DE202016002243U1

DE202016002243U1 - Schweisshelm mit Head-Up-Display

Info

Publication number: DE202016002243U1
Application number: DE202016002243.2U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2016-04-11
Publication date: 2016-07-12
Anticipated expiration: 2026-04-12
Also published as: CN106038057A

Abstract

Schweißhelm, der Folgendes umfasst: einen Hauptkörperabschnitt; einen Sichtanzeigeabschnitt, der mit dem Hauptkörperabschnitt gekoppelt ist, wobei es der Anzeigeabschnitt erlaubt, einen Schweißvorgang mit dem Anzeigeabschnitt zu betrachten; einen Informationsgenerierungsmechanismus, der ein Bild generiert, das auf dem Sichtanzeigeabschnitt angezeigt werden soll, wobei das Bild während des Schweißvorgangs betrachtet werden kann; und eine Drahtloskommunikationsvorrichtung, die mit dem Informationsgenerierungsmechanismus gekoppelt ist und Informationen empfängt, die in dem Bild anzuzeigen sind; wobei das durch den Informationsgenerierungsmechanismus generierte Bild so erzeugt wird, dass es einen visuellen Schärfebereich aufweist, der jenseits des Sichtanzeigeabschnitts an einer Position außerhalb des Hauptkörperabschnitts angeordnet ist, und wobei der Schärfebereich mit einem Arbeitsbereich für den Schweißvorgang korreliert ist.

Description

PRIORITÄT UND AUFNAHME DURCH BEZUGNAHME
Diese Anmeldung ist eine Teilweiterbehandlung der US-Anmeldung mit der Seriennummer 14/037,699, eingereicht am 26. September 2013, die eine Weiterbehandlung der US-Anmeldung mit der Seriennummer 12/577,824, eingereicht am 13. Oktober 2009, ist, die als US-Patent Nr. 8,569,655 erteilt wurde, deren Spezifikationen hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen werden. Die vorliegende Anwendung beansprucht außerdem die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung Nr. 61/977,275, die hiermit durch Bezugnahme in vollem Umfang in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft im Allgemeinen Ausrüstung, die beim Schweißen verwendet wird. Vorrichtungen, Systeme und Verfahren gemäß der Erfindung betreffen das Überwachen von Schweißparametern und insbesondere einen Schweißhelm mit einem Head-up-Display (HUD).
Beschreibung des Standes der Technik
Schweißen ist ein wichtiger Prozess bei der Herstellung und Konstruktion verschiedener Produkte und Strukturen. Schweißen hat vielfältige Anwendungen und wird auf der ganzen Welt verwendet, zum Beispiel für das Bauen und Reparieren von Schiffen, Gebäuden, Brücken, Fahrzeugen und Pipelines, um nur ein paar zu nennen. Schweißen wird an den unterschiedlichsten Orten ausgeführt, wie zum Beispiel in einer Fabrik mit einem fest installierten Schweißprozess oder vor Ort mit einem tragbaren Schweißgerät.
Beim manuellen oder halbautomatischen Schweißen weist ein Nutzer oder Bediener (d. h. ein Schweißer) die Schweißausrüstung an, eine Schweißnaht zu ziehen. Zum Beispiel kann der Schweißer beim Lichtbogenschweißen einen Schweißstab oder Schweißdraht manuell positionieren und einen Wärme erzeugenden Lichtbogen an einer Schweißposition bilden. Bei dieser Art des Schweißens steht der Abstand der Elektrode von der Schweißposition zu dem gebildeten Lichtbogen und der Erreichung eines optimalen Schmelzens oder Verschmelzens des Grundwerkstoffes und des Schweißstabes oder der Drahtmetalle in Beziehung. Die Qualität einer solchen Schweißnaht ist oft direkt vom Geschick des Schweißers abhängig.
Schweißer stützen sich beim Schweißen allgemein auf eine Vielzahl verschiedener Informationen. Zu diesen Informationen gehören zum Beispiel Strom und Spannung. Herkömmlicherweise würden Schweißer auf Messinstrumente auf dem Bedienfeld der Schweißausrüstung achten, um diese Informationen. Das würde erfordern, dass der Schweißer sein Gesichtsfeld von dem Schweißarbeitsbereich abwenden müsste, was unerwünscht ist. Außerdem kann es in vielen Fällen sein, dass das Schweißgerät nicht unmittelbar neben dem Arbeitsplatz steht. In solchen Fällen wird das Schweißgerät über eine kabelgebundene Fernbedienung bedient, die dafür verwendet werden kann, Parameter wie zum Beispiel Schweißleistung, Polarität, Lichtbogeneigenschaften usw. zu ändern. Jedoch muss der Schweißer möglicherweise, bevor der Prozess eingerichtet werden kann, die Messinstrumente sehen, die physisch auf dem Gerät angeordnet sind. Der Einrichtungsprozess kann viele Auslösungen erfordern, bevor die Einrichtung vollendet ist.
In der Vergangenheit sind Anstrengungen unternommen worden, um während des Schweißens Informationen an den Schweißer zu übermitteln, wie zum Beispiel in dem in US-Pat. Nr. 4,677,277 offenbarten Verfahren, wo Strom und Spannung überwacht werden, um an den Bediener einen Audio-Hinweis bezüglich des Zustands des Lichtbogens beim Lichtbogenschweißen auszugeben. Jedoch sind Überwachungen, die nur aus akustischen Lichtbogenparameterindikatoren bestehen, schwer zu hören und zu interpolieren und sind nicht in der Lage, die gewünschte Unmittelbarkeit der Steuerung und Qualität der Schweißnaht zu erreichen, die oft erforderlich sind.
