ES2960911T3 - Sistemas que proporcionan un dispositivo ocular computarizado para ayudar en la soldadura - Google Patents
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Abstract
Sistemas y métodos de ayuda a un soldador o estudiante de soldadura. Un sistema puede proporcionar un sistema de soldadura por arco del mundo real o un sistema de soldadura por arco de realidad virtual junto con un dispositivo de gafas computarizado (150) que tiene una pantalla frontal (HUD). El dispositivo de gafas computarizado puede ser usado por un usuario debajo de un casco de soldadura convencional como se usan gafas y puede comunicarse de forma inalámbrica con una fuente de energía de soldadura (140) de un sistema de soldadura por arco del mundo real o un subsistema basado en procesador programable (310). de un sistema de soldadura por arco de realidad virtual. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Sistemas que proporcionan un dispositivo ocular computarizado para ayudar en la soldadura
Campo técnico
Las realizaciones de la presente invención se refieren a sistemas que proporcionan capacidades de visualización y comunicación a un soldador mediante el uso de un sistema de soldadura a través de un dispositivo ocular computarizado. El documento US2012180180 A1 describe un sistema de realidad virtual conocido que comprende gafas con una armadura y una visualización frontal (HUD - head-updisplay),y adecuado para ser usado mientras lleva un casco protector para soldar.
Antecedentes
Proporcionar información a un estudiante de soldadura en tiempo real durante un proceso de soldadura (ya sea un proceso de soldadura en el mundo real o un proceso de soldadura simulado) es importante para ayudar al estudiante de soldadura en el proceso de aprendizaje. De manera similar, proporcionar información a un soldador experto en tiempo real durante un proceso de soldadura en el mundo real puede ayudar al soldador experto en el proceso de soldadura. Además, proporcionar la capacidad de un estudiante de soldadura o un soldador experto para comunicarse fácilmente con (por ejemplo, proporcionar comandos a) un sistema de soldadura (real o simulado) puede permitir una experiencia de soldadura más eficiente y fácil de usar. Hoy en día, un casco de soldadura puede estar provisto de indicadores luminosos simples representativos de información de soldadura que no requieren que un soldador pueda enfocar claramente los indicadores luminosos, ya que los indicadores luminosos pueden estar a una pulgada del ojo del soldador. Se proporciona simplemente poder ver que el color de un indicador luminoso es rojo, verde o amarillo, por ejemplo. Por lo tanto, existe una necesidad continua de mejorar cómo interactúa un soldador o estudiante de soldadura con un sistema de soldadura y cómo se proporciona y ve información en tiempo real.
Otras limitaciones y desventajas de los enfoques convencionales, tradicionales y propuestos resultarán evidentes para un experto en la técnica, a través de la comparación de dichos sistemas y métodos con realizaciones de la presente invención como se establece en el resto de la presente solicitud con referencia a los dibujos.
Resumen
Para resolver este problema, la invención propone un sistema de soldadura por arco según la reivindicación 2 y un sistema de soldadura de realidad virtual según la reivindicación 1. Se pueden tomar soluciones más específicas de las sub-reivindicaciones. Se observa que las características de las sub-reivindicaciones son aplicables a ambos tipos de sistemas mencionados anteriormente. En una realización, se proporciona un sistema. El sistema incluye una fuente de energía para soldadura de un sistema de soldadura por arco y un dispositivo ocular computarizado que tiene una visualización frontal (HUD - head-updisplay).El dispositivo ocular computarizado está configurado para ser llevado por un usuario a medida que se usan gafas oculares, mientras que el usuario también usa un casco protector para soldar. El dispositivo ocular computarizado está configurado además para comunicarse de forma inalámbrica con la fuente de energía para soldadura del sistema de soldadura por arco. El dispositivo ocular computarizado puede recibir información de la fuente de energía para soldadura y mostrar la información sobre la HUD. Además, el usuario puede proporcionar comandos a la fuente de energía para soldadura a través del dispositivo ocular computarizado (por ejemplo, mediante activación por voz). La fuente de energía para soldadura y el dispositivo ocular computarizado pueden configurarse de forma cooperativa para proporcionar uno o más indicadores aumentados indicativos de la técnica de soldadura de un usuario y la funcionalidad del secuenciador indicativas de una próxima soldadura que se realizará en la HUD, por ejemplo.
En una realización, se proporciona un sistema. El sistema incluye un subsistema basado en procesador programable de un sistema de simulación de soldadura de realidad virtual y un dispositivo ocular computarizado que tiene una visualización frontal (HUD). El dispositivo ocular computarizado está configurado para ser llevado por un usuario a medida que se usan gafas oculares, mientras que el usuario también usa un casco protector para soldar. El dispositivo ocular computarizado está configurado además para comunicarse de forma inalámbrica con el subsistema basado en procesador programable del sistema de simulación de soldadura de realidad virtual. El dispositivo ocular computarizado puede recibir información del subsistema basado en procesador programable y mostrar la información sobre la HUD. Además, el usuario puede proporcionar comandos al subsistema basado en procesador programable a través del dispositivo ocular computarizado (por ejemplo, a través de la activación por voz). El subsistema basado en procesador programable y el dispositivo ocular computarizado pueden configurarse de forma cooperativa para proporcionar una o más imágenes de realidad virtual asociadas con un proceso de soldadura de realidad virtual y señales e indicadores virtuales asociados con un proceso de soldadura de realidad virtual en la HUD, por ejemplo.
