(57)【要約】  本発明は、溶接プロセスをシミュレートするための装置（１）および方法に関する。この装置は、入力装置（１１）と出力装置（６）とを有するコンピュータ（２）、溶接トーチ（３）、少なくとも１つの送信機（１３）と複数のセンサ（１４）とを有する磁気位置監視装置（５）、シミュレーションに使用される被加工物（４）のための保持装置（１５）、ならびに前記出力装置（６）上に二次元または三次元の画像（２９）を生成するための視覚化装置（１６）を備えている。前記保持装置（１５）が、前記被加工物（４）を挿入することができる凹所（１８）を有しており、前記位置監視装置（５）の少なくとも１つの送信機（１３）が、可能な限り小さい前記被加工物（４）からの距離にて前記凹所（１８）の下方に配置され、前記保持装置（１５）が、テーブル（１０）上に置かれるべき小さな可搬の箱（１９）として設計されている。
2011526208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置（１１）と出力装置（６）とを有するコンピュータ（２）、溶接トーチ（３）、少なくとも１つの送信機（１３）と複数のセンサ（１４）とを有する磁気位置監視装置（５）、シミュレーションに使用される被加工物（４）のための保持装置（１５）、ならびに前記出力装置（６）上に二次元または三次元の画像（２９）を生成するための視覚化装置（１６）を備えた溶接プロセスをシミュレートするための装置（１）であって、
前記保持装置（１５）が、前記被加工物（４）を挿入することができる凹所（１８）を有しており、前記位置監視装置（５）の少なくとも１つの送信機（１３）が、可能な限り小さい前記被加工物（４）からの距離にて前記凹所（１８）の下方に配置され、前記保持装置（１５）が、テーブル（１０）上に置かれるべき小さな可搬の箱（１９）として設計されていることを特徴とする装置（１）。
【請求項２】
箱（１９）および被加工物（４）が、電気的におよび磁気的に非伝導性の材料、とくには合成材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。 
【請求項３】
シミュレーションによる溶接プロセスにおいて、少なくとも１つの送信機（１３）の溶接トーチ（３）内のセンサ（１４）までの距離を最小限にできるよう、少なくとも１つの送信機（１３）が、被加工物（４）の下方の保持装置（１５）の中央の位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置（１）。
【請求項４】
箱（１９）が、前記被加工物（４）とともに、水平方向および垂直方向の両方の溶接のシミュレーションに合わせて設計されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項５】
前記被加工物（４）および箱（１９）に、自動識別手段、とくにはＲＦＩＤチップおよびＲＦＩＤ読み取り機が備えられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項６】
前記溶接トーチ（３）による入力のためのマーキングされた部分（３０）が、箱（１９）に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項７】
前記溶接トーチ（３）を適切に配置して操作することによって適切な指令をコンピュータ（２）上で実行できるよう、前記部分（３０）が、確認ボタン、反復ボタン、メニューボタン、反転ボタンとして設計されていることを特徴とする請求項６に記載の装置（１）。
【請求項８】
前記溶接トーチ（３）が、トーチハンドル（２３）および湾曲パイプ（２４）を備えており、コンピュータ（２）への接続配線を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項９】
位置監視のためのセンサ（１４）が、前記湾曲パイプ（２４）に配置され、とくにはトーチの先端の部分に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の装置（１）。
【請求項１０】
溶接ワイヤをシミュレートするための可動に支持されたピン（２２）が、前記溶接トーチ（３）に配置され、とくにはトーチの先端に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置（１）。 
【請求項１１】
溶接プロセスのシミュレーションを開始させるための開始スイッチ（２６）が、前記トーチハンドル（２３）に配置されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１２】
あらかじめ定めることができるワイヤの送り、電圧、電力、などといった溶接パラメータを調節するための追加のスイッチ要素（２７）が、前記トーチハンドル（２３）に配置されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１３】
前記位置監視装置（５）および／または前記コンピュータ（２）が、センサ（１４）が配置された視覚化装置（１６）、とくには溶接シールドまたは帽子（１８）へと接続されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１４】
表示装置（６）、とくにはモニタ（７）上での風景の視覚化のためのカメラの制御が、視覚化装置（１６）を介して実行されることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１５】
ポヒマスセンサが、前記帽子（２８）の前記溶接ヘルメットに配置され、ポヒマス送信機が、被加工物（４）に配置され、それらによってカメラの位置を割り出すことができることを特徴とする請求項１３または１４に記載の装置（１）。
【請求項１６】
すべての構成要素を納めるためのケース（８）が用意されていることを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１７】
溶接プロセスをシミュレートするために視覚化装置によって出力装置上に二次元の画像を生成するための方法であって、位置監視装置が、少なくとも１つの送信機と複数のセンサとを有しており、溶接トーチが、入力装置と出力装置とを備えるコンピュータへと接続され、該溶接トーチによって、溶接プロセスが、保持装置に配置されたシミュレーション用の被加工物においてシミュレートされ、前記被加工物に対する溶接トーチの位置およびユーザの位置、とくにはユーザの眼の位置が、前記視覚化装置によって検出され、前記コンピュータによって前記出力装置上に生成される画像へと変換される方法であり、
前記視覚化装置が、溶接シールドまたは帽子の形態に設計され、前記位置監視装置のセンサが、前記視覚化装置に配置され、前記視覚化装置が、移動に関する特別な減衰を有するカメラとして使用され、溶接のシミュレーションの開始においては前記視覚化装置の目標点が前記被加工物の中央に静的に位置し、前記溶接トーチが前記被加工物に近付くときに、前記目標点がトーチの軸の延長および前記被加工物のそれぞれの貫通点に動的に変更されることを特徴とする方法。
【請求項１８】
シミュレーションによる溶接プロセスを制御するための方法であって、コンピュータが、入力装置および出力装置、溶接トーチ、ならびに少なくとも１つの送信機と複数のセンサとが接続された磁気位置監視装置に接続されており、前記送信機が、シミュレーション用の被加工物のための保持装置に配置され、少なくとも１つのセンサが、視覚化装置および溶接トーチに同時に配置されている方法であり、
保持装置の所定の部分が、機能が託されている入力モジュールとして設計されていて、前記溶接トーチを配置し、好ましくは前記溶接トーチ上のスイッチ要素を操作することによって、前記託された機能が選択され、起動されることを特徴とする方法。 
【請求項１９】
前記所定の部分が、箱における位置によってソフトウェア技術的に定められており、好ましくは箱上の単純なラベルによって表示されていることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
所定の部分の非接触での選択が、溶接トーチの位置を割り出すことによって溶接トーチによって実行されることを特徴とする請求項１８または１９に記載の方法。
【請求項２１】
シミュレーションによる溶接ワイヤで前記所定の部分に触れることで、前記シミュレーションによる溶接ワイヤへと接続されたスイッチ要素が作動し、該所定の部分に託された機能が選択され、起動されることを特徴とする請求項１８〜２０のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２２】
