СПОСОБ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СРЕДСТВ ДОПОЛНЕННОЙ РЕАЛЬНОСТИ ДЛЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ С ГИБОЧНЫМ СТАНКОМ ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ РАБОТЕ С НИМ Российский патент 2025 года по МПК G09B19/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Изобретение относится к технологии обработки материалов на гибочных станках, в частности способам использования средств дополненной реальности для взаимодействия пользователя с указанным станком для обучения работе с ним.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Из уровня техники известен способ тренировки и оценки профпригодности кассиров-контролеров, осуществляемый с помощью коммутационного VR-тренажера [RU2715148, G09B 19/00, опубл. 25.02.2020] характеризующийся тем, что содержит этапы, на которых: включают ПК и очки виртуальной реальности, затем запускают программный комплекс, после чего визуализируют на экране очков виртуальной реальности, подключенных к ПК, графическую трехмерную оболочку, загруженную в программный комплекс ПК, и отображают на экране очков интерфейс программы, после чего отслеживают посредством треккеров положения изменение положения тела пользователя-оператора, далее информацию об изменениях положения тела от треккеров положения передают через протоколы взаимодействия в программный комплекс тренажера, затем сверяют со сценарием действия пользователя-оператора и переходят в определенное состояние, предусмотренное сценарием; после перехода в определенное состояние данные о состоянии, в которое перешел сценарий, передают в графическую оболочку тренажера и отображают на экране очков виртуальной реальности, после этого оценивают правильные и неправильные действия при совершении тренировки и присваивают баллы с соответствующими весовыми коэффициентами посредством программного комплекса тренажера, отличающийся тем, что визуализируют на экране шлема виртуальной реальности, подключенного к ПК, графическую трехмерную оболочку, загруженную в программный комплекс, вагона электропоезда и инвентаря, доступного пользователю, и осуществляют оценку физических и речевых действий оператора с помощью модуля оценки, после чего проводят проверку соответствия действий оператора в виртуальной среде по выбранному инструктором сценарию с помощью коммутационного модуля, модуля набора сценариев, модуля редактора сценариев, загруженных в ПК, в соответствии с должностной инструкцией.

Недостатком указанного способа является невозможность формирования объектов дополненной реальности для взаимодействия с ними в процессе обучения.

Из уровня техники известен способ обучения навыкам применения ручных инструментов [RU2716810, G09B 19/24, опубл. 16.03.2020], где обучение ученика проводится при помощи программно-аппаратного комплекса, в состав которого входит компьютер, аудиосистема, видеокамеры контроля и устройства, формирующие дополненную реальность, предъявляемую ученику в виде дополненных изображений плоских и объемных фигур заданной прозрачности или запрещенных световых зон, при этом программно-аппаратный комплекс содержит заданное количество видеокамер, которые закреплены на голове ученика и/или на заданной высоте над рабочим местом ученика в заданном объеме рабочего пространства, при этом изображение с видеокамер передается в компьютер программно-аппаратного комплекса для программной обработки и/или на монитор обучающего для контроля над действиями ученика в режиме реального времени; компьютер связан с видеокамерами и средствами дополненной реальности по радиоканалу или при помощи проводной связи; из библиотеки программ программно-аппаратного комплекса обучающий педагог запускает программу выбранного этапа обучения, которая проецирует на средствах дополненной реальности ученика виртуальную модель с заданной прозрачностью и оптимальным пространственно-временным взаиморасположением обрабатываемого материала, инструмента и рук ученика; программами обучения задаются разрешенные допуски на пространственно-временные отклонения реального материала, инструмента и рук ученика от заданной оптимальной виртуальной модели; при нарушении заданных допусков ученику подаются звуковые и/или световые сигналы; программно-аппаратный комплекс показывает ученику опасные зоны для его частей тела, фиксирует в заданном объеме рабочей зоны действия ручного инструмента опасные ситуации и в случае нарушений техники безопасности подает предупреждающие световые и/или звуковые сигналы; программно-аппаратный комплекс или обучающий фиксирует режимы работы с обрабатываемым материалом и ручным инструментом, при необходимости комментирует звуковыми или световыми подсказками или дополнительными слайдами процесс обработки материала.