De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado incluye una armadura configurada para ser llevada en la cabeza de un usuario, incluyendo la armadura un puente configurado para soportarse en la nariz del usuario, una porción de frente acoplada y que se extiende lejos del puente a un primer extremo alejado del mismo y configurado para colocarse sobre un primer lado de frente del usuario, y un primer brazo que tiene un primer extremo acoplado al primer extremo de la porción de frente y que se extiende hasta un extremo libre, el primer brazo está configurado para colocarse sobre una primera sien del usuario con el extremo libre dispuesto cerca de un primer oído del usuario, en donde el puente es ajustable para el posicionamiento selectivo de la porción de frente con respecto a un ojo del usuario. El dispositivo ocular computarizado también incluye una pantalla transparente (la HUD) que puede fijarse a la armadura y puede ser móvil con respecto a la armadura a través de la rotación alrededor de un primer eje que se extiende paralelo a la primera porción de frente. El dispositivo ocular computarizado también incluye un alojamiento que contiene circuitos de control y comunicación fijados a la armadura. Como ejemplo, el dispositivo ocular computarizado puede ser un dispositivo Google Glass™ configurado para funcionar con un sistema de soldadura por arco o un sistema de simulación de soldadura por arco de realidad virtual.
Los detalles de las realizaciones ilustradas de la presente invención se entenderán más completamente a partir de la siguiente descripción y dibujos.
Breve descripción de los dibujos
LaFigura 1ilustra un diagrama de una realización ejemplar de un sistema de soldadura por arco y un dispositivo ocular computarizado configurado para comunicarse con el sistema de soldadura por arco;
laFigura 2ilustra un diagrama de una realización ejemplar del dispositivo ocular computarizado de laFigura 1;y
laFigura 3ilustra un diagrama de una realización ejemplar de un sistema de soldadura de realidad virtual y un dispositivo ocular computarizado configurado para comunicarse con el sistema de soldadura de realidad virtual.
Descripción detallada
Las siguientes son definiciones de términos ejemplares que pueden usarse dentro de la divulgación. Tanto las formas singulares como plurales de todos los términos entran dentro de cada significado:
“ Software” o “ programa informático” como se usa en el presente documento incluye, pero no se limita a, una o más instrucciones legibles por ordenador y/o ejecutables que hacen que un ordenador u otro dispositivo electrónico realice funciones, acciones y/o se comporte de una manera deseada. Las instrucciones pueden realizarse de diversas formas tales como rutinas, algoritmos, módulos o programas que incluyen aplicaciones separadas o código de bibliotecas unidas dinámicamente. Software también puede implementarse en diversas formas, tales como un programa independiente, una llamada de función, un servlet, un applet, una aplicación, instrucciones almacenadas en una memoria, parte de un sistema operativo u otro tipo de instrucciones ejecutables. Un experto en la técnica apreciará que la forma de software depende, por ejemplo, de los requisitos de una aplicación deseada, el entorno que se ejecuta y/o los deseos de un diseñador/programador o similares.
“ Ordenador” o “ elemento de procesamiento” o “ dispositivo computarizado” como se usa en el presente documento incluye, pero no se limita a, cualquier dispositivo electrónico programado o programable que pueda almacenar, recuperar y procesar datos. “ Medios legibles por ordenador no transitorios” incluyen, pero no se limitan a, un CD-ROM, una tarjeta de memoria flash extraíble, una unidad de disco duro, una cinta magnética y un disquete.
“ Memoria informática” , como se usa en el presente documento, se refiere a un dispositivo de almacenamiento configurado para almacenar datos o información digitales que pueden recuperarse por un ordenador o elemento de procesamiento.
“ Controlador” , como se usa en el presente documento, se refiere a los circuitos lógicos y/o elementos de procesamiento y software o programa asociado involucradas en el control de un dispositivo, sistema o porción de un sistema.
Los términos “ señal” , “ datos” e “ información” pueden usarse indistintamente en el presente documento y pueden estar en forma digital o analógica.
El término “ parámetro de soldadura” se usa ampliamente en la presente memoria y puede referirse a características de una parte de una forma de onda de corriente de salida de soldadura (p. ej., amplitud, anchura o duración de impulso, pendiente, polaridad de electrodo), un proceso de soldadura (p. ej., un proceso de soldadura por arco corto o un proceso de soldadura por pulso), velocidad de alimentación de alambre, una frecuencia de modulación, una velocidad de desplazamiento de soldadura o algún otro parámetro asociado con soldadura en el mundo real o soldadura simulada.
El término “visualización frontal” , como se utiliza en el presente documento, se refiere a una pantalla transparente que presenta información (por ejemplo, imágenes de alta calidad) sin necesidad de que el usuario aparte la mirada de sus puntos de vista habituales.
Un sistema de soldadura por arco según la invención se define en la reivindicación 2. El sistema de soldadura por arco incluye una fuente de energía para soldadura y un dispositivo ocular computarizado que tiene una visualización frontal (HUD) y circuitos de control y comunicación (CCC) conectados operativamente a la HUD. El dispositivo ocular computarizado está configurado para ser llevado por un usuario a medida que se llevan gafas oculares, mientras que también lleva un casco protector para soldar y se comunica de forma inalámbrica con la fuente de energía para soldadura. El circuito de control y comunicación está configurado para recibir información de forma inalámbrica desde la fuente de energía para soldadura y visualizar la información sobre la HUD.
De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado incluye un micrófono conectado operativamente a los circuitos de control y comunicación. El micrófono y los circuitos de control y comunicación están configurados para recibir información de comando de usuario activada por voz y transmitir de forma inalámbrica la información de comando de usuario activada por voz a la fuente de energía para soldadura. De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado incluye una cámara conectada operativamente a los circuitos de control y comunicación. La cámara y el circuito de control y comunicación están configurados para capturar una o más de las imágenes fijas y el vídeo en movimiento. Según una realización, el circuito de control y comunicación está configurado para acceder a internet a través de un punto de acceso inalámbrico.