前記所定の部分に託された機能が、好ましくは、溶接のシミュレーションの開始または溶接のシミュレーションの反復のために選択されることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
【請求項２３】
シミュレーションによる溶接プロセスを制御するための方法であって、コンピュータが、入力装置および出力装置、溶接トーチ、ならびに少なくとも１つの送信機と複数のセンサとが接続された磁気位置監視装置に接続されており、前記送信機が、シミュレーション用の被加工物のための保持装置に配置され、少なくとも１つのセンサが、視覚化装置および溶接トーチに同時に配置されている方法であり、
溶接プロセスのシミュレーションの制御のために溶接トーチのユーザの利き手を自動的に認識するための認識モジュールが使用され、該認識モジュールによって、前記保持装置に配置された被加工物に対するトーチハンドルおよびガスノズルの間の位置が、割り出されて評価され、割り出されたユーザの利き手に応じて、溶接プロセスのシミュレーションに関し、とくには溶接トーチの表示に関して、相応の調節が自動的に選択されることを特徴とする方法。 
【請求項２４】
シミュレーションによる溶接プロセスを制御するための方法であって、コンピュータが、入力装置および出力装置、溶接トーチ、ならびに少なくとも１つの送信機と複数のセンサとが接続された磁気位置監視装置に接続されており、前記送信機が、シミュレーション用の被加工物のための保持装置に配置され、少なくとも１つのセンサが、視覚化装置および溶接トーチに同時に配置されている方法であり、
前記出力装置に表示されたボタンの選択および操作のための制御モジュールが、前記溶接トーチに関して実行され、溶接プロセスのシミュレーションが行われていないとき、ポインタ要素の制御が前記溶接トーチによって起動され、ポインタ要素、とくにはカーソルの制御が、前記溶接トーチを特定の部分において動かすことによって実行されることを特徴とする方法。 
【請求項２５】
前記制御モジュールが、マウスパッドの形態に設計され、該マウスパッド上に、溶接トーチの位置を正確に割り出すための送信機が配置されていることを特徴とする請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
シミュレーションによる溶接プロセスを制御するための方法であって、コンピュータが、入力装置および出力装置、溶接トーチ、ならびに少なくとも１つの送信機と複数のセンサとが接続された磁気位置監視装置に接続されており、前記送信機が、シミュレーション用の被加工物のための保持装置に配置され、少なくとも１つのセンサが、視覚化装置および溶接トーチに同時に配置されている方法であり、
光源が、溶接トーチに配置され、とくにはガスノズルの部分に配置され、シミュレーションによる溶接プロセスが開始されるときに、溶接プロセスの光アークをシミュレートするために作動させられることを特徴とする方法。 
【請求項２７】
前記光源を作動させるとき、溶接シールドの保護バイザーが暗くされることを特徴とする請求項２６に記載の方法。 
【請求項２８】
請求項１７〜２７のいずれか一項に記載の方法であって、当該方法の実施が、請求項１〜１６のいずれか一項に記載の装置において実行されることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接プロセスをシミュレートするための装置であって、入力装置と出力装置とを有しているコンピュータ、溶接トーチ、少なくとも１つの送信機と複数のセンサとを有している磁気位置監視装置、シミュレーションに使用される被加工物のための保持装置、および出力装置上に二次元または三次元の画像を生成するための視覚化装置を備えている装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
さらに、本発明は、請求項１７、１８、２３、２４、および２６の冒頭部分に記載のとおりの溶接プロセスのシミュレーションを実行するための方法に関する。
【０００３】
種々の視覚溶接システムが、すでに公知である。例えばｗｗｗ．ｓｉｍｗｅｌｄｅｒ．ｃｏｍに、ベース要素と、溶接スタンドと、被加工要素とで形成された視覚溶接システムが示されている。ベース要素に、溶接プロセスを計算するための演算ユニットと、溶接プロセスを表示するためのモニタとが配置されている。さらに、ベース要素に、ホースパックアセンブリを介して溶接トーチが接続されており、この溶接トーチによって、溶接スタンドに配置されたシミュレーションに使用される被加工物について、視覚溶接を非接触で行うことができる。このために、溶接スタンドは、固定装置を備えるＵ字形のフレームの形態の受け装置を有しており、シミュレーションに使用される被加工物が取り付けられた種々のスライド要素を、挿入することが可能である。このようにして、種々の被加工物を含んでいるスライド要素を、固定装置によって溶接スタンド上の同じ位置に常に固定することができる。被加工物に対する溶接トーチの位置の割り出し（determination）は、磁気位置監視システムによって、とくにはいわゆるポヒマス（Polhemus）トラッカーによって行われる。
【０００４】
この視覚溶接システムの重大な欠点は、大きな空間が必要とされる点にある。上記の視覚溶接システムが組み立てられるとき、両方の要素（とくには、ベース要素および溶接スタンド）の互いの正確な較正を、個々のシステムの配置後にまず実行しなければならず、その後に両方の要素（とくには、ベース要素および溶接スタンド）を動かすことは不可能である（さもないと、新たな較正を実行しなければならない）。
【０００５】
さらなる欠点は、この公知のシステムにおいては、ＶＲ（仮想現実）ゴーグルだけしか使用することができない点にある。さまざまな理由（視力の障害、めがねの装用）で必ずしもすべての者がＶＲゴーグルを着用できるわけではないことに鑑み、ＶＲゴーグルのみによる視覚化に注力するシステムでは、特定のユーザが排除されてしまう。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、溶接プロセスをシミュレートするための装置および方法であって、プロセスを現実のようにシミュレートすることができ、かつ可能なかぎり簡単に操作することができる装置および方法を提供することにある。公知の装置および方法の欠点が、回避または軽減されなければならない。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の目的は、上述のような装置であって、保持装置が、被加工物を挿入することができる凹所を有しており、位置監視装置の少なくとも１つの送信機が、可能な限り小さい被加工物からの距離にて前記凹所の下方に配置され、前記保持装置が、テーブル上に置かれるべき小さな可搬の箱として設計されている装置によって達成される。送信機を被加工物に関して可能な限り最も近くに配置することで、干渉の影響を小さく抑えることができる。好都合なことに、シミュレーションによる溶接プロセスにおいて、溶接トーチの内部のセンサが被加工物の下方に配置された送信機にきわめて近付けられることで、好ましく小さい距離が実現され、結果として理想的な推定が保証される。したがって、磁気トラッキングシステムについて、干渉の影響を最大限に受けにくいことが保証される。きわめてコンパクトな設計ゆえに、すべての構成要素を、例えばケースに詰め込むことができ、したがってシステム全体を容易に持ち運ぶことができる。また、コンパクトな設計ゆえ、システムを比較的小さな空間しか必要とせずに通常のテーブル上に組み立てることができる。
【０００８】
箱および被加工物が、電気的におよび磁気的に非伝導性の材料（とくには、合成材料）で製作される場合、市販の磁気位置監視システムを使用することが可能であり、干渉の影響を小さく抑えることができる。
【０００９】
少なくとも１つの送信機が、シミュレーションによる溶接プロセスにおいて少なくとも１つの送信機と溶接トーチの内部の１つのセンサとの間の距離を最小にできるように、被加工物の下方の保持装置の中央の位置に配置される場合、高度に正確な位置の割り出しが可能になり、外的な干渉の影響が大きな影響を有さなくなる。
【００１０】
好都合には、被加工物を収容する箱が、水平方向および垂直方向の両方の溶接のシミュレーションに合わせて設計されることで、ユーザが不必要にスクラップを生じさせることなく、このシステムでほぼすべての溶接位置を練習することができる。この目的のため、ユーザは、水平方向および垂直方向の両方の溶接を実行するために、箱を回転させるだけでよい。
【００１１】
