次世代の溶接工の訓練に拡張現実がどのように活用されているか

May 09, 2023

この拡張現実ガスメタル アーク溶接セットアップでは、学生が仮想ビードを配置します。

それは黒の芸術です。 ファブ ショップ ツアーでは、学ぶのに何年もかかり、本当に習得できるのは才能のある少数の人だけだということをよく聞きました。 正確にはなぜでしょうか？ 場合によっては、スキルの性質や、ワークを溶接する作業者の触覚や視覚の経験に関係することがありました。 何かがうまくいかなかった場合、彼らはもう一度やり直します。 そしてまた。 そしてまた。 長年。

問題は、深刻な労働者不足を考慮すると、業界にはそんな時間はないということです。 プロセスの基本を軽視せずにトレーニング サイクルを短縮し、生徒がどのような状況で何が機能するのか、そしてなぜ機能するのかを理解できるようにする何らかの方法が必要です。 彼らはただ店に来て、狭いスキルセット（このボタンを押す、この接合部を溶接する）を学び、仕事を始めるわけではありません。 彼らは手順に従いますが、なぜその手順がうまく機能するのかも知っています。

ここでは、拡張現実 (AR) が、特に製造現場で最も実践的なプロセスの 1 つである溶接のニーズを満たす可能性があります。

「私たちは過去 8 年間、拡張現実空間に携わってきましたが、その空間はますます良くなり続けています。私たちは、視覚、音声、触覚の要素を含めて、可能な限り現実に近づけようと努めています。ソフトウェアで正確な溶接溜まりを作成する機能は、ここ数年で大きく進歩しました。」

それは、ウィスコンシン州アップルトンにある Miller Electric Mfg. LLC で、溶接教育および労働力開発を担当するナショナル アカウント マネージャーである Steve Hidden 氏です。同社は、視覚、聴覚、および触覚の溶接体験を統合するテクノロジーである、AugmentedArc® 拡張現実溶接システムを提供しています。 —ガン、ワークピース、ブーンという音、視覚的な合図—溶接がどのように行われるかを考慮してビードがどのように流れるかをシミュレートするソフトウェアを使用します。

学生は、ガスメタル アーク溶接 (GMAW) ガン、シールド金属アーク溶接 (SMAW) 用のスティンガー、またはガス タングステン アーク溶接 (GTAW) トーチを使用できます。 この体験はビデオゲームではありません。 溶接ガンまたはトーチとワークピース上に戦略的に配置された QR コードの位置を読み取るセンサーの組み合わせを使用して、溶接トレーニングへの AR アプローチにより、プロセス全体を通じて学生の動きを追跡します。

学生が初めて溶接ガンを握り、プレート上にビードを置くときのことを想像してみてください。 彼は弧を描き、躊躇し、そしてあまりにも速く動きました。 彼はもう一度挑戦し、燃え尽きます。 飛沫はどこにでも飛び散り、次から次へとクーポンがリサイクル箱に捨てられます。 学生は練習を続け、シールドガスと溶接ワイヤーを使い果たし、ガンのノズルやその他の消耗部品をあらゆる種類の酷使にさらします。 これは見栄えの良いサイトではなく、社内トレーニングを行っている専門学校や製造工場で働いている人ならご存知のように、かなりの費用がかかる可能性があります。

次に、同じ学生が溶接ヘルメットをかぶっていると想像してください。今回は、それぞれ QR コードが付いた奇妙な見た目の GTAW トーチとフィラー ロッドを操作しているだけです。 代わりに、学生のヘルメットのセンサーがこれらのコードを読み取り、学生がラップジョイントに沿って「タングステン」チップをどのように正確に操作するかを判断し、ワークピース上に仮想フィレットを作成します。この場合も、戦略的に配置されたコードで覆われ、すべてのコードは見えなくなります。学生が溶接ヘルメットをかぶったとき。 ヘルメットをかぶると、接合の準備ができている金属製のワークピースが見えます。 プロセス中ずっとフットペダルを踏み続けますが、アーク、スパッタ、金属はまったく発生しません。

彼の隣の学生は、別の奇妙な見た目の装置を手に持っています。今回は SMAW プロセス用の針で、端近くにコードで覆われた「立方体」が付いています。これも溶接ヘルメットを通してはすべて見えません。 彼女は垂直の溝の継ぎ目に沿って慎重に針を操作します。 彼女の隣には別の学生が座っており、この学生はパイプの周りで GMAW 「ガン」のノズルを操作してフランジ溶接を作成しています。

3 つすべてが AR で溶接されています。 実際のアプリケーションで溶接工がするのと同じように、アーク、溶加材、溶接が行われていく様子が見え、溶接の「バズ」という音も聞こえます。 GTAW を練習している学生が一度に大量のフィラーロッドを浸すと、溶接池が反応します。 GMAW を練習している学生の移動速度が速すぎると、やはり溶融池が反応します。 練習用の接合を完了した後、3 人の学生全員が溶接ヘルメットをかぶったままにして、完成した仮想溶接、欠陥などを確認します。

溶接ヘルメットを通して、生徒は溶接アークの仮想表現に加えて、特定のレッスンの理想的な作業位置、移動、スタンドオフを示す特定のマーカーを見ることができます。

ソフトウェアは、それらのエラーがどこでどのように発生したかを正確に指摘します。 ここでは弧の長さが長すぎました。 ここでフィラーロッドの角度がずれていました。 仕事と旅行の角度がずれていました。 それだけでなく、ソフトウェアはそれらの角度がどうあるべきか、そして正確にそれを修正する方法を示します。

