特許 6793791 リアルタイム溶接可視化および支援を向上させるためのＨＤＲ画像取込みおよび表示システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6793791

(24)【登録日】2020年11月12日

(45)【発行日】2020年12月2日

(54)【発明の名称】リアルタイム溶接可視化および支援を向上させるためのＨＤＲ画像取込みおよび表示システム

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/32 20060101AFI20201119BHJP

   B23K 9/095 20060101ALI20201119BHJP

   B23K 9/10 20060101ALI20201119BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/32 B

   B23K9/095 515A

   B23K9/10 Z

【請求項の数】18

【全頁数】27

(21)【出願番号】特願2019-142413(P2019-142413)

(22)【出願日】2019年8月1日

(65)【公開番号】特開2020-189332(P2020-189332A)

(43)【公開日】2020年11月26日

【審査請求日】2019年8月2日

(31)【優先権主張番号】16/421,022

(32)【優先日】2019年5月23日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】514172954

【氏名又は名称】川田テクノロジーズ株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】501228071

【氏名又は名称】エスアールアイ インターナショナル

【氏名又は名称原語表記】ＳＲＩ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金平 徳之

(72)【発明者】

【氏名】山岡 千春

(72)【発明者】

【氏名】津山 忠久

(72)【発明者】

【氏名】布施 直彦

(72)【発明者】

【氏名】本摩 敦

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド・ベレンズ

(72)【発明者】

【氏名】マイケル・ピアセンティーノ

(72)【発明者】

【氏名】ホーイツェン・ヴァン・デル・ワル

(72)【発明者】

【氏名】デイビッド・ゼーン

【審査官】 永井 友子

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０２８９４２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０４８５０７１２（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４７３００９６（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０３７５５２４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０２９１１７２（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１８／００７１８５４（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００８／０１８５２６（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許第０７６５８８９１（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開２００９−１２５７９０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０３６９８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０２１４２００（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１７／０１７３７２０（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／３２

Ｂ２３Ｋ ９／０９５

Ｂ２３Ｋ ９／１０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化を向上させるための装置であって、
ビームスプリッタを備え、前記ビームスプリッタは、前記溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割し、前記少なくとも第１の光路および第２の光路は各々、それぞれの撮像センサを含み、前記装置はさらに、
制御部を備え、前記制御部は、前記少なくとも第１の光路および第２の光路における前記それぞれの撮像センサから複数の画像を受取って、前記複数の画像を融合して、左眼用融合画像および右眼用融合画像を作成し、前記装置はさらに、
ディスプレイアセンブリを備え、前記ディスプレイアセンブリは、前記装置のユーザの左眼の位置に前記左眼用融合画像を表示し、前記装置の前記ユーザの右眼の位置に前記右眼用融合画像を表示し、前記装置はさらに、
前記溶接環境における光レベルを検知するための少なくとも１つのフォトセンサをさらに備え、前記制御部は、前記少なくとも１つのフォトセンサおよび前記撮像センサのうちの少なくとも１つ、のうちの少なくとも１つから受信された信号に基づいて、どの撮像センサからの画像を表示すべきかを判断し、前記受信された信号は、前記溶接環境における検知された光レベルを示す、装置。

【請求項2】

左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリを備え、前記左眼用撮像アセンブリおよび前記右眼用撮像アセンブリの各々は、
少なくとも１つの前記ビームスプリッタを含み、
前記左眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像が融合されて、前記装置の前記ユーザの前記左眼の前記位置において表示され、前記右眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像が融合されて、前記装置の前記ユーザの前記右眼の前記位置において表示されて、前記溶接環境の３次元表示を提供する、請求項１に記載の装置。

【請求項3】

前記溶接環境における温度を検知するための少なくとも１つの温度センサをさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記温度センサから伝達された信号に応じて、前記溶接環境における検知された温度を示す情報を前記ディスプレイアセンブリ上に表示させる、請求項３に記載の装置。

【請求項5】

前記溶接環境の前記複数の画像を表示することは、進行中の溶接のアーク、溶接ワイヤ、溶接トーチ、溶接されたばかりの溶融金属のパドル、凝固したばかりの溶接の白熱しているビード、冷却しておりもはや白熱していない溶接のビード、溶接されるべきサンプルの領域、および、溶接区域を囲む背景領域、についての複数の画像の同時表示を含み、
前記同時表示は、進行中の溶接の前記アーク、前記溶接ワイヤ、前記溶接トーチの先端、溶接されたばかりの溶融金属の前記パドル、凝固したばかりの前記溶接の前記白熱しているビード、冷却しておりもはや白熱していない前記溶接の前記ビード、溶接されるべき前記サンプルの前記領域、前記溶接区域を囲む前記背景領域、についての複数の画像の個々の表示についての詳細のすべてを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項6】

前記制御部は、溶接の実施を支援するための情報を、前記ディスプレイアセンブリ上に表示させる、請求項１に記載の装置。

【請求項7】

溶接の実施を支援するための前記情報は、前記制御部によって生成される画像および前記溶接環境の溶接パラメータのうち少なくとも１つを含む、請求項６に記載の装置。

【請求項8】

前記制御部は、前記溶接環境における溶接プロセスを記録するためのメモリを備える、請求項１に記載の装置。

【請求項9】

煙が存在している前記溶接環境の撮像を可能にするための少なくとも１つの近赤外線撮像センサをさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項10】

前記撮像センサはプリント回路基板カメラを含む、請求項１に記載の装置。

【請求項11】

前記少なくとも第１の光路および第２の光路の間の光レベルに差異を生じさせるために、前記少なくとも第１の光路および第２の光路のうち少なくとも１つにおいて、ニュートラルデンシティフィルタおよびカメラレンズのうち少なくとも１つをさらに備える、請求項１に記載の装置。

【請求項12】

溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化を向上させるための方法であって、
着用可能な溶接装置において、
少なくとも１つのビームスプリッタを用いて、前記溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割するステップと、
前記少なくとも第１の光路および第２の光路の各々において、撮像センサを用いて、それぞれの分割された光の複数の画像を取得するステップと、
前記少なくとも第１の光路および第２の光路の前記それぞれの撮像センサからの前記複数の画像を融合して、左眼用融合画像および右眼用融合画像を作成するステップと、
前記着用可能な溶接装置のユーザの左眼の位置におけるディスプレイ上に前記左眼用融合画像を表示し、前記着用可能な溶接装置の前記ユーザの右眼の位置におけるディスプレイ上に前記右眼用融合画像を表示するステップと、
前記溶接環境における検知された光レベルを示す信号に応じて、どの撮像センサからの画像を表示すべきかを判断するステップとを含む、方法。

【請求項13】

前記分割するステップは、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々において、少なくとも１つのビームスプリッタを用いて、前記溶接環境からの前記入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割するステップを含み、
前記取得するステップは、前記左眼用撮像アセンブリおよび前記右眼用撮像アセンブリの各々において、撮像センサを用いて、前記少なくとも第１の光路および第２の光路の各々における複数の画像を取得するステップを含み、
前記作成するステップは、前記左眼用撮像アセンブリおよび前記右眼用撮像アセンブリの各々の前記少なくとも第１の光路および第２の光路の前記それぞれの撮像センサからの複数の画像を融合して、左眼用融合画像および右眼用融合画像を作成するステップを含み、
前記表示するステップは、前記着用可能な溶接装置のユーザの左眼の位置において前記左眼用融合画像を表示し、前記着用可能な溶接装置の前記ユーザの右眼の位置において前記右眼用融合画像を表示するステップを含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項14】

前記着用可能な溶接装置の前記ユーザが前記溶接環境において溶接を実施するのを支援するための情報および画像のうち少なくとも１つを表示するステップをさらに含み、
前記情報は、少なくとも、前記溶接環境における少なくとも１つの温度、溶接ワイヤの送り速度、溶接ワイヤの位置、溶接トーチの位置、前記溶接トーチに関連付けられた電源の電流または電圧、および休止時間、のうち少なくとも１つを含む前記溶接環境の溶接パラメータを含み、
前記画像は、前記溶接環境の画像上に重ねられた熱画像、および、溶接がそれに沿って実行される前記溶接環境の画像上に重ねられた経路、のうち少なくとも１つを含む拡張現実画像を含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項15】

前記溶接環境の少なくとも１つの画像からスパークを除去するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項16】

前記溶接環境の少なくとも動作パラメータを決定するために溶接ステーションと通信するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項17】

前記撮像センサによって取込まれた溶接プロセスの複数の画像を評価して、溶接品質に関するフィードバックをユーザに提供するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【請求項18】

さまざまな露光量を有する前記溶接環境の複数の画像を作成するために、さまざまなフレームレートで前記溶接環境の複数の画像を取得するように前記撮像センサを構成するステップをさらに含む、請求項１２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

分野
本原則の実施形態は、概して、溶接環境に関し、より特定的には、リアルタイム溶接可視化および支援を向上させるための方法、装置およびシステムに関する。

【背景技術】

【0002】

背景
現在まで、多くの溶接プロセスは手作業で実行されている。しかしながら、製造業および建設業などの溶接関連の産業界では、経験豊富で熟練した溶接工の不足が顕著になってきている。なぜなら、従来のような指導者による溶接工のトレーニングに長い期間がかかることに加えて、引退する労働人口が急激に増加しており、これが、このような経験豊富で熟練した溶接工の不足の原因とみなされ得る。

【0003】

完全自動化またはロボットによる対策は、経験豊富で熟練した溶接工の不足に取組むための一つの方法である。しかしながら、自動化されたデバイスまたはロボット型デバイスは費用が比較的高くなる可能性があり、機器の設定および分解が煩雑となる可能性があるため、効率が低下するおそれがある。加えて、自動化されたデバイスまたはロボット型デバイスが適合し得ない分野も存在している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】米国特許第９９１８０１８号明細書

