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JP2006171184A - Skill evaluation system and skill evaluation method - Google Patents

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JP2006171184A
JP2006171184A JP2004361238A JP2004361238A JP2006171184A JP 2006171184 A JP2006171184 A JP 2006171184A JP 2004361238 A JP2004361238 A JP 2004361238A JP 2004361238 A JP2004361238 A JP 2004361238A JP 2006171184 A JP2006171184 A JP 2006171184A
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JP
Japan
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pattern
work
feature
skill
data
Prior art date
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Pending
Application number
JP2004361238A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Masatake Sakuma
正剛 佐久間
Ryusuke Tsuboi
竜介 坪井
Katsumi Kubo
克巳 久保
Satoru Asai
知 浅井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2004361238A priority Critical patent/JP2006171184A/en
Publication of JP2006171184A publication Critical patent/JP2006171184A/en
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a system and method for skill evaluation capable of easily and objectively evaluating the proficiency level of a worker to do the work in various works wherein the individual worker's skill is made much of. <P>SOLUTION: A device for evaluating the level of skill of the worker who needs to acquire the skill for the work comprises: a work measuring/detecting device which measures the condition of the work related to the work requiring the skill to be evaluated and detects it as quantitative behavior data and work condition data; a signal processing device which extracts and processes necessary time sequential signals out of the behavior data and the work condition data; a pattern feature extracting device which extracts a specific significant pattern from the processing result of the signal processing means; a pattern storing device 16 which stores previously established model data and information concerning its data scope/pattern; a pattern comparing device which compares the model data pattern stored in the pattern storing device with the worker's pattern extracted by the feature extracting device; a feature expressing device which selectively expresses at least one feature quantity out of the result of the comparison by the pattern comparing device; and a skill evaluation result presenting device 19 which presents an index obtained by making multi-dimensional feature amount which the feature expressing device can express into one dimension as an evaluation result. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、作業者の技能水準を客観的に評価する技能評価システムおよび技能評価方法に関する。   The present invention relates to a skill evaluation system and a skill evaluation method for objectively evaluating a skill level of an operator.

従来、特殊作業で必要とされる熟練技能を習得するためには、科学的かつ統一的な訓練手段はなく、専門家の能力に依存する部分は大きい。一般的には、その分野の専門家であるトレーナー、コーチ、インストラクターなどが学習者を個別的に指導している。かかる事情から、従来の技能評価システムは、作業者の作業時間を測定し、時間を管理して技能習得を図るべき作業ポイントを明確化し、効率化を図るものが大半である。   Conventionally, there is no scientific and uniform training means to acquire the skilled skills required for special work, and the part that depends on the ability of experts is large. In general, trainers, coaches, and instructors who are specialists in the field provide individual instruction to learners. Under such circumstances, most of the conventional skill evaluation systems measure the work time of the worker, clarify the work points where the skill should be acquired by managing the time, and improve the efficiency.

例えば、特許文献1に記載されるように、作業者の作業所要時間を測定し、作業者の実作業時間の合計である全実作業時間とを比較し、全実作業時間が全標準作業時間を超過したとき、各作業工程において実作業時間が標準作業時間を超過した作業工程を検出して作業者の作業習熟度を評価し、その評価結果を習熟度データベースに記録する装置がある。
特開2001−166679号公報
For example, as described in Patent Document 1, the work required time of an operator is measured, compared with the total actual work time that is the sum of the actual work hours of the worker, and the total actual work time is the total standard work time. There is a device that detects a work process whose actual work time exceeds the standard work time in each work process, evaluates the work proficiency level of the worker, and records the evaluation result in a proficiency level database.
JP 2001-166679 A

しかしながら、上述した特許文献1にあるような作業習熟支援装置にあっては、作業のモニタリングの粒度が粗く、作業者一人一人の技能にまで踏み込んだ分析を行うことは困難であった。また、特殊作業を対象とした熟練技能の修得のためには、上述の特許文献1に開示されるような時間による分析結果の提示だけでは十分とはいえなかった。従って、作業者一人一人の挙動や作業の特徴をより詳細に分析し、その特徴について作業者自身が理解可能な形で提示することが必要不可欠であると考えられる。   However, in the work learning support apparatus as described in Patent Document 1 described above, the granularity of work monitoring is coarse, and it is difficult to perform analysis that goes into the skills of each worker. In addition, in order to acquire skilled skills for special work, it is not sufficient to present analysis results based on time as disclosed in Patent Document 1 described above. Therefore, it is considered indispensable to analyze the behavior and characteristics of each worker in detail and present the characteristics in a form that the worker can understand.

一方、人間による作業は、自動機械やロボットに比べて作業対象の形状などの作業条件の変化に対する柔軟な対応が可能であるが、作業品質の安定性や作業能率の点で大きく劣るといった点が指摘されている。   On the other hand, human work can flexibly respond to changes in work conditions such as the shape of work objects compared to automatic machines and robots, but it is significantly inferior in terms of work quality stability and work efficiency. It has been pointed out.

他方、訓練中あるいは施工作業中作業者本人が行なった作業の状況が、これら教育プログラムや熟練者の作業に見られる客観的特徴と比べてどのような特徴を有しており、またそれをどのように修正していくことが望ましいかという指針を客観的・定量的に把握することは従来まったく困難であり、自分の癖、性癖や特徴というものを認識することは既存の訓練システム並びに教育プログラムにおいても実現は不可能であった。   On the other hand, what are the characteristics of the work performed by the worker himself during training or construction work compared to objective features found in these educational programs and the work of skilled workers, and what It has been difficult to understand objectively and quantitatively the guideline on whether it is desirable to make corrections. Recognizing your own habits, peculiarities and characteristics is an existing training system and educational program. However, it was impossible to realize.

従来、これらの情報の取得・分析は心理学分野が主に研究の対象としていたという背景もあり、研究機関の一室等、測定機器、測定環境の標準化には非常に適当かつ理想的ではあるが実際の作業が行われる現場とはまったく条件・環境の異なる状況において行われることが通常であった。このような測定条件の理想化は、測定装置が大型化したり、作業環境そのものの温度・湿度をはじめとする各種測定条件が測定機器にとって必ずしも所定の測定精度を再現するのに不適当なものであったりすることに起因していると考えることができる。   Traditionally, the acquisition and analysis of this information has been mainly targeted in the field of psychology, and it is very appropriate and ideal for standardization of measuring instruments and measurement environments such as a room in a research institution. However, it was usually done in a situation where the conditions and environment were completely different from the actual work site. Such idealization of measurement conditions is not appropriate for measuring equipment, which is not always suitable for the measurement equipment to reproduce the specified measurement accuracy, such as the size of the measuring device and the various measurement conditions including the temperature and humidity of the working environment itself. It can be thought that it is caused by what happens.

すなわち、従来の作業環境ではその作業状態をオンラインで監視したり、作業を情報提供等で支援したりするような適用例はなく、作業を監視した結果に基づき,作業者の技量を評価する方法として応用する事例は、作業に応じて変化する作業項目の選択といった問題や、作業環境を阻害せずに計測する装置が知られておらず、従来から困難であると考えられてきた。   In other words, in the conventional work environment, there is no application example of monitoring the work status online or supporting the work by providing information, etc., and a method for evaluating the skill of the worker based on the result of monitoring the work As an example of application, the problem of selecting a work item that changes according to work and an apparatus that does not hinder the work environment are not known, and it has been considered to be difficult.

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、作業者個々の技能が重要視される様々な作業について、作業を詳細に分析し、定量的な分析結果に基づき、その作業を行う作業者の習熟レベルを容易かつ客観的に評価するともに、作業者自身の習熟レベルを他の作業者の習熟レベルと定量的に比較可能な技能評価システムおよび技能評価方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and analyzes the work in detail and performs the work on the basis of the quantitative analysis results for various works where individual skills of workers are regarded as important. The purpose is to provide a skill evaluation system and a skill evaluation method that can easily and objectively evaluate the proficiency level of a worker and quantitatively compare the proficiency level of the worker with the proficiency level of other workers. To do.

また、他の目的としては、多次元的な作業の特徴を一次元化して作業者に理解しやすい形で表現し提示することにある。   Another object is to make the features of multidimensional work one-dimensional and express and present it in a form that is easy for the operator to understand.

本発明に係る技能評価システムは、上述した課題を解決するため、請求項1に記載したように、作業の技能を修得する必要がある作業者の技能水準を評価する装置において、評価の対象となる技能が必要とされる作業に関連した作業の状態を測定し定量的な挙動データおよび作業状態データとして検出する作業測定検出手段と、前記挙動データおよび作業状態データから必要な時系列信号を抽出し処理する信号処理手段と、前記信号処理手段が、信号処理を行った結果から特定の有意なパターンを抽出するパターン特徴抽出手段と、あらかじめ構築された模範的なデータおよびそのデータ範囲・パターンに関する情報を記憶するパターン記憶手段と、前記パターン記憶手段が記憶する模範的なデータのパターンと前記特徴抽出手段が抽出した当該作業者のパターンとを比較するパターン比較手段と、前記パターン比較手段が比較した結果から少なくとも1つ以上の特徴量を選択的に表現する特徴表現手段と、前記特徴表現手段が表現し得る多次元の特徴量を一次元化した指標を評価結果として提示する技能評価結果提示手段とを具備することを特徴とする。   In order to solve the above-described problem, the skill evaluation system according to the present invention is an apparatus for evaluating the skill level of an operator who needs to acquire work skills as described in claim 1, and Work measurement detection means for measuring the state of work related to work that requires a certain skill and detecting it as quantitative behavior data and work state data, and extracting necessary time series signals from the behavior data and work state data Signal processing means for processing, pattern feature extraction means for extracting a specific significant pattern from the result of signal processing performed by the signal processing means, exemplary data constructed in advance, and the data range / pattern thereof Pattern storage means for storing information, exemplary data patterns stored in the pattern storage means, and extracted by the feature extraction means A pattern comparison unit that compares the pattern of the operator, a feature expression unit that selectively expresses at least one feature amount from the result of comparison by the pattern comparison unit, and a feature expression unit that can be expressed by the feature expression unit. Skill evaluation result presenting means for presenting an index obtained by making a one-dimensional feature quantity into one dimension as an evaluation result is provided.

本発明に係る技能評価方法は、上述した課題を解決するため、請求項8に記載したように、作業の技能を修得する必要がある作業者の技能水準を評価する方法であり、評価の対象となる技能が必要とされる作業に関連した作業の状態を測定し定量的な挙動データおよび作業状態データを検出して収録する挙動・作業状態データ検出収録ステップと、この挙動・作業状態データ検出収録ステップで検出された挙動データおよび作業状態データから必要な時系列信号を抽出し処理する信号処理ステップと、この信号処理ステップで信号処理を行った結果から特定の有意なパターンを抽出する特徴抽出ステップと、あらかじめ構築された模範的なデータのパターンと前記特徴抽出ステップで抽出された当該作業者のパターンとを比較するパターン比較ステップと、このパターン比較ステップでの比較結果から少なくとも1つ以上の特徴量を選択的に表現する特徴表現ステップおよびこの特徴表現ステップで表現し得る多次元の特徴量を一次元化した指標を評価結果として提示する技能評価結果提示ステップの少なくとも何れかの処理ステップを行い、その結果を提示する結果提示ステップとを具備することを特徴とする。   The skill evaluation method according to the present invention is a method for evaluating the skill level of an operator who needs to acquire work skills as described in claim 8 in order to solve the above-described problems, and is subject to evaluation. Behavior / work state data detection and recording step to detect and record quantitative behavior data and work state data by measuring the state of work related to work that requires skills to become, and detection of this behavior / work state data A signal processing step that extracts and processes the necessary time-series signals from the behavior data and work state data detected in the recording step, and a feature extraction that extracts a specific significant pattern from the result of signal processing in this signal processing step A pattern ratio for comparing the step and the pattern of the exemplary data constructed in advance with the pattern of the worker extracted in the feature extraction step Evaluating a step and a feature expression step that selectively expresses at least one feature amount from the comparison result in the pattern comparison step, and a one-dimensional index of multidimensional feature amounts that can be expressed in the feature expression step It includes a result presentation step of performing at least one processing step of a skill evaluation result presentation step presented as a result and presenting the result.

