[发明专利]用于表征人工焊接操作的系统

说明书

一种用于表征人工焊接练习并且将有价值的训练提供给焊工的系统，所述系统包括用于产生、捕捉和处理数据的部件。数据产生部件进一步包括固定装置、工件、至少一个标定装置以及焊接工具，所述至少一个标定装置每个具有与所述标定装置一体的至少两个点标记。数据捕捉部件进一步包括用于捕捉点标记的图像的成像系统，并且数据处理部件可操作来接收来自数据捕捉部件的信息并且执行各种位置和定向计算。

本申请是2012年7月6日递交的PCT国际申请PCT/US2012/045776于2015年3月6日进入中国国家阶段的中国专利申请号为201280075678.5、发明名称为“用于表征人工焊接操作的系统”的发明专利申请的分案申请。

相关申请的交叉引用

PCT国际申请PCT/US2012/045776是2009年7月8日递交的且题为“用于监控和表征人工焊缝的创建的方法和系统”的美国专利申请序号为No.12/499,687以及2010年12月13日递交的且题为“焊接训练系统”的美国专利申请序号为No.12/966,570的部分继续申请，所述美国专利申请序号为No.12/499,687和所述美国专利申请序号为No.12/966,570的公开内容在此全部通过引用被并入本文，如同在本文被完整地重新叙述一样。

技术领域

所描述的发明一般地涉及用于表征人工焊接操作的系统，并且更具体地，涉及用于通过这样的方式将有用的信息提供给焊接受训者的系统，所述方式为捕捉、处理并且以可见的格式来呈现由焊接受训者在人工地执行实际焊接时所实时产生的数据。

背景技术

制造业对有效且经济的焊工训练的期望已经在过去的十年里成为了有记录可查的主题，因为在今天的工厂、造船厂和建筑工地，技术焊工严重短缺的现状正变得惊人地明显。迅速退休的劳动力，结合传统的基于指导者的焊工训练的缓慢步伐，已经成为更有效的训练技术发展的推动力。对具体到焊接的人工灵巧技术的加速训练的创新，连同对电弧焊接基本原理的快速教导，正在变为一种必要。本文所公开的表征和训练系统解决了对提高焊工训练的这个至关重要的需求并且能够监控人工焊接过程来确保所述过程是在可允许的限制内，所述限制对满足全行业的质量要求是必要的。迄今为止，多数焊接过程都被人工地执行，然而，该领域仍缺乏实用的、商业上可获得的工具来跟踪这些人工过程的执行。因此，对这样的有效系统存在持续的需求，所述系统用于训练焊工来在各种条件下正确地执行各种类型的焊接。

发明内容

以下内容提供本发明的某些示例性实施方案的总结。该总结不是广泛的概述并且不意图来确定本发明的关键的或决定性的方面或元件或者来划定它的范围。

依据本发明的一个方面，用于表征人工和/或半自动焊接操作和练习的系统被提供。该系统包括数据产生部件、数据捕捉部件和数据处理部件。数据产生部件进一步包括固定装置，其中固定装置的几何特征是预先确定的；工件，所述工件被调适来安装在固定装置上，其中工件包括要被焊接的至少一个接头，并且其中沿要被焊接的接头延伸的矢量限定操作路径；至少一个标定装置，其中每个标定装置进一步包括与标定装置一体的至少两个点标记，并且其中点标记和操作路径之间的几何关系是预先确定的；以及焊接工具，其中焊接工具可操作来在要被焊接的接头处形成焊缝，其中焊接工具限定工具点和工具矢量，并且其中焊接工具进一步包括被附着到焊接工具的标靶，其中标靶进一步包括以预先确定的图案被安装在标靶上的多个点标记，并且其中点标记的预先确定的图案可操作来限定刚体。数据捕捉部件进一步包括用于捕捉点标记的图像的成像系统。数据处理部件可操作来接收来自数据捕捉部件的信息并且然后计算操作路径相对于通过成像系统可见的三维空间的位置和定向；工具点相对于刚体的位置以及工具矢量相对于刚体的定向；以及工具点相对于操作路径的位置以及工具矢量相对于操作路径的定向。