CN105451923B - 提供计算机化的眼部佩戴装置来辅助焊接的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

辅助焊接者或焊接学员的系统和方法。系统可以提供连同计算机化眼部佩戴装置(150)一起的现实世界电弧焊接系统或虚拟现实电弧焊接系统，所述计算机化眼部佩戴装置(150)具有平视显示器(HUD)。计算机化眼部佩戴装置可以按照佩戴眼镜的方式由使用者佩戴在常规焊接头盔下，并且可以与现实世界电弧焊接系统的焊接电源(140)或者与虚拟现实电弧焊接系统的基于可编程处理器的子系统(310)无线地通信。

Description

提供计算机化的眼部佩戴装置来辅助焊接的系统和方法
通过引用的并入：本美国专利申请要求对2013年5月24日递交的美国临时专利申请序号61/827,248的优先权和权益，所述美国临时专利申请通过引用被整体地并入本申请。具有申请号13/212,686并且在2013年8月18日递交的公开的美国专利申请(US2013/0044042)通过引用被整体地并入本申请。具有申请号12/501,257并且在2009年7月10日递交的公开的美国专利申请(US 2010/0062405)通过引用被整体地并入本申请。
技术领域
本发明的某些实施方案涉及焊接。更特别地，本发明的某些实施方案涉及经由计算机化眼部佩戴装置向使用焊接系统的焊接者提供可视化和通信能力的系统和方法。
背景
在焊接过程(现实世界焊接过程或仿真焊接过程)期间实时地向焊接学员提供信息，对辅助焊接学员的学习过程是重要的。类似地，在现实世界的焊接过程期间实时地向熟练焊接者提供信息，可以辅助熟练焊接者的焊接过程。此外，为焊接学员或熟练焊接者提供容易与焊接系统(现实的或仿真的)通信(例如，向焊接系统提供命令)的能力，可以允许更有效率并且对使用者更友好的焊接体验。今天，焊接头盔可以被提供有表征焊接信息的简单光标志，由于光标志可以在焊接者的眼睛的一英寸范围之内，这不要求焊接者能够集中精神地关注光标志。例如，简单地能够看到光标志的颜色是红色、绿色或黄色的能力被提供。因此，存在改进焊接者或焊接学员如何与焊接系统互动以及信息如何实时地被提供和观察的不断的需要。
通过将这样的系统和方法与如参照附图在本申请其余内容中阐述的本发明的实施方案进行比较，本领域技术人员将清楚常规的、传统的以及已提出的途径的其他限制和劣势。
发明内容
为了解决这一问题，本发明提出根据权利要求1的电弧焊接系统以及根据权利要求2的虚拟现实焊接系统。更具体的解决方案可以从从属权利要求中取得。注意的是，从属权利要求的特征适用于此前所提及的系统类型中的二者。在一个实施方案中，系统被提供。系统包括电弧焊接系统的焊接电源以及具有平视显示器(HUD)的计算机化眼部佩戴装置。计算机化眼部佩戴装置被配置来按照佩戴眼镜的方式由使用者佩戴，同时使用者还佩戴保护性焊接头盔。计算机化眼部佩戴装置进一步被配置来与电弧焊接系统的焊接电源无线地通信。计算机化眼部佩戴装置可以接收来自焊接电源的信息并且将信息显示在HUD上。此外，使用者可以经由计算机化眼部佩戴装置(例如，经由声音激活)向焊接电源提供命令。例如，焊接电源和计算机化眼部佩戴装置可以被协同地配置来在HUD上提供指示使用者的焊接技术的增强标志以及指示要进行的下一焊缝的定序器功能中的一个或更多个。
在另一个实施方案中，系统被提供。所述系统包括虚拟现实焊接仿真系统的基于可编程处理器的子系统以及具有平视显示器(HUD)的计算机化眼部佩戴装置。计算机化眼部佩戴装置被配置来按照佩戴眼镜的方式由使用者佩戴，同时使用者还佩戴保护性焊接头盔。计算机化眼部佩戴装置进一步被配置来与虚拟现实焊接仿真系统的基于可编程处理器的子系统无线地通信。计算机化眼部佩戴装置可以接收来自基于可编程处理器的子系统的信息并且将所述信息显示在HUD上。此外，使用者可以经由计算机化眼部佩戴装置(例如，经由声音激活)向基于可编程处理器的子系统提供命令。例如，基于可编程处理器的子系统和计算机化眼部佩戴装置可以被协同地配置来在HUD上提供与虚拟现实焊接过程相关联的虚拟现实图像以及与虚拟现实焊接过程相关联的虚拟提示和标志中的一个或更多个。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置包括被配置来佩戴在使用者头部上的框架，所述框架包括鼻梁架、额头部分和第一臂，所述鼻梁架被配置来支撑在使用者的鼻子上，所述额头部分耦合于鼻梁架并且从鼻梁架向在鼻梁架远处的第一端延伸出去，并且所述额头部分被配置来定位在使用者额头的第一侧上，所述第一臂具有耦合于额头部分的第一端的第一端并且延伸到自由端，第一臂被配置来定位在使用者的第一太阳穴上，其中所述自由端靠近使用者的第一耳被设置，其中鼻梁架针对额头部分相对于使用者眼睛的选择性定位是可调节的。