JP7505708B2 - WELDING TRAINING SYSTEM, WELDING TRAINING METHOD, AND PROGRAM - Google Patents

WELDING TRAINING SYSTEM, WELDING TRAINING METHOD, AND PROGRAM Download PDF

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Description

本発明は、溶接作業の訓練を支援する溶接訓練システム、溶接訓練方法、及びプログラムに関する。 The present invention relates to a welding training system, a welding training method, and a program that support training in welding work.

バーチャルリアリティ技術の進展に伴って、当該技術を用いて溶接作業の訓練を支援するシステムが種々提案されている。例えば、特許文献１には、プログラマブルプロセッサベースのサブシステムと、そのサブシステムに作動的に接続された空間追跡装置と、その空間追跡装置が空間的に追跡可能な疑似溶接工具と、ディスプレイ装置とを備えるリアルタイム仮想現実溶接システムが開示されている。このシステムによれば、リアルタイムの溶融金属流動性及び熱放散特性を有する溶接パドル（溶融池）を仮想現実空間でシミュレートすることができ、そのシミュレートした溶接パドルをディスプレイ装置上でリアルタイムに表示することができる。被訓練者は、仮想空間内に表示されている溶接パドルの形状・色などを確認することにより様々な対応を学ぶことができる。 As virtual reality technology advances, various systems have been proposed that use the technology to assist in training welding operations. For example, Patent Document 1 discloses a real-time virtual reality welding system that includes a programmable processor-based subsystem, a spatial tracking device operatively connected to the subsystem, a simulated welding tool that can be spatially tracked by the spatial tracking device, and a display device. With this system, a welding puddle (molten pool) having real-time molten metal fluidity and heat dissipation characteristics can be simulated in a virtual reality space, and the simulated welding puddle can be displayed in real time on a display device. Trainees can learn various responses by checking the shape and color of the welding puddle displayed in the virtual space.

特開２０１８－１２４５８４号公報JP 2018-124584 A

上記の従来のシステムでは、ディスプレイ装置上に表示する溶接パドルを可能な限り現実に近付けることに焦点を当てている。しかしながら、被訓練者のスキルレベルが十分ではないような場合、現実に近い状況が画面上で確認できたとしても、その状況での溶接作業は難易度が高すぎるなどの理由で、適切な訓練を実現することができないおそれがある。 The conventional systems described above focus on making the welding puddle displayed on the display device as realistic as possible. However, if the trainee's skill level is not sufficient, even if a situation close to reality can be seen on the screen, there is a risk that appropriate training cannot be achieved because welding work in that situation is too difficult.

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、スキルレベルが十分ではないような被訓練者であっても適切な訓練が可能な溶接訓練システム、溶接訓練方法、及びプログラムを提供することにある。 The present invention was made in consideration of these circumstances, and its main purpose is to provide a welding training system, welding training method, and program that enable even trainees with insufficient skill levels to receive appropriate training.

本発明者等は、スキルレベルが十分ではない被訓練者が訓練を受ける場合、難易度が低い訓練から開始して徐々に難易度を上げるような手法が適切であると判断し、溶接作業においては、溶接面の窓部を介して観察される溶接作業の状況の見え方を変化させることにより、そのような手法が実現可能であるとの知見を得た。この知見に基づき、本発明者等は下記の発明をした。すなわち、本発明の一の態様の溶接訓練システムは、仮想空間内での溶接作業の状況を表示部に表示させることにより溶接作業の訓練を支援する溶接訓練システムにおいて、前記仮想空間内における溶接面の窓部の透過度を複数段階に調節可能な調節部と、調節した前記透過度に応じた明るさで、前記仮想空間内での溶接作業の状況を前記表示部に表示させる表示制御部と、を備えることを特徴とする。 The inventors have determined that when a trainee with an insufficient skill level is trained, it is appropriate to start with a low level of difficulty and gradually increase the level of difficulty, and have found that in welding work, such a method can be achieved by changing the appearance of the welding work situation observed through the window of the welding mask. Based on this finding, the inventors have made the following invention. That is, a welding training system according to one aspect of the present invention is a welding training system that supports training of welding work by displaying the welding work situation in a virtual space on a display unit, and is characterized in that it comprises an adjustment unit that can adjust the transparency of the window of the welding mask in the virtual space to multiple levels, and a display control unit that displays the welding work situation in the virtual space on the display unit with a brightness according to the adjusted transparency.

前記態様において、前記調節部は、訓練の回数が増えるにしたがって、前記透過度を段階的に下げてもよい。 In the above aspect, the adjustment unit may gradually decrease the transparency as the number of training sessions increases.

また、前記態様において、前記調節部は、被訓練者のスキルレベルに応じて、前記透過度を調節してもよい。 In the above embodiment, the adjustment unit may adjust the transparency depending on the skill level of the trainee.

また、前記態様において、被訓練者による前記仮想空間内でのオブジェクトの操作に基づいて当該被訓練者のスキルレベルを判定する判定部をさらに備え、前記調節部は、判定したスキルレベルに応じて、前記透過度を調節してもよい。 In addition, in the above aspect, the device may further include a determination unit that determines a skill level of the trainee based on the trainee's operation of an object in the virtual space, and the adjustment unit may adjust the transparency according to the determined skill level.

また、前記態様において、前記オブジェクトは、溶接作業に用いられる溶接機器に対応するオブジェクトであり、前記判定部は、前記溶接機器に対応するオブジェクトの移動速度に基づいて前記被訓練者のスキルレベルを判定してもよい。 In the above aspect, the object may be an object corresponding to a welding machine used in welding work, and the determination unit may determine the skill level of the trainee based on the movement speed of the object corresponding to the welding machine.

また、前記態様において、前記調節部は、溶接の種類に応じて、前記透過度を調節してもよい。 In the above aspect, the adjustment unit may adjust the transparency depending on the type of welding.

