(57)【要約】  手溶接を監視するためのシステム及び方法（１００）であって、更に、リアルタイムでデータを収集し、処理するためのハードウェア及びソフトウェアコンポーネントを含む溶接システムを含み、データは、溶接工によって行われる実際の溶接演習から得られ、システムを部品情報、プロセス変動要素制御対象、及び合格限界と共に提供することと、部品情報から溶接すべき部品を選択すること（ステップ１２０）と、部品上で完了すべき生産タスクを指示すること（ステップ１３０）と、指示された生産タスクを実行すること（ステップ１４０）と、タスクを実行する溶接工にリアルタイムフィードバックを提供すること（ステップ１５０）、プロセス変動要素制御対象及び合格限界に基づいて、タスクの溶接工のパフォーマンスの品質を評価すること（ステップ１６０）と、必要に応じて、タスクのパフォーマンスの品質に関して、是正措置を要求することと、タスクのパフォーマンスの評価から収集されたデータを格納することと、を含む。
2017523045.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
手溶接を監視し、特徴付けるための方法であって、
（ａ）溶接システムを提供することであって、前記溶接システムは、更に、ハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの両方を含み、前記ハードウェア及びソフトウェアは、リアルタイムでデータを収集し、処理するよう動作し、そして、前記データは、溶接工によって行われる実際の溶接演習から得られることと、
（ｂ）前記システムを部品情報、プロセス変動要素制御対象、及び合格限界と共に提供することと、
（ｃ）前記部品情報から溶接すべき部品を選択することと、
（ｄ）前記選択された部品上で完了すべき生産タスクを指示することと、
（ｅ）前記指示された生産タスクを実行することと、
（ｆ）任意選択的に、前記指示された生産タスクを実行する前記溶接工にリアルタイムフィードバックを提供することと、
（ｇ）前記プロセス変動要素制御対象及び合格限界に基づいて、前記指示された生産タスクの前記溶接工のパフォーマンスの品質を評価することと、
（ｈ）任意選択的に、前記指示された生産タスクの前記パフォーマンスの前記品質に関して、是正措置を要求することと、
（ｉ）前記指示された生産タスクの前記パフォーマンスの前記評価から収集されたデータを格納することと、を含む、
方法。
【請求項２】
手溶接を監視し、特徴付けるための方法であって、（ａ）溶接システムを提供することであって、前記溶接システムは、更に、ハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの両方を含み、前記ハードウェア及びソフトウェアは、リアルタイムでデータを収集し、処理するよう動作し、そして、前記データは、溶接工によって行われる実際の溶接演習から得られることと、（ｂ）前記システムを部品情報、プロセス変動要素制御対象、及び合格限界と共に提供することと、（ｃ）前記部品情報から溶接すべき部品を選択することと、（ｄ）前記選択された部品上で完了すべき生産タスクを指示することと、（ｅ）前記指示された生産タスクを実行することと、（ｆ）前記指示された生産タスクを実行する前記溶接工にリアルタイムフィードバックを提供することと、（ｇ）前記プロセス変動要素制御対象及び合格限界に基づいて、前記指示された生産タスクの前記溶接工のパフォーマンスの品質を評価することと、（ｈ）前記指示された生産タスクの前記パフォーマンスの前記品質に関して、是正措置を要求することと、（ｉ）前記指示された生産タスクの前記パフォーマンスの前記評価から収集されたデータを格納することと、を含む方法。
【請求項３】
手溶接を監視し、特徴付けるための方法であって、（ａ）溶接システムを提供することであって、前記溶接システムは、更に、ハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの両方を含み、前記ハードウェア及びソフトウェアは、リアルタイムでデータを収集し、処理するよう動作し、そして、前記データは、溶接工によって行われる実際の溶接演習から得られることと、（ｂ）前記システムを部品情報、プロセス変動要素制御対象、及び合格限界と共に提供することであって、前記部品情報は、更に、部品変動要素及びタスク変動要素を含むことと、（ｃ）前記部品情報から溶接すべき部品を選択することと、（ｄ）前記選択された部品上で完了すべき生産タスクを指示することであって、前記部品上で完了すべき前記生産タスクは、更に、形態変動要素及び実行変動要素を含むことと、（ｅ）前記指示された生産タスクを実行することと、（ｆ）前記指示された生産タスクを実行する前記溶接工にリアルタイムフィードバックを提供することであって、リアルタイムフィードバックは、更に、自動音声フィードバック又は拡張現実の溶接レンダリングを含むことと、（ｇ）前記プロセス変動要素制御対象及び合格限界に基づいて、前記指示された生産タスクの前記溶接工のパフォーマンスの品質を評価することであって、前記品質評価は、更に、パフォーマンス測定、数値的品質シミュレーション、直接的品質測定、又はそれらの組み合わせに基づくことと、（ｈ）前記指示された生産タスクの前記パフォーマンスの前記品質に関して、是正措置を要求することであって、前記是正措置は、全く異なる生産タスク又は実行中の指示された生産タスクを完了するようという要求のいずれか一方であることと、（ｉ）前記指示された生産タスクの前記パフォーマンスの前記評価から収集されたデータを格納することと、を含む方法。
【請求項４】
前記溶接システムは、更に、（ａ）データ生成コンポーネントであって、前記データ生成コンポーネントは、更に、（ｉ）設備であって、前記設備の寸法形状特性は予め決まっている、設備と、（ｉｉ）前記設備に取り付けられるよう成される母材であって、前記母材は、溶接される少なくとも１つの接合部を含み、溶接される前記接合部に沿って延在するベクトルは、作業経路を画成する、母材と、（ｉｉｉ）少なくとも１つの較正装置であって、各較正装置は、更に、それらと一体型の少なくとも２つのポイントマーカを含み、前記ポイントマーカと前記作業経路との間の寸法形状関係は予め決まっている、較正装置と、（ｉｖ）溶接工具であって、前記溶接工具は、溶接される前記接合部において溶接を形成するよう動作し、前記溶接工具は、工具ポイント及び工具ベクトルを画成し、前記溶接工具は、更に、前記溶接工具に取り付けられる対象を含み、前記対象は、更に、所定のパターンでそれらに取り付けられる複数のポイントマーカを含み、前記ポイントマーカの所定パターンは、剛体を画成するよう動作する、溶接工具と、を含むデータ生成コンポーネントと、（ｂ）データ取り込みコンポーネントであって、更に、前記ポイントマーカの画像を取り込むための撮像システムを含むデータ取り込みコンポーネントと、（ｃ）データ処理コンポーネントであって、前記データ取り込みコンポーネントから情報を受信し、次いで、（ｉ）前記撮像システムによって視認できる三次元空間に対する前記作業経路の位置及び向きと、（ｉｉ）前記剛体に対する前記工具ポイントの位置及び前記工具ベクトルの向きと、（Ｉｉｉ）前記作業経路に対する前記工具ポイントの位置及び前記工具ベクトルの向きと、を計算するよう動作するデータ処理コンポーネントと、を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
前記溶接システムは、少なくとも１つのクラウドベースサーバと通信する、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
前記部品情報は、更に、部品変動要素及びタスク変動要素を含み、前記部品変動要素は、更に、部品名又は識別、前記部品の少なくとも１つの固体モデル、及び、前記部品上で完了すべきタスクのリストを含み、前記タスク変動要素は、更に、タスク名又は識別、作業経路又は場所、作業方向、及び、他のタスク特有の変動要素を含む、請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
前記部品上で完了すべき前記生産タスクは、更に、形態変動要素及び実行変動要素を含み、前記形態変動要素は、更に、プロセス種類、接合部種類、位置、材料、厚さ、溶接棒種類、ルート間隔、ルート着床、及び、開先角度を含み、前記実行変動要素は、更に、極性、作業角度、移動角度、アーク長、移動速度、工具配置、電流、電圧、溶接長、及び、溶接寸法を含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
前記リアルタイムフィードバックは、更に、自動音声フィードバックを含み、自動音声フィードバックは、種々の自動音声コマンドを介して前記溶接工にリアルタイムフィードバックを提供する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
前記リアルタイムフィードバックは、更に、拡張現実の溶接レンダリングを含み、拡張現実の溶接レンダリングは、更に、クラウドベースサーバに対するデータを処理することに加えて、溶接ヘルメット及び溶接工具両方のリアルタイムの姿勢及び向きの値を提供するセンサの使用を含み、前記サーバは、レンダリング計算又は有限要素法計算を実行し、画像データは、これらの計算に基づいて生成され、前記指示された生産タスクを実行している間に、溶接接合部の溶接工の視野の上に重ね合わされる、請求項１〜８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