计算机化眼部佩戴装置还包括透明显示器(所述HUD)，所述透明显示器可以被附接于框架并且是通过围绕平行于第一额头部分延伸的第一轴旋转关于框架可运动的。计算机化眼部佩戴装置还包括附接于框架的壳体，壳体容纳控制和通信电路。按照实施例，计算机化眼部佩戴装置可以是Google GlassTM装置，所述Google GlassTM装置被配置用于采用电弧焊接系统或虚拟现实电弧焊接仿真系统的操作。
从下面的说明和附图，将更完整地理解本发明的被图示说明的实施方案的详细内容。
附图简要说明
图1图示说明电弧焊接系统以及被配置来与电弧焊接系统通信的计算机化眼部佩戴装置的示例性实施方案的示图；
图2图示说明图1的计算机化眼部佩戴装置的示例性实施方案的示图；以及
图3图示说明虚拟现实焊接系统以及被配置来与虚拟现实焊接系统通信的计算机化眼部佩戴装置的示例性实施方案的示图。
详细描述
下面为可以在本公开中使用的示例性术语的定义。所有术语的单复数形式都落入各自的含义中：
如本文中使用的“软件”或“计算机程序”包括(但不限于)一个或更多个计算机可读和/或可执行命令，这些命令致使计算机或其他电子装置以所期望的办法执行功能、动作和/或行为。这些命令可以实现为各种形式，如，包括得自动态链接库的单独应用程序或代码的子程序、算法、模块或程序。软件还可以实现为各种形式，如，独立程序、函数调用、小服务程序(servlet)、小应用程序(applet)、应用程序、储存在存储器、操作系统的一部分中的命令或其他类型的可执行命令。本领域的普通技术人员将会理解，软件的形式取决于(例如)对所期望的应用的要求、对软件的运行环境的要求和/或设计者/编程者的期望等。
如本文中使用的“计算机”或“处理元件”或“计算机化装置”包括(但不限于)任何可以储存、取回(retrieve)和处理数据的经编程或可编程电子装置。“非瞬时计算机可读介质”包括(但不限于)CD-ROM、可移除的闪存卡、硬盘驱动器、磁带以及软盘。
如本文中使用的“计算机存储器”指的是被配置来储存可以由计算机或处理元件取回的数字数据或信息的储存装置。
如本文中使用的“控制器”指的是逻辑电路和/或处理元件以及涉及控制装置、系统或系统的部分的相关联的软件或程序。
术语“信号”、“数据”和“信息”可以在本文被可互换地使用并且可以为数字或模拟的形式。
术语“焊接参数”在本文被广泛地使用并且可以指的是以下内容的特征：焊接输出电流波形的一部分(例如，幅值、脉冲宽度或持续时间、斜率、电极极性)、焊接过程(例如，短弧焊接过程或脉冲焊接过程)、焊丝送进速度、调制频率、焊接行进速度或与现实世界焊接或仿真焊接相关联的一些其他参数。
如本文中使用的术语“平视显示器”指的是呈现信息(例如，高质量图像)而不要求使用者从他们的通常视点移开视线(look away)的透明显示器。
在一个实施方案中，电弧焊接系统被提供。电弧焊接系统包括焊接电源和计算机化眼部佩戴装置，所述计算机化眼部佩戴装置具有平视显示器(HUD)以及可操作地连接到HUD的控制和通信电路(CCC)。计算机化眼部佩戴装置被配置来按照佩戴眼镜的方式由使用者佩戴(同时还佩戴保护性头盔)以及与焊接电源无线地通信。控制和通信电路被配置来无线地接收来自焊接电源的信息并且将信息显示在HUD上。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置包括可操作地连接到控制和通信电路的扬声器。扬声器以及控制和通信电路被配置来接收声音激活的使用者命令信息以及将声音激活的使用者命令信息无线地传输到焊接电源。依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置包括可操作地连接到控制和通信电路的摄像头。摄像头以及控制和通信电路被配置来拍摄静态图片和运动视频中的一个或更多个。依照实施方案，控制和通信电路被配置来通过无线接入点接入互联网。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置包括被配置来佩戴在使用者的头部上的框架以及附接于框架的至少一个壳体，所述壳体容纳控制和通信电路、扬声器以及摄像头中的一个或更多个。HUD还被附接于框架并且是通过围绕平行于第一额头部分延伸的第一轴旋转关于框架可运动的。可选地，计算机化眼部佩戴装置可以包括由框架保持就位的至少一个处方光学镜片。
