KR101649807B1 - 용접 기능 교육 지원 장치 - Google Patents

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겐타로 히요쿠
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재팬 마린 유나이티드 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 용접 환경을 용이하게 모의할 수 있고, 학생 한 사람의 자습이라도 용접 작업을 교육, 교정 또는 지도할 수 있는, 용접 기능 교육 지원 시스템을 제공하는 것이다. 용접 토치를 모의하는 조작 수단(2)과, 모재를 모의하는 디스플레이(3)와, 용접 작업을 모의한 용접음을 출력하는 스피커(4)와, 조작 수단(2)을 디스플레이(3) 상에서 이동시켰을 때의 조작 수단(2)의 거동에 따른 비드의 화상을 디스플레이(3)에 표시시킴과 함께 조작 수단(2)의 거동에 따른 용접음을 스피커(4)로부터 출력시키는 제어 장치(5)와, 조작 수단(2)을 유지함과 함께 조작 수단(2)의 선단부 T의 위치 정보 D를 입출력 가능한 3차원 입출력 장치(6)와, 위치 정보 D를 기억하는 기억 장치(7)를 갖고, 제어 장치(5)는 조작 수단(2)을 조작하여 3차원 입출력 장치(6)에 의해 출력되는 위치 정보 D에 기초하여 비드의 화상 및 용접음의 종류를 선택하여 출력한다.

Description

용접 기능 교육 지원 장치 {WELDING SKILL EDUCATION SUPPORT DEVICE}
본 발명은 용접 기능 교육 지원 장치에 관한 것으로, 특히, 역각 디바이스를 사용하여 용접 환경을 모의하고, 시각, 청각, 역각 등을 활용하여 학생에게 용접 기능을 교육, 교정 또는 지도하기 위한 용접 기능 교육 지원 장치에 관한 것이다.
종래, 용접 기능은 한 사람의 선생님이 복수의 학생을 담당하여, 실물의 용접 토치를 사용하여 연습용 시험체를 용접시킴으로써, 용접 자세, 토치 각도, 용접 속도, 와이어 돌출량 등의 기본 기능을 육안으로 확인하면서, 구두, 실연, 작업 보조 등에 의해 교육, 교정 또는 지도하고 있었다. 이러한 기능 훈련에서는, 실제의 용접 작업을 체감할 수 있지만, 많은 학생을 동시에 교육하고 있기 때문에, 전원의 용접 작업을 매회 체크하여 지도하는 것은 곤란해, 비효율적이었다. 또한, 실제로 용접 작업을 행하기 때문에, 용접 토치, 와이어 송급 장치, 용접 작업장 등의 시설이나 설비가 필요해, 훈련할 수 있는 장소가 한정됨과 함께, 훈련 후에 폐기물(용접된 시험체)이 발생한다는 문제도 있었다. 따라서, 용접 환경이나 용접 프로세스를 모의하여 교육하는 방법이 이미 제안되어 있다(예를 들어, 특허문헌 1 및 특허문헌 2 참조).
예를 들어, 특허문헌 1에는 용접 프로세스를 시뮬레이션하기 위한 장치가 개시되어 있다. 이러한 장치는 입력 장치와 출력 장치를 갖는 컴퓨터, 용접 토치, 적어도 하나의 송신기와 복수의 센서를 갖는 자기 위치 감시 장치, 시뮬레이트되는 피가공물을 위한 유지 장치, 출력 장치 상에 2차원 또는 3차원의 화상을 생성하기 위한 시각화 장치로 구성되어 있다. 용접 토치 및 피가공물은 실물이 아니라, 형상 등을 모의한 가상적인 디바이스이고, 이들 디바이스로부터 위치 정보 등을 컴퓨터에 도입함으로써, 실제로 발생할 수 있는 용접 상태(예를 들어, 용접 비드, 광 아크 등)를 모의한 화상이나 영상을 작성하여, 유저에게 표시하도록 하고 있다.
또한, 특허문헌 2에는 수동 용접 시공에 종사하는 용접사를 훈련하는 방법이며, 수동 용접 시공의 모의 용접 훈련이 행해질 때에 용접사의 거동 및 용접 훈련 환경의 상태에 관한 데이터를 계측하고, 이 계측 데이터에 기초하여 용접사의 머리의 위치, 머리의 움직임, 손의 위치, 손의 움직임, 얼굴의 방향, 용접부에 부여하는 입열량이나 입열 방향 및 모의 용접부의 용융 상태나 용착 상태 등의 특징량을 추출하여, 과거에 행해진 용접 시공 시에 얻어진 정상 시 및 문제 발생 시의 데이터와 이 추출된 특징량을 참조하여 모의 용접 상태의 불량을 판정하는 한편, 특징량에 기초하여 용접부의 화상을 생성하고, 이 생성된 화상 및 판정 결과를 포함하는 모의 용접 상태의 추이에 관한 정보를 용접 훈련 중의 용접사에게 인지 가능하게 제시하는 수동 용접 훈련 방법이 기재되어 있다. 이러한 훈련 방법에 있어서도, 용접 토치 및 피가공물(시험체)은 실물이 아니라, 형상 등을 모의한 가상적인 디바이스를 사용하고 있다.
일본 특허 출원 공표 제2011-526208호 공보 일본 특허 제4129342호 공보
상술한 특허문헌 1이나 특허문헌 2에 기재된 장치에서는, 용접 환경을 모의하기 위해, 용접 토치나 시험체(피가공물)를 모의한 가상 디바이스가 필요해, 실제로 행하는 용접의 종류에 따른 가상 디바이스(특히, 시험체)를 준비해야만 한다. 또한, 가상 용접 토치나 학생의 자세 등의 위치 정보 등을 취득하기 위해 복수의 센서나 카메라를 필요로 하므로, 장치가 복잡화ㆍ대형화되어 버린다는 문제도 있었다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 창안된 것으로, 용접 환경을 용이하게 모의할 수 있고, 학생 한 사람의 자습이라도 용접 작업을 교육, 교정 또는 지도할 수 있는, 용접 기능 교육 지원 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따르면, 모재의 표면에 용접 토치를 접근시켜 와이어를 송출하면서 용융하여 상기 모재를 용접하는 용접 작업의 교육을 지원하는 용접 기능 교육 지원 장치이며, 상기 용접 토치를 모의하는 조작 수단과, 상기 모재를 모의하는 디스플레이와, 상기 용접 작업을 모의한 용접음을 출력하는 스피커와, 상기 조작 수단을 상기 디스플레이 상에서 이동시켰을 때의 상기 조작 수단의 거동에 따른 비드의 화상을 상기 디스플레이에 표시시킴과 함께 상기 조작 수단의 거동에 따른 용접음을 상기 스피커로부터 출력시키는 제어 장치와, 상기 조작 수단을 유지함과 함께 상기 조작 수단의 선단부의 위치 정보를 입출력 가능한 3차원 입출력 장치와, 상기 위치 정보를 기억하는 기억 장치를 갖고, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작하여 상기 3차원 입출력 장치에 의해 출력되는 상기 위치 정보에 기초하여 상기 비드의 화상 및 상기 용접음의 종류를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는 용접 기능 교육 지원 장치가 제공된다.
