(57)【要約】  本発明の溶接用ヘルメット（１２）は、関連する溶接操作からの情報の画像表示を提供し、前記画像が前記溶接作業領域と同じ焦点範囲に表される。
2013504437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接システムであり、前記システムが：
溶接電流及び電圧を生成するための溶接装置、
前記溶接電流及び電圧を制御するための溶接制御システム、
溶接パラメータをモニターするためのモニターリングシステム、及び
溶接用ヘルメットは、
前記溶接用ヘルメットが：
本体、
前記本体へ接続される視覚ディスプレー、及び
前記モニターリングシステムと交信する情報生成機構を含み、前記情報生成機構が、視覚ディスプレー上の前記モノターされた溶接パラメータに基づき前記モニターリングシステムからの情報の画像法事を生成することができ、前記画像の焦点が前記本体の外部である、溶接システム。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接システムであり、前記画像の焦点が関連する溶接作業領域内の焦点範囲であり、又は前記画像の焦点が前記関連する溶接作業領域と同じ焦点距離である、溶接システム。
【請求項３】
請求項１又は２のいずれか１項に記載の溶接システムであり、前記視覚ディスプレーが溶接レンズを含むウィンドウである、溶接システム。
【請求項４】
請求項３に記載の溶接システムであり、前記情報生成機構が前記溶接レンズ上で立体画像を投影することができる、溶接システム。
【請求項５】
請求項３又は４のいずれか１項に記載の溶接システムであり、前記情報生成機構が、前記画像を前記溶接レンズ方向に反射する一連のミラーを含む、溶接システム。
【請求項６】
請求項３乃至５のじれか１項に記載の溶接システムであり、前記溶接用ヘルメットは、が、前記画像を前記溶接用ヘルメットの内部へ反射するために、前記溶接レンズ近くに反射表面を含む、溶接システム。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の溶接システムであり、前記情報生成機構がＬＣＤディスプレー又はＬＥＤアレイを含む、溶接システム。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の溶接システムであり、前記視覚ディスプレーが、前記関連する溶接作業領域の写真を表示するための少なくとも１つのビデオモニターを含む、溶接システム。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の溶接システムであり、前記溶接用ヘルメットがさらに、前記写真を提供するために前記本体に接続された少なくとも１つのカメラを含む、溶接システム。
【請求項１０】
請求項８又は９のいずれか１項に記載の溶接システムであり、前記情報生成機構が前記写真に前記画像を含むことができる、溶接システム。
【請求項１１】
請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の溶接システムであり、前記ビデオモニターがＬＣＤディスプレーを含む、溶接システム。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の溶接システムであり、前記画像が文字数字記号を含む、溶接システム。
【請求項１３】
溶接アセンブリであり、前記アセンブリが：
溶接を形成するための溶接装置、及び
溶接用ヘルメットを含み、
前記溶接用ヘルメットが：
本体、
溶接を表示するための前記本体へ接続された視覚ディスプレー、及び
前記溶接装置と交信される情報生成機構を持ち、前記情報生成機構が、前記視覚ディスプレー上の前記溶接に基づいて前記溶接装置からの情報の画像表示を生成することができ、前記画像の焦点が関連する溶接作業領域の焦点範囲にある、溶接アセンブリ。
【請求項１４】
特に請求項１から１３に記載のシステムのための溶接用ヘルメットであり、前記ヘルメットが：
本体、
前記本体に接続される視覚ディスプレー、
溶接プロセスに関する情報を受け取りように接続可能であり、前記情報の画像表示を前記視覚ディスプレー上に生成可能であり、前記画像の焦点が前記本体の外であって、前記関連する溶接作業領域の焦点範囲内であるか、又は前記関連する溶接作業領域と同じ蒼天距離である、溶接用ヘルメット。
【請求項１５】
