用于模拟焊接过程的设备及方法
专利名称：用于模拟焊接过程的设备及方法
技术领域：
本发明涉及一种用于模拟焊接过程的设备，该设备包括具有输入装置和输出装 置的计算机；焊枪；磁位置监测装置，该磁位置监测装置具有至少一个发射器和多个传感 器；用于在模拟中使用的工件的保持装置；视觉装置，该视觉装置用于在输出装置上生成 二维或三维图像。另外，本发明涉及一种方法，该方法用于执行根据权利要求17、18、23、24和沈的 前序部分中描述的焊接过程的模拟。
背景技术：
已经公知有各种视觉焊接系统。例如在驟w. simwelder. com上示出了一种视觉煌 接系统，该视觉焊接系统由基座元件、焊接架和工件元件形成。在基座元件中布置有用于计 算焊接过程的计算单元和显示焊接过程的监视器。另外，焊枪通过软管套组件连接到基座 元件，借助于该软管套组件，可以在布置于焊接架中并用于模拟的工件上非接触地进行视 觉焊接。为此，焊接架具有呈U形框架形式的接收装置，该接收装置包括紧固装置，各种滑 动元件可以插入该紧固装置中，模拟用的工件附接至这些滑动元件上。因此，容纳各种工件 的滑动元件可以通过紧固装置始终紧固在焊接架的同一位置上。焊枪相对于工件的位置确 定通过磁位置监测系统、特别是通过所谓的波尔希默斯跟踪器(Polhemus tracker)完成。这种视觉焊接系统的明显缺点在于其需要很大空间。当所述视觉焊接系统被组装 时，在定位各个系统之后，首先必须进行两个元件彼此之间的精确校准，特别是基座元件和 焊接架之间的精确校准，其中之后，这两个元件，特别是基座元件和焊接架不可以移动，因 为否则必须要重新进行校准。另一个缺点在于在该公知系统中仅能使用VR(虚拟现实)护目镜。假定由于各种 原因(视力缺陷、带有眼镜)不是所有的人员都能够配带VR护目镜，某些使用者将被仅仅 通过VR护目镜在视觉上聚焦的系统排除在外。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种模拟焊接过程的设备和方法，由此可以实际地模 拟并且尽可能简单地操作该模拟焊接过程。应该可以避免或减少已知的设备和方法的缺
点ο本发明的一个目的由上面提到的设备解决，其中保持装置具有凹部，工件能够插 入所述凹部中，磁位置监测装置的至少一个发射器在距所述工件尽可能小的距离处布置在 所述凹部下方，所述保持装置被设计成用于放置在桌子上的小的便携式箱子。通过使所述 发射器相对于所述工件定位得尽可能近，可以保持干扰影响很小。有利地，在模拟焊接过程 中，焊枪中的传感器与布置在工件下方的发射器非常靠近，由此优选实现了小的距离，从而 确保了理想的评价。因此，确保了抵抗磁跟踪系统的干扰影响的最大不敏感性。由于非常紧 凑的设计，所有部件可以例如装在箱子中，由此整个系统可以容易地运输。由于设计紧凑，
5该系统可以在普通桌子上装配，因为需要的空间较小。当所述箱子和所述工件由非电磁传导材料制成，尤其是由合成材料制成时，可使 用可在市场上得到的磁位置监测系统，并且干扰影响可以保持得很小。当至少一个发射器在工件下方布置在保持装置的中央位置，使得在模拟焊接过程 中所述至少一个发射器和焊枪中的一个传感器之间的距离能够被最小化时，可以实现高准 确位置确定，并且外部干扰影响没有大的作用。有利的是，容纳工件的盒子被设计成既用于水平焊接模拟又用于竖直焊接模拟， 由此使用者可以在该系统上练习几乎所有焊接位置，而不会形成不必要的废料。为此，使用 者仅仅需要转动盒子以既进行水平焊接又进行水平焊接。 通过为工件和合资设置自动识别装置(特别是RFID芯片和RFID读取器)，能够自 动实现所使用的工件的自动识别和计算机的相应设置。因此，系统的使用友好性明显增加， 并且错误源可以最小化。如果在盒子上布置用于通过焊枪输入的特定标记部分，例如，所述标记部分被构 造成确认按钮、重复按钮、菜单按钮和倒退按钮，则通过所述焊枪的合适定位和启动，可以 在所述计算机上执行相应指令。因此，对于使用者来说，没有必要为了控制该系统而将焊枪 始终放下，由此明显增加了可用性。优选地，焊枪包括焊枪手柄和肘管弯头，并且具有与计算机相连的线路连接。因 此，使用者可以像在真实焊接系统中使用的那样通过在市场上可得到的焊枪进行模拟。当用于确定位置的传感器布置在肘管弯头中，特别是布置在焊枪顶端的部分中 时，在盒子上的发射器和在焊枪中的传感器之间的距离可以保持得尽可能小，并且可以实 现高精度位置确定。具有如下的设计是有利的，其中在焊枪(特别是焊枪的顶端)上布置用于模拟焊 丝的可移动支撑的销。通过所述可移动支撑的销，实现了销在接触工件时被推回到焊枪中， 并且与焊枪之间没有固定距离。当用于启动焊接过程的模拟的启动开关布置在焊枪手柄上时，使用者必须像真实 焊接过程那样通过所述启动开关启动模拟焊接过程。当在焊枪手柄上布置附加的切换元件来调节给定焊接参数，例如焊丝进给、电压、 功率时，可以模拟出接近真实的焊接过程，并且使用者可以在模拟期间通过焊枪改变合适 参数。这样一个设计是有利的，其中视觉装置，特别是焊接罩，连接到其上布置有传感器 的位置监测装置和/或计算机，没有必要使用并不适用于每个使用者的普通VR护目镜。这样一个设计是有利的，其中用于在显示装置(特别是监视器)上使场景可视化 的摄像机的控制是通过视觉装置来实现，因为这样能够使用常用的焊接罩或帽，由此增加 了穿戴舒适性。不必针对使用者的弱视进行调节。这样一个设计是有利的，其中波尔希默斯传感器布置在焊接头盔或帽上，波尔希 默斯发射器布置在工件内，通过这些传感器和发射器可以确定摄像机的位置。这样提供了 简单地进行模拟焊接过程的可能性而不需要三维护目镜。有利地，提供了一种用于容纳设备的所有部件的便携式盒子。这样实现了高灵活 性。
本发明的一个目的通过根据权利要求17所述的方法解决，其中所述视觉装置被 设计成焊枪罩或帽的形式，所述位置监测装置的传感器布置在所述视觉装置上，所述视觉 装置用作具有特定运动阻尼的摄像机，其中在所述焊接模拟开始时，所述视觉装置的目标 点静态地位于所述工件的中心，当所述焊枪靠近所述工件时，所述目标点在所述焊枪轴线 的延长线和所述工件的各个穿透点上动态地变化。因此，有利地，在这样的模拟中，不必要 使用三维护目镜，三维护目镜的缺点在于必须针对使用者的可能的弱视进行调节，但是研 制出一种系统，其中每个使用者可以进行焊接模拟而无需大的调整。另一个优点在于在使 用焊接罩作为视觉装置时，使用者可以习惯使用焊接罩，并且能够同时在焊接头盔的视线 状态差的情况下操作。本发明的一个目的还通过根据权利要求18的方法解决，其中所述保持装置的限 定部分被设计成具有存储功能的输入模块，通过定位所述焊枪以及优选地通过启动在所述 焊枪上的开关元件，选择和启动所述存储功能。因此，有利的是，通过使用焊接手柄作为控 制元件，对于使用者而言没有必要总是为了进行某些输入而将焊枪放下，由此明显增加了 系统的可使用性。有利地，所述限定部分由在箱子上的位置以软件技术的方式限定，并且优选由在 所述箱子上的简单标签指示。因此，使用者可以简单地利用焊枪输入执行焊接模拟之后的 输入或者启动指令。当通过确定焊枪位置经由焊枪进行限定部分的非接触选择时，使用者仅仅需要移 动焊枪靠近所述限定部分以选择所述限定部分。这些措施是有利的，其中通过利用模拟焊丝接触所述限定部分，启动与模拟焊丝 相连的切换元件，并且选择和启动为该限定部分存储的功能，由此使用者可以通过简单地 单击该部分来启动合适的功能。另外，这些措施也是有利的，其中分别为了所述焊接模拟的开始或所述焊接模拟 的重复等而优选地选择用于所述限定部分的存储功能，由此使用者可以通过立即启动所述 限定部分来开始下一个焊接模拟。本发明的一个目的还通过根据权利要求23的方法解决，其中采用了识别模块来 控制焊接模拟，该识别模块用于自动识别所述焊枪的使用者的用右手或左手的习惯，其中 焊枪手柄和气体喷嘴之间相对于布置在所述保持装置中的工件的位置由所述识别模块确 定和评价，并且根据被这样确定的使用者的用右手或左手的习惯，自动地选择用于焊接过 程模拟的合适的规则，特别是所述焊枪的显示。本发明的一个目的还通过权利要求M的方法解决，其中在所述焊枪上操作用于 选择和启动显示在所述输出装置上的按钮的控制模块，其中在没有模拟所述焊接过程时， 通过所述焊枪启动指示器元件的控制，并且通过在特定部分中移动所述焊枪来进行所述指 示器元件、特别是光标的控制。这里有利的是，可以通过焊枪来进行软件的全部控制，因此 对于使用者来说没有必要在焊枪和输入装置(例如键盘或鼠标)之间连续切换。然而，这样的措施可能是有利的，其中控制模块被设计成鼠标垫的形式，在鼠标垫 上布置有用于焊枪的精确位置确定的发射器，由此限定用于控制指示器元件的准确部分， 因而明显方便了用于控制指示器元件的焊枪的位置查询。另外，本发明的一个目的还通过根据权利要求沈的方法解决，其中光源布置在所述焊枪上，特别是在气体喷嘴的部分上，当启动模拟焊接过程时，所述光源被启动以模拟所 述焊接过程的电弧。有利的是，可以实现电弧的模拟，并且由此可以实现更加真实的焊接过 程的模拟。有利地，通过启动光源，焊接罩的保护帽舌变得暗。由此，能够如真实焊接过程 中那样使焊接罩变得暗。
在以下示意性附图的帮助下更详细地描述本发明，其中图1示出了布置在箱子中的用于模拟焊接过程的设备的视图；图2示出了在装配状态下的用于模拟焊接过程的设备；图3以简化示意图示出了用于模拟设备的具有内置传感器的焊枪；图4以简化示意图示出了用于模拟设备的用于插入工件的保持装置；图5以简化示意图示出了用于模拟设备的工件，该工件用于插入到保持装置中以 实施角焊接；图6示出了设有第一焊缝的另一个工件，用于实施角焊接；图7以简化示意图示出了另一个工件，该工件用于插入到保持装置中以实施对接 焊接；图8示出了处于颠倒位置、设有第一焊缝的根据图7的工件；图9示出了视觉装置在静态条件下显示的图示；图10示出了视觉装置在动态条件下显示的图示；图11通过左手使用者使用工件来实施角焊接的示例示出了自动识别使用者的用 右手或左手的习惯的图示；图12通过右手使用者使用工件来实施角焊接的示例示出了自动识别使用者的用 右手或左手的习惯的图示；图13以简化示意图示出了保持装置，该保持装置具有用于经由焊枪选择的带标 记的限定部分；以及图14以简化示意图示出了焊枪，该焊枪具有用于模拟电弧的内置光源。