【発明の概要】

【0005】

溶接支援を行うように設計された現在のいくつかのシステムにおいては、たとえば溶接環境の、さまざまなダイナミックレンジを有する複数の画像を提供するためにフィルタが用いられているが、フィルタは、さほど長持ちせず、またはさほど正確でもなく、早期に消耗する可能性があるので、頻繁に交換する必要がある。加えて、それらおよび他のシステムにおいては、カメラによって取込まれた複数の画像は、たとえば溶接環境の、広いダイナミックレンジを有する画像／映像を生成するために単に合成されるだけである。しかしながら、複数のカメラ画像を単純に合成しただけでは、画像の各々の詳細が失われる可能性がある。たとえば、２０１８年３月１３日付でビーソン（Ｂｅｅｓｏｎ）に対して発行された米国特許第９，９１８，０１８号は、たとえば溶接環境の、さまざまなダイナミックレンジを有する複数の画像を提供するためのフィルタを用いる、溶接用途で使用されるディスプレイのためのダイナミックレンジ拡張方法およびシステムを開示するとともに、単に、広いダイナミックレンジを有する画像／映像を生成するためにさまざまなカメラによって取込まれた複数の画像を合成することを開示しているに過ぎない。米国特許第９，９１８，０１８号の発明には、上述のような欠陥がある。

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

概要
リアルタイム溶接可視化および支援を向上させるための方法、装置およびシステムの実施形態がこの明細書中に開示されている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化を向上させるための装置は、ビームスプリッタを含む。当該ビームスプリッタは、溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割する。当該少なくとも第１の光路および第２の光路は各々、それぞれの撮像センサを含む。当該装置はさらに、制御部を含む。当該制御部は、当該少なくとも第１の光路および第２の光路における当該それぞれの撮像センサから複数の画像を受取って、当該複数の画像を融合して、左眼用融合画像および右眼用融合画像を作成する。当該装置はさらに、ディスプレイアセンブリを含む。当該ディスプレイアセンブリは、当該装置のユーザの左眼の位置に当該左眼用融合画像を表示し、当該装置の当該ユーザの右眼の位置に当該右眼用融合画像を表示する。

【0008】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、当該装置はさらに、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリを含み得る。当該左眼用撮像アセンブリおよび当該右眼用撮像アセンブリの各々は少なくとも１つのビームスプリッタを含む。当該少なくとも１つのビームスプリッタは、当該溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割する。当該少なくとも第１の光路および第２の光路は各々、それぞれの撮像センサを含む。当該左眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像が当該装置のユーザの左眼の位置において融合されて表示されるとともに、当該右眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像が当該装置のユーザの右眼の位置において融合されて表示されて、当該溶接環境の３次元表示が提供される。

【0009】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化を向上させるための方法は、着用可能な溶接装置において、少なくとも１つのビームスプリッタを用いて、当該溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割するステップと、当該少なくとも第１の光路および第２の光路の各々において、撮像センサを用いてそれぞれの分割された光の複数の画像を取得するステップと、当該左眼用撮像アセンブリおよび当該右眼用撮像アセンブリの当該少なくとも第１の光路および第２の光路の当該それぞれの撮像センサからの複数の画像を融合して、左眼用融合画像および右眼用融合画像を作成するステップと、当該着用可能な溶接装置のユーザの左眼の位置におけるディスプレイ上に当該左眼用融合画像を表示し、当該着用可能な溶接装置の当該ユーザの右眼の位置におけるディスプレイ上に当該右眼用融合画像を表示するステップとを含む。

【0010】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、当該方法はさらに、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々における少なくとも１つのビームスプリッタを用いて、当該溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割するステップと、当該装置の当該ユーザの左眼の位置において当該左眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像を融合して表示し、当該ユーザの右眼の位置において当該右眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像を融合して表示して、当該溶接環境の３次元表示を提供するステップとを含む。

【0011】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化および支援を向上させるための方法は、ビームスプリッタを用いて、入射光を第１の光路と第２の光路とに分割するステップを含む。当該第１の光路は分割された光のごく一部分を有するとともに当該第２の光路は分割された光の大部分を有する。当該方法はさらに、当該第１の光路において、高ｆ値レンズを用いて、当該ビームスプリッタからの当該分割された光の当該ごく一部分を集束させるステップと、ニュートラルデンシティフィルタを用いて、当該高ｆ値レンズからの当該集束された光をフィルタリングするステップと、第１のカメラを用いて、当該ニュートラルデンシティフィルタからの当該フィルタリングされた光の複数の画像を取得するステップとを含む。いくつかの実施形態においては、当該方法はさらに、当該第２の光路において、低ｆ値レンズを用いて、当該ビームスプリッタからの当該分割された光の当該大部分を集束させるステップと、第２のカメラを用いて当該低ｆ値レンズからの当該光の複数の画像を取得するステップとを含む。当該方法はさらに、当該第１のカメラからの画像と当該第２のカメラからの画像とを融合させるステップと、当該融合された画像のうち少なくとも一部分を左眼用表示画像および右眼用表示画像として表示するステップとを含む。

【0012】

本原則に従った他の実施形態およびさらなる実施形態を以下に記載する。
本原則についての上述された特徴が詳細に理解され得るように、上述のように簡潔に要約された当該原則についてのより詳細な説明が、実施形態を参照することによって得られるであろう。実施形態のうちのいくつかは添付の図面に示されている。しかしながら、添付の図面が本原則に従った代表的な実施形態だけを例示するものであり、このため、その範囲を限定するものと解釈されるべきではなく、本原則が同様に有効な他の実施形態にも適用され得ることに留意されたい。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1A】本原則の第１の実施形態に従った、リアルタイム溶接可視化および支援を向上させるための高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムを示す高レベルブロック図である。

【図1B】本原則の第２の実施形態に従った、３次元撮像能力を有する、リアルタイム溶接可視化および支援を向上させるための高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムを示す高レベルブロック図である。

【図2】本原則の一実施形態に従った、図１の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムのマスク／ヘルメットの内部を示す高レベルブロック図である。

【図3】本原則の一実施形態に従った、図１の溶接マスク／ヘルメットシステムにおいて使用するのに適した撮像アセンブリを示す高レベルブロック図である。

【図4】本原則の一実施形態に従った、高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムによって取込まれた溶接環境の画像を描写する図である。

【図5A】本原則の一実施形態に従った、たとえば、溶接マスク／ヘルメットシステムの左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリのうちの少なくとも一方の第１の光路において第１の撮像センサによって取込まれた溶接スパークを含む溶接環境のソース画像を示す図である。

【図5B】本原則の一実施形態に従った、図５Ａのソース画像から生成された２値化飽和マスクを示す図である。

【図6】本原則の一実施形態に従った、制御部を収容するためのベルトアセンブリと、制御ユニットに電力供給するためのバッテリとを示す高レベルブロック図である。

【図7】本原則の一実施形態に従った、図１Ａおよび図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステムにおいて使用するのに適した制御部を示す高レベルブロック図である。

【図8】本原則の一実施形態に従った、リアルタイム溶接可視化を向上させるための方法を示すフロー図である。

【図9】本原則の立体／３次元の実施形態に従った、リアルタイム溶接可視化を向上させるための方法９００を示すフロー図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

理解し易くするために、図に共通する同一の要素を示すのに、可能な限り、同じ参照番号を用いている。図は縮尺通りではなく、明瞭にするために単純化されている場合もある。一実施形態の要素および特徴が、さらなる記載のない他の実施形態においても有益に組込まれ得ることが企図されている。

【0015】

詳細な説明
本原則の実施形態は、概して、リアルタイム溶接可視化および支援を向上させるための方法、装置およびシステムに関する。本原則の概念はさまざまな変更例および代替的形態で実施可能であって、それらの具体的な実施形態が、添付の図面において例示のために示されており、以下において詳細に記載されている。本原則の概念を開示された特定の形態に限定するよう意図されていないことが理解されるはずである。逆に、本原則および添付の特許請求の範囲と整合性のある変更例、同等例および代替例をすべて包含するように意図されている。たとえば、本原則の実施形態は、主として特定の溶接環境において特有の構成要素を有する特有の溶接マスク／ヘルメットシステムに関して記載されることとなるが、このような教示は限定としてみなされるべきではない。本原則に従った実施形態は、本原則の概念の範囲内で、実質的に如何なる溶接環境においても実質的に如何なる溶接マスク／ヘルメット内においても実現することができる。

【0016】

本原則に従った実施形態は、カメラ、音響マイクロフォン、赤外線センサ、サーマルカメラ、加速度計およびＧＰＳ装置を含むがこれらに限定されない、１つまたは複数のセンサと一体化された溶接マスク／ヘルメットを含む溶接マスク／ヘルメットシステムを提供する。加えて、溶接マスク／ヘルメットは、通信手段を含み得るとともに、１つまたは複数の外部センサからデータを受取り得る。さまざまな実施形態においては、センサ情報は、溶接マスク／ヘルメット内において一体化され得るスクリーン上に表示することができるとともに、いくつかの実施形態においては、溶接マスク／ヘルメットのバイザー部分内において一体化することができる。

【0017】

本原則に従ったさまざまな実施形態においては、溶接ヘルメット／マスクシステムにおいては、溶接環境からの入射光は、さまざまな光レベルを有する少なくとも２つの光路（すなわち複数の光路）に分割される。少なくとも２つの光路の各々においては、さまざまな光レベルの光がそれぞれの撮像センサによって取込まれて、異なる露光レベルを有する溶接環境の画像／映像ストリームが作成される。すなわち、いくつかの実施形態においては、異なる光レベルを有する異なる光路を用いて、溶接環境の複数の画像フレームが取得される。溶接環境のうちの暗いシーンの詳細および明るいシーンの詳細は、ビームスプリッタを用いること、異なるｆ値レンズを用いること、または、光路のうちのいくつかまたはすべてにおいて異なるニュートラルデンシティフィルタを配置することにより、光路の各々における光レベルに差異を生じさせることによって取得することができる。立体映像を必要とするいくつかの実施形態においては、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々において、溶接環境からの入射光が、さまざまな光レベルを有する少なくとも２つの光路（すなわち複数の光路）に分割される。左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々における少なくとも２つの光路の各々においては、さまざまな光レベルを有する光がそれぞれの撮像センサによって取込まれて、異なる露光レベルを有する溶接環境の画像／映像ストリームが作成される。

【0018】

有利には、本原則に従った溶接ヘルメット／マスクシステムのアーキテクチャのおかげで、溶接環境の複数の画像フレームを同時に取得することができるが、各々のフレームの輝度は、ビームスプリッタ、ｆ値レンズのうちの少なくとも１つによって、またはニュートラルデンシティフィルタによって、差異を生じさせられる。このような構成要素は本原則に従って、それぞれの撮像センサによって取得される光エネルギの量を制御するように実現される。

