УСТРОЙСТВО И СПОСОБ МОДЕЛИРОВАНИЯ ПРОЦЕССА СВАРКИ
DEVICE AND METHOD FOR SIMULATING WELDING PROCESS

Изобретение относится к устройству для моделирования процесса сварки, содержащему компьютер с устройством ввода и устройством вывода, сварочную горелку, магнитное устройство контроля положения, по меньшей мере, с одним датчиком и с несколькими сенсорными элементами, держатель, предназначенный для осуществления моделирования заготовки, и устройство визуализации для получения двух- или трехмерного изображения на устройстве вывода.
Изобретение относится также к способам осуществления моделирования процесса сварки, которые описаны в ограничительных частях пунктов 17, 18, 23, 24 и 26 формулы изобретения.
Уже известны различного рода визуальные сварочные системы. К примеру, на сайте www.simwelder.com представлена визуальная сварочная система, образованная из базового элемента, сварочной стойки и элемента заготовки. Базовый элемент состоит из блока вычислительной машины для расчета процесса сварки и дисплея для отображения процесса сварки. К базовому элементу посредством пакета рукавов подсоединена далее сварочная горелка, посредством которой бесконтактным способом может быть осуществлен визуальный процесс сварки на позиционированной на сварочной стойке, предназначенной для моделирования процесса сварки, заготовке. Для этого сварочная стойка имеет приемное устройство в виде U-образной рамы с крепежным устройством, в которое могут помещаться различные съемные элементы с закрепленными на них, предназначенными для моделирования процесса сварки, заготовками. При этом съемные элементы с различными заготовками посредством крепежного устройства могут закрепляться всегда в одном и том же положении на сварочной стойке. Учет положения сварочной горелки относительно заготовки осуществляется посредством магнитной системы контроля положения, в частности, с так называемым устройством слежения фирмы Polhemus.
Существенный недостаток данной визуальной сварочной системы состоит в том, что эта система занимает очень много места. В процессе сборки данной сварочной системы необходимо после установки отдельных систем, в частности базового элемента и сварочной стойки, произвести сначала точную калибровку обоих элементов, причем после этого оба элемента, в частности базовый элемент и сварочная стойка, не должны смещаться, так как, в противном случае, необходимо будет производить повторную калибровку.
Следующий недостаток состоит в том, что в этой известной системе могут использоваться лишь VR-очки (Virtual Reality). Так как не все люди, по различным причинам (наличие аметропии, наличие очков), могут носить VR-очки, то система, которая основывается лишь на визуализации посредством VR-очков, исключает определенных пользователей.
Задача предложенного на рассмотрение изобретения состоит в создании устройства и способа для моделирования процесса сварки, посредством которых процесс может быть смоделирован максимально реалистично и обслужен максимально просто. Недостатки известных устройств и способов должны быть устранены, либо их количество должно быть сокращено.
Задача изобретения решается посредством вышеупомянутого устройства, у которого держатель имеет углубление, в которое может вставляться заготовка, причем, по меньшей мере, один датчик устройства контроля положения расположен ниже углубления на минимальном расстоянии от заготовки, и держатель выполнен в виде небольшого переносного бокса для установки на стол. За счет максимально близкого позиционирования датчика относительно заготовки негативные воздействия могут удерживаться на минимальном уровне. Предпочтительным является при этом то, что в ходе моделированного процесса сварки сенсорный элемент в сварочной горелке проводится очень близко от расположенного под заготовкой датчика, в результате чего добиваются минимального зазора и, тем самым, обеспечивают оптимальную оценку. Тем самым гарантируется максимальная невосприимчивость магнитной системы слежения в отношении негативных воздействий. За счет очень компактной конструкции все компоненты устройства могут быть размещены, к примеру, в одном чемоданчике и, таким образом, вся установка может быть легко транспортирована. Также, в силу компактного исполнения, установка может быть собрана на обычном столе и требует сравнительно немного места.
Если бокс и заготовка выполнены из электро- и магнитонепроводящего материала, в частности из пластмассы, то может быть использована стандартная магнитная система контроля положения, и негативные воздействия могут удерживаться на незначительном уровне.
Если, по меньшей мере, один датчик расположен в центре держателя ниже заготовки так, что в ходе моделированного процесса сварки удаление, по меньшей мере, одного датчика от сенсорного элемента в сварочной горелке может быть минимизировано, возможно очень точное определение положения, и внешние негативные воздействия не оказывают существенного влияния.
В предпочтительном варианте выполнения бокс с заготовкой предназначен для моделирования горизонтальной, а также вертикальной сварки, благодаря чему пользователем посредством системы могут быть отработаны практически все сварочные положения, без необходимости образования при этом некондиционных отходов. Для этого пользователю требуется лишь повернуть бокс, чтобы иметь возможность произвести как горизонтальную, так и вертикальную сварку.
За счет оснащения заготовки и бокса автоматическим средством распознавания, в частности, чипом радиочастотной идентификации и считывающим устройством радиочастотной идентификации, становится возможным автоматическое распознавание используемой заготовки и автоматически соответствующая настройка на компьютере. Вследствие этого, также существенно повышается комфорт при обслуживании устройства, а источники ошибок могут быть минимизированы.
Если на боксе расположены определенные маркированные зоны для ввода данных посредством сварочной горелки, и эти зоны выполнены, к примеру, как поверхности контакта управления, поверхности контакта повтора, поверхности контакта меню, поверхности контакта обратного переключения, то при соответствующем позиционировании и активизации сварочной горелки на компьютере осуществляется соответствующая операция. Благодаря этому пользователь для управления системой не должен постоянно выпускать из рук сварочную горелку, вследствие чего существенно повышается комфорт при обслуживании системы.
В предпочтительном варианте выполнения сварочная горелка сформирована посредством рукоятки горелки и колена трубы и имеет проводное подсоединение к компьютеру. Таким образом, пользователь может осуществлять моделирование процесса сварки посредством стандартной сварочной горелки, которая используется в настоящей сварочной установке.