Наиболее близким к заявленному способу является способ обучения работе на токарно-винторезном станке [RU2716541, G09B 19/00, опубл. 12.03.2020 – прототип], где обучение ученика проводится при помощи программно-аппаратного комплекса, в состав которого входит компьютер, аудио система, видеокамеры контроля и устройства, формирующие дополненную реальность, предъявляемую ученику в виде дополненных изображений плоских и объемных фигур или запрещенных световых зон в заданном объеме рабочего пространства, при этом программно-аппаратный комплекс содержит заданное количество видеокамер, которые закреплены на голове ученика и/или на заданной высоте над станком, при этом изображение с видеокамер передается в компьютер программно-аппаратного комплекса для программной обработки и/или на монитор обучающего для контроля над действиями ученика и работы станка в режиме реального времени; компьютер связан с видеокамерами и средствами дополненной реальности по радиоканалу или при помощи проводной связи; из библиотеки программ программно-аппаратного комплекса обучающим задается программа выбранного этапа обучения, которая проецирует на средствах дополненной реальности ученика плоские или объемные изображения промежуточного или окончательного чертежа изготовляемой детали, или требуемого в данный момент операции типа резца, или изображения вспомогательного инструмента; программно-аппаратный комплекс показывает ученику опасные зоны для его частей тела, фиксирует в заданном объеме рабочей зоны станка посторонние предметы и подает предупреждающие световые и/или звуковые сигналы и/или блокирует работу станка; программно-аппаратный комплекс или обучающий фиксирует режимы резания обрабатываемого материала и при необходимости комментирует звуковыми или световыми подсказками процесс обработки материала.

Недостатком аналогов и прототипа является отсутствие вывода в качестве объекта дополненной реальности видеоуроков. Другим недостатком является отсутствие визуализации обрабатываемой проекции заготовки в связи с манипуляциями, осуществляемыми на станке.

Задачей изобретения является расширение арсенала способов использования средств дополненной реальности для взаимодействия пользователя с гибочным станком для обучения работе с ним.

РАСКРЫТИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявленное изобретение, является реализация назначения изобретения.

Технический результат достигается тем, что предложен способ использования средств дополненной реальности для взаимодействия пользователя с гибочным станком для обучения работе с ним, включающий проецирование с помощью устройства дополненной реальности в поле зрения пользователя следующие объекты дополненной реальности: видеоизображение, 3D-модель заготовки, клавиши переключения сгибов, чертеж, проекция заготовки в виде полупрозрачной голограммы, информационные панели, обеспечивающие пользователя сведениями о часто используемых данных со станка, панели предупреждения, при этом, при проецировании в поле зрения пользователя с помощью устройства дополненной реальности отображаются справочные данные в виде таблиц, при этом данные об указанных объектах передаются на устройство дополненной реальности со станка, на этапе дополненной реальности устройство визуализирует анимацию сгибов на 3D-модели заготовки при нажатии клавиш переключения сгибов, позволяющий визуализировать как развернутый вид, так и последовательно каждый сгиб в отдельности, а проекция заготовки выводится на зону сгиба на станке с возможностью наложения на действительную заготовку, при этом проекция включает видимую виртуальную линию сгиба, имеющую возможность изменения в соответствии с действиями, выполняемыми на станке.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Способ использования средств дополненной реальности для взаимодействия пользователя с гибочным станком для обучения работе с ним предполагает реализацию обучающего курса, который включает 50 видеоуроков, 150 тестовых вопросов, и 14 специально сформированных деталей.

Пользователь, являющийся оператором гибочного станка, запускает программу обучения на устройстве дополненной реальности и входит во вкладку «Обучение». Программа начинается с выбора аккаунта пользователя и возможности создать нового аккаунта пользователя. У каждого аккаунта пользователя существует своя панель с прогрессом обучения, которая состоит из 12 тем. Темы состоят из блоков, в которые входят все операции, осуществляемые при работе с гибочным станком. Задачей пользователя в процессе обучения является прохождение всех тем, при этом пользователь проходит темы поэтапно по мере повышения их уровня сложности.

