專利名稱：虛擬現(xiàn)實(shí)管焊接仿真器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于模仿(emulating)虛擬焊接環(huán)境的系統(tǒng)，并且更具體地，涉及實(shí)時(shí)地模仿管和留隙焊根(open root)接縫焊接的虛擬焊接環(huán)境，更為具體地，涉及用于便利虛擬焊接活動(dòng)的仿真器(simulator)。
背景技術(shù)：
數(shù)十年來(lái)，各公司一直在教導(dǎo)焊接技巧。傳統(tǒng)地，焊接已在真實(shí)世界場(chǎng)景 (setting)下被教導(dǎo)，也就是說(shuō)，焊接已通過(guò)利用焊條實(shí)際地使電弧打到金屬件上而被教導(dǎo)。指導(dǎo)人員(本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員)在受訓(xùn)者進(jìn)行焊接時(shí)監(jiān)督訓(xùn)練過(guò)程，在某些情況下進(jìn)行糾正。通過(guò)指導(dǎo)和重復(fù)，新的受訓(xùn)者學(xué)會(huì)如何使用一種或更多種工藝進(jìn)行焊接。然而， 取決于被教導(dǎo)的焊接工藝而變化的每次所進(jìn)行的焊接均會(huì)帶來(lái)開(kāi)銷。近來(lái)，用于訓(xùn)練焊接者的成本節(jié)省系統(tǒng)已經(jīng)被采用。一些系統(tǒng)包括動(dòng)作分析器。所述分析器包括焊接件的物理模型、模擬焊條以及追蹤模擬焊條的運(yùn)動(dòng)的感測(cè)裝置。生成報(bào)告以指示焊條末端行進(jìn)到可接受的動(dòng)作范圍之外的程度。更高級(jí)的系統(tǒng)包括虛擬現(xiàn)實(shí)的使用，所述虛擬現(xiàn)實(shí)的使用仿真模擬焊條在虛擬場(chǎng)景中的操縱。類似地，這些系統(tǒng)追蹤位置和定向(orientation)。這些系統(tǒng)教導(dǎo)的僅僅是肌肉記憶，但是，無(wú)法教導(dǎo)熟練的焊接者所需的更高級(jí)的焊接技巧。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實(shí)施方案涉及便利管和其他留隙焊根焊接接縫(weld joint)的虛擬焊接活動(dòng)的系統(tǒng)。所述系統(tǒng)可以包括基于邏輯處理器的系統(tǒng)，所述基于邏輯處理器的系統(tǒng)可操作來(lái)執(zhí)行編碼指令以生成交互焊接環(huán)境，所述交互焊接環(huán)境模仿在具有至少一個(gè)虛擬焊接接縫的虛擬管段上的焊接活動(dòng)。所述系統(tǒng)還包括顯示器，所述顯示器連接到所述基于邏輯處理器的系統(tǒng)，以可視地描繪所述交互焊接環(huán)境，其中所述顯示器描繪所述虛擬管段。輸入設(shè)備被提供來(lái)在所述至少一個(gè)焊接接縫上實(shí)時(shí)地進(jìn)行虛擬焊接活動(dòng)，其中一個(gè)或更多個(gè)傳感器被調(diào)適來(lái)實(shí)時(shí)地追蹤所述輸入設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，以將關(guān)于所述輸入設(shè)備的所述運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳送到所述基于邏輯處理器的系統(tǒng)。本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、特征和非限制性的實(shí)施方案被公開(kāi)于下面的說(shuō)明書(shū)、權(quán)利要求書(shū)和/或附圖中。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案利用仿真器從事虛擬焊接活動(dòng)的最終使用操作者的立體視圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的仿真器的前視圖。
圖3a為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的示意圖，示出管焊接(pipe welding)位置。圖3b為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的示例圖，示出板焊接(plate welding)位置。圖4為仿真器的一個(gè)實(shí)施方案的表征的概要方框圖。圖5為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的模擬焊接工具的側(cè)面立體視圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的焊接使用者界面的特寫(xiě)視圖。圖6a為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的觀察者顯示裝置的特寫(xiě)視圖。圖7a為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的個(gè)性化顯示裝置的立體視圖。圖7b為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案由最終使用者佩戴的個(gè)性化顯示裝置的立體視圖。圖7c為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案安裝在焊接頭盔內(nèi)的個(gè)性化顯示裝置的立體視圖。圖8為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的空間追蹤器的立體視圖。圖9為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案用于支撐焊接試樣的底座(stand)的立體視圖。圖9a為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的管焊接試樣的立體視圖。圖9b為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案的安裝到底座的管焊接試樣的立體視圖。圖10根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明基于邏輯處理器的子系統(tǒng)的子系統(tǒng)方框圖的示例性實(shí)施方案。圖11根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明基于邏輯處理器的子系統(tǒng)的圖形處理單元 (GPU)的方框圖的示例性實(shí)施方案。圖12根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明仿真器的功能方框圖的示例性實(shí)施方案。圖13為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案使用虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練方法的實(shí)施方案的流程圖。圖14a_14b根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明焊接像元(welding pixel)(焊元 (wexel))移置圖(displacement map)的概念。圖15根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明仿真于仿真器中的平坦焊接試樣的試樣空間(coupon space)和焊縫空間(weld space)的示例性實(shí)施方案；圖16根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明仿真于仿真器中的拐角焊接試樣的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施方案圖17根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明仿真于仿真器中的管焊接試樣的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施方案；圖18根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明管焊接試樣的示例性實(shí)施方案；圖19a_19c根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明仿真器的雙移置熔池模型的概念的示例性實(shí)施方案。
具體實(shí)施方式
現(xiàn)在參照附圖，其中示圖僅是為了圖示說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方案，而不是為了限制本發(fā)明的實(shí)施方案，圖1和2示出用于仿真焊接的系統(tǒng)(一般地以10來(lái)描繪)，本文稱作仿真器10或系統(tǒng)10。仿真器10能夠生成虛擬環(huán)境15，虛擬環(huán)境15可以描繪類似于在真實(shí)世界中的焊接場(chǎng)景并且可以被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)弧焊(VRAW)。在虛擬環(huán)境15中，仿真器10便利與一個(gè)或更多個(gè)最終使用者12的交互。輸入設(shè)備155被包括，所述輸入設(shè)備155允許最 終使用者12從事真實(shí)世界活動(dòng)，所述真實(shí)世界活動(dòng)由仿真器10追蹤并被轉(zhuǎn)換為虛擬活動(dòng)。 因而，虛擬環(huán)境15包括交互的虛擬焊接環(huán)境15。顯示裝置200被包括，所述顯示裝置200 提供進(jìn)入虛擬環(huán)境15和最終使用者12的活動(dòng)的“可視入口(visual access)”。在一個(gè)實(shí)施方案中，仿真器10可以包括由多個(gè)最終使用者12或其他觀察者可觀看的顯示屏幕150。 此外，仿真器10可以包括調(diào)適來(lái)由單個(gè)最終使用者12使用的個(gè)性化顯示器140，單個(gè)最終使用者12可以為受訓(xùn)的使用者12a或指導(dǎo)使用者12b。