Если в колене трубы, в частности, в зоне наконечника горелки, расположен сенсорный элемент для определения положения, расстояние между датчиком на боксе и сенсорным элементом в сварочной горелке может удерживаться минимальным, и имеется возможность для очень точного определения положения.
Предпочтительным является вариант выполнения изобретения, при котором на сварочной горелке, в частности, на наконечнике горелки, расположен установленный подвижным образом штифт для моделирования сварочного электрода. За счет подвижной установки добиваются того, что штифт при соприкосновении с заготовкой задвигается обратно в сварочную горелку и, таким образом, не образуется никакого фиксированного зазора относительно горелки.
Если на рукоятке горелки расположен пусковой выключатель для активизации моделирования процесса сварки, то пользователь должен запускать моделированный процесс сварки, как при реальном процессе сварки, посредством пускового выключателя.
Если на рукоятке горелки расположены дополнительные переключательные элементы для регулировки задаваемых параметров сварки, таких, к примеру, как величина подачи электрода, величина напряжения и сила тока, то может быть смоделирован процесс сварки, который очень близок к реальному процессу сварки, и пользователь во время моделирования посредством сварочной горелки может изменять соответствующие параметры.
Вариант осуществления изобретения, при котором с устройством контроля положения и/или с компьютером соединено устройство визуализации, в частности, сварочный щиток, на котором расположен сенсорный элемент, является предпочтительным, так как вследствие этого не должны использоваться обычные VR-очки, которые подходят не для всех пользователей.
Предпочтительным является также вариант выполнения изобретения, при котором посредством устройства визуализации осуществляется управление камерой для визуализации происходящего на индикаторном устройстве, в частности на дисплее, так как вследствие этого может быть использован обычный сварочный щиток или шлем, в результате чего повышается комфортность при носке. Также нет необходимости в его подгонке по степени слабого зрения пользователя.
Предпочтительным является вариант выполнения изобретения, при котором на сварочном щитке или на шлеме расположен сенсорный элемент фирмы Polhemus, а на заготовке расположен датчик фирмы Polhemus, посредством которых может быть определено положение камеры. Вследствие этого создается простая возможность осуществления моделированного процесса сварки без использования 3D-очков.
В предпочтительном варианте выполнения предусмотрен чемоданчик для размещения всех компонентов устройства. В результате обеспечивается высокий уровень многовариантности при использовании.
Задача изобретения решается также посредством способа по пункту 17 формулы изобретения, при котором устройство визуализации выполнено в виде сварочного щитка или шлема, и на устройстве визуализации располагается сенсорный элемент устройства контроля положения, и устройство визуализации используется в качестве камеры со специальным уменьшением света для перемещения, причем к началу моделирования процесса сварки заданная координата устройства визуализации статично располагается в центре заготовки, и эта заданная координата при приближении сварочной горелки к заготовке динамично изменяется в соответствующей точке пересечения продолжения оси горелки и заготовки. Предпочтительным является при этом то, что при таком моделировании использование 3D-очков не является обязательным условием, недостатком которого является то, что эти очки должны быть подогнаны под возможную степень слабого зрения пользователя, а здесь создана система, при которой каждый пользователь без особой подгонки оборудования может осуществлять процесс сварки. Следующее преимущество состоит в том, что при использовании сварочного козырька в качестве устройства визуализации пользователь может привыкать к применению сварочного козырька и одновременно отрабатывать условия плохой видимости при работе в сварочном шлеме.
Задача изобретения решается, однако, также посредством способа по пункту 18 формулы изобретения, причем образуется определенная зона держателя в качестве модуля ввода с гарантированными функциями и за счет позиционирования сварочной горелки и в предпочтительном варианте за счет активизации переключательного элемента на сварочной горелке выбираются и активизируются гарантированные функции. Предпочтительным является при этом то, что за счет использования сварочной горелки в качестве элемента управления пользователь не должен постоянно выпускать сварочную горелку из рук для осуществления определенных вводов, вследствие чего повышается комфорт при обслуживании системы.
В предпочтительном варианте выполнения определенная зона согласно программному обеспечению определяется положением на боксе и в предпочтительном варианте маркируется посредством простой наклейки на боксе. Благодаря этому, пользователь может простым способом произвести другие вводы или осуществить другие операции после осуществленного моделирования процесса сварки.
Если осуществляется бесконтактный выбор определенных зон с помощью сварочной горелки посредством определения положения сварочной горелки, то пользователю для выбора зоны нужно лишь провести сварочную горелку вблизи этой зоны.
Предпочтительными являются мероприятия, при которых посредством касания определенной зоны моделированным сварочным электродом активизируется соединенный с моделированным сварочным электродом переключательный элемент, и выбирается и активизируется гарантированная для этой определенной зоны функция, так как таким образом пользователь может лишь простым нажатием на зону инициировать соответствующие функции.
Предпочтительными являются также мероприятия, при которых гарантированная функция для определенной зоны предпочтительно выбирается для запуска моделирования процесса сварки или для повтора моделирования процесса сварки, так как благодаря этому пользователь посредством активизации этих зон сразу же может начать следующее моделирование процесса сварки.
Задача изобретения решается также посредством способа по пункту 23 формулы изобретения, причем используется модуль распознавания для автоматического распознавания леворукости/праворукости пользователя сварочной горелки для управления моделированием процесса сварки, причем модуль распознавания определяет и производит оценку положения между рукояткой горелки и газовым соплом в отношении расположенной в держателе заготовки, и в зависимости от установленной леворукости/праворукости пользователя автоматически выбираются соответствующие предписания по моделированию процесса сварки, в частности, по изображению сварочной горелки.