また、前記態様において、一の種類の溶接に対する前記透過度の段階の数と他の種類の溶接に対する前記透過度の段階の数とが異なっていてもよい。 In addition, in the above embodiment, the number of transparency stages for one type of welding may be different from the number of transparency stages for another type of welding.

本発明の一の態様の溶接訓練方法は、仮想空間内での溶接作業の状況を表示部に表示させることにより溶接作業の訓練を支援する溶接訓練方法において、前記仮想空間内における溶接面の窓部の透過度を複数段階に調節し、調節した前記透過度に応じた明るさで、前記仮想空間内での溶接作業の状況を前記表示部に表示させることを特徴とする。 A welding training method according to one aspect of the present invention is a welding training method that supports training in welding work by displaying the status of welding work in a virtual space on a display unit, characterized in that the transparency of a window portion of the welding surface in the virtual space is adjusted to multiple levels, and the status of welding work in the virtual space is displayed on the display unit at a brightness corresponding to the adjusted transparency.

本発明の一の態様のプログラムは、コンピュータを、仮想空間内での溶接作業の状況を表示部に表示させることにより溶接作業の訓練を支援する溶接訓練装置として機能させるためのプログラムにおいて、前記コンピュータを、前記仮想空間内における溶接面の窓部の透過度を複数段階に調節可能な調節部、及び、調節した前記透過度に応じた明るさで、前記仮想空間内での溶接作業の状況を前記表示部に表示させる表示制御部として機能させるためのものである。 A program according to one aspect of the present invention is a program for causing a computer to function as a welding training device that assists in training welding work by displaying the status of welding work in a virtual space on a display unit, and causes the computer to function as an adjustment unit that can adjust the transparency of the window portion of the welding surface in the virtual space in multiple stages, and a display control unit that causes the display unit to display the status of welding work in the virtual space at a brightness corresponding to the adjusted transparency.

本発明によれば、被訓練者のスキルレベルが十分ではない場合であっても、適切な訓練を実現することができる。 The present invention makes it possible to provide appropriate training even when the trainee's skill level is insufficient.

実施の形態１の溶接訓練システムの構成を示すブロック図。1 is a block diagram showing a configuration of a welding training system according to a first embodiment; 情報処理装置（溶接訓練システム）の構成を示す機能ブロック図。FIG. 2 is a functional block diagram showing the configuration of an information processing device (welding training system). 表示される画面の一例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of a displayed screen. 透過度データベースのレイアウトの一例を示す図。FIG. 13 is a diagram showing an example of the layout of a transparency database. 情報処理装置（溶接訓練システム）の動作の手順を示すフローチャート。4 is a flowchart showing the procedure of the operation of the information processing device (welding training system). 実施の形態２の溶接訓練システムの構成を示すブロック図。FIG. 11 is a block diagram showing the configuration of a welding training system according to a second embodiment.

以下、本発明の好ましい実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に示す各実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための方法及び装置を例示するものであって、本発明の技術的思想は下記のものに限定されるわけではない。本発明の技術的思想は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲内において種々の変更を加えることができる。 The following describes preferred embodiments of the present invention with reference to the drawings. Note that the following embodiments are merely examples of methods and devices for embodying the technical concept of the present invention, and the technical concept of the present invention is not limited to those described below. The technical concept of the present invention may be modified in various ways within the technical scope described in the claims.

（実施の形態１）
［システムの構成］
図１は、実施の形態１の溶接訓練システムの構成を示すブロック図である。本実施の形態の溶接訓練システム１００は、情報処理装置１によって構成される。 (Embodiment 1)
[System Configuration]
1 is a block diagram showing a configuration of a welding training system according to embodiment 1. A welding training system 100 according to the present embodiment is configured by an information processing device 1.

情報処理装置１は、ヘッドマウントディスプレイ（ＨＭＤ）２と通信可能に接続されており、情報処理装置１からの表示制御にしたがって、ＨＭＤ２が備える表示部２１に画像が表示される。また、情報処理装置１は、被訓練者が操作する入力装置３と通信可能に接続されており、入力装置３から入力される情報を用いて各種の処理を実行する。 The information processing device 1 is communicatively connected to a head mounted display (HMD) 2, and images are displayed on a display unit 21 provided in the HMD 2 according to display control from the information processing device 1. The information processing device 1 is also communicatively connected to an input device 3 operated by the trainee, and executes various processes using information input from the input device 3.

本実施の形態において、被訓練者は、ＨＭＤ２の表示部２１に表示されている画像を観察しながら、入力装置３を溶接トーチなどの溶接機器に見立てて操作する。入力装置３は、被訓練者が手で操作可能なハンドコントローラで構成されている。このハンドコントローラは、位置センサを有しており、その位置センサによる検出結果が入力装置３から情報処理装置１に対して出力される。また、ＨＭＤ２も同様に位置センサを有しており、その位置センサによる検出結果がＨＭＤ２から情報処理装置１に対して出力される。 In this embodiment, the trainee operates the input device 3 as if it were a welding device such as a welding torch while observing the image displayed on the display unit 21 of the HMD 2. The input device 3 is configured as a hand controller that the trainee can operate with his or her hand. This hand controller has a position sensor, and the detection result of the position sensor is output from the input device 3 to the information processing device 1. Similarly, the HMD 2 has a position sensor, and the detection result of the position sensor is output from the HMD 2 to the information processing device 1.

次に、情報処理装置１の詳細な構成について説明する。情報処理装置１は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリ、入出力インタフェース、及び通信インタフェース等を含むコンピュータである。情報処理装置１のＣＰＵは、ＲＯＭ又は不揮発性メモリからＲＡＭにロードされたプログラムにしたがって情報処理を実行する。 Next, the detailed configuration of the information processing device 1 will be described. The information processing device 1 is a computer including a CPU, RAM, ROM, non-volatile memory, an input/output interface, and a communication interface. The CPU of the information processing device 1 executes information processing according to a program loaded from the ROM or non-volatile memory to the RAM.