상기 기억 장치는 적정한 용접 작업을 모의한 상기 조작 수단의 선단부의 위치 정보인 기준 데이터를 기억하고 있고, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작했을 때의 상기 위치 정보와 상기 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 경우에, 상기 디스플레이에 표시되는 상기 비드의 폭 또는 용융지의 색 및 상기 스피커로부터 출력되는 상기 용접음의 길이 또는 음정을 변화시키도록 해도 된다.
또한, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작했을 때의 상기 위치 정보와 상기 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 경우에 상기 3차원 입출력 장치에 상기 조작 수단의 선단부를 상기 기준 데이터와 일치시키도록 신호를 출력하도록 해도 된다.
또한, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작했을 때의 상기 위치 정보와 상기 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 횟수를 계측하여 채점하도록 해도 된다.
또한, 상기 위치 정보는 상기 조작 수단의 선단 좌표를 포함하고, 상기 제어 수단은 상기 선단 좌표로부터 상기 디스플레이와 상기 조작 수단의 이격 거리를 산출하여, 상기 이격 거리가 와이어 돌출량을 모의하고 있는 것으로 하여 상기 비드의 화상 및 상기 용접음의 종류를 선택하여 출력하도록 해도 된다. 또한, 상기 제어 장치는 상기 선단 좌표를 상기 디스플레이 상에 투영한 목표점을 상기 디스플레이 상에 표시하도록 해도 된다.
또한, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작한 위치 정보를 상기 기억 장치에 기억시키는 기록 모드와, 상기 기억 장치에 기억된 적정한 용접 작업을 모의한 위치 정보와 비교하여 평가하는 채점 모드와, 상기 기억 장치에 기억된 적정한 용접 작업을 모의한 위치 정보와 비교하여 상기 3차원 입출력 장치에 적정한 위치 정보를 입력하여 반력을 부여하는 자습 모드와, 상기 기억 장치에 기억된 적정한 용접 작업을 모의한 위치 정보를 상기 3차원 입출력 장치에 입력하여 상기 조작 수단의 적정한 거동을 재현하는 모의 모드와, 상기 기억 장치에 기억된 상기 위치 정보에 기초하여 상기 비드의 화상 및 상기 용접음의 종류를 선택하여 출력하는 재생 모드를 선택 가능하게 가져도 된다.
또한, 상기 제어 장치는 시간의 경과에 따라서 상기 비드의 색을 변화시키도록 해도 된다.
또한, 적어도, 상기 조작 수단, 상기 디스플레이 및 상기 3차원 입출력 장치를 구비한 작업 테이블과, 상기 작업 테이블을 지지하는 지지대를 갖고, 상기 작업 테이블은 상기 디스플레이의 각도를 변경 가능하게 상기 지지대에 배치되어 있어도 된다.
상술한 본 발명에 관한 용접 기능 교육 지원 장치에 따르면, 3차원 입출력 장치에 의해 용접 토치를 모의하는 조작 수단의 위치 정보를 취득하여 기록함과 함께, 위치 정보에 따른 화상이나 음성을 출력하도록 한 것에 의해, 용이하게 용접 환경을 모의할 수 있다. 또한, 디스플레이에 표시되는 화상이나 스피커로부터 출력되는 음성에 의해, 학생 한 사람의 자습이라도 시각 및 청각을 활용하여 용접 작업의 교육을 행할 수 있다. 또한, 위치 정보를 기록함으로써, 사후적으로 임의의 시간에 학생이 행한 모의 용접 작업을 재현하여, 화상이나 음성을 용이하게 재생할 수 있고, 실제의 모의 작업 시에 선생님이 곁에 있지 않아도, 사후적으로 각 학생에 대해 개별로 지도할 수 있다.
또한, 기준 데이터와의 비교를 행함으로써, 화상이나 음성에 의해 주의를 촉구하거나, 채점함으로써 평가하거나, 3차원 입출력 장치에 반력을 부여함으로써, 시각 및 청각 외에 역각을 활용하여 용접 작업을 교정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 용접 기능 교육 지원 장치를 도시하는 전체 구성도로, (a)는 평면도, (b)는 정면도, (c)는 변형 후의 정면도를 도시하고 있다.
도 2는 도 1에 도시한 3차원 입출력 장치를 도시하는 도면으로, (a)는 전체 구성도, (b)는 조작 수단의 선단부 확대도를 도시하고 있다.
도 3은 디스플레이에 표시되는 비드를 도시하는 도면으로, (a)는 적정값에 기초하는 비드, (b)는 과소값에 기초하는 비드, (c)는 과대값에 기초하는 비드, (d)는 일련의 용접 작업을 모의한 비드의 일례를 도시하고 있다.
도 4는 기록 모드의 흐름도이다.
도 5는 채점 모드의 흐름도이다.
도 6은 자습 모드의 흐름도이다.
도 7은 모의 모드의 흐름도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해 도 1 내지 도 7을 사용하여 설명한다. 여기서, 도 1은 본 발명의 실시 형태에 관한 용접 기능 교육 지원 장치를 도시하는 전체 구성도로, (a)는 평면도, (b)는 정면도, (c)는 변형 후의 정면도를 도시하고 있다. 도 2는 도 1에 도시한 3차원 입출력 장치를 도시하는 도면로, (a)는 전체 구성도, (b)는 조작 수단의 선단부 확대도를 도시하고 있다. 도 3은 디스플레이에 표시되는 비드를 도시하는 도면로, (a)는 적정값에 기초하는 비드, (b)는 과소값에 기초하는 비드, (c)는 과대값에 기초하는 비드, (d)는 일련의 용접 작업을 모의한 비드의 일례를 도시하고 있다.
본 발명의 실시 형태에 관한 용접 기능 교육 지원 장치(1)는, 도 1 내지 도 3을 도시한 바와 같이, 모재의 표면에 용접 토치를 접근시켜 와이어를 송출하면서 용융하여 상기 모재를 용접하는 용접 작업의 교육을 지원하는 용접 기능 교육 지원 장치이며, 용접 토치를 모의하는 조작 수단(2)과, 모재를 모의하는 디스플레이(3)와, 용접 작업을 모의한 용접음을 출력하는 스피커(4)와, 조작 수단(2)을 디스플레이(3) 상에서 이동시켰을 때의 조작 수단(2)의 거동에 따른 비드의 화상을 디스플레이(3)에 표시시킴과 함께 조작 수단(2)의 거동에 따른 용접음을 스피커(4)로부터 출력시키는 제어 장치(5)와, 조작 수단(2)을 유지함과 함께 조작 수단(2)의 선단부 T의 위치 정보 D를 입출력 가능한 3차원 입출력 장치(6)와, 위치 정보 D를 기억하는 기억 장치(7)를 갖고, 제어 장치(5)는 조작 수단(2)을 조작하여 3차원 입출력 장치(6)에 의해 출력되는 위치 정보 D에 기초하여 비드의 화상 및 용접음의 종류를 선택하여 출력하도록 구성되어 있다.