Задача изобретения решается также посредством способа по пункту 24 формулы изобретения, причем посредством сварочной горелки используется модуль управления для выбора и активизации представленных на устройстве вывода поверхностей контакта, причем в отсутствие моделирования процесса сварки управление стрелочным элементом активизируется посредством сварочной горелки, и управление стрелочным элементом, в частности стрелкой мыши, осуществляется посредством перемещения сварочной горелки в определенной зоне. Предпочтительным является при этом то, что полноценное управление программным обеспечением может осуществляться посредством сварочной горелки, так что пользователь не всегда должен чередовать сварочную горелку и устройство ввода, то есть клавиатуру или мышь.
Также предпочтительным является мероприятие, при котором модуль управления выполнен в виде коврика для мыши, и на коврике для мыши располагается датчик для точного определения положения сварочной горелки, так как благодаря этому определяется точная зона для управления стрелочным элементом и, таким образом, существенно упрощается запрос по положению для сварочной горелки для управления стрелочным элементом.
Далее задача изобретения решается также посредством способа по пункту 26 формулы изобретения, причем на сварочной горелке, в частности в зоне газового сопла, располагается источник света, который при активизации моделированного процесса сварки активизируется для моделирования световой дуги сварочного процесса. Предпочтительным является при этом то, что вследствие этого возможно моделирование световой дуги и, таким образом, создается еще более реальное моделирование процесса сварки.
В предпочтительном варианте с активизацией источника света защитный визир сварочного щитка затемняется. Благодаря этому возможно затемнение защитного визира, как в условиях реального процессе сварки.
Настоящее изобретение поясняется чертежами, на которых представлено следующее:
фиг.1 - устройство для моделирования процесса сварки, в чемоданчике;
фиг.2 - устройство для моделирования процесса сварки, в собранном состоянии;
фиг.3 - сварочная горелка со встроенными сенсорными элементами устройства для моделирования процесса сварки, в упрощенном, схематичном изображении;
фиг.4 - держатель для установки заготовки устройства для моделирования процесса сварки, в упрощенном, схематичном изображении;
фиг.5 - заготовка для установки в держатель устройства для моделирования процесса сварки, для отработки углового сварного шва, в упрощенном, схематичном изображении;
фиг.6 - другая заготовка для отработки углового сварного шва, с выполненным первым валиком сварного шва;
фиг.7 - другая заготовка для установки в держатель, для отработки стыкового сварного шва, в упрощенном, схематичном изображении;
фиг.8 - заготовка согласно фиг.7 в повернутом положении с выполненным первым валиком сварного шва;
фиг.9 - индикация устройства визуализации, в статичном состоянии;
фиг.10 - индикация устройства визуализации, в динамичном состоянии;
фиг.11 - автоматическое распознавание леворукости/праворукости пользователя на примере левши при использовании заготовки для отработки углового сварного шва;
фиг.12 - автоматическое распознавание леворукости/праворукости пользователя на примере правши при использовании заготовки для отработки углового сварного шва;
фиг.13 - держатель с отмеченными определенными зонами для выбора посредством сварочной горелки, в упрощенном, схематичном изображении;
фиг.14 - сварочная горелка со встроенным источником света для моделирования световой дуги, в упрощенном, схематичном изображении.
На фиг.1-12 представлено устройство 1 для моделирования процесса сварки. Здесь следует, в принципе, учесть, что в таком устройстве 1 не производится никакого фактического процесса сварки, а посредством используемого на компьютере 2 программного обеспечения моделируется и виртуально отображается процесс сварки. При этом пользователь посредством обычной сварочной горелки 3, которая для использования такого рода соответствующим образом переделана, может отрабатывать процесс сварки, то есть отрабатывать перемещение сварочной горелки 3 относительно заготовки 4. Преимущество такого рода моделирующих или тренировочных систем состоит в том, что пользовать может осуществлять процесс сварки сколь угодно часто, без использования при этом соответствующего присадочного материала для осуществления процесса сварки и одновременно без необходимости использования заготовок или других предметов, которые затем в качестве отходов должны быть отбракованы. Таким образом, сварщик может, к примеру, обучаться новому процессу сварки, или же можно будет более простым способом демонстрировать новым пользователям процесс сварки, прежде чем они начнут осуществлять этот процесс на реальных заготовках или других предметах.
Важным моментом в системах такого рода является определение положения отдельных компонентов относительно друг друга в режиме реального времени. Положение сварочной горелки 3 относительно заготовки 4 и положение глаз пользователя, то есть угол видимости, должны быть, по возможности, в режиме реального времени зарегистрированы, обработаны и представлены на изображении. В описанном варианте выполнения изобретения для этого используется магнитное устройство 5 контроля положения, которое образуется из относящихся к уровню техники устройства слежения фирмы Polhemus, датчика фирмы Polhemus, а также сенсорных элементов фирмы Polhemus, посредством которых регистрируются положения, расстояния и скорости компонентов, и затем, посредством установленного на компьютере 2 программного обеспечения, преобразуются в виртуальное изображение с соответствующими условиями сварки, такими, к примеру, как световая дуга, сформированный валик сварного шва и проч., и выводятся либо на индикаторное устройство 6, в частности, на стандартный дисплей 7, либо на 3D-очки.
Техническое решение, в соответствии с изобретением заключается в создании компактного, легкого, переносного устройства, которое может легко обслуживаться, переноситься и собираться пользователем, без необходимости применения специальных знаний. При этом все необходимые компоненты могут быть укомплектованы в обычном чемоданчике 8, как показано на фиг.1. Как становится очевидно на основании фиг.2, в чемоданчике 8 располагаются соответствующие вкладыши 9 или элементы, в которых позиционированы отдельные компоненты. Пользователь может вынуть эти компоненты, собрать их и использовать. Пользователь может уложить все компоненты в чемоданчик 8 и с легкостью сменить место пребывания, без привлечения дополнительных помощников. Устройство 1 может быть с легкостью компактно собрано на столе 10 или на рабочем месте. Таким образом, вновь обучаемые сварщики могут взять чемоданчик 8, к примеру, домой и там выполнить соответствующие тренировочные упражнения по сварке.
