(57)【要約】      （修正有）【課題】ディスプレイ付溶接ヘルメットに視覚的および聴覚的キューを提供する溶接システムを提供する。【解決手段】溶接、切断、接合、およびクラディング作業のうちの少なくとも１つにおいて使用者を支援するためのシステムが提供される。システムは、溶接ツールと、顔面装着ディスプレイ２４を備える溶接ヘルメット１２と、を含む。システムはまた、溶接ヘルメットと溶接ツールを３Ｄ空間中で加工対象物体に関して追跡するように構成された空間トラッカも含む。プロセッサベースのサブシステムは、空間トラッカからの情報に基づいて視覚的キューを生成し、視覚的キューを顔面装着ディスプレイ上の所定の位置に送るように構成される。【選択図】図１
2018075636.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接、切断、接合、およびクラディング作業のうちの少なくとも１つにおいて使用者を支援するためのシステムにおいて、
実世界溶接とシミュレーション溶接のうちの少なくとも一方を、クーポンまたは被加工物の１つで実行するための溶接ツールと、
前記使用者が、クーポンまたは被加工物の前記少なくとも１つを含む溶接環境を見ることができるシースルー顔面装着ディスプレイであって、コンバイナを有する顔面装着ディスプレイと、
前記顔面装着ディスプレイと前記溶接ツールの３Ｄ空間におけるクーポンまたは被加工物の前記少なくとも１つに関する位置、向き、移動を追跡し、前記追跡に対応する６Ｄデータを決定するように構成された空間トラッカと、
プロセッサベースのサブシステムであって、
前記６Ｄデータを前記空間トラッカから受け取り、
前記６Ｄデータに関連する１つまたは複数のパフォーマンスパラメータと前記少なくとも１つの溶接、切断、接合、およびクラディング作業に関する１つまたは複数のプロセスパラメータのうちの少なくとも一方に基づいて少なくとも１つの視覚的キューを生成し、
前記少なくとも１つの視覚的キューを前記顔面装着ディスプレイ上のそれぞれの位置にマッピングし、
前記少なくとも１つの視覚的キューを、前記顔面装着ディスプレイが前記溶接環境の前記ビューの上にオーバレイされた前記少なくとも１つの視覚的キューを示すように、前記顔面装着ディスプレイの前記コンバイナに送信する
ように構成されたプロセッサベースのサブシステムと、
を含み、
前記少なくとも１つの視覚的キューは前記使用者に対し、実世界溶接とシミュレーション溶接のうちの前記少なくとも一方の実行を支援する情報を提供するシステム。
【請求項２】
前記１つまたは複数のパフォーマンスパラメータは、狙い位置、加工角度、前進・後退角、ツールスタンドオフ、移動速度、ビード配置、ウィーブ、アーク長、コンタクトチップ母材間距離（ＣＴＷＤ）、溶着速度、ティグフィラ追加の頻度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記少なくとも１つの視覚的キューの少なくとも１つの属性が、前記少なくとも１つの視覚的キューにそれぞれ関連する前記１つまたは複数のパフォーマンスパラメータが、前記パフォーマンスパラメータの目標値と目標範囲のうちの少なくとも１つから外れているか否かに基づいて変化する、請求項２に記載のシステム。
【請求項４】
前記少なくとも１つの属性が前記少なくとも１つの視覚的キューの色、形状、大きさ、強度、および前記顔面装着ディスプレイ上の位置のうちの少なくとも１つである、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記少なくとも１つの視覚的キューが半透明で、その下の前記溶接環境のビューが見える、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記マッピングは、前記少なくとも１つの視覚的キューが、前記顔面装着ディスプレイ上の、前記ディスプレイの隅、前記ディスプレイの上部、前記ディスプレイの側辺、前記ディスプレイの上部、および前記ディスプレイの中央のうちの少なくとも１つの対応する固定位置に表示されるように行われる、請求項１に記載のシステム。
【請求項７】
前記マッピングは、前記少なくとも１つの視覚的キューが、前記溶接ツールに対して同じ相対位置に表示されるように行われる、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの視覚的キューが、実世界溶接とシミュレーション溶接の前記少なくとも一方の開始位置と終了位置のうちの少なくとも一方を特定する、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
前記少なくとも１つの視覚的キューは、前記溶接、切断、接合、およびクラディング作業の進行状況の表示を提供する、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
前記空間トラッカは、溶接工のヘルメットに取り付けられた少なくとも１つのカメラを含み、前記追跡は前記少なくとも１つのカメラに基づく、請求項１に記載のシステム。
【請求項１１】
少なくとも１つのスピーカをさらに含み、
前記プロセッサベースのサブシステムは、前記１つまたは複数のパフォーマンスパラメータと前記１つまたは複数のプロセスパラメータのうちの少なくとも一方に基づいて聴覚的キューを生成し、前記聴覚的キューを前記少なくとも１つのスピーカに送信し、
前記聴覚的キューは、トーン、ブザー、および音声アラートのうちの少なくとも１つである、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
前記空間トラッカは、カメラベースのトラッカ、磁場ベースのトラッカ、加速度計ベースのトラッカ、ジャイロスコープベースのトラッカ、光学トラッカ、赤外線トラッカ、音響トラッカ、レーザトラッカ、無線周波数トラッカ、および慣性トラッカのうちの少なくとも１つである、請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
溶接電源、ワイヤフィーダ、およびホットワイヤ電源のうちの少なくとも１つをさらに含み、
前記少なくとも１つの視覚的キューは、前記溶接電源の電圧と電流のうちの少なくとも一方、前記ワイヤフィーダのワイヤ送給速度、および前記ホットワイヤ電源の電圧と電流のうちの少なくとも一方の表示を提供する、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記顔面装着ディスプレイは自動明暗調節レンズを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
前記プロセッサベースのサブシステムは、溶接に関する指導的情報、前記使用者のパフォーマンスに関する情報、および実世界溶接とシミュレーション溶接のうちの前記少なくとも一方の品質に関する情報のうちの少なくとも１つに関するメディアコンテンツを前記顔面装着ディスプレイに送信するように構成される、請求項１に記載のシステム。
【請求項１６】
前記プロセッサベースのサブシステムは、前記システムを構成するために、前記顔面装着ディスプレイ上にメニュー項目を表示するように構成され、
前記メニュー項目のナビゲーションは前記溶接ツール、音声コマンド、およびアイトレーシング入力の少なくとも１つの制御に基づいて行われる、
請求項１に記載のシステム。
【請求項１７】
溶接、切断、接合、およびクラディング作業のうちの少なくとも１つにおいて使用者を支援する方法において、
実世界溶接とシミュレーション溶接のうちの少なくとも一方を、クーポンまたは被加工物の１つで溶接ツールを用いて実行するステップと、
前記使用者が、クーポンまたは被加工物の前記少なくとも１つを含む溶接環境を見ることができるようにするコンバイナを有するシースルー顔面装着ディスプレイを提供するステップと、
前記顔面装着ディスプレイと前記溶接ツールの３Ｄ空間におけるクーポンまたは被加工物の前記少なくとも１つに関する位置、向き、移動を追跡するステップと、
前記追跡に対応する６Ｄデータを決定するステップと、
前記６Ｄデータに関連する１つまたは複数のパフォーマンスパラメータと前記少なくとも１つの溶接、切断、接合、およびクラディング作業に関する１つまたは複数のプロセスパラメータのうちの少なくとも一方に基づいて少なくとも１つの視覚的キューを生成するステップと、
前記少なくとも１つの視覚的キューを前記顔面装着ディスプレイ上のそれぞれの位置にマッピングするステップと、
前記少なくとも１つの視覚的キューを、前記顔面装着ディスプレイが前記溶接環境の前記ビューの上にオーバレイされた前記少なくとも１つの視覚的キューを示すように、前記顔面装着ディスプレイの前記コンバイナに送信するステップと、
を含み、
前記少なくとも１つの視覚的キューは前記使用者に対し、実世界溶接とシミュレーション溶接のうちの前記少なくとも一方の実行を支援する情報を提供する方法。
【請求項１８】
前記１つまたは複数のパフォーマンスパラメータは、狙い位置、加工角度、前進・後退角、ツールスタンドオフ、移動速度、ビード配置、ウィーブ、アーク長、コンタクトチップ母材間距離（ＣＴＷＤ）、溶着速度、ティグフィラ追加の頻度のうちの少なくとも１つを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの視覚的キューの少なくとも１つの属性が、前記少なくとも１つの視覚的キューにそれぞれ関連する前記１つまたは複数のパフォーマンスパラメータが、前記パフォーマンスパラメータの目標値と目標範囲のうちの少なくとも１つから外れているか否かに基づいて変化する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記少なくとも１つの属性が前記少なくとも１つの視覚的キューの色、形状、大きさ、強度、および前記顔面装着ディスプレイ上の位置のうちの少なくとも１つである、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記少なくとも１つの視覚的キューが半透明で、その下の前記溶接環境のビューが見える、請求項１７に記載の方法。
【請求項２２】
前記マッピングは、前記少なくとも１つの視覚的キューが、前記顔面装着ディスプレイ上の、前記ディスプレイの隅、前記ディスプレイの上部、前記ディスプレイの側辺、前記ディスプレイの上部、および前記ディスプレイの中央のうちの少なくとも１つの対応する固定位置に表示されるように行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２３】
前記マッピングは、前記少なくとも１つの視覚的キューが、前記溶接ツールに対して同じ相対位置に表示されるように行われる、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
前記少なくとも１つの視覚的キューが、実世界溶接とシミュレーション溶接の前記少なくとも一方の開始位置と終了位置のうちの少なくとも一方を特定する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記少なくとも１つの視覚的キューは、前記溶接、切断、接合、およびクラディング作業の進行状況の表示を提供する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記追跡するステップは、溶接工のヘルメットに取り付けられた少なくとも１つのカメラに基づく、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記１つまたは複数のパフォーマンスパラメータと前記１つまたは複数のプロセスパラメータのうちの少なくとも一方に基づいて聴覚的キューを生成するステップと、
前記聴覚的キューを、少なくとも１つのスピーカに送信するステップと、
をさらに含み、
前記聴覚的キューは、トーン、ブザー、および音声アラートのうちの少なくとも１つである、
請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記追跡するステップは、カメラベースのトラッカ、磁場ベースのトラッカ、加速度計ベースのトラッカ、ジャイロスコープベースのトラッカ、光学トラッカ、赤外線トラッカ、音響トラッカ、レーザトラッカ、無線周波数トラッカ、および慣性トラッカのうちの少なくとも１つに基づく、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記少なくとも１つの視覚的キューは、前記溶接電源の電圧と電流のうちの少なくとも一方、前記ワイヤフィーダのワイヤ送給速度、および前記ホットワイヤ電源の電圧と電流のうちの少なくとも一方の表示を提供する、請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記顔面装着ディスプレイは自動明暗調節レンズを含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
溶接に関する指導的情報、前記使用者のパフォーマンスに関する情報、および実世界溶接とシミュレーション溶接のうちの前記少なくとも一方の品質に関する情報のうちの少なくとも１つに関するメディアコンテンツを前記顔面装着ディスプレイに送信するステップをさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
前記顔面装着ディスプレイ上に、溶接、切断、接合、およびクラディングシステムのそれぞれ少なくとも１つの構成に関するメニュー項目を表示するステップと、
前記メニュー項目を、前記溶接ツール、音声コマンド、およびアイトレーシング入力の少なくとも１つの制御に基づいてナビゲートするステップと、
をさらに含む、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本米国特許出願は、２０１６年１１月７日に出願された係属中の米国仮特許出願第６２／４１８，７３７号明細書の優先権を主張するものであり、同仮出願の全体を参照によって本願に援用する。２０１５年４月９日に出願された米国特許出願第１４／６８２，３４０号明細書、２０１３年９月２６日に出願された米国特許出願第１４／０３７，６９９号明細書、２００９年１０月１３日に出願され、米国特許第８，５６９，６５５号明細書として発行された米国特許出願第１２／５７７，８２４号明細書、および２０１４年４月９日に出願された米国仮特許出願第６１／９７７，２７５号明細書の明細書の全体を参照によって本願に援用する。
【０００２】
本発明は一般に、溶接において使用される機器に関する。本発明に適合する装置、システム、および方法は、溶接パラメータのモニタおよび、特に溶接工のヘルメット内にあるディスプレイに視覚的および聴覚的キューを提供する溶接システムに関する。
【背景技術】
【０００３】
溶接は、様々な製品や構造物の製造および建設における重要なプロセスである。溶接の用途は幅広く、世界中で使用されており、数例を挙げれば船舶、建物、橋梁、車両、およびパイプラインの建造・建設や修繕がある。溶接は、溶接作業が固定されている工場内やポータブル型溶接機による現場等、多様な場所で行われてよい。
【０００４】
手動または半自動溶接において、使用者／オペレータ（すなわち、溶接工）は溶接部を生成するように溶接機器を方向付ける。例えば、アーク溶接の場合、溶接工は溶接棒または溶接ワイヤを手作業で位置決めし、溶接位置において発熱アークを生成してもよい。この種の溶接では、溶接位置からの電極の間隔が、生成されるアークおよび、ベースと溶接棒またはワイヤ金属との最適な溶融／融合の達成に関係する。このような溶接の品質は、溶接工の技能に直接依存することが多い。
【０００５】
溶接工は一般に、溶接時に各種の情報に頼る。この情報には、例えば電流と電圧が含まれる。従来であれば、溶接工は、この情報を得るために溶接機器のコントロールパネル上のゲージを見なければならないであろう。そのために溶接工は溶接作業領域から自分の視野を離す必要があり、したがって、望ましくなかった。それに加えて、多くの場合、溶接機は作業空間の近くにないかもしれない。このような場合、溶接機は、例えば溶接パワー、極性、アーク特性等のパラメータを変更するのに使用できる、ケーブル接続されたリモートコントローラによって操作される。しかしながら、プロセスのセットアップを行う前に、溶接工は機械上に物理的にあるディスプレイの表示内容を見なければならないかもしれない。セットアッププロセスでは、セットアップが完了するまでに何度も往来する必要がありうる。
【０００６】
過去において、溶接中に溶接工に情報を提供しようという努力が重ねられており、例えば（特許文献１）で開示されている方法では、アーク溶接において、電流と電圧がモニタされてアークの状態に関する音声表示がオペレータに向けて生成される。しかしながら、アークパラメータの音声によるインディケータのみからなるモニタは、作業中に理解できる程度には聞こえにくく、しばしば要求される所望の制御の精密さと溶接の質を実現できない。
【０００７】
より最近では、（特許文献２）において開示されているように、溶接工に溶接アークの電圧および電流状態をリアルタイムで提供するアーク溶接モニタ装置が開発されており、この場合、情報はランプ、照明された棒グラフ、光投射、照明されたシースルーディスプレイ、またはその他の形で、ヘルメットを装着したオペレータの視覚範囲内に設置され、ヘルメット内のヘルメットのぞき窓の付近に位置付けられる。しかしながら、この装置では依然として、溶接工は目の焦点を溶接作業領域から動かして、溶接窓の付近にある情報に焦点を合わせなければならないか、または溶接工は溶接作業領域に焦点を合わせ続けながら、周辺部で情報を受け取らなければならない。これに加えて、関連技術の溶接装置には、溶接施工中に、初心者か熟練者かを問わず、溶接工の支援に関して、限定的なガイダンスしかない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４，６７７，２７７号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２４２，７１１号明細書