前記指示された生産タスクの前記溶接工のパフォーマンスの品質を評価することは、パフォーマンスに基づくものであり、前記パフォーマンスによる評価は、前記作業経路に沿った品質判断を行うよう、予め設定された管理限界と比較して、直接的なパフォーマンス測定を用いる、請求項１〜９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
前記指示された生産タスクの前記溶接工のパフォーマンスの品質を評価することは、数値的品質シミュレーションに基づいており、数値的品質シミュレーションは、工具操作及びプロセス測定を用いて、前記作業経路に沿った姿勢の関数として欠陥形成の確率を計算する、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１２】
前記指示された生産タスクの前記溶接工のパフォーマンスの品質を評価することは、直接的品質測定に基づいており、直接的品質測定は、溶接欠陥の存在に対して物理的に測定するセンサ工具から取られる、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１３】
前記是正措置は、全く異なる生産タスク又は実行中の指示された生産タスクを完了するようという要求のいずれか一方である、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１４】
前記部品変動要素は、更に、部品名又は識別、前記部品の少なくとも１つの固体モデル、及び、前記部品上で完了すべきタスクのリストを含み、前記タスク変動要素は、更に、タスク名又は識別、作業経路又は場所、作業方向、及び、他のタスク特有の変動要素を含む、請求項３〜１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記形態変動要素は、更に、プロセス種類、接合部種類、位置、材料、厚さ、溶接棒種類、ルート間隔、ルート着床、及び、開先角度を含み、前記実行変動要素は、更に、極性、作業角度、移動角度、アーク長、移動速度、工具配置、電流、電圧、溶接長、及び、溶接寸法を含む、請求項３〜１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１６】
自動音声フィードバックは、種々の自動音声コマンドを介して前記溶接工にリアルタイムフィードバックを提供する、請求項３〜１５のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
拡張現実の溶接レンダリングは、更に、クラウドベースサーバに対するデータを処理することに加えて、溶接ヘルメット及び溶接工具両方のリアルタイムの姿勢及び向きの値を提供するセンサの使用を含み、前記サーバは、レンダリング計算又は有限要素法計算を実行し、画像データは、これらの計算に基づいて生成され、前記指示された生産タスクを実行している間に、溶接接合部の溶接工の視野の上に重ね合わされる、請求項３〜１６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１８】
前記パフォーマンスによる評価は、前記作業経路に沿った品質判断を行うよう、予め設定された管理限界と比較して、直接的なパフォーマンス測定を用いる、請求項３〜１７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１９】
数値的品質シミュレーションは、工具操作及びプロセス測定を用いて、前記作業経路に沿った姿勢の関数として欠陥形成の確率を計算する、請求項３〜１８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２０】
直接的品質測定は、溶接欠陥の存在に対して物理的に測定するセンサ工具から取られる、請求項３〜１９のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２１】
手溶接を監視し、特徴付けるためのシステムであって、請求項１〜２０のいずれか一項による方法を実行するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明は、請求項１、請求項２、及び請求項３による手溶接を監視し、特徴付けるための方法、及び、請求項２１によるシステムに関する。説明する発明は、一般に、手溶接作業の特徴を明らかにするためのシステムに関し、より詳細には、見ることができるフォーマットで、実際の溶接を手作業で行っている溶接訓練生によって生成されたデータをリアルタイムで取り込み、処理し、表示することによって、役立つ情報を溶接訓練生に提供するためのシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