請求項１４に記載の溶接用ヘルメットであり、前記焦点範囲又は焦点距離が前記オペレーターにより調節可能であるか、又は自己調節的である、溶接用ヘルメット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的には溶接で使用される装置に関し、具体的には溶接用ヘルメットの溶接システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接は、種々の製品及び構造物を製造及び建設するために重要なプロセスの１つである。溶接の応用は世界中を通じて広く使用され、例えば船舶、建物、橋、車両及びパイプラインの建造及び修理などが挙げられる。溶接は、種々の場所、例えば固定された溶接操作を有する工場や、可搬溶接装置を持って現場で実行され得る。
【０００３】
手動又は半自動溶接では、ユーザ／オペレータ（即ち溶接者）は溶接を行うために溶接装置に向きあう。例えば、アーク溶接では、溶接者は手動で溶接ロッド又は溶接ワイヤを位置決めし、溶接位置で熱発生アークを生成させる。このタイプの溶接では溶接位置から電極までの空間は、生成アーク及び前記溶接基板と溶接ロッド又はワイヤ金属との最適溶融／融合の達成に影響を与える。かかる溶接の品質はしばしば溶接者の熟練度に依存する。
【０００４】
溶接者は一般に、溶接する際の種々の情報に頼る。この情報には、例えば電流及び電圧が含まれる。これまでは、溶接者はこの情報を得るためには溶接装置の制御パネルのゲージを見る必要があった。このために、溶接者はその視野を溶接作業領域から離さなければならず、望ましいことではなかった。
【０００５】
これまで、溶接の間に溶接者に情報を提供するための努力がいくつかなされており、例えば米国特許第４６７７２７７号明細書には、アーク溶接の状態に関し溶接者に電流及び電圧について音響的に指示値を与える方法が開示されている。しかし音響的にアークパラメータ指示値のみからなるモニタリングは聞きづらく補間的であり、しばしば必要とされる溶接の制御及び品質の望ましい範囲に到達することを不可能とする。
【０００６】
さらに最近米国特許第６２４２７１１号明細書には、アーク溶接をモニタリングするための装置が記載されている。これは、溶接者にリアルタイムにアーク溶接の電圧及び電流状態を提供するものであり、かかる情報はヘルメット内のヘルメットビューイングウィンドウの近くに設けられている、光、照明バーグラフ、光投影、照明透明ディスプレーなどの形で、オペレータが着用するヘルメットの視野範囲内に提示される。
【０００７】
しかしこの装置では溶接者はなお、溶接ウィンドウの近くに設けられる情報に焦点を合わすためにその視覚焦点を溶接作業領域から離さなければならない。又は溶接者は溶接作業領域に焦点を合わせながら情報を周辺で受け取らなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許第４６７７２７７号明細書
【特許文献２】米国特許第６２４２７１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は従って、溶接者（オペレータ）が前記溶接プロセスから注意をそらされることなく溶接プロセスの情報を考慮することを可能とする、溶接用ヘルメット及びシステムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、関与される溶接操作からの情報の画像表現を前記溶接作業領域と同様の範囲内に表すことができる溶接用ヘルメット、及び前記ヘルメットを含む溶接システムに関する。
【００１１】
本発明の種々の側面及び構成は、以下の詳細な説明、添付図面及び特許請求の範囲から当業者には明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明による溶接システムの模式図である。
【図２】図２は、カメラを含む、図１のヘルメットに類似する溶接用ヘルメットの拡大図である。
【図３】プロジェクターを含む、図２のヘルメットに類似する溶接用ヘルメットの断面図である。
【図４】図４は、一体的ビデオディスプレーを含む、図３のヘルメットに類似する溶接用ヘルメットの断面図である。
【図５】図５は、双眼鏡を含む、図２のヘルメットに類似する溶接用ヘルメットの斜視図である。
【図６】図６は、双眼鏡ビューイングスクリーンを示す、図５のヘルメットに類似する溶接用ヘルメットの内部を見た図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１には溶接システム１０が示される。前記溶接システム１０は、溶接用ヘルメット１２、溶接システム１４、溶接ガン１６及びワークピース１８を含む。前記ワークピース１８は一般に溶接作業領域２０を定め、前記溶接ガン１６が溶接を行うために使用され得る領域である。