De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado incluye una armadura configurada para ser llevada en la cabeza de un usuario y al menos un alojamiento fijado a la armadura que contiene uno o más de los circuitos de control y comunicación, el micrófono y la cámara. La HUD también se fija a la armadura y es móvil con respecto a la armadura a través de la rotación alrededor de un primer eje que se extiende paralelo a una primera porción de frente. Opcionalmente, el dispositivo ocular computarizado puede incluir al menos una lente óptica de prescripción mantenida en su lugar por la armadura.
De acuerdo con una realización, la armadura incluye un puente configurado para soportarse en la nariz del usuario, una porción de frente acoplada y que se extiende lejos del puente a un primer extremo alejado del mismo y configurada para colocarse sobre un primer lado de frente del usuario, y un primer brazo que tiene un primer extremo acoplado al primer extremo de la porción de frente y que se extiende hasta un extremo libre. El primer brazo está configurado para colocarse sobre una primera sien del usuario con el extremo libre dispuesto cerca de un primer oído del usuario. De acuerdo con una realización, el puente es ajustable para el posicionamiento selectivo de la porción de frente con respecto a un ojo del usuario.
LaFigura 1ilustra un diagrama de una realización ejemplar de un sistema de soldadura por arco 100 y un dispositivo ocular computarizado 150 configurado para comunicarse con el sistema de soldadura por arco 100. El sistema de soldadura por arco 100 incluye un alimentador de alambre 110, una pistola o herramienta de soldadura 120, un suministro de gas de protección 130 y una fuente de energía para soldadura 140. El alimentador de alambre 110, la pistola de soldadura 120, el suministro de gas de protección 130 y la fuente de alimentación 140 están conectados operativamente para permitir que un soldador cree un arco eléctrico entre un alambre de soldadura y una pieza de trabajo W para crear una soldadura como es bien conocida en la técnica.
Según una realización, la fuente de energía para soldadura 140 incluye una fuente de alimentación de conmutación (no mostrada), un generador de forma de onda (no mostrado), un controlador (no mostrado), un circuito de retroalimentación de tensión (no mostrado), un circuito de retroalimentación de corriente (no mostrado) y un circuito de comunicación inalámbrico 145. El alimentador de alambre 110 alimenta el electrodo de soldadura de alambre consumible E hacia la pieza de trabajo W a través de la pistola de soldadura (herramienta de soldadura) 120 a una velocidad de alimentación de alambre seleccionada (WFS). El alimentador de alambre 110, el electrodo de soldadura consumible E y la pieza de trabajo W no son parte de la fuente de energía para soldadura 140, sino que pueden conectarse operativamente a la fuente de energía para soldadura 140 a través de un cable de salida de soldadura.
Eldispositivo ocular computarizado 150 está configurado para ser llevado por un usuario a medida que se llevan gafas oculares, mientras que también lleva un casco de soldadura convencional. El casco protector para soldar puede ser un casco de soldadura convencional que no tiene que modificarse de ninguna manera para acomodar el dispositivo ocular computarizado 150. Además, el dispositivo ocular computarizado 150 está configurado para comunicarse de forma inalámbrica con la fuente de energía para soldadura 140 a través del circuito de comunicación inalámbrico 145 de la fuente de energía para soldadura 140. El circuito de comunicación inalámbrico 145 puede incluir un procesador, memoria informática, un transmisor, un receptor y una antena, de acuerdo con una realización.
Con referencia ahora ala Figura 1y laFigura 2,donde laFigura 2ilustra un diagrama de una realización ejemplar del dispositivo ocular computarizado 150 de laFigura 1el dispositivo ocular computarizado 150 incluye una armadura 151 configurada para ser usada en la cabeza de un usuario. La armadura 151 incluye un puente 152 configurado para soportarse sobre la nariz del usuario y una porción de frente 153 acoplada y que se extiende lejos del puente 152 a un primer y segundo extremos alejados del mismo y configurado para colocarse sobre las cejas del usuario.
La armadura también incluye un primer brazo 154 que tiene un primer extremo acoplado al primer extremo de la porción de frente 153 y que se extiende hasta un extremo libre, el primer brazo está configurado para colocarse sobre una primera sien del usuario con el extremo libre dispuesto cerca de un primer oído del usuario. La armadura 151 también incluye un segundo brazo 155 que tiene un primer extremo acoplado al segundo extremo de la porción de frente 153 y que se extiende hasta un extremo libre, el segundo brazo está configurado para colocarse sobre una segunda sien del usuario con el extremo libre dispuesto cerca de un segundo oído del usuario. El puente 152 puede ser ajustable para el posicionamiento selectivo de la porción de frente 153 con respecto a los ojos del usuario, de acuerdo con una realización.
El dispositivo ocular computarizado 150 incluye una pantalla transparente (por ejemplo, una HUD) 156 fijada a la armadura 151. La HUD 156 es con respecto a la armadura 151 a través de la rotación alrededor de un primer eje que se extiende paralelo a la porción de frente 153, de acuerdo con una realización, y puede configurarse para mostrar texto, gráficos e imágenes. El dispositivo ocular computarizado 150 también incluye circuitos de control y comunicación (por ejemplo, un ordenador) 157 encerrado en un alojamiento 162 y fijado a la armadura 151. El circuito de control y comunicación 157 puede incluir un procesador y una memoria, por ejemplo. La memoria puede acoplarse al procesador y almacenar el software que puede accederse y ejecutarse por el procesador. El procesador puede ser un microprocesador o un procesador de señal digital, por ejemplo. Como opción, el dispositivo ocular computarizado 150 puede incluir una cámara 158. La HUD 156 y el circuito de control y comunicación 157 (y, opcionalmente, la cámara 158) están conectados operativamente para proporcionar la funcionalidad descrita en el presente documento. Según una realización, la cámara 158 está configurada para capturar imágenes fijas y vídeo en movimiento. De esta manera, un usuario puede registrar el escenario de soldadura visto por el usuario desde dentro del casco de soldadura.