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、関係する溶接作業からの情報を表す画像を提供できる溶接ヘルメットに関し、画像は溶接ヘルメット内のディスプレイ上に現れる。ディスプレイは、ＬＣＤディスプレイまたはヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）等の顔面装着ディスプレイとすることができる。
【００１０】
当業者にとって、各種の態様が以下の詳細な説明と添付の図面から明らかとなるであろう。
【００１１】
本発明の上記および／またはその他の態様は、下記のような添付の図面を参照しながら本発明の例示的実施形態を詳しく説明することによって、より明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による溶接システムの略図である。
【図２】カメラを含む、図１のヘルメットと類似の溶接ヘルメットの拡大図である。
【図３】プロジェクタを含む、図１のヘルメットと類似の溶接ヘルメットの断面図である。
【図４】内蔵型ビデオディスプレイを含む、図３のヘルメットと類似の溶接ヘルメットの断面図である。
【図５】双眼カメラを含む、図２のヘルメットと類似の溶接ヘルメットの斜視図である。
【図６】図５のヘルメットと類似の溶接ヘルメットの内面図であり、双眼視野スクリーンを示す。
【図７】ＨＵＤを備える溶接ヘルメットの例示的実施形態の断面図である。
【図８】本発明の例示的実施形態による溶接システムの略図である。
【図９】ＨＵＤを備える溶接ヘルメットの内面図である。
【図１０Ａ】ＨＵＤを備える溶接ヘルメットの内面図である。
【図１０Ｂ】ＨＵＤを備える溶接ヘルメットの内面図である。
【図１１】ＨＵＤを備える溶接ヘルメットの例示的実施形態の断面図である。
【図１２】表示可能な情報の例示的な図を示す。
【図１３】本発明の別の例示的実施形態による溶接システムの概略ブロック図を示す。
【図１４】図１３の溶接システムの略図を示す。
【図１５】顔面装着表示装置を備える溶接ヘルメットの斜視図を示す。
【図１６Ａ】例示的溶接ツールを示し、剛体を画定するために使用されるポイントマーカの配置を示している。
【図１６Ｂ】例示的溶接ヘルメットを示し、剛体を画定するために使用されるポイントマーカの配置を示している。
【図１７】本発明の例示的実施形態の情報の流れを示すフローチャートを示す。
【図１８】溶接ヘルメットのディスプレイ上で、またはそれを通じて見た溶接環境の斜視図を示す。
【図１９】溶接機器上でパラメータを設定するための例示的なユーザ入力スクリーンを示す。
【図２０】溶接施工方式を選択するための例示的なユーザ入力スクリーンを示す。
【図２１】溶接ツールパラメータの各種のプロットが表示されている例示的なグラフを示す。
【図２２】実世界オブジェクト、視覚的キュー、および仮想オブジェクトを示す溶接環境の斜視図を示す。
【図２３】実世界オブジェクトと仮想オブジェクトを示す溶接環境の上面図を示す。
【図２４】実世界オブジェクトと仮想オブジェクトを示す溶接環境の側面図を示す。
【図２５】溶接システムの他の例示的実施形態の略図を示す。
【図２６】物体認識装置の例示的実施形態における情報の流れを示すフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
ここで、本発明の例示的実施形態を、添付の図面を参照しながら以下に説明する。説明されている例示的実施形態は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明の範囲を如何様にも限定しようとしていない。全体を通じて、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【００１４】
ここで、図面を参照すると、図１に溶接システム１０が示されている。溶接システム１０は、溶接ヘルメット１２と、溶接システム１４と、溶接ガン１６と、被加工物１８と、を含む。被加工物１８は一般に、溶接作業領域２０を画定し、そこでは溶接ガン１６を使って溶接部が形成されてもよい。
【００１５】
溶接システム１４は、溶接電流および電圧を生成するための溶接装置と、溶接電流および電圧を制御するための溶接制御システムと、溶接電流および電圧をモニタするためのモニタシステムと、を含む。すなわち、溶接システムは既知の、または使用された溶接電源で作動し、その構成と動作は既知である。モニタシステムはまた、他の様々な動作パラメータもモニタしてよく、これは例えばワイヤ送給速度、ワイヤの使用量／ワイヤ残量、オペレータの望むあらゆる種類の溶接フィードバック、および他のあらゆる所望の動作パラメータであるが、これらに限定されない。
【００１６】
溶接ヘルメット１２は、本体２２に接続された視覚的ディスプレイ２４を備える本体２２を含む。ディスプレイ２４は、溶接レンズを含む窓、例えばＬＣＤディスプレイやＬＥＤアレイ等のビデオモニタ、または溶接工が溶接作業領域２０を見えるようにするのに適した他のあらゆる機器であってもよい。ディスプレイ２４がビデオモニタであるような例においては、ビデオの処理を利用して、溶接動作の画像を改善してもよい。さらに、ディスプレイには任意選択により、例えば溶接作業を記録して、後で解析および／または評価のために再生するための記録装置が含まれていてもよい。
【００１７】
図２に示されるように、溶接ヘルメット１２は、溶接工の視点に、またはその付近に取り付けられたカメラ２６を含んでいてもよい。視覚的ディスプレイ２４がビデオモニタである例において、カメラ２６は溶接作業領域２０のビデオ画像をディスプレイ２４に提供してもよい。さらに、カメラ２６は、溶接作業をその実行中に記録するために使用でき、それによって溶接作業を後で見ることができる。
【００１８】
図３および４に示されるように、情報生成メカニズム２８は、溶接システム１４のモニタシステムと通信し、モニタされた溶接パラメータ、例えば電流および電圧等のモニタ対象溶接パラメータに基づいて、モニタシステムからの情報を表す画像を視覚的ディスプレイ２４上に生成することができ、そこでは、画像の焦点が、溶接ヘルメット１２の本体２２の外側等、関連する溶接作業領域との焦点範囲にある（すなわち、そこに焦点を有する）。すなわち、ディスプレイ２４の中／上に表示される画像の焦点範囲は、溶接作業領域２０の位置に関連付けられる範囲にあるように設定される。例えば、画像は記号、英数字、または、その情報を表示するのに適した他の何れの手段であってもよい。それゆえ、溶接工は溶接作業に関する情報を表す画像を、作業領域から焦点をずらさずに見ることができる。それゆえ、少なくとも１つの実施形態において、溶接工は作業領域と情報に同時に焦点を合わせてもよい。
【００１９】
理解しなければならない点として、他の種類の情報の中で、他の様々なパラメータと共に、溶接電流および電圧に基づく情報には、溶接電流フィードバック、溶接電圧フィードバック、溶接機器の制御設定、溶接プロセスの統計情報、容量表現を含むベンチマークもしくは限度、材料不足もしくは流量低下を含むアラート、所期もしくは所望の溶接の提示等が含まれるが、これらに限定されない。
【００２０】
さらに、１つの実施形態において、カメラ２６は溶接作業領域２０に関する画像の奥行きを校正するために使用される。この校正された奥行きは、ディスプレイ２４上に表示される情報の焦点を決定するために使用できる。例えば、カメラ２６が、ヘルメットから作業領域までの距離は２フィートであると判断すると、ディスプレイ２４上に示される画像および／または情報は、画像の焦点がヘルメットの２フィート先になるように表示される。前述のように、これによって表示情報は溶接領域２０と同じ焦点距離に表示されることになるため、溶接工は溶接作業中に目の焦点を変える必要がない。他の実施形態において、溶接ガン上の位置センサを使って画像の奥行きを校正してもよい。このようなセンサには、磁気センサ、光センサ、音響センサ、およびその他を含めることができるが、これらに限定されず、これらは溶接ガンの位置特定を可能にする適当な検出システムを使って検出する。このデータは、ヘルメットに関する作業領域の焦点範囲／距離を決定するのを助けるために使用できる。特定の用途において、画像と溶接作業とを慎重に整列させて、画像の中に提示される情報が溶接工によってアクセスしやすく、画像内の情報が溶接工によって容易に受け取られるようにすることが非常に望ましい。
【００２１】
視覚的ディスプレイ２４がビデオモニタである例において、情報生成メカニズム２８は、ディスプレイ２４上に示される溶接作業領域２０のビデオ画像の中に、溶接電流および電圧等のモニタ対象パラメータに基づくモニタシステムからの情報を表す画像を含めることができる。
【００２２】
２９に示されているように、情報生成メカニズム２８は、希望に応じてその他の装置と有線または無線通信していてもよい。
【００２３】
図３において、情報生成メカニズム２８はプロジェクタである。プロジェクタは例えば、内部ＬＣＤディスプレイまたはＬＥＤアレイ３０を、生成された画像を視覚的ディスプレイ２４へと反射する多数の関連するミラー３２と共に含んでいてもよい。反射された画像によって、画像は視覚的ディスプレイ２４に関して奥行きがあるように見え、それゆえ、画像は関連する溶接作業領域との焦点範囲であり、溶接ヘルメット１２の本体２２の外側に、および任意選択により、関連する溶接作業領域２０と同じ焦点距離に置かれる。任意選択により、所望の反射量または反射角を実現するために、反射面３４が視覚的ディスプレイ２４の一部に載せられてもよい。１つの実施形態において、テレプロンプタ型の技術を利用して、画像をディスプレイ２４または面３４に載せてもよい。それに加えて、理解しなければならない点として、１つの実施形態は、ヘルメット内で画像を生成するためのＬＣＤディスプレイまたはその他の同様のディスプレイの使用を含み、すると画像は光路に沿って、例えば反射もしくは光ファイバまたは、画像をディスプレイ２４または面３４に載せるのに適当なその他の適当な装置によって送られる。
【００２４】
図４において、情報生成メカニズム２８は、視覚的ディスプレイ２４に組み込まれたスクリーン、フィルム、またはシート３６を含む。シート３６は、半透明ＬＣＤフィルム、電気光学フィルム、または情報生成メカニズム２８が視覚的ディスプレイ２４内に生成される画像を作り出すのに適したその他のあらゆる媒体であってよい。１つの用途において、情報生成メカニズム２８はステレオグラムを溶接レンズ上に投射して、溶接工の目が画像を別々に見て、奥行き感覚を生じさせ、それゆえ、関連する溶接作業領域２０との焦点範囲に、かつ溶接ヘルメット１２の本体２２の外側に画像を合焦させるようにしてもよい。
【００２５】
図５には、双眼カメラ２６ａおよび２６ｂを含む溶接ヘルメット１２が示されている。図６に示されるように、これらのカメラ２６ａおよび２６ｂは双眼視野スクリーン２４ａおよび２４ｂに対応する。情報生成メカニズムは、視野スクリーン２４ａまたは２４ｂの何れかまたはその両方において生成されるべき画像を作り出してもよい。１つの実施形態において、カメラ２６ａおよび２６ｂは、本体２２の反対面にある点を除き、スクリーン２４ａおよび２４ｂと整列するように設置され、それゆえ、溶接工にその真正面で画像を提供する。それに加えて、双眼カメラ２６ａおよび２６ｂと双眼視野スクリーン２４ａおよび２４ｂを備える実施形態において、被写界深度の感覚が生じる。
【００２６】
何れの場合も、画像はテキストまたはグフラィクスまたはビデオフィードバックのオーバレイであってもよい。それに加えて、少なくとも１つの実施形態において、上述のシステムはリモート溶接の状況で使用されてもよく、これにはロボット溶接または海底溶接が含まれるが、それらに限定されない。
【００２７】
動作原理およびモードは特定の実施形態に関して説明、例示されているが、理解しなければならない点として、これはその主旨または範囲から逸脱することなく、具体的に説明され、例示されたもの以外の方法で実施されてもよい。
【００２８】
本発明のいくつかの例示的実施形態は、図７に示されているように、溶接工のためのヘッドアップディスプレイ（ＨＵＤ）１３５を備える溶接ヘルメット１２を含む。いくつかの実施形態において、ＨＵＤ１３５は、プロジェクタ１２８と、コンバイナ１３４と、情報生成装置１２９と、を含む。プロジェクタ１２８は、例えばＬＥＤアレイ、ＬＣＤディスプレイ、レーザ、ＬＥＤ／ＬＣＤ複合システム、または他の何れかの適当なプロジェクタシステムとすることができる。プロジェクタ１２８は、画像をコンバイナ１３４に投射する。画像は、テキスト、グラフィクス、ビデオ等の形態とすることができる。プロジェクタ１２８は、情報生成装置１２９からの、例えばデジタル信号の形の画像情報を受け取る。情報生成装置１２９は、例えば溶接システム１４またはコンピュータシステム１６０（図８参照）等の外部情報源から受け取った情報に基づいて、画像を生成および／または処理する。情報は、他の種類の情報の中でも、入力パワー、入力電流、入力電圧、溶接電圧、溶接電流、溶接パワー、チップ母材間距離、アーク長、ワイヤ送給速度等の溶接パラメータを含むことができる。いくつかの実施形態において、プロジェクタ１２８と情報生成装置１２９は、１つの物理ユニットに統合できる。いくつかの実施形態において、コンピュータシステム１６０および／または溶接システム１４は、画像を生成および／または処理して、画像情報を、無線通信装置を含み、および／またはそれに接続できるプロジェクタ１２８に直接送る。
【００２９】
コンバイナ１３４は、プロジェクタ１２８から投射された画像を溶接工に向けて反射する。いくつかの実施形態において、レンズ２４を通った光もまた、コンバイナ１３４を透過する。それゆえ、溶接工には、投射された画像とコンバイナ１３４の背後の視野の両方が同時に見える。レンズ２４を透過した光は、レンズ２４を透過した溶接アークからのそれでありうる。いくつかの実施形態において、レンズ２４は、レンズ２４が溶接アークの開始を検出すると、透明から濃色に急速かつ自動的に変化する種類のものである。自動明暗調整機能によって、溶接工の目は、溶接アークに曝されたとすれば発生しうるダメージから保護される。自動明暗調整レンズは、アークが検出されないときには透明であるため、溶接工には、溶接ヘルメット１２が溶接工の顔面に下げられていたとしても、作業空間が見える。自動明暗調整レンズにより、レンズ２４とコンバイナ１３４を透過する光は、溶接作業がどこで行われているかに応じて、溶接アークからの光か通常の室内照明の何れかとすることができる。
【００３０】
いくつかの実施形態において、コンバイナ１３４は、反射画像をコリメートして、投射画像が光学的に無限遠にあるように見えるようにする。それゆえ、溶接工は、たとえ溶接プロセス中であっても、作業空間と投射画像の両方を見るために焦点を合わせ直さなくてよい。いくつかの実施形態において、コンバイナ１３４は適当な透明材料、例えば平らなガラス片を、図７に示されるように、プロジェクタ１２８からの投射画像が溶接工に向かって反射されるように斜めにしたものである。いくつかの実施形態において、コンバイナ１３４の溶接ヘルメット１２および／またはレンズ２４への取付けは、希望に応じて、反射角が溶接工によって調節可能であるようにする。
【００３１】
いくつかの実施形態において、コンバイナ１３４は、プロジェクタ１２８からの単色光を反射させるためのコーティングを含む。例えば、コンバイナ１３４上のコーティングは、例えば緑色の光だけが反射され、それ以外の光はすへて透過するようにすることができる。それゆえ、ＨＵＤ１３５は溶接工に、溶接工がコンバイナ１３４上の情報を緑色で見ることができ、それと同時に依然として溶接工に作業空間が見えるような透明ディスプレイを提供する。もちろん、その他の色、またはさらには複数の色を反射するその他のコーティングをコンバイナ１３４で使用することができる。例えば、コンバイナ１３４は、それが緑と赤の色を反射するようにコーティングできる。通常の動作範囲では、例えば溶接電流等の情報は緑で表示されてもよく、通常の動作範囲を超えると、例えば溶接電流等の情報は、赤で表示できる。溶接工に提供される情報には、溶接動作パラメータ、例えば入力電流、入力電圧、入力パワー、溶接電流、溶接電圧、ワイヤ送給速度、コンタクトチップ母材間距離、アーク長、動作モード等を含めることができる。
【００３２】
レンズ２４に関するコンバイナ１３４の大きさ、形状、配置は、希望に応じて変えることができる。例えば、図９はコンバイナ１３４のための様々な大きさ、形状、および配置を示している。図に示されている大きさと配置は例であり、何れの適当な大きさ、形状、および配置も使用できる。例えば、いくつかの実施形態において、コンバイナ１３４はそれがレンズ２４の開口部全体を覆うような大きさである（図１０Ａおよび１０Ｂ参照）。同様に、コンバイナ１３４上の画像窓、すなわち実際の情報が表示される窓は、希望に応じた大きさおよび／または配置とすることができる。例えば、図１０Ａからわかるように、希望に応じて、実際の溶接工程中に溶接工が注意をそがれず、しかも利用可能な情報を得られるように、画像窓１３６はコンバイナ１３４の隅に、および／または縁に沿って表示できる。溶接工程が行われていないときには、図１０Ｂに示されるように、画像窓１３６はより大きく表示できる。ＨＵＤ１３５は、溶接システム１４が溶接動作を実行中か否かに基づいて、画像窓１３６が自動的に大きさ変更されるように構成できる。その代わりに、またはそれに加えて、ＨＵＤ１３５は、画像窓１３６の大きさ変更が溶接工による手作業であるように構成できる。
【００３３】