上記のプログラムは、例えば光ディスク又はメモリカード等の情報記憶媒体を介して情報処理装置１に供給されてもよいし、インターネット又はＬＡＮ等の通信ネットワークを介して供給されてもよい。 The above program may be supplied to the information processing device 1 via an information storage medium such as an optical disk or a memory card, or may be supplied via a communication network such as the Internet or a LAN.

図２は、情報処理装置１の構成を示す機能ブロック図である。情報処理装置１は、入力情報取得部１１、位置算出部１２、スキルレベル判定部１３、透過度調節部１４、透過度データベース（ＤＢ）１５、画像生成部１６、及び表示制御部１７を備えている。これらの機能部は、情報処理装置１のＣＰＵがプログラムにしたがって情報処理を実行することによって実現される。 Figure 2 is a functional block diagram showing the configuration of the information processing device 1. The information processing device 1 includes an input information acquisition unit 11, a position calculation unit 12, a skill level determination unit 13, a transparency adjustment unit 14, a transparency database (DB) 15, an image generation unit 16, and a display control unit 17. These functional units are realized by the CPU of the information processing device 1 executing information processing according to a program.

入力情報取得部１１は、入力装置３及びＨＭＤ２から入力される各種の情報を取得する。入力装置３から入力される情報には、被訓練者によって操作される入力装置３の位置を示す位置情報、及び被訓練者が入力装置３を用いて選択した内容を示す選択情報などが含まれる。また、ＨＭＤ２から入力される情報には、ＨＭＤ２の位置を示す位置情報などが含まれる。 The input information acquisition unit 11 acquires various pieces of information input from the input device 3 and the HMD 2. The information input from the input device 3 includes position information indicating the position of the input device 3 operated by the trainee, and selection information indicating the content selected by the trainee using the input device 3. Furthermore, the information input from the HMD 2 includes position information indicating the position of the HMD 2.

位置算出部１２は、入力装置３及びＨＭＤ２から入力された位置情報に基づいて、仮想空間内において表示される各オブジェクトの位置を算出する。 The position calculation unit 12 calculates the position of each object displayed in the virtual space based on the position information input from the input device 3 and the HMD 2.

スキルレベル判定部１３は、入力情報取得部１１又は位置算出部１２から入力される情報に基づいて、被訓練者のスキルレベルを判定する。 The skill level determination unit 13 determines the skill level of the trainee based on the information input from the input information acquisition unit 11 or the position calculation unit 12.

透過度調節部１４は、仮想空間内における溶接面の窓部の透過度（以下、単に「透過度」と称する場合がある）を調節する。窓部の透過度が高くなるほど窓部の色は淡く透明に近づき、反対に透過度が低くなるほど窓部の色は濃く不透明に近づく。窓部の色が透明に近づくと、その窓部を通して観察される各オブジェクトは明るく表示されるため、仮想空間での溶接作業が容易になる。これに対し、窓部の色が不透明に近づくと、その窓部を通して観察される各オブジェクトは暗く表示されるため、仮想空間での溶接作業が困難になる。本実施の形態では、溶接面の窓部の透過度を調節することによって、溶接作業の難易度を変化させる。 The transparency adjustment unit 14 adjusts the transparency (hereinafter sometimes simply referred to as "transparency") of the window portion of the welding surface in the virtual space. The higher the transparency of the window portion, the lighter and more transparent the color of the window portion becomes, and conversely, the lower the transparency, the darker and more opaque the color of the window portion becomes. When the color of the window portion becomes more transparent, each object observed through the window portion appears bright, making welding work in the virtual space easier. In contrast, when the color of the window portion becomes more opaque, each object observed through the window portion appears dark, making welding work in the virtual space more difficult. In this embodiment, the difficulty of welding work is changed by adjusting the transparency of the window portion of the welding surface.

なお、実際の溶接時では光が発生するため、仮想空間での溶接作業においても同様の光を発生させる必要がある。本実施の形態においても、情報処理装置１はそのような光を含む画像を生成するが、その場合に溶接面の窓部を透明にすると、光が明るすぎるために溶接作業の状況を確認することができなくなってしまう。そのため、情報処理装置１は、溶接時に発生する光の明るさを現実空間のものよりも抑えた上で、仮想空間内で表示を行うようにする。これにより、仮想空間内においては、溶接面の窓部を透明にした場合であっても、溶接作業の状況を確認することが可能になる。 Note that since light is generated during actual welding, similar light must also be generated during welding work in virtual space. In this embodiment, the information processing device 1 also generates an image that includes such light, but if the window portion of the welding mask is made transparent in that case, the light will be too bright and it will be impossible to confirm the status of the welding work. For this reason, the information processing device 1 reduces the brightness of the light generated during welding compared to that in real space and displays it in the virtual space. This makes it possible to confirm the status of the welding work in the virtual space even if the window portion of the welding mask is made transparent.

透過度ＤＢ１５は、上記の溶接面の窓部の透過度の設定値を格納するデータベースである。この透過度ＤＢ１５の詳細については後述する。なお、透過度ＤＢ１５は、情報処理装置１がアクセス可能であれば、情報処理装置１の外部に設けられていてもよい。 The transparency DB15 is a database that stores the set values of the transparency of the window portion of the above-mentioned welding surface. Details of this transparency DB15 will be described later. Note that the transparency DB15 may be provided outside the information processing device 1 as long as it is accessible by the information processing device 1.