効率的で、経済的な溶接工訓練に対する製造業界の要望は、熟練した溶接工の著しい不足の認識が、今日の工場、造船所、及び建設現場において憂慮すべき程に明らかとなっているように、過去１０年にわたって十分に裏付けられた話題であった。早期に退職する労働人口は、遅い歩みの従来の指導員による溶接工訓練と合わせて、より効率的な訓練技術の開発のための原動力であった。溶接に特有の手による巧妙な技量の促進した訓練を可能にする革新が、アーク溶接の基本の迅速な教化と共に必要となっている。本明細書中に開示する特性化及び訓練システムは、向上した溶接工訓練に対するこの絶対的必要に取り組んでおり、プロセスが業界全体の品質要件に合致する必要がある許容限界内にあることを保証するよう、手溶接プロセスの監視を可能にしている。今日まで、溶接プロセスの大多数は、手によって行われているが、その分野は、これらの手によるプロセスのパフォーマンスを追跡するための実用的な市販ツールが不足している。従って、様々な条件下で様々な種類の溶接を適切に行うよう、溶接工を訓練するための効率的なシステムに対する現行の必要性が存在する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
溶接工訓練を向上させるため、請求項１、請求項２、及び請求項３による手溶接を監視し、特徴付けるための方法を説明し、請求項２１によるシステムを説明する。方法の好ましい実施形態が、従属クレームの主題である。以下は、本発明のある特定の例示的な実施形態の概要を提供している。この概要は、広範な概略ではなく、本発明の鍵となるか、又は、重要な態様又は構成要素を特定するか、又は、その適用範囲を詳細に描写することを意図していない。
【０００４】
本発明の一態様によれば、手溶接を監視し、特徴付けるための第１のシステム及び方法が提供される。このシステム及び方法は、更に、ハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの両方を含む溶接システムを提供することであって、ハードウェア及びソフトウェアは、リアルタイムでデータを収集し、処理するよう動作し、そして、データは、溶接工によって行われる実際の溶接演習から得られることと、システムを部品情報、プロセス変動要素制御対象、及び合格限界と共に提供することと、部品情報から溶接すべき部品を選択することと、選択された部品上で完了すべき生産タスクを指示することと、指示された生産タスクを実行することと、任意選択的に、指示された生産タスクを実行する溶接工にリアルタイムフィードバックを提供することと、プロセス変動要素制御対象及び合格限界に基づいて、指示された生産タスクの溶接工のパフォーマンスの品質を評価することと、任意選択的に、指示された生産タスクのパフォーマンスの品質に関して、是正措置を要求することと、指示された生産タスクのパフォーマンスの評価から収集されたデータを格納することと、を含む。
【０００５】
本発明の別の一態様によれば、手溶接を監視し、特徴付けるための第２のシステム及び方法が提供される。このシステム及び方法は、更に、ハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの両方を含む溶接システムを提供することであって、ハードウェア及びソフトウェアは、リアルタイムでデータを収集し、処理するよう動作し、そして、データは、溶接工によって行われる実際の溶接演習から得られることと、システムを部品情報、プロセス変動要素制御対象、及び合格限界と共に提供することと、部品情報から溶接すべき部品を選択することと、選択された部品上で完了すべき生産タスクを指示することと、指示された生産タスクを実行することと、指示された生産タスクを実行する溶接工にリアルタイムフィードバックを提供することと、プロセス変動要素制御対象及び合格限界に基づいて、指示された生産タスクの溶接工のパフォーマンスの品質を評価することと、必要に応じて、指示された生産タスクのパフォーマンスの品質に関して、是正措置を要求することと、指示された生産タスクのパフォーマンスの評価から収集されたデータを格納することと、を含む。
【０００６】
