始タイミングとして特定する。上記単位時間は、例えば０．５秒や１秒に設定される。このように、評価部（19）が均一加熱開始タイミングを自動的に特定するので、均一加熱開始タイミングを評価装置（14）に設定する手間が不要になる。

なお、フィルタ処理を行わず、フィルタ処理前の時系列データにおける標準偏差が１を超えるタイミングを均一加熱開始タイミングを特定する場合、図６に示すように、ノイズが発生したＭ１のタイミングを均一加熱開始タイミングとして特定しやすい。しかし、本実施形態では、フィルタ処理後の時系列データに基づいて均一加熱開始タイミングを特定するので、均一加熱開始タイミングをより正確に特定できる。

次に、（Ｓ１０４）において、評価部（19）が、データ取得部（18）によって取得された時系列データのうち、ろう材投入位置Ｗθの時系列データ（第１データ）を読み出す。ろう材投入位置Ｗθは、ろう材（W）が第２の配管（P2）に接していないときは０となり、ろう材（W）が第２の配管（P2）に接したときに０を超えるようになっている。評価部（19）は、ろう材投入位置Ｗθが初めて０を超え、かつろう材投入位置Ｗθが０を超えた状態をその後所定の時間Ｔ１以上継続するタイミングを、給線開始タイミングとして特定する。時間Ｔ１は、例えば１秒に設定される。このように、評価部（19）が給線開始タイミングを自動的に特定するので、給線開始タイミングを評価装置（14）に設定する手間が不要になる。

図９では、ＳＴ２のタイミングでろう材投入位置Ｗθが０を超え、ろう材投入位置Ｗθが０を超える状態が、ＳＴ２のタイミングからＳＴ２＋Ｔ１のタイミングまでの間継続されているので、ＳＴ２のタイミングが給線開始タイミングとして特定される。

図１０では、Ｍ２のタイミングでろう材投入位置Ｗθが０を超えているが、Ｍ２のタイミングからＭ２＋Ｔ１のタイミングまでの間に再びろう材投入位置Ｗθが０になっているので、Ｍ２のタイミングは給線開始タイミングとして特定されない。

なお、本実施形態では（Ｓ１０３）の処理の後に（Ｓ１０４）の処理を行うが、（Ｓ１０４）の処理の前に（Ｓ１０３）の処理を行ってもよいし、（Ｓ１０３）及び（Ｓ１０４）の処理を並列に行ってもよい。

その後、（Ｓ１０５）において、評価部（19）は、（Ｓ１０２）において取得した時系列データを、均一加熱開始タイミングより前の配管予熱工程における時系列データと、均一加熱開始タイミング以降であって給線開始タイミングより前の均一加熱工程における時系列データと、給線開始タイミング以降の給線工程における時系列データとに分割する。

次に、（Ｓ１０６）において、評価部（19）が、ｋ＝１とするとともに、接合作業の評価点を所定の初期値に設定し、（Ｓ１０７）に進む。

（Ｓ１０７）では、評価部（19）が、第ｋ種時系列データの評価を第ｋ種時系列データと所定の評価基準値との差分に基づいて行う。配管予熱工程の時系列データ、均一加熱工程の時系列データ、及び給線工程の時系列データの評価には、異なる評価基準値が用いられる。

まず、評価部（19）は、第ｋ種時系列データのうち配管予熱工程の各時系列データを、配管予熱工程用の評価基準値と比較し、差分を算出する。そして、この差分が第１の閾値を超えた場合には、接合作業の評価点に対し、減点を行う。また、第ｋ種時系列データのうち均一加熱工程の各時系列データを、均一加熱工程用の評価基準値と比較し、差分を算出する。この差分が第２の閾値を超えた場合には、接合作業の評価点に対し、減点を行う。さらに、第ｋ種時系列データのうち給線工程の各時系列データを、給線工程用閾値の評価基準値と比較し、差分を算出する。この差分が第３の閾値を超えた場合には、接合作業の評価点に対し、減点を行う。評価部（19）は、算出した差分を、作業者（U）を特定する情報と対応付けて記憶部（17）のデータベースにログとして保存する。また、評価部（19）は、算出した接合作業の評価点も、記憶部（17）のデータベースに保存する。このように、給線開始タイミングの前後の時系列データの前後の評価に異なる評価基準値を用いるので、給線開始タイミングの前後の時系列データの評価に用いる各評価基準値を適切な値に設定することにより、給線開始タイミングの前後の接合作業をそれぞれ適切に評価できる。また、給線開始タイミングの前後の時系列データを、異なる評価基準値を用いる異なる評価方法で評価するので、同じ評価方法で評価する場合に比べ、より適切な評価を実現しやすい。また、均一加熱開始タイミングの前後の時系列データを、異なる評価基準値を用いる異なる評価方法で評価するので、同じ評価方法で評価する場合に比べ、より適切な評価を実現しやすい。

（Ｓ１０８）では、評価部（19）が、ｋ＝ｋ＋１とする。

（Ｓ１０９）では、評価部（19）が、ｋ＝８となっているかを判定し、ｋ＝８である場合には、７種類の時系列データの評価が終了したとみなして、（Ｓ１１０）に進む。ｋ＝８となっていない場合には、（Ｓ１０７）に戻る。

（Ｓ１１０）では、出力部（20）が、全工程の時系列データと、各時系列データについて算出した差分の値と、接合作業の評価点とを評価結果として記憶部（17）から読み出して出力する。なお、各種類の時系列データの差分の平均をレーダチャート等の形式で表示してもよい。これにより、評価手順が終了する。