在此要尤為注意的是，最終使用者 12在真實(shí)世界中的活動(dòng)被轉(zhuǎn)換為虛擬焊接活動(dòng)并且在一個(gè)或更多個(gè)顯示器140、150上被實(shí)時(shí)地觀看。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“實(shí)時(shí)”意指以與最終使用者12在真實(shí)世界場(chǎng)景下將會(huì)及時(shí)感知和體驗(yàn)的相同的方式，在虛擬環(huán)境下及時(shí)感知和體驗(yàn)。在生成的交互虛擬焊接環(huán)境15中，仿真器10針對(duì)多個(gè)焊接接縫以不同焊接位置模仿一個(gè)或更多個(gè)焊接工藝，并且附加地模仿針對(duì)所述多個(gè)接縫構(gòu)型的不同種類的焊條的作用。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，仿真器10生成交互虛擬焊接環(huán)境15，交互虛擬焊接環(huán)境 15模仿管焊接和/或留隙焊根接縫的焊接。所述系統(tǒng)能夠仿真具有實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和散熱特征的熔池。仿真器10還能夠建模虛擬焊接活動(dòng)如何影響焊接接縫，例如下面的基底材料。以圖示說(shuō)明的方式，仿真器10可以模仿焊根焊道(root pass)和高溫焊道(hot pass)以及后續(xù)的填充和蓋面(cap)焊道(pass)，每個(gè)均具有對(duì)應(yīng)真實(shí)世界情景的特征。 由于在先前行程期間形成的基底材料的變化和/或由于所選擇的焊條不同，每個(gè)后續(xù)行程可以以與先前行程的方式有顯著不同的方式來(lái)焊接。熔池模型的實(shí)時(shí)反饋允許最終使用者 12于虛擬焊接正在被進(jìn)行時(shí)，在顯示器200上觀察虛擬焊接過(guò)程，并且調(diào)節(jié)或保持他/她的技法。所觀察到的虛擬指示標(biāo)記的種類的例子可以包括(列舉幾例)熔池流、熔融熔池的閃爍、在熔池固化過(guò)程中的顏色變化、熔池的凝固率、散熱的顏色梯度、聲音、焊道(bead) 形成、擺動(dòng)方式(weave pattern)、熔渣的形成、咬邊(undercut)、多孔(porosity)、飛濺 (spatter)、夾· (slag entrapment)、過(guò)度填充(overfill)、穿透(blowthrough)以及吸留 (occlusion) 0要意識(shí)到的是，熔池特征取決于，也就是說(shuō)響應(yīng)于，最終使用者12的輸入設(shè)備155的運(yùn)動(dòng)。以這種方式，所顯示的熔池是基于所選擇的焊接工藝和最終使用者12的焊接技法而實(shí)時(shí)地形成的真實(shí)世界熔池的表征。另外，“線狀?yuàn)A渣(wagon track)”是留在使用SMAW工藝進(jìn)行管焊接期間形成的焊根焊道的焊趾(toes)后面的焊縫缺陷和熔渣的可視尾跡(trail)。被稱為高溫焊道的管焊接中的第二焊道必須足夠熱以使線狀?yuàn)A渣再融化，從而這些線狀?yuàn)A渣在最終的焊接件中被去除。再者，線狀?yuàn)A渣可以通過(guò)打磨工藝被移除。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，這樣的線狀?yuàn)A渣和所述線狀?yuàn)A渣的去除被適當(dāng)?shù)胤抡嬗诒疚乃枋龅姆抡嫫?0中。繼續(xù)參照?qǐng)D1和2并且現(xiàn)在還參照?qǐng)D3a和3b，仿真器10可以模仿以各種焊接位置的焊接工藝并建模熔池在每個(gè)位置如何反應(yīng)。更具體地，仿真器10可以模仿以本領(lǐng)域中分別被稱作5G、2G和6G位置的垂直、水平和/或傾斜位置的管焊接。此外，仿真器10可以模仿以涉及轉(zhuǎn)動(dòng)管的水平位置的IG位置的焊接，或者以涉及如可以與鄰近的板中的坡口焊縫(groove weld)相關(guān)聯(lián)的仰焊的4G位置。其他焊接位置可以涉及針對(duì)平板的各種結(jié)構(gòu)的留隙焊根接縫的焊接。要理解的是，包括建模和分析引擎的仿真器10將在隨后的段落中在考慮熔池上的重力作用的情況下被詳細(xì)描述。因此，熔池以不同的方式反應(yīng)，例如，針對(duì)以5G位置焊接管和以6G位置焊接管不同。上述實(shí)施例不應(yīng)被解釋為是限制性的，而是出于示例性的目的而被包括。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解本發(fā)明針對(duì)任何焊接接縫、焊接位置或者焊接件類型(包括不同種類的基底材料)的應(yīng)用。現(xiàn)在參照?qǐng)D2和4，仿真器10包括基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110，基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110可以是可編程且可操作來(lái)執(zhí)行編碼指令的，以生成交互虛擬焊接環(huán)境15。仿真器10還包括傳感器和/或傳感器系統(tǒng)，所述傳感器和/或傳感器系統(tǒng)可以包括可操作地連接到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110的空間追蹤器120。仿真器10還包括與基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110連通的焊接使用者界面130，用于設(shè)置并控制仿真器10。如上面所提及的， 一個(gè)或更多個(gè)顯示裝置200被包括，顯示裝置200可以包括戴于面部的顯示裝置140和觀察者顯示裝置150，其中每個(gè)被連接到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110，提供到交互虛擬焊接環(huán)境15的“可視入口”。顯示裝置200中的一個(gè)或更多個(gè)可以被連接到空間追蹤器120，以如下所描述地響應(yīng)于空間追蹤器120的位置和/或其運(yùn)動(dòng)而改變?cè)谒鲅b置上被觀看的圖像。輸入設(shè)備現(xiàn)在參照?qǐng)D5，如上述所述的，仿真器10包括便利與最終使用者12交互的輸入設(shè)備155。在一個(gè)實(shí)施方案中，輸入設(shè)備155包括模擬焊接工具160。模擬焊接工具160可以被制造成效仿真實(shí)世界的焊接工具，例如手工焊條夾持器或提供連續(xù)供料到電極的焊槍， 即MIG、FCAff或者GTAW焊接工具。然而，其他結(jié)構(gòu)的模擬焊接工具160可以被實(shí)施而不偏離本發(fā)明的實(shí)施方案所意圖的覆蓋范圍。出于討論的目的，本發(fā)明的實(shí)施方案將被描述在使用效仿手工焊條夾持器156的模擬焊接工具160的上下文中。模擬焊接工具160可以準(zhǔn)確地效仿真實(shí)世界的焊接工具。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，模擬焊接工具160可以具有與真實(shí)世界的焊接工具相同的形狀、重量和手感。事實(shí)上，真實(shí)的焊接工具可以被用作模擬焊接工具160來(lái)提供所述工具在使用者手中的實(shí)際感覺(jué)，即使是在仿真器10中，真實(shí)的焊接工具也不會(huì)被用于實(shí)際上創(chuàng)建真實(shí)電弧。以這樣的方式，最終使用者12(可以為受訓(xùn)使用者 12a)變得習(xí)慣于操縱真實(shí)世界的焊接工具，從而加強(qiáng)虛擬焊接的體驗(yàn)。然而，模擬焊接工具 160可以以利用合理的判斷選擇的任何方式來(lái)構(gòu)造。圖示說(shuō)明地，模擬焊接工具160仿真用于管焊接的手工焊接工具，并且包括夾持器161和從中延伸的仿真的手工焊條162。仿真的手工焊條162可以包括觸覺(jué)型 (tactilely)阻力末端163，用于仿真在真實(shí)世界情景中的焊接期間產(chǎn)生的阻力反饋。如果最終使用者12過(guò)于背離焊根移動(dòng)仿真的手工焊條162 (下面所詳細(xì)描述的)，最終使用者 12將能夠感覺(jué)或覺(jué)察到減少的阻力，從而獲得用于調(diào)節(jié)或保持當(dāng)前焊接工藝的反饋。要考慮的是，手工焊接工具可以包括致動(dòng)器(未示出)，所述致動(dòng)器在虛擬焊接工藝期間縮回仿真的手工焊條162。也就是說(shuō)，當(dāng)最終使用者12從事虛擬焊接活動(dòng)時(shí)，夾持器161和仿真的手工焊條162的末端之間的距離被減小來(lái)仿真焊條的消耗。消耗速率，即手工焊條162 的縮回，可以由基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110控制，并且更具體地，可以由基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110執(zhí)行的編碼指令控制。仿真的消耗速率還可以取決于最終使用者12的技法。 在此值得一提的是，當(dāng)仿真器10便利利用不同類型焊條的虛擬焊接時(shí)，消耗率或手工焊條 162的減少可以隨所使用的焊接過(guò)程和/或仿真器10的設(shè)置而變化。模擬焊接工具160的致動(dòng)器可以被電氣地驅(qū)動(dòng)。用于保障致動(dòng)器工作的電力可以來(lái)自仿真器10、來(lái)自外部電源或者來(lái)自內(nèi)部電池電力。在一個(gè)實(shí)施方案中，致動(dòng)器可以為電動(dòng)裝置，例如電動(dòng)機(jī)。然而，任何類型的致動(dòng)器或動(dòng)力形式都可以被使用，包括但不限于電磁致動(dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器、機(jī)械或彈簧承載的致動(dòng)器及其任意組合。如上面所說(shuō)明的，模擬焊接工具160可以與空間追蹤器結(jié)合工作，以與仿真器10 進(jìn)行交互。具體地，模擬焊接工具160的位置和/或定向可以由空間追蹤器120實(shí)時(shí)地監(jiān)控和追蹤。