Unlängst ist, wie in US-Pat. Nr. 6,242,711 offenbart, eine Vorrichtung zum Überwachen des Lichtbogenschweißens entwickelt worden, die an einen Schweißer Spannungs- und Stromzustände des Schweißlichtbogens in Echtzeit übermittelt, wobei Informationen in Form von Lampen, Leuchtbalken, Lichtprojektionen, beleuchteten Durchblick-Displays oder dergleichen innerhalb des Sichtbereichs des helmtragenden Bedieners angeordnet werden und sich in der Nähe des Helmsichtfensters in dem Helm befinden. Jedoch muss ein Schweißer bei dieser Vorrichtung immer noch seinen Blickfokus von dem Schweißarbeitsbereich abwenden, um sich auf die Informationen zu konzentrieren, die sich nahe dem Schweißfenster befinden, oder der Schweißer muss versuchen, die Informationen aus den Augenwinkeln wahrzunehmen, während er sich weiter auf den Schweißarbeitsbereich konzentriert.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Diese Erfindung betrifft einen Schweißhelm, der in der Lage ist, ein Bild zu übermitteln, das für Informationen von einem zugehörigen Schweißvorgang steht, wobei das Bild als ein Head-up-Display (HUD) in dem Schweißhelm erscheint.
Dem Fachmann werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen verschiedene Aspekte offenbar.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die obigen und/oder weitere Aspekte der Erfindung werden deutlicher erkennbar, indem im Detail beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen Folgendes zu sehen ist:
1 ist eine schematische Ansicht eines Schweißsystems gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Schweißhelms ähnlich dem Helm von 1, der eine Kamera enthält;
3 ist ein Querschnittsschaubild eines Schweißhelms ähnlich dem Helm von 2, der einen Projektor enthält;
4 ist ein Querschnittsschaubild eines Schweißhelms ähnlich dem Helm von 3, der eine integrierte Video-Anzeige enthält;
5 ist eine perspektivische Ansicht eines Schweißhelms ähnlich dem Helm von 2, der binokulare Kameras enthält;
6 ist eine Innenansicht eines Schweißhelms ähnlich dem Helm von 5, die binokulare Betrachtungsschirme zeigt;
7 ist ein Querschnittsschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines Schweißhelms mit einer HUD;
8 ist eine schematische Ansicht eines Schweißsystems gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
9 ist eine Innenansicht eines Schweißhelms mit einer HUD;
10A und 10B sind Innenansichten eines Schweißhelms mit einer HUD;
11 ist ein Querschnittsschaubild einer beispielhaften Ausführungsform eines Schweißhelms mit einer HUD;
12 veranschaulicht beispielhafte Ansichten von Informationen, die angezeigt werden können.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG BEISPIELHAFTER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es werden nun beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen sollen das Verstehen der Erfindung unterstützen und sind nicht dafür gedacht, den Schutzumfang der Erfindung in irgend einer Weise einzuschränken. Gleiche Bezugszahlen beziehen sich stets auf gleiche Elemente.
Wir wenden uns nun den Zeichnungen zu, wo in 1 ein Schweißsystem 10 veranschaulicht ist. Das Schweißsystem 10 enthält einen Schweißhelm 12, ein Schweißsystem 14, eine Schweißpistole 16 und ein Werkstück 18. Das Werkstück 18 definiert allgemein einen Schweißarbeitsbereich 20, wo die Schweißpistole 16 dafür verwendet werden kann, eine Schweißnaht auszubilden.
Das Schweißsystem 14 enthält Schweißausrüstung zum Erzeugen eines Schweißstroms und einer Schweißspannung, ein Schweißsteuerungssystem zum Steuern des Schweißstroms und der Schweißspannung, und ein Überwachungssystem für die Überwachung des Schweißstroms und der Schweißspannung. Das heißt, das Schweißsystem kann eine bekannte oder verwendete Schweißstromversorgung haben, die von bekanntem Aufbau und bekannter Funktionsweise ist. Das Überwachungssystem kann auch eine Vielzahl anderer Betriebsparameter überwachen, wie zum Beispiel Schweißdrahtzufuhrgeschwindigkeit, Menge an verbrauchtem oder verbleibendem Schweißdraht, jegliche durch den Bediener gewünschte Rückmeldungen aus dem Schweißvorgang, und sonstige gewünschte Betriebsparameter.
Der Schweißhelm 12 enthält einen Hauptkörper 22 mit einer Sichtanzeige 24, die mit dem Hauptkörper 22 verbunden ist. Die Anzeige 24 kann ein Fenster sein, das eine Schweißlinse, einen Videomonitor, wie zum Beispiel eine LCD-Anzeige oder eine LED-Gruppierung, oder jede andere Vorrichtung enthält, die geeignet ist, es einem Schweißer zu erlauben, den Schweißarbeitsbereich 20 zu sehen. Es versteht sich, dass in einem Beispiel, wo die Anzeige 24 ein Videomonitor ist, eine Videobearbeitung verwendet werden kann, um die Bilder des Schweißvorgangs zu optimieren. Des Weiteren können optional zum Beispiel Aufzeichnungsvorrichtungen in der Anzeige enthalten sein, um Schweißoperationen aufzuzeichnen und später abzuspielen, um sie zu analysieren und/oder auszuwerten.
Wie in 2 gezeigt, kann ein Schweißhelm 12 eine Kamera 26 enthalten, die an oder nahe einem Sichtpunkt des Schweißers montiert ist. In dem Beispiel, wo die Sichtanzeige 24 ein Videomonitor ist, kann die Kamera 26 Videobilder des Schweißarbeitsbereichs 20 an die Anzeige 24 liefern. Des Weiteren kann die Kamera 26 dafür verwendet werden, den Schweißvorgang in seinem Verlauf aufzuzeichnen, so dass der Schweißvorgang zu einem späteren Zeitpunkt betrachtet werden kann.
Wie in den 3 und 4 gezeigt, kommuniziert ein Informationsgenerierungsmechanismus 28 mit dem Überwachungssystem des Schweißsystems 14 und ist in der Lage, ein Bild, das für Informationen von dem Überwachungssystem steht, auf der Basis des überwachten Schweißparameters, wie zum Beispiel Strom und Spannung, auf der Sichtanzeige 24 zu generieren, wobei der Fokus des Bildes in einem Schärfebereich liegt (d. h. einen Brennpunkt hat), der sich in einem zugehörigen Schweißarbeitsbereich befindet, beispielsweise außerhalb des Hauptkörpers 22 des Schweißhelms 12. Das heißt, der Schärfebereich des Bildes, das in oder auf der Anzeige 24 angezeigt wird, wird auf einen Bereich eingestellt, der mit der Stelle des Schweißarbeitsbereichs 20 verknüpft ist. Zum Beispiel kann das Bild symbolisch, alphanumerisch oder irgend eine sonstige Darstellung sein, die geeignet ist, die Informationen anzuzeigen. Darum kann ein Schweißer ein Bild anzeigen, das für Informationen über einen Schweißvorgang steht, ohne den Fokus von dem Arbeitsbereich abwenden zu müssen. Darum kann sich der Schweißer in mindestens einer Ausführungsform gleichzeitig auf den Arbeitsbereich und auf das Bild der Informationen konzentrieren.
Es versteht sich, dass neben anderen Arten von Informationen, zusammen mit einer Vielzahl verschiedener anderer Parameter, die Informationen auf der Basis von Schweißstrom und -spannung beispielsweise Schweißstromrückmeldung, Schweißspannungsrückmeldung, Steuerungseinstellungen der Schweißausrüstung, statistische Informationen zum Schweißprozess, Benchmarks oder Grenzwerte, einschließlich Kapazitätsdarstellungen, Alarme, einschließlich Materialknappheit oder niedriger Fluss, eine Darstellung einer beabsichtigten oder gewünschten Schweißnaht usw. sein können.
Des Weiteren wird in einer Ausführungsform die Kamera 26 dafür verwendet, die Tiefe des Bildes relativ zum Schweißarbeitsbereich 20 zu kalibrieren. Diese kalibrierte Tiefe kann dafür verwendet werden, den Fokus der Informationen zu bestimmen, die auf der Anzeige 24 dargestellt werden. Wenn zum Beispiel die Kamera 26 bestimmt, dass die Distanz von dem Helm bis zum Arbeitsbereich 2 Feet beträgt, so werden die auf der Anzeige 24 dargestellten Bilder und/oder Informationen dergestalt angezeigt, dass das Bild einen Brennpunkt hat, der 2 Feet jenseits des Helms liegt. Wie oben erklärt, erlaubt dies das Anzeigen von Informationen mit der gleichen Brennweite wie der Schweißbereich 20, so dass der Schweißer während eines Schweißvorgangs nicht seinen Augenfokus ändern muss. In einer anderen Ausführungsform können Positionssensoren auf der Schweißpistole dafür verwendet werden, die Tiefe des Bildes zu kalibrieren. Zu solchen Sensoren können beispielsweise magnetische Sensoren, optische Sensoren, akustische Sensoren und dergleichen gehören, die unter Verwendung eines zweckmäßigen Abfühlsystems abgefühlt werden, um das Bestimmen der Positionierung der Schweißpistole zu erlauben. Diese Daten können dafür verwendet werden, das Bestimmen des Schärfebereichs oder der Distanz des Arbeitsbereichs relativ zu dem Helm zu unterstützen. In bestimmten Anwendungen ist es überaus wünschenswert, das Bild und die Schweißarbeit so aufeinander auszurichten, dass der Schweißer rasch auf die in dem Bild dargestellten Informationen zugreifen kann und dass die Informationen in dem Bild mühelos durch den Schweißer wahrgenommen werden können.
In dem Beispiel, wo die Sichtanzeige 24 ein Videomonitor ist, kann der Informationsgenerierungsmechanismus 28 ein Bild, das für Informationen von dem Überwachungssystem steht, auf der Basis des überwachten Parameters, wie zum Beispiel Schweißstrom und -spannung, in Videobildern des auf der Anzeige 24 gezeigten Schweißarbeitsbereich 20 enthalten.
Wie bei 29 angedeutet, kann der Informationsgenerierungsmechanismus 28 nach Bedarf in leitungsgebundener oder drahtloser Kommunikation mit anderen Vorrichtungen stehen.
In 3 ist der Informationsgenerierungsmechanismus 28 ein Projektor. Der Projektor kann zum Beispiel eine interne LCD-Anzeige oder LED-Gruppierung 30 zusammen mit einer Anzahl zugehöriger Spiegel 32 zum Reflektieren des erzeugten Bildes zu der Sichtanzeige 24 enthalten. Das reflektierte Bild gibt dem Bild das Aussehen von Tiefe relativ zu der Sichtanzeige 24 und versetzt auf diese Weise das Bild in einen Schärfebereich mit einem zugehörigen Schweißarbeitsbereich und außerhalb des Hauptkörpers 22 des Schweißhelms 12 und optional mit der gleichen Brennweite wie der zugehörige Schweißarbeitsbereich 20. Optional kann eine reflektierende Oberfläche 34 auf einem Abschnitt der Sichtanzeige 24 angeordnet werden, um einen gewünschten Reflexionsbetrag oder Reflexionswinkel zu erreichen. In einer Ausführungsform kann eine Teleprompter-artige Technologie verwendet werden, um das Bild auf die Anzeige 24 oder Oberfläche 34 zu bringen. Des Weiteren versteht es sich, dass eine Ausführungsform die Verwendung einer LCD-Anzeige oder einer anderen ähnlichen Anzeige innerhalb des Helmes enthält, um das Bild zu erzeugen, das dann entlang eines optischen Pfades gesendet wird, wie zum Beispiel durch Reflexion oder Faseroptik oder sonstige geeignete Vorrichtungen, um das Bild auf der Anzeige 24 oder Oberfläche 34 anzuordnen.