いくつかの実施形態において、プロジェクタは使用されない。図１１に示されるように、ＨＵＤ２３５は、コンバイナ２３４と、情報生成装置２２９と、を含む。この例示的実施形態において、画像はコンバイナ２３４の中で直接作り出される。コンバイナ２３４は、例えばＬＣＤディスプレイ、光導波管、電気光学媒体、または画像を作り出すのに適したその他の何れかの適当な媒体とすることができる。前述のコンバイナ１３４と同様に、コンバイナ２３４のレンズ２４に関する大きさ、形状、および配置は希望に応じて変えることができ、例えば、その表示サイズがレンズ２４の窓の大きさと同じである。それに加えて、前述の画像窓１３６と同様に、コンバイナ２３４上の画像窓は希望に応じた大きさおよび／または配置とすることができる。
【００３４】
コンバイナ２３４は、溶接システム１４および／またはコンピュータシステム１６０から受け取った情報に基づいて画像を生成および／または処理する情報生成装置２２９から、例えばデジタル信号の形で画像情報を受取る。いくつかの実施形態において、コンバイナ２３４と情報生成装置２２９を１つの物理ユニットに統合できる。いくつかの実施形態において、コンバイナ２３４とレンズ２４を１つの物理ユニットに統合できる。いくつかの実施形態において、コンバイナ２３４、情報生成装置２２９、およびレンズ２４を１つの物理ユニットに統合できる。いくつかの実施形態において、コンピュータシステム１６０および／または溶接システム１４は、画像を生成および／または処理して、無線通信装置を含むか、それに接続できるコンバイナ２３４に画像情報を直接送る。
【００３５】
情報生成装置１２９および２２９は各々、通信装置１５０を含むことができ、それによって、例えば無線ネットワーク１７０または有線ネットワークを介して溶接システム１４および／またはコンピュータシステム１６０と通信する。無線ネットワーク１７０は、例えばＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＷｉＦｉ（ＩＥＥＥ  ８０２．１１）、または他の何れかの無線プロトコルを使って動作できる。いくつかの実施形態において、溶接システム１４は、例えば入力パワー、入力電流、入力電圧、溶接電流、溶接電圧、溶接パワー、コンタクトチップ母材間距離、アーク長、ワイヤ送給速度等の情報をリアルタイムで、例えば溶接動作の継続中に溶接工を支援するために提供することができる。その代わりに、またはそれに加えて、溶接システム１４は、溶接工が溶接を停止した後に溶接パフォーマンス情報を送信できる。例えば、溶接システム１４は、例えば入熱、溶接継続時間等の情報を、例えば溶接システム１４がオフにされた後に送信して、溶接工が溶接を終えたことを示すことができる。このような情報は、溶接工が次の溶接セグメントの開始前に修正を行うために有益であるかもしれない。
【００３６】
いくつかの実施形態において、コンピュータシステム１６０は、例えば入熱、溶接継続時間等のすべての計算を実行する。コンピュータシステム１６０は、例えば無線ネットワーク１７０または有線ネットワークを介して溶接システム１４および／または溶接ヘルメット１２と通信できる。いくつかの実施形態において、コンピュータシステム１６０は、溶接システム１４から受け取った情報を収集、保存および／または解析する。いくつかの実施形態において、コンピュータシステム１６０は、溶接システム１４の代わりに、またはそれに加えて溶接ヘルメット１２に画像情報を送信する。いくつかの実施形態において、コンピュータシステムは、溶接システム１４の中に組み込まれ、またはそれと統合される。
【００３７】
いくつかの実施形態において、溶接工に見える画像情報は設定可能である。例えば、コンピュータシステム１６０および／または溶接システム１４は、溶接工が選択可能な、異なる「ビュー」、すなわち画像スクリーンで構成できる。例えば、図１２に示されるように、溶接情報は、いくつかの画像スクリーン、すなわち「ビュー」を使って溶接工に提示できる。ビュー１は、エンジン式溶接機の動作パラメータ、例えば溶接機出力電流３１０、溶接機出力電圧３１２、エンジン速度３１４等をリアルタイムで提示できる。第二の「ビュー」、すなわちビュー２は、例えば溶接入熱３２０、使用補助電源３２２、使用溶接電源３２４等の総合的パフォーマンスを提示できる。他の例示的実施形態においては、その他のデータを示すことができる。例えば、ＨＵＤは、エンジン関連の情報、例えばＲＰＭ、エンジン温度、オイル圧、エアコンプレッサ出力圧力（装備されている場合）、および、問題があれば溶接工に警告されるようにするための、エンジン制御コンピュータからの何れかのトラブルコード等を表示できる。ビューは、溶接工のニーズを満たすようにカスタム化できる。例えば、ビューは、溶接の種類（ティグ、ミグ等）、溶接対象材料（スチール、アルミニウム等）、溶接部の種類（すみ肉、重ね等）、または他の何れかの根拠に基づいてカスタム化できる。それに加えて、ビューは各溶接工に合わせてカスタム化できる。例えば、溶接工が、例えばコンピュータシステム１６０または溶接システム１４に、例えばＲＦＩＤタグ等のトークンを使って、または他の何れかの手段でログインすることによって自分自身を特定すると、コンピュータシステム１６０および／または溶接システム１４は、例えばその溶接工の好み、経験レベル等に基づいて、その溶接工に固有の一連の「ビュー」を表示できる。
【００３８】
溶接工は、溶接ヘルメット１２上にある調節手段（図示せず）を使って、ＨＵＤ１３５、２３５のオンとオフを切り換え、「ビュー」をスクロールできる。その代わりに、またはそれに加えて、溶接工は音声コマンドを使ってＨＵＤ１３５、２３５を制御できる。溶接ヘルメット１２は、マイクロフォンシステム１４０（図７参照）を含むことができ、これは溶接工からの音声コマンドをピックアップする。すると、マイクロフォンシステム１４０は、通信装置１５０を使って溶接システム１４および／またはコンピュータシステム１６０に音声コマンドを中継できる。溶接システム１４および／またはコンピュータシステム１６０は、コマンドを解釈し、適当な命令と情報を情報生成装置１２９、２２９に送信する。すると、情報生成装置１２９、２２９は、受け取った情報と命令に基づいてプロジェクタ１２８および／またはコンバイナ２３４を制御する。例えば、溶接工は「電流を表示（ＳＨＯＷ  ＣＵＲＲＥＮＴ）」と言うことができ、システムが溶接電流を表示する。その他の音声コマンドを使って、使用者が所望の情報を表示できるようにすることができる。これらの音声コマンドは、溶接プロセスの前、実行中、または完了後に使用できる。前述のコマンドに加えて、溶接機は画像窓１３６の大きさと位置、画像ディスプレイの明るさ、画像ディスプレイの色等を調節できる。いくつかの実施形態において、溶接工は画像の不透過率を制御して、画像をより透明またはより不透明に、例えば１００％透明から１００％不透明へと制御できる。溶接工による調節と共に、いくつかの表示パラメータ、例えば明るさ、不透過率、色等を、情報生成装置１２９、２２９、コンピュータシステム１６０、および溶接システム１４のうちの少なくとも１つにより、溶接アークが検出されたか否か、および／または室内の周囲光レベルに基づいて自動的に調節できる。
【００３９】
他の例示的実施形態において、図１３でわかるように、システム４００は、使用者が溶接を実行中にリアルタイムで視覚的フィードバックを提供し、これには例えば、実世界の溶接部、シミュレートされた溶接部、または実世界の溶接部とシミュレートされた溶接部の組合せを含むことができる。すなわち、システム４００は、訓練生が実世界および／またはシミュレートされた溶接クーポンおよび被加工物で溶接を練習する環境での溶接工の訓練に使用できる。好ましくは、シミュレーションの溶接を実行する場合、シミュレートされるオブジェクトには、溶接アーク、溶接池、および／または溶接クーポン／被加工物を含むことができるが、これらに限定されない。後述のように、するとシミュレートされたオブジェクトはＨＵＤ、コンバイナ、頭部装着ディスプレイ、またはこれと同様のものに表示され、投射され、またはマッピングされる。実世界の、および／またはシミュレートされた被加工物には例えば、板、管等の単純な物体や、例えば機械で使用される部品、装置、およびコンポーネント等の複雑な物体を含めることができる。好ましくは、いくつかの例示的実施形態は、現場で、例えば製造現場、建設現場等で溶接を施工するために使用できる。図１３および１４は、本発明の例示的実施形態によるシステム４００の概要を提供する。システム４００は、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０を含み、これはオーバレイされ、溶接環境４８０のデジタル画像と整列されるべき、および／またはＨＵＤのコンバイナ上に表示されるべき視覚的キューおよび聴覚的キューを生成するためのコード化された命令を実行するようにプログラム可能か動作可能であってもよい。視覚的および聴覚的キューは、それ自体でも、または溶接環境４８０との複合画像ストリーム（例えば、ビデオストリーム）の一部としても、溶接ヘルメット４４０に取り付けられた顔面装着表示装置４４０Ａを介して使用者（溶接工）に送られる。後述のように、ディスプレイの種類に応じて、溶接環境４８０の視覚的キューおよび／またはデジタル画像（ビデオ）が使用者に対して提示される。好ましくは、さらに後述するように、視覚的キューは好ましい領域、例えば表示装置４４０Ａの隅および辺に沿って整列させることができ、および／または視覚的キューは、表示装置４４０Ａの上で見える溶接ツール４６０、溶接クーポン４８０Ａ、または被加工物４８０Ｂ、コンタクトチップ、ノズル等の物体と整列させることができる。
【００４０】
視覚的キューを表示し、溶接環境４８０を表示することに加えて、表示装置４４０Ａはまた、ビデオ、文書（例えばＰＤＦフォーマットまたはその他のフォーマット）、音声、グラフィクス、テキスト、またはコンピュータ上で表示または再生可能なその他のメディアコンテンツ等、様々なメディアコンテンツを再生または表示することもできる。このメディアコンテンツには、例えば訓練生が溶接を開始する前に見直すことのできる教育情報（例えば溶接に関する一般的情報、特定の溶接継手に関する情報、または使用者が行いたい溶接施工方式等）を含めることができる。メディアコンテンツはまた、溶接または訓練用練習の完了後の訓練生のパフォーマンスまたは溶接の品質に関する情報、および／または溶接中に訓練生に提供された聴覚的／視覚的情報を含むことができる（例えば、視覚的キューがオフにされ、訓練生のパフォーマンスに問題があると、システムは視覚的／聴覚的キューをオンにすべきであると提案する音声情報を表示および／または提供できる）。
【００４１】
システム４００は、センサおよび／またはセンサシステムをさらに含み、これはロジックプロセッサベースのサブシステム４１０に動作的に接続された空間トラッカ４２０からなっていてもよい。後述のように、空間トラッカ４２０は、溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０の溶接環境４８０に関する位置を追跡する。システム４００はまた、溶接ユーザインタフェース４３０を含むことができ、これはシステム４００のセットアップと制御のために、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０と通信する。好ましくは、例えばロジックプロセッサベースのサブシステム４１０に接続可能な顔面装着表示装置４４０Ａに加えて、システム４００はまた、例えば溶接ユーザインタフェース４３０に接続された監督者／セットアップ表示装置４３０Ａも含む。表示装置４４０Ａ、４３０Ａの各々は、視覚的キューがオーバレイされている溶接環境４８０の画像を提供できる。好ましくは、システム４００はまた、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０と溶接電源４５０との間を通信させて、例えば電圧、電流、パワー等の溶接パラメータを受け取るためのインタフェースも含む。いくつかの例示的実施形態において、システム４００はビデオ撮影装置４７０を含み、これは１つまたは複数のカメラ、例えばデジタルビデオカメラを含み、溶接環境４８０を撮影する。ビデオ撮影装置４７０は、図２および５に関して上述したヘルメット１２と同様の溶接ヘルメット４４０に取り付けることができる。ビデオ撮影装置４７０からの信号は、溶接中に使用者に見える視野を提供する。ビデオ撮影装置４７０からの信号は、視覚的キューを処理するためのプログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０に送信できる。溶接ヘルメット４４０の種類に応じて、視覚的キューまたは溶接環境４８０のビデオの何れかまたは両方が顔面装着ディスプレイ４４０Ａに送られる。例えば、溶接ヘルメットがシースルーレンズ、例えば自動明暗調節レンズを含む場合（例えば図１１のヘルメット１２参照）、ビデオによるキューが、顔面装着ディスプレイ４４０Ａを通して見た使用者の視野とマッチするように、コンバイナにマッピングされ、送られる。
【００４２】
各種の例示的実施形態において、空間トラッカ４２０は溶接の練習中、溶接ツール４６０および／または溶接ヘルメット４４０の動きを測定し、プロセスデータを収集する。好ましくは、空間トラッカ４２０は、以下の追跡システム、すなわち１つまたは複数のカメラに基づく追跡システム（例えば、ポイントクラウド画像解析に基づく）、磁場ベースのトラッカ、加速度計／ジャイロスコープベースのトラッカ、光学トラッカ、赤外線トラッカ、音響トラッカ、レーザトラッカ、無線周波数トラッカ、慣性トラッカ、アクティブもしくはパッシブ光学トラッカ、および現実・シミュレーションベースの複合トラッキングうちの１つまたは複数を使用する。さらにその他の種類のトラッカを使用してもよく、これは一般的な発明的概念の所期の対象範囲から逸脱しない。本発明の例示的実施形態は、様々な溶接およびそれに関連するプロセスに応用でき、これにはＧＭＡＷ、ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ、クラディングおよび切断が含まれるが、必ずしもこれらに限定されない。簡潔と明瞭を期すために、システム４００の説明は溶接に関して提供されるが、当業者であれば、この説明はまた、切断、接合、クラディング等、その他の作業にも有効であることがわかるであろう。
【００４３】
好ましくは、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、空間トラッカ４２０、画像撮影装置４７０により捕捉された情報と溶接電源４５０により送信された溶接プロセスデータを受信し、解析するための少なくとも１つのコンピュータを含む。動作中、コンピュータは典型的に、溶接計画モジュールと、画像処理および剛体解析モジュールと、データ処理モジュールと、を含むソフトウェアを実行する。溶接計画モジュールは、様々な溶接の種類および、各種類の溶接を実行することに関連する一連の容認可能な溶接プロセスパラメータを含む。何れの数の既知の、またはＡＷＳ式系統の溶接継手の種類およびこれらの溶接継手の種類に関連する容認可能なパラメータが溶接計画モジュールに含まれていてもよく、これらは使用者、溶接インストラクタ等によりアクセスされ、設定されて、溶接計画モジュールの中の何れかの情報を追加、変更、または削除できる。既知の溶接の種類に加えて、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、カスタム部品、装置、コンポーネント等に対応する溶接継手および／または特定の溶接部を溶接計画モジュールの中にインポートできる。例えば、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、製造プロセスの一部として溶接される何れかの複雑なカスタム部品、装置、コンポーネント等（例えば、何れかの工業、製造、農業、もしくは建設用途または他のあらゆる用途において使用される部品、装置、コンポーネント）の設計モデル情報、例えばＣＡＤフォーマット（２Ｄまたは３Ｄ）（または他の種類の設計フォーマット）をインポートできる。いったんインポートされると、カスタム部品、装置、コンポーネント等の製造に使用される継手の数と種類がカスタム溶接型として特定され、溶接計画モジュールの中に保存されることが可能である。これらの溶接継手型に関連する容認可能なパラメータ限度は、例えばインストラクタが入力でき、または好ましくは製造者からの設計ファイル（例えば、ＣＡＤファイル）の中に含まれて、その後、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０によって読み取られるようにすることができる。図の例のように、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、自動車アクスルの設計を、例えば２Ｄまたは３Ｄ  ＣＡＤフォーマットでインポートできる。アクスルの製造で使用される継手の数と種類が、カスタム溶接型として（例えば、インストラクタにより）特定され、（または例えば２Ｄまたは３Ｄ  ＣＡＤフォーマットのファイルの一部として自動的に読み取られ）、溶接計画モジュールの中に保存できる。既知の、またはＡＷＳ式系統の溶接型と同様に、カスタム溶接型に関連する容認可能なパラメータもまた、溶接計画モジュールの中に保存される。好ましくは、カスタム部品、装置、コンポーネント等のための情報は、後述のように、システムの被加工物認識および自動校正のためのロジックプロセッサベースのサブシステム４１０の実施形態によっても使用される。
【００４４】