【００１４】
前記溶接システム１４は、溶接電圧及び電流を生成するための装置、前記溶接電圧及び電流を制御するための溶接制御装置及び前記溶接電圧及び電流をモニターするためのモニターリングシステムを含む。前記モニターリングシステムはまた、種々のその他のパラメータをモニターすることができ、例えば限定されるものではないが、ワイヤ供給速度、使用したワイヤ量／残りのワイヤ量、オペレータによる望まれる全てのタイプの溶接フィードバック及びその他の望ましい操作パラメータが含まれる。
【００１５】
前記溶接用ヘルメット１２は、本体２２と前記本体２２に接続される視覚ディスプレー２４を含む。前記ディスプレー２４がウィンドウを含み、これには、溶接用レンズ、ＬＣＤディスプレー又はＬＥＤアレイなどのビデオモニター、又は溶接者が前記溶接作業領域２０を見ることができるための適する全ての装置が含まれる。前記視覚ディスプレー２４はアクティブ型又はパッシブ型であってよく、及び／又は前記オペレータが前記視覚ディスプレー２４を通して前記溶接作業領域２０上を見ることを可能とする。理解されるべきことは、前記ディスプレー２４がビデオモニターである例では、前記溶接操作の画像を強化するためにビデオ処理が使用され得る、ということである。さらに場合により、分析及び／又は評価のために溶接操作を記憶又は再生するために、記録装置が含まれ得る。
【００１６】
図２に示されるように、溶接用ヘルメット１２は前記溶接者の視点又はその近くに設けられるカメラ２６を含む。前記視覚ディスプレー２４がビデオモニターであるこの例では、前記カメラ２６は前記溶接作業領域２０のビデオ画像を前記ディスプレー２４へ提供することができる。
【００１７】
図３及び４に示されるように、情報生成機構２８が前記溶接システム１４の前記モニターシステムと交信状態であり、前記モニターシステムからの電流及び電圧などの情報の画像表現を前記視覚ディスプレー２４上に生成することができ、ここで前記画像の焦点は、関連する溶接作業領域、例えば前記溶接用ヘルメット１２の本体２２の外側の焦点範囲である。例えば前記画像は、記号、文字数字又はその他の方法を示すために適切な全てであり得る。従って、溶接者は、前記作業領域から焦点を移動させることなく溶接操作についての情報の画像表現を見ることができる。従って、少なくとも１つの実施態様では、前記溶接者は前記作業領域及び前記情報画像を同時に焦点化することができる。
【００１８】
理解されるべきことは、他のタイプの情報にはとりわけその他のパラメータに基づくものとして、溶接電圧及び電流に基づく情報としては限定されるものではないが、溶接電流フィードバック、溶接電圧フィードバック、前記溶接装置の制御設定、前記溶接プロセスの統計的情報、ベンチマーク又は容量表示を含む限定、材料不足又は低フローを含む警告、意図する又は望ましい溶接の表示などが挙げられる、ということである。
【００１９】
さらに１つの実施態様では、前記カメラ２６は前記溶接作業領域２０に関する前記画像の深さを測定するために使用される。他の実施態様では、前記溶接ガンの位置センサーが前記画像の深さを測定するために使用され得る。具体的適用では、前記画像に表示される情報に前記溶接者が容易にアクセスできるように、かつ前記画像の情報が容易に前記溶接者により受け入れられるように、前記画像及び前記溶接作業領域を注意して配列することが非常に望ましい。
【００２０】
視覚ディスプレー２４がビデオモニターである例では、情報生成機構２８は、前記ディスプレー２４上に示される溶接作業領域２０のビデオ画像に、溶接電圧及び電流などの前記モニターされたパラメータに基づいて、前記モニターシステムからの情報の画像表示を含むことができる。
【００２１】
２９で示されるように、情報生成機構２８は、望ましい場合にはその他の装置と有線又は無線で接続され得る。
【００２２】