本発明に係る技能評価システムおよび技能評価方法によれば、作業者個々の技能が重要視される様々な作業について、作業を詳細に分析し、定量的な分析結果に基づき、その作業を行う作業者の習熟レベルを容易かつ客観的に評価するともに、作業者自身の習熟レベルを他の作業者の習熟レベルと定量的に比較することができる。   According to the skill evaluation system and the skill evaluation method according to the present invention, the work is analyzed in detail for various work in which the skill of each worker is regarded as important, and the work is performed based on the quantitative analysis result. It is possible to easily and objectively evaluate an operator's proficiency level and quantitatively compare an operator's own proficiency level with other workers' proficiency levels.

また、多次元的な作業の特徴を一次元化して表現し提示することができるので、作業者やインストラクタ等に多次元的な作業の特徴をより容易に理解することができる。さらに、多次元的な作業の特徴を一次元化して表現し提示するので、当該技能を修得していない者であっても、作業者の当該技能の評価結果を明確に判断できる。   Further, since the features of the multidimensional work can be expressed and presented in a one-dimensional manner, the features of the multidimensional work can be more easily understood by an operator, an instructor, or the like. Furthermore, since the features of the multidimensional work are expressed and presented in a one-dimensional manner, even a person who has not acquired the skill can clearly judge the evaluation result of the skill of the worker.

以下、本発明に係る技能評価システムおよび技能評価方法の実施例について、添付の図面を参照して説明する。   Embodiments of a skill evaluation system and a skill evaluation method according to the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明に係る技能評価システムの一実施例である技能評価システム10について構成を概略的に表した構成概略図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of a skill evaluation system 10 which is an embodiment of the skill evaluation system according to the present invention.

技能評価システム10とは、当該作業を行う作業者が必要とされる技能をどの程度習得しているかを評価するための装置である。すなわち、技能評価システム10は、作業者の技能水準がどのレベルにあるのかを客観的に評価する装置である。   The skill evaluation system 10 is an apparatus for evaluating how much the operator who performs the work has acquired the required skill. That is, the skill evaluation system 10 is an apparatus that objectively evaluates the level of the skill level of the worker.

図1に示すように、技能評価システム10は、評価の対象となる作業が行われる際に、当該作業を行う環境(以下、作業環境とする)や作業自体に関するデータ(以下、作業状態データとする)および作業者の作業中の挙動に関するデータ(以下、挙動データとする)を測定・検出する作業測定検出手段としての作業測定・検出装置13と、作業測定・検出装置13が測定・検出した作業状態データおよび挙動データから、それぞれ、必要な時系列信号を抽出して信号処理する信号処理手段としての信号処理装置14と、信号処理後の時系列信号から特定の有意なパターンを抽出するパターン特徴抽出手段としてのパターン特徴抽出装置15と、あらかじめ構築された模範的なデータやそのデータ範囲・パターンに関する情報を記憶するパターン記憶手段としてのパターン記憶装置16と、パターン記憶装置16に記憶されたデータ・パターンと当該作業者によるパターンを比較するパターン比較手段としてのパターン比較装置17と、パターン比較装置17の比較結果から特徴量を表現する特徴表現手段としての特徴表現装置18と、特徴表現装置18が表現し得る多次元(複数)の特徴量を一次元化して得られる指標を当該作業者の技能評価結果として提示する技能評価結果提示手段としての技能評価結果提示装置19とを具備する。   As shown in FIG. 1, when a work to be evaluated is performed, the skill evaluation system 10 includes data relating to an environment for performing the work (hereinafter referred to as a work environment) and work itself (hereinafter referred to as work state data). And the work measurement / detection device 13 as work measurement detection means for measuring / detecting data on the behavior of the worker during work (hereinafter referred to as behavior data), and the work measurement / detection device 13 measured / detected A signal processing device 14 as signal processing means for extracting and processing a necessary time series signal from the work state data and behavior data, and a pattern for extracting a specific significant pattern from the time series signal after signal processing Pattern feature extraction device 15 as feature extraction means, and a pattern storage device for storing pre-constructed exemplary data and data range / pattern information From the comparison results of the pattern storage device 16 as the pattern storage device, the pattern comparison device 17 as the pattern comparison device for comparing the data pattern stored in the pattern storage device 16 with the pattern by the operator, and the pattern comparison device 17 A feature expression device 18 as a feature expression means for expressing a feature amount, and an index obtained by converting the multi-dimensional (plurality) feature amount that can be expressed by the feature expression device 18 into one dimension are presented as a skill evaluation result of the worker. And a skill evaluation result presentation device 19 as a skill evaluation result presentation means.

次に、技能評価システム10が具備する各装置13〜19の構成をより具体的に説明する。なお、後述する図2〜図9の説明は、技能評価システム10が評価する対象作業を手溶接作業とした場合の例である。   Next, the configurations of the devices 13 to 19 included in the skill evaluation system 10 will be described more specifically. In addition, description of FIGS. 2-9 mentioned later is an example at the time of making the target operation | work evaluated by the skill evaluation system 10 into a manual welding operation | work.

図2に、技能評価システム10における作業測定・検出装置13の一実施例の構成を概略的に表した構成概略図を示す。   FIG. 2 is a schematic configuration diagram schematically showing the configuration of an embodiment of the work measurement / detection device 13 in the skill evaluation system 10.

技能評価システム10における作業測定・検出装置13は、定量的な作業状態データおよび挙動データを測定・検出するための装置であり、単一または複数の時系列信号を同期的に測定、検出および収録する機能を有する。   The work measurement / detection device 13 in the skill evaluation system 10 is a device for measuring and detecting quantitative work state data and behavior data, and synchronously measures, detects and records single or multiple time series signals. It has the function to do.

また、作業測定・検出装置13は、単一または複数の時系列信号を同期的に測定、検出および収録する機能を用いて、評価の対象となる技能で必要とされる作業に関連した作業の状態を測定し定量的な挙動データおよび作業状態データとして検出する挙動・作業状態データ検出収録ステップを行う。   In addition, the work measurement / detection device 13 uses functions for synchronously measuring, detecting, and recording a single or a plurality of time-series signals to perform work related to work required for the skill to be evaluated. A behavior / working state data detection and recording step is performed in which the state is measured and detected as quantitative behavioral data and work state data.

ところで、作業測定・検出装置13の上記機能は、例えば、時系列信号を測定・検出するセンシングデバイス等のセンサ類が有するセンシング機能と、単一または複数の時系列信号の同期化する信号同期化機能と、同期化された信号を収録する信号収録機能とを備えることで実現することができる。つまり、作業測定・検出装置13は、センシング機能を有するセンサ類と、信号同期化機能および信号収録機能を有する信号同期化・収録手段とを備える構成とすることで、単一または複数の時系列信号を同期的に測定、検出および収録することができる。   By the way, the above function of the work measurement / detection device 13 is, for example, a signal synchronization that synchronizes a single or a plurality of time series signals with a sensing function of sensors such as a sensing device that measures and detects time series signals. This can be realized by providing a function and a signal recording function for recording a synchronized signal. That is, the work measurement / detection device 13 includes a sensor having a sensing function and a signal synchronization / recording unit having a signal synchronization function and a signal recording function, so that a single or a plurality of time series are provided. Signals can be measured, detected and recorded synchronously.

より具体的に説明すれば、作業測定・検出装置13は、図2に示すように、センサ類としてのCCDカメラ21、ジャイロセンサ22、加速度センサ23、モーションセンサ24および温度センサ25と、CCDカメラ21、ジャイロセンサ22、加速度センサ23、モーションセンサ24および温度センサ25の各々から得られるアナログ信号をデジタル信号に変換するAD変換手段としてのAD変換装置26と、複数のデジタル信号を同期信号として並列的に収録可能な信号同期化・収録手段としての多チャンネルマルチプレクサ27と、手溶接作業用の溶接用制御器29とを備える。   More specifically, as shown in FIG. 2, the work measurement / detection device 13 includes a CCD camera 21, a gyro sensor 22, an acceleration sensor 23, a motion sensor 24, a temperature sensor 25, and a CCD camera as sensors. 21, AD converter 26 as AD conversion means for converting an analog signal obtained from each of gyro sensor 22, acceleration sensor 23, motion sensor 24, and temperature sensor 25 into a digital signal, and a plurality of digital signals in parallel as synchronization signals A multi-channel multiplexer 27 as a signal synchronization / recording means capable of recording and a welding controller 29 for manual welding work.

CCDカメラ21は、作業者の挙動、作業環境および作業自体の状況を視覚的に捉えた映像情報、すなわち、視覚的な作業状態データおよび挙動データを検出する。検出された映像情報は、デジタル信号として出力され、多チャンネルマルチプレクサ27へ入力される。   The CCD camera 21 detects video information that visually captures the worker's behavior, the work environment, and the status of the work itself, that is, visual work state data and behavior data. The detected video information is output as a digital signal and input to the multi-channel multiplexer 27.

なお、CCDカメラ21の個数や仕様(例えば、画素数、焦点距離、動作温度、その他)は、評価対象となる作業の性質に応じて適宜選択して構わない。   Note that the number and specifications of the CCD camera 21 (for example, the number of pixels, focal length, operating temperature, etc.) may be appropriately selected according to the nature of the work to be evaluated.

例えば、作業の状況を計測する目的でCCDカメラ21を使用する場合、三次元的な座標をカメラ視野内の相対的な位置関係から算出する処理を目的として同じ対象を別な方位から測定したり、相互に異なる視野角に配置して作業の進行に伴う作業者や作業位置の変化に対応し、測定対象を持続的に捕捉し続けたり、巨視的な作業者挙動と微視的な作業状態の推移の把握を目的として倍率が異なるカメラを複数使用したりすることが想定でき、CCDカメラ21の使用方法に制限や制約はない。   For example, when the CCD camera 21 is used for the purpose of measuring the status of work, the same object is measured from different directions for the purpose of calculating three-dimensional coordinates from the relative positional relationship in the camera field of view. In response to changes in workers and work positions as the work progresses, they are placed at different viewing angles, and the measurement object can be continuously captured, macroscopic worker behavior and microscopic work conditions. It is possible to use a plurality of cameras with different magnifications for the purpose of grasping the transition of the camera, and there are no restrictions or restrictions on how to use the CCD camera 21.

ジャイロセンサ22、加速度センサ23およびモーションセンサ24は、作業者の作業中の姿勢や作業対象との相対的な位置関係に関する三次元情報を検出するための装置である。検出された三次元情報は、デジタル信号として出力され、多チャンネルマルチプレクサ27へ入力される。   The gyro sensor 22, the acceleration sensor 23, and the motion sensor 24 are devices for detecting three-dimensional information regarding the posture of the worker during work and the relative positional relationship with the work target. The detected three-dimensional information is output as a digital signal and input to the multi-channel multiplexer 27.

温度センサ25は、作業環境および作業自体の状況を物体の温度という観点から捉えるべく、作業に関わる物体(例えば、溶接対象物)の温度情報を作業状態データおよび挙動データとして検出する。検出された温度情報は、デジタル信号として出力され、多チャンネルマルチプレクサ27へ入力される。   The temperature sensor 25 detects temperature information of an object (for example, an object to be welded) related to the work as work state data and behavior data in order to grasp the work environment and the state of the work itself from the viewpoint of the temperature of the object. The detected temperature information is output as a digital signal and input to the multichannel multiplexer 27.