溶接前に使用者が選択した溶接プロセスおよび／または種類により、その溶接訓練にどの容認可能な溶接プロセスパラメータが使用されるかが決まる。物体認識モジュールは、システムが、２つまたはそれ以上のポイントマーカを含むことのできる既知の剛体オブジェクトを認識し、その後、手作業の溶接が使用者によって完成されたときに、例えば溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０に関する位置および向きデータを計算するのを訓練するように動作可能である。好ましくは、既知の剛体オブジェクトと共に、物体認識モジュールもまた、前述のカスタム部品、装置、コンポーネント等を認識するための情報と共にアップロードまたは構成できる。データ処理モジュールは、溶接計画モジュール内の情報を物体認識モジュールにより処理された情報と比較して、使用者にフィードバックを出力する。例えば、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、使用者に対して何れの種類のフィードバックでも（典型的にはリアルタイムで）提供でき、これは各種の手段を介して行われ、それには１つまたは複数のヘルメット内視覚フィードバック、別のモニタ上での視覚フィードバック、スピーカを介した聴覚フィードバック（例えば、トーン、コーチング、アラーム）および、溶接ツール（例えば、トーチ、溶接ガン）を用いたその他の視覚、聴覚、または触覚フィードバックが含まれるが、これらに限定されない。例えば、リアルタイムの視覚フィードバックは、使用者が溶接クーポン４８０Ａまたは被加工物４８０Ｂに溶接を行っているときに使用者および／または監督者に提供でき、その各々は幅広い構成を有することができ、これには大型、多岐にわたる継手の種類、管、板、および複雑な形状やアセンブリが含まれる。好ましくは、フィードバックとして提供される測定パラメータには、狙い位置、加工角度、前進・後退角、ツールスタンドオフ、移動速度、ビード配置、ウィーブ、電圧、電流、ワイヤ送給速度、アーク長、入熱、ガス流（測定値）、コンタクトチップ母材間距離（ＣＴＷＤ：ｃｏｎｔａｃｔ  ｔｉｐ  ｔｏ  ｗｏｒｋ  ｄｉｓｔａｎｃｅ）、および溶着速度（例えば、ポンド／時、インチ／ラン）が含まれるが、これらに限定されない。好ましくは、顔面装着ディスプレイ４４０Ａおよび／または表示装置４３０Ａを備える溶接ユーザインタフェース４３０によって、使用者および／または監督者は、処理されたデータをリアルタイムで視覚化でき、視覚化されたデータは、使用者に溶接の特徴と品質に関する有益なフィードバックを提供する役割を果たす。いくつかの例示的実施形態において、フィードバックデータは、例えばハードディスクドライブ等のデータ記憶装置、またはその他の既知の記憶手段に、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０によって自動的に記録され、保存される。
【００４５】
好ましくは、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０はメモリ、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ハードディスクドライブ、ＣＤ  ＲＯＭ、リムーバブルドライブ、フラッシュメモリ等を含むことができ、これには特定の溶接施工法式を事前入力でき、これは例えば経験豊富な溶接工、製造者等によってカスタム化された施工法式を含むことができる。施工法式は、視覚的および聴覚的キューに関する情報、例えば視覚的および聴覚的キューの属性を変化させるための基準を含むことができる。施工法式は、溶接プロセスの種類、溶接ガンの種類、溶接継手の種類と向き、溶接対象材料の種類、電極の種類、フィラワイヤ（もしあれば）の種類とサイズ等に基づく狙い位置、加工角度、前進・後退角、ツールスタンドオフ、移動速度、ビード配置、ウィーブ、電圧、電流、ワイヤ送給速度、アーク長、入熱、ガス流（測定値）、コンタクトチップ母材間距離（ＣＴＷＤ）、溶着速度（例えば、ポンド／時、インチ／ラン）等のパラメータの目標値および目標範囲に関する情報を含むことができる。好ましくは、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、リアルタイムおよび溶接後解析を実行でき、これは溶接者、使用者のパフォーマンスにスコアを付ける。好ましくは、この解析に基づいて、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、溶接物内の欠陥（例えば、ポロシティ、溶着不良（浸透不足）、溶接物内の亀裂、アンダーカット、溶接プロファイルが薄すぎる、溶接プロファイルが厚すぎる、等）の存在の可能性や、リアルタイムおよび／または溶接後解析中の欠陥の回避方法等、その他の情報を提供することもできる。好ましくは、使用者の進歩がある期間にわたって追跡され、これは訓練士がその使用者にさらに教える必要のある分野を特定するうえでの有益な助けとなりうる。しかしながら、本発明の例示的実施形態は、初心者か中級者か熟練者かを問わず、溶接工が例えば溶接クーポン４８０Ａ等の溶接クーポンで溶接の練習をする従来の訓練環境に限定されない。
【００４６】
本発明の例示的実施形態は、実際の作業環境において使用でき、さらに後述する視覚的および聴覚的キューは、溶接工が溶接施工する中で支援する。例えば、初心者は、視覚的および聴覚的キューを使って、溶接ガンが正しい向きにされ、移動速度が正しいことを確認できる。熟練溶接工もまた、例えばその溶接工にとって目新しい材料の被加工物を溶接する、および／またはそのようなフィラワイヤを使用する場合、慣れない向きで作業する場合、従来と異なる溶接手順を使用する場合等に、視覚的および聴覚的キューの恩恵を受けることができる。
【００４７】
図１４は、本発明の例示的実施形態によるシステム４００を取り入れた溶接の応用例の説明図を提供する。図１４に示されているように、スタンド５２０は、床またはその他の水平面と接触するための実質的に平坦な台座５２２と、剛質の垂直支柱５２４と、追跡システム（例えば、カメラまたは画像装置）支持部５２６と、追跡システム支持部５２６の高さを調節するためのラックアンドピニオンアセンブリ５３１と、を含む。いくつかの例示的実施形態において、高さの調節にはモータ式アセンブリを使用できる。使用者が溶接作業（実世界および／またはシミュレーションによる）を溶接クーポン４８０Ａに対して行う訓練環境において、および／または溶接が小型乃至中型の物体とすることができる被加工物４８０Ｂに対して施工される製造環境では、ポータブルスタンド５２０を使用できる。もちろん、当業者であれば、適当な改造を加え、システム４００は大型の被加工物および建設現場でも使用できることがわかるであろう。いくつかの実施形態において、例えば、訓練に使用される場合、スタンド５２０とそれに取り付けられる機器は、ポータブルであるか、少なくとも１か所から別の場所に移動できるため、台座５２２の設置面積全体は比較的小さく、据付と使用に関して最大限の柔軟性が得られる。他の環境、例えば製造工場では、スタンド５２０とそれに取り付けられる機器は特定の場所、例えば溶接ブースに固定でき、そこには排気フード等、別の設備が設けられていてもよい。好ましくは、スタンド５２０とそこに取り付けられる機器によって、何れの適当な被加工物の配置も可能となり、これには水平に、垂直に、懸架させて、および位置外に向けられた被加工物が含まれるが、これらに限定されない。図１４に示される例示的実施形態において、スタンド５２０は、システム４００のコンポーネントのいくつかを支えることのできる一体または統合構造として描かれている。他の実施形態において、スタンド５２０はなく、システム４００の各種のコンポーネントは、利用可能な何れの適当な構造または支持手段の何れかによって支持される。それゆえ、本開示に関して、「スタンド」５２０とは、溶接システム４００のコンポーネントのうちの１つまたは複数を支持することのできる単独構造または、その代わりに、複数の構造として定義される。
【００４８】
次に、図１５を参照して、一例としての顔面装着表示装置４４０Ａを備える溶接ヘルメット４４０を以下で説明する。顔面装着表示装置４４０Ａは、溶接ヘルメット４４０に組み込まれてもよい。任意選択により、一体化された表示装置の代わりに、システム４００は、使用者が眼鏡として装用する表示装置を含むことができる。顔面装着表示装置４４０Ａは、２つのハイコントラストＳＶＧＡ  ３Ｄ  ＯＬＥＤマイクロディスプレイを含むことができ、これは２Ｄおよびフレームシーケンシャルビデオモードで流体フルモーションビデオを提供できる。好ましくは、溶接環境４８０の画像（例えばビデオ）が提供され、顔面装着表示装置４４０Ａ上に、溶接ヘルメット４４０に取り付けられた、例えば図２、５、および１６Ｂに示されるように取り付けられたカメラ４７０Ａ、４７０Ｂを有するビデオ撮影装置４７０を介して提供され、表示される。溶接環境４８０からの画像には、後述のように視覚的キューをオーバレイすることができる。好ましくは、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、顔面装着表示装置４４０Ａにステレオスコピックビデオを提供し、使用者の奥行き感覚を改善する。ズーム（例えば、２倍、３倍等）モードもまた、使用者に対する支援として提供されてよい。いくつかの実施形態において、顔面装着表示装置４４０Ａは、シースルータイプのディスプレイであり、図１１のＨＵＤ２３５と同様に、コンバイナとレンズ、例えば前述の自動明暗調節レンズを備えるように構成される。
【００４９】
ヘルメット４４０は、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０と空間トラッカ４２０に、有線または無線手段を介して動作的に接続され、例えば図１４では無線ネットワーク４７５が使用されている。後述のように、センサ（パッシブまたはアクティブ）を溶接ヘルメット４４０に取り付けて、顔面装着表示装置４４０Ａが空間トラッカ４２０によって作られた参照用３Ｄ空間フレームに関して追跡されるようにすることが可能である。このようにして、溶接ヘルメット４４０の移動は、それに対応して、最終使用者に見える視覚的キューを変更し、視覚的キューが使用者の視野の中で、物体、例えば溶接ツール４６０、溶接クーポン４８０Ａ、被加工物４８０Ｂ等と整列するようにする。好ましくは、顔面装着ディスプレイ４４０Ａは、システム４００の配置と動作に関するメニュー項目を表示できる。好ましくは、メニュー項目の選択は、溶接ツール４６０の上に取り付けられた制御手段（例えば、ボタン、スイッチ、ノブ等）に基づいて行われるようにすることができる。顔面装着表示装置４４０Ａにメニュー項目を表示する代わりに、またはそれに加えて、メニュー項目は溶接ユーザインタフェース４３０の表示装置４３０Ａ上に表示でき、選択は、例えばマウスおよびキーボード等の従来の入力装置を使って行うことができる。いくつかの実施形態において、メニュー項目の選択は、音声起動コマンドにより達成できる。例えば、メニュースクリーンは、例えば「メニュー」と言うことによって表示でき、メニュースクリーンのナビゲートは、例えば、「上、下、左、右」と言うことによって実行でき、選択は、例えば「選択」と言うことによって実現できる。好ましくは、メニュー項目の選択は、使用者の視線を追跡することによって実行できる。使用者の目の焦点がメニュー項目に合うと、メニュー項目がハイライトされる。好ましくは、ハイライトされたメニュー項目の選択は、瞬きすることによって、例えば瞬き１回、瞬き２回等によって実現される。もちろん、溶接ツールの制御手段、音声入力、およびアイトラッキングの入力の何れの組合せを使って、メニュー項目のナビゲートを行うこともできる。例えば、目を使ってメニュー項目をハイライトさせることができ、音声コマンドおよび／または溶接ツール制御手段を使ってハイライトされた項目を選択する。
【００５０】
溶接ヘルメット４４０は、スピーカ４４０Ｂをさらに含んでいてもよく、それによって使用者には聴覚的キューが聞こえる。特定の溶接またはパフォーマンスパラメータが誤差の範囲内であるか、誤差の範囲外であるかに応じて、異なる音声を提供できる。例えば、移動速度が速すぎると所定のトーンを提供でき、移動速度が遅すぎると異なる所定のトーンを提供できる。音声は、スピーカ４４０Ｂを介して使用者に提供されてもよく、これはイヤホン型スピーカまたは、溶接ヘルメット４４０の中に取り付けられ、および／または例えば溶接テーブル等に別に取り付けられたその他のあらゆる種類のスピーカまたは音声生成装置であってもよい。それでもなお、溶接作業に従事している最終使用者に音を提示する何れの方法が選択されてもよい。また、ここでは、他の種類の音声情報を、スピーカ４４０Ｂを介して通信してもよい点に留意されたい。例としては、インストラクタまたは専門家からの、リアルタイムまたは録音済みのメッセージの何れかからの言葉による指示が含まれる。事前録音されたメッセージは、特定の溶接作業によって自動的にトリガされてもよい。リアルタイムの指示は、現場で、または離れた場所から生成されてもよい。それでもなお、何れの種類のメッセージまたは指示がエンドユーザに伝えられてもよい。
【００５１】
好ましくは、溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０の向きの決定には、それぞれの物体の画像を１つまたは複数の市販のハイスピードビジョンカメラで撮影するステップを含み、これはスタンド５２０の追跡システム支持部５２６または、溶接環境４８０に関して固定された別の場所に取り付けることができる。好ましくは、撮影された画像の処理には、１秒あたり何フレームもの（例えば、１００を超える）画像ファイルを作るステップを含む。好ましくは、１つまたは複数のカメラは典型的に、それぞれの物体、溶接ツール４６０、および溶接ヘルメット４４０、１２の各々の上で相互に一定の幾何学的関係に配置された少なくとも２つのポイントマーカを撮影する。もちろん、溶接環境４８０内の、溶接クーポン４８０Ａおよび被加工物４８０Ｂ等の他のオブジェクトがポイントマーカを含むこともでき、それによって、これらの位置と向きもまたカメラより撮影された画像に基づいて判断できる。好ましくは、捕捉された画像の処理は、空間トラッカ４２０および／またはロジックプロセッサベースのサブシステム４１０で行われる。
【００５２】
前述のように、３Ｄ空間、例えば溶接環境４８０内でのオブジェクトの追跡は、オブジェクト、例えば溶接ツール４６０、溶接ヘルメット４４０、溶接クーポン４８０Ａ、被加工物４８０Ｂ等の上にあるポイントマーカを使って実行できる。例えば、図１６Ａでわかるように、目標６００は溶接ツール４６０の上に取り付けられる。剛体のポイントクラウド（すなわち、「剛体」）は、アクティブまたはパッシブポイントマーカ６０２、６０４、および６０６（および、それ以上のポイントマーカも可能）を目標６００の上面に取り付けることによって構成される。パッシブポイントマーカは、例えば反射マーカ、例えば目標６００に接着剤で貼付されるか、他の既知の手段で取り付けられる反射テープまたはステッカとすることができる。アクティブマーカはＬＥＤ（例えば、赤外線ＬＥＤ）、または、例えば目標６００に固定されるその他のセンサを含むことができる。もちろん、他のポイントマーカ配置も可能であり、一般的な発明的概念の範囲内に含まれる。目標６００は、使用されるポイントマーカがアクティブであり、電源を必要とする場合、電源入力を含むことができる。もちろん、ポイントマーカは、希望に応じて、別の目標を使用するのではなく、「剛体」、例えば溶接ツール４６０または溶接ヘルメット４４０に直接貼り付け、または取り付けることができる。例えば、図１６Ｂに示されるように、ポイントマーカ６５２、６５４、６５６、６５８、および６６０は溶接ヘルメット４４０上に設置されている。パッシブまたはアクティブポイントマーカは、目標６００に、および／または溶接ツール４６０および溶接ヘルメット４４０に直接、多面式に固定され、それによって広い範囲の回転および向きの変化を画像システムの視野の中で実現できる。溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０に対応するポイントマーカはそれぞれ、「剛体」を形成するように相互に関係付けられ、または校正され、すなわち、溶接ツール４６０の本体６２０、トリガ６２２、ノズル６２４、およびチップ６２６は相互に既知の空間関係を有し、溶接ヘルメット４４０のディスプレイ４４０Ａおよび本体は、相互に既知の空間関係を有する。それに加えて、「剛体」の校正の後、「剛体」を他のポイントに合わせて校正するために、追加の校正ステップが必要となるかもしない。例えば、溶接ツール４６０の場合、ポイント６０２、６０４、および６０６により形成される「剛体」はすると、点６２８と６２６との間の既知の距離を使って、点６２８に相互に関係付け、またはそれに合わせて校正することができる。溶接ツールと溶接ヘルメットを追跡システムに合わせて校正することは、当業界で知られており、それゆえ、簡潔を期し、これ以上説明しない。動作中、空間トラッカ４２０は、追跡システム、例えば、Ｏｐｔｉｔｒａｃｋ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓまたはそれと同等のハードウェア／ソフトウェアを使って剛体の位置を特定し、追跡する。
【００５３】