画像生成部１６は、位置算出部１２により検出された各オブジェクトの位置、及び透過度調節部１４によって調節された溶接面の窓部の透過度に基づいて、仮想空間内に表示される画像を生成する。 The image generation unit 16 generates an image to be displayed in the virtual space based on the position of each object detected by the position calculation unit 12 and the transparency of the window portion of the welding surface adjusted by the transparency adjustment unit 14.

表示制御部１７は、画像生成部１６により生成された画像の表示を、ＨＭＤ２に対して指示する。その結果、画像生成部１６により生成された画像が、ＨＭＤ２の表示部２１に表示される。 The display control unit 17 instructs the HMD 2 to display the image generated by the image generation unit 16. As a result, the image generated by the image generation unit 16 is displayed on the display unit 21 of the HMD 2.

図３は、ＨＭＤ２の表示部２１に表示される画面の一例を示す図である。図３に示す例では、溶接機器であるトーチに対応するトーチオブジェクト４１、そのトーチに取り付けられた溶接棒に対応する溶接棒オブジェクト４２、被溶接材（母材）に対応する母材オブジェクト４３が、画面４０に含まれている。さらに、画面４０には、溶接面の窓部に対応する窓部オブジェクト４４が含まれている。 Figure 3 is a diagram showing an example of a screen displayed on the display unit 21 of the HMD 2. In the example shown in Figure 3, the screen 40 includes a torch object 41 corresponding to a torch, which is a welding device, a welding rod object 42 corresponding to a welding rod attached to the torch, and a base material object 43 corresponding to the material to be welded (base material). In addition, the screen 40 includes a window object 44 corresponding to a window portion of the welding surface.

窓部オブジェクト４４内は、上述した窓部の透過度に応じた明るさで表示される。図３に示す例の場合、トーチオブジェクト４１、溶接棒オブジェクト４２、及び母材オブジェクト４３は何れも窓部オブジェクト４４内に位置しているため、これらの各オブジェクト４１乃至４３は窓部の透過度に応じた明るさで表示されることになる。 The inside of the window object 44 is displayed with a brightness that corresponds to the transparency of the window as described above. In the example shown in FIG. 3, the torch object 41, the welding rod object 42, and the base material object 43 are all located inside the window object 44, so each of these objects 41 to 43 is displayed with a brightness that corresponds to the transparency of the window.

トーチオブジェクト４１及び溶接棒オブジェクト４２は、被訓練者による入力装置３の操作に応じて仮想空間内で移動する。そして、溶接棒オブジェクト４２と母材オブジェクト４３との位置関係に応じて溶接が実施される。このような仮想空間での溶接作業の状況が、ＨＭＤ２の表示部２１に表示されることになる。なお、この溶接時に発生する光は、上述したとおり、現実空間における場合と比べてその明るさが抑えられて表示される。 The torch object 41 and the welding rod object 42 move within the virtual space in response to the trainee's operation of the input device 3. Then, welding is performed according to the positional relationship between the welding rod object 42 and the base material object 43. The status of the welding work in this virtual space is displayed on the display unit 21 of the HMD 2. Note that, as described above, the light generated during this welding is displayed with reduced brightness compared to that in real space.

窓部オブジェクト４４は、被訓練者に装着されたＨＭＤ２の位置に応じて、仮想空間内の位置が決定される。仮想空間における溶接作業の状況は、この窓部オブジェクト４４を通して表示されることになる。 The position of the window object 44 in the virtual space is determined according to the position of the HMD 2 worn by the trainee. The status of the welding work in the virtual space is displayed through this window object 44.

図４は、上述した透過度ＤＢ１５のレイアウトの一例を示す図である。図４に示すとおり、溶接面の窓部の透過度は、溶接の種類毎、且つ被訓練者のスキルレベル毎に規定されている。 Figure 4 is a diagram showing an example of the layout of the above-mentioned transparency DB15. As shown in Figure 4, the transparency of the window portion of the welding surface is specified for each type of welding and each skill level of the trainee.

本実施の形態の場合、溶接の種類として、アーク溶接、半自動溶接、ＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接の３つが定められている。また、被訓練者のスキルレベルは、レベル１乃至３の３段階に定められている。スキルレベルが最も低い場合がレベル１で、最も高い場合がレベル３である。 In this embodiment, three types of welding are defined: arc welding, semi-automatic welding, and TIG (Tungsten Inert Gas) welding. The skill levels of trainees are defined as three levels, levels 1 to 3. The lowest skill level is level 1, and the highest is level 3.

本実施の形態において、透過度は０から１までの値で設定される。透過度が０である場合、溶接面の窓部は透明となり、透過度が１である場合、溶接面の窓部は不透明となる。 In this embodiment, the transparency is set to a value between 0 and 1. When the transparency is 0, the window portion of the welding surface is transparent, and when the transparency is 1, the window portion of the welding surface is opaque.

図４に示す例では、アーク溶接に対して、0,0.3,0.6,0.9の４段階の透過度が設定されており、このうちの0はレベル１に、0.3,0.6はレベル２に、0.9はレベル３にそれぞれ紐付けられている。同様にして、半自動溶接に対しては、0,0.45,0.9の３段階の透過度が設定され、0はレベル１に、0.45はレベル２に、0.9はレベル３にそれぞれ紐付けられている。さらに、ＴＩＧ溶接に対しては、0,0.18,0.36,0.54,0.72,0.9の６段階の透過度が設定され、0,0.18はレベル１に、0.36,0.54はレベル２に、0.72,0.9はレベル３にそれぞれ紐付けられている。 In the example shown in Figure 4, four transparency levels are set for arc welding: 0, 0.3, 0.6, and 0.9, with 0 associated with level 1, 0.3 and 0.6 associated with level 2, and 0.9 associated with level 3. Similarly, three transparency levels are set for semi-automatic welding: 0, 0.45, and 0.9, with 0 associated with level 1, 0.45 associated with level 2, and 0.9 associated with level 3. Furthermore, six transparency levels are set for TIG welding: 0, 0.18, 0.36, 0.54, 0.72, and 0.9, with 0 and 0.18 associated with level 1, 0.36 and 0.54 associated with level 2, and 0.72 and 0.9 associated with level 3.