被加工物および箱に自動識別手段、とくにはＲＦＩＤチップおよびＲＦＩＤ読み取り機を備えることによって、使用される被加工物および対応するコンピュータ上の設定の自動認識が、自動的に可能にされる。したがって、システムの使いやすさが大幅に向上し、誤りの原因を最小にすることができる。
【００１２】
溶接トーチによる入力のための特定のマーキング付きの部分が、箱に配置される場合、これらの部分が、例えば確認ボタン、反復ボタン、メニューボタン、反転ボタンとして構成され、溶接トーチを適切に位置させて操作することで、該当の指令をコンピュータ上で実行することができる。したがって、ユーザがシステムを制御するために常に溶接トーチを手放す必要がなく、使いやすさが大幅に高められる。
【００１３】
好都合には、溶接トーチが、トーチハンドルおよび湾曲パイプを備えており、コンピュータへの接続配線を有している。したがって、ユーザが、実際の溶接システムにおいて使用されるような市販の溶接トーチによってシミュレーションを実行することができる。
【００１４】
位置の割り出しのためのセンサが、前記湾曲パイプに配置され、とくにはトーチの先端の部分に配置される場合、箱に位置する送信機と溶接トーチの内部のセンサとの間の距離を可能なかぎり小さく保つことができ、きわめて正確な位置の割り出しを可能にすることができる。
【００１５】
溶接ワイヤをシミュレートするための可動に支持されたピンが、溶接トーチに配置され、とくにはトーチの先端に配置されている設計とすることが、好都合である。この可動の支持によって、ピンが被加工物に触れたときに溶接トーチの中へと押し戻され、トーチまでの固定の距離が存在しない。
【００１６】
溶接プロセスのシミュレーションを開始させるための開始スイッチが、前記トーチハンドルに配置される場合、ユーザは、この開始スイッチによって実際の溶接プロセスと同様にシミュレーションによる溶接プロセスを開始させなければならない。
【００１７】
ワイヤの送り、電圧、電力、などといった所与の溶接パラメータを調節するための追加のスイッチ要素が、前記トーチハンドルに配置される場合、現実に近い溶接プロセスをシミュレートすることができ、ユーザがシミュレーションの際に溶接トーチによって適切なパラメータを変更することができる。
【００１８】
センサが配置された視覚化装置（とくには、溶接シールド）が、位置監視装置および／またはコンピュータへと接続される設計が、各ユーザに適しているわけではない通常のＶＲゴーグルを使用する必要がないという点で、好都合である。
【００１９】
また、表示装置（とくには、モニタ）上での風景の視覚化のためのカメラの制御が前記視覚化装置を介して実行される設計が、典型的な溶接シールドまたは帽子の使用を可能にし、着用の快適さを向上させるがゆえに、好都合である。ユーザの弱い視力に合わせた調節が不要である。
【００２０】
ポヒマスセンサが、溶接ヘルメットまたは帽子に配置され、ポヒマス送信機が、被加工物に配置され、これらによってカメラの位置を割り出すことができる設計が、好都合である。このやり方で、３Ｄゴーグルを必要とせずにシミュレーションによる溶接プロセスを実行するための簡潔な可能性がもたらされる。
【００２１】
好都合には、装置のすべての構成要素を収容するための可搬のケースが用意される。このやり方で、高度な柔軟性が達成される。
【００２２】
本発明の目的は、視覚化装置が、溶接シールドまたは帽子の形態に設計され、位置監視装置のセンサが、この視覚化装置に配置され、この視覚化装置が、移動に関する特別な減衰（damping）を有するカメラとして使用され、溶接のシミュレーションの開始においては視覚化装置の目標点が被加工物の中央に静的に位置し、溶接トーチが被加工物に近付くときに、前記目標点がトーチの軸の延長および被加工物のそれぞれの貫通点に動的に変更される請求項１７に記載の方法によっても達成される。このように、好都合なことに、そのようなシミュレーションにおいて、３Ｄゴーグル（ユーザの視力が弱い場合に、それに合わせた調節が必要であるという欠点を抱える）を使用する必要がなく、各々のユーザが多大な調節を必要とせずに溶接のシミュレーションを実行することができるシステムが開発された。他の利点は、溶接シールドを視覚化装置として使用する際に、ユーザが溶接シールドの使用に慣れることができ、溶接ヘルメットによる見えにくい状況を同時に練習できる点にある。
【００２３】
本発明の目的は、保持装置の所定の部分が、機能が託されている入力モジュールとして設計されていて、溶接トーチを配置し、好ましくは溶接トーチ上のスイッチ要素を操作することによって、前記託された機能が選択され、起動される請求項１８に記載の方法によっても達成される。このように、溶接トーチを制御要素として使用することによって、ユーザが特定の入力を入力するために溶接トーチを常に手放す必要がなく、システムの使いやすさが大幅に高まることが好都合である。
【００２４】
好都合には、前記所定の部分が、箱における位置によってソフトウェア技術的に定められ、好ましくは箱上の単純なラベルによって表示される。したがって、ユーザが、溶接のシミュレーションの実行に続いて、溶接トーチによって簡単に入力を入力でき、あるいは指令を作動させることができる。
【００２５】
前記所定の部分の非接触での選択が、溶接トーチの位置を割り出すことによって溶接トーチによって実行される場合、ユーザは、前記部分を選択するために、溶接トーチを前記部分の近くに移動させるだけでよい。
【００２６】
シミュレーションによる溶接ワイヤで前記所定の部分に触れることで、このシミュレーションによる溶接ワイヤへと接続されたスイッチ要素が作動し、この部分に託された機能が選択され、起動される方策が、ユーザが単にこの部分をクリックするだけで適切な機能を作動させることができるため好都合である。
【００２７】
また、前記所定の部分に託された機能が、好ましくは溶接のシミュレーションの開始または溶接のシミュレーションの反復などのために選択される方策が、ユーザがこれらの部分を作動させることによって速やかに次の溶接のシミュレーションを開始させることができるため好都合である。
【００２８】
さらに、本発明の目的は、溶接プロセスのシミュレーションの制御のために、溶接トーチのユーザの利き手を自動的に認識するための認識モジュールが使用され、保持装置に配置された被加工物に対するトーチハンドルおよびガスノズルの間の位置が、前記認識モジュールによって割り出されて評価され、そのようにして割り出されたユーザの利き手に応じて、溶接プロセスのシミュレーションに関し、とくには溶接トーチの表示に関して、相応の調節が自動的に選択される請求項２３に記載の方法によっても達成される。
【００２９】
また、本発明の目的は、出力装置に表示されたボタンの溶接トーチによる選択および操作のための制御モジュールが存在し、溶接プロセスのシミュレーションが行われていないとき、ポインタ要素の制御が溶接トーチによって起動され、ポインタ要素、とくにはカーソルの制御が、溶接トーチを特定の部分において動かすことによって実行される請求項２４に記載の方法によっても達成される。ここでは、好都合なことに、ソフトウェアの完全な制御が溶接トーチによって実行され、したがってユーザが溶接トーチと入力装置（キーボードまたはマウスなど）との間を間断なく切り換える必要がない。
【００３０】
しかしながら、制御モジュールがマウスパッドの形態に設計され、このマウスパッド上に溶接トーチの位置を正確に割り出すための送信機が配置される方策も、ポインタ要素を制御するための正確な部分が定められ、したがってポインタ要素を制御するための溶接トーチの位置の照会が大幅に容易になるため、好都合であることができる。
【００３１】
さらに、本発明の方法は、光源が溶接トーチに配置され、とくにはガスノズルの部分に配置され、シミュレーションによる溶接プロセスが開始されるときに、溶接プロセスの電気アークをシミュレートするために作動させられる請求項２６に記載の方法によっても達成される。このようにして光アークのシミュレーションが可能にされ、したがって溶接プロセスのより実際的なシミュレーションが実現される点が、好都合である。
好都合には、光源を作動させることによって、溶接シールドの保護バイザーが暗くされる。このようにして、溶接シールドの暗化が、実際の溶接プロセスのように可能にされる。
【００３２】
本発明を、添付の概略図の助けを借りて、さらに詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】ケース内に配置された溶接プロセスをシミュレートするための装置の図を示している。
【図２】組み立てられた状態の溶接プロセスをシミュレートするための装置を示している。