具体实施例方式在图1至图12中示出了一种用于模拟焊接过程的设备1。基本上，应该注意到， 在这样的设备1中没有进行真实的焊接过程，而是借助于在计算机2中运行的软件的帮助 虚拟地模拟和显示焊接过程。用户能够借助于在市场上可得到的焊枪3的帮助练习焊接过 程，焊枪3被重新构造以用于上述用途，S卩，能够实现相对于工件4引导焊枪3。这样的模拟 或练习系统提供了以下优点，即，用户每当需要时都能够练习焊接过程，无需为了焊接过程 而消耗相应的附加材料，同时也不需要随后被作为废料丢弃的工件或物件。因此，在使用者 在真实的工件或物件进行焊接之前，例如可以分别给焊接工人训练一种新的焊接过程，或 者可以容易以一种简单的方式教给新使用者新的焊接过程。在所述系统中，各个部件彼此之间实时的位置确定是很重要的。焊枪3相对于工 件4的位置和使用者眼睛的位置(即视角)应该优先被实时地检测、评价和显示。在所描 述的实施例中，使用了磁位置监测装置5，该磁位置监测装置5例如由现有技术的波尔希默斯追踪器、波尔希默斯发射器和波尔希默斯传感器形成，通过这些装置，部件的位置、距离 和速度被检测到，并且然后通过在计算机2中运行的软件转化成与焊接状态(例如电弧、形 成的焊缝等等)相关的可视图像，并且被显示在显示装置6 (特别是市场上可得到的监视器 7)或者三维护目镜上。根据本发明，该系统是紧凑的、简单的和可便携的，并且能够由使用者容易地操 作、携带和组装，而不需要专业的知识。每个所需的部件可以被集成到市场上可得到的箱子 8中，如可以在图1所看到的。如可以在图2所看到的，各镶嵌物9或元件分别布置在箱子 8中，在箱子8中布置有各个部件。这些部件可以由使用者取出、组装和使用。使用者能够 在箱子8中存放所有部件，并且因此能够重新安置，而无需另外人员的帮助。设备1能够节 约空间地在桌子10或工作场所上组装。这样尤其使得将要被训练的焊接工人能够将所述 箱子8拿回家并且进行适当的焊接练习。用于模拟焊接过程的设备1的各个部件包括计算机2，其具有输入装置11，特别 是键盘12和/或鼠标；输出装置6 ；焊枪3 ；磁位置监测装置5，其具有至少一个发射器13 和多个传感器14 ；用于被模拟的工件4的保持装置15 ；视觉装置16或三维护目镜，其分别 用于在输出装置6上形成二维图像或三维图像。为了清楚的原因，在这些部件之间的连接线路没有示出。为了实现简单的装配，设 计出用于连接线路的连接器插头，使得始终具有一对连接器插头，从而使用者在装配装置 的时候不会形成任何错误连接。然而，优选的是，这些部件已经被彼此连接，从而这些部件只需要从箱子8中取 出。使用者仅仅需要将电源连接到箱子8，以便给各个部件供应电力。为了这个目的，箱子 8可以设有连接器，使用者可以将普通电缆17连接到该连接器上。在箱子8中，供电系统 (未示出)布置和连接到所有部件，使得所有部件可以同时被供电。使用者仅仅需要通过电 缆将箱子8连接到插座，以便向所有部件供电。由于在使用磁位置监测装置时电磁传导材料可能会产生干扰，所以箱子8优选设 计成由非电磁传导材料，例如合成材料制成。从而，箱子8可以集成到组件中而不会产生干 扰。例如，箱子8可以具有导轨和保持件等等，各个部件可以固定在保持件中。例如，可以 将用于工件4的保持装置15固定到箱子8上。当组装设备1时，优选将包括相关工件4的保持装置15、焊枪3和视觉装置16从 箱子8中取出，并且将它们分别放置在工作场所或工作台10上，而其它部件例如计算机2 和位置监测装置5优选留在箱子8中。在部件之间的必要连接线路(未示出)已经建立， 从而使用者没有必要建立附加的连接。计算机2连接到输入装置11 (尤其是键盘12)，输出 装置6 (尤其是监视器7)连接到焊枪3、磁位置监测装置5和视觉装置16，至少一个发射器 13和多个传感器14连接到磁位置监测装置5。发射器13设置在用于模拟用的工件4的保 持装置15上、尤其是设置在保持装置15内部，至少在视觉装置16和焊枪3上同时布置至 少一个传感器14。在所述的实施例中，使用单个发射器13和多个传感器14，并且它们都集 成在各个部件中并且连接到磁位置监测装置5。通过这样的设计，用于模拟装置1或虚拟焊 接装置的所有部件分别可以存储在便携式箱子8中，当组装设备时，仅仅需要将合适元件 由使用者拿出箱子8，由此能够实现很好的可用性，因为对于使用者而言不需要通过电缆建 立任何连接。
为了模拟焊接过程，需要所谓的被模拟工件或用于模拟的工件4。在所述工件4上 没有进行真实的焊接过程，但是工件4仅仅用于定向以引导焊枪3。因此，设有保持装置15， 保持装置15被以简单的形式分别布置在工作场所或工作台10上，并且工件4可以插入保 持装置15中。保持装置15被设计成其能够根据将要练习的焊接类型定位，即，水平或竖直 焊接。保持装置15可以简单地转动，然而可以进行位置确定而不需要重新校准，其中执行 由焊枪3的位置产生的位置的自动识别，显示装置6上的图像分别相应地转动或显示。因 此，通过简单地转动保持装置15，即，将保持装置15放置在端面上，以及通过使用者用焊枪 3相应地追踪工件4，使用一个工件4可以实践两个焊接过程，即水平焊接过程和竖直焊接 过程。为了练习几种不同类型的焊接过程，如在图5至8中所示的，不同的工件4可以插 入保持装置15。因此，保持装置15包括凹部18，大部分不同的工件4可以插入在凹部18 中。在保持装置15的凹部18下方，位置监测装置5的发射器13布置成与工件4间隔优选 一个小距离。优选的是，将保持装置15设计为呈小的便携式盒子19的形式，便携式盒子 19将布置在工作台10上。便携式盒子19和可插入工件4又由非电磁传导材料制成，特别 是合成材料制成，从而当确定位置时将不会有由这些部件产生的干扰。重要的是，由于发射 器13在保持装置15内的中央位置位于工件4下方，在模拟焊接时到焊枪3内的传感器14 的最小距离是给定的，因此，可以执行高精度位置检测。当然，发射器13可以布置在每个工 件4上，当工件4插入便携式盒子19中时，所述发射器13能够自动地接触并且连接到位置 监测装置5。当布置传感器14时，重要的是传感器14尽可能靠近发射器13地布置。在焊 枪3中的传感器14例如优选布置在气体喷嘴20中，因为气体喷嘴20形成焊枪3的端部， 并且在模拟焊接过程中与工件4靠得非常近，如图3所示的。因此，在工件4或凹部18下 方的发射器13和通过气体喷嘴20与焊枪3靠近的传感器14之间的很短距离是给定的，从 而能够实现焊枪3相对于工件4的位置的高精度评价。另外，通过将发射器13分别在工件 14或凹部18下方固定布置在保持装置15中，可以实现对于使用者来说无需进行校准。当 然，至少两个校准点21可以标记在保持装置15上，特别借助于布置在焊枪3上的销22，使 用者在启动校准软件之后将焊枪3定位在所述校准点，因此重新校准。为了给予使用者真实或实际的焊接感受，焊枪3包括焊枪手柄23、肘管弯头和软 管套25。焊枪3具有与真实焊枪相同的尺寸和重量，并且通过连接线路(特别是软管套25) 连接到计算机2。这样，使用者能够以与真实焊枪类似的方式使用集成在焊枪3中的这些元 件。优选地，用于启动模拟焊接过程的启动开关沈布置在焊枪手柄23上。然而，用于调整 给定焊接参数(例如焊丝进给、电压、功率等)的附加切换元件27可以仍然布置在焊枪手 柄23上。还为了确定焊枪3相对于工件4的位置，焊枪3还连接到定位装置5，其中用于 位置确定的传感器14布置在肘管弯头M中，特别在焊枪顶端的部分即气体喷嘴20中。另 外，重要的是传感器被定位成尽可能靠近焊枪顶端，从而在工件4下方的发射器13和焊枪 13内的传感器14之间的距离尽可能地小，从而测量精度增加，并且外部干扰影响最小。仅 仅工件4和盒子19的壁强度布置在焊枪3中在发射器13和传感器14之间，由此在发射器 13和焊枪3中的传感器14之间具有非常小的距离。另外，另一个传感器14可以布置在焊 枪手柄23中，从而实现焊枪3的完整位置评估。根据本发明的设计的重要细节在于用于模拟焊丝的销22布置在焊枪顶端，即，气体喷嘴20上，其中销22沿着如图箭头所示的方向被可移动地支撑。通常在已知的设计中， 使用固定地集成在焊枪顶端中的销22。由于销22的可移动支撑，实现了使用者可以将焊枪 3靠近工件4直到气体喷嘴20靠近工件4，其中销22被推入焊枪3中，即推入气体喷嘴20 中。因此，实现了使用者不再能简单地将销22放置在工件4上并且通过销22引导焊枪3， 因为当销22放置在工件4上时，销22被推入焊枪3中或者移动到焊枪3中。这样，能够实 现特别真实的模拟，因为焊枪3可以比以前更靠近工件4。从气体喷嘴20伸出的销22还可 以被设计成可调节的，因为从气体喷嘴20突出的销22的长度是可调节的，由此可以练习不 同长度的“干伸长”。这能够以简单的方式实现，例如将小手轮布置在气体喷嘴20上，通过 该小手轮，突出销22的长度还可以调节。当然，所述调节还可以例如通过将一个小电动马 达集成在气体喷嘴20中来自动地进行，由此突出销22的长度可以调节。“干伸长”长度的 自动调节的有利之处在于，使用者能够在软件中进行“干伸长”长度的调节，其中在此之后 进行自动调节。另外，对于最优模拟，重要的是确定眼睛(特别是使用者眼角)相对于工件4和焊 枪3的位置，为了这个目的使用了视觉装置16。在所示的组件中，可以使用两个不同的视觉 装置16，特别是三维护目镜(未示出)以及包括焊接罩或帽观的新颖设计。对三维护目镜的使用不进行详细说明，因为这在现有技术中是已知的。然而，由于 三维护目镜具有明显缺点，即，对于可能的弱视使用者来说必须进行调节，所以研制出新颖 的视觉装置16，其不需要调节。为了这个目的，视觉装置16(特别是焊接罩或帽28)连接到 位置监测装置5和/或计算机2，传感器14布置在视觉装置16上。传感器14优选固定在 焊接罩的支承框架上或者固定到帽观的最高点，从而当使用者戴上焊接罩时，传感器14优 选处于最高点，因此可以计算出使用者的视角。使用者将焊接罩或帽四戴在头上，由此能 够通过移动其头部对用于在显示装置6 (特别是监视器7)上使场景可视化的摄像机进行控 制。