依照实施方案，框架包括鼻梁架、额头部分和第一臂，所述鼻梁架被配置来支撑在使用者的鼻子上，所述额头部分耦合于鼻梁架并且从鼻梁架向在鼻梁架远处的第一端延伸出去，并且所述额头部分被配置来定位在使用者额头的第一侧上，所述第一臂具有耦合于额头部分的第一端的第一端并且延伸到自由端。第一臂被配置来定位在使用者的第一太阳穴上，其中自由端靠近使用者的第一耳被设置。依照实施方案，鼻梁架针对额头部分相对于使用者的眼睛的选择性定位是可调节的。
图1图示说明电弧焊接系统100和被配置来与电弧焊接系统100通信的计算机化眼部佩戴装置150的示例性实施方案的示图。电弧焊接系统100包括焊丝送进器110、焊枪或焊接工具120、保护气体供应器130以及焊接电源140。如本领域所周知的，焊丝送进器110、焊枪120、保护气体供应器130以及电源140被可操作地连接来允许焊接者在焊丝和工件W之间创建电弧以创建焊缝。
依照实施方案，焊接电源140包括开关电源供应器(未示出)、波形发生器(未示出)、控制器(未示出)、电压反馈电路(未示出)、电流反馈电路(未示出)以及无线通信电路145。焊丝送进器110通过焊枪(焊接工具)120以所选择的焊丝送进速度(WFS)向着工件W送进可消耗的焊丝焊接电极E。焊丝送进器110、可消耗的焊接电极E以及工件W不是焊接电源140的一部分，但是可以经由焊接输出缆线可操作地连接到焊接电源140。
计算机化眼部佩戴装置150被配置来按照佩戴眼镜的方式由使用者佩戴，同时还佩戴常规的保护性焊接头盔。保护性焊接头盔可以是这样的常规焊接头盔，所述常规焊接头盔不必以任何方式被修改来适应所述计算机化眼部佩戴装置150。此外，计算机化眼部佩戴装置150被配置来经由焊接电源140的无线通信电路145与焊接电源140无线地通信。依照实施方案，无线通信电路145可以包括处理器、计算机存储器、发送器、接收器以及天线。
现在参照图1和图2，其中图2图示说明图1的计算机化眼部佩戴装置150的示例性实施方案的示图，计算机化眼部佩戴装置150包括被配置来佩戴在使用者头部上的框架151。框架151包括鼻梁架152和额头部分153，所述鼻梁架152被配置来支撑在使用者的鼻子上，所述额头部分153耦合于鼻梁架152并且从鼻梁架152向在鼻梁架152远处的第一和第二端延伸出去，并且所述额头部分153被配置来定位在使用者的额头上。
框架还包括第一臂154，所述第一臂具有耦合于额头部分153的第一端的第一端并且延伸到自由端，第一臂被配置来定位在使用者的第一太阳穴上，其中自由端靠近使用者的第一耳被设置。框架151还包括第二臂155，所述第二臂155具有耦合于额头部分153的第二端的第一端并且延伸到自由端，第二臂被配置来定位在使用者的第二太阳穴上，其中自由端靠近使用者的第二耳被设置。依照实施方案，鼻梁架152针对额头部分153相对于使用者的眼睛的选择性定位可以是可调节的。
计算机化眼部佩戴装置150包括附接于框架151的透明显示器(例如，HUD)156。依照实施方案，HUD156可以是通过围绕平行于额头部分153延伸的第一轴旋转关于框架151可运动的，并且可以被配置来显示文本、图表和图像。计算机化眼部佩戴装置150还包括控制和通信电路(例如，计算机)157，所述控制和通信电路157被装在壳体162中并且附接于框架151。例如，控制和通信电路157可以包括处理器和存储器。存储器可以被耦合于处理器以及可以由处理器使用和执行的储存软件。例如，处理器可以是微处理器或数字信号处理器。作为选择，计算机化眼部佩戴装置150可以包括摄像头158。HUD156以及控制和通信电路157(以及，可选地，摄像头158)被可操作地连接来提供本文所描述的功能。依照实施方案，摄像头158被配置来拍摄静态图片和运动视频。以这种方式，使用者可以记录如同由使用者从焊接头盔内部所观察的焊接情景。
依照实施方案，控制和通信电路157提供与焊接电源140的无线通信电路145的双向通信。信息可以从焊接电源140被提供到计算机化眼部佩戴装置150并且被显示在HUD156上。此外，依照实施方案，控制和通信电路157被配置来接受来自使用者的声音激活命令并且将命令传输到焊接电源140。除了其他可能性以外，焊接电源140和计算机化眼部佩戴装置150之间的通信可以由(例如)蓝牙无线电技术、IEEE802.11(包括任何IEEE802.11修订版本)中所描述的通信协议、蜂窝技术(比如GSM、CDMA、UMTS、EVDO、WiMax或LTE)或技术来完成。依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置还可以包括匹配使用者的矫正视觉处方的至少一个光学镜片163。依照进一步的实施方案，计算机化眼部佩戴装置可以是模块化的并且是可附于正常的处方眼镜的。