なお、ジャイロセンサ22、加速度センサ23、モーションセンサ24および温度センサ25は、検知した情報をデジタル信号として出力する方式(デジタル式)およびアナログ信号として出力する方式(アナログ式)のいずれを採用しても構わないが、アナログ式を採用する場合には、AD変換装置26を用いてセンサ出力をAD変換した後に多チャンネルマルチプレクサ27へ入力する必要がある。   The gyro sensor 22, the acceleration sensor 23, the motion sensor 24, and the temperature sensor 25 employ either a method for outputting detected information as a digital signal (digital type) or a method for outputting as an analog signal (analog type). However, when an analog system is adopted, it is necessary to AD-convert the sensor output using the AD converter 26 and then input it to the multi-channel multiplexer 27.

また、作業測定・検出装置13が備えるセンサ類21〜25は、実験室などでの特殊な条件を除き、CCDカメラ21等の非接触式のセンシングデバイスを主に活用することが望ましい。センサ類21〜25が接触式のセンシングデバイスの場合、実際の作業において、センサ類自体が作業遂行の阻害要因となるためである。   The sensors 21 to 25 included in the work measurement / detection device 13 preferably use a non-contact sensing device such as the CCD camera 21 except for special conditions in a laboratory or the like. This is because when the sensors 21 to 25 are contact-type sensing devices, the sensors themselves become a hindrance to the performance of the work in actual work.

AD変換装置26は、作業において使用する装置の状態のモニタリング信号として得られるアナログ信号をデジタル信号に変換する。なお、AD変換装置26に入力されるアナログ信号の数は、単数であるか複数であるかを問わず対応できるものとする。   The AD conversion device 26 converts an analog signal obtained as a monitoring signal of the state of the device used in the work into a digital signal. It should be noted that the number of analog signals input to the AD converter 26 can be handled regardless of whether it is singular or plural.

また、AD変換装置26は、並列的にアナログ信号を変換できる装置を前提としたが、入力されるアナログ信号が単数の場合しか対応できない装置であっても構わない。但し、この場合、デジタル信号に変換したいアナログ信号の数と同数のAD変換装置26を用意する必要がある。   The AD converter 26 is premised on a device that can convert an analog signal in parallel. However, the AD converter 26 may be a device that can handle only a single analog signal. However, in this case, it is necessary to prepare the same number of AD converters 26 as the number of analog signals to be converted into digital signals.

多チャンネルマルチプレクサ27は、複数のデジタル信号を同期信号として並列的に収録する機能を有する。多チャンネルマルチプレクサ27が収録したデジタル信号は、図1に示すように、信号処理装置14に入力される。なお、多チャンネルマルチプレクサ27は、センサ類21〜25の少なくともいずれかと一体的に構成されても構わない。   The multi-channel multiplexer 27 has a function of recording a plurality of digital signals in parallel as synchronization signals. The digital signal recorded by the multi-channel multiplexer 27 is input to the signal processing device 14 as shown in FIG. The multi-channel multiplexer 27 may be configured integrally with at least one of the sensors 21 to 25.

溶接用制御器29は、手溶接作業に使用するトーチ運棒へ電源を供給するとともに制御を行う。また、溶接用制御器29がトーチ運棒を制御する制御情報は、作業者の挙動、作業環境および作業自体の状況を把握する上で参考となる情報と考えられる。そこで、トーチ運棒を制御するための制御情報、すなわち、溶接用制御器29から出力される制御信号(アナログ信号)は、AD変換装置26を経由してデジタル信号に変換された後、多チャンネルマルチプレクサ27へ入力される。   The welding controller 29 supplies power to the torch bar used for manual welding work and controls it. In addition, the control information for controlling the torch bar by the welding controller 29 is considered to be information that is useful for grasping the behavior of the worker, the work environment, and the situation of the work itself. Therefore, control information for controlling the torch bar, that is, a control signal (analog signal) output from the welding controller 29 is converted into a digital signal via the AD converter 26, and then the multi-channel. Input to the multiplexer 27.

このように構成される作業測定・検出装置13では、単一または複数の時系列信号を同期的に測定、検出および収録する機能が実現され、挙動・作業状態データ検出収録ステップを行うことができる。   The work measurement / detection device 13 configured as described above realizes a function of synchronously measuring, detecting, and recording a single or a plurality of time-series signals, and can perform a behavior / work state data detection / recording step. .

作業測定・検出装置13が行う挙動・作業状態データ検出収録ステップとしては、まず、溶接プロセスにおける温度を含む金属の溶融現象のモニタリングとともに溶接士のトーチ運棒挙動や溶融池周辺の注視点の挙動の計測・検出を複数のCCDカメラ21が行う。また、溶接士の持つトーチ運棒の相対的な挙動および姿勢の変化の計測・検出をジャイロセンサ22、加速度センサ23およびモーションセンサ24が行い、溶融池(およびその周辺)の温度の計測を温度センサ25が行う。さらに、溶接用制御器29から制御信号(アナログ信号)が、AD変換装置26に入力され、AD変換装置26は、入力された制御信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する。   The behavior measurement / detection data detection and recording step performed by the work measurement / detection device 13 includes the monitoring of the melting phenomenon of the metal including the temperature in the welding process and the behavior of the welder's torch carrying rod and the gaze point around the weld pool. Are measured and detected by a plurality of CCD cameras 21. The gyro sensor 22, the acceleration sensor 23, and the motion sensor 24 measure and detect the relative behavior and posture change of the welder's torch bar, and measure the temperature of the molten pool (and its surroundings). Performed by the sensor 25. Further, a control signal (analog signal) is input from the welding controller 29 to the AD converter 26, and the AD converter 26 converts the input control signal from an analog signal to a digital signal.

続いて、CCDカメラ21と、ジャイロセンサ22、加速度センサ23およびモーションセンサ24と、温度センサ25は、測定・検出した各種情報(デジタル信号)を多チャンネルマルチプレクサ27に送信する。また、AD変換装置26は、AD変換後の制御信号(デジタル信号)を多チャンネルマルチプレクサ27に送信する。   Subsequently, the CCD camera 21, the gyro sensor 22, the acceleration sensor 23 and the motion sensor 24, and the temperature sensor 25 transmit various information (digital signals) measured and detected to the multi-channel multiplexer 27. Further, the AD conversion device 26 transmits a control signal (digital signal) after AD conversion to the multi-channel multiplexer 27.

続いて、デジタル信号を受信した多チャンネルマルチプレクサ27は、受信したデジタル信号、すなわち、センサ類21〜25が測定・検出した各種情報およびAD変換後の制御信号を、同期信号として並列的に収録する。多チャンネルマルチプレクサ27が、センサ類21〜25が測定・検出した各種情報およびAD変換後の制御信号を同期信号として並列的に収録し終えると、挙動・作業状態データ検出収録ステップを完了する。   Subsequently, the multi-channel multiplexer 27 that has received the digital signal records the received digital signal, that is, various information measured and detected by the sensors 21 to 25 and the control signal after AD conversion in parallel as a synchronization signal. . When the multi-channel multiplexer 27 finishes recording in parallel the various information measured and detected by the sensors 21 to 25 and the control signal after AD conversion as a synchronization signal, the behavior / working state data detection and recording step is completed.

挙動・作業状態データ検出収録ステップを完了した作業測定・検出装置13は、多チャンネルマルチプレクサ27が収録した信号を作業状態データおよび挙動データとして図1に示す信号処理装置14へ送信する。   The work measurement / detection device 13 that has completed the behavior / work state data detection and recording step transmits the signals recorded by the multi-channel multiplexer 27 to the signal processing device 14 shown in FIG. 1 as work state data and behavior data.

なお、作業測定・検出装置13は、必ずしも、図2に示すものに限定されるものではない。つまり、CCDカメラ21、ジャイロセンサ22、加速度センサ23、モーションセンサ24、温度センサ25、AD変換装置26および多チャンネルマルチプレクサ27を備えている必要はなく、例えば、単一あるいは複数の時系列信号を同期的に測定・検出可能な測定・検出装置同士あるいはCCDカメラ21と時系列信号の測定装置を組み合わせて同期測定・検出を行うことを排除するものではない。   The work measurement / detection device 13 is not necessarily limited to the one shown in FIG. That is, it is not necessary to include the CCD camera 21, the gyro sensor 22, the acceleration sensor 23, the motion sensor 24, the temperature sensor 25, the AD converter 26, and the multi-channel multiplexer 27. For example, a single or a plurality of time-series signals can be received. It is not excluded to perform synchronous measurement / detection by combining measurement / detection devices that can measure and detect synchronously or by combining the CCD camera 21 and a time-series signal measurement device.

また、CCDカメラ21を複数組み合わせて利用し、作業測定・検出装置13の後段に配置する特徴抽出手段18において対応する演算処理を施すように構成すれば、三次元モーションセンサ24のような動きに関する情報を非接触で測定・検出することも可能となる。   In addition, if a plurality of CCD cameras 21 are used in combination and the corresponding arithmetic processing is performed in the feature extraction means 18 arranged at the subsequent stage of the work measurement / detection device 13, the movement of the three-dimensional motion sensor 24 is related. It is also possible to measure and detect information without contact.

さらに、感度が赤外領域までの範囲をカバーするCCDカメラ21を用意すれば、温度分布をモニタリングできる。すなわち、CCDカメラ21が温度センサ25を兼ねることができる。   Furthermore, if a CCD camera 21 that covers the range of sensitivity up to the infrared region is prepared, the temperature distribution can be monitored. That is, the CCD camera 21 can also serve as the temperature sensor 25.

一方、作業測定・検出装置13における同期的測定に関しても、例えば、アナログ信号とデジタル信号の混在またはデジタルサンプリング周期の設定方法に関しても、サンプリング周期は測定装置の性能に応じて様々なものが入手可能であるが、これらについて、全ての測定結果が常に同期して動作している必要はない。例えば、絶対時間が別個測定されていれば、映像の場合はフレーム間、信号の場合はサンプリング点間の線形・非線形内挿・補間処理により模擬的な同期測定の実現が可能である。   On the other hand, regarding the synchronous measurement in the work measurement / detection device 13, various sampling cycles can be obtained depending on the performance of the measurement device, for example, regarding the mixing method of analog signals and digital signals or the setting method of the digital sampling cycle. However, for these, it is not necessary for all measurement results to always operate in synchronization. For example, if absolute time is measured separately, it is possible to realize simulated synchronous measurement by linear / nonlinear interpolation / interpolation processing between frames in the case of video and between sampling points in the case of signals.

また、手溶接作業では、例えば、プロセスとしては高速度カメラ等を用いた詳細解析や信号の高速サンプリングが必要な一方、他方で作業者の挙動計測など人間の目で把握可能な数十〜100Hz程度の比較的遅いサンプリングで十分というように、速い現象と遅い現象が混在する場合などが想定されるため、このような速い現象と遅い現象が混在する状況下においても、作業測定・検出装置13は、データ収録を行い得るか懸念される。   In manual welding work, for example, the process requires detailed analysis using a high-speed camera or the like, and high-speed sampling of signals. On the other hand, tens to 100 Hz that can be grasped by human eyes such as measurement of worker behavior. Since a case where a fast phenomenon and a slow phenomenon are mixed is assumed such that a relatively slow sampling is sufficient, the work measurement / detection device 13 is also used in a situation where such a fast phenomenon and a slow phenomenon are mixed. Are concerned about the possibility of data recording.

しかしながら、高速のサンプリング周期(速い側)を他方のサンプリング周期(遅い側)の倍数とすることで、基本的には、速い側のサンプリングに使用されるクロックを用いて、速い側および遅い側のサンプリングを同期して行うことができるため、速い現象と遅い現象が混在する場合であっても、問題なくデータを収録することができる。   However, by making the fast sampling period (fast side) a multiple of the other sampling period (slow side), basically the fast and slow side clocks are used with the clock used for fast side sampling. Since sampling can be performed synchronously, even if a fast phenomenon and a slow phenomenon are mixed, data can be recorded without any problem.