因此，表征所述位置和定向的數(shù)據(jù)可以被傳送到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110 并且被修改或轉(zhuǎn)換以根據(jù)需要用來(lái)與虛擬焊接環(huán)境15進(jìn)行交互?？臻g追蹤器 參照?qǐng)D8，圖示說(shuō)明空間追蹤器120的實(shí)施例?？臻g追蹤器120可以與基于邏輯處理器的子系統(tǒng)Iio連接。在一個(gè)實(shí)施方案中，空間追蹤器120可以以磁的方式追蹤模擬焊接工具160。也就是說(shuō)，所述空間追蹤器生成磁性包絡(luò)，所述磁性包絡(luò)用于確定位置和定向， 以及速度和/或速度上的變化。因此，空間追蹤器120包括磁源121和源線纜、一個(gè)或更多個(gè)傳感器122、磁盤(pán)123上的主機(jī)軟件、電源124、USB和RS-232線纜125、處理器追蹤單元 126以及其他相關(guān)聯(lián)的線纜。磁源121能夠經(jīng)由線纜可操作地連接到處理器追蹤單元126， 傳感器122也是如此。電源124也能夠經(jīng)由線纜可操作地連接到處理器追蹤單元126。處理器追蹤單元126能夠經(jīng)由USB或RS-232線纜125可操作地連接到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110。磁盤(pán)123上的主機(jī)軟件可以被加載到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110上并且允許空間追蹤器120和基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110之間的功能通信。磁源121創(chuàng)建圍繞源121的磁場(chǎng)或包絡(luò)，所述磁場(chǎng)或包絡(luò)限定三維空間，在所述三維空間內(nèi)最終使用者12的活動(dòng)可以被追蹤以與仿真器10進(jìn)行交互。所述包絡(luò)建立空間參考框架。使用在所述包絡(luò)內(nèi)的物體，例如模擬焊接工具160和試樣底座(下面描述)， 可以由非金屬(即非鐵的或不導(dǎo)電的)材料構(gòu)成，從而不會(huì)使磁源121創(chuàng)建的磁場(chǎng)畸變 (distort)。傳感器122可以包括多個(gè)在相交的空間方向上排列的感應(yīng)線圈，所述多個(gè)感應(yīng)線圈可以基本上為正交排列。感應(yīng)線圈測(cè)量磁場(chǎng)在三個(gè)方向中的每個(gè)上的強(qiáng)度，提供信息給處理器追蹤單元126。在一個(gè)實(shí)施方案中，傳感器122可以被附接到模擬焊接工具160， 允許模擬焊接工具160相對(duì)于所述空間參考框架在位置和定向二者上被追蹤。更具體地， 感應(yīng)線圈可以被安裝在焊條162的末端中。以這種方式，仿真器10能夠確定模擬焊接工具 160在三維包絡(luò)中的位置所在。附加的傳感器122可以被提供并且可操作地附接到一個(gè)或更多個(gè)顯示裝置200。因此，仿真器10可以響應(yīng)于最終使用者12的運(yùn)動(dòng)而使用傳感器數(shù)據(jù)來(lái)改變最終使用者12所見(jiàn)的視圖。從而，仿真器10捕捉并追蹤最終使用者12在真實(shí)世界中的活動(dòng)，用于轉(zhuǎn)換為虛擬焊接環(huán)境15。根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，一個(gè)或更多個(gè)傳感器122可以無(wú)線的方式連接到處理器追蹤單元126，并且處理器追蹤單元126可以無(wú)線的方式連接到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110。根據(jù)本發(fā)明的其他可替換實(shí)施方案，其他類型的空間追蹤器120可以用于仿真器10，例如包括基于加速度計(jì)/陀螺儀的追蹤器、光學(xué)追蹤器、紅外追蹤器、聲學(xué)追蹤器、激光追蹤器、射頻追蹤器、慣性追蹤器、有源或無(wú)源光學(xué)追蹤器以及基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的追蹤。然而，可以使用其他類型的追蹤器而不偏離本發(fā)明的實(shí)施方案所意圖的覆蓋范圍。顯示裝置現(xiàn)在參照?qǐng)D7a，現(xiàn)在將描述戴于面部的顯示裝置140的實(shí)施例。戴于面部的顯示裝置140可以如圖7c中所示地被整合到焊接頭盔900中，或者可替換地可以如圖7b所示地被單獨(dú)地安裝。戴于面部的顯示裝置140可以包括能夠以2D和幀序列視頻模式傳送流體全活動(dòng)視頻(fluid full-motion video)的兩個(gè)高對(duì)比度SVGA 3D OLED微顯示器。來(lái)自虛擬焊接環(huán)境15的虛擬圖像(例如視頻)被提供并顯示在戴于面部的顯示裝置140上。 在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方案中，基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110向戴于面部的顯示裝置140提供立體視頻，加強(qiáng)使用者的深度感知。立體圖像可以由邏輯處理單元生成，所述邏輯處理單元可以為下面詳細(xì)描述的圖形處理單元。還可以提供縮放(例如2倍(2X))模式，允許使用者仿真更加以假亂真的板(a cheater plate)。戴于面部的顯示裝置140經(jīng)由有線或無(wú)線方式可操作地連接到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110和空間追蹤器120?？臻g追蹤器120 的傳感器122可以被附接到戴于面部的顯示裝置140或被附接到焊接頭盔900，從而允許戴于面部的顯示裝置140相對(duì)于空間追蹤器120創(chuàng)建的3D空間參考框架而被追蹤。以這種方式，焊接頭盔900的運(yùn)動(dòng)以響應(yīng)的方式改變?nèi)S虛擬現(xiàn)實(shí)情景中最終使用者12所見(jiàn)的圖像。如隨后描述的，戴于面部的顯示裝置140還可以起到這樣的作用，即與觀察者顯示裝置150類似地來(lái)調(diào)用并顯示菜單項(xiàng)的作用。因此，以這種方式，最終使用者能夠使用模擬焊接工具160上的控制部件(例如按鈕或開(kāi)關(guān))來(lái)激活菜單并從菜單中選擇選項(xiàng)。這可以允許使用者在其出現(xiàn)失誤、改變特定參數(shù)或者例如回退以重新完成焊道軌跡的一部分時(shí)容易地重置焊接。戴于面部的顯示裝置140還可以包括揚(yáng)聲器910，允許使用者聆聽(tīng)由仿真器10生成的仿真的焊接相關(guān)聲音和環(huán)境聲音。聲音內(nèi)容功能和焊接聲音提供具體類型的焊接聲音，所述焊接聲音根據(jù)特定焊接參數(shù)是否在公差內(nèi)或超出公差而改變。聲音根據(jù)各種焊接工藝和參數(shù)來(lái)調(diào)整。例如，在MIG噴弧焊工藝中，當(dāng)使用者未使模擬焊接工具160正確定位時(shí)提供噼啪的聲音，而當(dāng)模擬焊接工具160被正確定位時(shí)提供嘶嘶的聲音。在短弧焊接工藝中，當(dāng)發(fā)生咬邊時(shí)提供嘶嘶的聲音。這些聲音模仿(mimic)對(duì)應(yīng)于正確和錯(cuò)誤焊接技法的真實(shí)世界的聲音。高保真聲音內(nèi)容可以使用各種電子和機(jī)械裝置取自實(shí)際焊接的真實(shí)世界錄音。所感知的聲音的音量和方向根據(jù)最終使用者的頭部(即戴于面部的顯示裝置140)相對(duì)于模擬焊接工具160和焊接試樣175之間的仿真的電弧的位置、定向和距離而改變。聲音可以經(jīng)由安裝于戴于面部的顯示裝置140中或可替換地安裝于控制臺(tái)135和/或底座170中的揚(yáng)聲器910 (可以為耳塞揚(yáng)聲器或任何其他類型的揚(yáng)聲器或聲音生成裝置)提供給使用者。 然而，在從事虛擬焊接活動(dòng)時(shí)將聲音呈現(xiàn)給最終使用者12的任何方式可以被選擇。在此還要注意的是，其他類型的聲音信息可以通過(guò)揚(yáng)聲器910被傳輸。實(shí)例包括來(lái)自指導(dǎo)人員使用者12b的實(shí)時(shí)口頭指令或經(jīng)由預(yù)先錄制的信息的口頭指令。預(yù)先錄制的信息可以通過(guò)特定的虛擬焊接活動(dòng)自動(dòng)地被觸發(fā)。實(shí)時(shí)的指令可以現(xiàn)場(chǎng)生成或者從遠(yuǎn)端位置生成。然而， 任何類型的信息或指令都可以被傳達(dá)給最終使用者12。控制臺(tái)現(xiàn)在參照?qǐng)D2、圖6和圖7，仿真器10可以包括容置仿真器10的一個(gè)或更多個(gè)部件的控制臺(tái)135。在一個(gè)實(shí)施方案中，控制臺(tái)135可以被構(gòu)造來(lái)效仿焊接電源。也就是說(shuō)， 控制臺(tái)135的形狀和尺寸可以匹配真實(shí)世界裝置的形狀和尺寸。仿真器10的操作可以由焊接單元界面130來(lái)提供，焊接單元界面130可以被制造成效仿焊接電源旋鈕、刻度盤(pán)和/ 或開(kāi)關(guān)133、134。仿真器10還可以包括顯示器，所述顯示器可以為顯示裝置200。被安裝到仿真器10上的編碼指令(即軟件)可以通過(guò)在顯示屏幕200上顯示指令和/或菜單選項(xiàng)來(lái)引導(dǎo)最終使用者12與仿真器10的交互。與仿真器10的交互可以包括的功能涉及管理的活動(dòng)或仿真設(shè)置及激活。這可以包括特定焊接工藝和焊條類型的選擇，以及包括焊接位置的部件設(shè)置。通過(guò)焊接單元界面130的方式進(jìn)行的選擇被反映在顯示裝置200上。圖6圖示說(shuō)明控制臺(tái)135和焊接使用者界面130的示例性實(shí)施方案。焊接單元界面130可以包括對(duì)應(yīng)于在仿真器10的設(shè)置和操作期間所使用的使用者選擇內(nèi)容153的一組按鈕131。按鈕131可以被著色以對(duì)應(yīng)于顯示在顯示裝置200上的使用者選擇內(nèi)容153 的顏色。