此外，依照实施方案，焊接电源140可以是由计算机化眼部佩戴装置150经由互联网可访问的。例如，控制和通信电路157可以被配置来通过无线热点(例如，智能手机或无线路由器)接入互联网并且通过互联网访问焊接电源140。可替换地，焊接电源140可以被配置来接入互联网并且向计算机化眼部佩戴装置150提供从互联网得到的信息。
在可以对焊接者有用的现实世界焊接情景期间，可以被显示在HUD156上的信息可以是以文本、图像或图表的形式。这样的信息可以包括(例如)电弧焊接过程、焊接工具行进角度、焊接工具行进速度、导电嘴到工件距离、焊丝送进速度、焊接极性、输出电压水平、输出电流水平、电弧长度、币状体间距、摆动(whip)时间、熔池时间、交织宽度、交织间距、公差范围、数字得分(number score)和焊接定序步骤。依照其他实施方案，其他信息也可以被显示。例如，在增强模式中，在虚拟现实训练环境中使用的指导性标志可以使用HUD 156被叠加在真实焊缝上。以这种办法，在虚拟现实焊接系统上训练过的焊接学员可以过渡到现实焊接情景并且具有经由HUD所提供的相同指导性标志。视觉提示或标志可以在计算机化眼部佩戴装置的HUD上向焊接者显示，来向焊接者指示特定参数(例如，焊接工具行进角度)是否在可接受的范围之内。这样的视觉提示或标志可以通过帮助无经验的焊接者或焊接学员来辅助训练，以改进他的焊接技术。
所述信息中的一些的获取可以依靠被空间追踪的焊接工具(例如，行进角度、行进速度、导电嘴到工件距离)。依照实施方案，焊接工具可以包括加速度计装置，所述加速度计装置可操作地连接到焊接电源来提供空间定位或运动信息。例如，比如磁追踪技术的追踪焊接工具的其他方法也是可能的。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置150包括用于接受来自使用者的声音激活命令的扬声器159。随着被使用者启动，可以由与焊接电源140通信的计算机化眼部佩戴装置150提供的声音激活命令可以包括(例如)改变焊接参数(比如焊丝送进速度、焊接极性和焊接输出电流水平)的命令。依照其他实施方案，其他类型的命令也可以是可能的。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置150和/或焊接电源140可以以一个或更多个焊接软件应用程序被编程，所述应用程序被配置来提供计算机化眼部佩戴装置150与电弧焊接系统100一起的使用。例如，一个焊接软件应用程序的实施方案可以提供“良好焊缝”识别能力。类似于面部识别能力，“良好焊缝”识别能力可以使用摄像头158来获取由使用者所创建的焊缝的图像、分析图像并且在HUD上向使用者提供有关焊缝的整体外部质量的反馈。例如，文字“差焊缝”、“一般(fair)焊缝”或“良好焊缝”可以向使用者显示。使用者可能不得不脱下他的焊接头盔或抬起焊接头盔上的遮光镜来获取焊缝的图像。依照各种实施方案，焊接软件应用程序可以存在于计算机化眼部佩戴装置150、焊接电源140或二者的组合中。
如另一个实施例，焊接软件应用程序的实施方案可以提供焊接定序能力。当焊接具有许多焊缝的部件或组件时，对于焊接者，所不期望的是错过焊缝。焊接软件应用程序可以针对所述部件来为焊接者划分遍及所述多个焊缝的步骤。例如，随着焊接者结束要求多个焊缝的部件或组件上的当前焊缝，焊接者可以给出“下一焊缝”的声音命令。结果，焊接软件应用程序可以在HUD 156上向焊接者显示提供要被执行的下一焊缝的位置的图像或图表(例如，所述部件的3D表征)。焊缝的类型以及与焊缝相关联的其他信息也可以被显示。如本文稍后所讨论的，依照其中计算机化眼部佩戴装置150正在被空间追踪的实施方案，焊接软件应用程序可以在HUD上显示图表，以致图表标志在下一要被焊接的位置被重叠到组件上。依照其他实施方案，与计算机化眼部佩戴装置一起操作的其他类型的焊接软件应用程序也是可能的。