优选地，监视器7被定位成其直接安装在工件4或盒子19后面，从而使用者可以同时 看到工件4和在监视器7上显示的图像29，因为在视觉装置16的该实施例中，使用者仅仅 得到在监视器7上显示的焊接模拟。摄像机的位置通过安装在焊接头盔或帽观上的波尔 希默斯传感器和安装在工件4上的波尔希默斯发射器确定，从而随着使用者头部的运动， 波尔希默斯传感器的位置被确定，相对于工件4和焊枪3的合适角度可以被计算，通过该计 算可以在监视器上立刻形成相应的图像。当然，焊接罩和帽观两者都可以使用，其中使用者可以选择他想要通过那种类型 的视觉装置16来进行焊接模拟。视觉装置16还被分别设计成焊接罩或帽观的形式，位置监测装置5的传感器14 被布置在视觉装置16的支承框架上。在根据本发明的实施例中，视觉装置16被用作对图 像四的运动具有特定阻尼的摄像机，其中在焊接模拟开始时，视觉装置16的目标点静态地 位于在监视器7上显示的工件4的中心，当使焊枪3靠近工件4时，目标点在焊枪轴线的延 长线和工件4的相应穿透点上动态变化，如在图9和10中示意性示出的。在图10中，可以 看出使用者将焊枪3移动到工件4，因为在显示的图像中，为了清楚的原因焊枪3仅仅被画 出局部，视角动态地变化。借助于这样的视觉装置16，没有像使用三维护目镜时那样在所有 空间方向上都形成虚像，而是仅仅在监视器7上稳定地显示重要的图像部分，即工件4。根 据图9，在静止状态下，仅仅显示了工件4这一部分，不管配带视觉装置16的使用者观看的方向如何。然而，当使用者将焊枪3移动到显示部分时，虚拟焊枪3变得可见，并且系统被 切换到动态显示屏，从而传感器14在焊枪3和帽观中的位置被确定，工件4的相应视图被 显示在确定位置。当使用者再次将焊枪3移动到显示部分之外时，传感器14在焊接罩或帽 观中的位置评估为不起作用并且切换到静态显示屏。因此，提供了一种简单的模式，其中不 必像三维护目镜那样针对弱视进行调整，仅仅最重要的部分被稳定地显示在监视器7上。将不再更详细地描述虚拟焊接过程，因为其对应于用于模拟的常用软件过程。在 计算机2上安装有合适的软件来确定、计算相应的过程并且在监视器7或三维护目镜上适 当地显示出各个元件的显示。仅仅马上将要提到的是在开始操作设备1之后，使用者能够 调整计算机2上的不同设置，并且同时选择大部分不同类型的焊接过程。另外，使用者可以 附加地选择使用者是否想要使用辅助装置，例如用于焊枪3的正确位置的控制箭头，其用 于沿着工件4引导焊枪3。在使用者调整好所有设置并且对于视觉装置16作出决定之后， 使用者可以将焊枪3带到开始位置，然而开始虚拟焊接过程。为了这样做，使用者操作焊枪 3上的启动开关沈，使得在工件4和焊枪3之间的虚拟电弧在监视器7上点燃。然后在使 用者使用或不使用辅助装置(例如距离箭头)的情况下，将焊枪3沿着工件4引导到最优 位置，其中，在监视器7中，在虚拟图像四上形成合适的焊缝，该焊缝通过对焊枪3的引导 而计算出。当使用者完成焊接过程时，在根据本发明的解决方案中，由计算机2分析执行完 的焊接过程，并且通过集成的评价系统判定各点。同时，当然可以由使用者独立地重新得到 重要记录，例如短路等等。为了为使用者设计得尽可能方便的应用，根据本发明的多个辅助模块，例如在下 面描述的用于自动识别使用者的用右手或左手的习惯(习惯用左手/习惯用右手的人)的 辅助模块是集成有软件技术的，如图11和12所示。用于自动识别操作焊枪的使用者的用 右手或左手的习惯的识别模块以软件技术的方式使用，用于控制焊接过程的模拟。所述识 别模块被集成在计算机2上的软件中，并且对于使用者不需要输入关于使用者的用右手或 左手的习惯的任何信息或调整设置。焊枪手柄23和气体喷嘴20之间相对于布置在保持装 置15中的工件4的位置通过识别模块确定和评价，并且用于模拟焊接过程(特别是根据焊 枪3显示图像四)的合适软件被自动地选择。为了采用这样的识别模块，必须使至少两个 传感器14布置在焊枪13中，其中优选的是将一个传感器14内置在气体喷嘴20中，将一个 传感器14内置在焊枪手柄23中，如图3所示。因此，可以确定两个传感器14相对于彼此 以及相对于发射器13的位置，根据位于气体喷嘴20中的传感器14的左手侧或右手侧上的 焊枪手柄23的位置，可以确定使用者握着焊枪3的是哪只手。当例如焊枪手柄23中的传 感器14相对于工件4布置在气体喷嘴20中的传感器14的左手侧上，使用者用左手握着焊 枪3，如图11所示，软件在监视器7上启动用于左手使用者的显示。另一方面，在焊枪手柄 23中的传感器14相对于工件4布置在气体喷嘴20中的传感器14的右手侧上，使用者用右 手握着焊枪3，在如图12所示，软件在监视器7上选择用于右手使用者的焊枪3的显示。另外，设有用于提高输入友好性的辅助模块，其中焊枪3此时被另外用作输入装 置。因此，保持装置15的至少一个限定部分30被设计成具有存储功能的输入模块，从而通 过定位焊枪3以及启动在焊枪3上的启动开关沈，用于该限定部分30的存储功能可以被 选择和启动。因此，对于使用者来说没有必要为了一些指令将焊枪3放下，但是能够借助于 焊枪3直接输入适当的输入。这样作的话，限定部分30分别借助于盒子19或保持装置15上的位置以软件技术方式限定，并且优选由在保持装置15上的简单标签作标记。因此，使 用者可以将焊枪3相应地定位在该部分30或给定位置上，然后能够通过操作布置在焊枪3 上的启动开关6来重新得到和执行存储在该位置后面的功能。当然，显示在监视器7上的 指示器元件(未示出)还可以通过相应地追踪保持装置15上的这些位置或限定部分30而 移动到监视器7上的合适位置。因此，还可以通过合适的输入装置(例如鼠标，通过鼠标) 或焊枪3调用相同的功能。通过使用焊枪3，限定部分30或位置的非接触选择分别可以通 过简单地确定焊枪3的位置来执行。通过触摸限定部分30，S卩，标签，甚至通过模拟的焊丝， 即销22触摸限定部分30，连接到销22的开关元件可以通过将销22推入来启动，并且可以 选择和启动为该限定部分30存储的功能。因此，对于使用者来说没有必要操作启动开关沈 或另一个开关元件27，而是仅仅将焊枪3的顶端推到相应限定部分30上。为了启动几个可 能性，即，例如接触销22或操作开关元件27或焊枪手柄23上的启动开关沈或连接到计算 机2的鼠标能够并行地操作。因此，在盒子9上，布置了一些限定部分30以通过焊枪3进行输入，因此对于使用 者来说实现了不需要将焊枪3放下来调用某些功能或指令，由此显著地增加了可用性。用 于限定部分30的存储功能可以例如是焊接模拟的开始、焊接模拟的重复或者焊接模拟的 结束等。例如，限定部分30还可以被设计为确认按钮、重复按钮、菜单按钮、倒退按钮，从 而，通过焊枪3的合适定位和启动，可以在计算机2上执行合适的指令。另外，可以使用用于在输出装置6上选择以软件技术方式显示的按钮的控制模 块，其中在焊接过程的模拟中，所述控制模块启动，指示器元件(特别是光标)的控制通过 将焊枪3移动到某一部分或区域来执行。通常通过鼠标执行的指示器元件在监视器7上的 控制现在可以通过焊枪3来进行，从而对于使用者而言不需要在鼠标和焊枪3之间连续更 换。使用者还可以使用焊枪3来实现所有鼠标的功能。为了这个目的，可以使用合适的鼠 标垫，在鼠标垫上设置另一个发射器13。当使用者在鼠标垫上引导焊枪3时，这将通过另一 个发射器13来识别，在鼠标垫上的焊枪3的位置由所述发射器评价。使用这样的鼠标垫的 有利之处在于，不需要大范围的位置确定，而是局限于鼠标垫的特定尺寸，因此可以使得指 示器元件的引导容易。重要的是软件自动地识别指示器元件或焊接过程的控制是否进行。 这可以以一种容易的方式来实现，即在工件4上的保持装置15上限定一些启动位置，使得 通过将焊枪3靠近这些启动位置并且通过启动焊枪3上的启动开关沈来启动模拟，而当焊 枪3位于距离启动位置一个给定距离时进行指示器元件的控制。还可以进行自动识别，这 样始终可以评价出在保持装置15或鼠标垫上更靠近相应发射器13的位置。在图6和8中分别示出了用于在角焊缝或对接焊缝中进行的堆焊的模拟的实施 例。原理上，堆焊包括由彼此叠置布置的几层焊缝构成。为了此目的，在将要插入的工件4 上直接模拟或设计第一焊缝31。这意味着存在工件4，其具有其中不包括焊缝31的角焊缝 或对接焊缝，如图5和图7所示，使用者首先将该工件4插入，以进行第一焊接，然后在第一 焊接后，用具有所显示的模拟焊缝31的工件4 (根据图6和图8)代替工件4，因此可以进行 进一步焊接。在所示的实施例中，使用者仅仅需要转动工件4，并且将工件重新插入保持装 置15中，因为这两个设计在一个工件4中实现。在图14中示出了焊枪13的实施例，其中光源32布置在销22上或者代替销22。 所述光源32的目的在于模拟实际焊接的非常亮的电弧，在焊接模拟执行期间，在模拟开始时，光源被启动，同时在显示装置6上的电弧被点燃。优选地，采用频闪光源32。通过借助 于光源32来模拟焊枪3上的电弧，还可以模拟或使用焊接头盔上的保护性帽舌的暗色化， 其中在使用焊接罩作为视觉装置16的过程中，布置在焊接罩上的暗色化罩通过施加电压 而变暗。这应该与光源32的启动同步地进行。当然，在自动暗色化的焊接罩和相应的亮光 源中，这可以自动地进行，并且由计算机2的控制不是必须的。使用光源32来模拟电弧，实 现了更加逼真的焊接过程的模拟，因为使用者应该使用焊接头盔，因而还可以实践焊接期 间的差的视线状况。 箱子8还可以具有外部接口(未示出)，箱子8可以通过该部外接口连接到真实的 焊接装置上。外部接口连接到计算机2上，从而来自焊接装置的数据可以传递给计算机2。 因此，例如使用者可以从使用中的焊接装置下载数据，然后在家里或办公室练习这些设置。 因此，具有真实设置的操作变为可能，这种真实设置可以以容易的方式来传送。当布置在箱 子8中的计算机2实现为膝上型电脑或该计算机具有内部电源例如电池时，可以通过启动 箱子8上的外部接口，使计算机2自动启动和导入。然后，计算机2自动执行数据传送，从 而从连接的焊接装置下载必要的数据。使用者仅仅需要通过箱子8转到焊接装置，通过外 部接口将箱子8连接到焊接装置，此时相应的数据通过外部接口自动传送。