【0019】

加えて、または代替的には、いくつかの実施形態においては、少なくとも１つの撮像センサは、異なる光レベルで複数の画像を取得するために、異なるフレームレートで溶接環境の複数の画像を取得するように構成され得る。たとえば、いくつかの実施形態においては、少なくとも１つの撮像センサは、より高いフレームレートで溶接環境の複数の画像を取得するように構成され得る。いくつかの実施形態においては、撮像センサは、表示レートの２倍以上で実行可能であり、画像フレームの各々はさまざまな露光時間で構成することができ、このため、高露光時間を必要とする暗いシーン、および低露光時間を必要とする明るいシーンを順々に取得することができる。このような実施形態においては、複数の画像フレームは同時に取込まれないが、これら画像フレームは表示レートの少なくとも２倍以上で取得されるので、溶接システムにおいて空間的差異を無視することができる。

【0020】

左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々を含む立体／３次元機能を含む実施形態に関する、少なくとも２つの光路または少なくとも４つの光路の撮像センサによって取込まれたそれぞれの画像は、たとえば制御部のプロセッサによって融合されて、溶接環境の融合された左眼用画像および右眼用画像となる。溶接環境の融合された左眼用画像および右眼用画像は、溶接環境のさまざまな露光画像／映像ストリームの各々についての詳細を含む。融合された左眼用画像は、本原則のヘルメット／マスクシステムのユーザの左眼に提示されるように左眼用ディスプレイ上に表示される。融合された右眼用画像は、本原則のヘルメット／マスクシステムのユーザの右眼に提示されるように右眼用ディスプレイ上に表示される。

【0021】

いくつかの実施形態においては、溶接環境からの光は、少なくとも１つの対応するビームスプリッタによって、異なる光レベルを有する少なくとも２つの光路に分割される。他のいくつかの実施形態においては、溶接環境からの光は、２つ以上の対応するビームスプリッタによって、異なる光レベルを有する複数の光路に分割される。光路の各々における分割された光は、光路の各々におけるそれぞれの撮像センサに対して垂直に方向付けることができる。有利には、本原則に従った溶接マスクヘルメット／マスクシステムのアーキテクチャ、具体的には、ビームスプリッタ、異なる光レベルを有する複数の光路およびそれぞれ対応する撮像センサの配置は、視差をもたらさない高ダイナミックレンジ可視化および映像取得システムを提供する。加えて、いくつかの実施形態においては、本原則に従った溶接マスクヘルメット／マスクシステムのアーキテクチャ、具体的には、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリのそれぞれの撮像センサは、有利には、別個の左眼用画像および右眼用画像を提供して、溶接環境の３三次元表示をもたらすことにより、奥行き感覚を最適化する。

【0022】

本原則に従ったいくつかの実施形態はさらに、本原則の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムのユーザに対して溶接の支援を提供する。すなわち、いくつかの実施形態においては、情報および画像は、溶接工が溶接を実施するのを支援するために、ディスプレイ上に提示される少なくとも音声および画像の形式で、本原則の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムのユーザに対して提示することができる。

【0023】

図１Ａは、本原則の一実施形態に従った、高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１００を示す高レベルブロック図である。図１の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１００は、例示的には、溶接マスク／ヘルメット１２０および制御部１３０を含む。図１の溶接マスク／ヘルメット１２０は、例示的には、撮像アセンブリ１２２およびオプションのセンサ１２６を含む。図１はさらに、溶接動作を実行するための溶接機器および付属品を含む遠隔の溶接ステーション１４０を示す。図１Ａにおいては、高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１００が単一のセンサ１２６（たとえばオプションのセンサ）を含むものとして示されており、オプションのセンサ１２６が溶接マスク／ヘルメット１２０上に装着されるものとして示されているが、本原則に従った他の実施形態においては、溶接マスク／ヘルメットシステムは、（以下においてさらに詳細に記載される）２つ以上のセンサを含み得る。この場合、いくつかのセンサは、溶接マスク／ヘルメット１２０上に装着することができ、他のセンサは別個の構成要素を含み得る。

【0024】

図１Ｂは、本原則の第２の立体／３次元の実施形態に従った、高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１００の高レベルブロック図を示す。図１Ｂの高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１６０は、例示的には、溶接マスク／ヘルメット１２０および制御部１３０を含む。図１Ｂの溶接マスク／ヘルメット１２０は、例示的には、左眼用撮像アセンブリ１７２、右眼用撮像アセンブリ１７４およびオプションのセンサ１８６を含む。図１Ｂはさらに、溶接動作を実行するための溶接機器および付属品を含む遠隔の溶接ステーション１４０を示す。図１Ｂにおいては、高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１６０が単一のセンサ１８６（たとえば、オプションのセンサ）を含むものとして示されており、オプションのセンサ１８６が溶接マスク／ヘルメット１２０上に装着されるものとして示されているが、本原則に従った他の実施形態においては、溶接マスク／ヘルメットシステムは、（以下においてさらに詳細に記載される）２つ以上のセンサを含み得る。この場合、いくつかのセンサは、溶接マスク／ヘルメット１２０上に装着することができ、他のセンサは別個の構成要素を含み得る。

【0025】

図２は、本原則の一実施形態に従った、図１Ａおよび図１Ｂの高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１００／１６０のマスク／ヘルメット１２０の内側を示す高レベルブロック図である。図２に示されるように、マスク／ヘルメット１２０は、マスク／ヘルメット１２０のユーザに対して、画像、映像ストリームならびにデータおよび情報を表示するためのディスプレイ１５０を内部に含み得る。図２の実施形態においては、マスク／ヘルメット１２０のディスプレイ１５０は、マスク／ヘルメット１２０の内部に装着された頭部装着型ディスプレイ（head mounted display：ＨＭＤ）１５０を含む。いくつかの実施形態においては、ＨＭＤ１５０は、ＨＭＤ１５０の左側ディスプレイと右側ディスプレイとの間の距離および傾斜に関するユーザの要求を満たすために調整可能なディスプレイポジショニングを含む。図２に示されるように、マスク／ヘルメット１２０のディスプレイ１５０は、ユーザの左眼の位置に第１の表示手段（たとえば、ディスプレイ）１５１と、ユーザの右眼の位置に第２の表示手段（たとえば、ディスプレイ）１５２とを含み得る。

【0026】

図３は、本原則の一実施形態に従った、図１Ａの溶接マスク／ヘルメットシステム１００および図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１６０において撮像アセンブリ１２２として用いるか、または、立体／３次元実施形態において左眼用撮像アセンブリ１７２および右眼用撮像アセンブリ１７４として用いるのに適した撮像アセンブリ３００の高レベルブロック図を示す。図３の撮像アセンブリ３００は、例示的には、第１のカメラレンズ３０５、第２のカメラレンズ３１０、ビームスプリッタ３１５、オプションのフィルタ３２０、第１のカメラ３５０、および第２のカメラ３６０（例示的には、プリント回路基板カメラ）を含む。

【0027】

図３の撮像アセンブリ３００の実施形態においては、溶接環境からの入射光が、ビームスプリッタ３１５によって、例示的には２つの光路に分割される。図３の実施形態のビームスプリッタ３１５は、例示的には、ビームスプリッタを含む。ビームスプリッタは、入射光を、光の大部分を含む第１の光路３１１と、光のごく一部分を含む第２の光路３１２とに分割する。たとえば、図３の実施形態の撮像アセンブリ３００においては、ビームスプリッタ３１５は、６０％を反射させ４０％を透過させるビームスプリッタであり得る。すなわち、図３の撮像アセンブリ３００の実施形態においては、入射光の４０％が、ビームスプリッタ３１５内を通り第１の光路３１１に沿って第１のカメラレンズ３０５にまで進み、入射光の６０％が、右側に反射されて第２の光路３１２に沿って第２のカメラレンズ３１０に至る。そのため、図３の撮像アセンブリ３００においては、２つの光路３１１および３１２の各々は異なる光レベルを含む。

【0028】

図３の撮像アセンブリ３００の実施形態においては、第１のカメラレンズ３０５は例示的には高ｆ値レンズ、例示的にはｆ／６レンズを含み、第２のカメラレンズ３１０は例示的には低ｆ値カメラレンズ、例示的にはｆ／２レンズを含む。図３の実施形態においては、第１のｆ／６カメラレンズ３０５は、ビームスプリッタ３１５から４０％の透過光を受取って集束させ、第２のｆ／２カメラレンズ３１０は、ビームスプリッタ３１５から６０％の反射光を受取って集束させる。図３の実施形態においては、異なるｆ値のカメラレンズ３０５および３１０がさらに、２つの光路３１１および３１２における光レベルを区別する。

【0029】

図３の撮像アセンブリ３００の実施形態においては、第１の光路３１１において、第１の高ｆ値カメラレンズ３０５によって集束された４０％の光は、オプションのフィルタ３２０（例示的には、ニュートラルデンシティフィルタ）によってフィルタリングされ得る。図３の実施形態においては、オプションのフィルタ３２０はさらに、２つの光路３１１および３１２における光レベルに差をつける。

【0030】

図３の撮像アセンブリ３００の実施形態においては、オプションのフィルタ３２０によってフィルタリングされた集束光の４０％が第１のカメラ３５０によって取込まれて撮像されるとともに、第２のレンズ３１０によって集束された光の６０％が第２のカメラ３６０によって取込まれて撮像されることで、２つの異なる光レベルを有する溶接環境の画像／映像ストリームが作成される。

【0031】

たとえば、図３の撮像アセンブリ３００においては、第１のカメラ３５０は第２のカメラ３６０よりもはるかに少ない光を収集する。なぜなら、ビームスプリッタ３１５は入射光の４０％しか第１のカメラ３５０に透過させないからであり、かつ、オプションのフィルタ３２０（例示的には、１．２ＮＤフィルタ）は約９％の光しか第１のカメラ３５０にまで届かせることができないからである。加えて、図３の撮像アセンブリ３００においては、第１のカメラ３５０に向けられるべき光を収集する第１のカメラレンズ３０５は、例示的には、ｆ／６レンズであって、図３の撮像アセンブリ３００において例示的にはｆ／２レンズである第２のカメラレンズ３１０の約８分の１の光を受取る。