當(dāng)按鈕131中的一個(gè)被按下時(shí)，信號(hào)被發(fā)送到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110來(lái)激活對(duì)應(yīng)的功能。焊接單元界面130還可以包括操縱桿132，操縱桿132能夠被使用者使用來(lái)選擇顯示在顯示裝置200上的各種參數(shù)和選擇內(nèi)容。焊接單元界面130還包括可以以示例性的方式用于調(diào)節(jié)焊絲送進(jìn)速度/安培數(shù)的刻度盤(pán)或旋鈕133，以及用于調(diào)節(jié)伏特/微調(diào)的另一刻度盤(pán)或旋鈕134。焊接單元界面130還包括用于選擇弧焊工藝的刻度盤(pán)或旋鈕136。 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，三種弧焊工藝是可選擇的，包括焊劑芯弧焊(FCAW)、氣體保護(hù)金屬極弧焊(GMAW)以及自動(dòng)保護(hù)金屬極弧焊(SMAW)。焊接單元界面130還包括用于選擇焊接極性的刻度盤(pán)或旋鈕137。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，三種弧焊極性是可選擇的，包括交流電 (AC)、正接直流電(DC+)以及負(fù)接直流電(DC-)。然而，其他焊接工藝(包括但不限于TIG 焊接)和設(shè)置特征可以被包括于仿真器10中而不偏離本發(fā)明的實(shí)施方案所意圖的覆蓋范圍。從上述的內(nèi)容中，將容易看出的是，仿真器10的設(shè)置對(duì)應(yīng)真實(shí)世界裝置的設(shè)置。圖形使用者界面功能1213 (見(jiàn)圖12)允許使用者經(jīng)由觀察者顯示裝置150是可觀看的并且使用物理使用者界面130的操縱桿132設(shè)置焊接情景。焊接情景的設(shè)置可以包括選擇語(yǔ)言，輸入最終使用者姓名，選擇實(shí)習(xí)板(例如焊接試樣、T形板、平板)，選擇焊接工藝 (例如FCAW、GMAW、SMAW、TIG)和相關(guān)聯(lián)的軸向噴射、脈沖或轉(zhuǎn)換的短弧模式，選擇氣體類型和流率，選擇手工焊條的類型(例如E6010或E7018)，以及選擇焊劑芯焊絲的類型(例如自保護(hù)的、氣體保護(hù)的)。焊接情景的設(shè)置還可以包括設(shè)置將在下面詳細(xì)討論的試樣底座 170。焊接情景的設(shè)置進(jìn)一步包括選擇環(huán)境(例如虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的背景環(huán)境)，設(shè)置焊絲送進(jìn)速度，設(shè)置電壓電平，選擇極性以及啟用或關(guān)閉特定視覺(jué)提示。在此要注意的是，在一個(gè)實(shí)施方案中，限制(可以為軟件限制)可以被包括于仿真器10中，在針對(duì)所選擇的工藝的適合的設(shè)置已經(jīng)被恰當(dāng)?shù)剌斎胫?，所述限制阻止給定的焊接情景的操作。以這種方式， 受訓(xùn)的使用者12a通過(guò)設(shè)置虛擬焊接情景而被教導(dǎo)或?qū)W會(huì)真實(shí)世界焊接場(chǎng)景的適當(dāng)范圍。因此，顯示裝置200反映對(duì)應(yīng)于最終使用者選擇內(nèi)容153的活動(dòng)，包括菜單、動(dòng)作、 視覺(jué)提示、新試樣設(shè)置以及評(píng)分。這些使用者選擇內(nèi)容可以被綁定到控制臺(tái)135上的使用者按鈕。當(dāng)使用者經(jīng)由顯示裝置200進(jìn)行各種選擇時(shí)，所顯示的特征可以改變來(lái)提供所選擇的信息和其他選項(xiàng)給所述使用者。然而，顯示裝置200 (可以為觀察者顯示裝置150)可以具有另一功能在仿真器10的操作期間，即當(dāng)從事虛擬焊接活動(dòng)時(shí)，顯示最終使用者12 所見(jiàn)的虛擬圖像。顯示裝置200可以被設(shè)置來(lái)觀看與最終使用者12所見(jiàn)內(nèi)容相同的圖像。 可替換地，顯示裝置200還可以用于顯示虛擬焊接活動(dòng)的不同視圖或者不同視角。在圖10中示出的一個(gè)實(shí)施方案中，顯示裝置150、200可以被用于回放(playback)以電子方式儲(chǔ)存于數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置300上的虛擬焊接活動(dòng)。表征最終使用者12的虛擬焊接活動(dòng)的數(shù)據(jù)可以被儲(chǔ)存用于回放和復(fù)習(xí)(review)、出于歸檔目的的下載和/或傳輸至遠(yuǎn)端位置以實(shí)時(shí)地觀看和評(píng)論。在重放(Mplay)虛擬焊接活動(dòng)中，諸如熔池流動(dòng)性等細(xì)節(jié)、行進(jìn)速度以及不連貫性狀態(tài)152 (例如包括不適當(dāng)?shù)奶罱?fillet)大小、不佳的焊道布置、凹入的焊道、過(guò)于外凸、咬邊、多孔、未焊透、夾渣、過(guò)度飛濺以及燒穿)可以被表征。由超出公差角度造成的咬邊也可以被顯示。另外，由過(guò)于遠(yuǎn)離焊接件移動(dòng)電弧而導(dǎo)致的多孔可以被顯示。以這種方式，仿真器10能夠重放特定虛擬焊接活動(dòng)的部分或全部，建模虛擬焊接情景的所有方面(包括與最終使用者的活動(dòng)直接相關(guān)的吸留和缺陷)。參照?qǐng)D6a，仿真器10還能夠分析和顯示虛擬焊接活動(dòng)的結(jié)果。通過(guò)分析所述結(jié)果，意味著仿真器10能夠確定在該焊接行程期間是何時(shí)以及沿焊接接縫是何處，最終使用者12偏離焊接工藝可接受的限定范圍。評(píng)分可以歸因于最終使用者12的表現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，評(píng)分可以是在多個(gè)公差范圍上模擬焊接工具160在位置、定向和速度上的偏離的函數(shù)，這可以從理想的焊接行程延伸到臨界的或不可接受的焊接活動(dòng)。根據(jù)用于對(duì)最終使用者12的表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)分的選擇，多個(gè)范圍的任何梯度均可以被包括在仿真器10中。評(píng)分可以以數(shù)字的方式或字母數(shù)字的方式來(lái)顯示。此外，最終使用者12的表現(xiàn)可以以圖形的方式來(lái)顯示，在時(shí)間上和/或沿焊接接縫的位置上示出所述模擬焊接工具如何接近地橫過(guò)焊接接縫。諸如行進(jìn)角度、加工角度、速度以及離焊接接縫的距離的參數(shù)是可以被測(cè)量的內(nèi)容的例子，然而出于評(píng)分的目的任何參數(shù)均可以被分析。所述參數(shù)的公差范圍取自真實(shí)世界的焊接數(shù)據(jù)，從而提供關(guān)于最終使用者在真實(shí)世界中將會(huì)如何表現(xiàn)的準(zhǔn)確反饋。在另一實(shí)施方案中，與最終使用者12的表現(xiàn)對(duì)應(yīng)的缺陷的分析也可以被包括并顯示在顯示裝置150、200上。在這個(gè)實(shí)施方案中，可以描繪示出由測(cè)量在虛擬焊接活動(dòng)期間所監(jiān)控的各種參數(shù)而造成的不連貫是何種類型的圖形。盡管“吸留”在顯示裝置200上可能不是可視的，但由于最終使用者的表現(xiàn)，缺陷仍可能已經(jīng)發(fā)生，使用者的表現(xiàn)結(jié)果仍可能會(huì)相應(yīng)地被顯示(即圖形化)。 顯示裝置200還可以用于顯示被用來(lái)訓(xùn)練最終使用者12的輔導(dǎo)信息。輔導(dǎo)信息的實(shí)例可以包括可以為如由視頻或圖片所描繪的以圖形方式被顯示的指令。此外，指令可以以上述的音頻格式被寫(xiě)入或呈現(xiàn)。這樣的信息可以被儲(chǔ)存和保留在數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置300上。 在一個(gè)實(shí)施方案中，仿真器10能夠顯示在本文中被稱作視覺(jué)提示的呈現(xiàn)各種焊接參數(shù)151 的虛擬焊接場(chǎng)景，焊接參數(shù)151包括位置、末端到工件間隙(tip to work)、焊接角度、行進(jìn)角度以及行進(jìn)速度。在一個(gè)實(shí)施方案中，可以使用遠(yuǎn)程通信來(lái)提供場(chǎng)外人員(即以相似或不相似構(gòu)造的裝置(即仿真器)進(jìn)行加工的遠(yuǎn)程使用者)的虛擬指令?？梢越?jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接來(lái)實(shí)現(xiàn)描述虛擬焊接過(guò)程，所述網(wǎng)絡(luò)連接包括但不限于因特網(wǎng)、LAN以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠渌绞?。表征特定焊縫的數(shù)據(jù)(包括性能變量)可以被發(fā)送至能夠顯示虛擬圖像和/或焊縫數(shù)據(jù)的另一系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)注意的是，所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是足夠詳盡的以允許一個(gè)或更多個(gè)遠(yuǎn)端使用者分析焊接者的表現(xiàn)。發(fā)送到遠(yuǎn)端系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以被用于生成虛擬焊接環(huán)境，從而重新創(chuàng)建特定的焊接過(guò)程。然而，將性能數(shù)據(jù)或虛擬焊接活動(dòng)傳送至另一裝置的任何方式可以被實(shí)施而不偏離本發(fā)明的實(shí)施方案所意圖的覆蓋范圍。焊接試樣