In 4 enthält der Informationsgenerierungsmechanismus 28 einen Bildschirm, einen Film oder eine Folie 36, der bzw. die in die Sichtanzeige 24 integriert ist. Die Folie 36 kann ein halb-transparenter LCD-Film, ein elektro-optischer Film oder jedes andere geeignete Medium sein, das den Informationsgenerierungsmechanismus 28 in die Lage versetzt, ein Bild anzuzeigen, das in der Sichtanzeige 24 erzeugt wurde. In einer Anwendung kann der Informationsgenerierungsmechanismus 28 ein Stereogramm so auf die Schweißlinse projizieren, dass die Augen eines Schweißers die Bilder separat sehen, um die Wahrnehmung von Tiefe zu erzeugen und auf diese Weise das Bild in einem Schärfebereich mit dem zugehörigen Schweißarbeitsbereich 20 und außerhalb des Hauptkörpers 22 des Schweißhelms 12 zu fokussieren.
In 5 ist ein Schweißhelm 12 gezeigt, der binokulare Kameras 26a und 26b enthält. Wie in 6 gezeigt, entsprechen diese Kameras 26a und 26b binokularen Betrachtungsschirmen 24a und 24b. Ein Informationsgenerierungsmechanismus kann ein anzuzeigendes Bild auf einem der Betrachtungsschirme 24a oder 24b oder auf beiden erzeugen. In einer Ausführungsform werden die Kameras 26a und 26b auf die Bildschirme 24a und 24b ausgerichtet, mit Ausnahme von gegenüberliegenden Seiten des Hauptkörpers 22, wodurch der Schweißer eine Ansicht direkt vor ihnen erhält. Des Weiteren wird in der Ausführungsform mit binokularen Kameras 26a und 26b und binokularen Betrachtungsschirmen 24a und 24b die Wahrnehmung von Tiefenschärfe erzeugt.
In jedem Fall kann das Bild eine Überlagerung von Text oder Grafik oder eine Videorückmeldung sein. Außerdem wird in Betracht gezogen, dass in mindestens einer Ausführungsform das oben beschriebene System in einer räumlich abgesetzten Schweißsituation verwendet werden kann, einschließlich beispielsweise eines robotischen Schweißens oder eines Unterwasserschweißens.
Obgleich Prinzipien und Betriebsmodi mit Bezug auf bestimmte Ausführungsformen erläutert und veranschaulicht wurden, versteht es sich jedoch, dass diese auch auf andere Weise praktiziert werden können, als es ausdrücklich erläutert und veranschaulicht wurde, ohne vom Schutzumfang der Erfindung, wie er durch die beiliegenden Ansprüche definiert ist, abzuweichen.
Einige beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, wie in 7 veranschaulicht, enthalten einen Schweißhelm 12 mit einem Head-up-Display (HUD) 135 für den Schweißer. In einigen Ausführungsformen enthält das HUD 135 einen Projektor 128, einen Kombinierer 134 und eine Informationsgenerierungsvorrichtung 129. Der Projektor 128 können zum Beispiel eine LED-Gruppierung, eine LCD-Anzeige, ein Laser, ein kombiniertes LED/LCD-System oder irgend ein anderes geeignetes Projektorsystem sein. Der Projektor 128 projiziert ein Bild auf den Kombinierer 134. Das Bild kann die Form von Text, Grafik, Video usw. haben. Der Projektor 128 empfängt Bildinformationen, zum Beispiel in Form eines digitalen Signals, von der Informationsgenerierungsvorrichtung 129. Die Informationsgenerierungsvorrichtung 129 generiert und/oder verarbeitet das Bild auf der Basis von Informationen, die von einer externen Quelle, wie zum Beispiel einem Schweißsystem 14 oder einem Computersystem 160, kommend empfangen wurden (siehe 8). Diese Informationen können – neben anderen Arten von Informationen-Schweißparameter enthalten wie zum Beispiel Eingangsleistung, Eingangsstrom, Eingangsspannung, Schweißspannung, Schweißstrom, Schweißleistung, Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, Lichtbogenlänge, Drahtzufuhrgeschwindigkeit usw. In einigen Ausführungsformen können der Projektor 128 und die Informationsgenerierungsvorrichtung 129 in eine einzelne physische Einheit integriert sein. In einigen Ausführungsformen generieren und/oder verarbeiten das Computersystem 160 und/oder das Schweißsystem 14 das Bild und übertragen die Bildinformationen direkt zu dem Projektor 128, der eine Drahtloskommunikationsvorrichtung enthalten und/oder mit einer Drahtloskommunikationsvorrichtung verbunden sein kann.
Der Kombinierer 134 reflektiert das von dem Projektor 128 projizierte Bild zu dem Schweißer. In einigen Ausführungsformen wird Licht, das die Linse 24 passiert hat, ebenfalls durch den Kombinierer 134 übertragen. Darum sieht der Schweißer sowohl das projizierte Bild als auch das Sichtfeld hinter dem Kombinierer 134 gleichzeitig. Das durch die Linse 24 durchgelassene Licht kann das von einem Schweißlichtbogen sein, das die Linse 24 passiert hat. In einigen Ausführungsformen ist die Linse 24 von einer Art, die sich rasch und automatisch von transparent zu dunkel ändert, wenn die Linse 24 detektiert, dass ein Schweißlichtbogen initiiert wurde. Das selbsttätige Abdunkelungsmerkmal schützt die Augen des Schweißers vor Schäden, zu denen es kommen kann, wenn das Auge ungeschützt in den Schweißlichtbogen blickt. Die selbsttätig abdunkelnde Linse ist transparent, wenn kein Lichtbogen detektiert wird, so dass der Schweißer den Arbeitsplatz selbst dann sehen kann, wenn der Schweißhelm 12 über das Gesicht des Schweißers heruntergeklappt ist. Mit einer selbsttätig abdunkelnden Linse kann das Licht, das die Linse 24 und den Kombinierer 134 passiert, entweder das Licht von dem Schweißlichtbogen oder normales Umgebungslicht sein – je nachdem, ob ein Schweißvorgang stattfindet oder nicht.