용접 기능 교육 지원 장치(1)는, 도 1의 (a) 내지 (c)에 도시한 바와 같이 적어도, 조작 수단(2), 디스플레이(3) 및 3차원 입출력 장치(6)를 구비한 작업 테이블(11)과, 작업 테이블(11)을 지지하는 지지대(12)를 갖고, 작업 테이블(11)은 디스플레이(3)의 각도를 변경 가능하게 지지대(12)에 배치되어 있다. 디스플레이(3)에는, 예를 들어 액정 디스플레이, 브라운관, 유기 EL 디스플레이 등, 다양한 것을 사용할 수 있다. 또한, 스피커(4)에는 시판되어 있는 것을 적절히 사용할 수 있고, 도면의 배치 위치로 한정되는 것이 아니라, 디스플레이(3)와 일체화되어 있어도 되고, 지지대(12)의 내부에 배치되어 있어도 된다.
작업 테이블(11)은, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 지지대(12)의 상부에 배치된 대략 평판 형상의 부품이며, 디스플레이(3)의 화면이 표면에 노출되도록 끼워 넣어져 있다. 디스플레이(3)의 근방에는 스피커(4)나 손잡이(13)가 배치되어 있다. 또한, 작업 테이블(11)에는 디스플레이(3)의 상부에 3차원 입출력 장치(6)가 배치되어 있다. 이러한 배치에 의해, 조작 수단(2)을 디스플레이(3)의 좌우 방향으로 이동시킬 수 있다.
작업 테이블(11)은, 예를 들어 도시하지 않은 힌지에 의해 지지대(12)에 접속되어 있고, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이 수평 상태로 유지할 수도 있고, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 디스플레이(3)의 좌우 방향이 대략 연직 방향으로 되도록 기립시킬 수도 있다. 또한, 작업 테이블(11)은, 도시하지 않지만, 디스플레이(3)의 상하 방향이 대략 연직 방향으로 되도록 회전 가능하게 지지대(12)에 접속되어 있어도 된다. 도 1의 (b)에 도시한 수평 상태에서는, 하향의 용접 작업을 모의할 수 있고, 도 1의 (c)에 도시한 연직 상태에서는, 수직 방향 또는 횡방향의 용접 작업을 모의할 수 있다.
지지대(12)는, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 대략 상자 형상의 부품이며, 내부에 제어 장치(5)나 기억 장치(7)가 배치 가능하게 구성되어 있다. 또한, 지지대(12)의 하면에는 차륜(14)이 배치되어 있고, 바닥면 상을 이동 가능하게 구성되어 있다. 또한, 제어 장치(5)나 기억 장치(7)를 지지대(12)로부터 이격된 별도의 장소에 배치하여, 유선 또는 무선의 통신 기기를 이용하여, 디스플레이(3)나 3차원 입출력 장치(6)의 신호를 송수신 가능해지도록 구성해도 된다.
조작 수단(2)은, 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이 3차원 입출력 장치(6)의 선단에 접속되어 있고, 소위 스타일러스나 어태치먼트로서의 기능을 갖는다. 조작 수단(2)은, 예를 들어 용접 토치를 모의한 형상을 갖고 있고, 핸들부(21) 및 토치 헤드(22)를 갖고 있다. 토치 헤드(22)는 핸들부(21)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 구성되어 있고, 토치 헤드(22)가 3차원 입출력 장치(6)에 접속된 상태에서, 핸들부(21)를 상대 이동할 수 있도록 구성되어 있다.
3차원 입출력 장치(6)는, 예를 들어 촉감 디바이스나 역각 디바이스이고, 인간이 물체에 접촉했을 때의 촉각이나 역각 등의 촉감 정보를 데이터로 치환하여 인공적으로 표현 가능한 툴이다. 3차원 입출력 장치(6)는, 예를 들어 도 2의 (a)에 도시한 바와 같이, X축, Y축, Z축, X축 주위의 회전각 θx, Y축 주위의 회전각 θy, Z축 주위의 회전각 θz의 파라미터에 의해 표현 가능한 6자유도를 갖는다.
3차원 입출력 장치(6)는, 예를 들어 도시한 바와 같이, 받침대를 구성하는 베이스(61)와, 베이스(61) 상에서 회전 가능하게 접속된 구체(62)와, 구체(62)에 대해 상하 방향으로 회전 가능하게 접속된 제1 아암(63)과, 제1 아암(63)에 대해 상대적으로 회전 가능하게 접속된 제2 아암(64)과, 제2 아암(64)에 대해 주위 방향으로 회전 가능하게 접속된 선단 아암(65)을 갖는다. 선단 아암(65)에는 조작 수단(2)의 토치 헤드(22)가 회전 가능하게 접속된다. 이러한 3차원 입출력 장치(6)에서는 베이스(61)와 구체(62)의 관절 J1, 구체(62)와 제1 아암(63)의 관절 J2, 제1 아암(63)과 제2 아암(64)의 관절 J3, 제2 아암(64)과 선단 아암(65)의 관절 J4, 선단 아암(65)과 토치 헤드(22)의 관절 J5, 토치 헤드(22)와 핸들부(21)의 관절 J6에 의해, 6자유도를 확보하고 있다.
토치 헤드(22)의 선단부 T는 조작 수단(2)의 선단부를 구성하고, 선단부 T의 좌표(X, Y, Z, θx, θy, θz)가 위치 정보 D를 구성하고 있다. 선단부 T의 좌표는 구체(62)의 중심점을 원점 O로 하여, 원점 O에 대한 관절 J3의 중심점 P1의 좌표 및 벡터 V1, 중심점 P1에 대한 관절 J4의 중심점 P2의 좌표 및 벡터 V2, 중심점 P2에 대한 관절 J5의 중심점 P3의 좌표 및 벡터 V3, 중심점 P3에 대한 선단부 T의 좌표 및 벡터 V4를, 순서대로 산출함으로써 구할 수 있다. 또한, 선단부 T의 벡터 V4를 산출함으로써, 토치 헤드(22)의 각도(토치 각도)를 산출할 수도 있다. 이 벡터 V4의 데이터도 위치 정보 D를 구성한다.
3차원 입출력 장치(6)는 선단부 T의 좌표 및 벡터 V4(위치 정보 D)의 데이터를 제어 장치(5)에 출력할 수 있을 뿐만 아니라, 반대로, 제어 장치(5)로부터 선단부 T의 좌표 또는 토치 각도의 데이터가 입력되면, 그 위치 정보 D에 적합한 위치에 선단부 T를 강제적으로 이동시킬 수 있다. 또한, 3차원 입출력 장치(6)의 종류에 따라서는, 토치 각도에 대해 데이터를 입력할 수 없는 것도 있지만, 본 실시 형태에 있어서는, 적어도, 선단부 T의 좌표를 외부로부터 입력할 수 있는 것이면 된다.
용접 토치는 와이어를 송출하면서 용융하여 모재를 용접하는 것이므로, 와이어 돌출량은 용접 작업에 있어서 중요한 파라미터이다. 따라서, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 본 실시 형태에서는 토치 헤드(22)의 선단부 T와 디스플레이(3)의 이격 거리 g가 와이어 돌출량을 모의하고 있는 것으로 하여 처리하고 있다. 즉, 위치 정보 D는 조작 수단(2)의 선단부 T의 좌표(선단 좌표)를 포함하고, 제어 장치(5)는 선단 좌표로부터 디스플레이(3)와 조작 수단(2)의 이격 거리 g를 산출하여, 이격 거리 g가 와이어 돌출량을 모의하고 있는 것으로 하여 소정의 처리(비드 화상 및 용접음의 출력)를 행한다.