画像処理は次に、３つまたはそれ以上のポイントマーカを含む剛体（すなわち、溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０を含むことのできる校正済み目標）のフレームごとのポイントクラウド解析を含む。既知の剛体を認識すると、位置と向きは、カメラの原点と「訓練された」剛体の向きに関して計算される。溶接ツール４６０および溶接ヘルメット４４０等の剛体の３次元空間内の位置と向きを認識するように空間トラッカ４２０を校正し、「訓練する」ことは、当業界で知られているため、簡潔を期し、詳しく説明しない。例えば、空間トラッカ４２０は、何れの適当なデータ捕捉システムを含むこともでき、これは例えば、Ｏｐｔｉｔｒａｃｋ  Ｔｒａｃｋｉｎｇ  Ｔｏｏｌｓ（Ｃｏｒｖａｌｌｉｓ，ＯｒｅｇｏｎのＮａｔｕｒａｌＰｏｉｎｔ，Ｉｎｃ．が販売）または、３次元マーカおよび６自由度の物体モーショントラッキングをリアルタイムで提供する、それと同様の市販または専有的ハードウェア／ソフトウェアシステムである。このような技術は典型的に、所定のパターンに配置されて、システム画像ハードウェアおよびシステムソフトウェアによって「剛体」と解釈されるポイントクラウドを作る反射および／または発光ポイントマーカを利用するが、他の適当な方法も本発明に適合する。システム画像ハードウェアおよびソフトウェアは、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０に組み込むことができる。
【００５４】
好ましくは、複数のカメラを使って、溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０を追跡する。２つまたはそれ以上のカメラからの画像を捕捉し、比較することによって、溶接ツール４６０および溶接ヘルメット４４０の３次元空間内の位置と向きを実質的に正確に判断できる。画像は典型的に、１秒間に１００回超の速度で処理される。当業者であれば、より低速のサンプリングレート（例えば、１０画像／秒）またはそれより高速のサンプリングレート（例えば、１，０００画像／秒）も使用できることがわかるであろう。画像処理の出力の面としては、ｘ軸、ｙ軸、およびｚ軸の位置データとロール、ピッチ、およびヨーの方位データを含むデータアレイのほか、タイムスタンプとソフトウェアフラッグの作成が含まれる。テキストファイル（溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０のための６Ｄデータを含む）は、空間トラッカ４２０によって、所望の頻度でプログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０へとストリームまたは送信されるか、またはいくつかの実施形態においては、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０により生成されてもよい。空間トラッカ４２０の上述の例示的実施形態は、ポイントクラウド画像解析に基づく１つまたは複数のカメラを用いる追跡システムとして説明されているが、当業者であれば、他の種類の追跡システム、例えば磁場ベースのトラッカ、加速度計／ジャイロスコープベースのトラッカ、光学トラッカ、赤外線トラッカ、音響トラッカ、レーザトラッカ、無線周波数トラッカ、慣性トラッカ、アクティブまたはパッシブ光学トラッカ、および現実・シミュレーションベースの複合トラッキングを使用できることがわかるであろう。それに加えて、カメラ４７０Ａ、Ｂが使用者の「視野」をシステム４００に提供するように上で説明したが、カメラ４７０Ａ、Ｂはまた、追跡システム５２６の上のカメラの代わりに、溶接環境４８０内のオブジェクトを追跡するように構成することもできる。もちろん、カメラ４７０Ａ、Ｂは使用者の移動と共に移動するため、適当な代替的な溶接環境４８０内の固定参照点を使用しなければならない。
【００５５】
例示的実施形態において、図１７は、システム４００内の基本的な情報の流れを示している。明瞭を期し、情報の流れは、追跡カメラを使用する例示的実施形態について説明されている。しかしながら、前述のように、他の追跡ステムも使用できる。ブロック５１０で、システム４００は、溶接ツール４６０の位置、向き、および動きに関する空間情報を捕捉する。ブロック５２０で、システム４００はまた、溶接ヘルメット４４０の位置、向き、および動きを、顔面装着表示装置４４０Ａで捕捉する。ブロック５３０で、溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０の空間追跡情報が処理され、溶接環境４８０に関する３次元空間内での溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０の位置と向きが判断され、好ましくは溶接ツール４６０と溶接ヘルメット４４０のための６Ｄデータファイルを作成するステップを含む。
【００５６】
ブロック５５０で、例えば溶接ヘルメットに取り付けられた１つまたは複数のカメラからのデジタル画像データ（例えば、ビデオ）が捕捉され、例えばデータ処理ブロック５４０で処理される。ブロック５６０で、溶接プロセスパラメータ、例えば溶接機器、例えば溶接電源（例えば、電流、電圧等）、ワイヤフィーダ（ワイヤ送給速度等）、ホットワイヤ電源（電流、電圧、温度等）、またはその他の溶接機器により提供されるものが、ブロック５４０で処理されるために捕捉される。好ましくは、溶接プロセスパラメータはまた、入熱（これは例えば、溶接電流、溶接電圧、および移動速度を使って計算できる）、アーク長（これは、溶接電圧に基づいて判断できる）、およびその他の計算された溶接パラメータも含むことができる。
【００５７】
好ましくは、ブロック５４０でのデータ処理は、ヘルメットに取り付けられたカメラからの溶接環境４８０のビューをブロック５３０で処理される追跡データ、すなわち追跡対象の溶接ツールと追跡された溶接ヘルメットの６Ｄデータに相関させるステップを含む。例えば、溶接ツール４６０、溶接クーポン４８０Ａ、および被加工物４８０Ｂ等のオブジェクトの位置および向きの情報は、画像撮影装置４７０により捕捉された画像データにマッピングされる。好ましくは、ブロック５６０からの溶接プロセスパラメータは、マッピングされた画像および追跡データで処理されて、視覚的キューと共に溶接環境を示す画像ストリームを作る。
【００５８】
いくつかの例示的実施形態において、ブロック５４０では、溶接プロセスパラメータと追跡データに基づく聴覚的キューも生成されて、音声ストリームが作られ、これを画像ストリームと共に溶接ヘルメット４４０に送信できる。好ましくは、画像ストリームと音声ストリームが組み合されて複合的音声画像ストリームが作られ、これが溶接ヘルメット４４０へと送られる。一般に、ブロック５４０でのデータ処理ステップは、溶接パラメータ、例えば狙い位置、加工角度、前進・後退角、ツールスタンドオフ、移動速度、ビード配置、ウィーブ、電圧、電流、ワイヤ送給速度、アーク長、入熱、ガス流（測定値）、コンタクトチップ母材間距離（ＣＴＷＤ）、溶着速度、ティグフィラ追加頻度等の溶接パラメータの目標値および目標範囲を、選択された溶接プロセス、継手の種類、溶接材料、継手の向き等によって異なるアルゴリズムを使用して生成するアルゴリズムを含む。ブロック５４０におけるデータ処理ステップは、溶接プロセスパラメータと追跡データに基づいて視覚的および聴覚的キューを生成するアルゴリズムと、後述のように視覚的および聴覚的キューをヘルメット内のディスプレイ上に正しく配置するためのアルゴリズムも含む。
【００５９】
ステップ５７０でわかるように、ブロック５４０で処理されたデジタル画像データと音声データは外部装置に送信される。画像データは、例えばモニタ、ヘルメット内ディスプレイ、ヘッドアップディプレイ、またはそれらの組合せの上で見ることができ、音声データ（例えば、聴覚的コーチング、アラーム、トーン等）は、外部スピーカ、ヘルメット内スピーカ、イヤホン等へと向けられてもよい。例えば、デジタル画像データおよび音声データは、溶接ヘルメット４４０の顔面装着ディスプレイ４４０Ａおよびスピーカ４４０Ｂに、また任意選択によって溶接ユーザインタフェース４３０の表示装置４３０Ａに送信できる。デジタル画像データおよび音声データは、それぞれ溶接データに関係する視覚的および聴覚的キューを含む。例えば、視覚的および聴覚的キューは、狙い位置、加工角度、前進・後退角、ツールスタンドオフ、移動速度、ビード配置、ウィーブ、電圧、電流、ワイヤ送給速度、アーク長、入熱、ガス流（測定値）、コンタクトチップ母材間距離（ＣＴＷＤ）、溶着速度、ティグフィラ追加頻度に関係させることができるが、これらに限定されない。入力データに基づいて、ロジックブロセッサベースのサブシステム４１０はまた、触覚的フィードバックも生成でき、これは、そのように構成されていれば、溶接ツール４６０に送信される。例えば、溶接ツール４６０上のバイブレータは、溶接プロセスがアラーム状態になるとトリガできる。それに加えて、溶接ツール４６０は、例えばＬＣＤ、ＬＥＤ等を使って視覚的フィードバックを提供できる。好ましくは、フィードバックは、視覚的か、聴覚的か、触覚的かを問わず、使用者が例えば実際の、およびシミュレーションによる溶接クーポン４８０Ａまたは被加工物４８０Ｂに溶接を施工しているときにリアルタイムで使用者に提示される。
【００６０】
好ましい実施形態において、視覚的および聴覚的キューを使用者に対し、使用者を溶接プロセス中に支援するために提供できる。視覚的キューは、英数字、記号、グラフィクス、アイコン、色等として出現させることができる。聴覚的キューは、トーン、アラーム、ブザー、音声による指示（生か録音か、または人間の声かコンピュータ生成音声の何れでもよい）の形とすることができる。視覚的キューは、顔面装着表示装置４４０Ａのディスプレイ上の何れの所望の位置にも表示できる。例えば、図１８は、使用者が顔面装着表示装置４４０Ａを通して見たときに見えるディスプレイ４４１上の溶接環境４８０の画像を示している。溶接ヘルメットの種類に応じて、ディスプレイ４４１は、溶接環境４８０のビデオを示すことのできるモニタであり、またはコンバイナを備える自動明暗調節式溶接レンズを有するＨＵＤである。好ましくは、視覚的キューは、ディスプレイ４４１上の何れの所望の位置にも直接マッピングでき、例えば、アーク長と入熱がディスプレイ４４１上に直接マッピングされている７２０を参照のこと。いくつかの実施形態において、視覚的キューは１つまたは複数の画像窓７０２の中に提供され、これは、ディスプレイ４４１の隅、上、下、または側辺に沿って、またはディスプレイ４４１上の他の何れの所望の位置にも設置できる。好ましくは、関係する視覚的キューは窓７０２の中に一緒に分類できる。例えば、電流、電圧、ワイヤ送給速度は、窓７０２に分類できる。これによって、使用者はある窓の中のすべての視覚的キューを１つのユニットとして扱い、溶接セットアップを迅速化できる。画像窓７０２は希望に応じて、例えば溶接ツール４６０上の適当な制御手段、音声コマンド等によって移動させることができる。視覚的キューにより提供される情報は、例えば狙い位置、加工角度、前進・後退角、ツールスタンドオフ、移動速度、ビード配置、ウィーブ、電圧、電流、ワイヤ送給速度、アーク長、入熱、ガス流（測定値）、コンタクトチップ母材間距離（ＣＴＷＤ）、ティグフィラ追加頻度などのパラメータに関係させることができるが、これらに限定されない。
【００６１】
いくつかの実施形態において、図１８に示されるように、視覚的キュー７００は、ディスプレイ４４１上で見たときに、溶接環境４８０内のオブジェクトの上に、またはそれに隣接してオーバレイすることができる。たとえば、視覚的キュー７００は、表示装置４４０Ａに送信された画像ストリーム内の溶接ツール４６０にリンクさせて、溶接ツール４６０に「貼り付けられている」ようにすることができ、すなわち、視覚的キュー７００は、溶接ツール４６０と共に移動する。好ましくは、視覚的キュー７００は、溶接環境４８０内の何れの物オブジェクトにも、そのオブジェクトが移動するように設計されていない、例えば溶接クーポン４８０Ａまたは被加工物４８０Ｂであったとしても、貼り付けることができる。好ましくは、視覚的キュー７００は、使用者が視覚的キューに覆われている溶接環境内のオブジェクトを見ることができるように半透明である。使用者が溶接環境４８０を直接観察できる場合、視覚的キュー７００は、スクリーン上の、関係するオブジェクト、例えば溶接ツール４６０、溶接クーポン４８０Ａ、被加工物４８０Ｂ、溶接継手等が、空間トラッカ４２０からの追跡情報に基づいて使用者の「視野」内にあると計算される位置に「貼り付ける」ことができる。何れの種類の顔面装着ディスプレイにおいても、空間トラッカ４２０からの６Ｄ情報に基づいて、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、ビデオ画像またはディスプレイ４４１上の、例えば溶接ツール４６０等のオブジェクトが位置付けられるＸおよびＹ座標を計算でき、サブシステム４１０は次に、視覚的キュー７００をオブジェクトに対応するビデオ画像またはディスプレイ４４１上の適切なＸおよびＹ座標にマッピングすることができる。例えば、図１８でわかるように、ＣＴＷＤ７０４、加工角度７０６、および移動速度７０８のための視覚的キュー７００は、溶接ツール４６０の上にオーバレイされる。溶接ツール４６０が移動すると、ＣＴＷＤ７０４、加工角度７０６、および移動速度７０８のための視覚的キュー７００は、溶接ツール４６０と共に移動して、溶接ツール４６０に関する同じ相対位置を保つ。それに対して、前述のように、その他の視覚的キューをディスプレイ４４１上のある位置に固定できる。例えば、溶接電圧７１２、溶接電流７１４、およびワイヤ送給速度７１６等の視覚的キューは、窓７０２内のディスプレイ４４１の隅に固定されるようにマッピングされ、視覚的キュー７２０は、ディスプレイ４４１上のある位置に固定されるようにマッピングされる。視覚的キューはまた、溶接クーポン４８０Ａまたは被加工物４８０Ｂのような固定オブジェクトに対応するある位置に固定することもできる。視覚的キュー７００は、ディスプレイ４４１上の何れの所望の位置にもマッピングできる。好ましくは、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は視覚的キュー７００を、溶接作業の特定の態面、例えばアークおよび溶接継手が視覚的キュー７００によって遮られないようにマッピングする。溶接クーポン４８０Ａ、被加工物４８０Ｂ、および／または溶接継手等のオブジェクトがどこにあるかを知るために、システム４００は上述のポイントマーカ（または他の何れかの種類の追跡システム）を使用できる。すると、空間トラッカ４２０および／またはロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、追跡カメラからのデジタル画像の解析に基づいて、溶接環境４８０内のオブジェクトを自動的に特定できる。好ましくは、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０が、溶接トーチまたは他の何れかの障害物の移動によって使用者が溶接作業および／または視覚的キューが見えなくなると判断すると、視覚的キュー７００はディスプレイ４４１上で自動的に移動する。
【００６２】
追跡されたパラメータ、例えば溶接ツール４６０の位置、向き、および移動と、溶接電圧、溶接電流、ワイヤ送給速度等の溶接プロセスパラメータは、溶接プロセスの種類（例えば、ＧＭＡＷ、ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ）、溶接継手の種類と向き、材料の種類等に関する上下の目標閾値、目標値、または好ましいばらつきと比較できる。上下の閾値または好ましいばらつきは、ベテラン溶接工の動き、コンピュータモデリング、過去の同様の溶接の試験等に基づくものとすることができる。例えば、溶接工が溶接を行うとき（例えば、ベテラン溶接工、インストラクタ、訓練生等）、溶接工の溶接ツール４６０の位置、向きおよび移動と、溶接電圧、溶接電流、ワイヤ送給速度等の溶接プロセスパラメータが記録される。溶接終了後、溶接工はその手順を「模倣する」適切なメニュー項目を選択できる。すると、「模倣された」手順が保存され、将来の溶接手順のための基準とすることができる。好ましくは、上下の目標閾値、目標値、または好ましいばらつきは、溶接工が手作業で入力でき、より好ましくは、デフォルト値、例えば±５％また他の何れかの適当な数値を使って自動的に入力される。好ましくは、上下の目標閾値、目標値、または好ましいばらつきは使用者により設定可能である。
【００６３】