In einigen Ausführungsformen kollimiert der Kombinierer 134 das reflektierte Bild dergestalt, dass das projizierte Bild in der optischen Unendlichkeit zu liegen scheint. Darum muss der Schweißer nicht seinen Fokus neu orientieren, um sowohl den Arbeitsplatz als auch das projizierte Bild zu sehen – selbst während des Schweißprozesses. In einigen Ausführungsformen ist der Kombinierer 134 ein zweckmäßiges transparentes Material, zum Beispiel ein flaches Stück Glas, das dergestalt gewinkelt ist, dass das projizierte Bild von dem Projektor 128 zu dem Schweißer reflektiert wird, wie in 7 veranschaulicht. In einigen Ausführungsformen ist der Kombinierer 134 so an dem Schweißhelm 12 und/oder der Linse 24 montiert, dass der Reflexionswinkel durch den Schweißer nach Bedarf justiert werden kann.
In einigen Ausführungsformen enthält der Kombinierer 134 eine Beschichtung, die monochromatisches Licht von dem Projektor 128 reflektiert. Zum Beispiel kann die Beschichtung auf dem Kombinierer 134 dergestalt sein, dass nur beispielsweise grünes Licht reflektiert wird und alles andere Licht durchgelassen wird. Darum stellt das HUD 135 für den Schweißer eine transparente Anzeige bereit, die es dem Schweißer erlaubt, Informationen auf dem Kombinierer 134 in grün zu sehen, während der Schweißer weiterhin den Arbeitsplatz sehen kann. Natürlich können auch andere Beschichtungen, die andere Farben oder sogar mehrere Farben reflektieren, auf dem Kombinierer 134 verwendet werden. Zum Beispiel kann der Kombinierer 134 so beschichtet sein, dass er die Farben Grün und Rot reflektiert. Es können beispielsweise im normalen Betriebsbereich die Informationen, zum Beispiel der Schweißstrom, grün angezeigt werden, und außerhalb des normalen Betriebsbereichs können die Informationen, zum Beispiel der Schweißstrom, rot angezeigt werden. Die an den Schweißer übermittelten Informationen können Schweißbetriebsparameter wie zum Beispiel Eingangsstrom, Eingangsspannung, Eingangsleistung, Schweißstrom, Schweißspannung, Drahtzufuhrgeschwindigkeit, Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, Lichtbogenlänge, Betriebsmodus usw. sein.
Größe, Form und Platzierung des Kombinierers 134 relativ zu der Linse 24 können nach Bedarf variieren. Zum Beispiel veranschaulicht 9 verschiedene Größen, Formen und Positionen für den Kombinierer 134. Die veranschaulichten Größen und Positionen sind beispielhaft, und es können jegliche zweckmäßigen Größen, Formen und Positionen verwendet werden. Zum Beispiel ist der Kombinierer 134 in einigen Ausführungsformen so bemessen, dass er die gesamte Öffnung der Linse 24 bedeckt (siehe 10A und 10B). Gleichermaßen kann ein Bildfenster, d. h. das Fenster, wo die eigentlichen Informationen angezeigt werden, auf dem Kombinierer 134 nach Bedarf bemessen und/oder positioniert werden. Zum Beispiel kann, wie in 10A zu sehen, während eines tatsächlichen Schweißprozesses ein Bildfenster 136 in einer Ecke und/oder entlang eines Randes des Kombinierers 134 angezeigt werden, so dass der Schweißer nicht abgelenkt wird, sondern gewünschtenfalls immer noch die Informationen verfügbar hat. Wenn kein Schweißprozess stattfindet, so kann das Bildfenster 136 größer angezeigt werden, wie in 10B zu sehen. Das HUD 135 kann so konfiguriert sein, dass das Bild 136 automatisch neu bemessen wird, je nachdem, ob das Schweißsystem 14 einen Schweißvorgang ausführt oder nicht. Alternativ oder zusätzlich kann das HUD 135 so konfiguriert sein, dass die Neubemessung des Bildes 136 eine durch den Schweißer ausgeführte manuelle Operation ist.
In einigen Ausführungsformen wird der Projektor nicht verwendet. Wie in 11 veranschaulicht, enthält eine HUD 235 einen Kombinierer 234 und eine Informationsgenerierungsvorrichtung 229. In dieser beispielhaften Ausführungsform wird das Bild direkt im Kombinierer 234 erzeugt. Der Kombinierer 234 kann zum Beispiel eine LCD-Anzeige, ein optischer Wellenleiter, ein elektro-optisches Medium oder irgend ein anderes geeignetes Medium zum Erzeugen eines Bildes sein. Ähnlich dem oben besprochenen Kombinierer 134 können Größe, Form und Platzierung des Kombinierers 234 relativ zu der Linse 24 nach Bedarf variieren, einschließlich der Verwendung einer Anzeigegröße, die gleich der Größe des Fensters der Linse 24 ist. Außerdem kann – ähnlich dem oben besprochenen Bildfenster 136 – ein Bildfenster auf dem Kombinierer 234 nach Bedarf bemessen und/oder positioniert werden.