次の試行では、生徒の教師が溶接ヘルメットを通して見える視覚補助をオンにして、どの要素がどこにあるべきかを示します。 「私はそれらを『補助輪』と呼んでいます」とヒドゥン氏は語った。 「近すぎるのか？遠すぎるのか？」

視覚補助は動的であり、生徒を指導するために必要に応じて変化します。 たとえば、視覚的な手がかりによって、溶接プログラム中の特定の時点で溶接ガンをどこに置くべきかを学生に示すことができます。 生徒が「追いつく」と、合図が変わります。

「私たちはまた、インストラクターが生徒たちに間違いを犯してもらえるようにしています」とヒドゥン氏は述べ、ソフトウェアは生徒たちに、たとえばガスの設定が間違っているとか、電圧の設定が高すぎるなどのことを教える必要はない、と付け加えた。 。 ソフトウェアは、実際の材料の焼き付きなど、何か問題が発生したときに何が起こるかを正確にシミュレートしていない可能性があります。 しかし、何かがおかしいことを視覚的に示すことができ、生徒は何が問題なのかを自分で理解することができます。 あるいは、教師は何が問題なのかを正確に通知するようにシステムを設定することもできます。

「教師は独自の課題を作成できる」とヒドゥン氏は述べ、どのような「補助輪」記号をいつ表示するかを設定できると付け加えた。 重要なのは、いつ援助をやめて学生を単独飛行させるかを知ることです。 それはすべて、生徒のニーズと、生徒がトレーニングのどの段階にいるかによって異なります。

「[AR]は、理論と実際の応用の間の中間段階として機能します」とミラー社の教育および労働力開発の全国マネージャーであるパトリシア・カー氏は述べ、このテクノロジーは、障害のある学生を含む学生がアークや火花に不快感を抱くのに役立っていると付け加えた、実際に実践する前に自信を持ち、採用網を効果的に広げます。

AR システムは、教育者のニーズに基づいて設計されています。 長年にわたり、ミラー社内外の経験豊富な溶接工や溶接エンジニアがソフトウェア エンジニアと協力して、体験をより現実的なものにしてきました。 学生たちは、溶融金属が接合部の側壁を濡らす水たまりのダイナミクスをすべて見ることができるようになりました。 彼らは、アンダーカットや気孔、不完全な溶け込みを示す可能性のある溶接池の乱れ、および過剰でコストのかかる研削につながる可能性のある過剰溶接の実施を確認しています。

これらすべてから疑問が生じます。AR を溶接工の認定に使用できるでしょうか? 隠れて少し笑った。 「今日はだめだ」と彼は言った。 「このツールは準備がすべてです。AR を使用すると、溶接工は自分の技術を磨き、研究室で練習して認定試験を受ける前に筋肉の記憶を得ることができます。」

筋肉の記憶を獲得することは、特に不適切なテクニックが頭上での棒溶接、非常に長いアーク保持、熱い火花の嵐に巻き込まれるなど、厄介な状況を引き起こす可能性がある場合に、並外れた挑戦となる可能性があります。

AR を使用すると、学生は必要な場所にワークピースを配置して、難しい溶接位置の練習を開始できます。 「フラットとオーバーヘッドを含むすべてのポジションに 7 つのクーポンがあります。AR の美しさにより、私は自分の役 (クーポン) を受け取り、両面テープを貼り、テーブルの下に置くことができます。学生はそれを行うことができます」とヒドゥン氏は語った。テーブルの下に潜り込んで溶接してください。」

学生は溶接ヘルメットを通して溶接を検査し、具体的なフィードバックを受け取ることができます。

繰り返しにより筋肉の記憶力と自信が高まり、学生は実際のオーバーヘッド溶接の世界に備えることができます。 実際にアークが発生すると、適切な溶接技術を維持し、大量の火花が降り注ぐことなくきれいなビードを生成できる可能性が高くなります。

AR システムを使用する学生や専門家は、希望するあらゆるテクニックを練習できますが、Hidden 氏が説明したように、「スコアを付ける」ための特定のテクニックを中心にソフトウェアを構築する必要があります。つまり、溶接と消耗品の位置を追跡する機能を構築する必要があります。 、理想と比較し、その比較に基づいてスコアを付け、改善すべき領域を特定します。 たとえば、GTAW を練習している学生は、特定のジョイント ジオメトリ上で「カップを歩く」ことを希望する場合があります。 筋肉の記憶を得るために動作を実行することはできますが、少なくとも現時点では、システムは包括的なフィードバックを提供することはできません。

もちろん、新しいソフトウェアは常に作成され、改良されています。 カー氏が説明したように、ミラー氏は顧客の声の方法論に従い、テクノロジーの現在および潜在的なユーザーの大多数が要求するソフトウェアを開発してきました。

AR は、現在の状態であっても、何が良好な溶接につながり、何がそうでないのかを正確に特定することで、誤解されている不透明なプロセスをわかりやすくするのに役立ちます。 熟練した人々は高品質の溶接を達成するために多くの方法を講じるため、AR システムの規定に正確に従わなくても失敗が保証されるわけではありません。 それでも、将来的には、スキルを学んで完璧にする人たち、そしておそらく経験豊富な溶接の専門家も、AR を一種の羅針盤、つまり自分の基礎が確実に確立され、次の方向に進んでいることを確認するための参考となるものとしてますます注目するようになるかもしれません。正しい方向へ。 さらに、その過程で消耗品やテスト クーポンを無駄にする必要がありません。