Отдельные компоненты устройства 1 для моделирования процесса сварки состоят из компьютера 2 с устройством 11 ввода, в частности, клавиатуры 12 и/или мыши, и устройством 6 вывода, из сварочной горелки 3, из магнитного устройства 5 контроля положения, по меньшей мере, с одним датчиком 13 и несколькими сенсорными элементами 14, из держателя 15 для моделированной заготовки 4 и из устройства 16 визуализации или 3D-очков для создания двух- или трехмерного изображения на устройстве 6 вывода. Для лучшей наглядности соединительные провода между компонентами не изображены. Для простоты сборки соединительные штекеры для соединительных проводов выполнены таким образом, что всегда имеется лишь одна пара соединительных штекеров, так что пользователь при сборке не может осуществить неправильные соединения.
В предпочтительном варианте выполнения компоненты уже соединены друг с другом таким образом, что они только лишь должны быть извлечены из чемоданчика 8. Пользователю нужно лишь, чтобы чемоданчик 8 был подсоединен к источнику энергоснабжения для обеспечения электроэнергией отдельных компонентов. Для этого на чемоданчике 8 может быть предусмотрен разъем, к которому пользователь может подсоединить обычный кабель 17 подключения к источнику тока. В чемоданчике 8 расположена система энергообеспечения (не изображена), которая соединена со всеми компонентами, так что все они одновременно могут снабжаться электроэнергией. Пользователь должен лишь подключить чемоданчик 8 к розетке посредством кабеля, чтобы обеспечить электроэнергией все компоненты устройства.
Так как при использовании магнитных устройств контроля положения электро- и магнитопроводящие материалы могут вызывать помехи, чемоданчик 8 изготавливается предпочтительно из электро- и магнитонепроводящего материала, к примеру, из пластмассы. Благодаря этому чемоданчик 8 может быть встроен в конструкцию, не создавая помех со своей стороны. Чемоданчик 8 может иметь, к примеру, направляющие, держатели и проч., в которых могут закрепляться отдельные компоненты устройства. К примеру, было бы возможно, закреплять держатель 15 для заготовки 4 на чемоданчике 8.
В предпочтительном варианте выполнения при сборке устройства 1 держатель 15 вместе с соответствующей заготовкой 4, сварочная горелка 3 и устройство 16 визуализации вынимаются из чемоданчика 8 и устанавливаются на рабочее место или на стол 10, в то время как другие компоненты, такие как компьютер 2 и устройство 5 контроля положения, в предпочтительном варианте остаются в чемоданчике 8.
Необходимые проводные соединения (не изображены) между компонентами уже имеются, так что от пользователя не требуется установления дополнительных соединений. К тому же, компьютер 2 с устройством 11 ввода, в частности, с клавиатурой 12, и с устройством 6 вывода, в частности, с дисплеем 7, соединен со сварочной горелкой 3, с магнитным устройством 5 контроля положения, к которому подсоединен, по меньшей мере, один датчик 13 и несколько сенсорных элементов 14, и с устройством 16 визуализации. Датчик 13 позиционирован на держателе 15, в частности, внутри держателя 15 предназначенной для моделирования заготовки 4, и, по меньшей мере, соответственно, один сенсорный элемент 14 позиционирован, по меньшей мере, на устройстве 16 визуализации и на сварочной горелке 3. В представленном варианте выполнения изобретения используется один единственный датчик 13 и несколько сенсорных элементов 14, которые встроены в отдельные компоненты и соединены с магнитным устройством 5 контроля положения. Посредством такого варианта выполнения, при котором все остальные компоненты устройства 1 моделирования или виртуального сварочного устройства могут быть размещены в переносном чемоданчике 8, и при сборке пользователь лишь должен вынуть из чемоданчика 8 соответствующие компоненты, достигается высокая степень комфорта при обслуживании устройства, так как пользователь не должен осуществлять более никаких кабельных подсоединений.
Для моделирования процесса сварки необходима так называемая моделируемая или предназначенная для моделирования заготовка 4. На этой заготовке 4 не производится никакого фактического процесса сварки, а данная заготовка 4 служит лишь для ориентирования при управлении сварочной горелкой 3. Для этого был создан держатель 15, который просто устанавливается на рабочее место или на стол 10 и в который может быть помещена заготовка 4. Держатель 15 сформирован таким образом, что может быть ориентирован в зависимости от отрабатываемого варианта сварки, то есть в зависимости от того, является сварка горизонтальной или вертикальной. Даже при простом повороте держателя 15 возможно, тем не менее, распознавание положения без повторной калибровки, причем автоматическое распознавание положения осуществляется на основании положения сварочной горелки 3, и изображение на индикаторном устройстве 6 поворачивается или изображается соответствующим образом. Таким образом, с использованием одной заготовки 4 могут быть отработаны, по меньшей мере, две сварочные операции, а именно горизонтальный сварочный проход и вертикальный сварочный проход, посредством того, что держатель 15 просто поворачивается, то есть устанавливается на торец, и пользователь со сварочной горелкой 3, включая заготовку 4, соответственно отъезжает.