예를 들어, 도 2의 (b)에 도시한 바와 같이, 이격 거리 g가, 15㎜≤g＜20㎜의 조건을 만족시키는 경우를 적정 범위로 하면, 10㎜≤g＜15㎜의 범위를 과소 범위, 0㎜≤g＜10㎜의 범위를 접촉 범위, 20㎜≤g＜25㎜의 범위를 과대 범위, 25㎜≤g의 범위를 에러 범위로서 인식할 수 있다. 또한, 이격 거리 g의 수치는 용접 방법(필렛 용접, 맞댐 용접 등), 모재나 와이어의 소재의 종류 등의 조건에 따라서, 적절히 설정되는 것이다.
이격 거리 g가 적정 범위에 있는 경우, 제어 장치(5)는, 예를 들어 도 3의 (a)에 도시한 바와 같은 비드 화상 B를 디스플레이(3)에 표시시킨다. 비드 폭 Br은 적정한 용접이 이루어진 경우를 모의한 수치(예를 들어, 7㎜ 정도)로 설정되고, 용융지 C는 적정한 색(색채 또는 색조), 예를 들어 백색으로 표시된다. 용융지 C의 대략 중앙부에는 선단부 T를 투영한 목표점 A가 표시된다. 즉, 제어 장치(5)는 선단 좌표를 디스플레이(3) 상에 투영한 목표점 A를 디스플레이(3) 상에 표시하도록 구성되어 있다. 이 목표점 A를 디스플레이(3) 상에 표시함으로써, 조작 수단(2)으로부터 실제로 와이어가 돌출되어 있지 않아도, 와이어의 선단이 어떤 변에 위치하고 있는지를 용이하게 파악할 수 있어, 실제의 용접에 가까운 상태를 모의할 수 있다.
이격 거리 g가 과소 범위에 있는 경우, 제어 장치(5)는, 예를 들어 도 3의 (b)에 도시한 바와 같은 비드 화상 B를 디스플레이(3)에 표시시킨다. 비드 폭 Bn은 적정한 비드 폭 Br보다도 좁게 표시되고, 이격 거리 g의 수치가 작아짐에 따라서 비드 폭 Bn이 좁게 표시되도록 해도 된다. 또한, 용융지 C는 이격 거리 g가 적정 범위 내에 없는 것을 나타내기 위해, 적색 등의 눈에 띄는 색에 의해 표시된다.
이격 거리 g가 과대 범위에 있는 경우, 제어 장치(5)는, 예를 들어 도 3의 (c)에 도시한 바와 같은 비드 화상 B를 디스플레이(3)에 표시시킨다. 비드 폭 Bw는 적정한 비드 폭 Br보다도 넓게 표시되고, 이격 거리 g의 수치가 커지는 것에 따라서 비드 폭 Bw가 넓게 표시되도록 해도 된다. 또한, 용융지 C는 이격 거리 g가 적정 범위 내에 없는 것을 나타내기 위해, 적색 등의 눈에 띄는 색에 의해 표시된다.
예를 들어, 조작 수단(2)의 조작 중에 이격 거리 g가, 적정 범위→과소 범위→과대 범위로 변화된 경우에는, 도 3의 (d)에 도시한 바와 같이, 비드 화상 B는 적정 범위에서는 적정한 비드 폭 Br을 갖고, 과소 범위에서는 적정한 비드 폭 Br보다도 좁은 비드 폭 Bn을 갖고, 과대 범위에서는 적정한 비드 폭 Br보다도 넓은 비드 폭 Bw를 갖도록, 디스플레이(3) 상에 연속적으로 표시된다. 또한, 제어 장치(5)는 시간의 경과에 따라서 비드 화상 B의 색을 변화시키도록 해도 된다. 예를 들어, 비드가 용융지 C로부터 멀어짐에 따라서, 담회색으로부터 농회색으로 변화되도록 설정된다. 이러한 처리에 의해, 실제의 용접에 가까운 상태를 모의할 수 있다.
제어 장치(5)는, 예를 들어 CPU(중앙 연산 처리 장치), RAM이나 ROM 등의 메모리, 하드 디스크 등을 구비한 컴퓨터(퍼스널 컴퓨터)이다. 기억 장치(7)는 제어 장치(5)에 내장된 HDD(하드디스크 드라이브)여도 되고, 외부 부착된 HDD여도 된다.
제어 장치(5)는 조작 수단(2)을 조작한 위치 정보 D를 기억 장치(7)에 기억시키는 기록 모드와, 기억 장치(7)에 기억된 적정한 용접 작업을 모의한 위치 정보 Db와 비교하여 평가하는 채점 모드와, 기억 장치(7)에 기억된 적정한 용접 작업을 모의한 위치 정보 Db와 비교하여 3차원 입출력 장치(6)에 적정한 위치 정보 Db를 입력하여 반력을 부여하는 자습 모드와, 기억 장치(7)에 기억된 적정한 용접 작업을 모의한 위치 정보 Db를 3차원 입출력 장치(6)에 입력하여 조작 수단(2)의 적정한 거동을 재현하는 모의 모드와, 기억 장치(7)에 기억된 위치 정보 D에 기초하여 비드 화상 B 및 용접음의 종류를 선택하여 출력하는 재생 모드를 선택 가능하게 하는 프로그램을 갖고 있다.
여기서, 도 4는 기록 모드의 흐름도이고, 도 5는 채점 모드의 흐름도이고, 도 6은 자습 모드의 흐름도이고, 도 7은 모의 모드의 흐름도이다. 이하, 각 흐름도에 대해 설명한다.
도 4에 도시한 기록 모드는 기록 모드를 선택하는 모드 선택 공정(Step 1)과, 조작 수단(2)의 선단부 T의 위치 정보 D의 기억을 개시하는 기록 개시 공정(Step 2)과, 기록하는 위치 정보 D를 구성하는 기록 데이터(선단 좌표, 토치 각도, 와이어 돌출량)를 산출하는 데이터 산출 공정(Step 3)과, 와이어 돌출량이 어느 정도 있는지 여부를 판정하는 와이어 돌출량 판정 공정(Step 4)과, 와이어 돌출량에 기초하여 용접 상태를 모의 묘사하는 묘사 공정(Step 5)과, 시간 경과에 따라서 비드 화상 B의 색을 변화시키는 경시 묘사 공정(Step 6)과, 설정한 기록 시간을 경과하였는지 여부를 판정하는 시간 판정 공정(Step 7)과, 소정의 조건을 만족시킨 경우에 에러 표시하거나 또는 비드 화상 B의 묘사를 정지하는 에러 표시 공정(Step 8)과, 기록 데이터의 산출을 종료하는 계산 종료 공정(Step 9)과, 기록 데이터를 기억 장치(7)에 보존하는 기록 공정(Step 10)과, 기록 모드를 종료하는 모드 종료 공정(Step 11)을 갖는다.