技能評価システム10における信号処理装置14は、作業測定・検出装置13が検出した挙動データおよび作業状態データから評価対象となる作業の技能を評価するうえで必要な時系列信号(以下、技能評価用信号とする)を抽出し処理する機能(以下、信号処理機能とする)を有する。また、信号処理装置14は、信号処理機能を用いて、作業測定・検出装置13から受信した挙動データおよび作業状態データから必要な時系列信号を抽出し信号処理する信号処理ステップを行う。   The signal processing device 14 in the skill evaluation system 10 is a time series signal (hereinafter referred to as a skill evaluation signal) required for evaluating the skill of the work to be evaluated from the behavior data and work state data detected by the work measurement / detection device 13. A signal processing function (hereinafter referred to as a signal processing function). Further, the signal processing device 14 performs a signal processing step of extracting a necessary time-series signal from the behavior data and work state data received from the work measurement / detection device 13 and performing signal processing using the signal processing function.

信号処理装置14が行う信号処理の方法については、信号の条件や目的・用途に応じてこれまでに考案・提唱されてきた統計的な信号処理手法をはじめとする様々な手法を適用することができる。   As the signal processing method performed by the signal processing device 14, various methods including a statistical signal processing method devised and proposed so far according to the signal condition, purpose, and use may be applied. it can.

信号処理装置14が行う信号処理の方法について基本的な考え方としては、CCDカメラ21等で収録された映像信号、すなわち、二次元データとして得られた映像情報の場合、画像処理により特定の物理量を映像から抽出する処理を行う。その際、視野角や方位角に応じ、撮影された対象物の大きさ・動きの範囲などの物理量に関しては、測定された画像内部の仮想的な空間内での変位や座標を実空間上における物理的な次元を有する数値に換算・変換する処理(以下、測定データ換算処理とする)が必要となる。   As a basic idea about the signal processing method performed by the signal processing device 14, in the case of a video signal recorded by the CCD camera 21 or the like, that is, video information obtained as two-dimensional data, a specific physical quantity is obtained by image processing. Perform processing to extract from video. At that time, according to the viewing angle and azimuth angle, regarding physical quantities such as the size of the captured object and the range of movement, the displacement and coordinates in the virtual space inside the measured image are expressed in real space. A process of converting and converting to a numerical value having a physical dimension (hereinafter referred to as measurement data conversion process) is required.

例えば、特定の視野角で固定された図2中のCCDカメラ21において、基準となる実寸法がMである物体が収録された画像上においてmピクセルに相当する長さを有していた、と仮定すると、画像上での長さlの物体の実寸長Lは、以下の数式1に示すように表すことができる。

Figure 2006171184
For example, the CCD camera 21 in FIG. 2 fixed at a specific viewing angle has a length corresponding to m pixels on an image in which an object having a reference actual dimension M is recorded. Assuming that the actual length L of an object of length l on the image can be expressed as shown in Equation 1 below.
Figure 2006171184

数式1に一例として示される測定データ換算処理は、非常に初歩的な処理であるが、信号解析における前処理プロセスとして重要である。信号処理装置14が行う信号処理には、上記のような測定データ換算処理も包含される。   The measurement data conversion process shown as an example in Formula 1 is a very rudimentary process, but is important as a preprocessing process in signal analysis. The signal processing performed by the signal processing device 14 includes measurement data conversion processing as described above.

図3(図3(A)および図3(B)の両図)は、技能評価システム10における信号処理装置14の信号処理内容を概説した説明図である。より詳細には、図3(A)が、手溶接作業において形成される溶融池31の周辺画像(以下、溶融池周辺画像とする)32を概略的に表した概略図、図3(B)が、時間とトーチ運棒(トーチ電極先端33)の位置との関係を表した相関図である。   FIG. 3 (both FIGS. 3A and 3B) is an explanatory diagram outlining the signal processing contents of the signal processing device 14 in the skill evaluation system 10. More specifically, FIG. 3 (A) is a schematic diagram schematically showing a peripheral image (hereinafter referred to as a molten pool peripheral image) 32 of the molten pool 31 formed in the manual welding operation, and FIG. 3 (B). These are the correlation diagrams showing the relationship between time and the position of the torch carrying rod (torch electrode tip 33).

技能を評価する対象となる作業が手溶接作業の場合、信号処理装置14が行う信号処理ステップでは、図3(A)に示すような溶接作業者の溶接施工作業において形成される溶融池周辺画像32の映像信号(作業状態データ)からトーチ電極先端33の位置や母材の開先エッジ34の位置を検出し、その母材に対するトーチ電極先端位置の時間的な変化を実寸に換算する。すると、トーチ運棒(トーチ電極先端33)の位置の時間的な変化が求まり、トーチ運棒の位置に関する時系列信号(技能評価用信号)が抽出される。   When the work for which the skill is to be evaluated is a manual welding work, in the signal processing step performed by the signal processing device 14, the weld pool peripheral image formed in the welding work of the welding operator as shown in FIG. The position of the torch electrode tip 33 and the position of the groove edge 34 of the base material are detected from the 32 video signals (working state data), and the temporal change of the position of the torch electrode tip with respect to the base material is converted to the actual size. Then, a temporal change in the position of the torch carrying rod (torch electrode tip 33) is obtained, and a time series signal (skill evaluation signal) relating to the position of the torch carrying rod is extracted.

図3(B)では、横軸を時間とし、縦軸を開先中心線35からの変位(トーチ運棒の位置の一例)としており、時間の経過とともにトーチ運棒の位置が開先中心線35に対してどのように変位したか、すなわち、トーチ運棒の挙動を把握することができる。   In FIG. 3B, the horizontal axis is time, and the vertical axis is displacement from the groove center line 35 (an example of the position of the torch bar). The position of the torch bar is the groove center line as time elapses. It is possible to grasp how it is displaced with respect to 35, that is, the behavior of the torch bar.

このようにして、作業測定・検出装置13から受信した挙動データおよび作業状態データに基づき、技能評価用信号を抽出し終えると、信号処理ステップは完了する。信号処理装置14が挙動データおよび作業状態データから抽出した技能評価用信号は、パターン特徴抽出装置15に送信される。   In this way, when the skill evaluation signal is extracted based on the behavior data and the work state data received from the work measurement / detection device 13, the signal processing step is completed. The skill evaluation signal extracted from the behavior data and the work state data by the signal processing device 14 is transmitted to the pattern feature extraction device 15.

技能評価システム10におけるパターン特徴抽出装置15は、信号処理装置14が信号処理した結果得られた技能評価用信号から特定の有意なパターンを抽出するパターン特徴抽出処理を行う機能(パターン特徴抽出機能)を有する。また、パターン特徴抽出装置15は、パターン特徴抽出機能を利用して、受信した技能評価用信号から特定の有意なパターンを抽出するパターン特徴抽出ステップを行う。   The pattern feature extraction device 15 in the skill evaluation system 10 has a function of performing a pattern feature extraction process for extracting a specific significant pattern from a skill evaluation signal obtained as a result of signal processing by the signal processing device 14 (pattern feature extraction function). Have Further, the pattern feature extraction apparatus 15 performs a pattern feature extraction step of extracting a specific significant pattern from the received skill evaluation signal by using the pattern feature extraction function.

パターン特徴抽出装置15は、技能評価用信号から特定の有意なパターンを抽出するにあたり、挙動データおよび作業状態データが、比較的定常状態を保持している状況下で測定されたものであれば、例えば、データ分布(技能評価用信号の一例)から平均値や分散値といった基本的な統計量を算出することで、有意なパターンを抽出する。   When the pattern feature extraction device 15 extracts a specific significant pattern from the skill evaluation signal, if the behavior data and the work state data are measured under a relatively steady state, For example, a significant pattern is extracted by calculating basic statistics such as an average value and a variance value from a data distribution (an example of a skill evaluation signal).

一方、基本的な統計量の算出は、挙動データおよび作業状態データが、比較的定常状態を保持している状況下で測定されていることを前提としているため、条件が変化し続ける作業や当該作業から得られる非定常状態を対象とする場合別の処理手法が必要となる。非定常状態を対象とした処理手法としては、例えば、周波数空間上での周波数スペクトル算出処理による非定常成分の除去や信号の非定常性の度合いを測るためのフラクタル次元の算出といった処理手法を適用する。   On the other hand, the calculation of basic statistics is based on the premise that behavior data and work state data are measured in a relatively steady state, so work that continues to change conditions When dealing with the unsteady state obtained from work, another processing method is required. As processing methods for unsteady states, for example, processing methods such as removal of unsteady components by frequency spectrum calculation processing in frequency space and calculation of fractal dimensions to measure the degree of unsteadiness of signals are applied. To do.

また、測定された物理量と作業プロセスの物理的モデルをともに用いることにより、直接測定されていない他の物理量を定量的に推定するといった処理もパターン抽出の過程において可能である。   Further, by using both the measured physical quantity and the physical model of the work process, a process of quantitatively estimating other physical quantities that are not directly measured can be performed in the pattern extraction process.

図4(図4(A)および図4(B)の両図)および図5(図4(A)および図4(B)の両図)は、技能評価システム10におけるパターン特徴抽出装置15のパターン特徴抽出処理の内容を概説した説明図である。   FIG. 4 (both figures in FIGS. 4A and 4B) and FIG. 5 (both figures in FIGS. 4A and 4B) show the pattern feature extraction device 15 in the skill evaluation system 10. FIG. It is explanatory drawing outlining the content of the pattern feature extraction process.

より詳細には、図4(A)が、時間と手溶接作業中におけるトーチ運棒の電圧レベルとの関係を表した相関図、図4(B)が、図4(A)に示す時系列データから得られる度数分布を表した度数分布図である。また、図5(A)は、トーチ運棒位置の時間推移を表す相関図(図3(B)に相当)であり、図5(B)は、図5(A)に示す波形の一部分を拡大して表した部分拡大図である。   More specifically, FIG. 4 (A) is a correlation diagram showing the relationship between time and the voltage level of the torch bar during the manual welding operation, and FIG. 4 (B) is a time series shown in FIG. 4 (A). It is a frequency distribution diagram showing the frequency distribution obtained from data. FIG. 5 (A) is a correlation diagram (corresponding to FIG. 3 (B)) showing the time transition of the torch bar position, and FIG. 5 (B) shows a part of the waveform shown in FIG. 5 (A). It is the elements on larger scale which expanded and expressed.

技能を評価する対象となる作業が手溶接作業の場合、パターン特徴抽出装置15が行うパターン特徴抽出ステップでは、まず、有意なパターンの一つを抽出するべく、図4(A)に示すような溶接施工中の電圧レベル(溶接電源電圧)の時系列データ(技能評価用信号)から図4(B)に示すような度数分布を求める。続いて、得られた電圧レベルの度数分布から平均値Vaおよび変動幅FRを算出する。   When the work whose skill is to be evaluated is a manual welding work, in the pattern feature extraction step performed by the pattern feature extraction device 15, first, in order to extract one of the significant patterns, as shown in FIG. A frequency distribution as shown in FIG. 4B is obtained from time series data (skill evaluation signal) of the voltage level (welding power supply voltage) during welding. Subsequently, the average value Va and the fluctuation range FR are calculated from the frequency distribution of the obtained voltage levels.

一方で、パターン特徴抽出装置15は、他の有意なパターンの一つを抽出するべく、図5(A)に示すようなトーチ運棒位置に関する時系列データからトーチ運棒の1周期あたりの運棒周期Tと運棒振幅Aを求め、運棒周期Tおよび運棒振幅Aについての平均値と変動の幅を求め、トーチ運棒の挙動に関するパターンとして抽出する。   On the other hand, the pattern feature extraction device 15 extracts luck per cycle of the torch bar from time-series data relating to the position of the torch bar as shown in FIG. 5A in order to extract one of the other significant patterns. The rod period T and the rod movement amplitude A are obtained, the average value and the fluctuation range for the rod movement period T and the rod movement amplitude A are obtained, and extracted as a pattern relating to the behavior of the torch rod.