当然，数据还可以从在箱子8中的计算机2传送到焊接装置。当在焊接模拟中首先 进行合适的焊接尝试时会发生这些数据传送，然后这些数据将被存储和传送到焊接装置。
实现提高使用者友好性的另一个可能性在于，工件4和箱子9设有自动识别装置， 特别是RFID芯片和RFID读取器。这样可以实现所使用工件4的自动识别，由此，自动在计 算机2上进行合适设置。因此，系统的使用者友好性得以显著提高，并且可以使设置的错误 来源最小。
权利要求
1.一种用于模拟焊接过程的设备(1)，该设备包括计算机O)，该计算机具有输入装 置(11)和输出装置(6)；焊枪(3)；磁位置监测装置(5)，该磁位置监测装置具有至少一个 发射器(13)和多个传感器(14)；用于在模拟中使用的工件(4)的保持装置(15)；用于在所 述输出装置(6)上生成二维或三维图像09)的视觉装置(16)，其特征在于所述保持装置(1 具有凹部(18)，所述工件(4)能够插入所述凹部(18)中，所述磁 位置监测装置(5)的至少一个发射器(13)在距所述工件⑷尽可能小的距离处布置在所 述凹部(18)下方，所述保持装置(1 被设计成用于放置在桌子(10)上的小的便携式箱子 (19)。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述箱子(19)和所述工件由非 电磁传导材料制成，尤其是由合成材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个发射器(13)在所 述工件(14)下方布置在所述保持装置(1 的中央位置，使得在模拟焊接过程中，所述至少 一个发射器(13)与所述焊枪(3)中的所述传感器(14)之间的距离能够被最小化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述箱子(19)被设计 成使所述工件(4)既用于水平焊接模拟又用于竖直焊接模拟。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述工件(4)和所述箱 子(19)配备有自动识别装置，尤其是RFID芯片和RFID读取器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(1)，其特征在于，在所述箱子(19)上布 置有用于通过所述焊枪C3)输入的标记部分(30)。
7.根据权利要求6所述的设备(1)，其特征在于，所述标记部分(30)被设计成确认按 钮、重复按钮、菜单按钮和倒退按钮，使得通过所述焊枪(3)的合适定位和启动，能够在所 述计算机( 上执行合适的指令。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述焊枪C3)包括焊枪 手柄和肘管弯头04)并且具有与所述计算机( 相连的线路连接。
9.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，在所述肘管弯头04)中，特别是在焊 枪顶端的部分中，布置有用于位置监测的传感器(14)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备(1)，其特征在于，在所述焊枪(3)上，特 别是在所述焊枪的顶端上，布置有用于模拟焊丝的被可移动支撑的销02)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的设备(1)，其特征在于，用于启动所述焊接过 程的模拟的启动开关06)布置在所述焊枪手柄上。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的设备(1)，其特征在于，在所述焊枪手柄03) 上布置有附加的切换元件(27)，所述附加的切换元件(XT)用于调节焊接参数，例如能够被 预先限定的焊丝进给、电压和功率。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述磁位置监测装置 (5)和/或所述计算机(2)连接到其上布置有传感器(14)的视觉装置(16)，特别是焊接罩 或帽(28)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备(1)，其特征在于，通过视觉装置(16) 执行摄像机控制，该摄像机用于在显示装置(6)上，特别是在监测器(7)上使场景可视化。
15.根据权利要求13或14所述的设备(1)，其特征在于，在所述焊接头盔或帽08)上布置有波尔希默斯传感器，在所述工件(4)上布置有波尔希默斯发射器，通过所述波尔希 默斯传感器和所述波尔希默斯发射器能够确定摄像机的位置。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的设备(1)，其特征在于，设有用于存放所有部 件的箱子⑶。
17.一种借助于用于模拟焊接过程的视觉装置在输出装置上生成二维图像的方法，其 中位置监测装置具有至少一个发射器和多个传感器，焊枪连接到计算机，所述计算机包括 输入装置和输出装置，并且通过所述焊枪，在保持装置中布置的模拟工件上模拟焊接过程， 其中所述焊枪相对于工件的位置以及使用者的位置尤其是使用者的眼睛的位置通过视觉 装置检测并且通过计算机转化成在所述输出装置上生成的图像，其特征在于，所述视觉装置被设计成焊枪罩或帽的形式，所述位置监测装置的传感器布置在所述视 觉装置上，所述视觉装置被用作具有特定运动阻尼的摄像机，其中在所述焊接模拟开始时， 所述视觉装置的目标点静态地位于所述工件的中心，当所述焊枪靠近所述工件时，所述目 标点在所述焊枪轴线的延长线和所述工件的各个穿透点上动态地变化。
18.一种用于控制模拟焊接过程的方法，其中计算机连接到输入装置、输出装置、焊枪 和磁位置监测装置，至少一个发射器和多个传感器连接到所述磁位置监测装置，其中所述 发射器布置在用于被模拟的工件的保持装置上，在视觉装置和所述焊枪上同时布置至少一 个传感器，其特征在于，所述保持装置的限定部分被设计成具有存储功能的输入模块，通过定位所述焊枪以及 优选地通过启动在所述焊枪上的开关元件，选择和启动所述存储功能。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述限定部分由在箱子上的位置以软 件技术的方式限定，并且优选由在所述箱子上的简单标签指示。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述限定部分的非接触选择通过 确定所述焊枪的位置经由所述焊枪执行。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于，通过利用模拟焊丝接触 所述限定部分，启动与所述模拟焊丝相连的切换元件，并且选择和启动为所述限定部分存 储的功能。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，分别为了所述焊接模拟的开始或所述 焊接模拟的重复而优选地选择用于所述限定部分的存储功能。
23.一种用于控制模拟焊接过程的方法，其中，计算机连接到输入装置、输出装置、焊枪 和磁位置监测装置，至少一个发射器和多个传感器连接到所述磁位置监测装置，其中所述 发射器布置在用于被模拟的工件的保持装置上，在视觉装置和所述焊枪上同时布置至少一 个传感器，其特征在于，采用了识别模块来控制焊接过程的模拟，该识别模块用于自动识别所述焊枪的使用者 的用右手或左手的习惯，其中焊枪手柄和气体喷嘴之间相对于布置在所述保持装置中的工 件的位置由所述识别模块确定和评价，并且根据被确定的使用者的用右手或左手的习惯， 自动地选择用于焊接过程模拟的相应规则，特别是所述焊枪的显示。
24.一种用于控制模拟焊接过程的方法，其中，计算机连接到输入装置、输出装置、焊枪 和磁位置监测装置，至少一个发射器和多个传感器连接到所述磁位置监测装置，其中所述 发射器布置在用于被模拟的工件的保持装置上，在视觉装置和所述焊枪上同时布置至少一个传感器，其特征在于，在所述焊枪上操作用于选择和启动在所述输出装置上显示的按钮的控制模块，其中在 没有模拟所述焊接过程时，通过所述焊枪启动指示器元件的控制，通过在特定部分中移动 所述焊枪来进行所述指示器元件、特别是光标的控制。
25.根据权利要求M所述的方法，其特征在于，所述控制模块被设计成鼠标垫的形式， 并且用于准确确定所述焊枪的位置的发射器布置在所述鼠标垫上。
26.一种用于控制模拟焊接过程的方法，其中，计算机连接到输入装置、输出装置、焊枪 和磁位置监测装置，至少一个发射器和多个传感器连接到所述磁位置监测装置，其中所述 发射器布置在用于被模拟的工件的保持装置上，在视觉装置和所述焊枪上同时布置至少一 个传感器，其特征在于，光源布置在所述焊枪上，特别是布置在气体喷嘴的部分上，当启动模拟焊接过程时，所 述光源被启动以模拟所述焊接过程的电弧。
27.根据权利要求沈所述的方法，其特征在于，当启动所述光源时，焊接罩的保护帽舌 变暗。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的方法，其特征在于，在根据权利要求1至16 中任一项所述的设备中执行所述方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于模拟焊接过程的设备(1)和方法。该设备包括计算机(2)，该计算机具有输入装置(11)和输出装置(6)；焊枪(3)；磁位置监测装置(5)，该磁位置监测装置具有至少一个发射器(13)和多个传感器(14)；用于在模拟中使用的工件(4)的保持装置(15)；以及用于在所述输出装置(6)上形成二维或三维图像(29)的视觉装置(16)。所述保持装置(15)具有凹部，所述工件(4)能够插入所述凹部(18)中，所述磁位置监测装置的至少一个发射器在距所述工件尽可能小的距离处布置在所述凹部下方，所述保持装置(15)被设计成用于放置在桌子(10)上的小的便携式箱子(19)。