모드 선택 공정(Step 1)은 디스플레이(3)의 화면에 표시된 프로그램 조작 화면으로부터 기록 모드를 선택하는 공정이다. 모드의 선택은 손가락 등으로 화면에 직접 접촉되는 터치 센서식이어도 되고, 마우스나 포인팅 디바이스 등의 입력 수단을 이용한 입력 방식이어도 된다. 또한, 모드 선택 전에, 하향의 용접을 모의하는 경우에는, 작업 테이블(11)을 수평 상태 그대로 하고, 수직 방향 또는 횡방향의 용접을 모의하는 경우에는, 작업 테이블(11)을 연직 상태로 변경하도록 해도 된다.
기록 개시 공정(Step 2)은 기록 데이터의 산출의 개시를 신호하는 공정이다. 기록 개시 시에, 스스로 스타트 버튼을 누르도록 해도 되고, 모드 선택으로부터 일정한 시간을 경과한 후, 자동으로 기록을 개시하도록 해도 된다. 기록 개시 공정(Step 2)에 있어서, 학생은 3차원 입출력 장치(6)의 조작 수단(2)을 손에 취하고, 용접의 모의 개시 위치에 토치 헤드(22)를 갖고 간다.
데이터 산출 공정(Step 3)은 조작 수단(2)의 위치 정보 D로서, 선단부 T의 좌표(선단 좌표), 토치 헤드(22)의 각도(토치 각도), 이격 거리 g(와이어 돌출량)를 산출한다. 상술한 바와 같이, 선단 좌표 및 토치 각도는 3차원 입출력 장치(6)의 거동으로부터 구할 수 있고, 와이어 돌출량은 이격 거리 g에 의해 구할 수 있다.
와이어 돌출량 판정 공정(Step 4)은 와이어 돌출량(이격 거리 g)이 적정 범위 내인지(Step 41), 과대 범위 내인지(Step 42), 과소 범위 내인지(Step 43), 접촉 범위 내인지(Step 44)를 판정하는 공정을 갖는다. 그리고, 와이어 돌출량이, 적정 범위 내인 경우에는 비드의 정상 묘사(Step 51)로 이행하고, 과대 범위 내인 경우에는 비드의 과대 묘사(Step 52)로 이행하고, 과소 범위 내인 경우에는 비드의 과소 묘사(Step 53)로 이행하고, 접촉 범위 내인 경우에는 비드의 접촉 묘사(Step 54)로 이행한다. 와이어 돌출량이, 어떤 범위에도 속하지 않는 경우에는, 에러 표시 공정(Step 8)으로 이행한다.
묘사 공정(Step 5)은 상술한 비드의 정상 묘사(Step 51), 비드의 과대 묘사(Step 52), 비드의 과소 묘사(Step 53) 및 비드의 접촉 묘사(Step 54)를 포함하는 공정이다. 정상 묘사(Step 51)에서는, 예를 들어 비드 폭은 적정값(비드 폭 Br)으로 표시되고, 용융지 C는 백색으로 표시되고, 용접음은 정상음이 출력된다. 과대 묘사(Step 52)에서는, 예를 들어 비드 폭은 과대값(비드 폭 Bw)으로 표시되고, 용융지 C는 적색으로 표시되고, 용접음은 이상음(정상음보다도 긴 소리나 정상음보다도 높은 소리 등)이 출력된다. 과소 묘사(Step 53)에서는, 예를 들어 비드 폭은 과소값(비드 폭 Bn)으로 표시되고, 용융지 C는 적색으로 표시되고, 용접음은 이상음(정상음보다도 짧은 소리나 정상음보다도 낮은 소리 등)이 출력된다. 접촉 묘사(Step 54)에서는, 예를 들어 비드 폭은 최솟값(비드 폭 Bn의 최솟값)으로 표시되고, 용융지는 황색으로 표시되고, 용접음은 이상음(접촉음)이 출력된다. 또한, 정상음, 이상음 및 접촉음에 대해서는, 실제의 용접음을 녹음한 것을 사용해도 되고, 실제의 용접음을 모의한 소리를 사용해도 된다.
경시 묘사 공정(Step 6)은 실제의 용접과 마찬가지로, 시간 경과에 따라서 비드의 색을 변화시키는 공정이다. 예를 들어, 비드 화상 B는 시간의 경과에 수반하여, 용융지 C의 색(백색, 적색 또는 황색)으로부터 담회색으로 변화되고, 서서히 농회색으로 변화되도록 표시된다. 담회색으로부터 농회색으로의 변화는 그라데이션 표시되도록 연속적인 변화로 되도록 해도 되고, 수단계의 변화에 그치도록 해도 된다.
시간 판정 공정(Step 7)은 미리 설정된 기록 시간에 도달하였는지 여부를 판정하는 공정이다. 기록 시간은 일률적인 동일한 시간(예를 들어, 2 내지 3분 정도)이어도 되고, 미리 설정한 기록 시간(예를 들어, 1분, 2분, 3분, 5분 등)으로부터 선택하도록 해도 되고, 임의의 시간을 스스로 입력할 수 있도록 해도 된다.
에러 표시 공정(Step 8)은 와이어 돌출량 판정 공정(Step 4) 중 어떤 구분에도 속하지 않는 경우, 즉 용접 작업을 모의하는 준비가 정렬되어 있지 않은 경우나 기기가 고장나 있는 경우를 나타내는 공정이다. 에러 표시 공정(Step 8)에 해당한 경우에는, 기록 모드를 종료하기 위해, 예를 들어 계산 종료 공정(Step 9)으로 이행한다.
계산 종료 공정(Step 9)은 소정의 기록 시간이 경과한 후, 기록 데이터의 산출 처리를 종료하는 공정이다. 이러한 공정에 의해, 조작 수단(2)의 선단 좌표의 출력이 종료되므로, 그 후, 조작 수단(2)을 저장 위치로 복귀시키거나 해도, 그 조작에 수반하는 선단 좌표가 제어 장치(5)에 입력되는 일이 없다. 소정의 기록 시간이 경과하지 않은 경우에는, 데이터 산출 공정(Step 3)으로 돌아가, Step3 내지 6의 처리를 반복한다.
기록 공정(Step 10)은 데이터 산출 공정(Step 3)에서 산출된 기록 데이터(선단 좌표, 토치 각도, 와이어 돌출량)를 기억 장치(7)에 보존하는 공정이다. 데이터의 기록은, 예를 들어 0.05초마다 행한다. 따라서, 데이터 산출 공정(Step 3)에 있어서도, 적어도 0.05초마다 기록 데이터(선단 좌표, 토치 각도, 와이어 돌출량)를 산출한다.