パターン特徴抽出装置15が抽出すべき有意なパターンを全て抽出し終えると、パターン特徴抽出ステップは完了する。そして、パターン特徴抽出装置15は、パターン特徴抽出処理を行った結果をパターン特徴信号としてパターン記憶装置16およびパターン比較装置17へ送信する。   When the pattern feature extraction apparatus 15 finishes extracting all significant patterns to be extracted, the pattern feature extraction step is completed. Then, the pattern feature extraction device 15 transmits the result of the pattern feature extraction processing to the pattern storage device 16 and the pattern comparison device 17 as a pattern feature signal.

なお、パターン特徴抽出装置15が抽出する有意なパターンは、説明したパターンに限定されない。すなわち、様々な時系列データから抽出されるのは、平均値と変動幅に限られない。また、手溶接作業の場合であっても、技能評価用信号の種類は、上述した溶接施工中の電圧レベルの時系列データおよびトーチ運棒位置に関する時系列データに限定されない。   The significant pattern extracted by the pattern feature extraction device 15 is not limited to the described pattern. That is, what is extracted from various time series data is not limited to the average value and the fluctuation range. Further, even in the case of manual welding work, the type of skill evaluation signal is not limited to the above-described voltage level time series data during welding and time series data related to the torch bar position.

技能評価システム10におけるパターン記憶装置16は、電子情報を記録し、保存する機能(記憶機能)を有する。パターン記憶装置16は、記憶機能を用いて、模範的データやそのデータ範囲・パターンを記憶し保持することができる。   The pattern storage device 16 in the skill evaluation system 10 has a function (storage function) for recording and storing electronic information. The pattern storage device 16 can store and hold exemplary data and its data range / pattern using a storage function.

パターン記憶装置16に保持されるパターンは、作業測定・検出装置13におけるセンサ類21〜25によって、あらかじめ測定・検出された時系列情報などの模範的データやモデルである。例えば、CCDカメラ21が撮影した動画映像のデータが該当する。   The patterns held in the pattern storage device 16 are exemplary data and models such as time-series information measured and detected in advance by the sensors 21 to 25 in the work measurement / detection device 13. For example, data of moving image captured by the CCD camera 21 is applicable.

また、パターン記憶装置16は、獲得されたデータを模範的パターンとして記憶する装置として機能を果たすだけでなく、作業者の訓練や作業状況の確認、過去の作業評価結果履歴の確認・問い合わせに対する回答となるデータを保持するものである。   The pattern storage device 16 not only functions as a device that stores the acquired data as an exemplary pattern, but also provides training for workers, confirmation of work status, confirmation of past work evaluation result history, and answers to inquiries. Is held.

具体的には作業中に作業測定・検出装置13によって測定されたデータは後段の信号処理装置14、パターン特徴抽出装置15による分析処理の結果得られる一連の作業に関する特徴を表す数値データと数値指標に対応したデータの構造や種類(モデルにより生成されたデータあるいは規範的技能を有する熟練作業者を対象に取得されたデータの別)といった属性値とともに計算機の記憶媒体などに記録されていき、パターン記憶装置16上のデータベースとして利用されるものである。   Specifically, the data measured by the work measurement / detection device 13 during the work is numerical data and numerical indices representing features relating to a series of work obtained as a result of the analysis processing by the signal processing device 14 and the pattern feature extraction device 15 in the subsequent stage. Is recorded on the computer's storage medium together with attribute values such as the structure and type of data corresponding to the (data generated by the model or data acquired for skilled workers with normative skills) It is used as a database on the storage device 16.

なお、記憶されたパターンの検索・呼び出しについては上記の属性値に基づいて行われるものとし、取り出されたデータは特徴表現装置18によって表現できる形式に随時加工され、再利用することができる。   It should be noted that retrieval / calling of the stored pattern is performed based on the above attribute value, and the extracted data can be processed into a format that can be expressed by the feature expression device 18 and reused at any time.

技能評価システム10におけるパターン比較装置17は、記憶されたデータ・パターンと当該作業者によるパターンとを比較する機能(パターン比較機能)を有する。また、パターン比較装置17は、パターン比較機能を用いて、記憶されたデータ・パターンと当該作業者によるパターンとを比較するパターン比較ステップを行う。   The pattern comparison device 17 in the skill evaluation system 10 has a function (pattern comparison function) for comparing the stored data pattern with the pattern by the operator. Further, the pattern comparison device 17 performs a pattern comparison step of comparing the stored data pattern with the pattern by the operator using the pattern comparison function.

パターン比較装置17は、少なくとも1以上のパターン比較処理部を備えており、各パターン比較処理部がそれぞれ所定のパターン比較方法を用いてパターン比較ステップを行う。   The pattern comparison device 17 includes at least one pattern comparison processing unit, and each pattern comparison processing unit performs a pattern comparison step using a predetermined pattern comparison method.

パターン比較装置17が採用するパターン比較方法としては、幾つか考えられるが、基本的な一例としては、呼び出された記憶パターンと当該作業者による作業パターンとを同一図面上に表して比較する方法が挙げられる。すなわち、横軸を時間、縦軸を各特徴パターン絶対値とした時系列データとして比較する方法(以下、絶対値比較方法とする)である。   There are several possible pattern comparison methods employed by the pattern comparison device 17, but as a basic example, there is a method of comparing the recalled storage pattern and the work pattern of the worker on the same drawing. Can be mentioned. That is, a method of comparing time series data with the horizontal axis representing time and the vertical axis representing each feature pattern absolute value (hereinafter referred to as absolute value comparison method).

なお、同一図面上に表して比較する方法についても、幾つかの方法があるが、いずれの方法を採用しても構わない。例えば、横軸は時間のまま、縦軸の模範的パターンを基準とした差分データを基準として比較する方法(以下、差分検出比較方法とする)を採用しても良い。   In addition, there are several methods for comparing on the same drawing, but any method may be adopted. For example, a method of comparing with reference to difference data based on the exemplary pattern of the vertical axis while keeping the horizontal axis as time may be adopted (hereinafter referred to as a difference detection comparison method).

一方、他のパターン比較方法としては、レーダーチャートによるパターン比較プロットのように、複数の次元の異なる数値データの組を簡便かつ効果的に比較する方法がある。また、レーダーチャートによるパターン比較プロット以外にも、複数の特徴量により表現される施工挙動を1つのプロットとして表現する方法があり、これらの方法についても適用することができる。   On the other hand, as another pattern comparison method, there is a method of simply and effectively comparing a plurality of sets of numerical data having different dimensions, such as a pattern comparison plot using a radar chart. In addition to the pattern comparison plot using the radar chart, there is a method of expressing the construction behavior expressed by a plurality of feature values as one plot, and these methods can also be applied.

例えば、当該作業者のパターン特徴量を模範的パターンにより規格化する方法、より具体的には、模範的パターンの示す数値により当該作業者の示すパターン数値を除算することで、当該作業者の特徴量を表現し比較する方法(以下、規格化比較方法とする)を適用することもできる。当該作業者のパターン特徴量を模範的パターンにより規格化した場合、当該作業者の特徴量は、基準となる模範的パターンより大きい場合には1より大なる値、同じ数値の場合には1、小さい場合には1より小なる値で表される。従って、縦軸の次元が異なる複数の特徴量を1を基準とした数値軸上に並列に表記することが可能となる。   For example, a method of normalizing the pattern feature amount of the worker by the exemplary pattern, more specifically, by dividing the pattern numerical value indicated by the worker by the numerical value indicated by the exemplary pattern, A method for expressing and comparing quantities (hereinafter referred to as a normalized comparison method) can also be applied. When the pattern feature amount of the worker is normalized by the exemplary pattern, the feature amount of the worker is greater than 1 when the feature amount is larger than the reference exemplary pattern, and 1 when the same numerical value. If it is smaller, it is represented by a value smaller than 1. Therefore, a plurality of feature quantities having different dimensions on the vertical axis can be written in parallel on the numerical axis with 1 as a reference.

また、他のパターン比較方法としては、特徴量の分布を示す指標である平均値や分散値、歪度や扁平度といった統計的指標のほか特徴量が変化する範囲の最大・最小値あるいはデータの変化における変動範囲(最大値−最小値)を重要な特徴量として規定し、必要に応じて上記平均値などの基準となる数値データにより規格化し、パラメータの安定性を表現する特徴量を導入し比較する方法(以下、安定性評価比較方法とする)が挙げられる。さらに、データがある値の周囲に分布していれば、変動範囲を示すパラメータとして変動範囲以外に分散値あるいは標準偏差の値を採用することも可能である。上記パラメータには、パターンおよびこのパターンに含まれる少なくとも1以上の特徴量などが該当する。   Other pattern comparison methods include statistical indicators such as average values, variance values, skewness and flatness, which are indicators of the distribution of feature values, as well as the maximum and minimum values of the range in which the feature values change, or data The variation range (maximum value-minimum value) in the change is defined as an important feature quantity, and if necessary, standardized by numerical data that serves as a reference, such as the average value, and introduces a feature quantity that expresses the stability of the parameter. A method of comparison (hereinafter referred to as a stability evaluation comparison method) can be mentioned. Furthermore, if the data is distributed around a certain value, it is also possible to employ a variance value or a standard deviation value in addition to the variation range as a parameter indicating the variation range. The parameter corresponds to a pattern and at least one feature amount included in the pattern.

なお、図1において詳細には図示していないが、パターン比較装置17は、上述したパターン比較方法を適宜選択してパターン比較ステップを行い得るように、絶対値比較方法を用いてパターン比較を行う絶対値比較処理部と、差分検出比較方法を用いてパターン比較を行う差分検出比較手段としての差分検出比較処理部と、規格化比較方法を用いてパターン比較を行う規格化手段としての規格化比較処理部と、安定性評価比較方法を用いてパターン比較を行う安定性評価手段としての安定性評価処理部とを備える。   Although not shown in detail in FIG. 1, the pattern comparison device 17 performs pattern comparison using the absolute value comparison method so that the pattern comparison step can be performed by appropriately selecting the pattern comparison method described above. Normalization comparison as an absolute value comparison processing unit, a difference detection comparison processing unit as a difference detection comparison unit that performs pattern comparison using a difference detection comparison method, and a standardization unit that performs pattern comparison using a standardized comparison method A processing unit and a stability evaluation processing unit as a stability evaluation unit that performs pattern comparison using the stability evaluation comparison method are provided.

なお、パターン比較装置17は、必ずしも、絶対値比較処理部、差分検出比較処理部、規格化比較処理部および安定性評価処理部を全て備えている必要は無く、少なくともいずれかのパターン比較処理部を備えていれば良い。   Note that the pattern comparison device 17 does not necessarily include all of the absolute value comparison processing unit, the difference detection comparison processing unit, the standardization comparison processing unit, and the stability evaluation processing unit, and at least one of the pattern comparison processing units. As long as it has.

パターン比較装置17がパターン比較ステップを行い、呼び出された記憶パターンと当該作業者による作業特徴パターンとの比較を終えると、パターン比較ステップは完了する。そして、パターン比較装置17は、比較結果に関するデータを特徴表現装置18に送信する。   When the pattern comparison device 17 performs a pattern comparison step and finishes comparing the called storage pattern with the work feature pattern by the worker, the pattern comparison step is completed. Then, the pattern comparison device 17 transmits data related to the comparison result to the feature expression device 18.

技能評価システム10における特徴表現装置18は、パターン比較装置17が比較した結果から少なくとも1つ以上の特徴量を選択して表現する機能(特徴表現機能)を有する。表現したい特徴量の選択は、特徴表現装置18がユーザからの入力指示を受け付けることにより行うことができる。   The feature expression device 18 in the skill evaluation system 10 has a function (feature expression function) for selecting and expressing at least one feature amount from the result of comparison by the pattern comparison device 17. The feature amount desired to be expressed can be selected when the feature expression device 18 receives an input instruction from the user.