現(xiàn)在參照?qǐng)D1、圖9a和圖％，仿真器10可以包括焊接試樣175，焊接試樣175效仿被并置為形成焊接接縫176的管段。焊接試樣175可以與在從事虛擬焊接活動(dòng)時(shí)為最終使用者12起引導(dǎo)作用的仿真器10結(jié)合工作。多個(gè)焊接試樣175可以被使用，也就是說(shuō)被互換以在虛擬焊接活動(dòng)的給定周期內(nèi)使用。焊接試樣的類型可以包括(列舉幾例)圓柱形管區(qū)段、弓形管節(jié)、平板和T形板焊接接縫。在一個(gè)實(shí)施方案中，焊接試樣中的每個(gè)可以包括留隙焊根接縫或坡口。然而，任何結(jié)構(gòu)的焊接接縫均可以被包括于焊接試樣中而不偏離本發(fā)明的實(shí)施方案所意圖的覆蓋范圍。焊接試樣175的尺寸可以改變。對(duì)于圓柱形的管來(lái)說(shuō)，內(nèi)徑的范圍可以從172英寸 (內(nèi)徑)延伸到18英寸(內(nèi)徑)。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，內(nèi)徑的范圍可以超過(guò)18英寸。 在另一實(shí)施方案中，弓形管節(jié)可以具有在從172英寸(內(nèi)徑)延伸達(dá)到并超過(guò)18英寸(內(nèi)徑)的范圍內(nèi)的特征半徑。另外，要解釋的是，任何內(nèi)徑的焊接試樣175都可以被使用，包括那些小于172英寸的和那些超過(guò)18英寸的兩者。就實(shí)踐的意義來(lái)說(shuō)，只要焊接試樣175 或焊接試樣175的部分在空間追蹤器120生成的包絡(luò)內(nèi)，任 意大小的焊接試樣175都可以被使用。平板在長(zhǎng)度上也可以延伸達(dá)到并超過(guò)18英寸。然而，要理解的是，焊接試樣175 的尺寸上限僅由空間追蹤器120生成的感測(cè)場(chǎng)的大小和強(qiáng)度以及焊接試樣175各自被定位的能力所約束。所有這樣的變體被解釋為落入本發(fā)明的實(shí)施方案的覆蓋范圍。如上所述的，焊接試樣175可以由不會(huì)與空間追蹤器120相互干擾的材料構(gòu)成。因?yàn)榭臻g追蹤器生成磁場(chǎng)，焊接試樣175可以由非鐵的和不導(dǎo)電的材料構(gòu)成。然而，可以選擇適于與所選擇的空間追蹤器120或其他傳感器類型一起使用的任何類型的材料。參照?qǐng)D9a和％，焊接試樣175可以被這樣構(gòu)造，從而其可以裝入桌臺(tái)或底座170， 桌臺(tái)或底座170 (至少部分地)起到將焊接試樣175相對(duì)于空間追蹤器120保持在恒定位置的作用。因此，焊接試樣175可以包括連接部分177或連接器177。連接部分177可以從焊接試樣175的一側(cè)(如所圖示說(shuō)明的可以為底側(cè))延伸，并且可以被接納到與底座170 一起被包括的機(jī)械互鎖裝置中。將理解的是，焊接試樣175被插入底座170的取向可能需要是恒定的，即可重復(fù)的，以緊密地匹配在虛擬焊接環(huán)境15中被創(chuàng)建的虛擬焊接件，即管。 以這種方式，只要仿真器10知曉焊接試樣175的位置已經(jīng)如何變化，可以相應(yīng)地對(duì)虛擬對(duì)應(yīng)物(counterpart)進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，在設(shè)置期間，最終使用者12可以選擇要被焊接的管的大小。然后，最終使用者12可以將適合的焊接試樣175插入底座170，將其鎖固到適當(dāng)位置。隨后，最終使用者12可以選擇期望的焊接位置，經(jīng)由焊接使用者界面130進(jìn)行選擇。 如下面將被描述的，底座170則可以被傾斜或調(diào)節(jié)以將焊接試樣175定位在仿真器10識(shí)別的焊接位置中的任一者。當(dāng)然，將理解的是，調(diào)節(jié)焊接試樣175的位置也要調(diào)節(jié)空間追蹤器 120的位置，從而使焊接試樣175的相對(duì)位置被保留在感測(cè)的追蹤場(chǎng)中。圖9描繪底座170的一個(gè)實(shí)施方案。底座170可以包括可調(diào)節(jié)的桌臺(tái)171、底座基座172、可調(diào)節(jié)的臂173以及立柱174。桌臺(tái)171和臂173分別被附接到立柱174。桌臺(tái) 171和臂173中的每個(gè)能夠沿立柱174的高度被調(diào)節(jié)，所述調(diào)節(jié)可以包括向上、向下和/或相對(duì)于立柱174的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)。臂173用于以與本文所討論的一致的方式支撐焊接試樣175。 桌臺(tái)171可以通過(guò)在使用期間允許使用者將他/她的手臂放于桌臺(tái)171上而輔助最終使用者12。在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，立柱174被標(biāo)記有位置信息從而使用者可以確切地知曉臂173和桌臺(tái)171被定位在何處。這種信息還可以在設(shè)置期間通過(guò)焊接使用者界面130和顯示裝置150的方式來(lái)輸入仿真器10?？紤]本發(fā)明的可替換實(shí)施方案，其中桌臺(tái)171和臂173的位置響應(yīng)于在仿真器10 的設(shè)置期間所做的選擇而被自動(dòng)調(diào)節(jié)。在該實(shí)施方案中，經(jīng)由焊接使用者界面130所做的選擇可以被傳送至基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110。由底座170所采用的致動(dòng)器和反饋傳感器可以由基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110控制，以定位焊接試樣175而無(wú)需在物理上移動(dòng)臂 173或桌臺(tái)171。在一個(gè)實(shí)施方案中，致動(dòng)器和反饋傳感器可以包括以電氣方式驅(qū)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)。然而，根據(jù)利用合理的工程判斷所選擇的任何運(yùn)動(dòng)裝置(locomotive device)都可以被用來(lái)自動(dòng)地調(diào)節(jié)底座170的位置。以這種方式，設(shè)置焊接試樣175的過(guò)程是自動(dòng)化的并且無(wú)需最終使用者12進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)。本發(fā)明的另一實(shí)施方案包括與焊接試樣175結(jié)合使用的智能型裝置的使用，本文稱作“智能”試樣175。在該實(shí)施方案中，焊接試樣175包括具有關(guān)于可以被底座170感測(cè)的特定焊接試樣175的信息的裝置。具體地，臂173可以包括讀取儲(chǔ)存在位于焊接試樣175 上的裝置上或儲(chǔ)存在該裝置中的數(shù)據(jù)的檢測(cè)器。實(shí)施例可以包括被編碼在傳感器(例如微電子器件)上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的使用，當(dāng)被置于所述檢測(cè)器附近時(shí)，所述數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)可以以無(wú)線的方式被讀取。其他實(shí)施例可以包括無(wú)源器件(如條形碼)的使用。然而，智能地將關(guān)于焊接試樣175的信息傳送至基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110的任何方式可以利用合理的工程判斷來(lái)選擇。儲(chǔ)存在焊接試樣175上的數(shù)據(jù)可以自動(dòng)地向仿真器10提示已經(jīng)被插入底座170 的焊接試樣175的種類。例如，2英寸的管狀試樣可以包括關(guān)于其直徑的信息?？商鎿Q地， 平板試樣可以包括提示被包括在試樣上的焊接接縫種類(例如坡口焊接接縫或?qū)雍附咏涌p)及其物理尺寸的信息。以這種方式，關(guān)于焊接試樣175的信息可以被用來(lái)使仿真器 10的設(shè)置中涉及選擇和安裝焊接試樣175的部分自動(dòng)化。校準(zhǔn)功能1208(見(jiàn)圖12)提供使真實(shí)空間(3D參考框架)中的實(shí)物部件與虛擬焊接環(huán)境15中的可視部件匹配的能力。通過(guò)將焊接試樣175安裝到底座170的臂173上，并且利用可操作地連接到底座170的校準(zhǔn)筆(stylus)接觸焊接試樣175預(yù)先限定的點(diǎn)179 (例如由焊接試樣175上的三處淺凹179指示的)，每種不同類型的焊接試樣175在工廠中被校準(zhǔn)。仿真器10讀取預(yù)先限定的點(diǎn)179處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，提供位置信息至基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110，并且基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110使用所述位置信息來(lái)進(jìn)行所述校準(zhǔn)(即從真實(shí)世界空間到虛擬現(xiàn)實(shí)空間的轉(zhuǎn)換)。因此，相同類型的焊接試樣175的任一部分在非常嚴(yán)格的公差之內(nèi)以相同的可重復(fù)方式裝入底座170的臂173。因而，一旦特定類型的焊接試樣175被校準(zhǔn)，無(wú)需相似試樣的重復(fù)校準(zhǔn)(即特定類型的焊接試樣175的校準(zhǔn)是一次性事件)。換言之，相同類型的焊接試樣175是可互換的。校準(zhǔn)確保使用者在焊接工藝期間所感知的物理反饋匹配在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中向所述使用者顯示的內(nèi)容，使得仿真看上去更加真實(shí)。例如，如果使用者圍繞實(shí)際焊接試樣175的拐角滑動(dòng)模擬焊接工具160的末端，所述使用者將會(huì)在顯示裝置200上看到所述末端圍繞虛擬焊接試樣的拐角滑動(dòng)，就像所述使用者感覺(jué)到的所述末端圍繞所述實(shí)際的拐角滑動(dòng)那樣。