모드 종료 공정(Step 11)은 기록 데이터의 보존이 종료된 후, 초기 상태로 복귀되는 공정이다. 상술한 기록 모드에서는, 기억 장치(7)는 적정한 용접 작업을 모의한 조작 수단(2)의 선단부 T의 위치 정보 Db인 기준 데이터[예를 들어, 와이어 돌출량(이격 거리 g)의 적정 범위 등]를 기억하고 있고, 제어 장치(5)는 조작 수단(2)을 조작했을 때의 위치 정보 D와 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 경우[예를 들어, 와이어 돌출량(이격 거리 g)의 과대 범위, 과소 범위, 접촉 범위 등]에, 디스플레이(3)에 표시되는 비드 화상 B의 폭 또는 용융지 C의 색 및 스피커(4)로부터 출력되는 용접음의 길이 또는 음정을 변화시키도록 구성되어 있다.
기준 데이터의 등록은 제어 장치(5)의 데이터 베이스에 수치를 직접적으로 입력하도록 해도 되고, 기록 모드를 이용하여 베테랑의 작업자나 선생님의 모의 용접 작업으로부터 기준 데이터를 취득하도록 해도 된다. 또한, 상술한 설명에서는, 기준 데이터로서 와이어 돌출량(이격 거리 g)만을 사용하고 있지만, 토치 각도에 대해서도 기준 데이터를 입력하여, 모의한 조작 수단(2)의 위치 정보 D와 비교하여 차분이 허용값을 초과한 경우에, 경고음을 발하거나, 비드 화상 B의 색을 변경(예를 들어, 청색, 녹색 등)하도록 해도 된다.
상술한 본 실시 형태에 관한 용접 기능 교육 지원 장치(1)에 따르면, 3차원 입출력 장치(6)에 의해 용접 토치를 모의하는 조작 수단(2)의 위치 정보 D를 취득하여 기록함과 함께, 위치 정보 D에 따른 화상이나 음성을 출력하도록 한 것에 의해, 용이하게 용접 환경을 모의할 수 있다. 또한, 디스플레이(3)에 표시되는 화상이나 스피커(4)로부터 출력되는 음성에 의해, 학생 한 사람의 자습이라도 시각 및 청각을 활용하여 용접 작업의 교육을 행할 수 있다.
또한, 위치 정보 D를 기록함으로써, 사후적으로 임의의 시간에 학생이 행한 모의 용접 작업을 재현하여, 화상이나 음성을 용이하게 재생할 수 있고, 실제의 모의 작업 시에 선생님이 곁에 있지 않아도, 사후적으로 각 학생에 대해 개별로 지도할 수 있다. 또한, 기준 데이터와의 비교를 행함으로써, 화상이나 음성에 의해 학생에게 주의를 촉구하거나, 자신의 용접 작업을 스스로 확인할 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 용접 기능 교육 지원 장치(1)에 따르면, 초심자뿐만 아니라, 중견이나 베테랑의 작업자라도 본 장치를 이용함으로써, 자신의 버릇을 용이하게 파악할 수 있고, 그 버릇을 교정할 수도 있다.
도 5에 도시한 채점 모드는 채점 모드를 선택하는 모드 선택 공정(Step 1)과, 용접 조건의 설정을 행하는 조건 설정 공정(Step 12)과, 조작 수단(2)의 선단부 T의 위치 정보 D의 기억을 개시하는 기록 개시 공정(Step 2)과, 기록하는 위치 정보 D를 구성하는 기록 데이터(선단 좌표, 토치 각도, 와이어 돌출량, 용접 속도)를 산출하는 데이터 산출 공정(Step 3)과, 용접 궤도가 적정한지 여부를 판정하는 궤도 판정 공정(Step 13)과, 토치 각도가 적정한지 여부를 판정하는 각도 판정 공정(Step 14)과, 와이어 돌출량이 어느 정도 있는지 여부를 판정하는 와이어 돌출량 판정 공정(Step 4)과, 와이어 돌출량에 기초하여 용접 상태를 모의 묘사하는 묘사 공정(Step 5)과, 시간 경과에 따라서 비드 화상 B의 색을 변화시키는 경시 묘사 공정(Step 6)과, 용접 속도가 적정한지 여부를 판정하는 속도 판정 공정(Step 15)과, 설정한 기록 시간을 경과하였는지 여부를 판정하는 시간 판정 공정(Step 7)과, 소정의 조건을 만족시킨 경우에 에러 표시하거나 또는 비드 화상 B의 묘사를 정지하는 에러 표시 공정(Step 8)과, 기록 데이터의 산출을 종료하는 계산 종료 공정(Step 9)과, 기록 데이터를 기억 장치(7)에 보존하는 기록 공정(Step 10)과, 기록 모드를 종료하는 모드 종료 공정(Step 11)을 갖는다. 여기서, Step 1 내지 Step 11의 공정에 대해서는, 상술한 기록 모드와 실질적으로 동일한 공정이므로 상세한 설명을 생략한다.
조건 설정 공정(Step 12)은 용접 자세, 용접 방법, 진행 방향 등의 용접 조건을 설정하여 기억 장치(7)에 기억시키는 공정이다. 용접 자세는, 예를 들어 하향, 수직 방향, 횡방향 등의 어느 하나로 설정된다. 용접 방법은, 예를 들어 필렛 용접, 맞댐 용접 등의 어느 하나로 설정되고, 또한 스트레이트법인지 위빙법인지를 선택할 수 있도록 해도 된다. 진행 방향은 전진(용접 토치를 우측으로 경사지게 한 경우에 좌측 방향으로 용접을 행하는 경우), 후진(용접 토치를 우측으로 경사지게 한 경우에 우측 방향으로 용접을 행하는 경우), 상진(용접 토치를 하측으로 경사지게 한 경우에 상측 방향으로 용접을 행하는 경우), 하진(용접 토치를 하측으로 경사지게 한 경우에 하측 방향으로 용접을 행하는 경우) 등의 어느 하나로 설정된다.
궤도 판정 공정(Step 13)은 조작 수단(2)의 선단부 T의 좌표(선단 좌표)로부터 용접 궤도가 곧은지 여부를 판정하는 공정이다. 예를 들어, 어떤 선단 좌표가, 최초의 선단 좌표 또는 1개 전의 선단 좌표부터 진행 방향에 대해 수％ 어긋나 있는지 여부를 계산하여, 예를 들어 10％ 이상 어긋나 있는 경우에 적정하게 용접 작업이 행해져 있지 않은 것으로 하여, 감점 대상으로 카운트한다. 이때, 어긋남량(％)이나 어긋나 있는 시간의 길이 등에 따라서 감점의 배분을 변경하도록 해도 된다.
각도 판정 공정(Step 14)은 조작 수단(2)의 선단부 T에 있어서의 벡터 V4로부터 토치 각도가 적정한지 여부를 판정하는 공정이다. 토치 각도에는, 예를 들어 전진각, 후진각, 상진각, 하진각 등 외에, 전방측 또는 안측으로 기울어져 있는 경사각을 판정 재료로서 이용할 수 있다. 토치 각도가 적정한 토치 각도에 대해, 예를 들어 10％ 이상 어긋나 있는 경우에, 적정하게 용접 작업이 행해져 있지 않은 것으로 하여, 감점 대상으로 카운트한다. 이때, 어긋남량(％)이나 어긋나 있는 시간의 길이 등에 따라서 감점의 배분을 변경하도록 해도 된다.