Según una realización, el circuito de control y comunicación 157 proporciona comunicación bidireccional con el circuito de comunicación inalámbrico 145 de la fuente de energía para soldadura 140. Puede proporcionarse información desde la fuente de energía para soldadura 140 al dispositivo ocular computarizado 150 y mostrada en la HUD 156. Además, según una realización, el circuito de control y comunicación 157 está configurado para aceptar comandos activados por voz de un usuario y transmitir los comandos a la fuente de energía para soldadura 140. La comunicación entre la fuente de energía para soldadura 140 y el dispositivo 150 de equipo ocular se puede lograr por medio de, por ejemplo, Bluetooth® tecnología de radio, protocolos de comunicación descritos en IEEE 802.11 (incluyendo cualquier revisión IEEE 802.11), tecnología celular (tal como GSM, CDMA, UMTS, EVDO, WiMax o LTE) o ZigBee®, entre otras posibilidades. De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado también puede incluir al menos una lente óptica 163 que coincide con la prescripción visual correctiva de un usuario. Según una realización adicional, el dispositivo ocular computarizado puede ser modular y unirse a gafas oculares recetadas normales.
Además, según una realización, la fuente de energía para soldadura 140 puede ser accesible por el dispositivo ocular computarizado 150 a través de Internet. Por ejemplo, el circuito de control y comunicación 157 puede configurarse para acceder a Internet a través de un punto de conexión inalámbrico (por ejemplo, un teléfono inteligente o un enrutador inalámbrico) y acceder a la fuente de energía para soldadura 140 a su través. Alternativamente, la fuente de energía para soldadura 140 puede configurarse para acceder a Internet y proporcionar información obtenida de Internet al dispositivo ocular computarizado 150.
Información que puede mostrarse en la HUD 156 durante un escenario de soldadura en el mundo real que puede ser útil para un soldador puede estar en forma de texto, imagen o un gráfico. Dicha información puede incluir, por ejemplo, el proceso de soldadura por arco, ángulo de recorrido de la herramienta de soldadura, velocidad de desplazamiento de la herramienta de soldadura, distancia de punta a trabajo(tip-to-work distance),velocidad de alimentación de alambre, polaridad de soldadura, nivel de voltaje de salida, nivel de corriente de salida, longitud de arco, separación entre monedas(dime spacing),tiempo fuera del baño(whip time),tiempo de baño(puddle time),ancho de trama(width of weave),separación de trama(weave spacing),ventana de tolerancia, puntuación de número y etapas de secuencia de soldadura. También se puede mostrar otra información, de acuerdo con otras realizaciones. Por ejemplo, en un modo aumentado, los indicadores instructivos que se usan en un entorno de entrenamiento de realidad virtual pueden superponerse sobre una soldadura real usando la HUD 156. De esta manera, un estudiante de soldadura que entró en un sistema de soldadura de realidad virtual puede pasar a un escenario de soldadura real y tener los mismos indicadores de instrucción proporcionados a través de la HUD. Las señales o indicadores visuales se muestran al soldador en la HUD del dispositivo ocular computarizado para indicar al soldador si un parámetro particular (por ejemplo, un ángulo de recorrido de la herramienta de soldadura) está dentro de un intervalo aceptable o no. Tales señales o indicadores visuales pueden ayudar en el entrenamiento ayudando a un soldador inexperimentado o estudiante de soldadura para mejorar su técnica de soldadura.
La adquisición de alguna de la información puede depender de la herramienta de soldadura que está siendo rastreada espacialmente (por ejemplo, ángulo de recorrido, velocidad de recorrido, distancia de punta a trabajo[tip-to-work distance]).Según una realización, la herramienta de soldadura puede incluir un dispositivo acelerómetro que está conectado operativamente a la fuente de energía para soldadura para proporcionar una posición espacial o información de movimiento. También son posibles otros métodos de seguimiento de la herramienta de soldadura, tales como técnicas de seguimiento magnético, por ejemplo.
Según una realización, el dispositivo ocular computarizado 150 incluye un micrófono 159 para recibir comandos activados por voz de un usuario. Los comandos activados por voz, según se inician por un soldador, que se puede acomodar por el dispositivo ocular computarizado 150 en comunicación con la fuente de energía para soldadura 140 pueden incluir, por ejemplo, comandos para cambiar un parámetro de soldadura tal como velocidad de alimentación de alambre, polaridad de soldadura y nivel de corriente de salida de soldadura. También pueden ser posibles otros tipos de órdenes, según otras realizaciones.
Según una realización, el dispositivo ocular computarizado 150 y/o la fuente de energía para soldadura 140 pueden programarse con una o más aplicaciones de software de soldadura configuradas para acomodar el uso del dispositivo ocular computarizado 150 con el sistema de soldadura por arco 100. Por ejemplo, una realización de una aplicación de software de soldadura puede proporcionar una capacidad de reconocimiento de “ buena soldadura” . De manera similar a una capacidad de reconocimiento facial, la capacidad de reconocimiento de “ buena soldadura” puede usar la cámara 158 para adquirir una imagen de una soldadura creada por el usuario, analizar la imagen y proporcionar retroalimentación al usuario en la HUD 156 conforme la calidad externa general de la soldadura. Por ejemplo, el texto “ soldadura deficiente” , “ soldadura regular” o “ buena soldadura” se puede mostrar al usuario. El usuario puede tener que sacar su casco para soldar o elevar una visera sobre el casco para soldar para adquirir una imagen de la soldadura. La aplicación de software de soldadura puede residir en el dispositivo ocular computarizado 150, la fuente de energía para soldadura 140, o una combinación de ambas, de acuerdo con diversas realizaciones.
