CN111727100A - 焊接动作测量*** - Google Patents

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Abstract

本发明包括:能够照射光的光照射部;三维坐标测量部,其测量能够将所照射的所述光反射的标记所反射的光,来计算工件和焊炬的三维坐标数据,其中标记安装在工件或焊炬上;和运算部,其基于所输入的工件的三维图形数据和三维坐标数据来将工件的形状坐标化,生成工件的形状的坐标数据。

Description

焊接动作测量***
技术领域
本发明涉及对焊接动作进行测量的焊接动作测量***。
背景技术
随着最近的社会形势,制造的环境正在发生较大地变化。例如因海外生产的增加和来自海外的调配品的增加、熟练技术人员的减少等,难以维持制造的技能,质量管理处于更困难的状况下。作为以往的技能传承方法,通过由技能熟练人员直接进行指导而继承。但是,传授技能的方法并不充分,凭感觉指导的情况较多,所以指导需要时间,或是不准确地传授,因此不能完全传承,担心会失传。
另一方面,因近年来的测量技术的发展,逐渐发现了对熟练的技能进行测量、评价的措施。作为解决现有的技能传承中的课题的方法,进行了使用各种测量设备来对对象者的作业进行测量、评价的措施。提出了对于测量得到的数据通过与过去测量的数据进行比较,而评价是否良好,用于质量管理和焊接作业的训练的方法。
专利文献1中公开了进行手工焊接施工时对与包括其焊接对象的焊接环境和该焊接施工作业中的焊工的动作相关的数据进行测量,从测量数据中提取焊接施工中的焊接状态的特征量并判断手工焊接状态是否良好,对焊工通知其结果由此对焊接质量进行管理的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2001-171140号公报
发明内容
发明要解决的课题
上述专利文献1的方法中叙述了按三维坐标获取焊工的动作来对动作进行管理,但没有记载测量原理等详细的方法。
另外,在焊接对象物的形状复杂化时不能准确地测量焊接对象物与焊工的位置关系,难以获取相对的信息。
鉴于以上问题,本发明目的在于提供一种能够准确地测量焊接对象物与焊工的位置关系、获取准确的工件的形状的三维坐标数据的焊接动作测量***。
用于解决课题的技术方案
为了解决上述课题,本发明的焊接动作测量***包括:能够照射光的光照射部;三维坐标测量部,其测量能够将所照射的所述光反射的标记所反射的光,来计算工件和焊炬的三维坐标数据,其中所述标记安装在所述工件或焊炬上;和运算部,其基于所输入的工件的三维图形数据和三维坐标数据来将工件的形状坐标化,生成工件的形状的坐标数据。
光照射部可以使用能够照射具有规定波长的光的光照射部和能够照射具有规定波段的光的光照射部中的任一者。另外,也可以代替光照射部而使用安装于工件或焊炬的自发光的标记。
另外,优选在作为光照射部使用能够照射具有规定波段的光的光照射部的情况下,设置提取特定波长的光的滤镜,三维坐标测量部使用能够测量从标记反射的光中的该特定波长的光的三维坐标测量部。
发明的效果
能够提供一种能够准确地测量焊接对象物与焊工的位置关系、获取准确的工件的形状的三维坐标数据的焊接动作测量***。
附图说明
图1是表示本发明的实施例的焊接作业测量***的一个实施例的整体图。
图2A是本发明的实施例的焊炬周边的放大图。
图2B是本发明的实施例的焊炬的放大图。
图3是表示本发明的实施例的焊接对象物的坐标数据的获取方法的一例的示意图。
图4是表示本发明的实施例的焊接对象物的标记坐标数据的一例的图。
图5是表示焊接时间和焊接位置处的焊接作业数据的测量结果的图。