在一个实施方案中，虚拟现实焊接系统被提供。虚拟现实焊接系统包括基于可编程处理器的子系统以及计算机化眼部佩戴装置，所述计算机化眼部佩戴装置具有平视显示器(HUD)以及可操作地连接到HUD的控制和通信电路(CCC)。计算机化眼部佩戴装置被配置来按照佩戴眼镜的方式由使用者佩戴，并且与基于可编程处理器的子系统无线地通信。控制和通信电路被配置来无线地接受来自基于可编程处理器的子系统的信息并且将信息显示在HUD上。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置进一步包括扬声器，所述扬声器可操作地连接到控制和通信电路并且被配置来接受声音激活的使用者命令信息以及将声音激活的使用者命令信息传输到基于可编程处理器的子系统。可替换地或附加地，计算机化眼部佩戴装置可以包括触敏使用者界面，所述触敏使用者界面可操作地连接到控制和通信电路并且被配置来允许使用者选择命令信息以及将命令信息无线地传输到基于可编程处理器的子系统。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置包括可操作地连接到控制和通信电路的摄像头。摄像头以及控制和通信电路被配置来拍摄静态图片和运动视频中的一个或更多个。依照实施方案，控制和通信电路被配置来通过无线接入点接入互联网。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置包括框架和至少一个壳体，所述框架被配置来佩戴在使用者的头部上，所述壳体被附接于容纳控制和通信电路、扬声器和摄像头中的一个或更多个的框架。HUD还被附接于框架并且是通过围绕平行于第一额头部分延伸的第一轴旋转关于框架可运动的。可选地，计算机化眼部佩戴装置可以包括由框架保持就位的至少一个处方光学镜片。
依照实施方案，框架包括鼻梁架、额头部分和第一臂，所述鼻梁架被配置来支撑在使用者的鼻子上，所述额头部分耦合于鼻梁架并且从鼻梁架向在鼻梁架远处的第一端延伸出去，并且所述额头部分被配置来定位在使用者额头部分的第一侧上，所述第一臂具有耦合于额头部分的第一端的第一端并且延伸到自由端。第一臂被配置来定位在使用者的第一太阳穴上，其中自由端靠近使用者第一耳被设置。依照实施方案，鼻梁架针对额头部分相对于使用者眼睛的选择性定位是可调节的。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置包括至少一个动作感测装置，所述动作感测装置可操作地连接到控制和通信电路并且被配置来随着使用者移动他的头部向基于可编程处理器的子系统提供空间信息。
图3图示说明虚拟现实电弧焊接系统300以及计算机化眼部佩戴装置150的示例性实施方案的示图，所述计算机化眼部佩戴装置150被配置来与虚拟现实焊接系统300通信。虚拟现实电弧焊接(VRAW)系统包括基于可编程处理器的子系统、可操作地连接到基于可编程处理器的子系统的空间追踪器、能够通过空间追踪器被空间追踪的至少一个模拟焊接工具以及可操作地连接到基于可编程处理器的子系统的至少一个显示器装置。依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置150还可以通过空间追踪器被空间追踪。所述系统能够在虚拟现实空间中仿真具有实时的熔融金属流动性和热耗散特性的焊接熔池。所述系统还能够在显示器装置上实时地显示仿真焊接熔池。
系统300包括基于可编程处理器的子系统(PPS)310。系统300进一步包括可操作地连接到PPS 310的空间追踪器(ST)320。系统300还包括可操作地连接到PPS 310的物理焊接使用者界面(WUI)330以及计算机化眼部佩戴装置150，所述计算机化眼部佩戴装置150经由PPS 310的无线通信电路145与PP S310可操作无线通信。系统300进一步包括可操作地连接到PPS 310的观测者显示器装置(ODD)340。系统300还包括可操作地连接到ST 320和PPS310的至少一个模拟焊接工具(MWT)350。系统300进一步包括桌/台(T/S)360以及能够附接于T/S 360的至少一个焊接试样(WC)370。依照本发明的可替换实施方案，仿真保护气体源并且具有可调节的流量调节器的模拟气体瓶被提供(未示出)。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置150如本文先前所描述地被配置。然而，在这一实施方案中，控制和通信电路157提供与PPS 310的无线通信电路145的双向通信。信息可以从PPS 310被提供到计算机化眼部佩戴装置150并且被显示在HUD156上。此外，依照实施方案，控制和通信电路157被配置来接受来自使用者的声音激活命令并且将命令传输到PPS 310。在其他可能性中，PPS 310和计算机化眼部佩戴装置150之间的通信可以由(例如)蓝牙无线电技术、IEEE802.11(包括任何IEEE802.11修订版本)中所描述的通信协议、蜂窝技术(比如GSM、CDMA、UMTS、EVDO、WiMax或LTE)或技术来完成。