したがって、本実施形態によると、記憶部（17）に記憶された時系列データ、当該時系列データと評価基準値との差分、評価点、及び出来映え点を参照することにより、各作業者（U）の技能の向上の程度やばらつき度合いを評価できる。

また、記憶部（17）に記憶された時系列データ、当該時系列データと評価基準値との差分、評価点、及び出来映え点を参照して各作業者（U）が接合作業の訓練を行うことにより、接合作業の指導者による作業者（U）の習熟度のばらつきを低減できる。また、記憶部（17）に記憶された時系列データ、当該時系列データと評価基準値との差分、評価点、及び出来映え点を参照することにより、各作業者（U）が修正点を把握しやすいので、ろう付けによる接合技能の習得にかかる期間を短縮するとともに、訓練に使用する配管（P1,P2）の本数を削減できる。また、指導者不在での接合作業の訓練が容易になる。

なお、本実施形態では、（Ｓ１０３）において、均一加熱開始タイミングの特定を、炎（F）と両配管（P1,P2）の中心との距離ＤＩの時系列データに基づいて行ったが、炎（F）の位置に関する別のデータ（第２データ）に基づいて行ってもよい。例えば、上方画像上で、炎（Ｆ）及び第２の配管（P2）の接点と両配管（P1,P2）の中心とを結ぶ線が水平方向に対してなす角度が、上方画像に基づいて取得され、（Ｓ１０３）で均一加熱開始タイミングを特定するために参照されるようにしてもよい。

また、接合作業評価システム（10）に、第１及び第２の配管（P1,P2）の少なくとも一方の表面温度を測定する測定装置を設け、測定装置により測定された温度が時系列データとしてデータ取得部（18）によって取得されるようにしてもよい。また、（Ｓ１０３）において、均一加熱開始タイミングの特定を、測定装置により測定された温度に基づいて行うようにしてもよい。

また、本実施形態では、（Ｓ１０４）において、給線開始タイミングの特定を、ろう材（W）投入位置Ｗθの時系列データに基づいて行ったが、ろう材（W）の位置に関する別のデータ（第１データ）に基づいて行ってもよい。例えば、ろう材（W）と両配管（P1,P2）の中心との間隔が、上方画像に基づいて時系列データとして取得され、（Ｓ１０４）で給線開始タイミングを特定するために参照されるようにしてもよい。

また、第１及び第２の配管（P1,P2）の少なくとも一方を移動させながらろう付け作業を行う場合には、第１及び第２の配管（P1,P2）の少なくとも一方の位置に関する時系列データがデータ取得部（18）によって取得されるようにしてもよい。

また、各作業者（U）の評価結果に加え、各作業者（U）がろう付け作業の教育を受けた場所（拠点）を特定する情報を、作業者（U）を特定する情報と対応付けてデータベースに保存するようにしてもよい。これにより、ろう付け作業の教育を実施する場所毎の傾向を把握できる。また、海外の作業者（U）の評価結果が保存されたデータベースを日本から参照できるようにしてもよい。

また、本実施形態では、第１の配管（P1）に上方から第２の配管（P2）を挿入して接合作業を行ったが、第１の配管（P1）に下方から第２の配管（P2）を挿入した状態、又は第１の配管（P1）に第２の配管（P2）を水平方向に（横向きに）挿入した状態で接合作業を行う場合にも、本発明を適用できる。

また、本実施形態では、時系列データの評価を、評価基準値との差分を算出し、差分が所定の閾値を超えるか否かを判定することにより行ったが、本発明は、時系列データを他の計算方法によって評価する場合にも適用できる。

本開示は、第１及び第２の母材を互いに接合する接合作業を評価する評価装置について有用である。

Ｐ１第１の配管（第１の母材）
Ｐ２第２の配管（第２の母材）
Ｆ炎
Ｗろう材
１４評価装置
１８データ取得部
１９評価部
２０出力部

Claims

第１及び第２の母材（P1,P2）を互いに接合する接合作業を評価する評価装置であって、
ろう付けによる上記接合作業中における少なくとも一方の上記母材（P1,P2）の位置、炎（F）の位置、ろう材（W）の位置、及び少なくとも一方の上記母材（P1,P2）の温度のうちの少なくとも１種類に関する時系列データを取得するデータ取得部（18）と、
上記データ取得部（18）により取得された時系列データのうち、所定の給線開始タイミングの前のデータと後のデータとを異なる評価方法で評価する評価部（19）とを備えたことを特徴とする評価装置。
請求項１に記載の評価装置において、
上記データ取得部（18）により取得される時系列データは、上記ろう材（W）の位置に関する第１データを含み、
当該評価部（19）は、上記第１データに基づいて、上記給線開始タイミングを特定することを特徴とする評価装置。
請求項１又は２に記載の評価装置において、
上記評価部（19）は、上記データ取得部（18）により取得された時系列データのうち、所定の均一加熱開始タイミングの前のデータと後のデータとを異なる評価方法で評価することを特徴とする評価装置。
請求項３に記載の評価装置において、
上記データ取得部（18）により取得される時系列データは、上記炎（F）の位置、及び少なくとも一方の上記母材（P1,P2）の温度のうちの少なくとも１種類に関する第２データを含み、
上記評価部（19）は、上記第２データに基づいて、上記均一加熱開始タイミングを特定することを特徴とする評価装置。
請求項１～４のいずれか１項に記載の評価装置において、
上記評価部（19）は、上記時系列データと所定の評価基準値との差分に基づいて上記評価を行い、かつ上記給線開始タイミングの前のデータと後のデータの評価に、異なる評価基準値を用いることを特徴とする評価装置。