Comootro ejemplo, una realización de una aplicación de software de soldadura puede proporcionar una capacidad de secuenciación de soldadura. Al soldar una pieza o conjunto con muchas soldaduras, no es deseable que un soldador pierda una soldadura. Una aplicación de software de soldadura puede pasar un soldador a través de las múltiples soldaduras para la pieza. Por ejemplo, cuando un soldador termina una soldadura actual en una pieza o conjunto que requiere múltiples soldaduras, el soldador puede dar un comando de voz de “ siguiente soldadura” . Como resultado, la aplicación de software de soldadura puede mostrar al soldador en la HUD 156 una imagen o gráfica (por ejemplo, una representación 3D de la pieza) que proporciona la ubicación de la siguiente soldadura a realizar. También se puede mostrar el tipo de soldadura y otra información asociada con la soldadura. De acuerdo con una realización en la que el dispositivo ocular computarizado 150 está siendo rastreado espacialmente, como se analiza más adelante en el presente documento, la aplicación de software de soldadura puede mostrar un gráfico sobre la HUD de manera que el indicador gráfico se superpone sobre el conjunto en la próxima ubicación a soldar. También son posibles otros tipos de aplicaciones de software de soldadura que funcionan con el dispositivo ocular computarizado, de acuerdo con otras realizaciones. Un sistema de soldadura de realidad virtual según la invención se define en la reivindicación 1. El sistema de soldadura de realidad virtual incluye un subsistema basado en procesador programable y un dispositivo ocular computarizado que tiene una visualización frontal (HUD) y circuitos de control y comunicación (CCC) conectados operativamente a la HUD. El dispositivo ocular computarizado está configurado para ser llevado por un usuario a medida que se llevan gafas oculares, y para comunicarse de forma inalámbrica con el subsistema basado en procesador programable. El circuito de control y comunicación está configurado para recibir información de forma inalámbrica desde el subsistema basado en procesador programable y mostrar la información sobre la HUD.
Según una realización, el dispositivo ocular computarizado incluye además un micrófono conectado operativamente a los circuitos de control y comunicación y configurado para recibir información de comando de usuario activada por voz y transmitir de forma inalámbrica la información de comando de usuario activada por voz al subsistema basado en procesador programable. Alternativamente, o además, el dispositivo ocular computarizado puede incluir una interfaz de usuario sensible al tacto conectada operativamente al circuito de control y comunicación y configurada para permitir que un usuario seleccione información de comando y transmita de forma inalámbrica la información de comando al subsistema basado en procesador programable.
De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado incluye una cámara conectada operativamente a los circuitos de control y comunicación. La cámara y el circuito de control y comunicación están configurados para capturar una o más de las imágenes fijas y el vídeo en movimiento. Según una realización, el circuito de control y comunicación está configurado para acceder a internet a través de un punto de acceso inalámbrico.
De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado incluye una armadura configurada para ser llevada en la cabeza de un usuario y al menos un alojamiento fijado a la armadura que contiene uno o más de los circuitos de control y comunicación, el micrófono y la cámara. La HUD también se fija a la armadura y es móvil con respecto a la armadura a través de la rotación alrededor de un primer eje que se extiende paralelo a una primera porción de frente. Opcionalmente, el dispositivo ocular computarizado puede incluir al menos una lente óptica de prescripción mantenida en su lugar por la armadura.
De acuerdo con una realización, la armadura incluye un puente configurado para soportarse en la nariz del usuario, una porción de frente acoplada y que se extiende lejos del puente a un primer extremo alejado del mismo y configurada para colocarse sobre un primer lado de frente del usuario, y un primer brazo que tiene un primer extremo acoplado al primer extremo de la porción de frente y que se extiende hasta un extremo libre. El primer brazo está configurado para colocarse sobre una primera sien del usuario con el extremo libre dispuesto cerca de un primer oído del usuario. De acuerdo con una realización, el puente es ajustable para el posicionamiento selectivo de la porción de frente con respecto a un ojo del usuario.
Según una realización, el dispositivo ocular computarizado incluye al menos un dispositivo de detección de movimiento conectado operativamente al circuito de control y de comunicación y configurado para proporcionar información espacial al subsistema basado en procesador programable a medida que un usuario mueve su cabeza.
LaFigura 3ilustra un diagrama de una realización ejemplar de un sistema de soldadura por arco de realidad virtual 300 y un dispositivo ocular computarizado 150 configurado para comunicarse con el sistema de soldadura de realidad virtual 300. El sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW -virtual reality arc welding)incluye un subsistema basado en procesador programable, un rastreador espacial conectado operativamente al subsistema basado en procesador programable, al menos una herramienta de soldadura simulada capaz de ser rastreada espacialmente por el rastreador espacial, y al menos un dispositivo de visualización conectado operativamente al subsistema basado en procesador programable. De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado 150 también puede ser rastreado espacialmente por el rastreador espacial. El sistema es capaz de simular, en un espacio de realidad virtual, un baño de soldadura con características de fluidez del metal fundido y disipación de calor en tiempo real. El sistema también es capaz de mostrar el baño de soldadura simulado en el dispositivo de visualización en tiempo real.