图6是表示本发明的实施例的焊接作业测量***的其他实施例(质量管理***)的图。
图7A是表示质量相对于焊炬的平均移动速度的关系的图。
图7B是表示质量相对于焊炬的角速度的关系的图。
图8A是表示焊接时间中的焊炬的平均移动速度的测量结果的图。
图8B是表示焊接时间中的焊炬的角速度的测量结果的图。
图9是表示本发明的实施例的焊接作业测量***的其他实施例(教育***)的图。
图10A是表示焊接时间中的焊炬的平均移动速度的训练结果的图。
图10B是表示焊接时间中的焊炬的角速度的训练结果的图。
具体实施方式
以下,使用附图说明各实施例。
实施例1
图1表示实施例1中的焊接作业测量***的整体图。
1表示控制部(控制装置),2a、2b、2c、2d、2e表示标记测量用摄像机,3表示标记,4表示焊工,5表示遮光面,6表示焊炬,7表示焊接对象物,8表示半自动焊接电源,9表示电流/电压测量装置,10表示温度/湿度/风力测量装置,11表示吸收膜。控制部(控制装置)1例如是具有运算处理装置(例如CPU)、存储该运算处理装置执行的程序和数据的存储装置(例如是ROM、RAM等半导体存储器或HDD等磁存储装置,相当于后述的“存储部”)、显示运算处理装置的运算结果的显示装置(例如监视器、触摸面板)的计算机。
对于作业者即焊工4通过半自动焊接对焊接对象物7进行焊接的作业进行测量。光照射部即标记测量用摄像机2a、2b、2c、2d、2e被配置在焊工4和焊接对象物7的周围。标记测量用摄像机2a、2b、2c、2d、2e能够以避开电弧焊时的光的波长的方式,设定为350nm~11μm的光的波长照射。本实施例中照射850nm的光。标记3粘贴在焊接对象物7(工件18)、焊炬6、焊工4、遮光面5、焊料19等上,可以是使光反射的也可以是自发光的。本实施例中使用涂布了使光反射的涂料的标记。另外,本发明中,至少在焊炬6和焊接对象物7上设置标记即可,通过进一步在焊工4、遮光面5、焊料19等上设置,能够获得更详细的坐标数据。标记测量用摄像机2a、2b、2c、2d、2e、电流/电压测量装置9、温度/湿度/风力测量装置10与控制部1连接,各测量装置被控制部1控制动作,测量得到的焊炬的平均移动速度、焊炬高度、摆焊条件、焊炬角度、焊料的供给量、握持焊炬的手肘的角度、头的位置等作业数据和电流值、电压值、温度、湿度、风力等环境数据被发送至控制部1,在控制部1内的存储部中作为蓄积数据存储。另外,控制部1具有显示测量得到的数据的功能。
图2A表示焊炬6周边的放大图,图2B表示焊炬6的放大图。在焊炬6上在整面安装了吸收规定波长即850nm的光的物质、此处是吸收膜11。在吸收膜11上安装了多个标记3,来自标记测量用摄像机2a、2b、2c、2d、2e的光在标记3上反射,能够测量标记3的准确位置。电弧焊时的发光中也包括850nm的光,该光从标记3以外的场所反射并被测量。因此,通过在焊炬上安装吸收膜11,能够抑制来自标记3以外的场所的光的反射,能够抑制噪声,得到高精度的测量结果。焊工4开始焊接,同时从控制部1对各测量装置(光照射装置即标记测量用摄像机、电流/电压测量装置9、温度/湿度/风力测量装置10)发送测量开始信号,测量开始。测量得到的蓄积数据如上所述,被逐次发送至控制部1,在存储部中记录。
另外,在该存储部中,也蓄积后述的、输入的三维CAD数据即三维图形数据和计算出的三维坐标数据。另外,存储部记载为设置在控制部1内,但也可以设置在控制部1外。
在图3中示出根据三维设计图数据和在焊接对象物7上粘贴的标记3的坐标数据获取焊接对象物7的坐标数据的方法的示意图。