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，模擬焊接工具160還可以被放置在預(yù)先定位的架子(jig)上并且基于已知的架子位置以類似的方式被校準(zhǔn)。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，“智能”試樣可以包括允許仿真器10追蹤預(yù)先限定的校準(zhǔn)點(diǎn)或“智能”試樣的拐角的傳感器。傳感器可以被安裝在焊接試樣175上預(yù)先限定的校準(zhǔn)點(diǎn)的精確位置。然而，將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳送至仿真器10的任何方式可以被選擇。因此，仿真器10連續(xù)地知曉“智能”試樣在真實(shí)世界3D空間中的位置。另外，可以提供許可密鑰來(lái) “解鎖”焊接試樣175。當(dāng)特定焊接試樣175被購(gòu)買(mǎi)時(shí)，可以提供許可密鑰，允許最終使用者 12a、12b將所述許可密鑰輸入仿真器10，解鎖與特定焊接試樣175相關(guān)聯(lián)的軟件。在可替換的實(shí)施方案中，基于部件的真實(shí)世界CAD制圖，可以提供特殊的非標(biāo)準(zhǔn)焊接試樣。基于處理器的系統(tǒng) 現(xiàn)在參照?qǐng)D2、圖4和圖10，如上所述的，仿真器10包括基于邏輯處理器的子系統(tǒng) 110，基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110可以包括可編程電子電路200，用于執(zhí)行被用來(lái)生成虛擬焊接環(huán)境15的編碼指令?？删幊屉娮与娐?00可以包括一個(gè)或更多個(gè)邏輯處理器203或基于邏輯處理器的系統(tǒng)203，一個(gè)或更多個(gè)邏輯處理器203或基于邏輯處理器的系統(tǒng)203可以包括一個(gè)或更多個(gè)微處理器204。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，可編程電子電路200可以包括下面要進(jìn)一步討論的一個(gè)或更多個(gè)中央處理單元(CPU)以及一個(gè)或更多個(gè)圖形處理單元 (GPU)。附加的電路可以被包括，例如電子存儲(chǔ)器，即RAM、ROM以及其他外圍支持電路。要注意的是，電子存儲(chǔ)器可以被包括來(lái)用于CPU和GPU二者，其中每個(gè)可以被單獨(dú)地編程來(lái)用于呈現(xiàn)如本文所描述的虛擬焊接環(huán)境15的各方面。另外，可編程電子電路200可以包括并使用數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置300，例如硬盤(pán)驅(qū)動(dòng)器、光學(xué)儲(chǔ)存設(shè)備、閃存等等。然而，其他類型的電子電路可以被包括，所述電子電路便利仿真器10內(nèi)的裝置之間或不同仿真器10之間的數(shù)據(jù)傳輸。這可以包括，例如從一個(gè)或更多個(gè)輸入設(shè)備155(例如空間追蹤器或傳感器)接收數(shù)據(jù)，或者在一個(gè)或更多個(gè)網(wǎng)絡(luò)上(可以為局域網(wǎng)絡(luò)(LAN)、廣域網(wǎng)絡(luò)(WAN)和/或因特網(wǎng)) 傳輸數(shù)據(jù)。要理解的是，上述的裝置和過(guò)程在本質(zhì)上是示例性的而不應(yīng)被解釋為限制性的。 事實(shí)上，根據(jù)利用合理的工程判斷所選擇的任何形式的可編程電路、支持電路、通信電路和 /或數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置都可以被包括到本發(fā)明的實(shí)施方案中。圖10圖示說(shuō)明仿真器10的基于可編程邏輯處理器的子系統(tǒng)110的子系統(tǒng)方框圖的示例性實(shí)施方案?；谶壿嬏幚砥鞯淖酉到y(tǒng)110可以包括中央處理單元(CPU) 111和兩個(gè)圖形處理單元(GPU) 115。兩個(gè)GPU 115可以被編程以提供具有實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和吸熱與散熱特征的熔池的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。參照?qǐng)D11，圖形處理單元(GPU) 115的方框圖被示出。每個(gè)GPU 115支持?jǐn)?shù)據(jù)并行算法的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，每個(gè)GPU 115提供能夠提供兩個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)視圖的兩個(gè)視頻輸出118和119。視頻輸出中的兩個(gè)可以被傳送至戴于面部的顯示裝置140，給出焊接者的視野，并且第三視頻輸出例如可以被路由至觀察者顯示裝置150，給出焊接者的視野或者一些其他的視野。余下的第四視頻輸出例如可以被路由至投影儀，或者被用于適于仿真虛擬焊接環(huán)境15的任何其他目的。兩個(gè)GPU 115可以執(zhí)行相同的焊接物理計(jì)算，但可以從相同或不同的視野呈現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境15。GPU 115包括統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)(CUDA)116 和著色器117。CUDA 116是軟件開(kāi)發(fā)商通過(guò)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編程語(yǔ)言可使用的GPU 115的計(jì)算引擎。CUDA 116包括并行核心并且被用于運(yùn)行本文所描述的熔池仿真的物理模型。CPU 111 提供實(shí)時(shí)焊接輸入數(shù)據(jù)至GPU 115上的CUDA 116。在一個(gè)特定實(shí)施方案中，著色器117負(fù)責(zé)繪制并應(yīng)用全部的仿真畫(huà)面。焊道和熔池畫(huà)面由本文稍后描述的焊元移置圖的狀態(tài)來(lái)驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，物理模型以約每秒30次的速率運(yùn)行和更新。
圖12圖示說(shuō)明仿真器10的功能方框圖的示例性實(shí)施方案。仿真器10的各種功能塊大部分經(jīng)由運(yùn)行在基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110上的軟件指令和模塊實(shí)現(xiàn)。仿真器 10的各種功能塊包括物理界面1201、焊炬和夾具模型1202、環(huán)境模型1203、聲音內(nèi)容功能 1204、焊接聲音1205、桌臺(tái)/底座模型1206、內(nèi)部架構(gòu)功能1207、校準(zhǔn)功能1208、試樣模型 1210、焊接物理1211、內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具(調(diào)整裝置(tweaker)) 1212、圖形使用者界面功能 1213、繪圖功能1214、學(xué)員報(bào)告功能1215、呈現(xiàn)裝置1216、焊道呈現(xiàn)1217、3D紋理1218、視覺(jué)提示功能1219、評(píng)分和公差功能1220、公差編輯器1221以及特殊效果1222。內(nèi)部架構(gòu)功能1207提供仿真器10的處理的更高等級(jí)的軟件運(yùn)算，包括例如加載文件、保持信息、管理線程、啟用物理模型以及觸發(fā)菜單。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，內(nèi)部架構(gòu)功能1207運(yùn)行在CPU 111上。針對(duì)基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110的特定實(shí)時(shí)輸入包括電弧位置、焊槍位置、戴于面部的顯示裝置或頭盔位置、焊槍啟用/關(guān)閉狀態(tài)以及接觸產(chǎn)生的狀態(tài)(是/否)。在仿真的焊接情景期間，繪圖功能1214收集使用者表現(xiàn)參數(shù)并將所述使用者表現(xiàn)參數(shù)提供至圖形使用者界面功能1213，來(lái)以圖形格式進(jìn)行顯示(例如在觀察者顯示裝置 150上)。來(lái)自空間追蹤器120的追蹤信息饋入繪圖功能1214。繪圖功能1214包括簡(jiǎn)單分析模塊(SAM)和抖動(dòng)(whip)/擺動(dòng)(weave)分析模塊(WffAM)。SAM通過(guò)比較焊接參數(shù)和儲(chǔ)存在焊道表格中的數(shù)據(jù)分析使用者焊接參數(shù)，所述使用者焊接參數(shù)包括焊接行進(jìn)角度、 行進(jìn)速度、焊接角度、位置以及末端到工件間隙。WWAM分析使用者抖動(dòng)參數(shù)，包括幣狀體間隔、抖動(dòng)時(shí)間以及熔池時(shí)間。WWAM還分析使用者擺動(dòng)參數(shù)，包括擺動(dòng)寬度、擺動(dòng)間隔以及擺動(dòng)定時(shí)。SAM和WffAM將原輸入數(shù)據(jù)(例如位置和定向數(shù)據(jù))解釋為在功能上可使用的數(shù)據(jù)，用于進(jìn)行繪圖。針對(duì)由SAM和WffAM分析的每個(gè)參數(shù)，公差窗口由參數(shù)限制(parameter limits)圍繞使用公差編輯器1221輸入焊道表格的最佳或理想設(shè)定值來(lái)限定，并且評(píng)分和公差功能1220被執(zhí)行。公差編輯器1221包括估計(jì)材料使用、電氣使用和焊接時(shí)間的焊接度量計(jì) (weldometer)。此外，當(dāng)特定參數(shù)超出公差時(shí)，可能發(fā)生焊接不連貫(即焊接缺陷)。任何焊接不連貫的狀態(tài)由繪圖功能1214處理并經(jīng)由圖形使用者界面功能1213以圖形格式呈現(xiàn)。這樣的焊接不連貫包括填角大小、不佳的焊道布置、凹入的焊道、過(guò)于外凸、咬邊、多孔、 未焊透、夾渣以及過(guò)度飛濺。