El sistema 300 incluye un subsistema basado en procesador programable (PPS) 310. El sistema 300 incluye además un rastreador espacial (ST) 320 conectado operativamente al PPS 310. El sistema 300 también incluye una interfaz de usuario de soldadura física (WUI) 330 conectada operativamente al PPS 310 así como al dispositivo ocular computarizado 150 en comunicación inalámbrica operativa con el PPS 310 a través de un circuito de comunicación inalámbrica 145 del PPS 310. El sistema 300 incluye además un dispositivo de visualización de observador (ODD) 340 conectado operativamente al PPS 310. El sistema 300 también incluye al menos una herramienta de soldadura simulada (MWT) 350 conectada operativamente al ST 320 y al PPS 310. El sistema 300 incluye además una tabla/stand (T/S) 360 y al menos una probeta de soldadura (WC) 370 capaz de unirse al T/S 360. Según una realización alternativa de la presente invención, se proporciona una botella de gas simulado (no mostrada) que simula una fuente de gas de protección y que tiene un regulador de flujo ajustable.
De acuerdo con una realización, el dispositivo ocular computarizado 150 está configurado como se ha descrito anteriormente en el presente documento. Sin embargo, en esta realización, el circuito de control y comunicación 157 proporciona comunicación bidireccional con el circuito de comunicación inalámbrico 145 del PPS 310. Puede proporcionarse información desde el PPS 310 al dispositivo ocular computarizado 150 y mostrarse en la HUD 156. Además, según una realización, el circuito de control y comunicación 157 está configurado para aceptar comandos activados por voz de un usuario y transmitir los comandos al PPS 310. La comunicación entre el PPS 310 y el dispositivo ocular computarizado 150 se puede lograr por medio de, por ejemplo, tecnología de radio Bluetooth®, protocolos de comunicación descritos en IEEE 802.11 (incluyendo cualquier revisión IEEE 802.11), tecnología celular (tal como GSM, CDMA, UMTS, EVDO, WiMax o LTE) o ZigBee®, entre otras posibilidades.
Además, de acuerdo con una realización, el PPS 310 puede ser accesible por el dispositivo ocular computarizado 150 a través de Internet. Por ejemplo, el circuito de control y comunicación 157 puede configurarse para acceder a Internet a través de un punto de conexión inalámbrico (por ejemplo, un teléfono inteligente o un enrutador inalámbrico) y acceder al PPS 310 a través del mismo. Alternativamente, el PPS 310 puede configurarse para acceder a Internet y proporcionar información obtenida de Internet al dispositivo ocular computarizado 150.
Como antes, el usuario puede llevar un casco de soldadura convencional sobre el dispositivo ocular computarizado 150. Sin embargo, dado que el escenario de soldadura es un escenario de soldadura simulado, el casco de soldadura convencional puede equiparse con una lente transparente en lugar de una lente protectora que protege contra la luz y otra radiación emitida por un arco real. Como tal, el usuario puede ver a través de la lente transparente para ver la probeta de soldadura 370 y la herramienta de soldadura simulada 350, por ejemplo.
Según una realización, el dispositivo ocular computarizado 150 está configurado con un dispositivo acelerómetro 160 que está conectado operativamente a los circuitos de control y comunicación 157. La información espacial proporcionada por el dispositivo acelerómetro a medida que el usuario mueve su cabeza se comunica al PPS 110 y luego al rastreador espacial 320. De esta manera, la relación espacial entre el entorno circundante y lo que el usuario está viendo a través de la HUD 156 del dispositivo ocular computarizado 150 puede estar correlacionado. A medida que el usuario avanza con el proceso de soldadura virtual usando el sistema 300, todo que se muestra en la HUD 156 (por ejemplo, un baño de soldadura virtual) aparecerá superpuesto sobre, por ejemplo, la probeta de soldadura 370 a medida que el usuario ve la probeta de soldadura a través de la lente transparente del casco de soldadura convencional. Según otras realizaciones, se pueden usar otros dispositivos de detección de movimiento además de los de un dispositivo acelerómetro. Se puede realizar inicialmente un procedimiento de calibración para correlacionar la vista del usuario a través de la HUD al entorno circundante, de acuerdo con una realización.
Las características de disipación de calor y fluidez de metal fundido en tiempo real del baño de soldadura simulado proporcionan retroalimentación visual en tiempo real a un usuario de la herramienta de soldadura simulada cuando se muestran (por ejemplo, en la HUD del dispositivo ocular computarizado 150 seguido por el rastreador espacial 320), permitiendo al usuario ajustar o mantener una técnica de soldadura en tiempo real en respuesta a la retroalimentación visual en tiempo real (es decir, ayuda al usuario a aprender correctamente). Cuando el dispositivo ocular computarizado 150 está siendo rastreado espacialmente, el baño de soldadura aparecerá en una ubicación correcta con respecto a la probeta de soldadura según se ve a través de la HUD.
El baño de soldadura visualizado es representativo de un baño de soldadura que se formaría en el mundo real basándose en la técnica de soldadura del usuario y el proceso y parámetros de soldadura seleccionados. Al ver un baño (por ejemplo, forma, color, escoria, tamaño, monedas apiladas[stackeddimes]), un usuario puede modificar su técnica para hacer una buena soldadura y determinar el tipo de soldadura que se está realizando. La forma del baño es sensible al movimiento de la pistola o varilla.
El término “ tiempo real” , como se usa en el presente documento con respecto a un entorno de realidad virtual o simulado, significa percibir y experimentar en el tiempo en un entorno virtual o simulado de la misma manera que un usuario percibiría y experimentaría en un escenario de soldadura en el mundo real. Además, el baño de soldadura responde a los efectos del entorno físico que incluye la gravedad, lo que permite a un usuario poner en práctica de forma práctica la soldadura en varias posiciones, incluyendo soldadura en partes elevadas y diversos ángulos de soldadura de tubería (por ejemplo, 1G, 2G, 5G, 6G).