【0032】

図３の撮像アセンブリ３００の実施形態は、例示的には、溶接環境からの入射光を２つの光路、すなわち、分割された光の大部分を含む第１の光路３１１と分割された光のごく一部分を含む第２の光路３１２とに分割するビームスプリッタと、低ｆ値レンズと、高ｆ値レンズと、フィルタとを含むが、例示される実施形態は限定的なものとみなされるべきでない。図３の撮像アセンブリ３００は、少なくとも１つの撮像アセンブリの実施形態を示すように意図されたものであって、当該少なくとも１つの撮像アセンブリは１つ以上のビームスプリッタを含む。当該１つ以上のビームスプリッタは、明るいシーン詳細および暗いシーン詳細がともに、いくつかの実施形態において同時に取得されることを可能にする、２つのそれぞれの露光レベルを有する溶接環境の画像／映像ストリームを作成する、視差なしの高ダイナミックレンジ映像取得システムを提供するために、入射光をさまざまな光レベルを有する少なくとも２つの光路に分割する。本原則の他の実施形態においては、溶接環境からの入射光を、１つ以上のビームスプリッタによって異なる光レベルを有する複数の光路に分割することができ、最終的に、本原則に従った複数のそれぞれの露光レベルを有する溶接環境の画像／映像ストリームを作成して、明るい光レベルのシーン詳細、暗い光レベルのシーン詳細、および中間の光レベルのシーン詳細がいずれも、いくつかの実施形態においては同時に取得されることを可能にする。

【0033】

加えて、または代替的には、上述のとおり、本原則に従ったいくつかの実施形態においては、少なくとも１つの撮像センサ（たとえばカメラ）は、より高いフレームレートで溶接環境の複数画像を取得するように構成され得る。このような実施形態においては、撮像センサは、表示レートの２倍以上で実行可能であり、画像フレームの各々は異なる露光時間で構成され得るので、高露光量時間を必要とする暗いシーン、および低い露光時間を必要とする明るいシーンを取得することができる。このような実施形態においては、非常に暗いシーンと非常に明るいシーンとの間の光レベルを有する溶接環境のシーンも取得することができるように、溶接環境の複数の画像を複数倍のフレームレートでさまざまな露光時間をかけて取得することができる。

【0034】

上述の実施形態に従うと、図３の撮像アセンブリ３００などの本原則の各撮像アセンブリにおいては、２つの撮像センサ（たとえば、カメラ３５０およびカメラ３６０）によって取込まれた映像ストリームが制御部１３０に伝達される。制御部１３０において、映像ストリームが、融合技術を用いて左眼用画像／映像ストリームおよび右眼用画像／映像ストリームに合成される。本原則に従ったいくつかの実施形態においては、カリフォルニア州（California）のメンローパーク（Menlo Park）にあるエス・アール・アイ・インターナショナル（SRI International）による、４つの映像のストリームを融合させるためのラプラシアンピラミッド融合（Laplacian Pyramid Fusion）技術が実現されている。ラプラシアンピラミッド融合技術は、この明細書中において引用により援用されている、「コントラスト正規化を用いたマルチスケール・マルチカメラ適応融合（MULTI-SCALE MULTI-CAMERA ADAPTIVE FUSION WITH CONTRAST NORMALIZATION）」と題されてエス・アール・アイ・インターナショナルに譲渡された米国特許第８，４１１，９３８号の主題である。

【0035】

いくつかの実施形態においては、融合された映像ストリームにより、結果として、当初から４つの別個の映像ストリームにある詳細をすべて保持しつつ、コンピュータモニタまたは頭部装着型ディスプレイなどのディスプレイ上に８ビット出力ストリームを表示させることが可能となる。すなわち、たとえば溶接アークおよび当該溶接アーク付近の物体についての極めて明るい詳細、極端に暗い詳細たとえば溶接環境の背景、ならびに、中間の明るさを有する画像が、融合された出力において保持される。

【0036】

たとえば、図４は、本原則の一実施形態に従った、高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムによって取込まれた溶接環境の画像を描写している。図４の実施形態においては、本原則の一実施形態に従った高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムによって取込まれた画像において、溶接トーチ４０６、溶接ワイヤ４０４、溶接アーク４０２、溶接パドル４０８、溶接スパーク４１０、凝固したばかりの溶接の白熱しているビード４１２、冷却してもはや白熱していない溶接のビード４１４、溶接サンプル４１６、および溶接環境の背景４１８が、すべて、ＨＭＤ１５０などのディスプレイ上で同時に視認可能であるとともに、本原則の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムのユーザによって視認可能であることは明らかである。

【0037】

いくつかの実施形態においては、画像融合プロセスは初めに、各々のソース画像を、画像のピラミッドと称されるマルチ空間・マルチ帯域画像に分解する。ピラミッドにおける各々の画像は狭い周波数帯域に対応する。画像融合は、すべてのソース画像間で１画素ごとおよび１帯域ごとに最適な特徴を選択する選択規則を実施する。局所的選択は、顕著な特徴の強度、ソース画像からの画素の信頼度に基づいている。たとえば、ソース画像における区域が飽和すると、またはノイズで一杯になると、その区域における画素の信頼度がゼロになり、次いで、帯域ごとに対応する位置において特徴を選択する際に、飽和度およびノイズに関する画素が選択されなくなる。選択プロセスは、１帯域毎に１つの画像を出力して、１周波数帯域毎に最適な特徴を維持する。このため、これらの帯域化された画像は融合されたピラミッドを形成する。最後に、融合されたピラミッドを単一の融合された画像に復元するために、分解が参照されるのに応じて、逆のプロセスが実行される。この融合された画像は、ソース画像の各々からの最適で有効な局所構造を含む。

【0038】

図１Ｂ〜図３を再び参照すると、本原則に従ったいくつかの立体／３次元の実施形態においては、左眼用撮像アセンブリ１７２の出力ストリームが溶接マスク／ヘルメット１２０のユーザの左眼で視認可能となるように、左眼用撮像アセンブリ１７２の出力ストリームが図１の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１００の溶接マスク／ヘルメット１２０のＨＭＤ１５０上に表示される。同様に、本原則に従ったいくつかの実施形態においては、右眼用撮像アセンブリ１７４の出力ストリームが溶接マスク／ヘルメット１２０のユーザの右眼で視認可能となるように、右眼用撮像アセンブリ１７４の出力ストリームが図１の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１００の溶接マスク／ヘルメット１２０のＨＭＤ１５０上に表示される。本原則に従ったいくつかの代替的な実施形態においては、溶接マスク／ヘルメット１２０のディスプレイは、ユーザの適切な眼で視認されるように適切な位置にストリームを表示させる単一のディスプレイを含む。本原則に従った他のいくつかの実施形態においては、溶接マスク／ヘルメット１２０のディスプレイは、ユーザの各々の眼のための専用のディスプレイを含む。

【0039】

本原則に従った溶接マスク／ヘルメット１２０のユーザの特定の眼に対して表示するための画像／映像ストリームの取込みおよび割当てに特化することで、結果として、ユーザのために正確な立体（たとえば３Ｄ）可視化が実現される。現実的な奥行き感覚を維持するために、本原則に従ったいくつかの実施形態においては、左眼用撮像アセンブリ１７２および右眼用撮像アセンブリ１７４は、その位置関係を人間の溶接工の眼球の間隔に近づけるように、図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１６０の溶接マスク／ヘルメット１２０上に物理的に装着されて方向付けられる。

【0040】

本原則に従った溶接マスク／ヘルメットシステムのいくつかの実施形態においては、溶接中、具体的には、溶接アークが生じている間、図３の撮像アセンブリ３００などの各々の撮像アセンブリにおいて、溶接環境の複数の画像は、ビームスプリッタ３１５、高ｆ値の第１のカメラレンズ３０５およびフィルタ３２０を通じて第１のカメラ３５０によって取得される。より一般的には、極めて明るい間、溶接環境の画像／映像ストリームは、最終的により高い光強度を含む光路における成分よりもはるかに低い光強度を含む光路における成分を用いて取得される。逆に、比較的より暗い間、具体的には、溶接アークが生じていない間、溶接環境の画像は、第２のカメラ３６０によってビームスプリッタ３１５を通じて取得される。より一般的には、暗い間、画像／映像ストリームは、最終的により低い光強度を含む光路における成分よりもはるかに高い光強度を含む光路における成分を用いて取得される。

【0041】

本原則に従った図１Ａの溶接マスク／ヘルメットシステム１００および図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１６０のアーキテクチャと、具体的には、撮像アセンブリ３００のビームスプリッタ３１５ならびに第１のカメラ３５０および第２のカメラ３６０の配置とが、溶接環境のための視差なしの高ダイナミックレンジ映像取得システムを提供する。

【0042】

加えて、有利には、本原則の実施形態に従った図１Ａの溶接マスク／ヘルメットシステム１００および図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１６０のアーキテクチャのおかげで、ユーザは、溶接環境における極めて明るい間および極めて暗い間の両方において、溶接マスク／ヘルメットシステム１００／１６０の溶接マスク／ヘルメット１２０を着用し続けることができるとともに、溶接環境の明瞭な画像を見ることもできる。より具体的には、図１から図３を再び参照すると、本原則に従ったいくつかの実施形態においては、図１Ａの溶接マスク／ヘルメットシステム１００と、図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１６０とは、溶接マスク／ヘルメット１２０上に装着することができる光センサ１２６／１８６を含み得る。いくつかの実施形態においては、光センサ１２６／１８６は、溶接環境における明るい間（すなわち、溶接アークが生じているとき）を検知し、溶接環境における明るさの存在を示す信号を制御部１３０に伝達する。他のいくつかの実施形態においては、オプションの光センサ１２６／１８６は、溶接環境における暗い間（すなわち、溶接アークが生じていないとき）を検知し、溶接環境における暗さの存在を示す信号を制御部１３０に伝達する。

【0043】

光センサ１２６／１８６から信号を受信すると、制御部１３０は、受信した信号に基づいて、どの撮像センサ（たとえば、第１のカメラ３５０または第２のカメラ３６０）から取込まれた画像／映像ストリームを溶接マスク／ヘルメット１２０のディスプレイ上に表示するべきかを判断する。たとえば、上述のように、いくつかの実施形態においては、溶接環境における極めて明るい間、オプションの光センサから受信した信号に応じて、制御部１３０は、第１のカメラ３５０によって取込まれた映像のストリームをユーザのそれぞれの眼に対する溶接マスク／ヘルメット１２０のディスプレイ上に表示させる。逆に、上述のように、いくつかの実施形態においては、溶接環境における極めて暗い間、オプションの光センサから受信した信号に応じて、制御部１３０は、第２のカメラ３６０によって取込まれた映像ストリームをユーザのそれぞれの眼に対する溶接マスク／ヘルメット１２０のディスプレイ上に表示させる。