文档编号G09B23/06GK102083580SQ200980126028
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年7月4日
发明者斯蒂芬·格兰塞克, 约瑟夫·克赖因德尔 申请人:弗罗纽斯国际有限公司
技术领域：
本发明涉及一种用于模拟焊接过程的设备，该设备包括具有输入装置和输出装 置的计算机；焊枪；磁位置监测装置，该磁位置监测装置具有至少一个发射器和多个传感 器；用于在模拟中使用的工件的保持装置；视觉装置，该视觉装置用于在输出装置上生成 二维或三维图像。另外，本发明涉及一种方法，该方法用于执行根据权利要求17、18、23、24和沈的 前序部分中描述的焊接过程的模拟。
背景技术：
已经公知有各种视觉焊接系统。例如在驟w. simwelder. com上示出了一种视觉煌 接系统，该视觉焊接系统由基座元件、焊接架和工件元件形成。在基座元件中布置有用于计 算焊接过程的计算单元和显示焊接过程的监视器。另外，焊枪通过软管套组件连接到基座 元件，借助于该软管套组件，可以在布置于焊接架中并用于模拟的工件上非接触地进行视 觉焊接。为此，焊接架具有呈U形框架形式的接收装置，该接收装置包括紧固装置，各种滑 动元件可以插入该紧固装置中，模拟用的工件附接至这些滑动元件上。因此，容纳各种工件 的滑动元件可以通过紧固装置始终紧固在焊接架的同一位置上。焊枪相对于工件的位置确 定通过磁位置监测系统、特别是通过所谓的波尔希默斯跟踪器(Polhemus tracker)完成。这种视觉焊接系统的明显缺点在于其需要很大空间。当所述视觉焊接系统被组装 时，在定位各个系统之后，首先必须进行两个元件彼此之间的精确校准，特别是基座元件和 焊接架之间的精确校准，其中之后，这两个元件，特别是基座元件和焊接架不可以移动，因 为否则必须要重新进行校准。另一个缺点在于在该公知系统中仅能使用VR(虚拟现实)护目镜。假定由于各种 原因(视力缺陷、带有眼镜)不是所有的人员都能够配带VR护目镜，某些使用者将被仅仅 通过VR护目镜在视觉上聚焦的系统排除在外。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种模拟焊接过程的设备和方法，由此可以实际地模 拟并且尽可能简单地操作该模拟焊接过程。应该可以避免或减少已知的设备和方法的缺
点ο本发明的一个目的由上面提到的设备解决，其中保持装置具有凹部，工件能够插 入所述凹部中，磁位置监测装置的至少一个发射器在距所述工件尽可能小的距离处布置在 所述凹部下方，所述保持装置被设计成用于放置在桌子上的小的便携式箱子。通过使所述 发射器相对于所述工件定位得尽可能近，可以保持干扰影响很小。有利地，在模拟焊接过程 中，焊枪中的传感器与布置在工件下方的发射器非常靠近，由此优选实现了小的距离，从而 确保了理想的评价。因此，确保了抵抗磁跟踪系统的干扰影响的最大不敏感性。由于非常紧 凑的设计，所有部件可以例如装在箱子中，由此整个系统可以容易地运输。由于设计紧凑，
5该系统可以在普通桌子上装配，因为需要的空间较小。当所述箱子和所述工件由非电磁传导材料制成，尤其是由合成材料制成时，可使 用可在市场上得到的磁位置监测系统，并且干扰影响可以保持得很小。当至少一个发射器在工件下方布置在保持装置的中央位置，使得在模拟焊接过程 中所述至少一个发射器和焊枪中的一个传感器之间的距离能够被最小化时，可以实现高准 确位置确定，并且外部干扰影响没有大的作用。有利的是，容纳工件的盒子被设计成既用于水平焊接模拟又用于竖直焊接模拟， 由此使用者可以在该系统上练习几乎所有焊接位置，而不会形成不必要的废料。为此，使用 者仅仅需要转动盒子以既进行水平焊接又进行水平焊接。 通过为工件和合资设置自动识别装置(特别是RFID芯片和RFID读取器)，能够自 动实现所使用的工件的自动识别和计算机的相应设置。因此，系统的使用友好性明显增加， 并且错误源可以最小化。如果在盒子上布置用于通过焊枪输入的特定标记部分，例如，所述标记部分被构 造成确认按钮、重复按钮、菜单按钮和倒退按钮，则通过所述焊枪的合适定位和启动，可以 在所述计算机上执行相应指令。因此，对于使用者来说，没有必要为了控制该系统而将焊枪 始终放下，由此明显增加了可用性。优选地，焊枪包括焊枪手柄和肘管弯头，并且具有与计算机相连的线路连接。因 此，使用者可以像在真实焊接系统中使用的那样通过在市场上可得到的焊枪进行模拟。当用于确定位置的传感器布置在肘管弯头中，特别是布置在焊枪顶端的部分中 时，在盒子上的发射器和在焊枪中的传感器之间的距离可以保持得尽可能小，并且可以实 现高精度位置确定。具有如下的设计是有利的，其中在焊枪(特别是焊枪的顶端)上布置用于模拟焊 丝的可移动支撑的销。通过所述可移动支撑的销，实现了销在接触工件时被推回到焊枪中， 并且与焊枪之间没有固定距离。当用于启动焊接过程的模拟的启动开关布置在焊枪手柄上时，使用者必须像真实 焊接过程那样通过所述启动开关启动模拟焊接过程。当在焊枪手柄上布置附加的切换元件来调节给定焊接参数，例如焊丝进给、电压、 功率时，可以模拟出接近真实的焊接过程，并且使用者可以在模拟期间通过焊枪改变合适 参数。这样一个设计是有利的，其中视觉装置，特别是焊接罩，连接到其上布置有传感器 的位置监测装置和/或计算机，没有必要使用并不适用于每个使用者的普通VR护目镜。这样一个设计是有利的，其中用于在显示装置(特别是监视器)上使场景可视化 的摄像机的控制是通过视觉装置来实现，因为这样能够使用常用的焊接罩或帽，由此增加 了穿戴舒适性。不必针对使用者的弱视进行调节。这样一个设计是有利的，其中波尔希默斯传感器布置在焊接头盔或帽上，波尔希 默斯发射器布置在工件内，通过这些传感器和发射器可以确定摄像机的位置。这样提供了 简单地进行模拟焊接过程的可能性而不需要三维护目镜。有利地，提供了一种用于容纳设备的所有部件的便携式盒子。这样实现了高灵活 性。
本发明的一个目的通过根据权利要求17所述的方法解决，其中所述视觉装置被 设计成焊枪罩或帽的形式，所述位置监测装置的传感器布置在所述视觉装置上，所述视觉 装置用作具有特定运动阻尼的摄像机，其中在所述焊接模拟开始时，所述视觉装置的目标 点静态地位于所述工件的中心，当所述焊枪靠近所述工件时，所述目标点在所述焊枪轴线 的延长线和所述工件的各个穿透点上动态地变化。因此，有利地，在这样的模拟中，不必要 使用三维护目镜，三维护目镜的缺点在于必须针对使用者的可能的弱视进行调节，但是研 制出一种系统，其中每个使用者可以进行焊接模拟而无需大的调整。另一个优点在于在使 用焊接罩作为视觉装置时，使用者可以习惯使用焊接罩，并且能够同时在焊接头盔的视线 状态差的情况下操作。本发明的一个目的还通过根据权利要求18的方法解决，其中所述保持装置的限 定部分被设计成具有存储功能的输入模块，通过定位所述焊枪以及优选地通过启动在所述 焊枪上的开关元件，选择和启动所述存储功能。因此，有利的是，通过使用焊接手柄作为控 制元件，对于使用者而言没有必要总是为了进行某些输入而将焊枪放下，由此明显增加了 系统的可使用性。有利地，所述限定部分由在箱子上的位置以软件技术的方式限定，并且优选由在 所述箱子上的简单标签指示。因此，使用者可以简单地利用焊枪输入执行焊接模拟之后的 输入或者启动指令。当通过确定焊枪位置经由焊枪进行限定部分的非接触选择时，使用者仅仅需要移 动焊枪靠近所述限定部分以选择所述限定部分。这些措施是有利的，其中通过利用模拟焊丝接触所述限定部分，启动与模拟焊丝 相连的切换元件，并且选择和启动为该限定部分存储的功能，由此使用者可以通过简单地 单击该部分来启动合适的功能。另外，这些措施也是有利的，其中分别为了所述焊接模拟的开始或所述焊接模拟 的重复等而优选地选择用于所述限定部分的存储功能，由此使用者可以通过立即启动所述 限定部分来开始下一个焊接模拟。本发明的一个目的还通过根据权利要求23的方法解决，其中采用了识别模块来 控制焊接模拟，该识别模块用于自动识别所述焊枪的使用者的用右手或左手的习惯，其中 焊枪手柄和气体喷嘴之间相对于布置在所述保持装置中的工件的位置由所述识别模块确 定和评价，并且根据被这样确定的使用者的用右手或左手的习惯，自动地选择用于焊接过 程模拟的合适的规则，特别是所述焊枪的显示。本发明的一个目的还通过权利要求M的方法解决，其中在所述焊枪上操作用于 选择和启动显示在所述输出装置上的按钮的控制模块，其中在没有模拟所述焊接过程时， 通过所述焊枪启动指示器元件的控制，并且通过在特定部分中移动所述焊枪来进行所述指 示器元件、特别是光标的控制。这里有利的是，可以通过焊枪来进行软件的全部控制，因此 对于使用者来说没有必要在焊枪和输入装置(例如键盘或鼠标)之间连续切换。然而，这样的措施可能是有利的，其中控制模块被设计成鼠标垫的形式，在鼠标垫 上布置有用于焊枪的精确位置确定的发射器，由此限定用于控制指示器元件的准确部分， 因而明显方便了用于控制指示器元件的焊枪的位置查询。另外，本发明的一个目的还通过根据权利要求沈的方法解决，其中光源布置在所述焊枪上，特别是在气体喷嘴的部分上，当启动模拟焊接过程时，所述光源被启动以模拟所 述焊接过程的电弧。有利的是，可以实现电弧的模拟，并且由此可以实现更加真实的焊接过 程的模拟。有利地，通过启动光源，焊接罩的保护帽舌变得暗。由此，能够如真实焊接过程 中那样使焊接罩变得暗。
在以下示意性附图的帮助下更详细地描述本发明，其中图1示出了布置在箱子中的用于模拟焊接过程的设备的视图；图2示出了在装配状态下的用于模拟焊接过程的设备；图3以简化示意图示出了用于模拟设备的具有内置传感器的焊枪；图4以简化示意图示出了用于模拟设备的用于插入工件的保持装置；图5以简化示意图示出了用于模拟设备的工件，该工件用于插入到保持装置中以 实施角焊接；图6示出了设有第一焊缝的另一个工件，用于实施角焊接；图7以简化示意图示出了另一个工件，该工件用于插入到保持装置中以实施对接 焊接；图8示出了处于颠倒位置、设有第一焊缝的根据图7的工件；图9示出了视觉装置在静态条件下显示的图示；图10示出了视觉装置在动态条件下显示的图示；图11通过左手使用者使用工件来实施角焊接的示例示出了自动识别使用者的用 右手或左手的习惯的图示；图12通过右手使用者使用工件来实施角焊接的示例示出了自动识别使用者的用 右手或左手的习惯的图示；图13以简化示意图示出了保持装置，该保持装置具有用于经由焊枪选择的带标 记的限定部分；以及图14以简化示意图示出了焊枪，该焊枪具有用于模拟电弧的内置光源。