本発明の更に別の態様によれば、手溶接を監視し、特徴付けるための第３のシステム及び方法が提供される。このシステム及び方法は、更に、ハードウェア及びソフトウェアコンポーネントの両方を含む溶接システムを提供することであって、ハードウェア及びソフトウェアは、リアルタイムでデータを収集し、処理するよう動作し、そして、データは、溶接工によって行われる実際の溶接演習から得られることと、システムを部品情報、プロセス変動要素制御対象、及び合格限界と共に提供することであって、部品情報は、更に、部品変動要素及びタスク変動要素を含むことと、部品情報から溶接すべき部品を選択することと、選択された部品上で完了すべき生産タスクを指示することであって、部品上で完了すべき生産タスクは、更に、形態変動要素及び実行変動要素を含むことと、指示された生産タスクを実行することと、指示された生産タスクを実行する溶接工にリアルタイムフィードバックを提供することであって、リアルタイムフィードバックは、更に、自動音声フィードバック又は拡張現実の溶接レンダリングを含むことと、プロセス変動要素制御対象及び合格限界に基づいて、指示された生産タスクの溶接工のパフォーマンスの品質を評価することであって、品質評価は、更に、パフォーマンス測定、数値的品質シミュレーション、直接的品質測定、又はそれらの組み合わせに基づくことと、指示された生産タスクのパフォーマンスの品質に関して、是正措置を要求することであって、是正措置は、全く異なる生産タスク又は実行中の指示された生産タスクを完了するようという要求のいずれか一方であることと、指示された生産タスクのパフォーマンスの評価から収集されたデータを格納することと、を含む。
【０００７】
本発明の追加の特徴及び態様は、例示的な実施形態の以下の詳細な説明を読み、理解することで、当業者にとって明らかとなろう。熟練工によって正しく理解されるように、発明の更なる実施形態は、発明の適用範囲及び精神から逸脱することなく可能である。従って、図面及び関連する説明は、本質において例示的なものとして見なされるべきであり、制限するものとして見なされるべきではない。
【０００８】
明細書に組み込まれ、その一部を形成する添付図面は、発明の１つ以上の例示的な実施形態を略図的に示し、上で与えた全体的な説明及び下で与える詳細な説明と共に、発明の原理を説明する役割を果たす。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明のシステム及び手法の例示的な実施形態の監視システム及び手法のフロー図である。
【図２】本発明のシステム及び手法の自動音声フィードバックコンポーネントのフロー図である。
【図３】本発明のシステム及び手法の拡張現実コンポーネントのフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の例示的な実施形態を、図面を参照して、ここで説明する。参照符号は、詳細な説明の全体を通して、様々な構成要素及び構造を参照するために用いられる。他の例において、周知の構造及び装置は、説明を簡略化するためにブロック図の形式で示されている。以下の詳細な説明は、説明のために多くの詳細を含んでいるが、当業者は、以下の詳細に対する多くの変形及び変更が、本発明の適用範囲にあることを正しく理解するであろう。従って、本発明の以下の実施形態は、請求される発明に対する一般性の何らかの損失もなく、また、それに対して制限を課すことなく、説明される。
【００１１】
いくつかの実施形態において、本発明は、米国特許出願第１３／５４３，２４０号明細書に開示された技術を組み込み、拡張しており、すべての目的に対して、その全体を本明細書中に引用して組み込む。米国特許出願第１３／５４３，２４０号明細書は、手溶接作業の特徴を明らかにするためのシステムを開示しており、より詳細には、見ることができるフォーマットで、実際の溶接を手作業で行っている溶接訓練生によって生成されたデータをリアルタイムで取り込み、処理し、表示することによって、役立つ情報を溶接訓練生に提供するためのシステムを開示している。より詳細には、米国特許出願第１３／５４３，２４０号明細書に開示されているシステムは、データ生成コンポーネント、データ取り込みコンポーネント、及びデータ処理コンポーネントを含んでいる。データ生成コンポーネントは、更に、設備であって、設備の寸法形状特性は予め決まっている設備と、設備に取り付けられるよう成される母材であって、母材は、溶接される少なくとも１つの接合部を含み、溶接される接合部に沿って延在するベクトルは、作業経路を画成する母材と、少なくとも１つの較正装置であって、各較正装置は、更に、それらと一体型の少なくとも２つのポイントマーカを含み、ポイントマーカと作業経路との間の寸法形状関係は予め決まっている較正装置と、溶接工具であって、溶接工具は、溶接される接合部において溶接を形成するよう動作し、溶接工具は、工具ポイント及び工具ベクトルを画成し、溶接工具は、更に、溶接工具に取り付けられる対象を含み、対象は、更に、所定のパターンでそれらに取り付けられる複数のポイントマーカを含み、ポイントマーカの所定パターンは、剛体を画成するよう動作する溶接工具とを含む。データ取り込みコンポーネントは、更に、ポイントマーカの画像を取り込むための撮像システムを含む。データ処理コンポーネントは、データ取り込みコンポーネントから情報を受信し、次いで、撮像システムによって視認できる三次元空間に対する作業経路の位置及び向きと、剛体に対する工具ポイントの位置及び工具ベクトルの向きと、作業経路に対する工具ポイントの位置及び工具ベクトルの向きとを計算するよう動作する。上で検討したシステムコンポーネント及び動作原理（すなわち、溶接作業を特徴付けるデータがどのように得られるか）に関して、本発明は、生産監視域において取得データを活用するための手段を提供し、様々な態様の生産を監視するために手溶接特徴データを利用するための様々な方法を提供する。