【0044】

代替的には、または加えて、本原則に従ったいくつかの実施形態においては、第１のカメラ３５０および第２のカメラ３６０のうち少なくとも１つによって取込まれた信号は、たとえば、どのカメラ（たとえば、第１のカメラ３５０または第２のカメラ３６０）から取込まれた映像ストリームを溶接マスク／ヘルメット１２０のディスプレイ上に表示するべきかを制御部１３０によって判断することによって、実現することができる。たとえば、４つのカメラのいずれか（たとえば、第１のカメラ３５０および第２のカメラ３６０）から取込まれた映像ストリームが溶接環境における明るさの存在を示している場合、４つのカメラの各々の取込まれた映像のストリームにアクセスする制御部１３０は、（より少ない光を収集する）第１のカメラ３５０によって取込まれた映像ストリームをユーザのそれぞれの眼に対する溶接マスク／ヘルメット１２０のディスプレイ上に表示させる。逆に、４つのカメラ（たとえば、第１のカメラ３５０および第２のカメラ３６０）の取込まれた映像ストリームが溶接環境における暗さの存在を示している場合、制御部１３０は、第２のカメラ３６０によって取込まれた映像ストリームを、ユーザのそれぞれの眼に対する溶接マスク／ヘルメット１２０のディスプレイ上に表示させる。

【0045】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、たとえば、アーク溶接によって溶接環境において生成されるスパークは、映像ストリームに表示させないようにすることができる。より具体的には、カメラ（たとえば、第１のカメラ３５０および第２のカメラ３６０）のうちの１つによって取込まれた１つの画像または複数の画像において明らかなスパークは、たとえば、取込まれた映像ストリームを処理する際に制御部１３０によって識別することができる。制御部１３０において、複数の画像のうちスパークを含む部分（たとえば画素）を画像から除去することができる。たとえば、本原則に従ったいくつかの実施形態においては、スパークを含むカメラ画素の信号を除去することができるとともに、周囲画素／隣接画素からの信号の平均をこれらの除去された信号と置換えることができる。

【0046】

たとえば、図５Ａおよび図５Ｂは、本原則の一実施形態に従ったスパーク除去プロセスを描写している。図５Ａは、本原則に従った、溶接マスク／ヘルメットシステムの第１の光路において、たとえば、第１の撮像センサによって取込まれた溶接スパークを含む溶接環境の第１のソース画像を示す。図５Ａおよび図５Ｂの実施形態においては、図５Ｂに示される２値化飽和マスクが、図５Ａのソース画像から生成される。次いで、個々のスパークがマスク画像から検出され、各々のスパークの面積が計算される。予め定められた閾サイズ値に基づいて、溶接環境の背景および溶接トーチ先端の溶融部に対応するソース画像における飽和領域が２値化飽和マスクから除外される。次いで、スパーク付近の値が決定される。たとえば、いくつかの実施形態においては、各々のスパークについての輪郭は２成分マスク画像における形態的動作に応じて拡大される。画像におけるスパークの輪郭に沿った値が蓄積され、１スパーク当たりの平均輪郭値が計算される。次いで、各々のスパークの画素値が、計算された平均値と置換される。

【0047】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、撮像センサ（たとえば、第１のカメラ３５０および第２のカメラ３６０）のうちの少なくとも１つは、少なくとも１つの近赤外線（near infrared：ＮＩＲ）カメラを含む。このような実施形態においては、本原則に従った溶接マスク／ヘルメットシステムは、溶接環境が煙で満たされていても、溶接環境の明瞭な画像を提供することができる。

【0048】

図１Ａおよび図１Ｂを再び参照すると、本原則に従ったいくつかの実施形態においては、溶接マスク／ヘルメットシステム１００／１６０のオプションのセンサ１２６／１８６は、低分解能の赤外線カメラまたは熱センサなどの少なくとも１つの温度センサを含み得る。すなわち、溶接時に検出することが特に重要なパラメータは、実際に溶解している部分における温度だけではなく周囲の材料における熱分布でもある。温度を検知するための少なくとも１つの赤外線カメラ１２６／１８６または熱センサを含む溶接マスク／ヘルメットシステム１００／１６０の実施形態においては、少なくとも１つの赤外線カメラまたは熱センサ１２６／１８６は、溶接環境における実際に溶融している部分の温度、および周囲の材料における熱分布をも検知することができる。少なくとも１つの赤外線カメラまたは熱センサ１２６／１８６によって収集されたデータは制御部１３０に伝達される。制御部１３０は、温度データを、任意の態様で溶接マスク／ヘルメット１２０のＨＭＤ１５０上に表示させることができる。たとえば、いくつかの実施形態においては、温度データは、ヒートマップまたは上述のいずれかの組合せによって、溶接および周辺区域を表わす画像に示されているさまざまな温度範囲をさまざまに色付けすることによって、数値データとして図で表示することができる。

【0049】

いくつかの実施形態においては、温度情報は、溶接環境の画像もしくは映像ストリームのディスプレイ上の専用部分上に、または、溶接環境の画像もしくは映像ストリームのディスプレイの外側に、表示することができる。

【0050】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、オプションのセンサ１２６／１８６は、いずれかのセンサに関連付けて少なくともこの明細書中に記載されている本原則の溶接マスク／ヘルメットシステムのユーザに対して情報を提供して溶接の支援を提供するのに用いられるべきそれぞれの情報を制御部１３０に提供するための、カメラ、音響マイクロフォン、赤外線センサ、サーマルカメラ、加速度計およびＧＰＳ装置のうち少なくとも１つを含み得る。

【0051】

本原則に従ったさまざまな実施形態においては、図１Ａおよび図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１００／１６０の制御部１３０は、ユーザが、たとえば溶接ステーション１４０を介して、溶接マスク／ヘルメットシステム１００および溶接環境と対話することを可能にし得る。たとえば、いくつかの単純な実施形態においては、制御部１３０は、溶接環境および溶接ステーション１４０に関する情報の表示をＨＭＤ１５０を介してユーザに提示させることができる。たとえば、いくつかの実施形態においては、一体型のまたは外部の熱センサを用いて、溶接されている物体の温度を監視することができるとともに、制御部１３０は、たとえば、所望の溶接を達成できるように溶接工が溶接手順またはパラメータを変更する方法を決定できるようにするために、熱画像が溶接環境の映像ストリーム画像上に重ねられると、ＨＭＤ１５０上にこのような情報を表示させることができる。たとえば、溶接工は溶接されている物体の温度に応じて特定の部位における休止時間を調整することができる。溶接工に対して表示することができるとともに溶接工によって調整することができる他の溶接パラメータは、溶接ワイヤの送り速度、溶接ワイヤの位置、溶接トーチの位置、溶接トーチに関連付けられた電源の電流または電圧などを含み得るが、これらに限定されない。

【0052】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、制御部１３０は、溶接ステーション１４０と通信して、たとえば、ＨＭＤ１５０を介して溶接マスク／ヘルメットシステム１００／１６０のユーザに対して少なくともこのようなパラメータを表示するための溶接環境のパラメータを決定することができる。いくつかの実施形態においては、制御部１３０は、ＵＳＢもしくはＨＤＭＩ（登録商標）などの有線接続によって溶接ステーション１４０と通信することができるか、または、代替的には、もしくは加えて、制御部１３０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）もしくはＷｉ−Ｆｉなどの無線接続によって溶接ステーション１４０と通信することができる。溶接パラメータなどのこのような情報がたとえばＨＭＤ１５０上に表示されると、溶接工は、所望の溶接を達成することができるように溶接手順またはパラメータを変更する方法を決定することができる。

【0053】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、カメラ（たとえば、第１のカメラ３５０および第２のカメラ３６０）のうち少なくとも１つによって取込まれた溶接プロセスの画像／映像ストリームは、たとえば制御部１３０によって、制御部１３０のメモリまたは外部メモリに記録させることができる。溶接の品質は制御部１３０において溶接の記録画像を分析することによって判断することができる。たとえば、いくつかの実施形態においては、記録された溶接プロセスおよび／または完了した溶接部の画像は、制御部１３０において、適切な溶接プロセスまたは完了した溶接部がどのようなものであるべきかを示すものとして保存されている画像と比較することができる。溶接品質に関するデータは、機械学習、溶接品質に関するフィードバックの提供および報告を含むがこれらに限定されないさまざまな目的のために、または、溶接を必要に応じてやり直すために、用いることができる。溶接品質に関して提供されるフィードバックは、本原則の実施形態に従った溶接マスク／ヘルメットシステムのディスプレイ上でユーザに対して提供することができる。ユーザは、所望の溶接を達成することができるように溶接手順またはパラメータを変更するために、このようなフィードバックを用いることができる。

【0054】

図１Ａの溶接マスク／ヘルメットシステム１００および図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１６０などの溶接マスク／ヘルメットシステムのいくつかの実施形態においては、拡張現実は、溶接工／ユーザが実施する溶接の改善を支援するために用いることができる。たとえば、溶接手順の開始前に、制御部１３０は、溶接がそれに沿って実施されるべき経路を、溶接工が視認できるように、たとえばＨＭＤ１５０上に表示させることができる。溶接のための経路は、たとえば制御部１３０または他の制御部によって、溶接の幾何学的形状についての知識、含まれている材料の材質特性、このような溶接の経路について記憶された知識、および、以前の同様の溶接から得られた知識に基づいて、計算することができる。

【0055】

溶接中、決定された経路は、溶接がなされるべき溶接環境の画像／映像ストリームの区域上にわたって、溶接工／ユーザに対して表示することができる。溶接工による溶接の映像ストリームは、溶接プロセス中に溶接工が決定された経路に追従しているかどうかを判断するために、制御部１３０によって監視され得る。事前に計算された経路からのずれがあると判断される場合、警告を溶接工に対して、たとえばＨＭＤ１５０上で視覚的刺激の形で与えることができる。