此外，依照实施方案，PPS 310可以是通过计算机化眼部佩戴装置150经由互联网可访问的。例如，控制和通信电路157可以被配置来通过无线热点(例如，智能手机或无线路由器)接入互联网并且通过互联网访问PPS 310。可替换地，PPS 310可以被配置来接入互联网并且向计算机化眼部佩戴装置150提供从互联网得到的信息。
如同前述，使用者可以在计算机化眼部佩戴装置150上佩戴常规焊接头盔。然而，由于焊接情景是仿真的焊接情景，常规焊接头盔可以配备透明镜片替代保护性镜片，所述保护性镜片保护免受由现实电弧发出的光和其他辐射。如此，使用者可以通过透明镜片观看来观察(例如)焊接试样370和模拟焊接工具350。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置150被配置有可操作地连接到控制和通信电路157的加速度计装置160。通过加速度计装置随着使用者移动他的头部所提供的空间信息被通信到PPS 110并且然后被通信到空间追踪器320。以这种办法，周围环境和使用者正在通过计算机化眼部佩戴装置150的HUD 156看到的事物之间的空间关系可以被关联。随着使用者使用系统300继续进行虚拟焊接过程，在使用者通过常规焊接头盔的透明镜片观察焊接试样时，显示在HUD 156上的任何事物(例如，虚拟的焊接熔池)将显现为重叠到(例如)焊接试样370。依照其他实施方案，除具有加速度计装置的动作感测装置之外的其他动作感测装置可以被使用。依照实施方案，校准过程可以初始地被执行来将使用者通过HUD的视场与周围环境相关。
仿真焊接熔池的实时熔融金属流动性和热耗散特性在(例如，随着被空间追踪器320追踪在计算机化眼部佩戴装置150的HUD上)被显示时，向模拟焊接工具的使用者提供实时的视觉反馈，允许使用者响应于实时视觉反馈来实时地调节或维持焊接技术(例如，帮助使用者学习正确地焊接)。当计算机化眼部佩戴装置150正在被空间追踪时，焊接熔池将显现在如通过HUD所观察的关于焊接试样的正确位置。
所显示的焊接熔池基于使用者的焊接技术以及所选择的焊接过程和参数来表征将被形成在现实世界中的焊接熔池。通过观察熔池(例如，形状、颜色、熔渣、尺寸、堆叠币状体)，使用者可以修改他的焊接技术来完成良好焊缝并且确定正在被进行的焊接的类型。熔池的形状是响应于焊枪或焊条的移动的。
如本文中关于虚拟现实或仿真环境所使用的术语“实时”，意思是在虚拟或仿真环境中以与使用者将在现实世界的焊接情景中感知和体验的相同方式来及时地感知和体验。此外，焊接熔池是响应于物理环境的影响(包括重力)，允许使用者以各种姿态(包括仰焊)和各种管道焊接角度(例如，1G、2G、5G、6G)来现实地练习焊接。
在虚拟或仿真焊接情景期间，显示在HUD156上的可以对焊接学员有用的信息可以是以文本、图像或图表的形式。这样的信息可以包括(例如)电弧焊接过程、焊接工具行进角度、焊接工具行进速度、导电嘴到工件距离、设定的焊丝送进速度、设定的焊接极性、仿真输出电压水平、设定的输出电流水平、仿真电弧长度、币状体间距、摆动时间、熔池时间、交织宽度、交织间距、公差范围、数字得分和焊接定序步骤。依照其他实施方案，其他信息也可以被显示。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置150包括扬声器159，所述扬声器159可操作地连接到控制和通信电路157，用于接受来自使用者的声音激活命令。随着被使用者启动，可以由与PPS 310通信的计算机化眼部佩戴装置150提供的声音激活命令可以包括(例如)改变焊接参数(比如仿真焊丝送进速度、仿真焊接极性和仿真焊接输出电流水平)的命令。依照其他实施方案，其他类型的命令也是可能的。
依照实施方案，计算机化眼部佩戴装置150和/或PPS 310可以以一个或更多个焊接训练软件应用程序被编程，所述焊接训练软件应用程序被配置来提供计算机化眼部佩戴装置150与虚拟现实焊接系统300一起的使用。例如，焊接软件应用程序的一个实施方案可以提供“良好焊缝”识别能力。类似于面部识别能力，“良好焊缝”识别能力可以使用由使用者创建的仿真焊缝的图像、分析图像并且在HUD 156上向使用者提供有关焊缝的整体外部质量的反馈。例如，文字“差焊缝”、“一般焊缝”或“良好焊缝”可以向使用者显示。依照各种实施方案，焊接软件应用程序可以存在于在计算机化眼部佩戴装置150、PPS 310或二者的组合中。