また、特徴表現装置18は、特徴表現機能を用いて、パターン比較装置17が比較した結果から幾つかある特徴表現方法の少なくとも1つを採用することで、少なくとも1つ以上の特徴量を選択的に表現する特徴表現ステップを行う。   In addition, the feature expression device 18 uses at least one feature expression method based on the result of comparison by the pattern comparison device 17 using the feature expression function, so that at least one feature quantity can be selectively selected. The feature expression step to express is performed.

特徴表現装置18が採用する特徴表現方法は幾つか考えられるが、基本的には、パターン比較装置17が採用したパターン比較方法に応じて比較結果を表現する。特徴表現方法の一例としては、パターン比較装置17が比較した結果が基準となる模範的データ・パターンと当該作業者のパターンが単一の指標により表現されている場合であれば、横軸を時間に、該当する物理量を縦軸として、該当する物理量の変化の様子を模範的データ・パターンおよび当該作業者のパターンのそれぞれを併記する方法がある。   Several feature expression methods adopted by the feature expression device 18 are conceivable. Basically, the comparison result is expressed in accordance with the pattern comparison method adopted by the pattern comparison device 17. As an example of the feature expression method, if the model data pattern used as the reference and the pattern of the worker are expressed by a single index, the horizontal axis represents the time. In addition, there is a method in which the state of change of the corresponding physical quantity is written together with the exemplary data pattern and the worker's pattern with the corresponding physical quantity as the vertical axis.

図6は、技能評価システム10における特徴表現装置18が単一の特徴量(指標)について模範的データ・パターンである熟練者の作業パターンと当該作業者のパターンとを併記した一例を説明する説明図である。   FIG. 6 is an explanatory diagram for explaining an example in which the feature expression device 18 in the skill evaluation system 10 includes both a work pattern of an expert who is an exemplary data pattern and a pattern of the worker for a single feature amount (index). FIG.

図6では、横軸を時間、縦軸を単一の特徴量である施行方向(方向を角度で提示)として、熟練者および作業者の作業進行に伴う施工方向をそれぞれ追跡して比較している。図6によれば、作業者が熟練者よりも常時低い値を示していることなどから作業の姿勢等を含めた作業方法に関する比較と把握を容易に行い得る。   In FIG. 6, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents a single feature value, the execution direction (presenting the direction as an angle), and tracking and comparing the construction directions accompanying the work progress of skilled workers and workers, respectively. Yes. According to FIG. 6, since the worker always shows a lower value than the skilled worker, it is possible to easily compare and grasp the work method including the work posture and the like.

また、他の特徴表現方法としては、横軸に当該作業者と模範的データの別を示し、それぞれのパターンの中央値または平均値を縦軸に点またはバーチャートとして表現する方法がある。上記平均値の算出方法についても緩やかに変化する非定常性が認められる場合であれば、特定の時間軸上のデータ範囲に対して平均値や中央値を求め、そのデータ範囲を逐次移動して平均値等を算出し、移動平均のプロットによりパラメータの推移の様子を代表させることも可能である。   Further, as another feature expression method, there is a method in which the horizontal axis indicates the distinction between the worker and the exemplary data, and the median value or average value of each pattern is expressed as a dot or bar chart on the vertical axis. If a non-stationarity that changes slowly is also observed for the above average value calculation method, the average value or median value is obtained for the data range on a specific time axis, and the data range is moved sequentially. An average value or the like can be calculated, and the state of parameter transition can be represented by a moving average plot.

さらに、他の特徴表現方法としては、非定常信号そのものを1つの作業パターンの発現と解釈し、ある再現性を持っている場合において、複数の取得されたデータのパターン推移の組み合わせとして多次元空間上での状態遷移軌跡を追跡する方法などが考えられる。   Furthermore, as another feature expression method, when a non-stationary signal itself is interpreted as the expression of one work pattern and has a certain reproducibility, a multidimensional space is obtained as a combination of a plurality of acquired data pattern transitions. A method of tracking the state transition trajectory above can be considered.

より具体的には、熟練技能者の挙動と比較対象となる当該作業者の挙動や作業における物理的な状態の変化の過程を測定したときに、複数の異なる時系列データが得られたとする。例えば、多次元特徴量の複数の特徴パラメータの中から、特にその差異が顕著あるいは評価される技量に対する感度の大きなパラメータを選定し、一次元ないし三次元の空間を設定し、その空間内での時間的推移に伴う空間上の軌跡により表現する。   More specifically, it is assumed that a plurality of different time-series data are obtained when the behavior of the skilled worker and the behavior of the worker to be compared and the process of change in the physical state in the work are measured. For example, from among multiple feature parameters of a multi-dimensional feature, select a parameter that is particularly sensitive to the skill where the difference is noticeable or evaluated, and set a one-dimensional or three-dimensional space. Expressed by a trajectory in space with time.

このような多次元空間上における状態遷移軌跡の追跡する方法などを採用することは、統計的特徴量での表現が困難な種類の技能特徴を表現する方法として有効である。   Employing such a method of tracking the state transition trajectory in a multidimensional space is effective as a method of expressing a skill feature of a type that is difficult to express with a statistical feature amount.

図7は、技能評価システム10における特徴表現装置18が複数の特徴量(指標)について模範的データ・パターンである熟練者の作業パターンと当該作業者のパターンとを併記した一例を説明する説明図である。   FIG. 7 is an explanatory diagram for explaining an example in which the feature expression device 18 in the skill evaluation system 10 includes a work pattern of an expert who is an exemplary data pattern and a pattern of the worker for a plurality of feature amounts (indexes). It is.

図7に示されるプロットは、多次元特徴量のレーダーチャート比較プロットである。多次元特徴量のレーダーチャート比較プロットは、複数の特徴量を多角形形状のパターンとして表現することができることから、通常、人間が行う作業プロセスを単一の物理量の比較のみでは比較することが難しいと考えられる場合に有効である。   The plot shown in FIG. 7 is a radar chart comparison plot of multidimensional feature values. The radar chart comparison plot of multi-dimensional features can express multiple features as polygonal patterns, so it is usually difficult to compare work processes performed by humans with a single physical quantity alone It is effective when considered.

図7によれば、複数の特徴量、すなわち、技量パラメータ1から技量パラメータ7までの7つの特徴量について、数値化されており、熟練者と作業者の間でどの特徴量に差異が顕著かという情報を容易に判別・把握することができる。   According to FIG. 7, a plurality of feature amounts, that is, seven feature amounts from skill parameter 1 to skill parameter 7 are digitized, and which feature amount is significantly different between the expert and the worker? Can be easily identified and grasped.

一方、特徴表現装置18は、プロセスの分析評価が十分に行われていない作業など、特徴の定量的な表現が困難な場合においては、図8に示すように、複数のCCDカメラ21を用いて同時収録した複数(図8においては4つ)の動画像40a〜40dを同時再生して特徴表現装置18の表示部41に表示することもできる。作業者や作業者を指導するインストラクタが、表示部41に表示される動画像40a〜40dを見るだけでも、一定の効果を発揮できる。特に、作業中の様子を小型の測定デバイスを用いて詳細に記録し、再生することで従来のように作業を阻害しない遠隔位置からの映像記録だけでは困難であった作業の可視化と作業技能の認識の共有化を図ることができる。   On the other hand, the feature expression device 18 uses a plurality of CCD cameras 21 as shown in FIG. 8 in cases where quantitative expression of features is difficult, such as work where analysis and evaluation of the process is not sufficiently performed. A plurality (four in FIG. 8) of moving images 40a to 40d recorded simultaneously can be simultaneously reproduced and displayed on the display unit 41 of the feature expression device 18. Even if the operator or the instructor who instructs the worker only looks at the moving images 40a to 40d displayed on the display unit 41, a certain effect can be exhibited. In particular, work visualization and work skills that were difficult to record by remote video recording that did not hinder work by recording and playing back details in detail using a small measuring device. Recognition can be shared.

上述した特徴表現方法の少なくとも1つを採用して、少なくとも1つ以上の特徴量を選択的に表現し終えると特徴表現ステップは完了する。   When at least one of the above-described feature expression methods is adopted and at least one or more feature amounts are selectively expressed, the feature expression step is completed.

技能評価システム10における技能評価結果提示装置19は、提示内容選択手段としての提示内容選択部と、提示特徴量自動選択手段としての特定特徴量自動選択提示処理部および特定特徴量手動選択提示処理部と、技能スコア算出手段としての技能スコア算出部とを備える。   The skill evaluation result presentation device 19 in the skill evaluation system 10 includes a presentation content selection unit as a presentation content selection unit, a specific feature amount automatic selection presentation processing unit and a specific feature amount manual selection presentation processing unit as a presentation feature amount automatic selection unit. And a skill score calculation unit as skill score calculation means.

技能評価結果提示装置19の提示内容選択部は、技能の評価結果を提示する際に、提示する特徴量の表現方法を選択する機能(特徴量表現方法選択機能)および提示する特徴量を選択する機能(特徴量選択機能)を有する。   The presentation content selection unit of the skill evaluation result presentation device 19 selects a feature amount presentation method (feature amount representation method selection function) and a feature amount to be presented when presenting the skill evaluation result. It has a function (feature quantity selection function).

特定特徴量自動選択提示処理部は、当該作業者のパターンと模範的データ・パターンとを比較した結果、両パターンの差が特に顕著である特徴量を優先的に提示する処理を自動的に行う機能(特定特徴量自動優先提示機能)を有する。例えば、特定特徴量自動選択提示処理部は、両パターンの差がもっとも顕著な特徴量を自動的に選択して提示することができる。また、特定特徴量自動選択提示処理部が提示する特徴量の数は、1つに限られず、選択数の設定を更新するにより、もっとも顕著な特徴量について上位複数個を提示することもできる。   As a result of comparing the worker's pattern with the exemplary data pattern, the specific feature amount automatic selection / presentation processing unit automatically performs a process of preferentially presenting a feature amount in which the difference between both patterns is particularly significant. It has a function (specific feature automatic priority presentation function). For example, the specific feature amount automatic selection / presentation processing unit can automatically select and present a feature amount having the most significant difference between the two patterns. In addition, the number of feature quantities presented by the specific feature quantity automatic selection and presentation processing unit is not limited to one, and by updating the setting of the number of selections, it is possible to present a plurality of top ranks for the most prominent feature quantities.

特定特徴量手動選択提示処理部は、当該作業者のパターンと模範的データ・パターンとを比較した結果、両パターンのうち任意の特徴量を選択して提示する処理を行う機能(特定特徴量手動選択提示機能)を有する。従って、特定特徴量手動選択提示処理部は、ユーザから特徴量選択要求が入力されると、選択要求のあった特徴量を選択して提示することができる。   The specific feature amount manual selection presentation processing unit performs a process of selecting and presenting an arbitrary feature amount of both patterns as a result of comparing the worker's pattern with the exemplary data pattern (specific feature amount manual (Selective presentation function). Therefore, when a feature quantity selection request is input from the user, the specific feature quantity manual selection presentation processing unit can select and present the feature quantity for which the selection request has been made.

技能スコア算出部は、特徴表現装置18がその表示部41に表現し得る多次元の特徴量を一次元化して得られる指標を評価結果として提示する機能(多次元特徴量一次元化機能)を有する。   The skill score calculation unit has a function (multi-dimensional feature quantity one-dimensionalization function) that presents as an evaluation result an index obtained by one-dimensionalizing a multi-dimensional feature quantity that can be expressed on the display unit 41 by the feature expression device 18. Have.