好ましくは、溶接ツール４６０の位置、向き、または移動および／または溶接プロセスパラメータが上下の目標閾値、目標値、または好ましいばらつきから出た場合、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０は、適当な視覚的キューの属性、例えば色、形状、大きさ、強度または明るさ、位置、および／または他の何れかの特性を変化させる。例えば、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０は、視覚的キューの色を、偏差の量に応じて緑から黄色、赤へと変化させることができ、および／または視覚的キューは、目標からの偏差の量をグフラィクスで示すことができる。例えば、図１８のＡの部分でわかるように、移動速度７０８は、目標値Ｔと目標値からの偏差量７３０を、メータ型グラフィクスを背景としたポインタ７３２で示している。Ａの部分でわかるように、現在の移動速度はわずかに速い。ＣＴＷＤ７０４に関して、インディケータ７３４は矢印７３８で示されるように、目標７３６に関して移動される。加工角度７０６について、十字線７４０は目標円７４２に関して移動する。もちろん、グラフィクスの種類と偏差の表示方法は、これらの好ましい実施形態のみに限定されない。好ましくは、視覚的キュー７００の１つまたは複数は、視覚的キューに関連付けられる追跡パラメータおよび／または溶接プロセスパラメータが目標から逸脱すると、例えば溶接プロセスの種類に関する上下の目標閾値、目標値、または好ましいばらつきの外に出ると、視覚的キュー７００の１つまたは複数の属性、例えば色、形状、大きさ、強度もしくは明るさ、位置および／または何れかの他の特徴を変化させるようにプログラムできる。好ましくは、偏差量は視覚的キューの１つまたは複数の属性の変化を決定する際に考慮される。例えば、視覚的キュー７００は、視覚的キュー７００がその溶接プロセスの種類についての上下の目標閾値内にあり、目標値（容認可能な誤差内）であり、または好ましいばらつき内であるとき、緑色とすることができる。視覚的キュー７００は、関連するパラメータが第一の所定量またはアラームレベルだけ上下の目標閾値からずれ、目標値からずれ（例えば、容認可能な誤差範囲の外）、またはその溶接プロセスの種類にとって好ましいばらつきの範囲外にあるとき、例えばそれによって生成される容認可能な溶接部を生成するが、最善の溶接部ではない程度の偏差があるとき、その色（例えば、黄色へ）、形状、大きさ、強度もしくは明るさ、位置および／または何れかの他の特徴を変化させるようにプログラムできる。好ましくは、システム４００は、１つまたは複数のアラームレベルまたは、視覚的キュー７００のうちの１つまたは複数を提供する。１つまたは複数のアラームレベルを提供することに加えて、視覚的キュー７００はまた、関連するパラメータが、第一の所定の量より大きい第二の所定の量またはアラームレベルだけ上下の目標閾からずれ、目標値からずれ（例えば、容認可能な誤差範囲の外）、または溶接プロセスの種類にとって好ましいばらつき範囲の外である場合、その色（例えば、赤へ）、形状、大きさ、明るさ、位置または他の何れかの特徴をさらに変化させるようにプログラムできる。例えば、第二の所定の量またはアラームレベルは、容認できない溶接部となる可能性のあるような偏差とすることができる。好ましくは、システム４００は、視覚的キュー７００のうちの１つまたは複数のための１つまたは複数のアラームレベルを提供する。好ましくは、視覚的キュー７００の属性の何れの組合せを変化させることもできる。例えば、視覚的キュー７００の色、大きさ、明るさ、および／または他の何れの属性の何れの組合せを変化させることもできる。もちろん、何れの数および組合せの警告およびアラームレベルをロジックプロセッサベースのサブシステム４１０にプログラムすることもできる。
【００６４】
視覚的キュー７００は警告およびアラームを提供することのみに限定されない。本発明の例示的実施形態において、視覚的キュー７００は、使用者に対し、溶接開始位置、溶接停止位置、および溶接の全長を特定するのを支援できる。例えば、２つの被加工物間の継手全体が溶接されるわけではなく、特定の部分のみである場合、視覚的キュー７００は、使用者が開始位置を特定するのを、例えば緑のスポットを開始位置に、第二のマーカ、例えば赤いスポットを停止位置に置くことによって特定するのを支援することができる。いくつかのの実施形態において視覚的キューは、適正な溶接長さを実現するのを支援する。例えば、表示、例えば緑色のスポットは溶接を開始するための開始位置（または、ディスプレイ４４１上の他のあらゆる所望の位置）で点灯し、使用者は表示がオフになるか、その色が変化するまで溶接し、所望の溶接長さを実現する。好ましくは、視覚的キュー７００は、溶接シーケンスに従うのを支援する。例えば、溶接は、被加工物の中心から端へと外に向かって行い、被加工物への応力を軽減させるべきである場合、視覚的キュー７００は、使用者に対し、例えばディスプレイ４４１の隅部にテキストのメッセージを表示することによって、または、視覚的キュー７００を使って開始位置、停止位置、および溶接長さを上述のように特定することにより、使用者に注意喚起することができる。いくつかの実施形態において、視覚的キュー７００は、溶接の進行状況の表示を提供する。例えば、視覚的キューは、溶接継手の完成割合を、例えばディスプレイ４４１の隅または他の何れかの所望の位置に提供し、および／またはマルチパス溶接のパス数の表示を提供できる。好ましくは、視覚的キュー７００はまた、使用者が溶接を施工するのを支援する。例えば、ウィーブパターンを必要とする溶接施工法式において、視覚的キューは表示を提供でき、これは例えば、使用者が溶接中にコピーするために溶接ツールチップの端において好ましいウィーブパターンで循環する明るいスポットである。同様に、ティグ溶接作業を実行する際、視覚的キューは、フィラワイヤを溶接池に追加すべき適切な頻度を示すことができる。例えば、拍動マーカ、例えば明るさの変化する緑のスポットを溶接ツールチップの端に表示でき、使用者はフィラワイヤを拍動の周期で追加すること、例えばマーカがオンか、またはより明るい時（またはマーカがオフか、より暗いときに）溶接池にフィラワイヤを浸漬させることがわかる。
【００６５】
聴覚的キューもまた、使用者を支援するために使用できる。例えば、視覚的キューと同様に、聴覚的警告およびアラームは、溶接ツール４６０の位置、向き、または移動および／または溶接プロセスパラメータが上下の目標閾値の外、目標値の外（例えば容認可能な誤差範囲の外）、または溶接プロセスの種類にとって好ましいばらつきの外にあるとき、溶接ヘルメット４４０のスピーカに送信して、使用者に注意喚起することができる。警告は、何れの音声フォーマット、例えば異なる周波数のトーン、ブザー、およびアラートとすることもできる。異なる周波数および／またピッチは、使用者に対し、どのパラメータが目標通りでないか、および偏差量を使用者に示すことができる。好ましくは、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、音声アラートを提供して、使用者に問題を知らせる。例えば、音声アラートは、使用者に対し、移動速度が速すぎる、または遅すぎることを指示できる。音声アラートは、使用者が必要な補正を行う際に使用者に指示または提案を提供できる。前述の視覚的キューと同様に、音声アラートはまた、使用者が溶接を行うのを支援でき、これは例えばウィーブパターン、ティグ溶接、開始および停止インディケータ、溶接長さ、順序、および／または溶接の進行状況である。聴覚的キューは、前述の視覚的キューの代わりに提供できる。好ましくは、視聴覚的キューと視覚的キューの組合せがロジックプセッサベースのサブシステム４１０により提供される。
【００６６】
好ましくは、視覚的および聴覚的キューは、使用者によって選択的にオンまたはオフにすることができ。それに加えて、視覚的キューに関して、使用者は、ディスプレイ４４１の所望の位置、例えばディスプレイ４４１の隅または何れかの辺に沿って固定されるように位置付けるか、または視覚的キュー７００をディスプレイ４４１上のオブジェクト、例えば溶接ツール４６０に「貼り付ける」か、を選択することができる。いくつかの実施形態において、使用者は、オンまたはオフにすべき視覚的キュー７００または聴覚的キューを個別に選択できる。好ましくは、視覚的キュー７００および／または聴覚的キューは、使用者がキューのグループを選択してオンまたはオフにするように分類される。例えば、溶接電源４５０からの情報に関係するキューを同じ分類とし、溶接ツール４６０に関係する情報を同じ分類とすることができる。分類は、例えば使用者によって、事前プログラムまたはカスタムプログラムできる。いくつかの実施形態において、使用者はディスプレイ４４１と、例えば溶接ツール４６０上の制御手段またはリモートコントロール装置を使って、視覚的および聴覚的キューをアクティベートまたはディアクティベートできる。好ましくは、使用者は、キューを有効にし、および無効にするために溶接ユーザインタフェース４３０を使用できる。いくつかの実施形態において、使用者は音声コマンドを使ってキューをアクティベートおよびディアクティベートできる。例えば、使用者は、「グループ１をオン」と言って、溶接ツール４６０に関係する視覚的キューおよび／または聴覚的キューをアクティベートできる。グループ１の視覚的キューを溶接ツール４６０に「貼り付ける」ために、使用者は「グループ１を貼り付け」と言うことができる。いくつかの実施形態において、前述のようなアイトラッキングを使って適切なメニュー項目をハイライトし、選択することにより、キューをアクティベートおよびディアクティベートできる。
【００６７】
好ましい例示的実施形態において、溶接ツール４６０の位置、向き、および移動に関する溶接データおよび／または溶接プロセスパラメータは、使用者が溶接を施工する際に保存される。保存されたデータは、訓練または認定を目的として後で見直すために読み出すことができる。例えば、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０は、後で、溶接工の進歩および／またはパフォーマンスを見直すために、溶接データを保存できる（例えば、＊．ｄａｔファイル）。いくつかの実施形態において、保存された溶接データは、視覚的および聴覚的キューのための目標値として使用できる。保存された目標溶接データは、ベテラン溶接工による成功した溶接または、さらには使用者による過去の成功した溶接ランのそれとすることができる。いくつかの実施形態において、保存された目標溶接データは、特定の種類の溶接のコンピュータモデリングおよびまたは同様の過去の溶接の試験に基づくものである。好ましくは、保存された目標溶接データには、溶接ウィーブパターン、フィラ頻度等のティグ溶接情報、溶接開始停止インディケータ、溶接長さ、溶接順序、および溶接進行状況が含まれる。溶接作業が開始されると、保存された目標溶接データに基づく視覚的および聴覚的キューは、使用者が新しい溶接を行うのを支援する。目標溶接データを使用することによって、熟練溶接工であっても恩恵を受けることができ、それは、視覚的および聴覚的キューが、慣れない溶接シーケンス、特別な溶接継手の配置等を実行する際にガイダンスを提供できるからである。
【００６８】
好ましくは、初心者か経験者かを問わず、溶接工を訓練するための溶接システム訓練ソフトウェアをロジックプロセッサベースのサブシステム４１０にロードし、それによって実行できる。使用者は、適当な溶接訓練手順を選択し、溶接の実行を開始する。訓練ソフトウェアは、使用者が溶接を実行している間に使用者のパフォーマンスをモニタし、記録する。一般に、関連技術の実際の溶接訓練システムにおいて、溶接機器、例えば電源、ワイヤフィーダ、ホットワイヤ電源等は、溶接訓練コンピュータと通信しない。これは、使用者が実行するべき溶接訓練手順を選択する前またはその後に、使用者が電源と、おそらく、例えばワイヤフィーダおよび／またはホットワイヤ電源等のその他の溶接機器を、選択された溶接訓練セッションに基づいて設定しなければならないことを意味する。典型的に、溶接機器、例えば電源は、溶接訓練領域から離れた位置にある。これは、溶接機器、例えば電源上の設定の変更または設定を確認するのに、使用者が訓練領域を出る必要があり、溶接機器のトリップが溶接訓練セッション中に何度も生じる可能性があることを意味し、これは面倒となりうる。
【００６９】
使用者が溶接を実行しながらの溶接ツール４６０および／または溶接ヘルメット４４０の追跡およびモニタについては、上でシステム４００に関して説明したため、簡潔を期し、ここでは追跡とモニタについて繰り返さない。さらに、以下の例示的実施形態は、電源と通信する溶接訓練システムに関して説明する。しかしながら、当業者であれば、溶接訓練システムは、ワイヤフィーダ、ホットワイヤ電源等、他の溶接機器とも通信できる。
【００７０】
例示実施形態において、使用者は、顔面装着表示装置４４０Ａまたは、溶接ユーザインタフェース４３０に接続された監督者／セットアップ表示装置４３０Ａの何れかを使って電源４５０等の溶接機器と通信できる。好ましくは、電源４５０の出力、例えば前述のような電圧と電流をモニタすることと共に、使用者はまた、電源４５０に関する設定をセットアップし、閲覧し、変更することもできる。好ましくは、使用者は、溶接ユーザインタフェース４３０のディスプレイ４３０Ａと入力装置４３０Ｂ（例えばキーボード、マウス、または他の何れかの既知の入力装置）を使って、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０を介して電源４５０と通信する。好ましくは、ログインスクリーン上でログイン情報を提供した後で、使用者は、溶接機器のためのパラメータを設定するために、セットアップスクリーンを選択できる。図１９は、電源設定を設定し、閲覧し、および／または変更するための、例示的実施形態によるセットアップスクリーン８００を示している。スクリーン８００は電源設定を含み、これは入力フィールドを介して手作業で変更できる。図１９でわかるように、使用者は電源４５０の溶接モードを設定できる。例えば、電源の種類に応じて、使用者は、ドロップダウンボックス８０２または他の何れかの入力手段を使用することにより、電源４５０のための動作モード、例えばＧＭＡＷ、ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ等を選択できる。この選択に応じて、１つまたは複数のその他のパラメータ８０４を使用者に対して、見直しのため、および必要に応じて変更するために提供できる。例えば、図１９でわかるように、波形の種類（ショートアーク溶接、パルス溶接等）等の設定、出力電圧および出力電流が閲覧および／または変更のために示されている。もちろん、極性（プラスまたはマイナス）、不活性ガス流の設定等の他のパラメータも使用者に提供できる。溶接モード設定と同様に、パラメータ８０４の各々のための数値の選択は、ドロップダウンボックス８０２または他の何れかの入力手段を介して行うことができる。好ましくは、パラメータ設定は、使用者にとっての設定時間を最短にするために初期のデフォルト値を有することができる。いくつかの実施形態において、電源４５０および／またはロジックプロセッサベースのサブシステム４１０はまた、ワイヤフィーダ、ホットワイヤ電源、または他の何れかの溶接機器とも通信できる。その他の機器のための設定はまた、スクリーン８００および／または他の設定スクリーンを介して実行できる。例えば、図１９でわかるように、ワイヤ送給速度はまた、ドロップダウンボックス８０２またはその他の入力手段を使って入力できる。
【００７１】
いくつかの例示的実施形態において、顔面装着ディスプレイ４４０Ａは、電源４５０、ワイヤフィーダ、ホットワイヤ電源等の溶接機器上の設定を閲覧、セットアップ、および変更するために使用できる。使用者に対して、溶接動作の前に表示を示すことができ、使用者は、例えば音声コマンド、アイトラッキング、および／またはその他の入力装置を使って選択スクリーン内をナビゲートできる。いくつかの実施形態において、手動のリモートコントロール装置を使用できる。手動リモートコントロール装置は、使用者がディスプレイ４４０Ａを通じて見ることのできる溶接ヘルメット４４０で使用する場合に特に有益となりうる。何れの種類の顔面装着ディスプレイ４４０Ａにおいても、使用者は、溶接訓練セッションを始める前に、設定スクリーン内をナビゲートして、設定を確認することができる。設定が何らかの理由で変更する必要がある場合、使用者はすぐに設定を変更でき、止めて溶接機器まで歩いて行き、設定を変更する必要はない。
【００７２】
例えば電源４５０等の溶接機器、および／またはロジックプロセッサベースのサブシステムは、ディスプレイ４４０Ａおよび／または４３０Ａ上のスクリーン８００を送信するソフトウェアを含むことができる。例えば、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０は、使用者からの情報リクエストを受け取り、その情報を溶接機器から読み出すソフトウェアを含むことができる。好ましくは、スクリーン８００は、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０および／または電源４５０またはその他の何れかの溶接機器上でホストされるウェブサーバによって送信されるウェブページである。いくつかの実施形態においては、ａｎｄ  ａｐｐベースのシステムを使用できる。このようなクライアント−サーバ型ソフトウェアは当業者の間で知られているため、本発明の例示的実施形態を説明するために必要である以外、これ以上説明しない。
【００７３】
好ましくは、電源４５０および／または溶接機器は、使用者が選択した溶接訓練セッションに基づいて自動的に設定される。例えば図２０でわかるように、スクリーン８１０上で使用者は溶接訓練システム中に実行する溶接施工法式を選択できる。好ましくは、溶接施工法式は溶接モードの種類（例えば、ＧＭＡＷ、ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ）、溶接クーポンの種類（例えば、管、板等）、溶接継手の向き（垂直、水平）等を決定する。好ましくは、この選択に基づいて、適当な溶接機器、例えば溶接電源４５０、ワイヤフィーダ、ホットワイヤ電源等のためのデフォルト設定が決定され、スクリーン８００上で自動的に入力され、見直すことができるように使用者に対して提示される（図１９参照）。好ましくは、使用者は前述のように、希望に応じて設定を変更できる。好ましくは、使用者が選択された溶接施工法式および／または溶接機器にとって安全および／または現実的な範囲内でのみ設定を変更できるようにセーフガードを設置し、セーフガードは、使用者が使用者または溶接機器の何れかにとって危険な条件となるように設定を変更することができないように設置される。好ましくは、セーフガードは、使用者の技能レベルおよび／または選択された溶接施工法式の種類に基づく。いったん選択されると、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０は、選択された溶接施工法式に関する設定を電源４５０および／またはその他機器、例えばワイヤフィーダ、ホットワイヤ電源等に送信できる。選択された溶接施工法式のためのデフォルト値を提供し、電源４５０および／またはその他の機器上の設定を自動的に更新することによって、使用者がその溶接セッションを開始する前に、電源４５０および／またはその他の機器を不適正に設定してしまう機会が減る。もちろん、使用者は依然として、例えば前述のようにスクリーン８００を使用することにより、デフォルト設定を見て、変更することも選択できる。
【００７４】