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，不連貫的等級(jí)或量取決于特定使用者參數(shù)偏離最佳或理想的設(shè)定點(diǎn)的程度。 不同的參數(shù)限制可以針對(duì)不同類別的使用者(例如焊接初學(xué)者、焊接專家以及在交易展覽會(huì)中的人)被預(yù)先限定。評(píng)分和公差功能1220根據(jù)使用者接近針對(duì)特定參數(shù)的最佳(理想)值的程度并且根據(jù)出現(xiàn)在焊接中的不連貫或缺陷的等級(jí)提供數(shù)字評(píng)分。來(lái)自評(píng)分和公差功能1220和來(lái)自繪圖功能1214的信息可以被學(xué)員報(bào)告功能1215使用，來(lái)為指導(dǎo)人員和/或?qū)W員創(chuàng)建表現(xiàn)報(bào)告。視覺(jué)提示功能1219通過(guò)在戴于面部的顯示裝置140和/或觀察者顯示裝置150 上顯示覆蓋的顏色和指示標(biāo)記，向使用者提供立即的反饋。針對(duì)焊接參數(shù)151中的每個(gè)提供視覺(jué)提示，焊接參數(shù)151包括位置、末端到工件間隙、焊接角度、行進(jìn)角度以及行進(jìn)速度， 并且如果基于預(yù)先限定的限制或公差使用者的焊接技法的某些方面應(yīng)當(dāng)被調(diào)節(jié)，則在視覺(jué)上指示所述使用者。例如，還可以針對(duì)抖動(dòng)/擺動(dòng)技法以及焊道“幣狀體(dime)”間隔提供視覺(jué)提示。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的熔池或焊池的仿真，其中所述仿真的熔池具有實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和散熱特征。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，位于熔池仿真的中心的是可以被運(yùn)行在GPU 115上的焊接物理功能1211 (又叫物理模型)。焊接物理功能采用雙移置層技術(shù)來(lái)準(zhǔn)確地建模動(dòng)態(tài)流動(dòng)性/粘滯性(viscosity)、凝固性、 熱梯度(吸熱與散熱)、熔池痕跡(wake)以及焊道形狀，并且本文結(jié)合圖14a_14c對(duì)此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。焊接物理功能1211與焊道呈現(xiàn)功能1217連通，來(lái)表現(xiàn)焊道從熔融金屬狀態(tài)到冷卻固化狀態(tài)之間的全部狀態(tài)。焊道呈現(xiàn)功能1217使用來(lái)自焊接物理功能1211的信息(例如熱、流動(dòng)性、移置、幣狀體間隔)，來(lái)準(zhǔn)確地且逼真地以實(shí)時(shí)的方式在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中呈現(xiàn)焊道。3D紋理功能1218將紋理圖(texture maps)提供至焊道呈現(xiàn)功能1217，來(lái)使附加的紋理(例如焦痕(scorching)、熔渣、顆粒(grain))覆蓋到仿真的焊道上。呈現(xiàn)裝置功能1216 用于使用來(lái)自特殊效果模塊1222的信息表現(xiàn)各種非熔池的具體特征，包括火星(sparks)、 飛濺、煙塵、電弧光、煙以及特定不連貫性(例如咬邊和多孔)。內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具1212是允許各種焊接物理參數(shù)針對(duì)各種焊接工藝被限定、更新和修改的調(diào)整裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具1212運(yùn)行在CPU 111上并且調(diào)節(jié)的或更新的參數(shù)被下載到GPU 115中?？梢越?jīng)由內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具1212被調(diào)節(jié)的參數(shù)類型包括與焊接試樣相關(guān)聯(lián)的參數(shù)、允許工藝被改變而無(wú)需重置焊接試樣(允許形成第二焊道)的工藝參數(shù)、可以被改變而不會(huì)重置整個(gè)仿真的各種全局參數(shù)以及各種其他參數(shù)。圖13為使用仿真器10的訓(xùn)練方法1300的實(shí)施方案的流程圖。在步驟1310中， 按照焊接技法相對(duì)于焊接試樣移動(dòng)模擬焊接工具。在步驟1320中，使用虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在三維空間內(nèi)追蹤模擬焊接工具的位置和定向。在步驟1330中，觀看所述虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的顯示畫(huà)面，在仿真的模擬焊接工具通過(guò)在從所述仿真的模擬焊接工具射出的仿真的電弧附近形成仿真的熔池，來(lái)將仿真的焊道材料堆積到所述仿真的焊接試樣的至少一個(gè)仿真的表面上時(shí)，所述顯示畫(huà)面示出所述模擬焊接工具和所述焊接試樣在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。在步驟1340中，在所述顯示畫(huà)面上觀看所述仿真的熔池的實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和散熱特征。在步驟1350中，響應(yīng)于觀看所述仿真的熔池的所述實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和散熱特征而實(shí)時(shí)地改變所述焊接技法的至少一個(gè)方面。方法1300圖示說(shuō)明使用者如何能夠觀看虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的熔池并響應(yīng)于觀看仿真的熔池的各種特征(包括實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性(例如粘滯性)和散熱)而改變其焊接技法。使用者還可以觀看并響應(yīng)于其他特征，包括實(shí)時(shí)熔池痕跡和幣狀體間隔。觀看并響應(yīng)于熔池的特征是焊接操作在真實(shí)世界中實(shí)際上被執(zhí)行的是多少。焊接物理功能1211的雙移置層模型運(yùn)行在GPU 115上，允許這樣的實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和散熱特征被準(zhǔn)確地建模并向使用者展示。例如，散熱確定固化時(shí)間(即焊元需要多少時(shí)間徹底地固化)。另外，使用者可以使用相同或不同的(例如第二)模擬焊接工具、焊條和/或焊接工藝，在焊道材料上完成第二焊道。在這樣的第二焊道情景中，在仿真的模擬焊接工具通過(guò)在從仿真的模擬焊接工具射出的仿真的電弧附近形成第二仿真的熔池，堆積與第一仿真的焊道材料結(jié)合的第二仿真的焊道材料時(shí)，所述仿真示出虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的所述仿真的模擬焊接工具、焊接試樣以及原始的仿真焊道材料。可以以類似的方式形成使用相同或不同的焊接工具或工藝的附加的后續(xù)焊道。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施方案，當(dāng)由先前的焊道材料、新焊道材料以及有可能在下面的試樣材料中的任何組合在虛擬現(xiàn)實(shí)世界中形成新熔池時(shí)，在任一第二或后續(xù)焊道中，先前的焊道材料與被堆積的新焊道材料結(jié)合。這樣的后續(xù)焊道例如可以被執(zhí)行來(lái)修復(fù)由先前的焊道形成的焊道，或者可以包括高溫焊道(heat pass)和在管焊接中完成焊根焊道后的一個(gè)或更多個(gè)彌合間隙的(gap closing)焊道。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案，焊道材料可以被仿真為包括軟鋼、不銹鋼和鋁。用于津樽的引擎圖14a_14b根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說(shuō)明焊接元(焊元)移置圖1420的概念。 圖14a示出具有平坦頂部表面1410的平坦焊接試樣1400的側(cè)視圖。焊接試樣1400以例如塑料部件的形式存在于真實(shí)世界中，并且還可以以仿真的焊接試樣的形式存在于虛擬現(xiàn)實(shí)空間中。圖14b示出仿真的焊接試樣1400的頂部表面1410的表征，所述頂部表面1410 被分解為形成焊元圖1420的焊接元(稱為“焊元”)的網(wǎng)格或陣列。每個(gè)焊元(例如，焊元 1421)限定焊接試樣的表面1410的一小部分。焊元圖限定了表面分辨率?？筛淖兊耐ǖ?(channel)參數(shù)值被分配給每個(gè)焊元，允許每個(gè)焊元的值于仿真的焊接工藝期間，在虛擬現(xiàn)實(shí)焊縫空間中以實(shí)時(shí)的方式動(dòng)態(tài)地改變。所述可改變的通道參數(shù)值對(duì)應(yīng)于通道熔池(熔融金屬流動(dòng)性/粘滯性移置)、熱(吸熱/散熱)、移置(固體移置)、以及額外內(nèi)容(各種額外狀態(tài)，例如熔渣、顆粒、焦痕、原始金屬(virgin metal))。本文中將這些可改變的通道稱為PHED，PHED分別對(duì)應(yīng)熔池、熱、額外內(nèi)容以及移置。圖15圖示說(shuō)明仿真于圖1和2的仿真器10中的圖14的平坦焊接試樣1400的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施方案。點(diǎn)0、Χ、Υ和Z限定局部3D試樣空間?？偟貋?lái)說(shuō)，每種試樣類型限定從3D試樣空間到2D虛擬現(xiàn)實(shí)焊縫空間的映射。圖14的焊元圖1420為映射到虛擬現(xiàn)實(shí)焊縫空間的值的二維矩陣。