本実施の形態の場合、溶接作業の難易度が比較的低い半自動溶接については、透過度の段階の数が３となっている。他方、その難易度が比較的高いＴＩＧ溶接については、その段階の数が６となっている。このように、本実施の形態では、溶接作業の難易度に応じて透過度の段階の数を異ならせている。実際の溶接作業の難易度が低い場合は訓練における難易度を大きく上げても被訓練者は対応可能であるのに対し、溶接作業の難易度が高い場合も同様にすると被訓練者は対応が困難になるため、その場合は訓練における難易度を緩やかに上げるのが適切である。そのため、難易度が低い溶接については透過度の段階数を小さくし、難易度が高い溶接については透過度の段階数を大きくすることが好ましい。 In this embodiment, the number of transparency stages is three for semi-automatic welding, which is a relatively low level of difficulty. On the other hand, the number of stages is six for TIG welding, which is a relatively high level of difficulty. In this way, in this embodiment, the number of transparency stages is varied depending on the level of difficulty of the welding work. If the actual welding work is low in difficulty, the trainee can handle it even if the level of difficulty in the training is increased significantly, but if the welding work is high in difficulty, the trainee will have difficulty handling it if the same is done, so in that case it is appropriate to increase the level of difficulty in the training gradually. Therefore, it is preferable to reduce the number of transparency stages for low-difficulty welding and increase the number of transparency stages for high-difficulty welding.

［システムの動作］
次に、上記のように構成された溶接訓練システム１００の動作について、図５に示すフローチャートを参照しながら説明する。
被訓練者は、ＨＭＤ２を装着し、ＨＭＤ２の表示部２１に表示されている訓練の種類を確認する。この訓練の種類には、溶接の種類（アーク溶接・半自動溶接・ＴＩＧ溶接）、母材の種類（すみ肉・Ｖ字開先）、及び母材の置き方（下向き・縦向き・横向き）が含まれる。被訓練者は、これらの溶接、母材、及び母材の置き方のそれぞれについて所望の種類を決定し、入力装置３を用いて選択する。 [System Operation]
Next, the operation of the welding training system 100 configured as above will be described with reference to the flowchart shown in FIG.
The trainee wears the HMD 2 and checks the type of training displayed on the display unit 21 of the HMD 2. The types of training include the type of welding (arc welding, semi-automatic welding, TIG welding), the type of base material (fillet, V-groove), and the way of placing the base material (downward, vertical, horizontal). The trainee determines the desired type of welding, base material, and way of placing the base material, and selects it using the input device 3.

情報処理装置１は、上記のようにして行われた入力装置３による選択を受け付けると（Ｓ１０１）、被訓練者のスキルレベルを判定する（Ｓ１０２）。この場合、上記の訓練の種類と同様にして被訓練者が入力装置３を用いて選択したスキルレベルを、今回の被訓練者のスキルレベルであると判定するなどの処理が行われる。その他にも、情報処理装置１が被訓練者とスキルレベルとが対応付けられたデータベースを予め記憶しておき、そのデータベースを参照することにより今回の被訓練者のスキルレベルを自動的に判定してもよい。 When the information processing device 1 receives the selection made by the input device 3 as described above (S101), it determines the skill level of the trainee (S102). In this case, similar to the type of training described above, the information processing device 1 performs processing such as determining that the skill level selected by the trainee using the input device 3 is the skill level of the current trainee. Alternatively, the information processing device 1 may store in advance a database in which trainees and skill levels are associated with each other, and automatically determine the skill level of the current trainee by referring to the database.

次に、情報処理装置１は、ステップＳ１０１にて取得された溶接の種類、及びステップＳ１０２にて判定された被訓練者のスキルレベルに基づいて、今回の訓練において用いられる溶接面の窓部の透過度を決定する（Ｓ１０３）。例えば、溶接の種類として「アーク溶接」が選択されており、被訓練者のスキルレベルがレベル１である場合、図４に示す例によれば、透過度は０に決定される。なお、同じスキルレベルについて複数の透過度が設定されている場合は、最も小さい値の透過度が採用される。 Next, the information processing device 1 determines the transparency of the window portion of the welding mask to be used in the current training based on the type of welding acquired in step S101 and the skill level of the trainee determined in step S102 (S103). For example, if "arc welding" is selected as the type of welding and the skill level of the trainee is level 1, according to the example shown in FIG. 4, the transparency is determined to be 0. Note that if multiple transparency values are set for the same skill level, the smallest transparency value is used.

以上により、訓練を開始するにあたっての準備処理が完了する。次に、情報処理装置１は、所定のプログラムにしたがって、溶接作業訓練処理を実行する（Ｓ１０４）。この溶接作業訓練処理においては、被訓練者によって操作される入力装置３の位置を示す位置情報、及び被訓練者に装着されたＨＭＤ２の位置を示す位置情報が、情報処理装置１に対して継続して入力される。情報処理装置１は、それらの位置情報に基づいて、トーチオブジェクト４１、溶接棒オブジェクト４２、母材オブジェクト４３、及び窓部オブジェクト４４等の各オブジェクトの仮想空間内での位置を算出し、その算出結果にしたがって画像を生成する。このようにして生成された画像は、情報処理装置１からＨＭＤ２に対して送信され、ＨＭＤ２の表示部２１に表示される。 This completes the preparation process for starting training. Next, the information processing device 1 executes a welding work training process in accordance with a predetermined program (S104). In this welding work training process, position information indicating the position of the input device 3 operated by the trainee and position information indicating the position of the HMD 2 worn by the trainee are continuously input to the information processing device 1. Based on the position information, the information processing device 1 calculates the positions of each object, such as the torch object 41, welding rod object 42, base material object 43, and window object 44, in the virtual space, and generates an image according to the calculation results. The image generated in this manner is transmitted from the information processing device 1 to the HMD 2 and displayed on the display unit 21 of the HMD 2.