【0056】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、図１Ａの溶接マスク／ヘルメットシステム１００および図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１６０はさらに、少なくとも制御部１３０を収容するためのアセンブリと、制御部１３０に電力を供給するための電源とを含み得る。たとえば、図６は、本原則の一実施形態に従った、制御部１３０を収容するためのベルトアセンブリ６００と制御部に電力を供給するためのバッテリ６１０とを示す高レベルブロック図である。図６のベルトアセンブリ６００は、バッテリ６１０を保持するための区画６２０と、締結具（図示せず）によって制御部１３０をベルトアセンブリ６００に取付けるための締結孔（例示的には、４つの締結孔、まとめて６３０とする）とを含む。図６のベルトアセンブリ６００はさらに、溶接工が、ベルト（図示せず）を用いて、たとえば溶接工の腰にベルトアセンブリ６００を固定することができるように、ベルト（図示せず）をベルトアセンブリ６００に固定するためのベルトスロット（例示的には、４つのベルトスロット、まとめて６４０とする）を含む。

【0057】

図７は、本原則の一実施形態に従った、図１Ａの溶接マスク／ヘルメットシステム１００および図１Ｂの溶接マスク／ヘルメットシステム１６０において用いられるのに適した制御部１３０の高レベルブロック図を示す。いくつかの実施形態においては、制御部１３０は、さまざまな実施形態においてプロセッサ実行可能プログラム命令７２２（たとえば、プロセッサ７１０によって実行可能なプログラム命令）として本原則の方法を実現するように構成され得る。

【0058】

図７の実施形態においては、制御部１３０は、入出力（input/output：Ｉ／Ｏ）インターフェイス７３０を介してシステムメモリ７２０に連結された１つ以上のプロセッサ７１０ａ〜７１０ｎを含む。制御部１３０はさらに、Ｉ／Ｏインターフェイス７３０に連結されたネットワークインターフェイス７４０と、カーソル制御デバイス７６０、キーボード７７０およびディスプレイ７８０などの１つ以上の入出力デバイス７５０とを含む。さまざまな実施形態においては、構成要素はいずれも、システムが上述のユーザ入力を受信するために利用することができる。さまざまな実施形態においては、ユーザインターフェイスが生成されてディスプレイ７８０上に表示され得る。場合によっては、いくつかの実施形態が制御部１３０の単一のインスタンスを用いて実現され得る一方で、他の実施形態においては、複数のこのようなシステムまたは制御部１３０を構成する複数のノードがさまざまな実施形態のうちの別々の部分またはインスタンスをホストするように構成され得ることが企図されている。たとえば、一実施形態においては、いくつかの要素は、制御部１３０のうち、他の要素を実現するノードとは異なる１つ以上のノードによって実現することができる。別の例においては、複数のノードが分散された態様で制御部１３０を実現することができる。

【0059】

さまざまな実施形態においては、制御部１３０は、パーソナルコンピュータシステム、デスクトップコンピュータ、ラップトップ、ノートブック、タブレットもしくはネットブックコンピュータ、メインフレームコンピュータシステム、ハンドヘルド型コンピュータ、ワークステーション、ネットワークコンピュータ、カメラ、セットトップボックス、モバイルデバイス、コンシューマデバイス、ビデオゲームコンソール、ハンドヘルド型ビデオゲームデバイス、アプリケーションサーバ、記憶装置、さらにはスイッチ、モデム、ルータなどの周辺機器、または、一般的な任意のタイプのコンピューティングデバイスもしくは電子デバイスを含むがこれらに限定されない、さまざまなタイプのデバイスのうちのいずれであってもよい。

【0060】

さまざまな実施形態においては、制御部１３０は、１つのプロセッサ７１０を含むユニプロセッサシステム、または、いくつか（たとえば２個、４個、８個または他の好適な数）のプロセッサ７１０を含むマルチプロセッサシステムであってもよい。プロセッサ７１０は命令を実行することができる如何なる好適なプロセッサであってもよい。たとえば、さまざまな実施形態においては、プロセッサ７１０は、さまざまな命令セットアーキテクチャ（instruction set architecture：ＩＳＡ）のいずれかを実現する汎用または埋込み型のプロセッサであってもよい。マルチプロセッサシステムにおいては、プロセッサ７１０の各々は、一般に、必ずしもそうである必要はないが、同じＩＳＡを実現し得る。

【0061】

システムメモリ７２０は、プロセッサ７１０によってアクセス可能なプログラム命令７２２および／またはデータ７３２を格納するように構成され得る。さまざまな実施形態においては、システムメモリ７２０は、スタティックランダムアクセスメモリ（static random-access memory：ＳＲＡＭ）、シンクロナスダイナミックＲＡＭ（synchronous dynamic RAM：ＳＤＲＡＭ）、不揮発性／フラッシュタイプメモリ、または他の任意のタイプのメモリなどの任意の好適なメモリ技術を用いて実現され得る。図示される実施形態においては、上述の実施形態の要素のうちのいずれかを実現するプログラム命令およびデータは、システムメモリ７２０内に格納することができる。他の実施形態においては、プログラム命令および／またはデータは、さまざまなタイプのコンピュータアクセス可能媒体上で、または、システムメモリ７２０もしくは制御部１３０とは別個の同様の媒体上で、受信、送信または格納することができる。

【0062】

一実施形態においては、Ｉ／Ｏインターフェイス７３０は、プロセッサ７１０と、システムメモリ７２０と、ネットワークインターフェイス７４０もしくは入出力デバイス７５０などの他の周辺インターフェイスを含むデバイスにおけるいずれかの周辺デバイスとの間のＩ／Ｏトラフィックを調整するように構成することができる。いくつかの実施形態においては、Ｉ／Ｏインターフェイス７３０は１つの構成要素（たとえばシステムメモリ７２０）からのデータ信号を別の構成要素（たとえばプロセッサ７１０）が使用するのに適したフォーマットに変換するために、必要な任意のプロトコル、タイミングまたは他のデータ変換を実行することができる。いくつかの実施形態においては、Ｉ／Ｏインターフェイス７３０は、たとえば、周辺機器相互接続（peripheral component interconnect：ＰＣＩ）バス規格またはユニバーサルシリアルバス（universal serial bus：ＵＳＢ）規格の変形例などの、さまざまなタイプの周辺バスを介して取付けられたデバイスのためのサポートを含み得る。いくつかの実施形態においては、Ｉ／Ｏインターフェイス７３０の機能が、たとえば、ノースブリッジおよびサウスブリッジなどの２つ以上の別個の構成要素に分割され得る。また、いくつかの実施形態においては、システムメモリ７２０に対するインターフェイスなどのＩ／Ｏインターフェイス７３０の機能のうちのいくつかまたはすべては、プロセッサ７１０に直接組込むことができる。

【0063】

ネットワークインターフェイス７４０は、制御部１３０と１つ以上の外部システムなどのネットワーク（たとえばネットワーク７９０）に取付けられた他のデバイスとの間で、または制御部１３０のノード間で、データを交換することを可能にするように構成され得る。さまざまな実施形態においては、ネットワーク７９０は、ローカルエリアネットワーク（local area network：ＬＡＮ）（たとえば、イーサネット（登録商標）もしくは企業ネットワーク）、ワイドエリアネットワーク（wide area network：ＷＡＮ）（たとえば、インターネット）、無線データネットワーク、他のいくつかの電子データネットワーク、またはそれらのいくつかの組合せを含むがこれらに限定されない１つ以上のネットワークを含み得る。さまざまな実施形態においては、ネットワークインターフェイス７４０は、任意の好適なタイプのイーサネットネットワークなどの有線もしくは無線の一般的なデータネットワークを介して、たとえば、デジタルファイバ通信ネットワークを介して、ファイバチャネルＳＡＮなどのストレージエリアネットワークを介して、または、他の任意の好適なタイプのネットワークおよび／もしくはプロトコルを介して、通信をサポートすることができる。

【0064】

入出力デバイス７５０は、いくつかの実施形態においては、１つ以上のディスプレイ端子、キーボード、キーパッド、タッチパッド、走査デバイス、音声認識デバイスもしくは光学認識デバイス、または１つ以上のコンピュータシステムによってデータを入力するかもしくはアクセスするのに適した他の任意のデバイスを含み得る。複数の入出力デバイス７５０は制御部１３０に存在していてもよく、または、制御部１３０のさまざまなノード上に分散されていてもよい。いくつかの実施形態においては、同様の入出力デバイスは、制御部１３０と別個であってもよく、ネットワークインターフェイス７４０などを介して、有線接続または無線接続によって制御部１３０の１つ以上のノードと対話し得る。

【0065】

いくつかの実施形態においては、例示される制御部１３０は、（以下に記載される）図８および図９のフローチャートによって示される方法などの上述の方法および動作のいずれをも実現することができる。他の実施形態においては、さまざまな要素およびデータが含まれ得る。

【0066】

当業者であれば、制御部１３０が単に例示的なものであって実施形態の範囲を限定するように意図されたものではないことを認識するだろう。特に、コンピュータシステムおよびデバイスは、コンピュータ、ネットワークデバイス、インターネットアプライアンス、ＰＤＡ、無線電話、ポケットベルなどを含むさまざまな実施形態の示された機能を実行することができるハードウェアまたはソフトウェアの如何なる組合せをも含み得る。制御部１３０はまた、例示されていない他のデバイスに接続することができるか、または、代わりに、独立型のシステムとして動作することができる。加えて、例示された構成要素によって提供される機能は、いくつかの実施形態においては、より少数の構成要素で組合わせることができるか、または追加の構成要素に分散させることができる。同様に、いくつかの実施形態においては、例示される構成要素のうちのいくつかの機能が提供されない可能性もあり、および／または、他の追加の機能が利用可能となり得る。

【0067】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、ユーザが少なくとも制御部１３０と対話することおよび溶接環境のパラメータを制御することを可能にするユーザインターフェイスは、制御部１３０によって提供され得る。いくつかの実施形態においては、ユーザインターフェイスは、図１Ａの高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１００および図１Ｂの高度化された溶接マスク／ヘルメットシステム１６０などの本原則の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムのディスプレイ上に提示されるメニュー形式のアプリケーションとして実現することができるとともに、少なくとも制御部１３０の１つ以上の入出力デバイスは、本原則の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムのユーザとユーザインターフェイスとの間に対話を提供するために用いることができる。いくつかの実施形態においては、少なくとも制御部１３０を収容するためのアセンブリ、たとえば、図６のベルトアセンブリ６００、および制御部１３０に電力を供給するための電源のボタンまたは他の制御デバイスは、本原則の高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムのユーザとユーザインターフェイスとの間に対話を提供するように実現することができる。

