利用平视显示器显示模拟和真实世界物体的焊接训练机制造技术

本文提供了一种用于在焊接、切割、连结、和包覆操作中的至少一项中辅助用户的系统。所述系统包括焊接工具和带有安装在面部的显示器的焊工帽罩。所述系统还包括被配置为用于在3‑D空间中相对于待工作物体追踪焊工帽罩和焊接工具的空间追踪器。基于处理器的子系统被配置为用于基于在焊接环境中发现的物体来生成虚拟物体并将所述虚拟物体传送到安装在面部的显示器上的预定位置。

【技术实现步骤摘要】
利用平视显示器显示模拟和真实世界物体的焊接训练机优先权和援引并入此美国非临时专利申请要求于2016年11月7日提交的未决的美国临时申请序列号62/418,740的优先权，该申请以其全部内容通过援引并入本文。于2015年4月9日提交的美国申请号14/682,340、于2013年9月26日提交的美国申请序列号14/037,699、于2009年10月13日提交的作为美国专利号8,569,655公布的美国申请序列号12/577,824、以及于2014年4月9日提交的美国临时专利申请号61/977,275的说明书均以其全部内容通过援引并入本文。专利技术概述
本专利技术总体上涉及一种在焊接中使用的设备。与本专利技术一致的装置、系统和方法涉及对焊接参数的监测，并且具体涉及将虚拟物体提供给位于焊工帽罩中的显示器的焊接系统。
技术介绍
焊接是在各种产品和结构的制造和构建中的重要工艺。焊接的应用广泛并且使用遍及全球，例如，列举几例来说，船舶、建筑物、桥梁、车辆和管道的构建和修复。可以在各种各样的地点执行焊接，例如在采用固定式焊接操作的工厂中、或在采用便携式焊接机的现场。在手动或半自动焊接中，用户/操作者(即焊工)引导焊接设备来进行焊接。例如，在弧焊中，焊工可以手动定位焊条或焊丝、并且在焊接位置处产生生成热的电弧。在这种类型的焊接中，电极与焊接位置的间距与所生成的电弧有关、并且与实现基材金属和焊条或焊丝金属的最佳熔化/熔合有关。这样的焊接质量通常直接取决于焊工的技能。焊工在焊接时一般依靠各种各样的信息。这种信息包括例如电流和电压。传统地，焊工将需要查看焊接设备控制面板上的仪表来获得这种信息。这将要求焊工使得他们的视野离开焊接工作区域，而这样是不希望的。此外，在许多情况下，焊接机可能并不位于工作空间附近。在此类情况下，焊接机是由可以用于改变多个参数(例如焊接功率、极性、电弧特征等)的、电缆连接的远程控制器来操作的。然而，在可以设定该过程之前，焊工可能需要看到物理地位于机器上的显示读数。这个设定过程在设定完成之前可能需要来回许多次。过去，已做出努力来在焊接期间给焊工提供信息，比如在美国专利号4,677,277披露的方法中，其中对电流和电压进行监测来为操作者产生关于弧焊电弧状态的音频指示。然而，仅由音频电弧参数指示器组成的监视器难以听到和进行干预、并且不能够实现希望的接近控制和通常所要求的焊接质量。最近，如在美国专利号6,242,711中所披露的，已经开发了一种用于监测弧焊的装备，该装备给焊工提供焊接电弧的实时的电压和电流状态，其中，将以光、被照亮的条形图、光投影、被照亮的透视显示或类似形式的信息置于戴帽罩的操作者的视觉范围之内、并且定位成接近帽罩中的帽罩观看窗口。然而，在这个装备中，焊工仍必须将其视觉焦点移动离开焊接工作区域，以便聚焦在位于焊接窗口附近的信息上，或者焊工必须接受外围信息而同时继续聚焦在焊接工作区域上。此外，相关领域的焊接装置在进行焊接过程中辅助焊工(无论是初学者还是经过练习的人)方面具有有限的引导作用。
技术实现思路