С помощью видеоуроков, доступных в каждом блоке и проецируемых на устройство дополненной реальности, пользователь проходит обучение, располагаясь перед гибочным станком. После просмотра видеоурока пользователю предлагается ответить на тестовые вопросы. Оформление тестов сделано таким образом, что пользователь, в том числе взаимодействует с гибочным станком для получения правильного ответа. Это улучшает процесс обучения пользователя, предоставляя наиболее интерактивное обучение и возможность проверить знания пользователя, закрепив их практическим взаимодействием с гибочным станком.

Также кроме видеоуроков и тестовых вопросов, в устройстве дополненной реальности отображаются другие объекты дополненной реальности.

Пользователь может вывести 3D-модель заготовки при обучении через меню или сканируя QR код, который нанесен, например, на бумажный носитель с чертежом. Сканирование QR-кода осуществляется устройством дополненной реальности, снабженным камерой со средствами обработки информации, содержащейся в QR-коде. 3D-модель заготовки помогает пользователю понять, как должна выглядеть согнутая деталь, на ней видна последовательность сгибов и визуализация направления сгибов. Модель можно также расположить в удобном для пользователя месте, масштабировать и вращать. Кроме того, на устройстве дополненной реальности выводятся клавиши переключения сгибов, посредством нажатия на которые отображается анимация сгибов, что позволяет пользователю посмотреть деталь в развёрнутом виде и последовательно увидеть каждый сгиб в отдельности.

Аналогичным образом посредством сканирования QR-кода в устройстве дополненной реальности можно вывести чертеж для повышения удобства работы со станком. Пользователь может масштабировать чертёж, а также перемещать его в любое удобное место. Визуализация чертежа позволяет пользователю совершать меньше лишних движений во время работы, тем самым повышая удобство.

Пользователь выводит проекцию заготовки в виде полупрозрачной голограммы на зону сгиба на станке, с возможностью наложения действительной заготовки, через меню на устройстве дополненной реальности. Проекция может строиться из загруженной 3D модели заготовки. В случае отсутствия 3D модели, упрощённая проекция строится автоматически, используя нарисованную программу в графическом режиме станка с числовым программным управлением.

Эта проекция служит подсказкой пользователю, поскольку имеет видимую виртуальную линию сгиба для правильного позиционирования действительной заготовки на станке. Во время прохождения курса обучения пользователь сравнивает действительную заготовку с проекцией, чтобы не получить брак.

Информативность и качество предложенного способа достигается благодаря тому, что при непосредственной визуализации проекции необработанной заготовки в условиях дополненной реальности, осуществляется действительная работа на станке. После вывода проекции заготовки на рабочую поверхность станка в зону сгиба с возможностью наложения на действительную заготовку и осуществления процесса гибки (опускания траверсы гибочного станка для осуществления сгиба), проекция заготовки изменяется в соответствии с осуществленным на гибочном станке действием. Таким образом, пользователь может визуализировать процесс гибки, при этом не используя действительные заготовки (избегая их расходования и брака), а кроме того, достигается минимизация риска травм у пользователя, не знакомого с работой гибочного станка.

Работа пользователя с действительной заготовкой в ходе ответа на тестовые вопросы, согласно предложенному способу, может быть выполнена с повышенной безопасностью и информативностью об осуществляемых действиях.

Информационные панели обеспечивают пользователя сведениями о часто используемых данных со станка с числовым программным управлением. Панели расположены на рабочем поле в постоянной видимости пользователя, с возможностью изменения расположения в любом другом, удобном для пользователя месте. Панель позволяет быстро проверять корректность используемых инструментов, и визуально подтвердить точность введённых данных. На панели пользователя видит текущие корректировки, заданные инструменты, и основную информацию о сгибе. Кроме того, существует возможность расширить панель для отображения более сложных данных о сгибе.