【００１２】
図１は、手溶接パフォーマンス測定を生産監視状況に統合するための本発明によるシステム１００及び関連する方法を詳述するフロー図を提供する。システムを最初に構築することから生産品質を測定することまで、本明細書中に説明する手法は、手による工具操作及びプロセス測定を活用して生産品質及び成果を良好に監視するための手段を含んでいる。図１に示すように、プロセスの最初のステップは、ステップ１１０のシステム入力を構成することにある。より詳細には、このステップは、部品情報と、プロセス変動要素制御対象と、許容限度と共にシステム１００を提供することを含んでいる。生産監視は、構成情報が少なくとも１つの部品に対して存在していれば、開始することができる。ステップ１２０は、部品を選択することを含み、これは手法の監視態様における最初のステップである。部品の選択は、監視設定を初期化し、ステップ１３０において、部品の生産を第１の生産タスクに初期化する。実施中のタスクは、ステップ１４０における実行に関して、ステップ１５０のリアルタイムフィードバックの有無に関わらず行われる。パフォーマンスは、次いで、ステップ１６０において何らかの可能性のある品質課題を特定するようプロセス後に評価され、対応するデータが、ステップ１７０において格納される。是正措置が必要とされる場合、これは、全く異なる生産タスク又は実行中のタスクを完了するようという要求のいずれか一方の形でユーザに指示される。タスクが完了したと見なされた場合、システムは、次の生産タスクに移行する。最終生産タスクが完了すると、部品が完成したと見なされ、ユーザは、次の部品に取り掛かってもよい（図１の判断ステップ１６２及び１６４、並びに、終了ステップ１６６を参照）。
【００１３】
上で示したように、ステップ１１０は、システム入力を構成することを含んでいる。このステップの目的は、以下の表１及び２に詳述するような部品変動要素及びタスク変動要素の両方を含む、監視される部品及びそれらの対応する特性をシステムに登録することである。
【００１４】
【表１】
2017523045.tif 000003
【００１５】
【表２】
2017523045.tif 000004
【００１６】
各種類のタスクに対して、そのタスクに特有の一連の変動要素が、次いで、ステップ１１０においてシステムに入力される。例えば、溶接タスクは、タスクを定義する形態及び実行変動要素の両方を含んでいる。以下に掲載する表３及び４は、これらの種類の変動要素の例を提供している。
【００１７】
【表３】
2017523045.tif 000005
【００１８】
【表４】
2017523045.tif 000006
【００１９】
表３及び４に記載した変動要素は、タスクを説明し、実行の適切な方法を定義することの両方を行う情報をユーザに提供する。加えて、構成機能は、工具定義をシステムに入力するための手段を提供する。工具定義は、システムが工具位置をその作業座標系に統合することを可能にし、これは、工具位置及び向きをタスク作業経路と比較することを可能にし、それによって、工具操作変動要素の取得を可能にする。工具を必要とする各タスクは、生産監視を行うことができるようになる前に、１つの定義を有していなければならない。これらの工具は、次いで、ユーザが工具を必要とするタスクを開始する場合に、システムによって呼び出される。
【００２０】
再び、図１を参照すると、本発明の監視手法の残りの部分は、ユーザに部品の生産を教え、その部品の製造における行動の目立たない監視を行う。監視を開始できる前に、ステップ１１０で構成された部品のライブラリが、システムのユーザによってアクセスされると、部品がステップ１２０において選択される。システムは、次いで、選択された部品に関するすべての情報を自動登録する。この情報は、部品完成のためのタスクのリスト、部品のグラフィック表現、部品に関して強調されるタスク、実行すべき最初のタスクの指示、及びその他の関連情報を含んでいる。次のタスクの指示が、次いで、ステップ１３０において発生する。実施中のタスクは、グラフィックでユーザに指示され、すべての関連情報が、タスクを完了するようユーザに提供される。この情報はタスクごとに変化する。例えば、タスクが部品の２つの構成部分を共に溶接するためである場合、システムは、表３及び４に記載されたすべての情報をユーザに提供する。