【図３】シミュレーション装置のためのセンサが組み込まれた溶接トーチを、概略図にて示している。
【図４】シミュレーション装置用の被加工物を挿入するための保持装置を、概略図にて示している。
【図５】隅肉溶接を練習するためにシミュレーション装置の保持装置に挿入される被加工物を、概略図にて示している。
【図６】第１の溶接ビードが設けられた隅肉溶接を練習するための別の被加工物を示している。
【図７】突き合わせ溶接を練習するために保持装置に挿入される別の被加工物を、概略図にて示している。
【図８】第１の溶接ビードが設けられた図７による被加工物を反対の向きに示している。
【図９】視覚化装置の静的な状態における表示の図を示している。
【図１０】視覚化装置の動的な状態における表示の図を示している。
【図１１】ユーザの利き手の自動認識の説明を、隅肉溶接を練習するための被加工物を使用している左利きの者を例にして示している。
【図１２】ユーザの利き手の自動認識の説明を、隅肉溶接を練習するための被加工物を使用している右利きの者を例にして示している。
【図１３】溶接トーチによる選択のための所定の部分がマーキングされている保持装置を、概略図にて示している。
【図１４】光アークをシミュレートするための光源が組み込まれている溶接トーチを、概略図にて示している。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
図１〜１２に、溶接プロセスをシミュレートするための装置１が示されている。基本的に、このような装置１において、実際の溶接プロセスは実行されず、溶接プロセスが、コンピュータ２上で動作するソフトウェアの助けによって仮想的にシミュレートおよび表示されることに、触れておかなければならない。ユーザは、溶接プロセスの練習を、そのような用途に合わせて改造された市販の溶接トーチ３の助けによって実行することができ、すなわち溶接トーチ３を被加工物４に対して案内することを、練習することができる。そのようなシミュレーションまたは練習システムは、ユーザが溶接プロセスを、溶接プロセスのためのそれぞれの付加的材料を消費することなく、かつ後にスクラップとして廃棄されると考えられる被加工物または対象物を必要とすることなく、所望の限り何度でも練習することができるという利点を提供する。したがって、例えば、溶接作業者を新たな溶接プロセスに慣れさせることができ、あるいは溶接プロセスを簡単なやり方で新たなユーザに、実際の被加工物または対象物において溶接を実行する前に、より容易に教えることができる。
【００３５】
このようなシステムにおいては、個々の構成要素の互いの位置を、リアルタイムで割り出すことが重要である。被加工物４に対する溶接トーチ３の位置、およびユーザの眼の位置、すなわち視角が、好ましくはリアルタイムで検出され、推定され、表示されなければならない。説明される実施の形態においては、例えば従来技術のポヒマストラッカー、ポヒマス送信機、およびポヒマスセンサで形成される磁気位置監視装置５が使用され、その上方において、構成要素の位置、距離、および速度が検出され、次いでコンピュータ２上で動作するソフトウェアから、光アーク、形成された溶接ビード、などといった溶接状況に関する仮想の画像へと変換され、表示装置６（とくには、市販のモニタ７）または３Ｄゴーグルのいずれかに表示される。
【００３６】
本発明によれば、システムがコンパクト、簡潔、かつ可搬であり、特別な知識を必要とせずにユーザが容易に取り扱うことができ、運ぶことができ、組み立てることができる。図１に見て取ることができるとおり、必要とされるすべての構成要素を、市販のケース８へと一体化させることができる。図２に見て取ることができるとおり、個々の構成要素が配置されるそれぞれのインレー（ｉｎｌａｙ）９または要素が、ケース８内に配置されている。ユーザが、構成要素を取り出し、組み立て、使用することができる。ユーザは、すべての構成要素をケース８に納めることができ、したがって他の者の助けを必要とせずに移動することが可能である。装置１を、テーブル１０または作業場において、場所をとらない様相で組み立てることができる。これにより、とくには練習を行おうとする溶接作業者が、前記ケース８を自宅へと持ち帰り、適切な溶接の練習を実行することができる。
【００３７】
溶接プロセスをシミュレートするための装置１の個々の構成要素は、入力装置１１（とくには、キーボード１２および／またはマウス）と出力装置６とを有するコンピュータ２、溶接トーチ３、少なくとも１つの送信機１３と複数のセンサ１４とを有する磁気位置監視装置５、シミュレートされる被加工物４のための保持装置１５、ならびに出力装置６上に二次元または三次元の画像を生成するための視覚化装置１６または３Ｄゴーグルで構成される。
【００３８】
分かりやすくするために、構成要素間の接続配線は、図示されていない。簡単な組み立てを実現するために、接続配線のためのコネクタプラグが、ユーザが装置を組み立てるときに誤った接続を行うことがあり得ないよう、常に１組のコネクタプラグが存在するように設計される。
【００３９】
しかしながら、好ましくは、ケース８から取り出すだけでよいように、構成要素が前もって互いに接続されている。ユーザは、個々の構成要素へとエネルギーを供給するために、ケース８への電源だけを確立すればよい。この目的のため、ケース８に、ユーザが通常の電源ケーブル１７を接続することができるコネクタを設けることができる。供給システム（図示されていない）が、ケース８内に配置され、すべての構成要素へと接続され、すべての構成要素に同時に電気エネルギーを供給することができる。ユーザは、すべての構成要素にエネルギーを供給するために、ケース８をケーブルによってソケットへと接続するだけでよい。
【００４０】
電気的におよび磁気的に伝導性の材料は、磁気位置監視装置の使用時に干渉を引き起こす可能性があるため、ケース８は、好ましくは、合成材料などの電気的におよび磁気的に非伝導性の材料で設計される。そのようにして、ケース８を、干渉を引き起こすことなくアセンブリに一体化させることができる。例えば、ケース８は、個々の構成要素を固定することができる案内レール、保持具、などを有することができる。例えば、被加工物４のための保持装置１５をケース８へと固定することができる。
【００４１】
装置１を組み立てるとき、被加工物４が組み合わせられてなる保持装置１５、溶接トーチ３、および視覚化装置１６をケース８から取り出し、作業空間またはテーブル１０に配置することが好ましい一方で、コンピュータ２および位置監視装置５などといった他の構成要素は、好ましくはケース８内に残される。構成要素間の必要な接続配線（図示されていない）は、ユーザがさらなる接続を確立する必要がないように、あらかじめ確立されている。コンピュータ２が、入力装置１１（とくには、キーボード１２）および出力装置６（とくには、モニタ７）へと接続され、溶接トーチ３、少なくとも１つの送信機１３と複数のセンサ１４とが接続されている磁気位置監視装置５、および視覚化装置１６へと接続される。送信機１３は、シミュレーションに使用される被加工物４のための保持装置１５に配置され、とくには保持装置１５の内部に配置される。少なくとも１つのセンサ１４が、少なくとも視覚化装置１６および溶接トーチ３に同時に配置される。ここで説明される実施の形態においては、ただ１つの送信機１３および複数のセンサ１４が使用され、それらが個々の構成要素に一体化され、磁気位置監視装置５へと接続されている。シミュレーション装置１または仮想溶接装置のすべての構成要素を可搬のケース８に収容でき、ユーザが装置の組み立て時に適切な構成要素だけをケース８から取り出せばよいこのような設計によれば、ユーザがケーブルによる接続を確立する必要がないため、高い利便性が実現される。
【００４２】
溶接プロセスをシミュレートするために、いわゆるシミュレーション用被加工物またはシミュレーションのために使用される被加工物４が必要である。この被加工物４について、実際の溶接プロセスは実行されず、被加工物４は、溶接トーチ３を案内するための位置確認として使用されるだけである。したがって、単純な形態の保持装置１５が用意され、作業場所またはテーブル１０に配置され、この保持装置１５へと被加工物４を挿入することができる。保持装置１５は、練習しようとする溶接の種類に応じた向き、すなわち水平方向または垂直方向の溶接に応じた向きにすることができるように設計される。保持装置１５を単純に回転させることができ、それでもなお、再度の較正を必要とすることなく位置の割り出しが可能であり、位置の自動認識が溶接トーチ３の位置によって実行され、表示装置６上の画像が相応に回転させられ、あるいは表示される。したがって、２つの溶接プロセス、すなわち水平方向および垂直方向の溶接プロセスを、単に保持装置１５を回転させ、すなわち保持装置１５を端面にて立たせ、ユーザが被加工物４を溶接トーチ３によって相応にトレースすることによって、１つの被加工物４を使用して練習することができる。