このように構成される評価結果提示装置19では、当該作業者のパターンと模範的データ・パターンとを比較した結果、両パターンの差が特に顕著である特徴量を優先的かつ自動的に選択して提示することができる。また、作業者や作業者を指導するインストラクタといったユーザの見たい特徴量の選択要求を受け付けると、受け付けた選択要求の内容に従って、評価結果提示装置19の表示部43に技能の評価結果を表示することができる。さらに、特徴表現装置18がその表示部41に表現し得る多次元の特徴量を一次元化して得られる指標を技能スコアとして算出することができる。   The evaluation result presentation device 19 configured in this way preferentially and automatically selects a feature quantity in which the difference between the two patterns is particularly significant as a result of comparing the worker's pattern with the exemplary data pattern. Can be presented. When a selection request for a feature quantity desired by the user such as an operator or an instructor who instructs the worker is received, the skill evaluation result is displayed on the display unit 43 of the evaluation result presentation device 19 according to the content of the received selection request. be able to. Furthermore, an index obtained by making the multidimensional feature quantity that can be expressed on the display unit 41 by the feature expression device 18 one-dimensional can be calculated as a skill score.

一方、技能評価結果提示装置19は、多次元特徴量一次元化機能を用いて、特徴表現装置18が表現し得る多次元の特徴量を一次元化して得られる指標を評価結果として提示する技能評価結果提示ステップを行う。   On the other hand, the skill evaluation result presentation device 19 uses the multi-dimensional feature quantity one-dimensionalization function to present an index obtained by making the multi-dimensional feature quantity that can be expressed by the feature expression device 18 one-dimensional as an evaluation result. An evaluation result presentation step is performed.

図9は、技能評価結果提示装置19の表示部43に提示される技能評価結果の一例を説明する説明図である。   FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating an example of the skill evaluation result presented on the display unit 43 of the skill evaluation result presentation device 19.

技能評価結果提示装置19の表示部43に表示される技能評価結果は、例えば、作業特徴量の時系列データプロット46と、作業特徴量の時系列データプロット46から得られるパターン特徴を指標とした作業特徴量のレーダーチャート47,48と、作業特徴量の時系列データプロット46から得られる多次元(複数)のパターン特徴を一次元化して得られる数値、すなわち、作業技量スコア49とを有する。   The skill evaluation result displayed on the display unit 43 of the skill evaluation result presentation device 19 uses, for example, a time series data plot 46 of work feature values and a pattern feature obtained from the time series data plot 46 of work feature values as indices. The work feature quantity radar charts 47 and 48 and the numerical values obtained by making the multi-dimensional (plurality) pattern features obtained from the work feature quantity time series data plot 46 into one dimension, that is, the work skill score 49 are included.

図9に示す技能評価結果の一例では、作業特徴量の絶対値を表示したレーダーチャート47および作業特徴量のばらつき(相対値)を表示したレーダーチャート48を画面の中央部に配置し、その周辺に複数の作業特徴量の時系列データプロット46を配置している。また、画面中央上部には作業技量スコア49を配置している。もちろん、提示されるチャートやプロットの種類、個数およびその配置は任意であり、図9に示すものに限定されない。   In the example of the skill evaluation result shown in FIG. 9, the radar chart 47 displaying the absolute value of the work feature value and the radar chart 48 displaying the variation (relative value) of the work feature value are arranged in the center of the screen, Are arranged with time series data plots 46 of a plurality of work feature amounts. A work skill score 49 is arranged at the upper center of the screen. Of course, the type, number, and arrangement of the charts and plots to be presented are arbitrary and are not limited to those shown in FIG.

次に、技能評価結果提示装置19が作業者の技量を点数化するための方法、すなわち、多次元の特徴量を一次元の指標として表現するための方法について述べる。   Next, a method for the skill evaluation result presentation device 19 to score the skill of the worker, that is, a method for expressing a multidimensional feature value as a one-dimensional index will be described.

一次元技量指標(作業技量スコアS)の算出は、複数の特徴パラメータの線形重ね合わせにより行う。技量スコアS算出時において、あらかじめ抽出された時系列データから手本となる作業者に関するデータ、すなわち、模範データの特徴量がQ項目あり、手本となる作業者の違いや試行回数により合計N組の作業データが得られているものとする。   The calculation of the one-dimensional skill index (work skill score S) is performed by linear superposition of a plurality of feature parameters. At the time of calculating the skill score S, there are Q items of data relating to the model worker from the time-series data extracted in advance, that is, the feature data of the model data, and the total N depending on the difference of the model worker and the number of trials. Assume that a set of work data has been obtained.

上記前提のもと、技量スコアSの算出は、まず、Q項目ある特徴量(特徴パラメータ)の中から技量評価に有効と認められる特徴パラメータをK項目選択し、選択された特徴パラメータXij(i=1,2,…,K ; j=1,2,…,N)に対して平均値μi、変動幅σを求める。平均値μiおよび変動幅σは、以下の数式2により求めることができる。

Figure 2006171184
Based on the above assumptions, the skill score S is calculated by first selecting K items, which are recognized as effective for skill evaluation, from among Q item feature values (feature parameters), and selecting the selected feature parameter X ij ( .., K; j = 1, 2,..., N), an average value μ i and a fluctuation range σ i are obtained. The average value μ i and the fluctuation range σ i can be obtained by the following formula 2.
Figure 2006171184

なお、変動幅σについては、通常の統計的な標準偏差を求める式、すなわち、以下の数式3により求めても良い。

Figure 2006171184
Note that the fluctuation range σ i may be obtained by an equation for obtaining a normal statistical standard deviation, that is, the following Equation 3.
Figure 2006171184

平均値μiおよび変動幅σが求まると、続いて平均値μiおよび変動幅σを用いて、特徴パラメータXijを統計的手法により規格化する。ここで、特徴パラメータXijを規格化した規格化特徴パラメータxijは、以下の数式4により求めることができる。

Figure 2006171184
When the average value μ i and the fluctuation range σ i are obtained, the feature parameter X ij is then normalized by a statistical method using the average value μ i and the fluctuation range σ i . Here, the normalized feature parameter x ij normalized feature parameters X ij can be obtained by Equation 4 below.
Figure 2006171184

続いて、相関行列Rおよび相関行列Rの逆行列R−1(=Aとする)を求める。相関行列Rおよび相関行列Rの逆行列Aは、以下の数式5により求めることができる。

Figure 2006171184
Subsequently, a correlation matrix R and an inverse matrix R −1 (= A) of the correlation matrix R are obtained. The correlation matrix R and the inverse matrix A of the correlation matrix R can be obtained by the following Equation 5.
Figure 2006171184

次に、技量の評価対象となる作業者のデータについて、模範データの場合と同様にQ項目の特徴量(特徴パラメータ)の中から技量評価に有効と認められる特徴パラメータをK項目選択し、選択された特徴パラメータYi(i=1,2,…,K)に対して平均値μiおよび変動幅σで規格化し、以下の数式6を用いて一次元技量指標、すなわち、作業技量スコアSを求める。

Figure 2006171184
Next, for the data of the worker who is the subject of skill evaluation, select the K feature parameters that are recognized as effective for skill evaluation from the Q item feature values (feature parameters) as in the case of the model data, and select them. The characteristic parameter Y i (i = 1, 2,..., K) is normalized with the average value μ i and the fluctuation range σ i , and the one-dimensional skill index, that is, the work skill score is calculated using the following Equation 6. S is obtained.
Figure 2006171184

上述した数式2〜数式6を用いて、技能評価結果提示装置19が作業技量スコアSを算出し、評価結果として技能評価結果提示装置19の表示部43に提示すると、技能評価結果提示ステップを完了する。算出された作業技量スコアSは、例えば、図9に示すように、時系列データおよび抽出された指標の少なくともいずれかと併せて提示される。   The skill evaluation result presenting step is completed when the skill evaluation result presenting device 19 calculates the work skill score S and presents it as an evaluation result on the display unit 43 of the skill evaluation result presenting device 19 using the above-described mathematical expressions 2 to 6. To do. For example, as shown in FIG. 9, the calculated work skill score S is presented together with at least one of the time-series data and the extracted index.

このように、技能評価結果提示装置19は、特定特徴量自動優先提示機能および特定特徴量自動選択提示機能を有することで、作業者の技能レベルや癖、学習の嗜好に応じて適応的に情報を加工して提供することができる。すなわち、作業者の作業改善を促す効果を持たせるような提示を行うことができる。   As described above, the skill evaluation result presentation device 19 has the specific feature amount automatic priority presentation function and the specific feature amount automatic selection presentation function, so that information adaptively according to the skill level, habit, and learning preference of the worker. Can be processed and provided. That is, it is possible to make a presentation that has an effect of promoting the work improvement of the worker.

また、単一の特徴量相互の信号レベル・特徴レベルなどの表現方法により、作業の終了後に処理結果を作業者に提示することができるので、作業を詳細かつ綿密に測定したデータに基づく客観的な技能評価結果を提供することができる。   In addition, the processing results can be presented to the worker after the work is completed by a method of expressing the signal level / feature level between the single feature values, so that the objective is based on the data obtained by measuring the work in detail and detail. Skill evaluation results can be provided.

なお、実施の形態において、技能評価システム10は、特徴表現装置18および技能評価結果提示装置19が別個独立の装置として記載されているが、同一の表示装置を用いて構成されていても良い。つまり、表示部41と表示部43とは同一であっても差し支えない。また、一の装置(例えば、パターン特徴抽出装置15)が他の装置(例えば、パターン比較装置17)を包含していても差し支えない。   In the embodiment, the skill evaluation system 10 includes the feature expression device 18 and the skill evaluation result presentation device 19 as separate and independent devices, but may be configured using the same display device. That is, the display unit 41 and the display unit 43 may be the same. One device (for example, the pattern feature extraction device 15) may include another device (for example, the pattern comparison device 17).

本発明に係る技能評価システムおよび技能評価方法によれば、技能を評価した結果を、作業のプロセスにおいて測定された一連の物理的なデータの処理により獲得するので、従来の主観的な作業遂行技能の修得プロセスを客観化することができる。   According to the skill evaluation system and the skill evaluation method according to the present invention, the result of skill evaluation is obtained by processing a series of physical data measured in the work process. The acquisition process can be made objective.

また、本発明に係る技能評価システムでは、技能評価結果提示装置19が特定特徴量自動優先提示機能および特定特徴量自動選択提示機能を有するので、作業者の技能レベルや癖、学習の嗜好に応じて適応的に情報を加工して提供することができ、従来よりも効率的に技能を修得できると考えられる上、技能の評価結果についても相互比較が容易となる。   Further, in the skill evaluation system according to the present invention, the skill evaluation result presentation device 19 has a specific feature quantity automatic priority presentation function and a specific feature quantity automatic selection presentation function, so according to the skill level of the worker, the skill, and the learning preference. Therefore, it is considered that information can be processed and provided adaptively, skills can be acquired more efficiently than before, and skill evaluation results can be easily compared with each other.

さらに、技能の評価結果について相互比較が容易化することで、たとえ、技能未修得の管理者であっても技能の修得過程が明確となり、装置導入の効果についても容易に把握することができる。   Furthermore, the mutual comparison of the skill evaluation results is facilitated, so that even if the administrator is an unskilled administrator, the skill acquisition process is clarified, and the effect of introducing the apparatus can be easily grasped.

このような効果を得られる結果、作業者の技量が生産物の品質を左右する分野、例えば、手工業製品の製造分野において、品質の安定化、作業訓練の効率向上、および技能習得に要する期間の短縮化に貢献することができる。   As a result of obtaining such effects, in the field where the skill of the worker influences the quality of the product, for example, in the field of manufacturing handicraft products, the period required for stabilizing the quality, improving the efficiency of work training, and acquiring the skill It can contribute to shortening.