上記の溶接作業訓練処理において、情報処理装置１は、ステップＳ１０３にて決定された透過度を用いて、窓部オブジェクト４４内の画像を生成する。具体的には、以下の式にしたがって当該画像が生成される。
displayColor = maskColor × α + backgroundColor × (1 － α)
この式におけるαが溶接面の窓部の透過度であって、上述したとおり０から１までの値をとる。また、maskColorは窓部の色である黒色を、backgroundColorは窓部を通して見える景色を、displayColorは画面上に表示される景色を、それぞれ示している。 In the above welding work training process, the information processing device 1 uses the transparency determined in step S103 to generate an image inside the window object 44. Specifically, the image is generated according to the following formula.
displayColor = maskColor × α + backgroundColor × (1 − α)
In this formula, α is the transparency of the window of the welding surface, and as mentioned above, takes a value between 0 and 1. Also, maskColor indicates the color of the window, which is black, backgroundColor indicates the scenery seen through the window, and displayColor indicates the scenery displayed on the screen.

上記の式から明らかなとおり、情報処理装置１は、窓部オブジェクト４４内における表示が透過度αに応じた明るさとなるように画像を生成する。ここで、透過度αが０に近い値である場合、窓部の色が透明に近づくことになるため、窓部オブジェクト４４内はより明るく表示される。そのため、仮想空間内における溶接作業の難易度が低くなる。他方、透過度αが１に近い値である場合、窓部の色が不透明に近づくことになるため、窓部オブジェクト４４内はより暗く表示される。そのため、仮想空間内における溶接作業の難易度が高くなる。 As is clear from the above formula, the information processing device 1 generates an image so that the display within the window object 44 has a brightness that corresponds to the transparency α. Here, when the transparency α is close to 0, the color of the window approaches transparency, and the inside of the window object 44 is displayed brighter. This reduces the difficulty of welding work in the virtual space. On the other hand, when the transparency α is close to 1, the color of the window approaches opaqueness, and the inside of the window object 44 is displayed darker. This increases the difficulty of welding work in the virtual space.

ステップＳ１０４の溶接作業訓練処理によって一定の訓練が行われた後、情報処理装置１は、訓練を終了させるか否かを判定する（Ｓ１０５）。例えば、被訓練者が入力装置３を用いて訓練終了を指示した場合、または訓練の回数・時間が予め定められた回数・時間に達した場合などに、訓練終了と判定され（Ｓ１０５でＹＥＳ）、処理が終了する。 After a certain amount of training has been performed by the welding work training process in step S104, the information processing device 1 determines whether or not to end the training (S105). For example, when the trainee uses the input device 3 to instruct the end of the training, or when the number of training sessions and the time period have reached a predetermined number of sessions and time, the training is determined to be ended (YES in S105), and the process ends.

情報処理装置１は、訓練を終了させずに継続すると判定した場合（Ｓ１０５でＮＯ）、次回の溶接作業訓練処理において溶接面の窓部の透過度を調節する必要があるか否かを判定するための透過度調節要否判定処理を実行する（Ｓ１０６）。この処理では、例えば、訓練の回数が所定数に達した場合、透過度を下げる必要があると判定される。このように、訓練の回数が増えるにしたがって透過度を段階的に下げることによって、訓練によってスキルが身に付いてきた被訓練者に適した難易度の訓練を実現することができる。 When the information processing device 1 determines that the training should be continued rather than terminated (NO in S105), it executes a transparency adjustment necessity determination process to determine whether or not it is necessary to adjust the transparency of the window portion of the welding mask in the next welding work training process (S106). In this process, for example, when the number of training sessions reaches a predetermined number, it is determined that it is necessary to lower the transparency. In this way, by gradually lowering the transparency as the number of training sessions increases, it is possible to realize training at a level of difficulty appropriate for a trainee who has acquired skills through training.

また、情報処理装置１が、今回の訓練終了後の被訓練者のスキルレベルを判定し、その判定後のスキルレベルに紐付けられている透過度が今回の訓練における透過度と異なる場合に、透過度の調節が必要であると判定してもよい。例えば、トーチオブジェクト４１のような被訓練者によって操作される溶接機器に対応するオブジェクトの移動速度が一定となるような場合（移動速度の分散が所定の閾値よりも小さくなる場合）、情報処理装置１は、被訓練者のスキルが向上したと判断して当該被訓練者のスキルレベルを１段階上げ、その最新のスキルレベルに紐付けられている透過度が今回の訓練における透過度と異なるとき、透過度の調節が必要であると判定する。 The information processing device 1 may also determine the skill level of the trainee after the current training ends, and if the transparency associated with the determined skill level differs from the transparency in the current training, determine that the transparency needs to be adjusted. For example, if the movement speed of an object corresponding to welding equipment operated by the trainee, such as the torch object 41, becomes constant (if the variance of the movement speed becomes smaller than a predetermined threshold), the information processing device 1 determines that the trainee's skill has improved and increases the trainee's skill level by one level, and if the transparency associated with the latest skill level differs from the transparency in the current training, determines that the transparency needs to be adjusted.