【００４３】
いくつかの異なる種類の溶接プロセスを練習するために、図５〜８に示されている異なる被加工物４を、保持装置１５に挿入することができる。したがって、保持装置１５は、最も異なる被加工物４を挿入することができる凹所１８を備えている。保持装置１５の凹所１８の下方に、位置監視装置５の送信機１３が、好ましくは被加工物４からわずかな距離に配置される。好ましくは、保持装置１５が、テーブル１０上に配置される小さな可搬の箱１９の形態に設計される。次いで、箱１９および挿入可能な被加工物４が、位置の割り出し時にこれらの構成要素によって干渉が引き起こされることがないよう、電気的におよび磁気的に非伝導性の材料（とくには、合成材料）で製作される。送信機１３が、被加工物４の下方で保持装置１５の中央に位置しているため、溶接のシミュレーションにおいて溶接トーチ３の内部のセンサ１４までの距離が最小限になり、したがって高精度の位置検出を実行できることが重要である。当然ながら、送信機１３を、各々の被加工物４に配置することが可能であり、そのような送信機１３が、被加工物４が箱１９に挿入されたときに位置監視装置５へと自動的に接触して接続されてもよい。センサ１４を配置するとき、センサ１４が送信機１３に可能な限り近く位置することが重要である。例えば、溶接トーチ３のセンサ１４は、好ましくはガスノズル２０に配置される。なぜならば、図３に見られるように、ガスノズル２０が溶接トーチ３の端部を形成し、溶接プロセスのシミュレーションにおいて、被加工物４のきわめて近くに位置させられるからである。したがって、被加工物４または凹所１８の下方の送信機１３と、ガスノズル２０によって近付けられる溶接トーチ３のセンサ１４との間の距離がきわめて短くなり、被加工物４に対する溶接トーチ３の位置を、高精度に推定できるようになる。さらに、送信機１３が被加工物４または凹所１８の下方で保持装置１５に固定されて配置されているため、ユーザが較正を実行する必要がない。当然ながら、少なくとも２つの較正点２１を保持装置１５上にマーキングし、ユーザが、較正ソフトウェアを起動した後に、溶接トーチ３を、とくには溶接トーチ３に配置されたピン２２によって較正点２１に位置させ、再度の較正を行うことも考えられる。
【００４４】
ユーザに現実または真の溶接の感触を与えるために、溶接トーチ３は、トーチハンドル２３、湾曲パイプ、およびホースパック２５を備えている。溶接トーチ３は、実際の溶接トーチと同じ寸法および重量を有し、接続配線（とくには、ホースパック２５）を介してコンピュータ２へと接続されている。このようにして、溶接トーチ３に一体化された要素を、ユーザが実際の溶接トーチのように使用することができる。好ましくは、シミュレーションによる溶接プロセスを作動させるための開始スイッチ２６が、トーチハンドル２３に配置される。しかしながら、ワイヤの送り、電圧、電力、などといった所与の溶接パラメータを調節するための追加のスイッチ要素２７も、トーチハンドル２３に配置することができる。また、被加工物４に対する溶接トーチ３の位置を割り出すために、溶接トーチ３も位置割り出し装置５へと接続され、位置の割り出しのためのセンサ１４が湾曲パイプ２４に配置され、とくにはトーチの先端の一部分、すなわちガスノズル２０に配置される。やはり、測定精度を向上させ、外部からの干渉の影響を最小限にするために、被加工物４の下方の送信機１３と溶接トーチ３の内部のセンサ１４との間の距離が可能な限り小さくなるよう、センサを可能なかぎりトーチの先端の近くに配置することが重要である。送信機１３と溶接トーチ３のセンサ１４との間には、被加工物４および箱１９の壁の強度だけしか配置されていないため、送信機１３と溶接トーチ３のセンサ１４との間に存在する距離は、きわめて小さい。さらに、溶接トーチ３の位置の完全な推定が可能になるよう、さらなるセンサ１４をトーチハンドル２３に配置することができる。
【００４５】
本発明による設計の重要な細部は、溶接ワイヤをシミュレートするためのピン２２が、トーチの先端、すなわちガスノズル２０に配置されており、このピン２２が、矢印によって示されているように可動に支持されている点にある。通常は、公知の設計においては、トーチの先端に固定に一体化されたピン２２が使用される。ピン２２が可動に支持されているため、ユーザが、溶接トーチ３をガスノズル２０まで被加工物４へと近付けることができ、ピン２２が溶接トーチ３へと押し込まれ、すなわちガスノズル２０へと押し込まれる。したがって、ピン２２が、被加工物４へと下ろされたときに溶接トーチ３の内部へと押し込まれ、あるいは変位するため、もはやユーザは、単純にピン２２を被加工物４へと下ろして、ピン２２によって溶接トーチ３を案内することができない。このようにして、溶接トーチ３をこれまでよりもさらに被加工物４に近付けることができるため、きわめて実際的なシミュレーションが可能にされる。さらに、ガスノズル２０から突き出すピン２２を、調節可能に設計することができ、ガスノズル２０から突き出すピン２２の長さが調節可能であることで、種々の長さの「突き出し」を練習することができる。これは、突き出しているピン２２の長さを調節することができる小型の手回し車をガスノズル２０に配置するなど、単純な形態で行うことができる。当然ながら、この調節を、例えば突き出しているピン２２の長さを調節するための小型の電気モータをガスノズル２０に組み込むことによって、自動的に実行してもよい。「突き出し」長の自動調節は、ユーザが「突き出し」長の調節をソフトウェアにて実行でき、その後に自動調節が実行される点で、好都合である。
【００４６】
さらには、最適なシミュレーションのためには、被加工物４および溶接トーチ３に対する眼の位置、とくにはユーザの眼の端の位置を割り出すことが重要であり、この目的のために、視覚化装置１６が使用される。図示のアセンブリにおいては、２つの異なる視覚化装置１６を使用することができ、とくには３Ｄゴーグル（図示されていない）ならびに溶接シールドまたは帽子２８を含む新規な設計を使用することができる。
【００４７】
３Ｄゴーグルの使用は、従来技術から知られているため、さらに詳しくは説明しない。しかしながら、３Ｄゴーグルは大きな欠点を抱えており、すなわちユーザが弱視である場合に、それに合わせた調節が必要であるため、調節を必要としない新規な視覚化装置１６を開発した。この目的のため、センサ１４が配置された視覚化装置１６（とくには、溶接シールドまたは帽子２８）が、位置監視装置５および／またはコンピュータ２へと接続される。センサ１４は、好ましくは、ユーザがシールドを装着したときにセンサ１４が好ましくは最も高い点に位置し、したがってユーザの視角を計算することができるよう、溶接シールドの支持枠または帽子２８の最上点に取り付けられる。ユーザが、溶接シールドまたは帽子２８を頭部に装着し、したがって表示装置６（とくには、モニタ７）での風景の視覚化のためのカメラの制御を、自身の頭部を動かすことによって実行することができる。視覚化装置１６のこの実施の形態においては、溶接シミュレーションのユーザへの表示が、モニタ７においてのみ行われるため、好ましくはモニタ７が、ユーザが被加工物４およびモニタ７に表示される画像２９を同時に目にすることができるよう、被加工物４または箱１９の直後に設置されるように配置される。カメラの位置が、溶接ヘルメットまたは帽子２８に取り付けられたポヒマスセンサと、被加工物４に取り付けられたポヒマス送信機とによって割り出され、ユーザの頭部の動きによってポヒマスセンサの位置が割り出され、被加工物４および溶接トーチ３に対する適切な角度を計算でき、そこから該当の画像をモニタ上に今や生成することができる。
【００４８】
当然ながら、溶接シールドおよび帽子２８の両方を使用することが可能であり、どちらの種類の視覚化装置１６によって溶接のシミュレーションを実行したいかを、ユーザが選択することができる。
【００４９】