Чтобы могли быть отработаны различные типы сварочных процессов, в держатель 15 могут помещаться различные заготовки 4, представленные на фиг.5-8. Для этого держатель 15 имеет углубление 18, в которое могут вставляться различные заготовки 4. Под углублением 18 держателя 15 на минимальном расстоянии от заготовки 4 располагается датчик 13 устройства 5 контроля положения. В предпочтительном варианте держатель 15 выполнен в форме небольшого переносного бокса 19 для установки на стол 10. Бокс 19 и вставляемая заготовка 4 выполнены из электро- и магнитонепроводящего материала, в частности, из пластмассы, так что со стороны этих компонентов при определении положения не могут быть инициированы никакие помехи. Важным является при этом то, что за счет центрального расположения датчика 13 в держателе 15 ниже заготовки 4 имеет место минимальное удаление от сенсорного элемента 14 в сварочной горелке 3 при проведении моделированного процесса сварки и, таким образом, может быть осуществлено очень точное распознавание положения. На каждой заготовке 4 может располагаться датчик 13, и этот датчик 13 при установке заготовки в бокс 19 автоматически вступает в контакт и соединяется с устройством 5 контроля положения. При расположении сенсорных элементов 14 существенным является, чтобы они были позиционированы максимально близко, насколько это возможно, к датчику 13. Сенсорный элемент 14 в сварочной горелке 3 позиционируется, к примеру, в предпочтительном варианте выполнения в газовом сопле 20, так как газовое сопло 20 образует концевую зону сварочной горелки 3, и при осуществлении моделированного сварочного процесса проводится очень близко от заготовки 4, что становится очевидно на основании фиг.3. Таким образом, имеет место очень небольшой зазор между датчиком 13 ниже заготовки 4 или углублением 18 и проведенным посредством газового сопла 20 сенсорным элементом 14 в сварочной горелке 3, так что возможна очень точная оценка положения сварочной горелки 3 по отношению к заготовке 4. Далее, за счет фиксированного расположения датчика 13 в держателе 15 ниже заготовки 4 или углубления 18, добиваются того, что пользователь не должен производить никакой калибровки. На держателе 15 обозначены, по меньшей мере, две точки 21 калибровки, посредством которых пользователь после запроса программного обеспечения по калибровке, позиционирует по точкам и, таким образом, повторно калибрует сварочную горелку 3, в частности, с расположенным на сварочной горелке 3 штифтом 22.
Для того чтобы передать пользователю ощущение реального или настоящего процесса сварки, сварочная горелка 3 содержит рукоятку 23 горелки, колено 24 трубы и пакет 25 рукавов. Сварочная горелка 3 имеет те же габариты и тот же вес, что и настоящая сварочная горелка, и посредством проводов, в частности, пакета 25 рукавов, соединена с компьютером 2. Тем самым встроенные в сварочную горелку 3 элементы могут быть, как и в настоящей сварочной горелке, задействованы пользователем. В предпочтительном варианте выполнения на рукоятке 23 горелки расположен пусковой выключатель 26 для активизации моделированного процесса сварки. На рукоятке 23 горелки могут быть расположены, однако, еще и дополнительные переключательные элементы 27 для регулировки задаваемых параметров сварки, таких, к примеру, как величина подачи электрода, величина напряжения, сила тока и проч. Для того чтобы можно было определить и положение сварочной горелки 3 относительно заготовки 4, сварочная горелка 3 соединена также и с устройством 5 контроля положения, причем в колене 24 трубы, в частности, в зоне наконечника горелки, расположены газовое сопло 20 и сенсорный элемент 14 для определения положения. При этом также существенным является то, что сенсорный элемент 14 позиционируется максимально близко к наконечнику горелки, и расстояние между датчиком 13 ниже заготовки 4 и сенсорным элементом 14 в сварочной горелке 3 минимально, так что точность измерения повышается, а внешние негативные воздействия минимизируются. Между датчиком 13 и сенсорным элементом 14 в сварочной горелке 3 расположены лишь заготовка 4 и стенка бокса 19, вследствие чего имеет место очень небольшой зазор между датчиком 13 и сенсорным элементом 14 в сварочной горелке 3. В рукоятке 23 горелки может быть установлен также другой сенсорный элемент 14, так что возможна полноценная оценка положения сварочной горелки 3.
Существенной деталью конструкции в соответствии с изобретением является то, что на наконечнике горелки расположены газовое сопло 20 и штифт 22 для моделирования сварочного электрода, причем штифт 22 установлен в наконечник горелки подвижным образом, как это изображено посредством стрелки. Обычно в известных конструкциях используется штифт 22, который встроен и зафиксирован в наконечнике горелки. За счет подвижного расположения штифта 22 добиваются того, что пользователь может подводить сварочную горелку 3 к заготовке 4 вплоть до газового сопла 20, причем штифт 22 входит внутрь сварочной горелки 3, то есть в газовое сопло 20. Тем самым добиваются того, что пользователь не может далее просто приложить этот штифт 22 к заготовке 4 и через штифт направлять сварочную горелку 3, так как при приложении штифта 22 к заготовке 4 этот штифт входит в сварочную горелку или смещается внутрь нее. Таким образом, может быть воспроизведена особенно реалистичная ситуация, так как сварочная горелка 3 может быть еще ближе подведена к заготовке 4, чем это было ранее. Выступающий из газового сопла 20 штифт 22 может быть выполнен также с возможностью регулировки посредством того, что длина выступающего из газового сопла 20 штифта 22 может изменяться, благодаря чему могут отрабатываться различные по длине «вылеты электрода» (Stick-Out). Это может быть легко осуществлено за счет того, что на газовом сопле 20 располагается небольшое установочное колесо, посредством которого, за счет поворота, может изменяться длина выступающего штифта 22. Такая регулировка может производиться и автоматически посредством того, что в газовое сопло 20 интегрирован, к примеру, небольшой электромотор, при помощи которого изменяется длина выступающего штифта 22. Автоматическая подгонка длины «вылета электрода» имеет преимущество в том, что пользователь может задать в программном обеспечении регулировку длины «вылета электрода», причем после этого регулировка производится автоматически.
Для оптимального моделирования важным является также то, что определяется положение глаз, в частности угол зрения пользователя, относительно заготовки 4 и сварочной горелки 3, для чего используется устройство 16 визуализации. В представленной конструкции могут использоваться два различных устройства 16 визуализации, в частности, 3D-очки (не изображены) и новый вариант выполнения со сварочным щитком или шлемом 28. Использование 3D-очков не будет подробно раскрыто, так как они достаточно хорошо известны из уровня техники.