控制部1包括:对标记3所反射的光进行测量来计算工件18和焊炬6的三维坐标数据的三维坐标测量部21,其中标记3安装在焊接对象物7(工件18)和焊炬6上,能够将由作为光照射装置的标记测量用摄像机2a、2b、2c、2d、2e照射的光反射;和基于该三维图形数据和三维坐标数据来将工件18的形状坐标化,生成工件18的形状的坐标数据的运算部22。运算部22包括:对输入的工件18的三维图形数据与三维坐标数据进行匹配,来计算偏差量的偏差量计算部23,和基于计算出的偏差量来对工件18的形状的坐标数据进行修正的修正部24。上述三维坐标测量部21、偏差量计算部23和修正部24表示由计算机即控制部1的运算处理装置执行的程序的功能。详情在以下说明。
焊接对象物7的三维设计图数据12是预先存储或输入的三维CAD数据,焊接对象物7的标记坐标数据13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g即三维坐标数据是用标记测量用摄像机2a、2b、2c、2d、2e测量得到的如图4所示的各标记3的位置坐标数据,具有以规定位置为基准的XYZ的坐标数据。控制部1具有作为预先存储了焊接对象物3的三维设计图数据12的存储部的数据库,通过用控制部1的偏差量计算部23使三维设计图数据12与表示在焊接对象物3上粘贴的标记3的位置的标记坐标数据13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g匹配,由此能够根据各标记坐标数据13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g使焊接对象物3的形状坐标化。另外,因制造时的变形等,存在焊接对象物7与三维设计图数据12不完全一致、即焊接对象物7的三维坐标数据与输入的三维设计图数据不一致的情况。该情况下能够使用匹配的数据、即三维设计图数据12与标记坐标数据13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g的偏差量(差)的数据,用修正部24预测变形量,对基于预先决定的理想的焊炬动作得到的焊炬位置进行偏移修正,对焊接作业者提示。
能够根据焊接对象物7的坐标数据和焊炬6、焊工4的标记3的坐标数据计算图5所示的焊接时间和焊接位置处的焊接作业数据的测量结果(位置关系)。通过计算出焊接对象物7的坐标数据,能够计算与焊接时间和焊接位置对应的焊炬的高度和右手肘的角度。控制部1能够根据能够从各标记获取的坐标数据计算出位置和速度、角度、轨迹、加速度、角速度等。即,能够将熟练者的焊接动作和初学者的焊接动作获取为数据,能够定量地评价焊接动作。
具体而言,根据对在焊炬6、工件、焊料、作业者上粘贴的标记3进行测量得到的坐标数据计算出焊料供给量、焊炬6的焊接前进方向上的运动、工件的变形量、右手肘的角度。根据计算出的焊料供给量、焊炬6的焊接前进方向上的运动确认了焊料和焊炬是反复静止和移动的周期性的动作模式。
另外,确认了右手肘的角度也与焊炬动作联动地角度增大。另外,根据工件上粘贴的标记3的坐标计算出工件的变形量,结果确认了其随着焊接时间而增加。通过定量地当场评价变形量,能够对于下一道焊接的测量时的焊炬坐标偏移相当于变形量的量,高精度地测量焊炬6相对于工件的相对位置。这样,通过在焊炬6、工件、焊料、作业者上粘贴标记3,测量相对位置关系,对于联动的动作也能够高精度地进行评价。
根据以上所述,本实施例的焊接作业测量***中,能够提供一种能够正确地测量焊接对象物即工件与焊工握持的附加了标记的焊炬的位置关系、即焊接对象物与焊工的位置关系,获取正确的工件的形状的三维坐标数据的焊接动作测量***。