図３では、情報生成機構２８がプロジェクターである。前記プロジェクターには、例えば、前記視覚ディスプレー２４へ生成された画像を反射するためのいくつかの関連するミラー３２と共に、内部ＬＣＤディスプレー又はＬＥＤアレイ３０が含まれる。前記反射画像は、前記画像に前記視覚ディスプレー２４に関する深さを与え、従って前記画像を、前記溶接用ヘルメット１２の本体２２の外側の関連する溶接作業領域の焦点範囲で、かつ場合により前記関連する前記溶接作業領域２０と同じ距離に置く。場合により、反射表面３４が望ましい反射の程度又は角度を達成するために前記視覚ディスプレー２４の一部分上に設けられ得る。１つの実施態様では、テレプロンプタータイプ技術が、前記ディスプレー２４又は表面３４上の画像を配置するために利用され得る。さらに、理解されるべきことは、１つの実施態様では、前記ヘルメット内にＬＣＤディスプレー又はその他の類似のディスプレーを前記画像を生成するために設け、前記画像をその後、前記画像ディスプレー２４又は表面３４へ反射、光学的ファイバ又は他の全ての適切な装置などの光路に沿って送られる、ということである。
【００２３】
図４では、情報生成機構２８は、前記視覚ディスプレー２４内に一体化された
スクリーン、フィルム又はシート３６を含む。前記シート３６は、半透明ＬＣＤフィルム、電子光学フィルム、又は視覚ディスプレー２４で生成される画像を生成するために前記情報生成機構２８のためのその他の全ての適切な媒体であり得る。１つの応用では、前記情報生成機構２８は、前記溶接レンズ上に立体画像を投影することができ、溶接者の眼が別々に画像を見て深さを知覚し、それにより溶接者は、関連する溶接作業領域２０内の焦点範囲で、前記溶接用ヘルメット１２の本体２２の外側で前記画像を焦点化できる。
【００２４】
図５には双眼鏡カメラ２６ａ及び２６ｂを含む溶接用ヘルメット１２を示す。図６に示されるように、これらのカメラ２６ａ及び２６ｂは双眼ビューイングスクリーン２４ａ及び２４ｂに対応する。情報生成機構が、前記ビューイングスクリーン２４ａか２４ｂのいずれか又はそれらの両方に生成されるように画像を生成することができる。１つの実施態様では、前記カメラ２６ａ及び２６ｂは、前記本体２２の反対側に、前記スクリーン２４ａ及び２４ｂに一致させて配置され、それにより前記溶接者に前記ビューを目の前に与えるものである。さらに、双眼カメラ２６ａ及び２６ｂと、双眼ビューイングスクリーン２４ａ及び２４ｂとを含む実施態様において、深さの知覚が生成される。
【００２５】
全ての場合において、前記画像には、テキスト、グラフィックス及び／又はビデオフィードバックが重ね合わされ得る。さらに、少なくとも１つの実施態様では、前記システムは、限定されるものではないがロボット溶接又は水面下溶接などの遠隔溶接で使用され得る。
【００２６】
本発明の操作の原理及び態様が具体的な実施態様により説明され図示されたが、理解されるべきことは、かかる説明及び図示の他の実施態様についても本発明の本質及び範囲から離れることなく、実施することができる、ということである。従属請求項全ては、前記ヘルメットを含む溶接用ヘルメット及び溶接システムの構成を定めるものである。全ての従属請求項の全ての構成自体は前記ヘルメット自体に関する。
【００２７】
前記溶接領域は一般には、前記溶接位置周辺である。前記溶接領域は前記アークの位置又は前記ワークピースの延長部分であり得る。又は前記溶接領域は溶接ガン又はその尖端などの部分又はそのボタンなどの操作手段を含み得る。
【００２８】
前記焦点距離又は焦点範囲は、前記ヘルメット及び、より正確には一方でその視覚ディスプレーかつ他方では前記溶接領域との間の距離に依存して存在するか又は手動又は自動で調節可能に存在する。前記焦点範囲は、例えば５、１０、１５、２０又は３０ｃｍであり、好ましくは前記溶接位置の周辺に中心化され得るものであり、かつ溶接位置を含む全ての場合であり、前記ワークピースの延長に対応するものである。自己調節の場合には、前記ヘルメット及び／又は前記作業領域上に距離決定手段が設けられ得る。
【符号の説明】
【００２９】
１０  溶接システム
１２  溶接用ヘルメット
１４  溶接システム
１６  溶接ガン
１８  ワークピース
２０  溶接作業領域
２２  本体
２４  視覚ディスプレー
２４ａ  双眼ビューイングスクリーン
２４ｂ  双眼ビューイングスクリーン
２６  カメラ
２６ａ  カメラ
２６ｂ  カメラ
２８  情報生成機構  
３０  ＬＥＤアレイ
３２  ミラー
３４  反射表面
【図１】
2013504437.tif 000003
【図２】
2013504437.tif 000004
【図３】
2013504437.tif 000005
【図４】
2013504437.tif 000006
【図５】
2013504437.tif 000007
【図６】
2013504437.tif 000008
【国際調査報告】
2013504437.tif 000009
2013504437.tif 000010
2013504437.tif 000011