Так как 3D-очки имеют, однако, существенные недостатки, а именно должны быть подогнаны под возможные уровни слабого зрения пользователя, было разработано устройство 16 визуализации нового типа, в котором не требовалась никакая подгонка. Для этого с устройством 5 контроля положения и/или с компьютером 2 соединено устройство 16 визуализации, в частности, сварочный щиток или шлем 28, на котором расположен сенсорный элемент 14. При этом сенсорный элемент 14, предпочтительно, закрепляется на несущем элементе сварочного щитка или на верхней точке шлема 28, так что сенсорный элемент 14 при надевании на пользователя находится в самой верхней точке и, таким образом, может быть рассчитан угол видимости пользователя. Пользователь надевает сварочный щиток или шлем 28 на голову и может, тем самым, осуществлять управление камерой для визуализации происходящего на индикаторном устройстве 6, в частности, на дисплее 7, посредством того, что поворачивает голову. Дисплей 7 предпочтительно позиционируется таким образом, что он устанавливается непосредственно за заготовкой 4 или боксом 19, так что пользователь может одновременно наблюдать заготовку 4 и представленное на дисплее 7 изображение 29, так как при таком варианте выполнения устройства 16 визуализации пользователь получает картинку моделирования сварочного процесса только на дисплее 7. Положение камеры определяется при этом посредством смонтированного на сварочном козырьке или на шлеме 28 сенсорного элемента фирмы Polhemus и установленного на заготовке 4 датчика фирмы Polhemus, так что на основании перемещения головы пользователя определятся положение сенсорного элемента фирмы Polhemus и может быть рассчитан соответствующий угол относительно заготовки 4 и сварочной горелки 3, на основании чего получается соответствующее изображение 29 на дисплее. При этом, могут быть использованы как сварочный щиток, так и шлем 28, причем пользователь может выбрать, посредством какого типа устройства 16 визуализации он хотел бы выполнить моделирование процесса сварки.
Устройство 16 визуализации сформировано таким образом в виде сварочного щитка или шлема 28, и на несущем элементе устройства 16 визуализации располагается сенсорный элемент 14 устройства 5 контроля положения. В предпочтительном варианте выполнения в соответствии с изобретением устройство 16 визуализации используется в виде камеры со специальным уменьшением света для перемещения изображения 29, причем к началу моделирования процесса сварки заданная координата устройства 16 визуализации статично располагается в центре представленной на дисплее 7 заготовки 4, а при приближении сварочной горелки 3 к заготовке 4 заданная координата динамично изменяется в соответствующей точке пересечения продолжения оси горелки и заготовки 4, что схематично представлено на фиг.9 и 10. При этом на фиг.10 видно также, что пользователь переместил сварочную горелку 3 относительно заготовки 4, так как на представленном изображении сварочная горелка 3, из соображений лучшей наглядности, появляется, однако, лишь частично обозначенной, и угол обзора теперь динамически изменился. Посредством такого устройства 16 визуализации не получается, как в случае с 3D-очками, виртуального изображения во всех пространственных направлениях, зато на дисплее всегда виден лишь важный фрагмент изображения, а именно заготовка 4. В положении покоя в соответствии с фиг.9 всегда показывается лишь зона заготовки 4, вне зависимости от того, в каком направлении смотрит пользователь с установленным на нем устройством 16 визуализации. Однако, если пользователь перемещает сварочную горелку 3 в зону индикации, то становится видна виртуальная сварочная горелка 3 и происходит переключение на динамичное изображение, так что определяется положение сенсорного элемента 14, установленного в сварочном щитке или шлеме 28, и выводится соответствующее изображение заготовки 4 в установленном положении. Если пользователь снова перемещает сварочную горелку 3 из зоны индикации, то оценка положения сенсорного элемента 14 в сварочном щитке или шлеме 28 деактивизируется, и происходит переключение на статичное изображение. Таким образом, создан простой способ, при котором не должно производиться никакой подгонки по степени слабого зрения пользователя, что является необходимым условием при использовании 3D-очков, и на дисплее 7 всегда отображается лишь самая важная информация.
На ходе виртуального процесса сварки не следует останавливаться более подробно, так как он соответствует традиционному варианту программного обеспечения для моделирования. На компьютере 2 установлено соответствующее программное обеспечение, которое определяет и рассчитывает соответствующий ход течения процесса и выводит соответствующие изображения отдельных элементов на дисплей 7 или на 3D-очки. Следует лишь кратко упомянуть о том, что после приведения в действие устройства 1 пользователь может осуществлять на компьютере 2 различного рода регулировки и одновременно может выбирать различные типы сварочных процессов. Далее возможно, чтобы пользователь дополнительно мог выбирать: хочет ли он использовать вспомогательные средства, такие как контрольные стрелки, для правильного позиционирования сварочной горелки 3 при перемещении сварочной горелки 3 вдоль заготовки 4, или нет. После того, как пользователь осуществил все регулировки и определился по устройству 16 визуализации, пользователь может привести сварочную горелку 3 в исходное положение на заготовке 4, и затем начать виртуальный процесс сварки. Для этого пользователь приводит в действие пусковой выключатель 26 на сварочной горелке 3, так что затем на дисплее 7 вспыхивает виртуальная световая дуга между заготовкой 4 и сварочной горелкой 3. Затем пользователь проводит сварочную горелку 3, с использованием вспомогательных средств, таких как стрелки зазора для установления идеального положения, или без них, вдоль заготовки 4, причем для этого на дисплее 7 на виртуальном изображении 29 образуется соответствующий валик сварного шва, который рассчитывается на основании перемещения сварочной горелки 3. Если пользователь закончил процесс сварки, то в варианте решения в соответствии с изобретением компьютер 2 осуществляет анализ произведенного процесса сварки и через интегрированную в него систему оценки выдает соответствующую информацию. Одновременно возможно, чтобы важные учетные записи, такие, к примеру, как информация по закорачиванию электрода и т.д., могли бы самостоятельно запрашиваться пользователем.