具体实施例方式在图1至图12中示出了一种用于模拟焊接过程的设备1。基本上，应该注意到， 在这样的设备1中没有进行真实的焊接过程，而是借助于在计算机2中运行的软件的帮助 虚拟地模拟和显示焊接过程。用户能够借助于在市场上可得到的焊枪3的帮助练习焊接过 程，焊枪3被重新构造以用于上述用途，S卩，能够实现相对于工件4引导焊枪3。这样的模拟 或练习系统提供了以下优点，即，用户每当需要时都能够练习焊接过程，无需为了焊接过程 而消耗相应的附加材料，同时也不需要随后被作为废料丢弃的工件或物件。因此，在使用者 在真实的工件或物件进行焊接之前，例如可以分别给焊接工人训练一种新的焊接过程，或 者可以容易以一种简单的方式教给新使用者新的焊接过程。在所述系统中，各个部件彼此之间实时的位置确定是很重要的。焊枪3相对于工 件4的位置和使用者眼睛的位置(即视角)应该优先被实时地检测、评价和显示。在所描 述的实施例中，使用了磁位置监测装置5，该磁位置监测装置5例如由现有技术的波尔希默斯追踪器、波尔希默斯发射器和波尔希默斯传感器形成，通过这些装置，部件的位置、距离 和速度被检测到，并且然后通过在计算机2中运行的软件转化成与焊接状态(例如电弧、形 成的焊缝等等)相关的可视图像，并且被显示在显示装置6 (特别是市场上可得到的监视器 7)或者三维护目镜上。根据本发明，该系统是紧凑的、简单的和可便携的，并且能够由使用者容易地操 作、携带和组装，而不需要专业的知识。每个所需的部件可以被集成到市场上可得到的箱子 8中，如可以在图1所看到的。如可以在图2所看到的，各镶嵌物9或元件分别布置在箱子 8中，在箱子8中布置有各个部件。这些部件可以由使用者取出、组装和使用。使用者能够 在箱子8中存放所有部件，并且因此能够重新安置，而无需另外人员的帮助。设备1能够节 约空间地在桌子10或工作场所上组装。这样尤其使得将要被训练的焊接工人能够将所述 箱子8拿回家并且进行适当的焊接练习。用于模拟焊接过程的设备1的各个部件包括计算机2，其具有输入装置11，特别 是键盘12和/或鼠标；输出装置6 ；焊枪3 ；磁位置监测装置5，其具有至少一个发射器13 和多个传感器14 ；用于被模拟的工件4的保持装置15 ；视觉装置16或三维护目镜，其分别 用于在输出装置6上形成二维图像或三维图像。为了清楚的原因，在这些部件之间的连接线路没有示出。为了实现简单的装配，设 计出用于连接线路的连接器插头，使得始终具有一对连接器插头，从而使用者在装配装置 的时候不会形成任何错误连接。然而，优选的是，这些部件已经被彼此连接，从而这些部件只需要从箱子8中取 出。使用者仅仅需要将电源连接到箱子8，以便给各个部件供应电力。为了这个目的，箱子 8可以设有连接器，使用者可以将普通电缆17连接到该连接器上。在箱子8中，供电系统 (未示出)布置和连接到所有部件，使得所有部件可以同时被供电。使用者仅仅需要通过电 缆将箱子8连接到插座，以便向所有部件供电。由于在使用磁位置监测装置时电磁传导材料可能会产生干扰，所以箱子8优选设 计成由非电磁传导材料，例如合成材料制成。从而，箱子8可以集成到组件中而不会产生干 扰。例如，箱子8可以具有导轨和保持件等等，各个部件可以固定在保持件中。例如，可以 将用于工件4的保持装置15固定到箱子8上。当组装设备1时，优选将包括相关工件4的保持装置15、焊枪3和视觉装置16从 箱子8中取出，并且将它们分别放置在工作场所或工作台10上，而其它部件例如计算机2 和位置监测装置5优选留在箱子8中。在部件之间的必要连接线路(未示出)已经建立， 从而使用者没有必要建立附加的连接。计算机2连接到输入装置11 (尤其是键盘12)，输出 装置6 (尤其是监视器7)连接到焊枪3、磁位置监测装置5和视觉装置16，至少一个发射器 13和多个传感器14连接到磁位置监测装置5。发射器13设置在用于模拟用的工件4的保 持装置15上、尤其是设置在保持装置15内部，至少在视觉装置16和焊枪3上同时布置至 少一个传感器14。在所述的实施例中，使用单个发射器13和多个传感器14，并且它们都集 成在各个部件中并且连接到磁位置监测装置5。通过这样的设计，用于模拟装置1或虚拟焊 接装置的所有部件分别可以存储在便携式箱子8中，当组装设备时，仅仅需要将合适元件 由使用者拿出箱子8，由此能够实现很好的可用性，因为对于使用者而言不需要通过电缆建 立任何连接。
为了模拟焊接过程，需要所谓的被模拟工件或用于模拟的工件4。在所述工件4上 没有进行真实的焊接过程，但是工件4仅仅用于定向以引导焊枪3。因此，设有保持装置15， 保持装置15被以简单的形式分别布置在工作场所或工作台10上，并且工件4可以插入保 持装置15中。保持装置15被设计成其能够根据将要练习的焊接类型定位，即，水平或竖直 焊接。保持装置15可以简单地转动，然而可以进行位置确定而不需要重新校准，其中执行 由焊枪3的位置产生的位置的自动识别，显示装置6上的图像分别相应地转动或显示。因 此，通过简单地转动保持装置15，即，将保持装置15放置在端面上，以及通过使用者用焊枪 3相应地追踪工件4，使用一个工件4可以实践两个焊接过程，即水平焊接过程和竖直焊接 过程。为了练习几种不同类型的焊接过程，如在图5至8中所示的，不同的工件4可以插 入保持装置15。因此，保持装置15包括凹部18，大部分不同的工件4可以插入在凹部18 中。在保持装置15的凹部18下方，位置监测装置5的发射器13布置成与工件4间隔优选 一个小距离。优选的是，将保持装置15设计为呈小的便携式盒子19的形式，便携式盒子 19将布置在工作台10上。便携式盒子19和可插入工件4又由非电磁传导材料制成，特别 是合成材料制成，从而当确定位置时将不会有由这些部件产生的干扰。重要的是，由于发射 器13在保持装置15内的中央位置位于工件4下方，在模拟焊接时到焊枪3内的传感器14 的最小距离是给定的，因此，可以执行高精度位置检测。当然，发射器13可以布置在每个工 件4上，当工件4插入便携式盒子19中时，所述发射器13能够自动地接触并且连接到位置 监测装置5。当布置传感器14时，重要的是传感器14尽可能靠近发射器13地布置。在焊 枪3中的传感器14例如优选布置在气体喷嘴20中，因为气体喷嘴20形成焊枪3的端部， 并且在模拟焊接过程中与工件4靠得非常近，如图3所示的。因此，在工件4或凹部18下 方的发射器13和通过气体喷嘴20与焊枪3靠近的传感器14之间的很短距离是给定的，从 而能够实现焊枪3相对于工件4的位置的高精度评价。另外，通过将发射器13分别在工件 14或凹部18下方固定布置在保持装置15中，可以实现对于使用者来说无需进行校准。当 然，至少两个校准点21可以标记在保持装置15上，特别借助于布置在焊枪3上的销22，使 用者在启动校准软件之后将焊枪3定位在所述校准点，因此重新校准。为了给予使用者真实或实际的焊接感受，焊枪3包括焊枪手柄23、肘管弯头和软 管套25。焊枪3具有与真实焊枪相同的尺寸和重量，并且通过连接线路(特别是软管套25) 连接到计算机2。这样，使用者能够以与真实焊枪类似的方式使用集成在焊枪3中的这些元 件。优选地，用于启动模拟焊接过程的启动开关沈布置在焊枪手柄23上。然而，用于调整 给定焊接参数(例如焊丝进给、电压、功率等)的附加切换元件27可以仍然布置在焊枪手 柄23上。还为了确定焊枪3相对于工件4的位置，焊枪3还连接到定位装置5，其中用于 位置确定的传感器14布置在肘管弯头M中，特别在焊枪顶端的部分即气体喷嘴20中。另 外，重要的是传感器被定位成尽可能靠近焊枪顶端，从而在工件4下方的发射器13和焊枪 13内的传感器14之间的距离尽可能地小，从而测量精度增加，并且外部干扰影响最小。仅 仅工件4和盒子19的壁强度布置在焊枪3中在发射器13和传感器14之间，由此在发射器 13和焊枪3中的传感器14之间具有非常小的距离。另外，另一个传感器14可以布置在焊 枪手柄23中，从而实现焊枪3的完整位置评估。根据本发明的设计的重要细节在于用于模拟焊丝的销22布置在焊枪顶端，即，气体喷嘴20上，其中销22沿着如图箭头所示的方向被可移动地支撑。通常在已知的设计中， 使用固定地集成在焊枪顶端中的销22。由于销22的可移动支撑，实现了使用者可以将焊枪 3靠近工件4直到气体喷嘴20靠近工件4，其中销22被推入焊枪3中，即推入气体喷嘴20 中。因此，实现了使用者不再能简单地将销22放置在工件4上并且通过销22引导焊枪3， 因为当销22放置在工件4上时，销22被推入焊枪3中或者移动到焊枪3中。这样，能够实 现特别真实的模拟，因为焊枪3可以比以前更靠近工件4。从气体喷嘴20伸出的销22还可 以被设计成可调节的，因为从气体喷嘴20突出的销22的长度是可调节的，由此可以练习不 同长度的“干伸长”。这能够以简单的方式实现，例如将小手轮布置在气体喷嘴20上，通过 该小手轮，突出销22的长度还可以调节。当然，所述调节还可以例如通过将一个小电动马 达集成在气体喷嘴20中来自动地进行，由此突出销22的长度可以调节。“干伸长”长度的 自动调节的有利之处在于，使用者能够在软件中进行“干伸长”长度的调节，其中在此之后 进行自动调节。另外，对于最优模拟，重要的是确定眼睛(特别是使用者眼角)相对于工件4和焊 枪3的位置，为了这个目的使用了视觉装置16。在所示的组件中，可以使用两个不同的视觉 装置16，特别是三维护目镜(未示出)以及包括焊接罩或帽观的新颖设计。对三维护目镜的使用不进行详细说明，因为这在现有技术中是已知的。然而，由于 三维护目镜具有明显缺点，即，对于可能的弱视使用者来说必须进行调节，所以研制出新颖 的视觉装置16，其不需要调节。为了这个目的，视觉装置16(特别是焊接罩或帽28)连接到 位置监测装置5和/或计算机2，传感器14布置在视觉装置16上。传感器14优选固定在 焊接罩的支承框架上或者固定到帽观的最高点，从而当使用者戴上焊接罩时，传感器14优 选处于最高点，因此可以计算出使用者的视角。