Información que puede ser útil para un estudiante de soldadura para visualizar la HUD 156 durante un escenario de soldadura virtual o simulada puede estar en forma de texto, imagen o un gráfico. Dicha información puede incluir, por ejemplo, el proceso de soldadura por arco, ángulo de recorrido de la herramienta de soldadura, velocidad de recorrido de la herramienta de soldadura, distancia de punta a trabajo(tip-to-work distance),velocidad de alimentación de alambre establecida, polaridad de soldadura establecida, nivel de voltaje de salida simulado, nivel de corriente de salida establecido, longitud de arco simulada, separación entre monedas(dime spacing),tiempo fuera del baño(whip time),tiempo de baño(puddle time),ancho de trama(width of weave),separación de trama(weave spacing),ventana de tolerancia, puntuación de número y etapas de secuencia de soldadura. También se puede mostrar otra información, de acuerdo con otras realizaciones.
Según una realización, el dispositivo ocular computarizado 150 incluye un micrófono 159 que está conectado operativamente a los circuitos de control y comunicación 157 para recibir comandos activados por voz de un usuario. Los comandos activados por voz, como se inicia por un soldador, que puede ser alojado por el dispositivo ocular computarizado 150 en comunicación con el PPS 310 puede incluir, por ejemplo, comandos para cambiar un parámetro de soldadura tal como una velocidad de alimentación de alambre simulado, una polaridad de soldadura simulada y un nivel de corriente de salida de soldadura simulado. También pueden ser posibles otros tipos de órdenes, según otras realizaciones.
Según una realización, el dispositivo ocular computarizado 150 y/o el PPS 310 pueden programarse con una o más aplicaciones de software de entrenamiento de soldadura configuradas para acomodar el uso del dispositivo ocular computarizado 150 con el sistema de soldadura por arco de realidad virtual 300. Por ejemplo, una realización de una aplicación de software de soldadura puede proporcionar una capacidad de reconocimiento de “ buena soldadura” . De manera similar a una capacidad de reconocimiento facial, la capacidad de reconocimiento “ buena soldadura” puede usar una imagen de una soldadura simulada creada por el usuario, analizar la imagen y proporcionar retroalimentación al usuario en la HUD 156 a la calidad externa general de la soldadura. Por ejemplo, el texto “ soldadura deficiente” , “ soldadura regular” o “ buena soldadura” se puede mostrar al usuario. La aplicación de software de soldadura puede residir en el dispositivo ocular computarizado 150, el PPS 310 o una combinación de ambos, de acuerdo con diversas realizaciones.
Como otro ejemplo, una realización de una aplicación de software de soldadura puede proporcionar una capacidad de secuenciación de soldadura. Como un soldador termina una soldadura simulada actual en una probeta de soldadura que requiere múltiples soldaduras, el soldador puede dar un comando de voz de “ siguiente soldadura” . Como resultado, la aplicación de software de soldadura puede mostrar al soldador en la HUD 156 una imagen o gráfico que proporciona la ubicación de la siguiente soldadura a realizar. También se puede mostrar el tipo de soldadura y otra información asociada con la soldadura. De acuerdo con una realización donde el dispositivo ocular computarizado 150 está siendo rastreado espacialmente, como se analiza en el presente documento, la aplicación de software de soldadura puede mostrar un gráfico sobre la HUD de manera que el gráfico se superpone sobre la probeta de soldadura en la próxima ubicación a soldar. También son posibles otros tipos de aplicaciones de software de soldadura que funcionan con el dispositivo ocular computarizado, de acuerdo con otras realizaciones.
El dispositivo ocular computarizado 150 puede estar configurado para ser utilizado con otros sistemas de simulación de soldadura según otras realizaciones. Por ejemplo, las simulaciones de soldadura realizadas en un ordenador personal (PC) o una tableta pueden integrarse comunicativamente y funcionalmente con el dispositivo ocular computarizado 150 para ayudar a un estudiante de soldadura al aprender cómo soldar.
Una realización opcional del dispositivo ocular computarizado puede proporcionar una interfaz de usuario sensible al tacto 161 (TSUI -touch-sensitive userinterface)que el estudiante de soldadura puede usar en lugar de o además de comandos activados por voz. Tal TSUI sería accesible al estudiante de soldadura cuando no lleva un casco de soldadura, por ejemplo. Según una realización, la TSUI 161 está operativamente conectada a los circuitos de control y comunicación 157.
En resumen, se proporcionan sistemas y métodos para ayudar a un soldador o estudiante de soldadura. Un sistema puede incluir un sistema de soldadura por arco en el mundo real o un sistema de soldadura por arco de realidad virtual junto con un dispositivo ocular computarizado que tiene una visualización frontal (HUD). El dispositivo ocular computarizado está configurado para ser llevado por un usuario bajo un casco de soldadura convencional a medida que se llevan gafas oculares y se comunica de forma inalámbrica con una fuente de energía para soldadura de un sistema de soldadura por arco en el mundo real o un subsistema basado en procesador programable de un sistema de soldadura por arco de realidad virtual.
Esta descripción escrita utiliza ejemplos para describir la invención, que incluye el mejor modo, y también para permitir a un experto en la técnica poner en práctica la invención, incluyendo hacer y usar cualquier dispositivo o sistema y realizar cualquier método incorporado. El alcance de la invención se define por las reivindicaciones.
Si bien la invención de la presente solicitud se ha descrito con referencia a ciertas realizaciones, los expertos en la técnica entenderán que pueden realizarse diversos cambios sin apartarse del alcance de la invención. Además, se pueden hacer muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la invención sin apartarse de su alcance. Por lo tanto, se pretende que la invención no se limite a las realizaciones particulares divulgadas, sino que la invención incluirá todas las realizaciones que caen dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas.
