[发明专利]利用平视显示器显示模拟和真实世界物体的焊接训练机

说明书

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。

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。

发明概述

技术领域

本发明总体上涉及一种在焊接中使用的设备。与本发明一致的装置、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。

背景技术

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。

发明内容

本发明涉及一种焊工帽罩，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