使用者将焊接罩或帽四戴在头上，由此能 够通过移动其头部对用于在显示装置6 (特别是监视器7)上使场景可视化的摄像机进行控 制。优选地，监视器7被定位成其直接安装在工件4或盒子19后面，从而使用者可以同时 看到工件4和在监视器7上显示的图像29，因为在视觉装置16的该实施例中，使用者仅仅 得到在监视器7上显示的焊接模拟。摄像机的位置通过安装在焊接头盔或帽观上的波尔 希默斯传感器和安装在工件4上的波尔希默斯发射器确定，从而随着使用者头部的运动， 波尔希默斯传感器的位置被确定，相对于工件4和焊枪3的合适角度可以被计算，通过该计 算可以在监视器上立刻形成相应的图像。当然，焊接罩和帽观两者都可以使用，其中使用者可以选择他想要通过那种类型 的视觉装置16来进行焊接模拟。视觉装置16还被分别设计成焊接罩或帽观的形式，位置监测装置5的传感器14 被布置在视觉装置16的支承框架上。在根据本发明的实施例中，视觉装置16被用作对图 像四的运动具有特定阻尼的摄像机，其中在焊接模拟开始时，视觉装置16的目标点静态地 位于在监视器7上显示的工件4的中心，当使焊枪3靠近工件4时，目标点在焊枪轴线的延 长线和工件4的相应穿透点上动态变化，如在图9和10中示意性示出的。在图10中，可以 看出使用者将焊枪3移动到工件4，因为在显示的图像中，为了清楚的原因焊枪3仅仅被画 出局部，视角动态地变化。借助于这样的视觉装置16，没有像使用三维护目镜时那样在所有 空间方向上都形成虚像，而是仅仅在监视器7上稳定地显示重要的图像部分，即工件4。根 据图9，在静止状态下，仅仅显示了工件4这一部分，不管配带视觉装置16的使用者观看的方向如何。然而，当使用者将焊枪3移动到显示部分时，虚拟焊枪3变得可见，并且系统被 切换到动态显示屏，从而传感器14在焊枪3和帽观中的位置被确定，工件4的相应视图被 显示在确定位置。当使用者再次将焊枪3移动到显示部分之外时，传感器14在焊接罩或帽 观中的位置评估为不起作用并且切换到静态显示屏。因此，提供了一种简单的模式，其中不 必像三维护目镜那样针对弱视进行调整，仅仅最重要的部分被稳定地显示在监视器7上。将不再更详细地描述虚拟焊接过程，因为其对应于用于模拟的常用软件过程。在 计算机2上安装有合适的软件来确定、计算相应的过程并且在监视器7或三维护目镜上适 当地显示出各个元件的显示。仅仅马上将要提到的是在开始操作设备1之后，使用者能够 调整计算机2上的不同设置，并且同时选择大部分不同类型的焊接过程。另外，使用者可以 附加地选择使用者是否想要使用辅助装置，例如用于焊枪3的正确位置的控制箭头，其用 于沿着工件4引导焊枪3。在使用者调整好所有设置并且对于视觉装置16作出决定之后， 使用者可以将焊枪3带到开始位置，然而开始虚拟焊接过程。为了这样做，使用者操作焊枪 3上的启动开关沈，使得在工件4和焊枪3之间的虚拟电弧在监视器7上点燃。然后在使 用者使用或不使用辅助装置(例如距离箭头)的情况下，将焊枪3沿着工件4引导到最优 位置，其中，在监视器7中，在虚拟图像四上形成合适的焊缝，该焊缝通过对焊枪3的引导 而计算出。当使用者完成焊接过程时，在根据本发明的解决方案中，由计算机2分析执行完 的焊接过程，并且通过集成的评价系统判定各点。同时，当然可以由使用者独立地重新得到 重要记录，例如短路等等。为了为使用者设计得尽可能方便的应用，根据本发明的多个辅助模块，例如在下 面描述的用于自动识别使用者的用右手或左手的习惯(习惯用左手/习惯用右手的人)的 辅助模块是集成有软件技术的，如图11和12所示。用于自动识别操作焊枪的使用者的用 右手或左手的习惯的识别模块以软件技术的方式使用，用于控制焊接过程的模拟。所述识 别模块被集成在计算机2上的软件中，并且对于使用者不需要输入关于使用者的用右手或 左手的习惯的任何信息或调整设置。焊枪手柄23和气体喷嘴20之间相对于布置在保持装 置15中的工件4的位置通过识别模块确定和评价，并且用于模拟焊接过程(特别是根据焊 枪3显示图像四)的合适软件被自动地选择。为了采用这样的识别模块，必须使至少两个 传感器14布置在焊枪13中，其中优选的是将一个传感器14内置在气体喷嘴20中，将一个 传感器14内置在焊枪手柄23中，如图3所示。因此，可以确定两个传感器14相对于彼此 以及相对于发射器13的位置，根据位于气体喷嘴20中的传感器14的左手侧或右手侧上的 焊枪手柄23的位置，可以确定使用者握着焊枪3的是哪只手。当例如焊枪手柄23中的传 感器14相对于工件4布置在气体喷嘴20中的传感器14的左手侧上，使用者用左手握着焊 枪3，如图11所示，软件在监视器7上启动用于左手使用者的显示。另一方面，在焊枪手柄 23中的传感器14相对于工件4布置在气体喷嘴20中的传感器14的右手侧上，使用者用右 手握着焊枪3，在如图12所示，软件在监视器7上选择用于右手使用者的焊枪3的显示。另外，设有用于提高输入友好性的辅助模块，其中焊枪3此时被另外用作输入装 置。因此，保持装置15的至少一个限定部分30被设计成具有存储功能的输入模块，从而通 过定位焊枪3以及启动在焊枪3上的启动开关沈，用于该限定部分30的存储功能可以被 选择和启动。因此，对于使用者来说没有必要为了一些指令将焊枪3放下，但是能够借助于 焊枪3直接输入适当的输入。这样作的话，限定部分30分别借助于盒子19或保持装置15上的位置以软件技术方式限定，并且优选由在保持装置15上的简单标签作标记。因此，使 用者可以将焊枪3相应地定位在该部分30或给定位置上，然后能够通过操作布置在焊枪3 上的启动开关6来重新得到和执行存储在该位置后面的功能。当然，显示在监视器7上的 指示器元件(未示出)还可以通过相应地追踪保持装置15上的这些位置或限定部分30而 移动到监视器7上的合适位置。因此，还可以通过合适的输入装置(例如鼠标，通过鼠标) 或焊枪3调用相同的功能。通过使用焊枪3，限定部分30或位置的非接触选择分别可以通 过简单地确定焊枪3的位置来执行。通过触摸限定部分30，S卩，标签，甚至通过模拟的焊丝， 即销22触摸限定部分30，连接到销22的开关元件可以通过将销22推入来启动，并且可以 选择和启动为该限定部分30存储的功能。因此，对于使用者来说没有必要操作启动开关沈 或另一个开关元件27，而是仅仅将焊枪3的顶端推到相应限定部分30上。为了启动几个可 能性，即，例如接触销22或操作开关元件27或焊枪手柄23上的启动开关沈或连接到计算 机2的鼠标能够并行地操作。因此，在盒子9上，布置了一些限定部分30以通过焊枪3进行输入，因此对于使用 者来说实现了不需要将焊枪3放下来调用某些功能或指令，由此显著地增加了可用性。用 于限定部分30的存储功能可以例如是焊接模拟的开始、焊接模拟的重复或者焊接模拟的 结束等。例如，限定部分30还可以被设计为确认按钮、重复按钮、菜单按钮、倒退按钮，从 而，通过焊枪3的合适定位和启动，可以在计算机2上执行合适的指令。另外，可以使用用于在输出装置6上选择以软件技术方式显示的按钮的控制模 块，其中在焊接过程的模拟中，所述控制模块启动，指示器元件(特别是光标)的控制通过 将焊枪3移动到某一部分或区域来执行。通常通过鼠标执行的指示器元件在监视器7上的 控制现在可以通过焊枪3来进行，从而对于使用者而言不需要在鼠标和焊枪3之间连续更 换。使用者还可以使用焊枪3来实现所有鼠标的功能。为了这个目的，可以使用合适的鼠 标垫，在鼠标垫上设置另一个发射器13。当使用者在鼠标垫上引导焊枪3时，这将通过另一 个发射器13来识别，在鼠标垫上的焊枪3的位置由所述发射器评价。使用这样的鼠标垫的 有利之处在于，不需要大范围的位置确定，而是局限于鼠标垫的特定尺寸，因此可以使得指 示器元件的引导容易。重要的是软件自动地识别指示器元件或焊接过程的控制是否进行。 这可以以一种容易的方式来实现，即在工件4上的保持装置15上限定一些启动位置，使得 通过将焊枪3靠近这些启动位置并且通过启动焊枪3上的启动开关沈来启动模拟，而当焊 枪3位于距离启动位置一个给定距离时进行指示器元件的控制。还可以进行自动识别，这 样始终可以评价出在保持装置15或鼠标垫上更靠近相应发射器13的位置。在图6和8中分别示出了用于在角焊缝或对接焊缝中进行的堆焊的模拟的实施 例。原理上，堆焊包括由彼此叠置布置的几层焊缝构成。为了此目的，在将要插入的工件4 上直接模拟或设计第一焊缝31。这意味着存在工件4，其具有其中不包括焊缝31的角焊缝 或对接焊缝，如图5和图7所示，使用者首先将该工件4插入，以进行第一焊接，然后在第一 焊接后，用具有所显示的模拟焊缝31的工件4 (根据图6和图8)代替工件4，因此可以进行 进一步焊接。在所示的实施例中，使用者仅仅需要转动工件4，并且将工件重新插入保持装 置15中，因为这两个设计在一个工件4中实现。在图14中示出了焊枪13的实施例，其中光源32布置在销22上或者代替销22。 所述光源32的目的在于模拟实际焊接的非常亮的电弧，在焊接模拟执行期间，在模拟开始时，光源被启动，同时在显示装置6上的电弧被点燃。优选地，采用频闪光源32。通过借助 于光源32来模拟焊枪3上的电弧，还可以模拟或使用焊接头盔上的保护性帽舌的暗色化， 其中在使用焊接罩作为视觉装置16的过程中，布置在焊接罩上的暗色化罩通过施加电压 而变暗。这应该与光源32的启动同步地进行。当然，在自动暗色化的焊接罩和相应的亮光 源中，这可以自动地进行，并且由计算机2的控制不是必须的。使用光源32来模拟电弧，实 现了更加逼真的焊接过程的模拟，因为使用者应该使用焊接头盔，因而还可以实践焊接期 间的差的视线状况。 箱子8还可以具有外部接口(未示出)，箱子8可以通过该部外接口连接到真实的 焊接装置上。外部接口连接到计算机2上，从而来自焊接装置的数据可以传递给计算机2。 因此，例如使用者可以从使用中的焊接装置下载数据，然后在家里或办公室练习这些设置。 因此，具有真实设置的操作变为可能，这种真实设置可以以容易的方式来传送。当布置在箱 子8中的计算机2实现为膝上型电脑或该计算机具有内部电源例如电池时，可以通过启动 箱子8上的外部接口，使计算机2自动启动和导入。然后，计算机2自动执行数据传送，从 而从连接的焊接装置下载必要的数据。使用者仅仅需要通过箱子8转到焊接装置，通过外 部接口将箱子8连接到焊接装置，此时相应的数据通过外部接口自动传送。