開始及び終了位置は、ユーザに対して明確化される。加えて、周辺情報が強調され、それは、特殊設備、工具、潜在的な危険、等を含んでいてもよい。生産タスクの実行が、ステップ１４０において行われる。ユーザが、タスクを実行するための必要な情報を十分に理解したら、タスク上の生産が開始される。再度、発明のこの態様は、タスクごとに変化する。再度、溶接例を用いると、タスクの完了は、適切な速度、適切な技法、適切なプロセス変動要素、等で、溶接を適切な箇所に溶着させることを含む。リアルタイムフィードバックは、ステップ１５０において提供される。生産タスクの実行中、多数のリアルタイムフィードバック変動要素は、ユーザが定義された品質管理窓内に留まることを支援するよう利用可能である。溶接タスクに対して、これらのフィードバックメカニズムは、自動音声フィードバック及び拡張現実の溶接レンダリングを含んでいる。
【００２１】
自動音声フィードバックは、種々の自動音声コマンドを介してユーザにフィードバックを提供するリアルタイムフィードバックメカニズムを含んでいる。どの変動要素が管理限界の外側にあるかによって、予め録音されたファイルが再生される。図２は、自動音声フィードバックコンポーネント２００のフロー図を提供し、ここで、演習が２１０で開始され、実行変動要素がステップ２２０で測定され、演習がステップ２３０で終了してもよいか、又は、限界が決定点２４０で超えられた場合、高優先度違反の判断がステップ２５０で行われ、そして、是正音声ファイルがステップ２６０で再生される。以下の表５に示すように、どの高い優先度の変動要素がより低い優先度の変動要素よりも優先されるかによって、階層構造が確立される。何らかの所定のデータ解釈フレームにおいて、ただ１つのフィードバックコマンドだけが、優先度階層に基づいて実行される（例えば、工具配置は、移動速度よりも優先される工具角度よりも優先される、等）。
【００２２】
【表５】
2017523045.tif 000007
【００２３】
コマンドは、指示によるものであり、これは、コマンドがユーザを遵守の方向に指導する（例えば、パフォーマンスが下方境界を超えている場合、コマンドは、所定の変動要素を増加させるよう訓練生に指導する）ことを意味する。
【００２４】
拡張現実は、タスク実行中にリアルタイムフィードバックを提供する。溶接タスクにおいて、センサは、クラウドベースサーバに対するデータを処理することに加えて、溶接ヘルメット及び溶接工具両方のリアルタイムの姿勢及び向きの値を提供する。このサーバは、プロセッサ集約型レンダリング計算及び／又は有限要素法計算を実行して、ローカルシステムに溶接接合部の溶接工の視野の上に重ね合わされるべき画像データをフィードバックする。図３は、拡張現実コンポーネント３００のためのセンサ及びデータフローのフロー図を提供し、ここで、演習が３１０で開始され、プロセス、工具、及びヘルメットの変動要素がステップ３２０で測定され、演習が３３０で終了してもよいか、又は、データがステップ３４０でサーバに送信されてもよく、拡張されたレンダリングがステップ３５０で処理され、レンダリングデータがステップ３６０で返され、そして、レンダリングがステップ３７０でヘルメットディスプレイ上に重ね合わされる。溶接のために、重ね合わせた画像は、以下の特徴、すなわち、溶接接合箇所の強調、目標及び実際の溶融池形状及び位置（これは、溶融池を操作することを学習する第１のステップである）、接合部内での目標及び実際のアーク配置、目標及び実際の工具角度、目標及び実際の工具オフセット、目標及び実際の移動速度、溶接に沿った欠陥形成の実況指示、又はそれらの組み合わせを含んでいてもよい。クラウドベースサーバは、拡張現実フィードバックのためのデータを管理するよう利用されてもよい。具体的には、サーバの処理能力が、低いデータカウント情報（すなわち、プロセス、工具、及びヘルメット）を取り、即座にユーザのシースルーディスプレイ上に重ね合わせることができる画像レンダリングを出力するよう、利用されてもよい。図３は、また、本発明の遠隔データ処理機能も示している。タスクの実行が完了すると、システムは、ステップ１６０においてパフォーマンスの品質を評価する（図１参照）。評価は、（ｉ）パフォーマンス測定（例えば、管理限界内の工具操作及びプロセス変動要素）の観点から、及び／又は（ｉｉ）数値的な品質シミュレーション（例えば、欠陥形成の確率）の観点から、及び／又は（ｉｉｉ）直接的な品質測定により、行うことができる。
【００２５】
