[发明专利]用于表征在管道和其他弯曲结构上的人工焊接操作的系统

说明书

一种用于表征人工焊接练习并且给焊工提供有价值的训练的系统(10)，该系统包括用于生成、捕捉和处理数据的部件。该数据生成部件还包括固定装置、工件、具有与其整合的至少两个点标记的至少一个校准装置以及焊接工具。该数据捕捉部件还包括用于捕捉这些点标记的图像的成像系统，并且该图像处理部件可操作来接收来自该图像捕捉部件的信息并且执行不同的位置和取向计算。

相关申请的交叉引用

本申请作为非临时专利申请提交，要求在35U.S.C.§119(e)下于2014年9月26日提交的美国临时专利申请号62/055,724的优先权以及任何其他权益，其全部披露内容通过引用结合在此。

以下共同转让的、共同待决的美国专利申请也通过引用以其全文结合在此：于2012年7月6日提交的并且标题为“System for Characterizing Manual WeldingOperations(用于表征人工焊接操作的系统)”的美国非临时专利申请号13/543,240。

领域

总体发明概念，除其他事项之外，涉及用于远程控制焊接装置的运行的方法、设备、系统、程序和技术。

背景

所描述的发明总体上涉及一种用于表征人工焊接操作的系统，并且更具体地涉及一种用于通过捕捉、处理并且以用可见的格式来呈现由焊接受训者在人工执行实际焊接时实时产生的数据的方式将有用的信息提供给焊接受训者的系统。

制造业对高效且经济的焊工培训的期望在过去的十年一直是在文档中充分记录的主题，因为在今天的工厂、造船厂和建筑工地，技术焊工严重短缺的现状正变得惊人地明显。迅速退休的劳动力，结合传统的基于指导者的焊工培训的缓慢步伐，已经成为更有效的培训技术发展的推动力。允许加速训练针对焊接的人工灵巧技术的创新，连同对电弧焊接基本原理的快速教导，正在变得必要。本文所披露的表征和培训系统应对改进焊工培训的这个至关重要的需求并且使得能够监测人工焊接过程来确保这些过程是在可允许的限制内，所述限制对满足全行业的质量要求是必要的。迄今为止，多数焊接过程都是人工实行的，然而该领域仍缺乏实用的、可商购的工具来跟踪这些人工过程的表现。因此，对用于培训焊工来在各种条件下适当地执行各种类型的焊接的有效系统存在持续的需求。

概述

以下内容提供对本发明的某些示例性实施例的概述。这个概述不是广泛的综述并且不旨在确定本发明的关键的或决定性的方面或元素或者限定其范围。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于表征人工和/或半自动焊接操作和练习的系统。这种系统包括数据生成部件；数据捕捉部件；以及数据处理部件。该数据生成部件还包括：固定装置，其中该固定装置的几何特征是预先确定的；被适配成安装在该固定装置上的工件，其中该工件包括有待焊接的至少一个接头，并且其中沿有待焊接的该接头延伸的矢量限定操作路径，其中该操作路径是直线的、曲线的、圆形的或其组合；至少一个校准装置，其中每个校准装置还包括与其整合的至少两个点标记，并且其中在这些点标记与该操作路径之间的几何关系是预先确定的；以及焊接工具，其中该焊接工具可操作来在有待焊接的该接头处形成焊接，其中该焊接工具限定工具点和工具矢量，并且其中该焊接工具还包括被附接到该焊接工具的目标，其中该目标还包括以预先确定的图案来安装在其上的多个点标记，并且其中点标记的该预先确定的图案可操作来限定刚体。该数据捕捉部件还包括用于捕捉这些点标记的图像的成像系统。该数据处理部件可操作来接收来自该数据捕捉部件的信息并且然后计算：该操作路径相对于通过该成像系统可见的三维空间的位置和取向；该工具点相对于该刚体的位置以及该工具矢量相对于该刚体的取向；以及该工具点相对于该操作路径的位置以及该工具矢量相对于该操作路径的取向。