当然，数据还可以从在箱子8中的计算机2传送到焊接装置。当在焊接模拟中首先 进行合适的焊接尝试时会发生这些数据传送，然后这些数据将被存储和传送到焊接装置。
实现提高使用者友好性的另一个可能性在于，工件4和箱子9设有自动识别装置， 特别是RFID芯片和RFID读取器。这样可以实现所使用工件4的自动识别，由此，自动在计 算机2上进行合适设置。因此，系统的使用者友好性得以显著提高，并且可以使设置的错误 来源最小。
权利要求
1.一种用于模拟焊接过程的设备(1)，该设备包括计算机O)，该计算机具有输入装 置(11)和输出装置(6)；焊枪(3)；磁位置监测装置(5)，该磁位置监测装置具有至少一个 发射器(13)和多个传感器(14)；用于在模拟中使用的工件(4)的保持装置(15)；用于在所 述输出装置(6)上生成二维或三维图像09)的视觉装置(16)，其特征在于所述保持装置(1 具有凹部(18)，所述工件(4)能够插入所述凹部(18)中，所述磁 位置监测装置(5)的至少一个发射器(13)在距所述工件⑷尽可能小的距离处布置在所 述凹部(18)下方，所述保持装置(1 被设计成用于放置在桌子(10)上的小的便携式箱子 (19)。
2.根据权利要求1所述的设备(1)，其特征在于，所述箱子(19)和所述工件由非 电磁传导材料制成，尤其是由合成材料制成。
3.根据权利要求1或2所述的设备(1)，其特征在于，所述至少一个发射器(13)在所 述工件(14)下方布置在所述保持装置(1 的中央位置，使得在模拟焊接过程中，所述至少 一个发射器(13)与所述焊枪(3)中的所述传感器(14)之间的距离能够被最小化。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述箱子(19)被设计 成使所述工件(4)既用于水平焊接模拟又用于竖直焊接模拟。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述工件(4)和所述箱 子(19)配备有自动识别装置，尤其是RFID芯片和RFID读取器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的设备(1)，其特征在于，在所述箱子(19)上布 置有用于通过所述焊枪C3)输入的标记部分(30)。
7.根据权利要求6所述的设备(1)，其特征在于，所述标记部分(30)被设计成确认按 钮、重复按钮、菜单按钮和倒退按钮，使得通过所述焊枪(3)的合适定位和启动，能够在所 述计算机( 上执行合适的指令。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述焊枪C3)包括焊枪 手柄和肘管弯头04)并且具有与所述计算机( 相连的线路连接。
9.根据权利要求8所述的设备(1)，其特征在于，在所述肘管弯头04)中，特别是在焊 枪顶端的部分中，布置有用于位置监测的传感器(14)。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的设备(1)，其特征在于，在所述焊枪(3)上，特 别是在所述焊枪的顶端上，布置有用于模拟焊丝的被可移动支撑的销02)。
11.根据权利要求8至10中任一项所述的设备(1)，其特征在于，用于启动所述焊接过 程的模拟的启动开关06)布置在所述焊枪手柄上。
12.根据权利要求8至11中任一项所述的设备(1)，其特征在于，在所述焊枪手柄03) 上布置有附加的切换元件(27)，所述附加的切换元件(XT)用于调节焊接参数，例如能够被 预先限定的焊丝进给、电压和功率。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备(1)，其特征在于，所述磁位置监测装置 (5)和/或所述计算机(2)连接到其上布置有传感器(14)的视觉装置(16)，特别是焊接罩 或帽(28)。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的设备(1)，其特征在于，通过视觉装置(16) 执行摄像机控制，该摄像机用于在显示装置(6)上，特别是在监测器(7)上使场景可视化。
15.根据权利要求13或14所述的设备(1)，其特征在于，在所述焊接头盔或帽08)上布置有波尔希默斯传感器，在所述工件(4)上布置有波尔希默斯发射器，通过所述波尔希 默斯传感器和所述波尔希默斯发射器能够确定摄像机的位置。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的设备(1)，其特征在于，设有用于存放所有部 件的箱子⑶。
17.一种借助于用于模拟焊接过程的视觉装置在输出装置上生成二维图像的方法，其 中位置监测装置具有至少一个发射器和多个传感器，焊枪连接到计算机，所述计算机包括 输入装置和输出装置，并且通过所述焊枪，在保持装置中布置的模拟工件上模拟焊接过程， 其中所述焊枪相对于工件的位置以及使用者的位置尤其是使用者的眼睛的位置通过视觉 装置检测并且通过计算机转化成在所述输出装置上生成的图像，其特征在于，所述视觉装置被设计成焊枪罩或帽的形式，所述位置监测装置的传感器布置在所述视 觉装置上，所述视觉装置被用作具有特定运动阻尼的摄像机，其中在所述焊接模拟开始时， 所述视觉装置的目标点静态地位于所述工件的中心，当所述焊枪靠近所述工件时，所述目 标点在所述焊枪轴线的延长线和所述工件的各个穿透点上动态地变化。
18.一种用于控制模拟焊接过程的方法，其中计算机连接到输入装置、输出装置、焊枪 和磁位置监测装置，至少一个发射器和多个传感器连接到所述磁位置监测装置，其中所述 发射器布置在用于被模拟的工件的保持装置上，在视觉装置和所述焊枪上同时布置至少一 个传感器，其特征在于，所述保持装置的限定部分被设计成具有存储功能的输入模块，通过定位所述焊枪以及 优选地通过启动在所述焊枪上的开关元件，选择和启动所述存储功能。
19.根据权利要求18所述的方法，其特征在于，所述限定部分由在箱子上的位置以软 件技术的方式限定，并且优选由在所述箱子上的简单标签指示。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其特征在于，所述限定部分的非接触选择通过 确定所述焊枪的位置经由所述焊枪执行。
21.根据权利要求18至20中任一项所述的方法，其特征在于，通过利用模拟焊丝接触 所述限定部分，启动与所述模拟焊丝相连的切换元件，并且选择和启动为所述限定部分存 储的功能。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，分别为了所述焊接模拟的开始或所述 焊接模拟的重复而优选地选择用于所述限定部分的存储功能。
23.一种用于控制模拟焊接过程的方法，其中，计算机连接到输入装置、输出装置、焊枪 和磁位置监测装置，至少一个发射器和多个传感器连接到所述磁位置监测装置，其中所述 发射器布置在用于被模拟的工件的保持装置上，在视觉装置和所述焊枪上同时布置至少一 个传感器，其特征在于，采用了识别模块来控制焊接过程的模拟，该识别模块用于自动识别所述焊枪的使用者 的用右手或左手的习惯，其中焊枪手柄和气体喷嘴之间相对于布置在所述保持装置中的工 件的位置由所述识别模块确定和评价，并且根据被确定的使用者的用右手或左手的习惯， 自动地选择用于焊接过程模拟的相应规则，特别是所述焊枪的显示。
24.一种用于控制模拟焊接过程的方法，其中，计算机连接到输入装置、输出装置、焊枪 和磁位置监测装置，至少一个发射器和多个传感器连接到所述磁位置监测装置，其中所述 发射器布置在用于被模拟的工件的保持装置上，在视觉装置和所述焊枪上同时布置至少一个传感器，其特征在于，在所述焊枪上操作用于选择和启动在所述输出装置上显示的按钮的控制模块，其中在 没有模拟所述焊接过程时，通过所述焊枪启动指示器元件的控制，通过在特定部分中移动 所述焊枪来进行所述指示器元件、特别是光标的控制。
25.根据权利要求M所述的方法，其特征在于，所述控制模块被设计成鼠标垫的形式， 并且用于准确确定所述焊枪的位置的发射器布置在所述鼠标垫上。
26.一种用于控制模拟焊接过程的方法，其中，计算机连接到输入装置、输出装置、焊枪 和磁位置监测装置，至少一个发射器和多个传感器连接到所述磁位置监测装置，其中所述 发射器布置在用于被模拟的工件的保持装置上，在视觉装置和所述焊枪上同时布置至少一 个传感器，其特征在于，光源布置在所述焊枪上，特别是布置在气体喷嘴的部分上，当启动模拟焊接过程时，所 述光源被启动以模拟所述焊接过程的电弧。
27.根据权利要求沈所述的方法，其特征在于，当启动所述光源时，焊接罩的保护帽舌 变暗。
28.根据权利要求17至27中任一项所述的方法，其特征在于，在根据权利要求1至16 中任一项所述的设备中执行所述方法。
全文摘要
本发明涉及一种用于模拟焊接过程的设备(1)和方法。该设备包括计算机(2)，该计算机具有输入装置(11)和输出装置(6)；焊枪(3)；磁位置监测装置(5)，该磁位置监测装置具有至少一个发射器(13)和多个传感器(14)；用于在模拟中使用的工件(4)的保持装置(15)；以及用于在所述输出装置(6)上形成二维或三维图像(29)的视觉装置(16)。所述保持装置(15)具有凹部，所述工件(4)能够插入所述凹部(18)中，所述磁位置监测装置的至少一个发射器在距所述工件尽可能小的距离处布置在所述凹部下方，所述保持装置(15)被设计成用于放置在桌子(10)上的小的便携式箱子(19)。
文档编号G09B23/06GK102083580SQ200980126028
公开日2011年6月1日 申请日期2009年6月3日 优先权日2008年7月4日
发明者斯蒂芬·格兰塞克, 约瑟夫·克赖因德尔 申请人:弗罗纽斯国际有限公司
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