好ましくは、プグラム可能プロセッサベースのサブシステム４１０と電源４５０（および／または他の何れかの溶接機器）はネットワーク４７５を介して通信する（図１４参照）。ネットワークは無線ネットワークとして描かれているが、有線でも、両方の組合せとすることもできる。好ましくは、ネットワークはイーサネット（登録商標）であるが、他の種類のネットワーク、例えばＡｒｃｌｉｎｋ、ＣＡＮ等も使用できる。電源４５０との通信に加えて、プログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０は、１つまたは複数のその他のプログラマブルプロセッサベースのサブシステムおよびそれらのそれぞれの電源と、イントラネット、ＷＡＮ、ＬＡＮ、インターネット等を通じて通信できる。好ましくは、モニタ機器は、ネットワーク４７５に、例えばＷＡＮ、インターネット等を介して接続され、それによってインストラクタ、その他の訓練生または他の何れかの関心ある人物が他の場所からプログラマブルプロセッサベースのサブシステム４１０上で訓練生／溶接工をモニタでき、これは例えば現場外からのリモートモニタリングである。好ましくは、ウェブベースおよび／またはａｐｐベースのインタフェースを使って、それぞれのプログラマブルプロセッサベースのサブシステムからの情報をアップロードすることにより、１つまたは複数の訓練生／溶接工の進歩をモニタできる。例えば、監督者は１人また複数の訓練生／溶接工の進歩を、イントラネットまたはインターネットを介してネットワーク４７５に接続されたリモートコンソール上に表示できる。ディスプレイは、何れかの適当なフォーマット、例えばグラフ、グラフィクス、テキスト、数値等を使って訓練生／溶接工の進歩を示すことができる。
【００７５】
本発明の好ましい実施形態において、使用者が溶接ツール４６０のトリガを押すと、電源４５０はプロセッサベースのサブシステム４１０に、溶接プロセス（実際か、シミュレーションによる）が開始されたことを示す信号を送信する。もちろん、溶接がシミュレートされている場合、電源４５０は実世界の電圧または電流出力を提供せず、電圧、電流、およびパワーの表示はシミュレーションによる溶接ビードを使ってシミュートされる。トリガ信号は、プロセッサベースのサブシステム４１０により、使用者のパフォーマンスの記録を開始するために使用できる。例えば、溶接が開始されたことを示すトリガ信号がプロセッサベースのサブシステム４１０の中で受け取られると、プロセッサベースのサブシステム４１０は、使用者のパフォーマンスパラメータ、例えばＣＴＷＤ、移動速度、加工角度、前進・後退角、および狙い位置の記録を開始することができる。それに加えて、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、溶接機器からのパラメータ、例えば溶接電圧、溶接電流、ワイヤ送給速度、ホットワイヤ電流等を含むことができる。好ましくは、図２１でわかるように、パフォーマンスパラメータ、例えばＣＴＷＤ、移動速度、加工角度、前進・後退角、および狙い位置の１つまたは複数をグラフ８５０上でプロットでき、これは例えばディスプレイ４３０Ａ上で示され、それによって、インストラクタ等の監督者が使用者の溶接セッションを見ことができる。好ましくは、プロットされたパラメータの各々は、上下の閾値および／または最適値を有し、これらは実際の値と共にグラフ８５０上に表示される。好ましくは、上下の閾値の範囲内にあるパフォーマンスまたは溶接機器パラメータ、および／またはパフォーマンスまたは溶接機器のパラメータの最適値からの偏差に基づくスコアが、プロットされたパラメータの１つまたは複数について、ディスプレイ４３０Ａに提供される。好ましくは、個々のスコアのうちの１つまたは複数が、溶接工のパフォーマンスおよび／または溶接の品質を示す総合スコアを生成するために使用される。好ましくは、プロセッサベースのサブシステム４１０は、溶接部の瑕疵の可能性（例えば、ポロシティ、溶着不良（浸透不十分）、溶接部の亀裂、アンダーカット、溶接プロファイルが薄すぎる、溶接プロファイルが厚すぎる、等）の解析を提供する。好ましくは、グラフ８５０は、ディスプレイ４３０Ａまたはリモートコンピュータ上にリアルタイムで表示される。前述のように、溶接セッションに関するデータは、保存して後で解析できる。それゆえ、グラフ８５０および／またはその他の情報は、後で解析のために表示または印刷できる。
【００７６】
いくつかの実施形態において、溶接機器自体が溶接実行時に溶接セッションに関するスコアを定提供してもよい。例えば、Ｌｉｎｃｏｌｎ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ＰｏｗｅｒＷａｖｅ（商標）溶接電源は、溶接セッション全体を通じた電流値、電圧値、および電流と電流値の安定性に基づいて溶接スコアを提供する。好ましくは、溶接スコアは総合スコアに組み込まれる。好ましくは、溶接スコアのリアルタイム表示が、顔面装着ディスプレイ４４０Ａを介して、例えば前述の視覚的キューとして使用者に提供される。シミュレーションによる溶接に関して、使用者は溶接電源４５０のセットアップを練習でき、プロセッサベースのサブシステム４１０は、溶接電源４５０と通信して使用者が機械を適正にセットアップしたか否かを判断できる。好ましくは、溶接電源４５０が正しくセットアップされていないと、プロセッサベースのサブシステム４１０は、使用者が先に進めないように、および／またはスコアにマイナスの影響が及ぶように構成できる。
【００７７】
好ましくは、プロットされたパラメータまたはスコアの１つまたは複数は、使用者が溶接しているときに、顔面装着ディスプレイ４４０Ａを介して使用者に対してリアルタイムで、例えばプロットされたグラフとして、または前述のような視覚的キューとして提供される。いくつかの実施形態において、これらのパラメータの属性は、上下の閾値および／または最適値からの偏差に基づいて、パラメータが警告状態またはアラーム状態になると必ず、これらのパラメータの属性を上述のように変化させることができる。
【００７８】
他の例示的実施形態において、上述の視覚的および聴覚的キューと共に、システム４００は仮想オブジェクトを溶接環境内の実世界オブジェクトの上に、またはその情報にリアルタイムでオーバレイさせ、溶接環境の現実およびシミュレーションの複合画像を提供する。好ましくは、仮想オブジェクトは、ロジックプロセスベースのサブシステム４１０によって生成される。仮想オブジェクトは、訓練環境か、現場、例えば製造現場または建設現場かを問わず、使用者が溶接を実行する際に（例えば、実世界、シミュレーション、またはその複合）、支援する、または訓練することのできる何れの物体を含むこともできる。好ましくは、ロジックプロセスベースのサブシステム４１０は、リアルタイムで溶接環境４８０上にオーバレイされることになる仮想オブジェクトを生成し、それによって使用者は溶接プロセス中にディスプレイ４４１上で仮想オブジェクトを見ることができる。いくつかの実施形態において、生成された仮想オブジェクトはまた、溶接インストラクタ等、他の監督者によって見られるように、ディスプレイ４３０Ａに送信することもできる。
【００７９】
図２２は、使用者による溶接作業中に、使用者が例えば顔面装着表示装置４４０Ａのディスプレイ４４１を通じて見える、および／または他の監督者がディスプレイ４３０Ａ上で見える溶接環境４８０の例示的なビューを示している。溶接環境４８０のビューは、実世界のオブジェクト、例えば溶接ツール４６０（アークを含む）、溶接クーポン４８０Ａ、または被加工物４８０Ｂ（何れかの溶接池を含む）、溶接部４８０Ｄ、および溶接継手４８０Ｃを含む。もちろん、セッションの種類に応じて、溶接ツール４６０（アークを含む）、溶接クーポン４８０Ａ、または被加工物４８０Ｂ（溶接池を含む）、溶接部４８０Ｄ、および溶接継手４８０Ｃのうちの１つまたは全部をシミュレートするか、または実世界とシミュレーションの複合とすることもできる。例えば、シミュレーションによる溶接セッションのために、溶接部４８０Ｄと溶接継手４８０Ｃをシミュレートすることができる。いくつかのセッションでは、溶接ツール４６０、溶接クーポン４８０Ａまたは被加工物４８０Ｂ、溶接部４８０Ｄ、および／または溶接継手４８０Ｃの１つまたは複数を実世界のオブジェクトとすることができ、これは実世界オブジェクトと似せるためにシミュレーションによるテクスチャ、形状等とオーバレイされる。例えば、溶接クーポン４８０Ａまたは被加工物４８０Ｂは、単純な実世界のオブジェクトとすることができ、そこに複雑な部品（例えば、自動車アクスルまたは他の何れかの実世界の部品、装置、またはコンポーネント）をシミュレートするように仮想オブジェクトがオーバレイされる。しかしながら、簡潔と明瞭を期すために、本発明のこの例示的実施形態の説明においては、溶接ツール４６０、溶接クーポン４８０Ａまたは被加工物４８０Ｂ、溶接部４８０Ｄ、および溶接継手４８０Ｃが、図２２および２３において実世界のオブジェクトとして描かれている。好ましくは、ディスプレイ４４１上のビューはまた、前述のような視覚的キュー７００も含んでいる。例えば、加工角度７０６が図２２に示されている。しかしながら、その他の視覚的キュー７００もまた、前述のようにディスプレイ４４１に含めることができる。実世界のオブジェクトと視覚的キュー７００に加えて、好ましい実施形態はまた、仮想オブジェクトを生成して、画像撮影装置４７０によって捕捉された実世界画像信号（例えばビデオ）の上に、またはシースルーレンズ（例えば、自動明暗調節レンズ）を備えるＨＵＤの場合は、前述のように、ＨＵＤのコンバイナに送信された画像信号の上にオーバレイすることができる。
【００８０】
例えば、図２２でわかるように、仮想オブジェクト９００は、使用者から見える実世界の溶接環境４８０にオーバレイされる。仮想オブジェクト９００は、使用者に対し、溶接作業を行うのを支援するための情報を提供する何れのオブジェクトを含むこともでき、および／または使用者のパフォーマンスおよび／または溶接の品質に関する情報を提供することができる。好ましくは、仮想オブジェクト９００は、視覚的キュー７００に関して上述したものと同様の属性を有することができる。例えば、仮想オブジェクト９００は、例えば色、形状、大きさ、強度もしくは明るさ、位置、および／または他の何れかの特性等の属性を有することができ、これらは溶接中に使用者を支援するため、および／または溶接および／または使用者のパフォーマンスに関する情報を提供するように表示および／または変更できる。しかしながら、仮想オブジェクト９００は視覚的キュー７００と同様の機能を果たすことができるため、仮想オブジェクトは、物体、例えば典型的な実世界の溶接環境で見られる物体（溶接部、壁、管、ぶらさがった障害物またはその他、溶接訓練で使用者を支援するように仮想的に生成可能なその他の物体）の仮想表現である。
【００８１】
例えば、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、仮想溶接オブジェクト９０４を生成でき、これは使用者がクーポン／被加工物４８０Ａ、Ｂ上のどこに溶接物を設置すべきかを視覚的に示す。前述の溶接開始／停止の視覚的支援と同様に、溶接オブジェクト９０４は、使用者が溶接をどこに配置し、溶接部をどの長さとすべきかを示す。例えば、図２２でわかるように、仮想溶接オブジェクト９０４は、使用者が溶接しているスポットに示されて、現在の溶接物をどれだけ長くすべきか、どこで溶接を停止すべきかを示す中で使用者を支援する。それに加えて、クーポン／被加工物４８０Ａ、Ｂの左端における仮想溶接オブジェクト９０４は、現在の溶接が終わった後に次の溶接をどこに配置するかを使用者に視覚的に示す。好ましくは、仮想溶接オブジェクト９０４は部分的に透明であって、使用者からの溶接継手４８０Ｃの見え方の邪魔にならない。それに加えて、仮想溶接オブジェクト９０４の特定の属性は、仮想溶接オブジェクト９０４の残りの部分とは変わる、または異なる表示を行い、使用者に役立つ情報を提供することができる。例えば、図２３でわかるように、クーポン／被加工物４８０Ａ、Ｂと溶接継手４８０Ｃ等の実世界オブジェクトは、使用者がディスプレイ４４１の上で見ることができる。図２３において、溶接継手４８０Ｃは、まっすぐのパスではなく、溶接継手４８０Ｃの一部は曲線を含む。曲線溶接パスを誘導して使用者を支援するために、例示的実施形態においては、仮想溶接オブジェクト９０４を溶接継手４８０Ｃにオーバレイすることができる。例えば、図２３は、曲線９０４Ａおよび９０４Ｂを有する仮想溶接オブジェクト９０４が、溶接継手４８０Ｃにオーバレイされていることを示している。仮想溶接オブジェクト９０４を表示するだけで、使用者に溶接パスが曲がっていることを溶接施工前に知らせられるが、実際の溶接プロセス中、使用者はトーチチップに集中していて、使用者は使用者が曲線９０４Ａ、Ｂに遭遇したときに、溶接パスが異なる方向に進むことをすぐには気付かないかもしれない。さらに使用者を支援するために、仮想溶接オブジェクト９０４および／または仮想溶接オブジェクト９０４の一部の属性を、使用者が曲線９０４Ａ、９０４Ｂに近付くと変化させることができる。例えば、仮想溶接オブジェクト９０４の曲線９０４Ａ、Ｂの色、形状、および／または強度（または明るさ）を変えて使用者を支援することができる。図２３の実施形態において、仮想溶接オブジェクト９０４のそれぞれ曲線９０４Ａ、Ｂに沿った属性９５０Ａおよび９５０Ｂは、仮想溶接オブジェクト９０４の残りの部分とは異なるように表示させることができ、および／または溶接ツール４６０が曲線９０４Ａおよび／または９０４Ｂに（またはその直前に）到達すると変化して、使用者に対し、溶接経路の方向が変わることを知らせる。例えば、属性９５０Ａおよび９５０Ｂは、仮想溶接部９０４の残りの部分と異なる色に設定できる。これに加えて、属性９５０Ａおよび９５０Ｂに異なる色を割り当てて、継手４８０Ｃの溶接パスの変化の方向を示すようにすることができる。例えば、９５０Ａは、右への変化を示すために赤とすることができ、９５０Ｂは、左への変化を示すために青とすることができる。もちろん、色の属性の使用は例であり、希望に応じて、他の属性を表示または変化させることもできる。例えば、９５０Ａ、Ｂは、仮想溶接オブジェクト９０４の残りの部分とは異なる強度を有することができる。それに加えて、仮想溶接オブジェクト９００（例えば、仮想溶接オブジェクト９０４）はそれだけで使用できるが、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０はまた、前述のように、１つまたは複数の視覚的キュー７００と聴覚的キューを生成して、使用者による溶接の施工を支援することもできる。例えば、溶接ツールの位置、向き、動き、例えばＣＴＷＤ、移動速度、加工角度、前進・後退角、および狙い位置等に関する視覚的キューは、例えばディスプレイ４４１上の固定位置に表示し、および／または溶接ツール４８０に「貼り付けて」、溶接パスの誘導で使用者を助けることができる。好ましくは、仮想溶接オブジェクトの特徴、例えば高さ、幅、長さ、形状、プロファイル、溶接パス等は、溶接継手の種類（例えば、ストレート、オービタル、曲線、すみ肉、重ね、開先等）、溶接継手の向き（水平、垂直、位置外等）、溶接作業の種類（例えば、ＧＭＡＷ、ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ）等に基づく。好ましくは、様々な仮想溶接オブジェクトがプレロードされ、および／またはカスタムメイドとされて、システム４００の中、例えばロジックプロセッサベースのサブシステム４１０の中に保存できる。
【００８２】
好ましい実施形態はまた、使用者を支援し、または訓練することのできるその他の仮想オブジェクトを生成し、表示することもできる。例えば、図２２でわかるように、仮想オブジェクト９０８は、溶接工が実世界溶接シナリオにおいて遭遇するかもしれない障害物を表す。仮想障害物９０８は、ディスプレイ４４１上で、溶接継手４８０Ｃの隣に生成されて表示され、それによって使用者が溶接継手４８０Ｃを正しく見えず、および／または溶接ツール４６０を希望通りに実世界シナリオで適正に位置付けることができなくなるようなオブジェクトがシミュレートされる。好ましくは、仮想障害物９０８は、使用者が溶接中にシミュレートされた物体に「当たる」と必ず変化する。例えば、仮想オブジェクト９０８は、それに「当たる」と色を変えることができる。好ましくは、仮想障害物９０８は不透明である。いくつかの実施形態において、視覚的および聴覚的キューは、使用者が障害物を回避するのを支援するために使用できる。例えば、溶接ツールの位置、向き、および動き、例えばＣＴＷＤ、移動速度、加工角度、前進・後退角、および狙い位置に関する視覚的キューは例えば、前述のように、ディスプレイ４４１の上の固定位置に表示し、および／または溶接ツール４８０に「貼り付けて」、使用者が障害物を回避するのを助け、および／または障害物に「当たった」こと示すことができる。それに加えて、聴覚的および／または触覚的フィードバックを提供して、使用者が障害物を回避するのを助け、および／または障害物に「当たった」ことを示すことができ、例えば、耳で聞こえるブザーおよび／または溶接ツール４６０が振動できる。シミュレーションによる障害物は、壁、天井、管、家具、および／または他の何れの種類の障害物を模倣することもできる。好ましくは、ロジックプロセッサベースのサブシステム４１０および／または他のコンピュータは、所定の障害物カテゴリ、例えば、上から溶接継手の上に垂れ下がる障害物、使用者と溶接継手との間の障害物、および溶接継手に非常に近い障害物、および／またはその他の種類の障害物等のデータベースを含み、これは使用者および／またはインストラクタが溶接訓練セッションにアップロードできる。いくつかの実施形態において、障害物が当たり前の実世界の溶接シナリオ、例えば橋梁や建物の桁や梁の溶接等がプレロードされ、および／またはカスタムメイドによってシステム４００内、例えばロジックプロセッサベースのサブシステム４１０の中に保存され、使用者はこれを選択し、それで練習できる。