本专利技术涉及一种焊工帽罩，该焊工帽罩能够提供表示相关联的焊接操作的信息的图像，其中该图像出现在该焊工帽罩中的显示器上。该显示器可以是安装在面部的显示器，如LCD显示器或平视显示器(HUD)。从以下的详细说明和附图中，各方面将对于本领域技术人员而言变得清晰。附图说明通过参考附图来详细描述本专利技术的示例性实施例，本专利技术的上述和/或其他方面将会更加清晰，在附图中：图1是根据本专利技术的焊接系统的示意图；图2是类似于图1中帽罩的一种包括摄像机的焊工帽罩的放大视图；图3是类似于图2中帽罩的一种包括投影仪的焊工帽罩的截面图；图4是类似于图3中帽罩的一种包括集成视频显示器的焊工帽罩的截面图；图5是类似于图2中帽罩的一种包括双目摄像机的焊工帽罩的透视图；图6是类似于图5中帽罩的一种焊工帽罩的内部视图，示出了双目观看屏；图7是具有HUD的焊工帽罩的示例性实施例的截面图；图8是根据本专利技术示例性实施例的焊接系统的示意图；图9是具有HUD的焊工帽罩的内部视图；图10A和图10B是具有HUD的焊工帽罩的内部视图；图11是具有HUD的焊工帽罩的示例性实施例的截面图；图12展示了可以被显示出的信息的示例性视图。图13展示了根据本专利技术的另一个示例性实施例的焊接系统的示意框图。图14展示了图13中的焊接系统的示意图。图15展示了具有安装在面部的显示装置的焊工帽罩的透视图。图16A展示了示例性的焊接工具，示出了用于限定刚体的点标记的布置。图16B展示了示例性的焊工帽罩，示出了用于限定刚体的点标记的布置。图17展示了流程图，示出了本专利技术的示例性实施例中的信息流。图18展示了当在焊工帽罩的显示器上或穿过显示器观看时的焊接环境的透视图。图19展示了用于设定焊接设备上的参数的示例性用户输入屏幕。图20展示了用于选择焊接过程的示例性用户输入屏幕。图21展示了具有各种焊接工具参数曲线的示意性图表。图22展示了焊接环境的透视图，示出了真实世界的物体、视觉提示和虚拟物体。图23展示了焊接环境的俯视图，示出了真实世界的物体和虚拟物体。图24展示了焊接环境的侧视图，示出了真实世界的物体和虚拟物体。图25展示了焊接系统的另一个示例性实施例的示意图。图26展示了流程图，示出了物体识别装置的示例性实施例中的信息流。具体实施方式下面将参考附图来描述本专利技术的示例性实施例。所描述的示例性实施例旨在帮助理解本专利技术、而不旨在以任何方式限制本专利技术的范围。贯穿全文，类似参考号表示类似的要素。现在参照附图，图1中展示了焊接系统10。焊接系统10包括焊工帽罩12、焊接系统14、焊枪16和工件18。工件18总体上限定了焊接工作区域20，可以使用焊枪16来在该焊接工作区域中形成焊缝。焊接系统14包括用于产生焊接电流和电压的焊接设备、用于控制焊接电流和电压的焊接控制系统、以及用于监测焊接电流和电压的监测系统。即，该焊接系统可以是在具有已知构造和操作的已知或用过的焊接电源上。监测系统还可以监测各种其他的操作参数，比如但不限于，送丝速度、已使用的焊丝量/剩余焊丝量、操作者希望的任何类型的焊接反馈、以及任何其他希望的操作参数。焊工帽罩12包括主体22，该主体具有连接到主体22上的视觉显示器24。显示器24可以是窗口，该窗口包括焊接透镜、视频监视器(例如LCD显示器或LED阵列)、或适于允许焊工看到焊接工作区域20的任何其他装置。必须理解的是，在这样的显示器24是视频监视器的实施例中，可以利用视频处理来增强该焊接操作的画面。另外，显示器中可以任选地包括记录装置，例如用来记录焊接操作并且之后进行回放以用于分析和/或评估。如图2所示，焊工帽罩12可以包括安装在焊工的视点处或附近的摄像机26。在视觉显示器24是视频监视器的实例中，摄像机26可以为显示器24提供焊接工作区域20的视频画面。另外，可以使用摄像机26随着焊接操作的进展来对其进行记录，使得以后可以观看该焊接操作。如图3和图4示出的，信息生成机构28与焊接系统14的监测系统通信、并且能够基于监测到的焊接参数(如电流和电压)在视觉显示器24上生成表示来自该监测系统的信息的图像，其中该图像的焦点与相关联的焊接工作区域在一个焦点范围(即，具有一个焦点)上本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于在焊接、切割、连结、和包覆操作中的至少一项中训练用户的系统，所述系统包括：用于在试样或工件中的一者上进行真实世界焊接的焊接工具；安装在面部的透过式显示器，用于允许用户查看包括试样或工件中的所述一者的焊接