按照另一个实施例，焊接软件应用程序的实施方案可以提供焊接定序能力。随着焊接者结束要求多个焊缝的焊接试样上的当前仿真焊缝，焊接者可以给出“下一焊缝”的声音命令。结果，焊接软件应用程序可以在HUD 156上向焊接者显示提供要被执行的下一个焊缝的位置的图像或图表。焊缝的类型以及与焊缝相关联的其他信息也可以被显示。如本文所讨论的，依照其中计算机化眼部佩戴装置150正在被空间追踪的实施方案，焊接软件应用程序可以在HUD上显示图表，以致图表在下一要被焊接的位置被重叠到焊接试样上。依照其他实施方案，与计算机化眼部佩戴装置操作的其他类型的焊接软件应用程序也是可能的。
计算机化眼部佩戴装置150可以被配置来与依照其他实施方案的其他焊接仿真系统系统一起使用。例如，在个人电脑(PC)或台式计算机上执行的焊接仿真可以与计算机化眼部佩戴装置150通信地和功能性地集成来辅助焊接学员学习如何焊接。在一些仿真和/或虚拟焊接环境中，焊接学员可以不佩戴任何种类的焊接头盔。相反，计算机化眼部佩戴装置可以是所佩戴的仅有的头部器具。计算机化眼部佩戴装置的一个可选实施方案可以提供触敏使用者界面(TSUI)161，焊接学员可以以不是声音激活的命令或者除声音激活命令以外的命令的方式来使用触敏使用者界面161。例如当不佩戴焊接头盔时，这样的TSUI对焊接学员将是可使用的。依照实施方案，TSUI 161可操作地连接到控制和通信电路157。
总的来说，辅助焊接者和焊接学员的方法被提供。系统可以包括与具有平视显示器(HUD)的计算机化眼部佩戴装置一起的现实世界电弧焊接系统或虚拟现实电弧焊接系统。计算机化眼部佩戴装置可以按照佩戴眼镜的方式由使用者佩戴在常规焊接头盔下，并且可以与现实世界的电弧焊接系统的焊接电源或虚拟现实电弧焊接系统的基于可编程处理器的子系统无线地通信。
在所附的权利要求书中，术语“包括(including)”和“具有(having)”被用作术语“包括(comprising)”的简明语言替代形式；术语“其中(in which)”等同于“其中(wherein)”。此外，在所附的权利要求书中，术语“第一”、“第二”、“第三”、“上”、“下”、“底”、“顶”等仅被用作标示(label)，而不意图对其对象施加数值或位置要求。此外，所附的权利要求书的限定内容没有以“装置加功能(means-plus-function)”形式书写，而不意图被基于35U.S.C.§112第六段来解释，除非这样的权利要求限定内容明确地使用短语“用于……的装置(means for)”、其后跟着缺乏进一步结构的功能说明。如本文所使用的，以单数形式并且继续以词汇“一(a)”或“一(an)”叙述的元件或步骤应当被理解为不排除复数的所述元件或步骤，除非这样的排除被明确说明。此外，对本发明的“一个实施方案”的参照不意图被理解为排除附加实施方案的存在，这些附加实施方案也包括所叙述的特征。另外，除非明示地给出相反的说明，“包括(comprising/including)”或“具有(having)”拥有特定性质的元件或多个元件的实施方案可以包括附加的这样的元件，所述这样的元件不拥有该性质。再有，特定实施方案可以被示出为具有相同或类似的元件，然而，这仅仅是出于图示说明的目的，并且这样的实施方案不必需要具有相同的元件，除非在权利要求书中规定了这一点。
如本文中所使用的，术语“可能(may)”和“可能(may be)”表示在一组情形下发生的可能性；拥有规定的性质、特性或功能的；和/或通过表述与限定的动词相关联的能力(ability)、能力(capability)或可能性中的一个或更多个而限定另一动词。因此，“可能(may)”和“可能(may be)”的使用表示修饰的术语对于所表示的能力、功能或用途是明显适合的、能胜任的或适用的，同时考虑的是在某些情形下，所述修饰的术语可能有时不是适合的、能胜任的或适用的。例如，在某些情形下，可以预期一事件或能力，而在其他情形下，该事件或能力可以不出现——这一区别由术语“可能(may)”和“可能(may be)”准确体现(capture)。
本书面说明使用包括最佳模式的实施例来公开本发明，并且也使得本领域的普通技术人员能够实践本发明，包括形成和使用任何装置或系统并且执行任何所包括的方法。本发明的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域的普通技术人员想到的其他实施例。如果这样的其他实施例具有未区别于权利要求书的文字语言的结构性要素或者如果这样的其他实施例包括与权利要求书的文字语言没有实质性不同的等同的结构性要素，则意图这样的其他实施例在权利要求书的范围内。