Для того чтобы сделать работу с устройством максимально комфортной для пользователя, в программное обеспечение интегрировано большое количество вспомогательных модулей в соответствии с изобретением, таких, к примеру, как описанный ниже вспомогательный модуль для автоматического распознавания леворукости/праворукости пользователя, как представлено на фиг.11 и 12. Для этого в программном обеспечении используется модуль автоматического распознавания леворукости/праворукости пользователя при работе со сварочной горелкой для управления моделированием сварочного процесса. Этот модуль распознавания интегрирован в программное обеспечение компьютера 2, и пользователь не должен производить никаких манипуляций или регулировок касательно своих особенностей (леворукости/праворукости). При этом посредством модуля распознавания определяется и оценивается положение между рукояткой 23 горелки и газовым соплом 20 относительно расположенной в держателе 15 заготовки 4, и автоматически выбирается соответствующее программное обеспечение для моделирования процесса сварки, в частности, изображение 29 сварочной горелки 3. Чтоб иметь возможность применять такого рода модуль распознавания, необходимо, чтобы в сварочную горелку 3 было встроено, по меньшей мере, два сенсорных элемента 14, причем в предпочтительном варианте выполнения один сенсорный элемент 14 встроен в газовое сопло 20, а один сенсорный элемент 14 в рукоятку 23 горелки, как это показано на фиг.3. Таким образом, возможно определять положение обоих сенсорных элементов 14 относительно друг друга и относительно датчика 13 и, в зависимости от положения рукоятки 23 горелки, слева или справа от сенсорного элемента 14 в газовом сопле 20, может быть установлено, какой рукой пользователь держит сварочную горелку 3. Если, к примеру, сенсорный элемент 14 в рукоятке 23 горелки располагается слева от сенсорного элемента 14 в газовом сопле 20 по отношению к заготовке 4, то пользователь держит сварочную горелку 3 левой рукой, как представлено на фиг.11, и программное обеспечение активизирует на дисплее 7 изображение для левшей. Если же, наоборот, сенсорный элемент 14 в рукоятке 23 горелки располагается справа от сенсорного элемента 14 в газовом сопле 20 по отношению к заготовке 4, то сварочная горелка 3 удерживается правой рукой, как изображено на фиг.12, и программное обеспечение выбирает на дисплее 7 изображение сварочной горелки 3 для правшей.
Кроме того, предусмотрен вспомогательный модуль для улучшения подачи, при котором сварочная горелка 3 дополнительно служит в качестве средства подачи. Для этого, по меньшей мере, одна определенная зона 30 держателя 15 осуществлена в качестве модуля подачи с гарантированными функциями, так что посредством позиционирования сварочной горелки 3 и активизации пускового выключателя 26 на сварочной горелке 3 могут выбираться и активизироваться гарантированные данным зонам 30 функции. Таким образом, пользователь для проведения определенных команд не должен более выпускать из руки сварочную горелку 3, а может непосредственно со сварочной горелкой 3 в руке производить соответствующие манипуляции. При этом определенная зона 30 в соответствии с программным обеспечением определяется посредством положения на боксе 19 или на держателе 15, и в предпочтительном варианте выполнения маркируется посредством простой наклейки на держателе 15. Таким образом, пользователь может позиционировать сварочную горелку 3 в данной зоне 30 или в данном заданном положении, а затем посредством приведения в действие расположенного на сварочной горелке 3 пускового выключателя 26 вызвать и инициировать гарантированную этой позицией функцию. Следует учесть, что отображенный на дисплее 7 стрелочный элемент (не показан) за счет перемещения данных позиций или зон 30 на держателе 15 также может перемещаться в соответствующую позицию на дисплее 7. Таким образом, также имеется возможность для того, чтобы за счет соответствующего устройства ввода, к примеру, мыши, одна и та же функция могла быть инициирована либо посредством мыши, либо посредством сварочной горелки 3. За счет использования сварочной горелки 3 может быть произведен, тем самым, бесконтактный выбор зоны 30 или положения посредством простого определения положения сварочной горелки 3. За счет контакта с определенной зоной 30, то есть с наклейкой, вместе с моделированной сварочным электродом, то есть штифтом 22, может активизироваться соединенный со штифтом 22 переключательный элемент посредством вдавливания штифта 22, и выбирается, а также активизируется гарантированная для этой зоны 30 функция. Для этого пользователю не нужен более пусковой выключатель 26 или другой переключательный элемент 27, а нужно только лишь посредством наконечника сварочной горелки 3 нажать на соответствующую зону 30. Для активизации могут параллельно использоваться и многие другие возможности, так, к примеру, контакт посредством штифта 22, или приведение в действие переключательного элемента 27 или пускового выключателя 26 на рукоятке 23 горелки, или подсоединенная к компьютеру 2 мышь.
На боксе 19 расположены, таким образом, определенные зоны 30 для подачи сварочной горелки 3, благодаря чему добиваются того, что пользователь не должен более выпускать из рук сварочную горелку 3, чтобы инициировать определенные функции или операции, вследствие чего существенно повышается качество обслуживания устройства. Гарантированной функцией для зоны 30 может являться, к примеру, запуск моделирования сварочного процесса, повтор моделирования сварочного процесса, или конец моделирования сварочного процесса и т.д. Зоны 30 могут быть выполнены, к примеру, также для поверхностей контактов управления, поверхностей контактов повтора, поверхностей контактов меню, поверхностей контактов обратного переключения, так что при соответствующем позиционировании и активизации сварочной горелки 3 осуществляется соответствующая операция на компьютере 2.