また、被訓練者の操作により溶接棒オブジェクト４２の位置が変化した場合に、その溶接棒オブジェクト４２の母材オブジェクト４３に対する角度などに基づいて、情報処理装置１が当該被訓練者のスキルが向上したと判断し、上記と同様の処理を行って透過度調節の要否を判定してもよい。その他にも、被訓練者が訓練中で設定された課題等をクリアできた場合などに、情報処理装置１が当該被訓練者のスキルが向上したと判断して透過度調節の要否を判定してもよい。 In addition, when the position of the welding rod object 42 changes due to the trainee's operation, the information processing device 1 may determine that the trainee's skill has improved based on the angle of the welding rod object 42 relative to the base material object 43, and may perform the same processing as above to determine whether or not the transparency needs to be adjusted. In addition, when the trainee is able to complete a task or the like set during training, the information processing device 1 may determine that the trainee's skill has improved and determine whether or not the transparency needs to be adjusted.

上述したようなスキルレベルを上げる場合とは反対に、溶接作業訓練処理の結果、被訓練者のスキルレベルを下げることもあり得る。例えば、溶接機器に対応するオブジェクトの移動速度が一定とならない場合、または上記の課題等がクリアできない場合などに、情報処理装置１が当該被訓練者のスキルレベルを下げるべきと判断してもよい。その場合、下げられた後のスキルレベルと紐付けられている透過度と今回の訓練における透過度とを比較し、透過度調節の要否が判定される。 In contrast to increasing the skill level as described above, the skill level of the trainee may also be lowered as a result of the welding work training process. For example, if the moving speed of the object corresponding to the welding equipment is not constant, or if the above-mentioned tasks cannot be completed, the information processing device 1 may determine that the skill level of the trainee should be lowered. In this case, the transparency associated with the lowered skill level is compared with the transparency in the current training, and it is determined whether or not the transparency needs to be adjusted.

情報処理装置１は、上記の透過度調節要否判定処理の結果、透過度の調節は必要ではないと判定した場合（Ｓ１０７でＮＯ）、透過度を変更せずにステップＳ１０４に戻り、それ以降上記と同様の処理を実行する。 If the information processing device 1 determines that the transparency adjustment is not necessary as a result of the above-mentioned transparency adjustment necessity determination process (NO in S107), the information processing device 1 returns to step S104 without changing the transparency, and thereafter executes the same process as described above.

他方、透過度の調節が必要であると判定した場合（Ｓ１０７でＹＥＳ）、情報処理装置１は、ステップＳ１０３に戻り、透過度ＤＢ１５に規定されている透過度の中から次回の訓練に用いられる透過度を決定する。例えば、訓練の回数が所定数に達した場合であれば、今回の訓練における透過度よりも一段階低い透過度が選ばれることになる。また、スキルレベルを上げたり下げたりする場合であれば、その最新のスキルレベルに紐付けられている透過度が選ばれることになる。その後、情報処理装置１は、ステップＳ１０４以降の処理を実行する。 On the other hand, if it is determined that the transparency needs to be adjusted (YES in S107), the information processing device 1 returns to step S103 and determines the transparency to be used for the next training from among the transparency levels defined in the transparency DB 15. For example, if the number of training sessions has reached a predetermined number, a transparency level one level lower than the transparency level used in the current training session will be selected. Also, if the skill level is to be raised or lowered, the transparency level associated with the latest skill level will be selected. The information processing device 1 then executes the processes from step S104 onwards.

上記のとおり、本実施の形態では、溶接面の窓部の透過度を適宜調節することが可能である。これにより、仮想空間内での溶接作業の難易度を操作することができるため、被訓練者のスキルレベルに合わせた適切な訓練を実現することができる。例えば、透過度を段階的に下げることにより仮想空間内での溶接作業の難易度を徐々に上げることができ、これによって被訓練者のスキルをスムースに向上させることが可能になる。 As described above, in this embodiment, it is possible to adjust the transparency of the window portion of the welding surface as appropriate. This allows the difficulty of the welding work in the virtual space to be manipulated, making it possible to provide appropriate training that matches the trainee's skill level. For example, by gradually lowering the transparency, it is possible to gradually increase the difficulty of the welding work in the virtual space, thereby enabling the trainee's skills to be smoothly improved.

なお、溶接面の窓部の透過度が不透明に近い場合、訓練における溶接作業が現実空間における溶接作業よりも困難になる場合もありえる。被訓練者がこのような訓練を受けた場合、実際に現実空間にて行われる溶接作業が容易に感じられるというメリットが生じる。 In addition, if the transparency of the window of the welding surface is close to opaque, the welding work in training may be more difficult than welding work in real space. When trainees undergo such training, there is an advantage in that they feel that the welding work actually performed in real space is easy.

（実施の形態２）
実施の形態２では、実施の形態１における情報処理装置及びＨＭＤが一つの装置で構成される。図６は、実施の形態２の溶接訓練システムの構成を示すブロック図である。図６に示すように、本実施の形態の溶接訓練システム２００は、ＨＭＤで構成されており、情報処理部２０１及び表示部２０２を備えている。この情報処理部２０１は、実施の形態１における情報処理装置１に相当し、表示部２０２は、同じく表示部２１に相当する。また、溶接訓練システム２００は、実施の形態１の場合と同様に入力装置３と通信可能に接続される。 (Embodiment 2)
In the second embodiment, the information processing device and HMD in the first embodiment are configured into one device. Fig. 6 is a block diagram showing the configuration of a welding training system in the second embodiment. As shown in Fig. 6, a welding training system 200 in this embodiment is configured with an HMD, and includes an information processing unit 201 and a display unit 202. The information processing unit 201 corresponds to the information processing device 1 in the first embodiment, and the display unit 202 corresponds to the display unit 21. Furthermore, the welding training system 200 is connected to an input device 3 so as to be able to communicate with the input device 3 in the same manner as in the first embodiment.