パフォーマンスによる評価は、作業経路に沿った品質判断を行うよう、予め設定された管理限界と比較して、直接的なパフォーマンス測定を用いる。例えば、溶接タスクにおいて、管理限界は、表４に記載した実行変動要素のそれぞれのために設定される。測定した変動要素のいずれかが、溶接に沿ったある特定の箇所において管理限界の外側にあった場合、その箇所は、潜在的な品質問題としてフラグが立てられる。管理限界の違反種類が、フラグ内に含まれる。従って、品質生産指標と一致するよう管理限界を適切に設定することが重要である。限界は、それらが生じた場合に品質問題を検出するために十分厳しくなければならないが、誤検出の発生を避けるために十分緩くなければならない。加えて、溶接における多くの用途は、管理限界が溶接の長さに沿って可変であることを必要とする。言い換えれば、管理限界セット（すなわち、許容可能な最大及び最小窓）は、作業経路に沿った姿勢の関数として変化してもよい。これは、曲線状作業経路又は角を曲がる作業経路に対して一般的である。可変管理限界セットを生成することは、長くて、遠回りの作業経路のために冗長である可能性があり、プロセスを容易にするために、これらのセットは、システムに一連の「良い」溶接と「悪い」溶接を教えることによって生成されてもよい。構成において、ユーザは、何度も生産タスクを行い、各パフォーマンスを良い値又は悪い値に対応させることによって管理セットを較正する。システムは、次いで、良い溶接の平均値からの標準偏差を用いて、タスクのための管理限界の姿勢によるセットを自動的に生成する。
【００２６】
疑似品質評価は、工具操作及びプロセス測定を用いて、作業経路に沿った姿勢の関数として欠陥形成の確率を計算する。溶接タスクに対して、出力は、表面下欠陥（例えば、ポロシティ、融合不良、溶込不良、等）又は表面欠陥（例えば、アンダカット、余盛不足、余盛角過小、等）の形成、又は材料欠陥（望ましくない位相又は成分の生成、高い歪み、亀裂発生）の確率であってもよい。これらの値は、形態又は実行変動要素が入力として機能し、欠陥生成が出力である数値シミュレーションによって生成される。パフォーマンスによる評価と同様に、これらの結果は、部品固体モデル上での強調の形でユーザにグラフィックで示すことができる。
【００２７】
直接測定した品質評価は、品質データの生成が、欠陥の存在に対して物理的に測定するセンサ工具から取られることを除いて、疑似品質評価と基本的に同じである。これらの工具は、表面下検査具（例えば、超音波、過電流、Ｘ線検査）から表面工具（例えば、レーザースキャナ、機械視覚、染色浸透剤、等）まで変更できる。評価の他の形態と同様に、容認できないパフォーマンスの何らかの指標が、部品の固体モデル上の強調の形でユーザにグラフィックで強調される。タスクのパフォーマンスが、パフォーマンスによる評価又は品質による評価により信用できなくなった場合、ユーザーインターフェースは、是正措置を提供する。これは、ユーザにタスクを手直しするよう指示することに対して検査するためのフラグと同じぐらい簡単であってもよい。図１を参照すると、タスクが決定点１６４において完了したと見なされると、ユーザーインターフェースは、１３０の次の実行タスクへ進む。すべての実行タスクが完了すると、部品は、終了点１６６で完成したと見なされる。各生産タスクに対して取得されたパフォーマンスデータは、１７０においてローカル又は遠隔サーバのどちらか一方に格納される。このデータは、次いで、統計的プロセス管理、法的事項のための品質確認、及び他の目的のために用いることができる。
【００２８】
本発明をそれらの例示的な実施形態の説明により示し、実施形態をある特定の詳細において説明してきたが、添付特許請求の範囲の適用範囲をかかる詳細に制限又は、何らかの方法で限定することは、出願人の意図するものではない。追加の利点及び変更は、当業者にとって容易に明らかとなろう。従って、その広範な態様における発明は、特定の詳細、代表的な装置及び方法、及び／又は、図示し、説明した例示の実施例のいずれかに限定されるものではない。従って、出願人の全体的な発明概念の精神又は適用範囲から逸脱することなく、かかる詳細からの逸脱が行われてもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１００  提供するシステム
１１０  ステップ
１２０  ステップ
１３０  ステップ
１４０  ステップ
１５０  ステップ
１６０  ステップ
１６２  ステップ
１６４  ステップ
１６６  ステップ
１７０  ステップ
２００  音声フィードバックコンポーネント
２１０  ステップ
２２０  ステップ
２３０  ステップ
２４０  点
２５０  ステップ
２６０  ステップ
３００  コンポーネント
３１０  ステップ
３２０  ステップ
３３０  ステップ
３４０  ステップ
３５０  ステップ
３６０  ステップ
３７０  ステップ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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