Дополнительно может применяться модуль управления для выбора изображенных в соответствии с программным обеспечением на устройстве 6 вывода поверхностей контактов или кнопок, причем в отсутствие моделирования процесса сварки этот модуль управления активируется, и управление стрелочным элементом, в частности, стрелкой мыши, осуществляется посредством перемещения сварочной горелки 3 в определенной зоне или по определенной поверхности. Управление стрелочным элементом на дисплее 7, которое осуществляется обычно при помощи мыши, может быть осуществлено посредством сварочной горелки 3, так что пользователь не всегда должен чередовать мышь и сварочную горелку 3. Пользователь может осуществлять все остальные функции мыши также посредством сварочной горелки 3. Для этого может быть использован также соответствующий коврик для мыши, на котором позиционируется следующий датчик 13. Если пользователь проводит сварочную горелку 3 по коврику для мыши, то она распознается посредством дополнительного датчика 13, который производит оценку положения сварочной горелки 3 на коврике для мыши. Использование такого коврика для мыши имеет преимущество, заключающееся в том, что нет необходимости в многократном определении положения, а это положение ограничивается определенным размером коврика для мыши и, тем самым, без труда возможно управление стрелочным элементом. Существенным является при этом то, что программное обеспечение автоматически распознает, осуществляется ли управление стрелочным элементом или осуществляется процесс сварки. Это может осуществляться простым способом посредством того, что на держателе 15 на заготовке 4 отмечаются определенные исходные положения, так что при подведении сварочной горелки 3 к этому исходному положению и при активизации пускового выключателя 26 на сварочной горелке 3 запускается процесс моделирования, в то время как управление стрелочным элементом осуществляется тогда, когда сварочная горелка 3 находится за пределами заданного исходного положения. Автоматическое распознавание может осуществляться и посредством того, что постоянно производится оценка ближайшего положения относительно соответствующего датчика 13 на держателе 15 или на коврике для мыши.
На фиг.6 и 8 представлен пример осуществления изобретения для моделирования сварки наплавкой в угловом шве или стыковом шве. В принципе, сварка наплавкой состоит в том, что несколько слоев валиков сварного шва располагаются друг над другом. Для этого предусмотрено, что непосредственно на используемой заготовке 4 моделируется и формируется первый валик 31 сварного шва. Это означает, что имеется заготовка 4 с угловым швом или со стыковым швом без валика 31 сварного шва, как показано на фиг.5 и 7, которую пользователь вставляет сначала для проведения первого этапа сварки, а затем, после проведения первого этапа сварки, заменяет заготовку 4 и вставляет заготовку с изображенным, смоделированным валиком 31 сварного шва, согласно фиг.6 и 8, и, таким образом, может осуществлять следующий этап процесса сварки. В представленном варианте выполнения изобретения пользователю нужно лишь повернуть заготовку 4 и снова поместить ее в держатель 15, так как оба варианта выполнения реализованы в одной заготовке 4.
На фиг.14 представлен вариант выполнения сварочной горелки 3, в котором на штифте 22 или вместо штифта 22 установлен источник света 32. Задачей данного источника света 32 является моделирование очень яркой световой дуги реального процесса сварки посредством того, что при осуществлении моделирования процесса сварки при запуске моделирования источник света активизируется, и одновременно на устройстве 6 индикации вспыхивает световая дуга. В предпочтительном варианте выполнения для этого используется источник 32 света в виде стробоскопа. Посредством моделирования световой дуги на сварочной горелке 3 с помощью источника света 32 может также моделироваться или применяться затемнение защитного визира на сварочном шлеме посредством того, что при использовании сварочного шлема в качестве устройства 16 визуализации находящийся на сварочном шлеме затемняющий козырек за счет подачи напряжения затемняется. Это должно происходить синхронно с активизацией источника 32 света. При использовании автоматически затемняющегося сварочного козырька и, соответственно, более яркого источника света, это может происходить автоматически, и не должно осуществляться никакого управления со стороны компьютера 2. За счет применения источника 32 света для моделирования световой дуги добиваются еще более реалистичного моделирования процесса сварки, так как пользователь должен применять сварочный шлем и, тем самым, может отрабатывать также условия плохой видимости при сварке.
Чемоданчик 8 также может иметь внешний интерфейс (не показан), посредством которого чемоданчик 8 может быть соединен с настоящим сварочным аппаратом. Внешний интерфейс соединен с компьютером 2, так что данные со сварочного аппарата могут передаваться на компьютер. Таким образом, пользователь может, к примеру, загрузить данные с используемого сварочного аппарата во внутреннюю память, и затем дома или в бюро работать с этими установками. Таким образом, возможны варианты моделирования с фактически используемыми установками, которые могут быть переиграны в простой форме. Если для этого расположенный в чемоданчике 8 компьютер 2 выполнен в виде портативного компьютера, или этот компьютер имеет внутреннее энергообеспечение, к примеру, от батарей, то посредством активизации внешнего интерфейса на чемоданчике 8 возможен запуск компьютера и выдача данных. Затем компьютер 2 автоматически производит передачу данных, так что необходимые данные от присоединенного сварочного аппарата загружаются во внутреннюю память компьютера. Пользователь должен, таким образом, лишь подойти с чемоданчиком 8 к сварочному аппарату и подсоединить чемоданчик 8 посредством внешнего интерфейса к сварочному аппарату, после чего соответствующие данные автоматически будут переданы на компьютер.
Следует учесть, что данные с компьютера 2 в чемоданчике 8 также могут быть переданы на сварочный аппарат. Это осуществляется тогда, когда сначала посредством моделирования процесса сварки производятся соответствующие действия по осуществлению процесса сварки, информация о которых сохраняется и затем переносится на сварочный аппарат.
Следующая возможность улучшения комфортности обслуживания устройства достигается за счет того, что заготовки 4 и бокс 19 оснащены автоматическим средством распознавания, в частности, чипом радиочастотной идентификации и считывающим устройством радиочастотной идентификации. Таким образом, становится возможным автоматическое распознавание используемой заготовки 4, вследствие чего автоматически осуществляется соответствующая настройка на компьютере 2. Таким образом, также в значительной степени повышается комфортность при обслуживании системы, а источники ошибок при настройке могут быть минимизированы.