また、視覚化装置１６は、溶接シールドまたは帽子２８の形態に設計され、位置監視装置５のセンサ１４が、視覚化装置１６の支持枠に配置される。図９および１０に概略的に示されるように、本発明による実施の形態においては、視覚化装置１６が、画像２９の動きについて特別な減衰を有しているカメラとして使用され、溶接のシミュレーションの開始時には、視覚化装置１６の目標点が、モニタ７に表示された被加工物４の中心に静的に位置し、溶接トーチ３が被加工物４に近付けられると、目標点が、トーチの軸の延長および被加工物４のそれぞれの貫通点に動的に変化する。また、図１０において、表示されている画像において今や溶接トーチ３が分かりやすくするために部分的にのみ描かれており、視角が動的に変化しているため、ユーザが溶接トーチ３を被加工物へと動かしたことを見て取ることができる。そのような視覚化装置１６によれば、３Ｄゴーグルを使用する場合と異なり、仮想の画像がすべての空間方向において生成されることがなく、重要な画像部分、すなわち被加工物４だけが、モニタ７上に定常的に表示される。図９による休止状態においては、視覚化装置１６を装着したユーザがどちらの方向を向いているかにかかわらず、被加工物４の部分だけが表示される。しかしながら、ユーザが溶接トーチ３を表示部分へと動かすと、仮想の溶接トーチ３が視認可能になり、溶接シールド３および帽子２８のセンサ１４の位置が割り出され、被加工物４の該当する眺めが割り出された位置に関して表示されるよう、システムが動的な表示画面へと切り換わる。ユーザが溶接トーチ３を再び表示部分の外へと動かすと、溶接シールドまたは帽子２８のセンサ１４の位置の推定が、いわば停止され、静的な表示画面へと切り換わる。このようにして、３Ｄゴーグルのような弱視に合わせた調節が不要であり、最も重要な部分だけがモニタ７上に定常的に表示される単純な態様がもたらされる。
【００５０】
仮想の溶接のプロセスは、シミュレーションのための通常のソフトウェアプロセスに相当するため、さらに詳しくは説明しない。それぞれのプロセスを割り出し、計算し、個々の要素の適切な表示をモニタ７または３Ｄゴーグルに表示するための適切なソフトウェアが、コンピュータ２にインストールされる。装置１の初期の動作の後で、ユーザがコンピュータ２上で種々の設定を調節でき、最も異なる種類の溶接プロセスを同時に選択できることに、簡単に触れておく。さらに、ユーザが、溶接トーチ３を被加工物４に沿って案内するための溶接トーチ３の正しい位置についての制御矢印など、補助手段の使用を望むか否かをさらに選択することができる。ユーザは、すべての設定を調節し、視覚化装置１６について決定した後で、溶接トーチ３を開始値へともたらし、次いで仮想の溶接プロセスを開始することができる。このために、ユーザは、被加工物４と溶接トーチ３との間の仮想の光アークがモニタ７上で点火されるよう、溶接トーチ３上の開始スイッチ２６を操作する。その後に、ユーザは、溶接トーチ３を被加工物４に沿った最適位置へと案内（距離の矢印などの補助手段によっても、補助手段によらなくてもよい）し、モニタ７上で仮想の画像２９に、溶接トーチ３の案内によって計算される適切な溶接ビードが形成される。ユーザが溶接プロセスを終えるとき、本発明による技術的解決策においては、実行された溶接プロセスがコンピュータ２によって分析され、統合された評価システムによって、それぞれの点が裁定される。同時に、短絡などの重要な記録をユーザによって個別に取り出すことも、当然ながら可能である。
【００５１】
図１１および１２に示されるように、アプリケーションをユーザにとって可能なかぎり便利に設計するために、例えば以下で説明されるユーザの利き手（左利き／右利きの者）の自動認識のための補助モジュールなど、本発明による複数の補助モジュールが、ソフトウェア技術的に組み込まれる。溶接トーチを取り扱うためのユーザの利き手の自動認識のための認識モジュールが、溶接プロセスのシミュレーションを制御するために、ソフトウェア技術的に使用される。この認識モジュールは、コンピュータ２上のソフトウェアに組み込まれ、ユーザは、自身の利き手に関して情報を入力したり、設定を調節したりする必要がない。保持装置１５に配置された被加工物４に対するトーチハンドル２３およびガスノズル２０の間の位置が、認識モジュールによって判断および評価され、溶接プロセスのシミュレーション（とくには、溶接トーチ３からの画像２９の表示）のための適切なソフトウェアが、自動的に選択される。そのような認識モジュールを使用するために、少なくとも２つのセンサ１４を溶接トーチ３に配置する必要があり、好ましくは、図３に見られるように、１つのセンサ１４がガスノズル２０に組み込まれ、１つのセンサ１４がトーチハンドル２３に組み込まれる。したがって、両方のセンサ１４のお互いに対する位置および送信機１３に対する位置を割り出すことができ、トーチハンドル２３の位置がガスノズル２０のセンサ１４の左側または右側のいずれであるかに応じて、ユーザがどちらの手に溶接トーチ３を保持しているのかを割り出すことができる。例えば、トーチハンドル２３のセンサ１４が、被加工物４に対してガスノズル２０のセンサ１４の左側に位置する場合、ユーザは、図１１に示されるように左手で溶接トーチ３を保持しており、ソフトウェアが、モニタ７上に左利きの者のための表示を作動させる。他方で、トーチハンドル２３のセンサ１４が、被加工物４に対してガスノズル２０のセンサ１４の右側に位置する場合、溶接トーチ３が、図１２に示されるように右手で保持されており、ソフトウェアが、右利きの者のためのモニタ７上の溶接トーチ３の表示を選択する。
【００５２】
さらに、入力の容易さを向上させるための補助モジュールが準備され、今や溶接トーチ３が、入力手段としても付加的に使用される。したがって、保持装置１５の少なくとも１つの所定の部分３０が、機能が託されてなる入力モジュールとして設計され、溶接トーチ３を配置して溶接トーチ３上の開始スイッチ２６を操作することによって、この部分３０に託された機能を選択して作動させることができる。したがって、ユーザが、特定の指令のために溶接トーチ３を置く必要がなく、適切な入力を溶接トーチ３によって直接入力することができる。そのようにする際に、所定の部分３０が、箱１９または保持装置１５上の位置を介してソフトウェア技術的に定義され、好ましくは保持装置１５上の単純なラベルによってマーキングされる。このようにして、ユーザは、この部分３０または所与の位置に溶接トーチ３を配置し、次いで溶接トーチ３に配置された開始スイッチ２６を操作することによって、この位置の背後に託された機能を読み出し、実行することができる。当然ながら、モニタ７上に表示されるポインタ要素（図示されていない）も、保持装置１５上のこれらの位置または部分３０を辿ることによって、モニタ７上の適切な位置へと移動させることができる。したがって、同じ機能を、マウスなどの適切な入力手段により、あるいはマウスまたは溶接トーチ３によって、発動させることが可能である。溶接トーチ３を使用することによって、部分３０または位置の非接触での選択を、単純に溶接トーチ３の位置を割り出すことによって実行することができる。シミュレーションによる溶接ワイヤ（すなわち、ピン２２）で所定の部分３０（すなわち、ラベル）に触れることによっても、ピン２２に接続されたスイッチ要素を、ピン２２を押し込むことによって作動させることができ、この部分３０に託された機能を選択して作動させることができる。このようにして、ユーザが、開始スイッチ２６または他のスイッチ要素２７を操作する必要がなく、溶接トーチ３の先端をそれぞれの部分３０に押し付けるだけでよい。作動のために、いくつかの可能性、すなわち例えばピン２２で触れ、トーチハンドル２３のスイッチ要素２７または開始スイッチ２６を操作し、あるいはコンピュータ２に接続されたマウスを操作するなどを、並行して動作させることができる。
【００５３】
したがって、箱１９上にいくつかの所定の部分３０が溶接トーチ３による入力のために配置されることで、ユーザが特定の機能または指令を生じさせるために溶接トーチ３を置く必要がなく、使い勝手が大きく向上する。部分３０に託される機能は、例えば、溶接のシミュレーションの開始、溶接のシミュレーションの反復、または溶接のシミュレーションの終了、などであってよい。例えば、溶接トーチ３を適切に配置して作動させることで、適切な指令をコンピュータ２上で実行できるよう、部分３０を、確認ボタン、反復ボタン、メニューボタン、反転ボタンとして設計することも可能である。
【００５４】