【００８３】
溶接プロセス中にリアルタイムで使用者を支援することに加えて、仮想オブジェクト９００はまた、使用者のパフォーマンスおよび／または溶接の品質に関する情報を提供できる。例えば、溶接ツール位置、向き、および動き、例えばＣＴＷＤ、移動速度、加工角度、前進・後退角、および狙い位置を使って、溶接部の潜在的瑕疵（例えば、ポロシティ、溶着不良（浸透不十分）、溶接部内の亀裂、アンダーカット、溶接プロファイルが薄すぎる、溶接プロファイルが厚すぎる、等）またはその他の問題があるか否かを判断できる。好ましくは、溶接ツール４６０の位置、向き、動き、例えばＣＴＷＤ、移動速度、加工角度、前進・後退角、および／または狙い位置が、上下の目標閾値、目標値、または溶接工程の種類（例えば、ＧＭＡＷ、ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ）にとって好ましいばらつきの目標範囲、溶接継手の種類と向き、材料の種類等と比較し、溶接物内に潜在的瑕疵またはその他の問題が存在するか否かを判断する。溶接ツール４６０の位置、向き、および動きに関する使用者のパフォーマンスに加えて、その他のシステムパラメータ、例えば電圧、電流、ワイヤ送給速度、アーク長、入熱、ガス流（測定値）および／または溶着速度（例えば、ポンド／時、インチ／ラン）を解析して、溶接部４８０Ｄが容認可能か否かを判断できる。例えば、使用者のパフォーマンスパラメータのうちの１つまたは複数のおよび／またはその他のシステムパラメータのうちの１つまたは複数に基づき、システム４００、例えばロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、溶接部４８０Ｄ内の領域の、潜在的瑕疵またはその他の問題、例えばポロシティ、溶着不良（浸透不十分）、溶接部の亀裂、アンダーカット、溶接プロファイルが薄すぎる、溶接プロファイルが厚すぎる、等がありうるか否かを判断するアルゴリズムを含むことができる。潜在的問題、例えばポロシティ、溶着不良、溶接部内の亀裂、アンダーカット、および／または溶接プロファイル等を判断するためのアルゴリズムは当業界で知られているため、好ましい実施形態を説明する上で必要なものを除き、これ以上は説明しない。アルゴリズムは、使用者のパフォーマンスパラメータ閾値のうちの１つまたは複数および／またはそのシステムパラメータを設定値、例えば上下閾値、最適値、および／または好ましいばらつきと比較して、溶接部４８０Ｄの何れかの点において、セットポイントの値が所定の量だけ超過されているか否かを確認する。超過していれば、システム４００、例えばロジックプロセッサベースのサブシステム４１０は、セットポイント値が超過された溶接部内の点を追跡し続ける。セットポイント値が超過されたか否かに基づいて、属性、例えば仮想溶接オブジェクト９０２上の適当な点における色の強度を変化させて、潜在的瑕疵または問題が溶接物内にあることを示すことができる。
【００８４】
例えば、図２２および２４でわかるように、仮想溶接オブジェクト９０２は、完成した溶接部４８０Ｄにオーバレイし、溶接部の品質を示すことができる。好ましくは、図２４でわかるように、オーバレイされた仮想溶接オブジェクト９０２は、理想的な溶接プロファイルを表すものである。好ましくは、仮想溶接オブジェクト９０２は、部分的に透明で、使用者はその下にある溶接部４８０Ｄを容易に見ることができる。仮想溶接オブジェクト９０２を完成した溶接部４８０Ｄの上にオーバレイすることによって、使用者および／またはその他の監督者は、使用者により生成された実際の溶接部と理想的溶接部との比較を視覚的に見ることができる。本明細書で使用されるかぎり、「理想的溶接部」および「理想的溶接オブジェクト」という用語は、必ずしも完璧な溶接プロファイルを示すとは限らず、比較の目的のために使用できる溶接プロファイルである。好ましくは、視覚的比較を提供することに加えて、仮想溶接オブジェクト９０２の属性は、溶接のうち、問題があるかもしれない領域を示すために表示され、および／または変更できる。例えば、図２４でわかるように、使用者のパフォーマンスパラメータおよび／またはその他のシステムパラメータを比較してセットポイント値を事前設定することに基づいて、属性（例えば、色、形状、大きさ、強度（または明るさ）、および／またはその他の属性）は、仮想溶接オブジェクト９０２のうちの１つまたは複数の部分に沿って、潜在的問題のある領域上で表示され、または変更できる。図２４でわかるように、属性９５２は、例えば赤（または他の色）として、溶接プロファイルがその領域において薄すぎるか、潜在的な亀裂その他があることを示すことができる。同様に、属性９５４は、例えば赤（または他の色）として、そのスポットにおいて提供された溶接フィラが多すぎることを示すことができ、属性９５６は、使用者が十分な溶接長さに至る前に停止したことを示すことができる。もちろん、問題のある領域の視覚的表示を、ディスプレイ４４１の上で溶接部４８０Ｄの真上にオーバレイし、溶接部４８０Ｄの上に理想的仮想溶接オブジェクト９０２をオーバレイしないようにすることができる。しかしながら、理想的仮想溶接オブジェクト９０２を溶接部４８０Ｄの上にオーバレイすることによって、使用者は、潜在的問題の領域だけでなく、理想的溶接部と比較した実際の溶接部の完全なプロファイルを見ることができる。
【００８５】
好ましくは、理想的溶接オブジェクトは、システム４００、例えばロジックプロセッサベースのサブシステム４１０の中にプレロードされ、および／またはカスタムメイドにより、その中に保存できる。理想的な溶接物体は、システム４００から選択可能な溶接施工方式の種類、訓練手順にとって様々な理想的溶接プロファイルを表すことができる。好ましくは理想的な溶接プロファイルは、溶接継手の種類（ストレート、オービタル、曲線、その他）、溶接継手の向き（水平、垂直、位置外、その他）、溶接作業の種類（例えば、ＧＭＡＷ、ＦＣＡＷ、ＳＭＡＷ、ＧＴＡＷ）、その他に基づく。理想的な溶接物体の形状（例えば、溶接シームの幅と厚さ）は、コンピュータ生成モデルに基づくもの、試験溶接の解析から得られたデータに基づくもの、ベテラン溶接工または他の溶接工の溶接プロファイルに基づくもの、および／または業界で容認可能であることが分かっている溶接に基づくものとすることができる。いくつかの実施形態において、仮想溶接オブジェクトは、例えば現在の溶接を過去の溶接と比較するために、使用者の過去の溶接履歴に基づくものとすることかできる。いくつかの実施形態において、実際の溶接プロファイルのコンピュータ生成モデルは溶接プロセス中に、使用者のパフォーマンスパラメータ、例えば、ＣＴＷＤ、移動速度、加工角度、前進・後退角、および／または狙い位置のうちの１つまたは複数、および／またはその他のシステムパラメータ、例えば電圧、電流、ワイヤ送給速度、アーク長、入熱、ガス流（測定値）および／または溶着速度（例えば、ポンド／時、インチ／ラン）うちの１つまたは複数から作られる。実際の溶接プロファイルのコンピュータ生成モデルを次に溶接部４８０Ｄの上にオーバレイすることができ、前述のような潜在的問題領域が示される。コンピュータ生成モデルを見ることによって、使用者は生成された溶接部の中で、実際の溶接部４８０Ｄの中で見ることが困難または不可能なその他の特徴、例えば溶接部中央の潜在的瑕疵を見ることができるかもしれない。好ましくは、上述の例示的実施形態において、使用者は仮想オブジェクト９００を、例えば個別に、１回にすべて、および／またはグループごとに（例えば、視覚的キューに関して上述したとおり）オンとオフにすることができる。
【００８６】
いくつかの実施形態において、クーポン／被加工物４８０Ａ、Ｂはシステム４００によって、例えばロジックプセッサベースのサブシステム４１０によって自動的に校正できる。典型的に、システム４００等のシステムが実際の溶接パスがどこにあるか（例えば、すみ肉溶接パス、重ね溶接パス、および溶接開先パス）が分かるようにするために、人がまず、システム、特に空間トラッカ４２０等の追跡サブシステムを校正して、システムが溶接クーポンまたは被加工物上の溶接パスの位置、溶接パスの向き、および溶接パスの長さが分かるようにしなければならない。校正は典型的に、溶接クーポンまたは被加工物を、２つまたはそれ以上のマーカ（例えば、前述のようなアクティブまたはパッシブマーカ）を含む既知の校正ブロック内に設置するステップと、空間トラッカ４２０とプロセッサベースのサブシステム４１０に関して上で説明したトラッキングと同様に、システムがマーカの位置を捕捉できるようにするステップを含む。マーカの位置が特定された後、システムは溶接環境の３Ｄ空間内の溶接パスの位置、向き、長さを計算する。それによって、システムは狙い位置、ＣＴＷＤ等のパラメータを判断できる。しかしながら、システム校正には、人間の介入が必要であり、校正に時間がかかり、これは、異なる種類のクーポンまたは被加工物が使用されるたびに行われなければならない。
【００８７】
例示的実施形態において、システム４００はクーポン／被加工物認識装置を含むことができる。クーポン／被加工物認識装置は、送受信機９６０を含むことができる。図２５でわかるように、送受信機９６０は、スタンド５２０の追跡システム支持部５２６に（例えば、前述の追跡カメラと共に）、または他の固定位置に取り付けることができる。好ましくは、送受信機９６０は、既知のレーザ−レーダ型システムとすることができ、これはレーザ光を送信し、それが物体から跳ね返ったレーザ光を検出する。送受信機９６０は、スタンド５２０のテーブル５３８上のクーポン／被加工物４８０Ａ、Ｂまたはその他の物体からレーザを跳ね返らせる。図２５でわかるように、テーブル５３８上のその他の物体のいくつかはマーカオブジェクト９６１を含み、これは前述のシステム４００のクーポン／被加工物認識装置と追跡システムの両方のための既知の参照点を提供する。マーカオブジェクト９６１は、両方のシステム（システム４００のクーポン／被加工物認識装置と追跡システム）において捕捉されるため、マーカオブジェクト９６１は共通の特徴としての役割を果たし、これはクーポン／被加工物認識装置によって捕捉される画像を校正でき、これについて、溶接環境４８０の３Ｄ空間に関して後述する。
【００８８】
図２６でわかるように、レーザは、クーポン／被加工物４８０Ａ、Ｂおよびマーカオブジェクト９６１を含む、スタンド５２０のテーブル５３８をスキャンするために使用される。ブロック９６２で、被加工物上の物体を含むテーブル５３８の画像が撮影され、撮影された画像がさらに処理されるために送られる。ブロック９６４で、撮影された画像データが処理される。データ処理は、背景等の撮影画像の異なる領域を認識し、撮影画像の中の関心対象となる可能性のあるオブジェクトを特定するステップを含む。処理された画像データは次に、被加工物認識のために送られる。ブロック９６６で、処理された画像の中で特定された関心対象となりうる物体が、既知の溶接クーポンおよび被加工物の、例えばＣＡＤフォーマット（２Ｄまたは３Ｄ）で保存されたモデルを含む画像データベースと比較される。このモデルは、異なる種類のクーポンと被加工物、例えば管、板、Ｔ継手等を含むことができる。いくつかの実施形態において、モデルは、前述のように、システムにインポートされるカスタム部品、装置、コンポーネント等を含むことができる。クーポン／被加工物の種類が認識されると、特定された被加工物画像データが溶接パス認識のために、ブロック９６８でさらに画像処理されるために送られる。ブロック９６８で、特定された被加工物を含む画像は、再びクーポン／被加工物画像データベースと比較されて、その被加工物に関連する溶接パス、例えばすみ肉溶接パス、重ね溶接パス、溶接開先パス等が特定される。溶接パスの種類の特定に加えて、溶接パスの長さと向きもまた、マーカオブジェクト９６１に基づいて判断される。ブロック９７２で、認識されたクーポン／被加工物と溶接パスを有する画像が、３Ｄ溶接環境内で既知の向きを有するマーカオブジェクト９６１に基づいて溶接環境４８０に合わせて校正される。溶接環境４８０に合わせて校正されると、溶接パスを有する画像は、顔面装着表示装置４４０Ａのディスプレイ４４１および／またはディスプレイ４３０Ａを介して確認のために使用者に送られる。好ましくは、溶接パスは何らかの方法で、例えば仮想溶接オブジェクト等を使ってハイライトされ、それによって使用者は、クーポン／被加工物認識装置がクーポン／被加工物４８０Ａ、Ｂを正しく自動校正したことを確認できる。校正がうまくいくと、使用者はクーポン／被加工物４８０Ａ、Ｂでの訓練を開始できる。そうでなければ、使用者はクーポン／被加工物認識機器に校正プロセスを再び開始させることができる。好ましくは、クーポン／被加工物認識装置は、突合せ継手、オービタル継手、Ｔ継手等、ある範囲の溶接継手の種類と各継手種類に関連する溶接パスを自動的に特定できる。物体認識システムの上述の例示的実施形態はレーザ装置を使って説明したが、その他の既知の認識システム、例えば光学装置、超音波装置等を使用するもの等も使用できる。
【００８９】
本発明をその例示的実施形態に関して特に図示し、説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されない。当業者であれば、上述の実施形態により定義される本発明の主旨と範囲から逸脱することなく、その中に形態や詳細における様々な変更を加えてもよいことがわかるであろう。
【符号の説明】
【００９０】
１０  溶接システム
１２  溶接ヘルメット
１４  溶接システム
１６  溶接ガン
１８  被加工物
２０  溶接作業領域
２４  視覚的ディスプレイ
２６  カメラ
２８  情報生成メカニズム
３０  ＬＥＤアレイ
３２  ミラー
３４  反射面
３６  シート
１２８  プロジェクタ
１２９  情報生成装置
１３４  コンバイナ
１３５  ヘッドアップディスプレイ
１３６  画像窓
１４０  通信装置
１５０  コンピュータシステム
１６０  コンピュータシステム
１７０  無線ネットワーク
２３４  コンバイナ
２２９  情報生成装置
２３５  ヘッドアップディスプレイ
３１０  溶接機出力電流
３１２  溶接機出力電流
３１４  エンジン速度
３２０  溶接入熱
３２２  使用補助電源
３２４  使用溶接電源
４００  溶接システム
４１０  プロセッサベースのサブシステム
４２０  空間トラッカ
４３０  溶接ユーザインタフェース
４４０  ヘルメット
４４０Ａ  顔面装着ディスプレイ
４４１  ディスプレイ
４５０  電源
４６０  溶接ツール
４７０  ビデオ撮影装置
４７０  無線ネットワーク
４８０  溶接環境
４８０Ａ  溶接クーポン
４８０Ｂ  被加工物
４８０Ｃ  溶接継手
４８０Ｄ  溶接部
５２０  スタンド
５２２  台座
５２４  垂直支柱
５２６  追跡システム支持部
５３１  ラックアンドピニオンアセンブリ
５３８  テーブル
６００  目標
６０２、６０４、６０６  パッシブポイントマーカ
６２０  本体
６２２  トリガ
６２４  ノズル
６２６  チップ
６５２、６５４、６５６、６５８、６６０  ポイントマーカ
７００  視覚的キュー
７０２  画像窓
７０６  加工角度
７０８  移動速度
７１２  溶接電圧
７１４  溶接電流
７１６  ワイヤ送給速度
７２０  視覚的キュー
７３０  偏差量
７３２  ポインタ
７３４  インディケータ
７３６  目標
７３８  矢印
７４０  十字線
７４２  目標円
８００  スクリーン
８０２  ドロップダウンボックス
８０４  パラメータ
８１０  スクリーン
８５０  グラフ
９００  仮想溶接オブジェクト
９０２  仮想溶接オブジェクト
９０４  仮想溶接オブジェクト
９０８  仮想障害物
９５０Ａ  属性
９５２  属性
９５４  属性
９５６  属性
９６０  送受信機
９６１  マーカオブジェクト
【図１】
2018075636.tif 000003
【図２】
2018075636.tif 000004
【図３】
2018075636.tif 000005
【図４】
2018075636.tif 000006
【図５】
2018075636.tif 000007
【図６】
2018075636.tif 000008
【図７】
2018075636.tif 000009
【図８】
2018075636.tif 000010
【図９】
2018075636.tif 000011
【図１０Ａ】
2018075636.tif 000012
【図１０Ｂ】
2018075636.tif 000013
【図１１】
2018075636.tif 000014
【図１２】
2018075636.tif 000015
【図１３】
2018075636.tif 000016
【図１４】
2018075636.tif 000017
【図１５】
2018075636.tif 000018
【図１６Ａ】
2018075636.tif 000019
【図１６Ｂ】
2018075636.tif 000020
【図１７】
2018075636.tif 000021
【図１８】
2018075636.tif 000022
【図１９】
2018075636.tif 000023
【図２０】
2018075636.tif 000024
【図２１】
2018075636.tif 000025
【図２２】
2018075636.tif 000026
【図２３】
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【図２４】
2018075636.tif 000028
【図２５】
2018075636.tif 000029
【図２６】
2018075636.tif 000030
【外国語明細書】
2018075636000001.pdf