本实施例中对于半自动焊接进行了说明,但对于TIG焊接等也能够同样地测量,使用焊料的情况下也能够通过在焊料上安装标记而同样地测量。
另外,本实施例中,通过从光照射部照射具有规定波长(850nm)的光而识别标记,但也可以使用具有宽范围的波段(规定波段)的光源作为光照射部。该情况下,优选三维坐标测量部具有提取反射光中的特定波长的光的滤镜,对从在工件或焊炬上安装的标记反射的光中的特定波长的光进行测量。
另外,并非使用使光反射的标记、而是使用自发光的标记的情况下,也能够选择发出规定波长的光的标记和发出具有宽范围的波段(规定波段)的光的标记中的任意一者。选择了后者即波段较宽的标记的情况下,优选与反射式的标记同样地使用提取特定波长的光的滤镜。进而,关于标记,也能够是具有使特定波长的光反射的滤光功能的标记。
实施例2
图6表示将实施例1的焊接作业测量***应用于质量管理***的情况下的整体图。
在焊炬6上设置作为加速度角速度测量装置的惯性传感器14,能够测量三轴加速度和三轴角速度。焊接方法和焊接对象物7与实施例1相同。
预先存储过去获取的焊接作业动作数据、焊接状态数据、焊接环境数据、焊接部的质量数据这样的作业数据,与用测量部新测量得到的焊接作业动作数据、焊接状态数据、焊接环境数据这样的作业数据进行比较,由此用质量判断部对焊接部的质量进行判断。也能够用该质量判断部对焊工的作业水平进行评价。
另外,对于焊接作业动作数据,在上述惯性传感器14等加速度/角速度/地磁测量装置以外,也可以用全球定位***、室内全球定位***、立体摄像机等测量。
具体而言,对焊接对象物7进行焊接时,使用实施例1的结构中、在存储部中蓄积的、测量得到的标记坐标数据;图5所示的焊炬高度与焊接时间或焊接位置的数据;和握持焊炬的手肘的角度(图5中是右手肘的角度)与焊接时间或焊接位置的数据这样的蓄积数据,与测量得到的焊炬高度与焊接时间或焊接位置的数据、和右手肘的角度与焊接时间或焊接位置的数据进行比较,使用其结果进行质量管理。以下进行说明。
根据实施例1的蓄积数据进行与质量的相关性分析,结果提取焊炬的平均移动速度和焊炬角速度作为与质量的相关性较强的特征量。在图7A中示出质量相对于焊炬的平均移动速度的关系,在图7B中示出质量相对于焊炬的角速度的关系。焊炬的平均移动速度(焊接速度)是20-30cm/min程度时是良好的,焊炬角速度持续1秒以上在500degree/s以上时,焊道外观不良。在图8A和图8B中示出焊接时的测量的结果。用控制部1实施数据分析,结果,平均移动速度如图8A所示是良好的范围,是26.7cm/min。另一方面,关于焊炬的角速度,如图8B所示地存在持续1.7s以上连续超过500degree/s的区域。目视观察外观,结果该部分的焊道外观不规则,判断为外观不良。能够在焊接后立即推算缺陷的种类和发生位置。这样确认了能够提取实施例1的结构中与质量的相关性强的特征量,使用惯性传感器这样的更简单的传感器,对质量进行管理。本实施例中作为特征量选定了焊炬的平均移动速度和角速度,但不限于此,例如也可以是焊炬高度、摆焊条件、焊炬角度、焊料的供给量、握持焊炬的手肘的角度、头的位置等。另外作为测量焊炬动作的传感器使用了惯性传感器,但不限于此。
实施例3
图9表示将实施例1的焊接作业测量***应用于教育***的情况下的整体图。15表示焊接对象物模拟部件,16表示作为显示部(显示装置)的头戴式显示器,17表示模拟焊炬。
焊接对象物模拟部件15与实施例1、2是同样的。通过使用上述焊接作业测量***,能够对于分析为实施例1中与质量的相关性强的特征量,不实际进行焊接地进行训练,用作教育***。