【0068】

図８は、本原則の一実施形態に従った、リアルタイム溶接可視化を向上させるための方法８００のフロー図を示す。方法８００は８０２から始まり、８０２においては、本原則の実施形態に従った高度化された溶接マスク／ヘルメットシステムなどの着用可能な溶接装置において、ビームスプリッタを用いて、溶接環境における入射光が、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割される。方法８００は８０４に進み得る。

【0069】

８０４において、第１の光路および第２の光路の各々におけるそれぞれの分割された光の複数の画像が、それぞれの撮像センサを用いて取得される。方法８００は８０６に進み得る。

【0070】

８０６において、少なくとも第１の光路および第２の光路のそれぞれの撮像センサからの複数の画像が融合されて、左眼用融合画像および右眼用融合画像が作成される。方法８００は８０８に進み得る。

【0071】

８０８において、左眼用融合画像が着用可能な溶接装置のユーザの左眼の位置に表示され、右眼用融合画像が着用可能な溶接装置のユーザの右眼の位置に表示されることで、溶接環境の高ダイナミックレンジ表示が提供されて、奥行き感覚が最適化される。方法８００が終了され得る。

【0072】

いくつかの実施形態においては、方法８００は、溶接環境における検知された光レベルを示す信号に応じて、どの撮像センサからの画像を表示すべきかを判断するステップを含み得る。

【0073】

いくつかの実施形態においては、方法８００は、着用可能な溶接装置のユーザが溶接環境において溶接を実施するのを支援するための情報および画像のうち少なくとも１つを表示するステップを含み得る。この場合、情報は、少なくとも、溶接環境における少なくとも１つの温度、溶接ワイヤの送り速度、溶接ワイヤの位置、溶接トーチの位置、溶接トーチに関連付けられた電源の電流または電圧、休止時間、のうち少なくとも１つを含む溶接環境の溶接パラメータを含む。さらに、画像は、溶接環境の画像上に重ねられた熱画像、および、溶接がそれに沿って実行される溶接環境の画像上に重ねられた経路、のうち少なくとも１つを含む拡張現実画像を含む。

【0074】

いくつかの実施形態においては、方法８００は、少なくとも上述のプロセスを用いて溶接環境の少なくとも１つの画像からスパークを除去するステップを含み得る。

【0075】

いくつかの実施形態においては、方法８００は、少なくとも溶接環境の動作パラメータを決定するために溶接ステーションと通信するステップを含み得る。

【0076】

いくつかの実施形態においては、方法８００は、撮像センサによって取込まれた溶接プロセスを記録するステップを含み得る。この場合、記録された溶接プロセスはトレーニングのために用いることができる。

【0077】

いくつかの実施形態においては、方法８００は、撮像センサによって取込まれた溶接プロセスの画像を評価して、溶接品質に関するフィードバックをユーザに提供するステップを含み得る。

【0078】

いくつかの実施形態においては、方法８００は、さまざまな露光量を有する溶接環境の複数の画像を作成するためにさまざまなフレームレートで溶接環境の複数の画像を取得するように撮像センサを構成するステップを含み得る。

【0079】

図９は、本原則の立体／３次元の実施形態に従ったリアルタイム溶接可視化を向上させるための方法９００のフロー図を示す。方法９００は９０２から開始される。９０２において、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々において、ビームスプリッタを用いて、溶接環境からの入射光が、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割される。方法９００は９０４に進み得る。

【0080】

９０４において、少なくとも第１の光路および第２の光路の各々において、それぞれの撮像センサを用いて、それぞれの分割された光の複数の画像が取得される。方法９００は９０６に進み得る。

【0081】

９０６において、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの少なくとも第１の光路および第２の光路のそれぞれの撮像センサからの複数の画像が融合されて、左眼用融合画像および右眼用融合画像が作成される。方法９００は９０８に進み得る。

【0082】

９０８において、着用可能な溶接装置のユーザの左眼の位置に左眼用融合画像を表示し、着用可能な溶接装置のユーザの右眼の位置に右眼用融合画像を表示して、溶接環境の高ダイナミックレンジ３次元表示を提供することで、奥行き感覚を最適化する。方法９００が終了され得る。

【0083】

当業者であれば、さまざまなアイテムが使用中にメモリ内またはストレージ上に格納されるものとして例示されているがこれらのアイテムまたはこれらの部分がメモリ管理およびデータ保全性の目的でメモリと他の記憶装置との間でやり取りすることができることも認識するだろう。代替的には、他の実施形態においては、ソフトウエアコンポーネントのうちのいくつかまたはすべては、別のデバイス上のメモリにおいて実行することができ、相互コンピュータ通信を介して例示されたコンピュータシステムと通信することができる。システム構成要素またはデータ構造のうちのいくつかまたはすべてはまた、適切なドライブ（そのさまざまな例が上述されている）によって読取られるようにコンピュータアクセス可能媒体または携帯可能な物品上に（たとえば命令または構造化データとして）格納することもできる。いくつかの実施形態においては、制御部１３０とは別個のコンピュータアクセス可能媒体上に格納された命令は、ネットワークおよび／もしくは無線リンクなどの通信媒体を介して伝達される伝送媒体または電気信号、電磁気信号もしくはデジタル信号などの伝送信号を介して、制御部１３０に伝達することができる。さまざまな実施形態はさらに、コンピュータアクセス可能媒体上で、または通信媒体を介して、上述の説明に従って実現される命令および／またはデータを受信、送信または格納することを含み得る。概して、コンピュータアクセス可能媒体は、ストレージ媒体またはメモリ媒体、たとえば、磁気媒体または光学媒体、たとえば、ディスクまたはＤＶＤ／ＣＤ−ＲＯＭ、揮発性媒体または不揮発性媒体、たとえばＲＡＭ（たとえば、ＳＤＲＡＭ、ＤＤＲ、ＲＤＲＡＭ、ＳＲＡＭなど）、およびＲＯＭなどを含み得る。

【0084】

この明細書中に記載される方法は、さまざまな実施形態においてソフトウェア、ハードウェアまたはそれらの組合せで実現されてもよい。加えて、方法の順序は変更することができ、さまざまな要素を追加したり、再整理したり、組合わせたり、省いたり、または変更したりすることができる。この明細書中に記載されるすべての例は、非限定的な態様で提示されている。この開示の利益を有する当業者にとって明らかであり得るように、さまざまな変形および変更が可能である。実施形態に従った実現例が特定の実施形態の文脈において記載されてきた。これらの実施形態は、例示的なものとして意図されており、限定するものとして意図されていない。多くの変形例、変更例、追加例および改善例が実現可能である。したがって、この明細書中に単一の例として記載されている構成要素のために複数の例を提供することができる。さまざまな構成要素間、さまざまな動作間、およびさまざまなデータストア間の境界はいくらか任意であって、特定の動作が特定の具体的な構成の文脈において例示されている。機能の他の割当ても予見されており、添付の特許請求の範囲内に収まり得る。例示的な構成において別個の構成要素として示されている構造および機能は、構造または構成要素を組合わせたものとして実現することができる。これらおよび他の変形例、変更例、追加例および改善例は、添付の特許請求の範囲において規定されている実施形態の範囲内に収まり得る。

【0085】

上述の記載においては、本開示をより充分に理解できるようにするために、多数の具体的な詳細、例およびシナリオが述べられている。しかしながら、このような具体的な詳細なしでも開示の実施形態を実施できることが認識されるだろう。さらに、このような例およびシナリオは例示のために提供されるものであって、如何なる形であっても開示を限定するように意図されたものではない。当業者であれば、記載された説明で、不適当な実験を行なわなくても適切な機能を実現することができるはずである。

【0086】

明細書中において「実施形態」等と参照される場合、これは、上述の実施形態が特定の特徴、構造または特性を含み得るが、すべての実施形態が必ずしも特定の特徴、構造または特性を含み得るものではないことを示している。このような語句は必ずしも同じ実施形態を参照しているとは限らない。さらに、特定の特徴、構造または特性が一実施形態に関連付けて記載されている場合、明示的に示されているかどうかに関わらず、他の実施形態に関連するこのような特徴、構造または特性に影響を及ぼすことは当業者の知識の範囲内であると考えられる。

【0087】

当該開示に従った実施形態は、ハードウェア、ファームウェア、ソフトウェアまたはそれらの如何なる組合せでも実現することができる。実施形態はまた、１つ以上のプロセッサによって読取られて実行され得る１つ以上の機械読取可能な媒体を用いて格納された命令として実現することができる。機械読取り可能な媒体は、マシン（たとえば、制御部または１つ以上の制御部上で実行される「仮想マシン」）によって読取り可能な形式で情報を記憶または送信するための如何なるメカニズムをも含み得る。たとえば、機械読取り可能な媒体は、揮発性メモリまたは不揮発性メモリの如何なる好適な形態をも含み得る。

【0088】

この明細書中において規定されるモジュール、データ構造などは、説明を容易にするために規定されており、いずれかの特定の実現例の詳細が必要となることを示唆することを意図したものではない。たとえば、上述のモジュールおよび／またはデータ構造のいずれも、特定の設計または実現例によって必要とされ得るように、コンピュータコードまたはデータのサブモジュール、サブプロセスまたは他のユニットに組合わせるかまたは分割することができる。

【0089】

添付の図面においては、説明を容易にするために模式的な要素の具体的な配置または順序が示され得る。しかしながら、このような要素の具体的な順序または配置は、特定の順序、処理のシーケンスまたはプロセスの分離がすべての実施形態において必要となることを示唆するように意図されたものではない。概して、命令ブロックまたはモジュールを表すのに用いられる模式的な要素は、機械読取可能な命令の任意の好適な形態を用いて実現することができるとともに、各々このような命令は、如何なる好適なプログラミング言語、ライブラリ、アプリケーションプログラミングインターフェイス（application-programming interface：ＡＰＩ）および／または他のソフトウェア開発ツールもしくはフレームワークを用いて実現することができる。同様に、データまたは情報を表わすのに用いられる模式的な要素は、任意の好適な電子的配置またはデータ構造を用いて実現することができる。さらに、要素間のいくつかの接続、関係または関連付けは、開示を不明瞭するのを避けるために添付の図面において簡略化されているかまたは図示されていない可能性がある。