情報処理部２０１は、実施の形態１における情報処理装置１と同様の処理を実行し、仮想空間内における溶接作業の状況を表示部２０２に表示させる。これにより、本実施の形態において、実施の形態１と同様の作用効果が得られる。 The information processing unit 201 executes the same process as the information processing device 1 in the first embodiment, and causes the display unit 202 to display the status of the welding work in the virtual space. As a result, in the present embodiment, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

（その他の実施の形態）
上記の各実施の形態では、ヘッドマウントディスプレイが用いられているが、本発明はこれに限定されるわけではなく、例えば眼鏡型ディスプレイ等の他のウェアラブルデバイスが用いられてもよい。 (Other embodiments)
In each of the above embodiments, a head mounted display is used, however, the present invention is not limited to this, and other wearable devices such as a glasses-type display may be used.

また、上記の各実施の形態では、溶接面の窓部の透過度がシステム側により決定されているが、被訓練者自身が決定した上で入力装置３などを用いてそれをシステム側に通知するようにしてもよい。例えば、訓練の前後またはその途中に被訓練者が透過度を変更したいと考える場合も想定されるが、そのような場合に被訓練者が自らの判断で透過度を決定してシステム側に知らせ、これを受けたシステム側が透過度を調節した上で上記の溶接作業訓練処理を実行するようにしてもよい。 In addition, in each of the above embodiments, the transparency of the window portion of the welding mask is determined by the system, but the trainee may determine it himself and notify the system using the input device 3 or the like. For example, it is conceivable that the trainee may wish to change the transparency before, during, or after training. In such a case, the trainee may determine the transparency at his/her own discretion and notify the system, which may then adjust the transparency and execute the above-mentioned welding work training process.

また、上記の各実施の形態では、溶接時に発生する光の明るさを現実空間のものよりも抑えた上で、仮想空間内で表示を行うようにしているが、本発明はこれに限定されるわけではない。溶接面の窓部が透明にならない程度の値に透過度を設定すれば、溶接時に発生する光を現実空間における場合と同様の明るさで表示するようにしてもよい。 In addition, in each of the above embodiments, the brightness of the light generated during welding is reduced compared to that in real space and displayed in the virtual space, but the present invention is not limited to this. If the transparency is set to a value that does not make the window portion of the welding surface transparent, the light generated during welding may be displayed with the same brightness as in real space.

また、上記の各実施の形態では、溶接作業の難易度に応じて透過度の段階の数を異ならせているが、同様にして、被訓練者のスキルレベルに応じて透過度の段階の数を異ならせてもよい。スキルレベルが高い場合は訓練における難易度を大きく上げても被訓練者は対応可能であるのに対し、スキルレベルが低い場合も同様にすると被訓練者は対応が困難になるため、その場合は訓練における難易度を緩やかに上げるのが適切である。そのため、スキルレベルが低い被訓練者については透過度の段階数を小さくし、高い訓練者については透過度の段階数を大きくすることが好ましい。 In addition, in each of the above embodiments, the number of transparency stages is varied depending on the difficulty of the welding work, but in a similar manner, the number of transparency stages may be varied depending on the skill level of the trainee. At a high skill level, the trainee can cope with a large increase in the difficulty of the training, whereas at a low skill level, the trainee will have difficulty in the same way, and in that case it is appropriate to gradually increase the difficulty of the training. Therefore, it is preferable to reduce the number of transparency stages for trainees with low skill levels and increase the number of transparency stages for trainees with high skill levels.

１ 情報処理装置
１１ 入力情報取得部
１２ 位置算出部
１３ スキルレベル判定部
１４ 透過度調節部
１５ 透過度データベース
１６ 画像生成部
１７ 表示制御部
２ ヘッドマウントディスプレイ
２１ 表示部
３ 入力装置
４１ トーチオブジェクト
４２ 溶接棒オブジェクト
４３ 母材オブジェクト
４４ 窓部オブジェクト
１００，２００ 溶接訓練システム REFERENCE SIGNS LIST 1 Information processing device 11 Input information acquisition unit 12 Position calculation unit 13 Skill level determination unit 14 Transparency adjustment unit 15 Transparency database 16 Image generation unit 17 Display control unit 2 Head-mounted display 21 Display unit 3 Input device 41 Torch object 42 Welding rod object 43 Base material object 44 Window object 100, 200 Welding training system

Claims (3)

仮想空間内での溶接作業の状況を表示部に表示させることにより溶接作業の訓練を支援する溶接訓練システムにおいて、
前記表示部における表示の明るさを調節することにより、前記仮想空間内における溶接作業の難易度を調節する調節部
を備えることを特徴とする、溶接訓練システム。 A welding training system that supports training in welding work by displaying the state of welding work in a virtual space on a display unit,
and an adjustment unit that adjusts the difficulty of the welding work in the virtual space by adjusting the brightness of the display on the display unit. 仮想空間内での溶接作業の状況をコンピュータが表示部に表示させることにより溶接作業の訓練を支援する溶接訓練方法において、
前記コンピュータが、前記表示部における表示の明るさを調節することにより、前記仮想空間内における溶接作業の難易度を調節することを特徴とする、溶接訓練方法。 A welding training method for supporting training of welding work by having a computer display a welding work situation in a virtual space on a display unit, comprising:
A welding training method, characterized in that the computer adjusts the difficulty of the welding work in the virtual space by adjusting the brightness of the display on the display unit. コンピュータを、仮想空間内での溶接作業の状況を表示部に表示させることにより溶接作業の訓練を支援する溶接訓練装置として機能させるためのプログラムにおいて、
前記コンピュータを、
前記表示部における表示の明るさを調節することにより、前記仮想空間内における溶接作業の難易度を調節する調節部
として機能させるためのプログラム。 A program for causing a computer to function as a welding training device that supports training in welding work by displaying the state of welding work in a virtual space on a display unit, comprising:
The computer,
a program for causing the display unit to function as an adjustment unit that adjusts the difficulty of the welding work in the virtual space by adjusting the brightness of the display on the display unit.
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