Números de referencia
100 Sistema de soldadura por arco
110 Alimentador de alambre
120 Pistola/herramienta de soldadura
130 Suministro de gas de protección
140 Fuente de energía para soldadura
145 Circuito de comunicación inalámbrica
150 Dispositivo ocular
151 Armadura
152 Puente
153 Porción de frente
154 Primer brazo
155 Segundo brazo
156 HUD
157 Circuitos de comunicación
158 Cámara
159 Micrófono
160 Dispositivo acelerómetro
161 Interfaz de usuario sensible al tacto
162 Alojamiento
163 Lente óptica
300 Sistema de soldadura por arco
310 Sistema basado en procesador programable (PPS)
320 Rastreador espacial
330 Interfaz de usuario
340 Dispositivo de visualización de observador
350 Herramienta de soldadura simulada
360 Mesa/stand
370 Probeta de soldadura
W Pieza de trabajo
E Electrodo
Claims (12)
1. Un sistema de soldadura de realidad virtual, que comprende:
un casco protector para soldar;
un subsistema basado en procesador programable (310); y
un dispositivo ocular computarizado (150) que tiene una visualización frontal (HUD -head-up display)(156) y circuitos de control y comunicación (157) conectados operativamente a la HUD (156),
en donde el subsistema basado en procesador programable (310) y el dispositivo ocular computarizado (150) están configurados cooperativamente para proporcionar una o más imágenes de realidad virtual asociadas con un proceso de soldadura de realidad virtual y señales e indicadores virtuales asociados con un proceso de soldadura de realidad virtual o la HUD (156); en donde el dispositivo ocular computarizado (150) está configurado para:
ser usado por un usuario de la forma como se usan anteojos mientras también se usa el casco protector para soldar; y
comunicarse de forma inalámbrica con el subsistema basado en procesador programable (310);
en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además una armadura (151) configurada para ser usada en la cabeza del usuario;
en donde la HUD (156) está fijada a la armadura(151) y se puede mover con respecto a la armadura mediante rotación alrededor de un primer eje que se extiende paralelo a una porción de frente (153) de la armadura (151).
2. Un sistema de soldadura por arco, que comprende:
un casco protector para soldar;
una fuente de energía para soldadura (140); y
un dispositivo ocular computarizado (150) que tiene una visualización frontal (HUD 156) y circuitos de control y comunicación (157) conectados operativamente a la HUD (156), en donde el dispositivo ocular computarizado (150) está configurado para:
ser usado por un usuario de la forma como se usan anteojos mientras también se usa el casco protector para soldar; y
comunicarse de forma inalámbrica con la fuente de energía para soldadura (140); en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además una armadura (151) configurada para ser usada en la cabeza del usuario;
en donde la HUD (156) está fijada a la armadura (151) y es móvil con respecto a la armadura a través de rotación alrededor de un primer eje que se extiende paralelo a una parte de frente (153) de la armadura (151);
en donde la fuente de energía para soldadura (140) y el dispositivo ocular computarizado (150) están configurados de forma cooperativa para proporcionar uno o más indicadores aumentados indicativos de la técnica de soldadura de un usuario y la funcionalidad del secuenciador indicativas de una próxima soldadura que se realizará en la HUD.
3. El sistema de la reivindicación 1 o de la reivindicación 2, en donde los circuitos de control y comunicación (157) están configurados para recibir información de forma inalámbrica desde la fuente de energía para soldadura o desde el subsistema basado en procesador programable y visualizar la información sobre la HUD.
4. El sistema de una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además un micrófono (159) conectado operativamente a los circuitos de control y comunicación (157) y configurado para recibir información de comando de usuario activada por voz y transmitir de forma inalámbrica la información de comando de usuario activada por voz a la fuente de energía para soldadura o al subsistema basado en procesador programable, y/o en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además una cámara (158) conectada operativamente a los circuitos de control y comunicación (157) y configurada para capturar una o más de imágenes fijas y vídeo en movimiento.
5. El sistema de una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde los circuitos de control y comunicación (157) están configurados para acceder a internet a través de un punto de acceso inalámbrico.
6. El sistema de una de las reivindicaciones 1 a 5, en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además al menos un alojamiento (162) fijado a la armadura (151) que contiene uno o más de los circuitos de control y comunicación (157), el micrófono (159) y la cámara (158).
7. El sistema de una de las reivindicaciones 1 a 6, en donde la armadura (151) incluye un puente (152) configurado para soportarse en la nariz del usuario, la porción de frente (153) acoplada y que se extiende lejos del puente a un primer extremo alejado del mismo y configurada para colocarse sobre un primer lado de la frente del usuario, y un primer brazo que tiene un primer extremo acoplado al primer extremo de la porción de frente y que se extiende hasta un extremo libre, el primer brazo está configurado para colocarse sobre una primera sien del usuario con el extremo libre dispuesto cerca de un primer oído del usuario.
8. El sistema de la reivindicación 7, en donde el puente (152) es ajustable para el posicionamiento selectivo de la porción de frente (153) con respecto a un ojo del usuario.
9. El sistema de una de las reivindicaciones 1 a 8, en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además al menos una lente óptica de prescripción (163) mantenida en su lugar por la armadura (151).
10. El sistema de una de las reivindicaciones 1 a 9, en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además un micrófono, un dispositivo de detección de movimiento y/o una interfaz de usuario sensible al tacto (330).
11. El sistema de la reivindicación 1, en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además al menos un dispositivo de detección de movimiento conectado operativamente a los circuitos de control y de comunicación (157) y configurado para proporcionar información espacial al subsistema basado en procesador programable a medida que un usuario mueve su cabeza.
12. El sistema de la reivindicación 1, en donde el dispositivo ocular computarizado (150) incluye además una interfaz de usuario sensible al tacto (161) conectada operativamente a los circuitos de control y comunicación (157) y configurada para permitir a un usuario seleccionar información de comando y transmitir de forma inalámbrica la información de comando al subsistema basado en procesador programable.
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