环境的视图，所述安装在面部的显示器具有组合器；空间追踪器，所述空间追踪器被配置为用于追踪所述安装在面部的显示器和所述焊接工具在3‑D空间中相对于试样或工件中的所述一者的位置、取向、和移动，并且用于确定与所述追踪相对应的6‑D数据；以及基于处理器的子系统，所述基于处理器的子系统被配置成用于从所述空间追踪器接收所述6‑D数据，基于真实世界物体生成至少一个虚拟物体，将所述至少一个虚拟物体映射到所述安装在面部的显示器上的相应位置，并且将所述至少一个虚拟物体传送到所述安装在面部的显示器的所述组合器，使得所述安装在面部的显示器将所述至少一个虚拟物体示出为叠加在所述焊接环境的视图上，从而提供所述焊接环境的混合的现实和模拟场景，其中所述至少一个虚拟物体模拟真实世界物体。

【技术特征摘要】
2016.11.07 US 62/418,740;2017.10.16 US 15/785,0191.一种用于在焊接、切割、连结、和包覆操作中的至少一项中训练用户的系统，所述系统包括：用于在试样或工件中的一者上进行真实世界焊接的焊接工具；安装在面部的透过式显示器，用于允许用户查看包括试样或工件中的所述一者的焊接环境的视图，所述安装在面部的显示器具有组合器；空间追踪器，所述空间追踪器被配置为用于追踪所述安装在面部的显示器和所述焊接工具在3-D空间中相对于试样或工件中的所述一者的位置、取向、和移动，并且用于确定与所述追踪相对应的6-D数据；以及基于处理器的子系统，所述基于处理器的子系统被配置成用于从所述空间追踪器接收所述6-D数据，基于真实世界物体生成至少一个虚拟物体，将所述至少一个虚拟物体映射到所述安装在面部的显示器上的相应位置，并且将所述至少一个虚拟物体传送到所述安装在面部的显示器的所述组合器，使得所述安装在面部的显示器将所述至少一个虚拟物体示出为叠加在所述焊接环境的视图上，从而提供所述焊接环境的混合的现实和模拟场景，其中所述至少一个虚拟物体模拟真实世界物体。2.如权利要求1所述的系统，其中在透过所述安装在面部的显示器来看时，所模拟的真实世界物体被叠加在所述焊接环境的真实世界物品上。3.如权利要求2所述的系统，其中所模拟的真实世界物体是理想焊接物体，并且所述真实世界物品是真实世界焊接和理想世界焊接头中的至少一者。4.如权利要求3所述的系统，其中所模拟的真实世界物体的至少一个属性基于所述6-D数据而进行显示和改变中的至少一项，从而向用户指示在所述真实世界焊接中存在问题区域或潜在问题区域。5.如权利要求4所述的系统，其中所模拟的真实世界物体的所述至少一个属性是以下各项中的至少一项：所模拟的真实世界物体的颜色、形状、大小、强度、和在所述安装在面部的显示器上的位置。6.如权利要求4所述的系统，其中在所述真实世界焊接中的问题区域或潜在问题区域是以下各项中的至少一项：孔隙度、不完全融合、裂缝、底切、焊接轮廓过薄、和焊接轮廓过厚。7.如权利要求3所述的系统，其中所模拟的真实世界焊接物体包括是所模拟的真实世界物体的高度、宽度、长度、形状、轮廓、和焊接路径中的至少一项的特征，并且其中所述特征基于焊接头的类型、所述焊接头的取向、和焊接操作的类型中的至少一项。8.如权利要求7所述的系统，其中多个虚拟焊接物体被储存在所述基于处理器的子系统中。9.如权利要求1所述的系统，其中所模拟的真实世界物体提供有关以下各项中的至少一项的信息：辅助用户进行所述真实世界焊接、用户的表现、和所述真实世界焊接的质量。10.如权利要求1所述的系统，其中所模拟的真实世界物体是半透明的以示出所述焊接环境的位于下层的视图。11.如权利要求1所述的系统，其中所模拟的真实世界物体是模拟障碍，所述模拟障碍代表焊接地点的真实世界障碍。12.如权利要求1所述的系统，其中在透过所述安装在面部的显...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·梅斯，莎拉·埃文斯，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US