속도 판정 공정(Step 15)은 조작 수단(2)의 선단부 T의 좌표(선단 좌표)로부터 용접 속도가 적정한지 여부를 판정하는 공정이다. 조작 수단(2)의 선단 좌표는, 예를 들어 0.05초 간격으로 취득되므로, 선단 좌표의 이동량을 계산하면, 용이하게 용접 속도를 산출할 수 있다. 용접 속도가, 예를 들어 적정값으로부터 10％ 이상 어긋나 있는 경우에, 적정하게 용접 작업이 행해져 있지 않은 것으로 하여, 감점 대상으로 카운트한다. 이때, 어긋남량(％)이나 어긋나 있는 시간의 길이 등에 따라서 감점의 배분을 변경하도록 해도 된다.
상술한 채점 모드에서는, 제어 장치(5)는 조작 수단(2)을 조작했을 때의 위치 정보 D와 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 횟수를 계측하여 채점하도록 구성되어 있다. 기준 데이터의 등록에는 제어 장치(5)의 데이터 베이스에 수치 입력하도록 해도 되고, 기준 데이터가 등록되어 있지 않은 상태에서 베테랑의 작업자나 선생님이 소정의 기록 모드에서 모의함으로써, 기준 데이터를 취득하도록 해도 된다. 또한, 모드 종료 공정(Step 11)에 있어서, 상술한 감점을 가산하여 최종적인 평가 점수를 디스플레이(3) 상에 표시하도록 해도 된다.
따라서, 상술한 채점 모드를 갖는 용접 기능 교육 지원 장치(1)에 따르면, 기준 데이터와의 비교를 행함으로써, 학생의 모의 용접 작업을 용이하게 채점할 수 있고, 채점함으로써 객관적으로 평가할 수 있어, 학생에 대해 목표 설정을 촉진하거나, 의욕을 일으키게 할 수도 있다.
도 6에 도시한 자습 모드는 상술한 궤도 판정 공정(Step 13), 각도 판정 공정(Step 14) 및 속도 판정 공정(Step 15)에 있어서의 처리가 다른 것이고, 자습 모드에 있어서의 이들의 공정을 궤도 판정 공정(Step 13'), 각도 판정 공정(Step 14') 및 속도 판정 공정(Step 15')으로 표시하는 것으로 한다.
궤도 판정 공정(Step 13')은 조작 수단(2)의 선단부 T의 좌표(선단 좌표)로부터 용접 궤도가 곧은지 여부를 판정하는 공정이다. 예를 들어, 어떤 선단 좌표가, 최초의 선단 좌표 또는 1개 전의 선단 좌표로부터 진행 방향에 대해 수％ 어긋나 있는지 여부를 계산하여, 예를 들어 10％ 이상 어긋나 있는 경우에 적정하게 용접 작업이 행해져 있지 않은 것으로 하여, 궤도 수정을 행한다. 구체적으로는, 적정한 용접 궤도에 합치하는 선단 좌표를 제어 장치(5)가 계산하고, 그 수치를 3차원 입출력 장치(6)에 입력함으로써, 조작 수단(2)의 선단부 T의 위치를 강제적으로 이동시킨다. 따라서, 모의 용접 작업을 하고 있는 학생에 대해서는, 3차원 입출력 장치(6)를 통해 반력을 부여하게 되어, 용접 작업이 직접 교정된다.
각도 판정 공정(Step 14')은 조작 수단(2)의 선단부 T에 있어서의 벡터 V4로부터 토치 각도가 적정한지 여부를 판정하는 공정이다. 토치 각도가 적정한 토치 각도에 대해, 예를 들어 10％ 이상 어긋나 있는 경우에, 적정하게 용접 작업이 행해져 있지 않은 것으로 하여, 각도 수정을 행한다. 구체적으로는, 적정한 토치 각도에 합치하는 토치 각도를 제어 장치(5)가 계산하고, 그 수치를 3차원 입출력 장치(6)에 입력함으로써, 조작 수단(2)의 선단부 T의 각도를 강제적으로 변경시킨다. 따라서, 모의 용접 작업을 하고 있는 학생에 대해서는, 3차원 입출력 장치(6)를 통해 반력을 부여하게 되어, 용접 작업이 직접적으로 교정된다.
또한, 이 토치 각도에 대해, 제어 장치(5)로부터 수치를 입력할 수 없는 경우에는, 각도 수정으로부터 주의 권고로 변경하도록 해도 된다. 토치 각도의 주의 권고에 관해서는, 예를 들어 디스플레이(3) 상에 토치 각도가 적정값이 아닌 것을 색이나 문자로 표시하도록 해도 되고, 스피커(4)로부터 토치 각도가 적정값이 아닌 것을 방송하는 음성을 출력하도록 해도 되고, 다른 관절 등에 수치를 입력함으로써 3차원 입출력 장치(6)에 큰 반력이나 진동을 부여하도록 해도 된다.
속도 판정 공정(Step 15')은 조작 수단(2)의 선단부 T의 좌표(선단 좌표)로부터 용접 속도가 적정한지 여부를 판정하는 공정이다. 용접 속도가, 예를 들어 적정값으로부터 10％ 이상 어긋나 있는 경우에, 적정하게 용접 작업이 행해져 있지 않은 것으로 하여, 속도 수정을 행한다. 구체적으로는, 적정한 용접 속도에 합치하는 선단 좌표를 제어 장치(5)가 계산하고, 그 수치를 3차원 입출력 장치(6)에 입력함으로써, 조작 수단(2)의 선단부 T의 위치를 강제적으로 이동시킨다. 따라서, 모의 용접 작업을 하고 있는 학생에 대해서는, 3차원 입출력 장치(6)를 통해 반력을 부여하게 되어, 용접 작업이 직접적으로 교정된다.
상술한 자습 모드에서는, 제어 장치(5)는 조작 수단(2)을 조작했을 때의 위치 정보 D와 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 경우에 3차원 입출력 장치(6)에 조작 수단(2)의 선단부 T를 기준 데이터와 일치시키도록 신호를 출력하도록 구성되어 있다.
따라서, 상술한 자습 모드를 갖는 용접 기능 교육 지원 장치(1)에 따르면, 기준 데이터와의 비교를 행함으로써, 용이하게 적정값으로부터의 어긋남을 파악할 수 있어, 3차원 입출력 장치(6)에 반력을 부여함으로써 역각을 활용하여 용접 작업을 교정할 수 있다. 즉, 적정한 기준 데이터를 준비해 두면, 선생님이 없어도 학생 혼자 자습하고, 용접 작업의 교육을 임의의 시간에 받을 수 있어, 편리성이나 효율성이 우수하다.
도 7에 도시한 모의 모드는 모의 모드를 선택하는 모드 선택 공정(Step 1)과, 용접 조건의 설정을 행하는 조건 설정 공정(Step 12)과, 용접 작업의 모의(데몬스트레이션)를 개시하는 모의 개시 공정(Step 16)과, 기록 데이터(선단 좌표, 토치 각도, 와이어 돌출량, 용접 속도)를 재생하는 데이터 재생 공정(Step 17)과, 토치 각도가 적정한지 여부를 판정하는 각도 판정 공정(Step 14')과, 시간 경과에 따라서 비드 화상 B의 색을 변화시키는 경시 묘사 공정(Step 6)과, 설정한 모의 시간을 경과하였는지 여부를 판정하는 시간 판정 공정(Step 7')과, 모의 모드를 종료하는 모드 종료 공정(Step 11)을 갖는다.