さらに、出力装置６上にソフトウェア技術的に表示されるボタンを選択するための制御モジュールを使用することができ、溶接プロセスのシミュレーションにおいて、この制御モジュールが作動させられ、ポインタ要素（とくには、カーソル）の制御が、溶接トーチ３を特定の部分または領域へと移動させることによって実行される。通常はマウスによって実行されるモニタ７上のポインタ要素の制御を、今や溶接トーチ３によって実行することができ、したがってユーザがマウスと溶接トーチ３との間を間断なく乗り換える必要がない。ユーザが、マウスのすべての機能を、溶接トーチ３によっても実行することができる。この目的のために、さらなる送信機１３が配置される適切なマウスパッドを使用することができる。ユーザが溶接トーチ３をマウスパッドへと案内するとき、これがさらなる送信機１３によって認識され、マウスパッドにおける溶接トーチ３の位置が、前記送信機によって推定される。そのようなマウスパッドの使用は、広範囲にわたる位置の割り出しが不要であり、マウスパッドの特定のサイズに限定され、したがってポインタ要素の案内が容易に可能である点で、好都合である。ソフトウェアが、ポインタ要素の制御または溶接プロセスのどちらが実行されるのかを自動的に認識することが重要である。これは、特定の開始位置が被加工物４の保持装置１５上に定められ、溶接トーチ３をそれらの開始位置へともたらし、溶接装置３上の開始スイッチ２６を作動させることによって、シミュレーションが開始される一方で、溶接トーチ３が開始位置から所与の距離だけ離れて位置する場合にポインタ要素の制御が実行されるように、容易なやり方で行うことができる。また、自動認識を、位置が保持装置１５またはマウスパッドのどちらの送信機１３に近いかを常に評価するように、行うことができる。
【００５５】
図６および８に、隅肉溶接または突き合わせ溶接のそれぞれにおける肉盛り溶接のシミュレーションの実施の形態が示されている。基本的に、肉盛り溶接は、溶接ビードのいくつかの層を重ね合わせて配置することからなる。この目的のため、第１の溶接ビード３１が、挿入される被加工物４へと直接シミュレートまたは設計されることが意図される。すなわち、図５および７に示されているような溶接ビード３１を含んでいない隅肉溶接または突き合わせ溶接を有する被加工物４が存在しており、これをユーザが第１の溶接のために最初に挿入し、次いで第１の溶接に続いて、この被加工物４が、シミュレーションによる溶接ビード３１が表示された図６および８による被加工物４によって置き換えられ、したがってさらなる溶接を実行することができる。図示の実施の形態においては、両方の設計が１つの被加工物４に実現されているため、ユーザは、被加工物４を反転させて保持装置１５へと再び挿入するだけでよい。
【００５６】
図１４に、光源３２がピン２２に配置され、あるいはピン２２の代わりに配置されている溶接トーチ３の実施の形態が示されている。この光源３２の目的は、実際の溶接のきわめて明るい光のアークをシミュレートすることにあり、溶接のシミュレーションの実行時に、シミュレーションの開始において光源が作動させられると同時に、表示装置６上の光のアークが点火される。好ましくは、ストロボスコープ光源３２が使用される。光源３２によって溶接トーチ３上の光アークをシミュレートすることによって、溶接ヘルメット上の保護バイザーの暗化もシミュレートまたは使用することができ、視覚化装置１６としての溶接シールドの使用時に、溶接シールドに配置された暗化するシールドが、電圧を加えることによって暗化させられる。これは、光源３２の作動に同期して実行されるべきである。当然ながら、自動的に暗くなる溶接シールドおよび相応に明るい光源において、これを自動的に実行することができ、コンピュータ２による制御が不要である。光アークをシミュレートするための光源３２を使用することで、ユーザが溶接ヘルメットを使用しなければならず、したがって溶接の際の見えづらい状態を練習することができるため、溶接プロセスのより現実的なシミュレーションが実現される。
【００５７】
ケース８は、ケース８を実際の溶接装置へと接続することができる外部インターフェイス（図示されていない）をさらに有することができる。外部インターフェイスがコンピュータ２へと接続され、したがって溶接装置からのデータをコンピュータ２へと伝えることができる。したがって、ユーザが、例えば使用中の溶接装置からデータをダウンロードし、後に自宅または事務所においてそれらの設定によって練習を行うことができる。このようにして、容易なやり方で伝達できる使用される実際の設定によるシミュレーションが可能になる。ケース８に配置されるコンピュータ２が、ラップトップとして具現化され、あるいはコンピュータが、例えば電池による内部の電源を有する場合、ケース８上の外部インターフェイスを作動させることによって、コンピュータ２を自動的に起動およびブートさせることが可能である。その後に、コンピュータ２が、接続された溶接装置から必要なデータがダウンロードされるように、データの伝達を自動的に実行する。ユーザは、ケース８と一緒に溶接装置へと出向き、ケース８を外部インターフェイスを介して溶接装置へと接続するだけでよく、それぞれのデータは自動的に転送される。
【００５８】
当然ながら、データを、ケース８内のコンピュータ２から溶接装置へと転送することも可能である。これは、最初に溶接のシミュレーションにおいて適切な溶接の試行が実行されたときに行われ、それが保存され、溶接装置へと転送される。
【００５９】
使いやすさを向上させるための他の可能性は、被加工物４および箱１９に自動認識手段、とくにはＲＦＩＤチップおよびＲＦＩＤ読み取り機が備えられることによって達成される。このやり方で、使用される被加工物４の自動認識が可能になることで、コンピュータ２上での適切な設定が自動的に行われる。このようにして、システムの使いやすさが大幅に向上し、設定における誤りの原因が最小にされうる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成22年10月13日(2010.10.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
入力装置（１１）と出力装置（６）とを有するコンピュータ（２）、溶接トーチ（３）、少なくとも１つの送信機（１３）と複数のセンサ（１４）とを有する磁気位置監視装置（５）、シミュレーションに使用される被加工物（４）のための保持装置（１５）、ならびに前記出力装置（６）上に二次元または三次元の画像（２９）を生成するための視覚化装置（１６）を備えた溶接プロセスをユーザによってシミュレートするための装置（１）であって、
前記保持装置（１５）が、テーブル（１０）上に置かれるべき小さな可搬の箱（１９）の形態に設計され、種々の被加工物（４）を挿入することができる凹所（１８）を有しており、前記位置監視装置（５）の少なくとも１つの送信機（１３）が、可能な限り小さい前記被加工物（４）からの距離にて前記凹所（１８）の下方に配置され、前記位置監視装置（５）の少なくとも１つのセンサ（１４）が、視覚化装置（１６）としてのユーザ用の溶接シールドまたは帽子（２８）に配置され、該センサおよび前記溶接トーチ（３）から割り出される被加工物（４）に対するユーザの位置および被加工物（４）に対する角度に応じて、前記表示装置（６）上の画像（２９）の視角を動的に変化させることができることを特徴とする装置（１）。
【請求項２】
前記箱（１９）および被加工物（４）が、電気的におよび磁気的に非伝導性の材料、とくには合成材料で作られていることを特徴とする請求項１に記載の装置（１）。
【請求項３】
シミュレーションによる溶接プロセスにおいて、少なくとも１つの送信機（１３）の溶接トーチ（３）内のセンサ（１４）までの距離を最小限にできるよう、少なくとも１つの送信機（１３）が、被加工物（４）の下方の保持装置（１５）の中央の位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の装置（１）。
【請求項４】
前記箱（１９）が、前記被加工物（４）とともに、水平方向および垂直方向の両方の溶接のシミュレーションに合わせて設計されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項５】
前記被加工物（４）および前記箱（１９）に、自動識別手段、とくにはＲＦＩＤチップおよびＲＦＩＤ読み取り機が備えられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項６】
溶接トーチ（３）による入力のためのマーキングされた部分（３０）が、箱（１９）に配置されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項７】
前記溶接トーチ（３）を適切に配置して操作することによって適切な指令をコンピュータ（２）上で実行できるよう、前記部分（３０）が、確認ボタン、反復ボタン、メニューボタン、反転ボタンとして設計されていることを特徴とする請求項６に記載の装置（１）。
【請求項８】
前記溶接トーチ（３）が、トーチハンドル（２３）および湾曲パイプ（２４）を備えており、コンピュータ（２）への接続配線を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項９】