Кроме того, пользователь может вывести на устройство дополненной реальности справочные таблицы, в частности, таблицы допусков, таблицу усилий и иные ресурсы, часто используемые пользователи во время работы. Все это способствует более эргономичной работе на станке, что уменьшает время, занимаемое на 1 операцию на станке, и позволяет осуществить большее количество соответствующих операций, в результате чего увеличивается производительность работы.

В целях предотвращения таких ошибок как производственный брак или испорченные инструменты, предупреждает пользователя о проверке правильности инструментов при запуске программы из компьютера. Наличие этих предупреждений и информационных панелей, на которых возможно увидеть главные параметры сгиба, непосредственно перед глазами во время осуществления процесса гибки способствует снижению самой распространённой причины брака, вызванного невнимательностью пользователя.

Изобретение относится к технологии обработки материалов на гибочных станках, в частности к способам обучения специалистов технологическим операциям, осуществляемым при работе с указанными станками, с использованием устройства дополненной реальности. Предложен способ обучения работе на гибочном станке с числовым программным управлением при помощи устройства дополненной реальности, включающий запуск специалистом программы обучения, характеризующийся тем, что программа обучения проецирует в поле зрения специалиста с помощью устройства дополненной реальности следующие объекты дополненной реальности: видеоуроки с тестовыми вопросами, 3D-модель заготовки, клавиши переключения сгибов, чертеж, проекция заготовки в виде полупрозрачной голограммы, информационные панели, обеспечивающие специалиста сведениями о часто используемых данных со станка, панели предупреждения, а также справочные данные в виде таблиц, причем данные об указанных объектах передаются на устройство дополненной реальности со станка, при этом устройство дополненной реальности может быть дополнительно снабжено средством считывания QR-кода, а данные о 3D-модели заготовки и чертеже могут быть также переданы на устройство дополненной реальности после считывания им QR-кода, нанесённого, например, на бумажный носитель, при этом посредством нажатия специалиста на клавиши переключения сгибов устройство дополненной реальности визуализирует анимацию сгибов на 3D-модели заготовки, позволяющей специалисту увидеть ее как в развёрнутом виде, так и последовательно каждый сгиб в отдельности, а проекция заготовки выводится специалистом на зону сгиба на станке с возможностью наложения на действительную заготовку, имеет видимую виртуальную линию сгиба, а также возможность изменяться в соответствии с осуществляемым на станке действием, причем видеоуроки объединены в обучающий курс и предназначены для последовательного их просмотра специалистом, который по завершении просмотра каждого из видеоуроков отвечает на тестовые вопросы, в том числе путем взаимодействия со станком, при этом указанное взаимодействие может быть осуществлено как с использованием действительной заготовки, так и без ее использования. Техническими результатами, на достижение которых направлено заявленное изобретение, являются: получение специалистом практических навыков работы на гибочном станке, сокращение времени на обучение; возможность проходить обучение без участия обучающего персонала, минимизация брака и производственных травм.

Способ использования средств дополненной реальности для взаимодействия пользователя с гибочным станком для обучения работе с ним, включающий проецирование с помощью устройства дополненной реальности в поле зрения пользователя следующие объекты дополненной реальности: видеоизображение, 3D-модель заготовки, клавиши переключения сгибов, чертеж, проекция заготовки в виде полупрозрачной голограммы, информационные панели, обеспечивающие пользователя сведениями о часто используемых данных со станка, панели предупреждения, при этом при проецировании в поле зрения пользователя с помощью устройства дополненной реальности отображаются справочные данные в виде таблиц, при этом данные об указанных объектах передаются на устройство дополненной реальности со станка, на этапе дополненной реальности устройство визуализирует анимацию сгибов на 3D-модели заготовки при нажатии клавиш переключения сгибов, позволяющей визуализировать как развернутый вид, так и последовательно каждый сгиб в отдельности, а проекция заготовки выводится на зону сгиба на станке с возможностью наложения на действительную заготовку, при этом проекция включает видимую виртуальную линию сгиба, имеющую возможность изменения в соответствии с действиями, выполняемыми на станке.