【0090】

本開示は、例示的なものと見なされるべきであって特徴を限定するものと見なされるべきではなく、本開示のガイドラインの範囲内に収まるすべての変更例および変形例の保護が所望されている。

【0091】

本原則の実施形態は、溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化を向上させるための装置を含む。当該装置はビームスプリッタを含む。当該ビームスプリッタは、溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割する。当該少なくとも第１の光路および第２の光路は各々、それぞれの撮像センサを含む。当該装置はさらに、制御部を含む。当該制御部は、当該少なくとも第１の光路および第２の光路におけるそれぞれの撮像センサの各々からの複数の画像を受取って、当該複数の画像を融合して、左眼用融合画像および右眼用融合画像を作成する。当該装置はさらに、ディスプレイアセンブリを含む。当該ディスプレイアセンブリは、装置のユーザの左眼の位置に左眼用融合画像を表示し、装置のユーザの右眼の位置に右眼用融合画像を表示する。

【0092】

当該装置はさらに、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリを含み得る。左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々は、少なくとも１つのビームスプリッタを含む。少なくとも１つのビームスプリッタは、溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割する。当該少なくとも第１の光路および第２の光路は各々、それぞれの撮像センサを含む。当該左眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像は、当該装置のユーザの左眼の位置において融合されて表示され、当該右眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像は、当該装置のユーザの右眼の位置において融合されて表示されて、溶接環境の３次元表示を提供する。

【0093】

いくつかの実施形態においては、当該装置は、溶接環境における光レベルを検知するための少なくとも１つのフォトセンサを含み得るとともに、制御部は、少なくとも１つのフォトセンサおよび撮像センサのうち少なくとも１つ、のうちの少なくとも１つから受信した信号に基づいて、どの撮像センサからの画像を表示すべきかを判断する。受信された信号は、溶接環境における検知された光レベルを示す。

【0094】

加えて、または代替的には、いくつかの実施形態においては、当該装置はさらに、溶接環境における温度を検知するための少なくとも１つの温度センサを含み得る。このような実施形態などにおいては、制御部は、溶接環境における検知された温度を示すとともに少なくとも１つの温度センサから伝達された信号に応じて、溶接環境における検知された温度を示すメッセージをディスプレイアセンブリ上に表示させる。

【0095】

いくつかの実施形態においては、当該装置においては、溶接環境の表示は、進行中の溶接のアーク、溶接ワイヤ、溶接トーチの先端、溶接されたばかりの溶融金属のパドル、凝固したばかりの溶接の白熱しているビード、冷却しておりもはや白熱していない溶接のビード、溶接されるべきサンプルの領域、および、溶接区域を囲む背景領域、についての複数の画像を同時に表示することを含む。同時の表示には、進行中の溶接のアーク、溶接ワイヤ、溶接トーチの先端、溶接されたばかりの溶融金属のパドル、凝固したばかりの溶接の白熱しているビード、冷却しておりもはや白熱していない溶接のビード、溶接されるべきサンプルの領域、および、溶接区域を囲む背景領域、についての複数の画像の個々の表示の詳細のすべてが含まれる。

【0096】

加えて、または代替的には、いくつかの実施形態においては、当該装置において、制御部は、溶接の実施を支援するための情報を、ディスプレイアセンブリ上に表示させる。このような実施形態などにおいては、溶接の実施を支援するための情報は、制御部によって生成される画像および溶接環境の溶接パラメータのうち少なくとも１つを含む。

【0097】

代替的には、または加えて、当該装置において、制御部は、溶接環境における溶接プロセスを記録するためのメモリを含み得る。さらに、いくつかの実施形態においては、本原則に従った装置は、煙が存在している溶接環境の撮像を可能にするための少なくとも１つの近赤外線撮像センサを含み得る。

【0098】

少なくともいくつかの実施形態においては、当該装置の少なくとも２つの光路の撮像センサは、プリント回路基板カメラを含む。代替的には、または加えて、当該装置は、少なくとも第１の光路と第２の光路との間の光レベルをさらに区別するために、少なくとも第１の光路および第２の光路のうちの少なくとも１つにおいて、ニュートラルデンシティフィルタおよびカメラレンズのうち少なくとも１つを含み得る。

【0099】

本原則の実施形態は、溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化を向上させるための方法を含む。当該方法は、着用可能な溶接装置において、少なくとも１つのビームスプリッタを用いて、当該溶接環境からの入射光を、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割するステップと、当該少なくとも第１の光路および第２の光路の各々において、撮像センサを用いてそれぞれの分割された光の複数の画像を取得するステップと、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの当該少なくとも第１の光路および第２の光路のそれぞれの撮像センサからの複数の画像を融合して、左眼用融合画像および右眼用融合画像を作成するステップと、当該着用可能な溶接装置のユーザの左眼の位置におけるディスプレイ上に当該左眼用融合画像を表示し、当該着用可能な溶接装置の当該ユーザの右眼の位置におけるディスプレイ上に当該右眼用融合画像を表示するステップとを含む。

【0100】

代替的には、または加えて、いくつかの実施形態においては、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々における少なくとも１つのビームスプリッタを用いて、溶接環境からの入射光が、異なる光レベルを有する少なくとも第１の光路および第２の光路に分割される。当該左眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像が当該装置のユーザの左眼の位置において融合されて表示され、当該右眼用撮像アセンブリにおいて取込まれた複数の画像が当該ユーザの右眼の位置において融合されて表示されて、溶接環境の３次元表示が提供される。

【0101】

いくつかの実施形態においては、当該方法はさらに、当該溶接環境における検知された光レベルを示す信号に応じて、どの撮像センサからの画像を表示すべきかを判断するステップを含み得る。

【0102】

いくつかの実施形態においては、当該方法はさらに、着用可能な溶接装置のユーザが溶接環境において溶接を実施するのを支援するための情報および画像のうち少なくとも１つを表示するステップを含み得る。この場合、情報は、少なくとも、溶接環境における少なくとも１つの温度、溶接ワイヤの送り速度、溶接ワイヤの位置、溶接トーチの位置、溶接トーチに関連付けられた電源の電流または電圧、休止時間、のうち少なくとも１つを含む、溶接環境の溶接パラメータを含む。さらに、画像は、溶接環境の画像上に重ねられた熱画像、および、溶接がそれに沿って実行される溶接環境の画像上に重ねられた経路、のうち少なくとも１つを含む拡張現実画像を含む。

【0103】

本原則のいくつかの実施形態に従うと、当該方法は、当該溶接環境の少なくとも１つの画像からスパークを除去するステップを含み得るとともに、代替的には、または加えて、少なくとも当該溶接環境の動作パラメータを決定するために溶接ステーションと通信するステップを含み得る。

【0104】

いくつかの実施形態においては、トレーニングまたは他の目的のために、当該方法は、撮像センサによって取込まれた溶接プロセスを記録するステップを含み得る。このような実施形態および他の実施形態においては、当該方法は、撮像センサによって取込まれた溶接プロセスの複数の画像を評価して、溶接品質に関するフィードバックをユーザに提供するステップを含み得る。

【0105】

本原則に従ったいくつかの実施形態においては、当該方法は、さまざまな露光量を有する溶接環境の複数の画像を作成するためにさまざまなフレームレートで溶接環境の複数の画像を取得するように撮像センサを構成するステップを含み得る。

【0106】

本原則に従った実施形態は、溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化および支援を向上させるための方法を含む。当該方法は、ビームスプリッタを用いて、入射光を第１の光路と第２の光路とに分割するステップを含み、当該第１の光路は分割された光のごく一部分を含み、当該第２の光路は分割された光の大部分を含む。当該方法はさらに、第１の光路において、高ｆ値レンズを用いて、当該ビームスプリッタからの分割された光のごく一部分を集束させるステップと、ニュートラルデンシティフィルタを用いて、高ｆ値レンズからの集束された光をフィルタリングするステップと、第１のカメラを用いて、ニュートラルデンシティフィルタからのフィルタリングされた光の複数の画像を取得するステップとを含む。いくつかの実施形態においては、当該方法はさらに、第２の光路において、低ｆ値レンズを用いて、当該ビームスプリッタからの分割された光の大部分を集束させるステップと、第２のカメラを用いて低ｆ値レンズからの光の複数の画像を取得するステップと、第１のカメラからの画像と第２のカメラからの画像とを融合させるステップと、融合された画像のうち少なくとも一部分を左眼用表示画像および右眼用表示画像として表示するステップとを含む。

【0107】

代替的には、溶接環境におけるリアルタイム溶接可視化および支援を向上させるための方法は、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの各々において、ビームスプリッタを用いて入射光を第１の光路と第２の光路とに分割するステップを含み、当該第１の光路は分割された光のごく一部分を含み、当該第２の光路は分割された光の大部分を含む。当該方法はさらに、当該第１の光路において、高ｆ値レンズを用いて、当該ビームスプリッタからの分割された光のごく一部分を集束させるステップと、ニュートラルデンシティフィルタを用いて、高ｆ値レンズからの集束された光をフィルタリングするステップと、第１のカメラを用いて、ニュートラルデンシティフィルタからのフィルタリングされた光の複数の画像を取得するステップとを含む。いくつかの実施形態においては、当該方法はさらに、当該第２の光路において、低ｆ値レンズを用いて、当該ビームスプリッタからの分割された光の大部分を集束させるステップと、第２のカメラを用いて低ｆ値レンズからの光の複数の画像を取得するステップとを含み得る。当該方法はさらに、左眼用撮像アセンブリおよび右眼用撮像アセンブリの第１のカメラからの画像と第２のカメラからの画像とを融合させるステップと、当該融合された画像のうち少なくとも一部分を左眼用表示画像および右眼用表示画像として表示するステップとを含み得る。

【符号の説明】

【0108】

１００ 溶接マスク／ヘルメットシステム、１２０ 溶接マスク／ヘルメット、１２２ 撮像アセンブリ、１２６ 光センサ、１３０ 制御部、１６０ 溶接マスク／ヘルメットシステム、１８６ 光センサ。

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5A】

【図5B】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】