Der Kombinierer 234 empfängt Bildinformationen, zum Beispiel in Form eines digitalen Signals, von der Informationsgenerierungsvorrichtung 229, die das Bild auf der Basis von Informationen generiert und/oder verarbeitet, die von dem Schweißsystem 14 und/oder dem Computersystem 160 kommend empfangenen. In einigen Ausführungsformen können der Kombinierer 234 und die Informationsgenerierungsvorrichtung 229 in eine einzelne physische Einheit integriert sein. In einigen Ausführungsformen können der Kombinierer 234 und die Linse 24 in eine einzelne physische Einheit integriert sein. In einigen Ausführungsformen können der Kombinierer 234, die Informationsgenerierungsvorrichtung 229 und die Linse 24 in eine einzelne physische Einheit integriert sein. In einigen Ausführungsformen generieren und/oder verarbeiten das Computersystem 160 und/oder das Schweißsystem 14 das Bild und übertragen die Bildinformationen direkt zum Kombinierer 234, der eine Drahtloskommunikationsvorrichtung enthalten oder mit einer Drahtloskommunikationsvorrichtung verbunden sein kann.
Die Informationsgenerierungsvorrichtungen 129 und 229 können jeweils eine Kommunikationsvorrichtung 150 enthalten, um zum Beispiel über ein Drahtlosnetz 170 oder ein leitungsgebundenes Netz mit dem Schweißsystem 14 und/oder dem Computersystem 160 zu kommunizieren. Das Drahtlosnetz 170 kann beispielsweise unter Verwendung von Bluetooth, WiFi (IEEE 802.11) oder einem anderen Drahtlosprotokoll arbeiten. In einigen Ausführungsformen kann das Schweißsystem 14 Informationen wie zum Beispiel Eingangsleistung, Eingangsstrom, Eingangsspannung, Schweißstrom, Schweißspannung, Schweißleistung, Kontaktspitze-Werkstück-Distanz, Lichtbogenlänge, Drahtzufuhrgeschwindigkeit usw. in Echtzeit bereitstellen, um zum Beispiel den Schweißer zu unterstützen, während der Schweißvorgang stattfindet. Alternativ oder zusätzlich kann das Schweißsystem 14 Schweißleistungsinformationen senden, nachdem der Schweißer das Schweißen gestoppt hat. Zum Beispiel kann das Schweißsystem 14 Informationen wie zum Beispiel Wärmezufuhr, Dauer des Schweißens usw. senden, nachdem beispielsweise das Schweißsystem 14 abgeschaltet wurde, was anzeigt, dass der Schweißer das Schweißen beendet hat. Solche Informationen könnten für den Schweißer nützlich sein, um Korrekturen vorzunehmen, bevor das nächste Schweißsegment begonnen wird.
In einigen Ausführungsformen führt das Computersystem 160 alle Berechnungen aus, wie zum Beispiel Wärmezufuhr, Schweißdauer usw. Das Computersystem 160 kann mit dem Schweißsystem 14 und/oder dem Schweißhelm 12 beispielsweise über das Drahtlosnetz 170 oder ein leitungsgebundenes Netz kommunizieren. In einigen Ausführungsformen erfasst, speichert und/oder analysiert das Computersystem 160 Informationen, die von dem Schweißsystem 14 kommend empfangen wurden. In einigen Ausführungsformen überträgt das Computersystem 160 die Bildinformationen anstatt oder zusätzlich zum Schweißsystem 14 zum Schweißhelm 12. In einigen Ausführungsformen ist das Computersystem in das Schweißsystem 14 integriert oder ist integral darin angeordnet.
In einigen Ausführungsformen sind die vom Schweißer gesehenen Bildinformationen konfigurierbar. Beispielsweise können das Computersystem 160 und/oder das Schweißsystem 14 mit verschiedenen „Ansichten” oder Bildschirmen konfiguriert sein, die der Schweißer auswählen kann. Beispielsweise können, wie in 12 veranschaulicht, dem Schweißer die Schweißinformationen unter Verwendung mehrerer Bildschirme oder „Ansichten” präsentiert werden. Ansicht 1 kann Echtzeit-Betriebsparameter eines motorgetriebenen Schweißgerätes darstellen, wie zum Beispiel Schweißgerät-Ausgangsstromstärke 310, Schweißgerät-Ausgangsspannung 312, Motordrehzahl 314 usw. Eine zweite „Ansicht”, Ansicht 2, kann Leistungsgesamtwerte darstellen, wie zum Beispiel Schweißwärmezufuhr 320, Hilfsleistungsaufnahme 322, Schweißleistungsaufnahme 324 usw. In anderen beispielhaften Ausführungsformen können andere Daten gezeigt werden. Beispielsweise kann das HUD motorbezogene Informationen anzeigen, wie zum Beispiel U/min, Motortemperatur, Öldruck, Luftkompressorausgangsdruck (sofern vorhanden) und alle Störungscodes von einem Motorsteuerungscomputer, damit der Schweißer vor eventuellen Problemen gewarnt werden kann. Die Ansichten können an die Erfordernisse des Schweißers angepasst werden. Beispielsweise können die Ansichten auf der Basis der Art des Schweißens (WIG, MIG usw.), des geschweißten Materials (Stahl, Aluminium usw.), der Art der Schweißnaht (Kehlnaht, Stumpfstoß usw.) oder auf irgend einer anderen Grundlage anpassbar sein. Außerdem können die Ansichten für jeden Schweißer angepasst werden. Nachdem ein Schweißer sich beispielsweise durch Einloggen in das Computersystem 160 oder Schweißsystem 14 mittels eines Token, wie zum Beispiel eines RFID-Transponders oder eines anderen Mittels, identifiziert hat, können das Computersystem 160 und/oder das Schweißsystem 14 zum Beispiel einen Satz „Ansichten” anzeigen, die für den Schweißer spezifisch sind, beispielsweise auf der Basis der Präferenzen des Schweißers, seiner Erfahrung usw.