本発明に係る技能評価システムの構成概略図。1 is a schematic configuration diagram of a skill evaluation system according to the present invention. 本発明に係る技能評価システムにおける作業測定・検出装置の構成例を概略的に表した構成概略図。1 is a schematic configuration diagram schematically showing a configuration example of a work measurement / detection device in a skill evaluation system according to the present invention. 本発明に係る技能評価システムにおける信号処理装置の信号処理内容を概説した説明図であり、図3(A)は、手溶接作業において形成される溶融池の周辺画像を概略的に表した概略図、図3(B)は、時間とトーチ運棒の位置との関係を表した相関図。FIG. 3 is an explanatory diagram outlining the signal processing content of the signal processing device in the skill evaluation system according to the present invention, and FIG. 3 (A) is a schematic diagram schematically showing a peripheral image of a molten pool formed in a manual welding operation. FIG. 3B is a correlation diagram showing the relationship between time and the position of the torch bar. 本発明に係る技能評価システムにおけるパターン特徴抽出装置のパターン特徴抽出処理の内容を概説した説明図であり、図4(A)は、時間と手溶接作業中におけるトーチ運棒の電圧レベルとの関係を表した相関図、図4(B)は、図4(A)に示す時系列データから得られる度数分布を表した度数分布図。FIG. 4A is an explanatory diagram outlining the contents of pattern feature extraction processing of the pattern feature extraction device in the skill evaluation system according to the present invention, and FIG. 4A is the relationship between time and the voltage level of the torch bar during manual welding work. FIG. 4B is a frequency distribution diagram showing the frequency distribution obtained from the time-series data shown in FIG. 本発明に係る技能評価システムにおけるパターン特徴抽出装置のパターン特徴抽出処理の内容を概説した説明図であり、図5(A)は、トーチ運棒位置の時間推移を表す相関図(図3(B)に相当)、図5(B)は、図5(A)に示す波形の一部分を拡大して表した部分拡大図。It is explanatory drawing which outlined the content of the pattern feature extraction process of the pattern feature extraction apparatus in the skill evaluation system which concerns on this invention, and FIG. 5 (A) is a correlation diagram (FIG. 3 (B) showing the time transition of a torch rod position. 5B) is a partially enlarged view showing a part of the waveform shown in FIG. 5A in an enlarged manner. 本発明に係る技能評価システムにおける特徴表現装置が単一の特徴量について模範的データ・パターンと当該作業者のパターンとを併記した一例を説明する説明図。Explanatory drawing explaining an example which the feature expression apparatus in the skill evaluation system which concerns on this invention described the exemplary data pattern and the said worker's pattern together about the single feature-value. 本発明に係る技能評価システムにおける特徴表現装置が複数の特徴量について模範的データ・パターンと当該作業者のパターンとを併記した一例を説明する説明図。Explanatory drawing explaining an example which the feature expression apparatus in the skill evaluation system which concerns on this invention wrote together the exemplary data pattern and the said worker's pattern about the some feature-value. 本発明に係る技能評価システムにおける特徴表現装置の表示部にCCDカメラで収録した複数の動画を再生表示する一例を表す説明図。Explanatory drawing showing an example which reproduces and displays the some moving image recorded with the CCD camera on the display part of the feature expression apparatus in the skill evaluation system which concerns on this invention. 本発明に係る技能評価システムにおける技能評価結果提示装置がその表示部に提示する技能評価結果の一例を説明する説明図。Explanatory drawing explaining an example of the skill evaluation result which the skill evaluation result presentation apparatus in the skill evaluation system which concerns on this invention shows on the display part.

符号の説明Explanation of symbols

10 技能評価システム
13 作業測定・検出装置(作業測定検出手段)
14 信号処理装置(信号処理手段)
15 パターン特徴抽出装置(パターン特徴抽出手段)
16 パターン記憶装置(パターン記憶手段)
17 パターン比較装置(パターン比較手段)
18 特徴表現装置(特徴表現手段)
19 技能評価結果提示装置(技能評価結果提示手段)
21 CCDカメラ
22 ジャイロセンサ
23 加速度センサ
24 モーションセンサ
25 温度センサ
26 AD変換装置
27 多チャンネルマルチプレクサ
29 溶接用制御器
31 溶融池
32 溶融池周辺画像
33 トーチ電極先端
34 母材の開先エッジ
35 開先中心線
40a, 40b,40c, 40d 動画像
41 特徴表現装置の表示部
43 技能評価結果提示装置の表示部
46 時系列データプロット
47 レーダーチャート(絶対値表示)
48 レーダーチャート(相対値表示)
49 作業技量スコア
10 Skill Evaluation System 13 Work Measurement / Detection Device (Work Measurement Detection Unit)
14 Signal processing device (signal processing means)
15 Pattern feature extraction device (Pattern feature extraction means)
16 pattern storage device (pattern storage means)
17 Pattern comparison device (pattern comparison means)
18 Characteristic expression device (characteristic expression means)
19 Skill evaluation result presentation device (skill evaluation result presentation means)
21 CCD Camera 22 Gyro Sensor 23 Acceleration Sensor 24 Motion Sensor 25 Temperature Sensor 26 AD Converter 27 Multi-Channel Multiplexer 29 Welding Controller 31 Weld Pool 32 Weld Pool Peripheral Image 33 Torch Electrode Tip 34 Base Material Groove Edge 35 Groove Center lines 40a, 40b, 40c, 40d Moving image 41 Display unit 43 of characteristic expression device Display unit 46 of skill evaluation result presentation device 46 Time series data plot 47 Radar chart (absolute value display)
48 Radar chart (relative value display)
49 Work skill score

Claims (8)

作業の技能を修得する必要がある作業者の技能水準を評価する装置において、
評価の対象となる技能が必要とされる作業に関連した作業の状態を測定し定量的な挙動データおよび作業状態データとして検出する作業測定検出手段と、
前記挙動データおよび作業状態データから必要な時系列信号を抽出し処理する信号処理手段と、
前記信号処理手段が、信号処理を行った結果から特定の有意なパターンを抽出するパターン特徴抽出手段と、
あらかじめ構築された模範的なデータおよびそのデータ範囲・パターンに関する情報を記憶するパターン記憶手段と、
前記パターン記憶手段が記憶する模範的なデータのパターンと前記特徴抽出手段が抽出した当該作業者のパターンとを比較するパターン比較手段と、
前記パターン比較手段が比較した結果から少なくとも1つ以上の特徴量を選択的に表現する特徴表現手段と、
前記特徴表現手段が表現し得る多次元の特徴量を一次元化して得られる指標を評価結果として提示する技能評価結果提示手段とを具備することを特徴とする技能評価システム。
In a device that evaluates the skill level of a worker who needs to acquire work skills,
Work measurement detection means for measuring the work state related to the work that requires the skill to be evaluated and detecting it as quantitative behavior data and work state data;
A signal processing means for extracting and processing a necessary time series signal from the behavior data and work state data;
Pattern feature extraction means for extracting a specific significant pattern from the result of the signal processing by the signal processing means;
Pattern storage means for storing pre-constructed exemplary data and information on the data range / pattern;
Pattern comparison means for comparing the pattern of exemplary data stored by the pattern storage means with the pattern of the worker extracted by the feature extraction means;
Feature expression means for selectively expressing at least one feature quantity from the result of comparison by the pattern comparison means;
A skill evaluation system comprising skill evaluation result presentation means for presenting, as an evaluation result, an index obtained by one-dimensionalizing a multidimensional feature quantity that can be expressed by the feature expression means.
前記パターン比較手段は、前記特徴抽出手段が抽出した当該作業者のパターンと模範的なデータのパターンとの差分を検出し比較する差分検出比較手段を備えることを特徴とする請求項1記載の技能評価システム。   2. The skill according to claim 1, wherein the pattern comparison unit includes a difference detection comparison unit that detects and compares the difference between the worker pattern extracted by the feature extraction unit and an exemplary data pattern. Evaluation system. 前記パターン比較手段は、模範的なデータのパターンを基準として当該作業者による作業の特徴を統計的に規格化する規格化手段を備えることを特徴とする請求項1記載の技能評価システム。 The skill evaluation system according to claim 1, wherein the pattern comparison unit includes a normalization unit that statistically normalizes features of the work performed by the worker with reference to an exemplary data pattern. 前記パターン比較手段は、前記特徴抽出手段が抽出した当該作業者のパターンおよびこのパターンに含まれる特徴量の少なくとも一方の安定性を評価する安定性評価手段を備えることを特徴とする請求項1記載の技能評価システム。 2. The pattern comparison unit includes a stability evaluation unit that evaluates the stability of at least one of the worker pattern extracted by the feature extraction unit and a feature amount included in the pattern. Skill evaluation system. 前記技能評価結果提示手段は、複数の特徴量の中から一部の特徴量を選択し、特徴抽出を行なったもとの信号を信号処理結果とともに表示する提示内容選択手段を備えることを特徴とする請求項1記載の技能評価システム。 The skill evaluation result presentation means includes a presentation content selection means for selecting a part of feature quantities from among a plurality of feature quantities and displaying an original signal subjected to feature extraction together with a signal processing result. Item 1. The skill evaluation system according to Item 1. 前記技能評価結果提示手段は、当該作業者による作業の特徴に基づき、もっとも模範的なデータやパターンからかけ離れた結果を示す特徴量を自動的に選択し、当該作業者に提示する提示特徴量自動選択手段を備えることを特徴とする請求項1記載の技能評価システム。 The skill evaluation result presentation means automatically selects a feature amount indicating a result far from the most exemplary data or pattern based on the feature of the work by the worker, and automatically presents the feature amount to be presented to the worker. The skill evaluation system according to claim 1, further comprising selection means. 前記技能評価結果提示手段は、前記特徴表現手段が表現し得る多次元の特徴量を一次元化して得られる指標を技能スコアとして算出する技能スコア算出手段を備えることを特徴とする請求項1記載の技能評価システム。 The skill evaluation result presenting means includes skill score calculating means for calculating, as a skill score, an index obtained by converting a multidimensional feature quantity that can be expressed by the feature expressing means into one dimension. Skill evaluation system. 作業の技能を修得する必要がある作業者の技能水準を評価する方法であり、
評価の対象となる技能が必要とされる作業に関連した作業の状態を測定し定量的な挙動データおよび作業状態データを検出して収録する挙動・作業状態データ検出収録ステップと、
この挙動・作業状態データ検出収録ステップで検出された挙動データおよび作業状態データから必要な時系列信号を抽出し処理する信号処理ステップと、
この信号処理ステップで信号処理を行った結果から特定の有意なパターンを抽出する特徴抽出ステップと、
あらかじめ構築された模範的なデータのパターンと前記特徴抽出ステップで抽出された当該作業者のパターンとを比較するパターン比較ステップと、
このパターン比較ステップでの比較結果から少なくとも1つ以上の特徴量を選択的に表現する特徴表現ステップおよびこの特徴表現ステップで表現し得る多次元の特徴量を一次元化した指標を評価結果として提示する技能評価結果提示ステップの少なくとも何れかの処理ステップを行い、その結果を提示する結果提示ステップとを具備することを特徴とする技能評価方法。
It is a method to evaluate the skill level of workers who need to acquire work skills,
A behavior / work state data detection recording step for measuring and recording quantitative behavior data and work state data by measuring a work state related to a work that requires the skill to be evaluated;
A signal processing step for extracting and processing a necessary time series signal from the behavior data and the work state data detected in this behavior / work state data detection recording step;
A feature extraction step of extracting a specific significant pattern from the result of signal processing in this signal processing step;
A pattern comparison step for comparing a pattern of exemplary data constructed in advance with the pattern of the worker extracted in the feature extraction step;
A feature expression step that selectively expresses at least one feature quantity from the comparison result in the pattern comparison step and an index obtained by making the multidimensional feature quantity that can be expressed in this feature expression step into one dimension are presented as evaluation results. A skill evaluation method comprising: a result presentation step of performing at least one processing step of the skill evaluation result presentation step to be performed and presenting the result.
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