모의 개시 공정(Step 16)은 기록 데이터의 재생 개시를 신호하는 공정이다. 모의 재생의 개시 시에, 스스로 스타트 버튼을 누르도록 해도 되고, 모드 선택으로부터 일정한 시간을 경과한 후, 자동적으로 모의 재생을 개시하도록 해도 된다. 모의 개시 공정(Step 16)에 있어서, 3차원 입출력 장치(6)의 조작 수단(2)은 제어 장치(5)로부터의 데이터 입력에 의해 소정의 위치로 자동적으로 이동한다. 또한, 모의 개시 위치로의 조작 수단의 이동은 학생이 행하도록 해도 된다.
데이터 재생 공정(Step 17)은 미리 기억 장치(7)에 기록된 기준 데이터에 기초하여 조작 수단(2)을 자동 재생하는 공정이다. 기준 데이터의 등록은 제어 장치(5)의 데이터 베이스에 수치를 직접적으로 입력하도록 해도 되고, 기록 모드를 이용하여 베테랑의 작업자나 선생님의 모의 용접 작업으로부터 기준 데이터를 취득하도록 해도 된다.
여기서, 3차원 입출력 장치(6)가 토치 각도를 재생할 수 있는 경우에는, 각도 판정 공정(Step 14')을 생략하도록 해도 된다. 3차원 입출력 장치(6)가 토치 각도를 재생할 수 없는 경우에는, 토치 각도만을 계산하는 데이터 산출 공정을 삽입하여, 자습 모드와 마찬가지로, 그 계산 결과에 따라서 기준 데이터와 비교하여 각도 수정이나 주의 권고하도록 해도 된다.
상술한 모의 모드에 따르면, 적정한 용접 작업을 모의한 기준 데이터를 미리 준비해 두면, 3차원 입출력 장치(6)에 의해, 용접 궤도, 토치 각도, 용접 속도 등을 용이하게 재현할 수 있고, 학생은 조작 수단(2)을 파지하고 있는 것만으로 적정한 용접 작업을 체험할 수 있다.
또한, 3차원 입출력 장치(6)에 따라서 개체차가 있으므로, 상술한 각 모드를 실시하기 전 또는 용접 기능 교육 지원 장치(1)의 도입 시에 원점 조정을 해 둘 필요가 있다. 원점 조정은, 예를 들어 디스플레이(3) 상에 소정의 원점 조정용 포인트를 표시하고, 그 원점 조정용 포인트를 조작 수단(2)의 선단부 T를 맞추거나 또는 접촉시킴으로써 행한다. 또한, 복수의 원점 조정용 포인트를 이용하여 원점 조정을 행하도록 해도 된다.
본 발명은 상술한 실시 형태로 한정되지 않고, 3차원 입출력 장치(6)는 도시한 구성의 것으로 한정되지 않고, 평면 용접으로 한정되지 않고 배관 용접도 모의가능한 것 등, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능한 것은 물론이다.
1 : 용접 기능 교육 지원 장치
2 : 조작 수단
3 : 디스플레이
4 : 스피커
5 : 제어 장치
6 : 3차원 입출력 장치
7 : 기억 장치

Claims (9)

  1. 모재의 표면에 용접 토치를 접근시켜 와이어를 송출하면서 용융하여 상기 모재를 용접하는 용접 작업의 교육을 지원하는 용접 기능 교육 지원 장치이며,
    상기 용접 토치를 모의하는 조작 수단과,
    상기 모재를 모의하는 디스플레이와,
    상기 용접 작업을 모의한 용접음을 출력하는 스피커와,
    상기 조작 수단을 상기 디스플레이 상에서 이동시켰을 때의 상기 조작 수단의 거동에 따른 비드의 화상을 상기 디스플레이에 표시시킴과 함께 상기 조작 수단의 거동에 따른 용접음을 상기 스피커로부터 출력시키는 제어 장치와,
    상기 조작 수단을 유지함과 함께 상기 조작 수단의 선단부의 위치 정보를 입출력 가능한 3차원 입출력 장치와,
    상기 위치 정보를 기억하는 기억 장치를 갖고,
    상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작하여 상기 3차원 입출력 장치에 의해 출력되는 상기 위치 정보에 기초하여 상기 비드의 화상 및 상기 용접음의 종류를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 기억 장치는 교육 대상의 용접 작업을 모의한 상기 조작 수단의 선단부의 위치 정보인 기준 데이터를 기억하고 있고, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작했을 때의 상기 위치 정보와 상기 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 경우에, 상기 디스플레이에 표시되는 상기 비드의 폭 또는 용융지의 색 및 상기 스피커로부터 출력되는 상기 용접음의 길이 또는 음정을 변화시키는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작했을 때의 상기 위치 정보와 상기 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 경우에 상기 3차원 입출력 장치에 상기 조작 수단의 선단부를 상기 기준 데이터와 일치시키도록 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작했을 때의 상기 위치 정보와 상기 기준 데이터를 비교하여 차분이 허용값을 초과한 횟수를 계측하여 채점하는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 위치 정보는 상기 조작 수단의 선단 좌표를 포함하고, 상기 제어 장치은 상기 선단 좌표로부터 상기 디스플레이와 상기 조작 수단의 이격 거리를 산출하여, 상기 이격 거리가 와이어 돌출량을 모의하고 있는 것으로 하여 상기 비드의 화상 및 상기 용접음의 종류를 선택하여 출력하는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 선단 좌표를 디스플레이면에 수직한 방향으로 상기 디스플레이 상에 투영한 목표점을 상기 디스플레이 상에 표시하는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 상기 조작 수단을 조작한 위치 정보를 상기 기억 장치에 기억시키는 기록 모드와, 상기 기억 장치에 기억된 교육 대상의 용접 작업을 모의한 위치 정보와 비교하여 평가하는 채점 모드와, 상기 기억 장치에 기억된 교육 대상의 용접 작업을 모의한 위치 정보와 비교하여 상기 3차원 입출력 장치에 위치 정보를 입력하여 반력을 부여하는 자습 모드와, 상기 기억 장치에 기억된 교육 대상의 용접 작업을 모의한 위치 정보를 상기 3차원 입출력 장치에 입력하여 상기 조작 수단의 거동을 재현하는 모의 모드와, 상기 기억 장치에 기억된 상기 위치 정보에 기초하여 상기 비드의 화상 및 상기 용접음의 종류를 선택하여 출력하는 재생 모드를 선택 가능하게 갖는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제어 장치는 시간의 경과에 따라서 상기 비드의 색을 변화시키는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
  9. 제1항에 있어서, 적어도, 상기 조작 수단, 상기 디스플레이 및 상기 3차원 입출력 장치를 구비한 작업 테이블과, 상기 작업 테이블을 지지하는 지지대를 갖고, 상기 작업 테이블은 상기 디스플레이의 각도를 변경 가능하게 상기 지지대에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 용접 기능 교육 지원 장치.
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