Der Schweißer kann das HUD 135, 235 ein- und ausschalten und unter Verwendung von (nicht gezeigten) Bedienelementen, die sich an dem Schweißhelm 12 befinden, durch die „Ansichten” scrollen. Alternativ oder zusätzlich kann der Schweißer das HUD 135, 235 durch Sprachbefehle steuern. Der Schweißhelm 12 kann ein Mikrofonsystem 140 (siehe 7) enthalten, das Audiobefehle von dem Schweißer auffängt. Das Mikrofonsystem 140 kann dann die Audiobefehle an das Schweißsystem 14 und/oder Computersystem 160 unter Verwendung einer Kommunikationsvorrichtung 150 weiterleiten. Das Schweißsystem 14 und/oder das Computersystem 160 interpretieren die Befehle und senden die entsprechenden Instruktionen und Informationen an die Informationsgenerierungsvorrichtung 129, 229. Die Informationsgenerierungsvorrichtung 129, 229 steuert dann den Projektor 128 und/oder Kombinierer 234 auf der Basis der empfangenen Informationen und Instruktionen. Beispielsweise kann ein Schweißer „STROM ZEIGEN” sagen, und das System zeigt den Schweißstrom an. Es können noch weitere Sprachbefehle verwendet werden, damit der Nutzer die gewünschten Informationen anzeigen lassen kann. Diese Sprachbefehle können vor, während oder nach Vollendung eines Schweißprozesses verwendet werden. Zusätzlich zu den oben besprochenen Befehlen kann der Schweißer die Größe und Position des Bildfensters 136, die Helligkeit der Bildanzeige, die Farbe der Bildanzeige usw. justieren. In einigen Ausführungsformen kann der Schweißer die Opazität des Bildes steuern, um das Bild mehr oder weniger transparent zu machen, beispielsweise von nahezu 100% transparent bis 100% opak. Zusammen mit den Schweißgerätjustierungen können einige Anzeigeparameter wie zum Beispiel Helligkeit, Opazität, Farbe usw. automatisch durch mindestens eines der Informationsgenerierungsvorrichtung 129, 229, des Computersystems 160 und des Schweißsystems 14 auf der Basis des Erkennens eines Schweißlichtbogens und/oder des Wertes des Umgebungslichts im Raum justiert werden.
Obgleich die Erfindung konkret mit Bezug auf beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung gezeigt und beschrieben wurde, ist die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Dem Durchschnittsfachmann leuchtet ein, dass verschiedene Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne vom Wesen und Schutzumfang der Erfindung, wie durch die obigen Ausführungsformen definiert, abzuweichen.
Bezugszeichenliste

10: Schweißsystem
12: Schweißhelm
14: Schweißsystem
16: Schweißpistole
18: Werkstück
20: Schweißarbeitsbereich
22: Hauptkörper
24: Sichtanzeige
26: Kamera
26a: Kamera
26b: Kamera
28: Mechanismus
34: Oberfläche
36: Folie
128: Projektor
129: Informationsgenerierungsvorrichtung
134: Kombinierer
135: Head-up-Display (HUD)
136: Bild
150: Kommunikationsvorrichtung
160: Computersystem
170: Drahtlosnetz
229: Informationsgenerierungsvorrichtung
234: Kombinierer
235: Head-up-Display (HUD)
310: Schweißgerät-Ausgangsstromstärke
312: Schweißgerät-Ausgangsspannung
322: Hilfsleistungsaufnahme
324: Schweißleistungsaufnahme

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 8569655 [0001]
US 4677277 [0006]
US 6242711 [0007]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

IEEE 802.11 [0045]

Claims

Schweißhelm, der Folgendes umfasst: einen Hauptkörperabschnitt; einen Sichtanzeigeabschnitt, der mit dem Hauptkörperabschnitt gekoppelt ist, wobei es der Anzeigeabschnitt erlaubt, einen Schweißvorgang mit dem Anzeigeabschnitt zu betrachten; einen Informationsgenerierungsmechanismus, der ein Bild generiert, das auf dem Sichtanzeigeabschnitt angezeigt werden soll, wobei das Bild während des Schweißvorgangs betrachtet werden kann; und eine Drahtloskommunikationsvorrichtung, die mit dem Informationsgenerierungsmechanismus gekoppelt ist und Informationen empfängt, die in dem Bild anzuzeigen sind; wobei das durch den Informationsgenerierungsmechanismus generierte Bild so erzeugt wird, dass es einen visuellen Schärfebereich aufweist, der jenseits des Sichtanzeigeabschnitts an einer Position außerhalb des Hauptkörperabschnitts angeordnet ist, und wobei der Schärfebereich mit einem Arbeitsbereich für den Schweißvorgang korreliert ist.
Schweißhelm nach Anspruch 1, der des Weiteren eine Kamera umfasst, die so an einer Außenseite des Hauptkörperabschnitts montiert ist, dass die Kamera den Arbeitsbereich sehen kann und eine Distanz zu dem Arbeitsbereich erkennen kann, und wobei die Kamera dafür verwendet wird, den Schärfebereich des Bildes zu kalibrieren.
Schweißhelm nach Anspruch 1 oder 2, der des Weiteren eine Kamera umfasst, die so an einer Außenseite des Hauptkörperabschnitts montiert ist, dass die Kamera den Arbeitsbereich sehen kann, und die Kamera dafür verwendet wird, einen Schweißvorgang in dem Arbeitsbereich aufzuzeichnen.
Schweißhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Bild Informationen enthält, die zu dem Schweißvorgang gehören.
Schweißhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Bild ein Bild des Schweißvorgangs enthält.
Schweißhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Bild mit einer ersten Größe während des Schweißvorgangs angezeigt wird, und das Bild mit einer zweiten Größe angezeigt wird, die von der ersten Größe verschieden ist, wenn kein Schweißvorgang stattfindet.
Schweißhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Helm des Weiteren eine Audioerfassungsvorrichtung enthält, um Audio-Instruktionen von einem Nutzer des Helms zu detektieren.
Schweißhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Sichtanzeigeabschnitt es erlaubt, den Schweißvorgang durch mindestens einen Abschnitt des Sichtanzeigeabschnitts während des Schweißvorgangs zu betrachten.
Schweißhelm nach einem der Ansprüche 1 bis 8, der des Weiteren einen zweiten Sichtanzeigeabschnitt umfasst, der mit dem Hauptkörperabschnitt gekoppelt ist und von dem Sichtanzeigeabschnitt separat ist, wobei der zweite Sichtanzeigeabschnitt es außerdem erlaubt, den Schweißvorgang mit dem zweiten Anzeigeabschnitt zu betrachten.
Schweißhelm nach Anspruch 9, wobei sowohl der Sichtanzeigeabschnitt als auch der zweite Sichtanzeigeabschnitt mit einer ersten bzw. einer zweiten Kamera gekoppelt sind, die an einer Außenfläche des Hauptkörperabschnitts angebracht sind, wobei der Sichtanzeigeabschnitt und der zweite Sichtanzeigeabschnitt Bilder von der ersten bzw. der zweiten Kamera anzeigen.
Schweißsystem, das Folgendes umfasst: ein Schweißstromversorgungssystem, die eine Schweißleistung an einen Schweißbrenner zum Schweißen einen Werkstücks liefert; und einen Schweißhelm, der durch einen Schweißer während eines Schweißvorgangs mit dem Schweißstromversorgungssystem zu tragen ist, wobei der Schweißhelm mit dem Schweißstromversorgungssystem kommuniziert, und der Schweißhelm Folgendes umfasst: einen Hauptkörperabschnitt; einen Sichtanzeigeabschnitt, der mit dem Hauptkörperabschnitt gekoppelt ist, wobei es der Anzeigeabschnitt erlaubt, einen Schweißvorgang mit dem Anzeigeabschnitt zu betrachten; einen Informationsgenerierungsmechanismus, der ein Bild generiert, das auf dem Sichtanzeigeabschnitt angezeigt werden soll, wobei das Bild während des Schweißvorgangs betrachtet werden kann, und wobei das Bild Einstellungsinformationen von dem Schweißstromversorgungssystem zeigt; und eine Drahtloskommunikationsvorrichtung, die mit dem Informationsgenerierungsmechanismus gekoppelt ist und Informationen empfängt, die in dem Bild anzuzeigen sind; wobei das durch den Informationsgenerierungsmechanismus generierte Bild so erzeugt wird, dass es einen visuellen Schärfebereich aufweist, der jenseits des Sichtanzeigeabschnitts an einer Position außerhalb des Hauptkörperabschnitts angeordnet ist, und wobei der Schärfebereich mit einem Arbeitsbereich für den Schweißvorgang korreliert ist.
Schweißsystem nach Anspruch 11, der des Weiteren eine Kamera umfasst, die so an einer Außenseite des Hauptkörperabschnitts des Helms montiert ist, dass die Kamera den Arbeitsbereich sehen kann und eine Distanz zu dem Arbeitsbereich erkennen kann, und wobei die Kamera dafür verwendet wird, den Schärfebereich des Bildes zu kalibrieren.
Schweißsystem nach Anspruch 11 oder 12, das des Weiteren eine Kamera umfasst, die so an einer Außenseite des Hauptkörperabschnitts montiert ist, dass die Kamera den Arbeitsbereich sehen kann, und die Kamera dafür verwendet wird, einen Schweißvorgang in dem Arbeitsbereich aufzuzeichnen.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Informationsgenerierungsmechanismus mit dem Schweißstromversorgungssystem unter Verwendung der Drahtloskommunikationsvorrichtung drahtlos gekoppelt ist, so dass Informationen von dem Schweißstromversorgungssystem an den Helm übermittelt werden können.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Bild ein Bild des Schweißvorgangs enthält.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei das Bild mit einer ersten Größe während des Schweißvorgangs angezeigt wird, und das Bild mit einer zweiten Größe angezeigt wird, die von der ersten Größe verschieden ist, wenn kein Schweißvorgang stattfindet.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei der Helm des Weiteren eine Audioerfassungsvorrichtung enthält, um Audio-Instruktionen von einem Nutzer des Helms zu detektieren.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei der Sichtanzeigeabschnitt es erlaubt, den Schweißvorgang durch mindestens einen Abschnitt des Sichtanzeigeabschnitts während des Schweißvorgangs zu betrachten.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 18, das des Weiteren einen zweiten Sichtanzeigeabschnitt umfasst, der mit dem Hauptkörperabschnitt gekoppelt ist und von dem Sichtanzeigeabschnitt separat ist, wobei der zweite Sichtanzeigeabschnitt es außerdem erlaubt, den Schweißvorgang mit dem zweiten Anzeigeabschnitt zu betrachten.
Schweißsystem nach Anspruch 19, wobei sowohl der Sichtanzeigeabschnitt als auch der zweite Sichtanzeigeabschnitt mit einer ersten bzw. einer zweiten Kamera gekoppelt sind, die an einer Außenfläche des Hauptkörperabschnitts angebracht sind, wobei der Sichtanzeigeabschnitt und der zweite Sichtanzeigeabschnitt Bilder von der ersten bzw. der zweiten Kamera anzeigen.
Schweißsystem nach Anspruch 17, wobei das Schweißstromversorgungssystem mindestens einen Schweißparameter auf der Basis der Audio-Instruktionen ändert.
Schweißsystem nach einem der Ansprüche 11 bis 21, wobei der Schweißbrenner mindestens einen Sensor hat, der eine Arbeitsdistanz zwischen dem Helm und dem Schweißvorgang detektieren kann, und die detektierte Distanz dafür verwendet wird, den visuellen Schärfebereich für das Bild zu bestimmen.