位置監視のためのセンサ（１４）が、前記湾曲パイプ（２４）に配置され、とくにはトーチの先端の部分に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の装置（１）。
【請求項１０】
溶接ワイヤをシミュレートするための可動に支持されたピン（２２）が、前記溶接トーチ（３）に配置され、とくにはトーチの先端に配置されていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１１】
溶接プロセスのシミュレーションを開始させるための開始スイッチ（２６）が、前記トーチハンドル（２３）に配置されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１２】
あらかじめ定めることができるワイヤの送り、電圧、電力、などといった溶接パラメータを調節するための追加のスイッチ要素（２７）が、前記トーチハンドル（２３）に配置されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１３】
溶接ヘルメットまたは帽子（２８）上の少なくとも１つのセンサ（１４）が、ポヒマスセンサによって形成され、箱（１９）の少なくとも１つの送信機（１３）が、ポヒマス送信機によって形成されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１４】
すべての構成要素を納めるためのケース（８）が用意されていることを特徴とする請求項１〜１３のいずれか一項に記載の装置（１）。
【請求項１５】
ユーザによる溶接プロセスのシミュレーションのために視覚化装置（１６）によって出力装置（６）上に二次元の画像（２９）を生成するための方法であって、コンピュータ（２）が、入力装置（１１）および出力装置（６）、少なくとも１つの送信機（１３）と複数のセンサ（１４）とを有する位置監視装置、ならびに溶接トーチ（３）へと接続され、該溶接トーチ（３）によって、溶接プロセスが、保持装置（１５）に配置されたシミュレーション用の被加工物（４）においてシミュレートされ、前記被加工物（４）に対する溶接トーチ（３）の位置およびユーザの位置、とくにはユーザの眼の位置が、前記視覚化装置（１６）によって検出され、コンピュータ（２）によって前記出力装置（６）上に生成される画像（２９）へと変換される方法であり、
前記視覚化装置（１６）が、溶接シールドまたは帽子（２８）の形態に設計され、前記位置監視装置（５）のセンサ（１４）が、前記視覚化装置（１６）に配置され、前記視覚化装置（１６）が、移動に関する特別な減衰を有するカメラとして使用され、溶接のシミュレーションの開始においては前記視覚化装置（１６）の目標点が前記被加工物（４）の中央に静的に位置し、前記溶接トーチが前記被加工物に近付くときに、前記目標点がトーチの軸の延長および前記被加工物のそれぞれの貫通点に動的に変更されることを特徴とする方法。
【請求項１６】
ユーザによってシミュレーションされる溶接プロセスを制御するための方法であって、コンピュータ（２）が、入力装置（１１）および出力装置（６）、溶接トーチ（３）、ならびに少なくとも１つの送信機（１３）と複数のセンサ（１４）とが接続された磁気位置監視装置に接続されており、前記送信機（１３）が、シミュレーション用の被加工物（４）のための保持装置（１５）に配置され、少なくとも１つのセンサ（１４）が、視覚化装置（１６）および溶接トーチ（３）に同時に配置されている方法であり、
テーブル（１０）上に置かれるべき小さな可搬の箱（１９）として設計された前記保持装置（１５）の少なくとも１つの所定の部分（３０）が、機能が託されている入力モジュールとして設計されていて、前記溶接トーチ（３）を配置し、センサ（１４）および前記箱（１９）内の送信機（１３）によって前記溶接トーチ（３）の位置を割り出すことによって、前記託された機能が選択され、起動されることを特徴とする方法。
【請求項１７】
少なくとも前記所定の部分（３０）が、箱（１９）における位置によってソフトウェア技術的に定められており、好ましくは箱（１９）上の単純なラベルによって表示されていることを特徴とする請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
溶接ワイヤをシミュレートするためのピン（２２）で前記所定の部分（３０）に触れることで、ピン（２２）へと接続されたスイッチ要素が作動し、該所定の部分（３０）に託された機能が選択され、起動されることを特徴とする請求項１６または１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記所定の部分（３０）に託された機能が、好ましくは、溶接のシミュレーションの開始または溶接のシミュレーションの反復のために選択されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
ユーザによってシミュレーションされる溶接プロセスを制御するための方法であって、コンピュータ（２）が、入力装置（１１）および二次元または三次元の画像（２９）を表示するための出力装置（６）、溶接トーチ（３）、ならびに少なくとも１つの送信機（１３）と複数のセンサ（１４）とが接続された磁気位置監視装置（５）に接続されており、前記送信機（１３）が、シミュレーション用の被加工物（４）のための保持装置（１５）に配置され、少なくとも１つのセンサ（１４）が、視覚化装置（１６）および溶接トーチ（３）に同時に配置されている方法であり、
溶接プロセスのシミュレーションの制御のために、溶接トーチ（３）のユーザの利き手を自動的に認識するための認識モジュールが使用され、テーブル（１０）上に置かれるべき小さな可搬の箱（１９）として設計された前記保持装置（１５）に配置される被加工物（４）に対する溶接トーチ（３）のトーチハンドル（２３）およびガスノズル（２０）の間の位置が、割り出されて評価され、割り出されたユーザの利き手に応じて、溶接プロセスのシミュレーションおよび前記表示装置（６）上の画像（２９）における溶接トーチ（３）の表示に関する相応の調節が、自動的に選択されることを特徴とする方法。
【請求項２１】
ユーザによってシミュレーションされる溶接プロセスを制御するための方法であって、コンピュータ（２）が、入力装置（１１）および二次元または三次元の画像（２９）を表示するための出力装置（６）、溶接トーチ（３）、ならびに少なくとも１つの送信機（１３）と複数のセンサ（１４）とが接続された磁気位置監視装置（５）に接続されており、前記送信機（１３）が、シミュレーション用の被加工物（４）のための保持装置（１５）に配置され、少なくとも１つのセンサ（１４）が、視覚化装置（１６）および溶接トーチ（３）に同時に配置されている方法であり、
前記出力装置（６）に表示されたボタンの選択および操作のための制御モジュールが、前記溶接トーチ（３）に関して実行され、溶接プロセスのシミュレーションが行われていないとき、前記出力装置（６）に表示されるポインタ要素の制御が前記溶接トーチ（３）に関して起動され、ポインタ要素、とくにはカーソルの制御が、溶接トーチ（３）の位置を正確に割り出すための送信機が備えられたマウスパッドの部分において前記溶接トーチ（３）を動かすことによって実行されることを特徴とする方法。
【請求項２２】
ユーザによってシミュレーションされる溶接プロセスを制御するための方法であって、コンピュータ（２）が、入力装置（１１）および二次元または三次元の画像（２９）を表示するための出力装置（６）、溶接トーチ（３）、ならびに少なくとも１つの送信機（１３）と複数のセンサ（１４）とが接続された磁気位置監視装置（５）に接続されており、前記送信機（１３）が、シミュレーション用の被加工物（４）のための保持装置（１５）に配置され、少なくとも１つのセンサ（１４）が、視覚化装置（１６）および溶接トーチ（３）に同時に配置されている方法であり、
光源（３２）が、溶接トーチ（３）に配置され、とくにはガスノズルの部分に配置され、シミュレーションによる溶接プロセスが開始されるときに、溶接プロセスの光アークをシミュレートするために作動させられ、前記光源（３２）が作動させられるとき、ユーザのための視覚化装置（１６）としての溶接シールドの保護バイザーが暗くされることを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項１５〜２２のいずれか一項に記載の方法であって、当該方法の実施が、請求項１〜１４のいずれか一項に記載の装置において実行されることを特徴とする方法。
【国際調査報告】
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