尽管已经参照某些实施方案描述了本申请的发明，但是本领域技术人员将理解，可以进行各种改变并且等同方案可以被替代，而不偏离本发明的范围。另外，可以进行许多修改来使特定情形或材料适用于本发明的教导，而不偏离其范围。因此，并不意图将本发明限于所公开的特定实施方案，而是意图本发明将包括落入所附权利要求书的范围内的所有实施方案。
参考标号
100 电弧焊接系统 145 无线通信电路
110 焊丝送进器 150 眼部佩戴装置
120 焊枪/焊接工具 151 框架
130 保护气体供应器 152 鼻梁架
140 焊接电源 153 额头部分
154 第一臂 300 电弧焊接系统
155 第二臂 310 基于可编程处理器的子系统(PPS)
156 HUD 320 空间跟踪器
157 通信电路 330 使用者界面
158 摄像头 340 观测者显示器装置
159 扬声器 350 模拟焊接工具
160 加速度计装置 360 桌/台
161 触敏使用者界面 370 焊接试样
162 壳体 W 工件
163 光学镜片 E 电极

Claims (12)

1.一种电弧焊接系统，所述电弧焊接系统包括：
焊接电源；以及
计算机化眼部佩戴装置，所述计算机化眼部佩戴装置被配置来按照佩戴眼镜的方式由使用者佩戴，同时还佩戴保护性焊接头盔，其中所述计算机化眼部佩戴装置包括透明平视显示器、无线通信电路、处理器和存储器，所述透明平视显示器向所述使用者显示增强现实图像，所述使用者利用所述焊接电源执行焊接操作，所述存储器储存计算机可执行指令，其中所述计算机可执行指令配置所述计算机化眼部佩戴装置来：
经由所述无线通信电路与所述焊接电源通信；
将与所述焊接电源相关的信息作为所述增强现实图像的一部分显示在所述透明平视显示器上；并且
通过将显示在所述透明平视显示器上的所述增强现实图像中的支持信息并入的方式为所述使用者提供焊接定序支持以引导所述使用者通过与工件相关联的两个或更多个焊缝的序列，其中，在完成所述序列的一焊缝时，所述增强现实图像显示所述支持信息，所述支持信息指示在所述工件上要进行的所述序列的下一焊缝。
2.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中与所述焊接电源相关的信息包括与所述焊接操作相关联的至少一个焊接参数。
3.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中所述计算机化眼部佩戴装置进一步包括扬声器，所述扬声器被配置来接收声音激活的使用者命令信息以及将所述声音激活的使用者命令信息无线地传输到所述焊接电源。
4.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中所述计算机化眼部佩戴装置进一步包括摄像头，所述摄像头被配置来拍摄静态图片和运动视频中的一个或更多个。
5.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中所述计算机化眼部佩戴装置被配置来通过无线接入点接入互联网。
6.如权利要求1所述的电弧焊接系统，其中所述计算机化眼部佩戴装置进一步包括被配置来佩戴在使用者头部上的框架。
7.如权利要求6所述的电弧焊接系统，其中所述计算机化眼部佩戴装置进一步包括附接于所述框架的至少一个壳体，所述壳体容纳所述处理器、所述无线通信电路、所述存储器、扬声器以及摄像头中的一个或更多个。
8.如权利要求6所述的电弧焊接系统，其中所述透明平视显示器被附接于所述框架并且是通过围绕平行于所述框架的额头部分延伸的第一轴旋转关于所述框架可运动的。
9.如权利要求6所述的电弧焊接系统，其中所述计算机化眼部佩戴装置进一步包括由所述框架保持就位的至少一个处方光学镜片。
10.如权利要求6所述的电弧焊接系统，其中所述框架包括鼻梁架、额头部分和第一臂，所述鼻梁架被配置来支撑在使用者的鼻子上，所述额头部分耦合于所述鼻梁架并且从所述鼻梁架向在所述鼻梁架远处的第一端延伸出去，并且所述额头部分被配置来定位在所述使用者的额头的第一侧上，所述第一臂具有第一端并且延伸到自由端，此第一端耦合于所述额头部分的所述第一端，所述第一臂被配置来定位在所述使用者的第一太阳穴上，其中所述自由端靠近所述使用者的第一耳被设置。
11.如权利要求10所述的电弧焊接系统，其中所述鼻梁架针对所述额头部分相对于所述使用者的眼睛的选择性定位是可调节的。
12.如权利要求2所述的电弧焊接系统，其中显示在所述透明平视显示器上的所述增强现实图像描述所述至少一个焊接参数是否在可接受范围内的指示。
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