作为特征量,与实施例2同样地选定了焊炬的平均移动速度和角速度。从而,将能够测量/计算这些特征量的作业数据测量部即惯性传感器14与实施例2(图6)同样地安装在焊炬上。对焊接对象物即焊接对象物模拟部件15和模拟焊炬17附加摄像机识别用的图案,获取用摄像机等摄像部(拍摄装置)对该图案进行拍摄得到的拍摄图像,进而获取焊接对象物模拟部件15和模拟焊炬17的位置信息。该摄像机等摄像部可以使用在头戴式显示器16上设置的摄像机。通过用头戴式显示器16的摄像机识别图案,能够在头戴式显示器的画面上显示包括焊接对象物模拟部件15和模拟焊炬17的焊接作业的影像。
另外,摄像部也可以是立体式的摄像机。通过使用立体式摄像机能够测量焊接对象物模拟部件15与模拟焊炬17的位置关系、即获取三维的距离信息、位置信息。另外,以上对在焊炬上设置的标记用摄像机进行测量,获取标记的正确的位置信息,但不实际进行焊接的情况下,如果使用立体式的摄像机,则即使不使用标记,也能够根据获取的三维距离数据测量焊接对象物模拟部件15与模拟焊炬17的位置关系。
基于由摄像部获取的位置信息和上述各种作业数据,用三维坐标测量部21计算出焊接对象物即焊接对象物模拟部件15和模拟焊炬17的三维坐标数据,如实施例1中所述,用运算部22基于输入的焊接对象物模拟部件15的三维图形数据和三维坐标数据使焊接对象物模拟部件15的形状坐标化,生成焊接对象物模拟部件15的形状的坐标数据。
模拟焊炬17上存在焊接开始的开关,如果是开关被按下的状态,则识别为通电状态。是通电状态、焊炬前段位于与焊接对象物模拟部件15相距规定距离以内的情况下,在显示部即头戴式显示器上显示电弧,随之显示熔池。焊工4使模拟焊炬17移动时,电弧和熔池也随之移动。能够用控制部1参照过去蓄积的数据,再现与焊炬的动作相应的电弧和熔池、焊接音、焊接电流/电压。即,能够在显示部即头戴式显示器上,显示基于生成的焊接对象物模拟部件15的形状的坐标数据、和预先存储的作业数据、再现了与焊炬的动作相应的电弧和熔池、焊接音、焊接电流/电压的焊接作业的影像。
图10A表示焊接时间中的焊炬的平均移动速度的训练结果,图10B表示焊接时间中的焊炬的角速度的训练结果。
观察图10A和图10B可知,焊炬的平均移动速度和焊炬的角速度满足预先存储的理想的规定范围(熟练者的动作范围),是可以获得良好的焊接的焊炬动作。这样,焊工对于要训练的焊炬动作,能够安全且不消耗焊接对象物地进行焊接的训练。
本***中能够蓄积测量得到的标记坐标数据、焊炬高度与焊接时间或焊接位置的数据、右手肘的角度与焊接时间或焊接位置的数据这样的准确的作业数据,因此能够进行训练历史的参照和作业的技能水平的管理。
本实施例中,使用虚拟***构建教育***,但也能够使用实际的焊接对象物和焊炬,在实际进行焊接的同时进行训练。
如以上所述,本发明中,能够提供一种能够使焊接作业动作正确地数值化,通过将该数值数据应用于教育***和质量管理,能够高效率地实施技能传承,提高制造质量,有助于降低不良率的焊接动作测量***。
附图标记说明
1 控制部
2a、2b、2c、2d、2e 标记测量用摄像机
3 标记
4 焊工
5 遮光面
6 焊炬
7 焊接对象物
8 焊接电源
9 焊接电流/电压测量装置
10 温度/湿度/风力测量装置
11 吸收膜。

Claims (16)

1.一种焊接作业测量***,其特征在于,包括:
能够照射光的光照射部;
三维坐标测量部,其测量能够将所照射的所述光反射的标记所反射的光,来计算工件和焊炬的三维坐标数据,其中所述标记安装在所述工件或焊炬上;和
运算部,其基于所输入的工件的三维图形数据和所述三维坐标数据来将所述工件的形状坐标化,生成所述工件的形状的坐标数据。
2.如权利要求1所述的焊接作业***,其特征在于:
所述光照射部能够照射具有规定波段的光,
所述三维坐标测量部包括能够提取特定波长的光的滤镜,来测量从所述标记反射的光中的所述特定波长的光。
3.如权利要求1所述的焊接作业***,其特征在于:
所述光照射部能够照射具有规定波长的光。
4.一种焊接作业测量***,其特征在于,包括:
三维坐标测量部,其测量从安装在工件或焊炬上的能够发光的标记所照射出的光,来计算所述工件和焊炬的三维坐标数据;和
运算部,其基于所输入的工件的三维图形数据和所述三维坐标数据来将所述工件的形状坐标化,生成所述工件的形状的坐标数据。
5.如权利要求1所述的焊接作业***,其特征在于:
所述运算部包括:对所输入的所述工件的三维图形数据与所述三维坐标数据进行匹配来计算偏差量的偏差量计算部;和基于计算出的所述偏差量来对所述工件的形状的坐标数据进行修正的修正部。
6.如权利要求1所述的焊接作业测量***,其特征在于:
所述三维坐标测量部测量从安装在所述工件、所述焊炬、焊料和作业者上的标记所反射的光,来计算所述工件、所述焊炬、所述焊料和所述作业者的三维坐标数据。
7.如权利要求5所述的焊接作业测量***,其特征在于:
所述修正部基于所述偏差量预测变形量,并基于所述变形量和由所述运算部运算得到的所述工件的形状的所述坐标数据来对所述工件的形状的坐标数据进行修正。
8.如权利要求5所述的焊接作业测量***,其特征在于:
具有用于显示由所述修正部修正后的所述工件的形状的坐标数据的显示部。
9.如权利要求1所述的焊接作业测量***,其特征在于:
所述焊炬被附加了能够吸收从所述光照射部照射来的所述光中的规定波长的所述光的物质。
10.如权利要求1所述的焊接作业测量***,其特征在于:
从所述光照射部照射出的光的波长是350nm至11μm。
11.如权利要求1所述的焊接作业测量***,其特征在于:
具有用于存储测量出或计算出的所述工件和焊炬的三维坐标数据的存储部。
12.如权利要求1所述的焊接作业测量***,其特征在于,包括:
测量焊接时间或焊接位置处的作业数据的测量部;和
质量判断部,其基于预先存储的作业数据和由所述测量部测量得到的所述作业数据来判断焊接部的质量。
13.如权利要求12所述的焊接作业测量***,其特征在于:
所述作业数据是焊炬的平均移动速度、焊炬高度、摆焊条件、焊炬角度、焊料的供给量、握持焊炬的手肘的角度、头的位置中的至少一者的数据,
预先存储的所述作业数据是过去熟练者进行焊接时的作业数据。
14.一种焊接作业测量***,其特征在于,包括:
模拟焊炬;
用于测量作业数据的作业数据测量部;
对焊接对象物和所述模拟焊炬进行拍摄来获取位置信息的摄像部;
用于显示由所述摄像部拍摄得到的图像的显示部;
基于所述作业数据和所述位置信息来计算所述焊接对象物和所述焊炬的三维坐标数据的三维坐标测量部;和
运算部,其基于所输入的焊接对象物的三维图形数据和所述三维坐标数据来将所述焊接对象物的形状坐标化,生成所述焊接对象物的形状的坐标数据,
所述显示部显示从所生成的所述焊接对象物的形状的坐标数据和预先存储的作业数据生成的焊接作业的影像。
15.如权利要求14所述的焊接作业测量***,其特征在于:
所述作业数据是焊炬的平均移动速度、焊炬高度、摆焊条件、焊炬角度、焊料的供给量、握持焊炬的手肘的角度、头的位置中的至少一者的数据,
预先存储的所述作业数据是过去熟练者进行焊接时的作业数据。
16.如权利要求14所述的焊接作业测量***,其特征在于:
显示于所述显示部的所述焊接作业的影像是再现与所述模拟焊炬的动作相应的电弧和熔池的影像。
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