如在圖15中所示的，使用者將從點(diǎn)B到點(diǎn)E進(jìn)行焊接。在圖15中，在3D試樣空間和2D焊縫空間二者中示出從點(diǎn)B到點(diǎn)E的軌跡線。每種類型的試樣針對(duì)焊元圖中的每個(gè)位置限定移置的方向。對(duì)于圖15的平坦焊接試樣，焊元圖(即，在Z方向上)中的全部位置的移置方向是相同的。為闡明所述映射， 在3D試樣空間和2D焊縫空間二者中將焊元圖的紋理坐標(biāo)示為S、T(有時(shí)稱為U、V)。焊元圖被映射到并且表征焊接試樣1400的矩形表面1410。圖16圖示說(shuō)明仿真于仿真器10的拐角焊接試樣1600的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施方案。拐角焊接試樣1600具有在3D試樣空間中的兩個(gè)表面1610和1620，所述兩個(gè)表面1610和1620如在圖16所示的被映射到2D焊縫空間。同樣，點(diǎn)0、X、Y和Z限定局部3D試樣空間。為闡明所述映射，在3D試樣空間和2D焊縫空間二者中將焊元圖的紋理坐標(biāo)示為S、T。如在圖16中所示的，使用者將從點(diǎn)B到點(diǎn)E進(jìn)行焊接。在圖16中，在3D 試樣空間和2D焊縫空間二者中示出從點(diǎn)B到點(diǎn)E的軌跡線。然而，移置的方向是朝向如在 3D試樣空間中示出的線條X’ -0’，朝向相對(duì)的拐角。圖17圖示說(shuō)明仿真于仿真器10中的管狀焊接試樣1700的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施方案。管狀焊接試樣1700在3D試樣空間中具有彎曲的表面1710，所述表面 1710被映射到2D焊縫空間。點(diǎn)0、X、Y和Z再一次限定局部3D試樣空間。為闡明所述映射，在3D試樣空間和2D焊縫空間二者中將焊元圖的紋理坐標(biāo)示為S、T。如在圖17中所示的，最終使用者12將從點(diǎn)B到點(diǎn)E沿彎曲的軌跡進(jìn)行焊接。分別在3D試樣空間和2D焊縫空間示出從點(diǎn)B到點(diǎn)E的軌跡曲線和線。移置的方向遠(yuǎn)離線條Y-O(即遠(yuǎn)離管的中心)。圖 18圖示說(shuō)明圖17的管焊接試樣1700的示例性實(shí)施方案。管狀焊接試樣1700由非鐵的、不導(dǎo)電的塑料制成，并且仿真聚到一起形成焊根接縫1703的兩個(gè)管狀部件1701和1702。還示出用于附接底座170的臂173的附接部件1704。
以與紋理圖可以被映射到幾何結(jié)構(gòu)的矩形表面區(qū)域的類似方式，可焊接焊元圖可以被映射到焊接試樣的矩形表面。在與圖像的每個(gè)元被稱作像元(圖像元的縮寫(xiě))相同的意義上，可焊接圖的每個(gè)元被稱作焊元。像元包含限定顏色(例如紅色、綠色、藍(lán)色等)的信息通道。焊元包含限定在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中可焊接表面的信息通道(例如P、H、E、D)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，焊元的格式被歸結(jié)為包含四個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的通道PHED(熔池、熱、額外內(nèi)容、移置)。額外的通道被用作儲(chǔ)存關(guān)于焊元的邏輯信息(例如，在所述焊元位置是否存在任何熔渣)的一組二進(jìn)制數(shù)。熔池通道儲(chǔ)存針對(duì)所述焊元位置的任何液化的金屬的移置值。移置通道儲(chǔ)存針對(duì)所述焊元位置的固化的金屬的移置值。熱通道儲(chǔ)存給出在所述焊元位置的熱量級(jí)的值。以這種方式，試樣的可焊接部分可以示出因被焊接的焊道而產(chǎn)生的移置、因液態(tài)金屬而產(chǎn)生的閃爍的表面“熔池”、因熱而產(chǎn)生的顏色等。所有這些效果均通過(guò)被施加到可焊接的表面的頂點(diǎn)著色器和像元著色器來(lái)實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，使用移置圖和粒子系統(tǒng)，其中粒子可以彼此相互作用并碰撞移置圖。所述粒子是虛擬的動(dòng)態(tài)流體粒子并且提供熔池的液體行為，但不是直接地呈現(xiàn)(即不是直接可見(jiàn)的)。相反，只有在所述移置圖上的粒子作用是在視覺(jué)上可見(jiàn)的。輸入到焊元的熱影響鄰近粒子的運(yùn)動(dòng)。涉及仿真熔池的有兩種類型的移置，這兩種類型的移置包括熔池和移置。籃池是“臨時(shí)的”并且僅持續(xù)于存在粒子并出現(xiàn)熱的時(shí)候。移置是“永久的”。悠池移置是快速變化(例如閃爍)的焊縫液態(tài)金屬并且可以被看作是在簽置的“頂部”。粒子覆蓋虛擬表面移置圖(即焊元圖)的一部分。移置表征永久的固體金屬，所述永久的固體金屬包括最初的基底金屬和已固化的焊道二者。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中仿真的焊接工藝以以下方式工作粒子從薄型錐狀部件中的發(fā)射器(仿真的模擬焊接工具160的發(fā)射器)流出。所述粒子第一次接觸仿真的焊接試樣的表面，其中所述表面由焊元圖限定。所述粒子彼此相互作用且與焊元圖相互作用，并且以實(shí)時(shí)的方式累積起來(lái)。焊元越靠近發(fā)射器，則加的熱越多。熱根據(jù)與電弧點(diǎn)的距離和熱從電弧輸入的時(shí)間量被建模。特定圖形部分(例如顏色等)是由熱驅(qū)動(dòng)的。針對(duì)足夠高溫的焊元，在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中繪制或呈現(xiàn)熔池。無(wú)論何處只要足夠熱，焊元圖液化，導(dǎo)致針對(duì)這些焊元位置Mt移置“升起”。通過(guò)在每個(gè)焊元位置采樣“最高的”粒子來(lái)確定MM移置。當(dāng)發(fā)射器沿焊縫軌跡前進(jìn)時(shí)，留下的焊元位置冷卻。熱以特定速率從焊元位置被移除。當(dāng)達(dá)到冷卻閾值時(shí)，焊元圖固化。這樣,熔池移置逐漸被轉(zhuǎn)化為移置(即固化的焊道)。增加的移置等于去除的熔池，從而整體高度并未改變。調(diào)整或調(diào)節(jié)粒子的壽命以在固化完成之前得以存留。被建模于仿真器 ο中的特定粒子特性包括吸引/排斥、速度(相對(duì)于熱)、潤(rùn)濕(相對(duì)于散熱)、方向(相對(duì)于重力)。圖19a_19c圖示說(shuō)明仿真器10的雙移置(移置和粒子)熔池模型的概念的示例性實(shí)施方案。在虛擬現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)仿真具有至少一個(gè)表面的焊接試樣。在虛擬現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)仿真焊接試樣的表面，形成包括固體移置層和熔池移置層的雙移置層。熔池移置層能夠改變固體移置層。如本文所描述的，“熔池”由焊元圖的一區(qū)域限定，其中熔池值已經(jīng)由于粒子的存在而提高。采樣過(guò)程被表征于圖19a_19c。示出焊元圖的一具有七個(gè)鄰近焊元的區(qū)段。當(dāng)前的—值由具有給定高度的無(wú)陰影的矩形條1910表征。在圖19a中，粒子1920被示為與當(dāng)前移置水平面碰撞的圓形無(wú)陰影的點(diǎn)并且被堆集。在圖1%中，“最高的”粒子高度1930 在每個(gè)焊元位置被采樣。在圖19c中，帶陰影的矩形1940示出由于粒子的緣故，—的頂部上已增加多少M(fèi)M。由于悠池以基于熱的特定液化率被增加，焊縫熔池高度不會(huì)立即被置為采樣的值。盡管未在圖19a_19c中示出，使所述固化過(guò)程可視化是可能的，如皿(帶陰影的矩形)逐漸縮小而無(wú)陰影的 矩形)從下面逐漸增大以正好替換所述籃池。以這種方式，實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性特征被準(zhǔn)確地仿真。當(dāng)使用者練習(xí)特定焊接工藝時(shí)，使用者能夠在實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)空間中觀察熔池的熔融金屬流動(dòng)性特征和散熱特征，并且使用該信息來(lái)調(diào)節(jié)或保持其焊接技法。表征焊接試樣的表面的焊元的數(shù)目是固定的。另外，如本文所描述的，由仿真生成來(lái)建模流動(dòng)性的熔池粒子是臨時(shí)的。因而，一旦使用仿真器10在仿真的焊接工藝期間于虛擬現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)生成原始熔池，焊元加上熔池粒子的數(shù)目往往是保持相對(duì)恒定的。這是因?yàn)樵诤附庸に嚻陂g，正在被處理的焊元的數(shù)目是固定的，并且由于熔池粒子以相似的速率 (即熔池粒子是臨時(shí)的)正被創(chuàng)建和“銷毀”，存在的且正在被處理的熔池粒子的數(shù)目趨于保持相對(duì)恒定。因此，在仿真的焊接階段期間，基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110的處理負(fù)載保持相對(duì)恒定。根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，熔池粒子可以被生成在焊接試樣的表面中或在焊接試樣的表面下方。在這樣的實(shí)施方案中，移置可以以相對(duì)于初始(即未被焊接的)試樣的原始表面移置為正向或負(fù)向的方式被建模。以這種方式，熔池粒子可以不僅在焊接試樣的表面上建立，還可以熔透焊接試樣。然而，焊元的數(shù)目仍是固定的，并且被創(chuàng)建和銷毀的熔池粒子仍是相對(duì)恒定的。根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，可以提供具有更多通道的焊元移置圖來(lái)建模熔池的流動(dòng)性而不是建模粒子?；蛘?，可以建模稠密的體元圖(voxel map)而不是建模粒子?；蛘撸梢灾唤１徊蓸硬⑶矣肋h(yuǎn)不會(huì)消失的粒子，而不是建模焊元圖。然而，這樣的可替換實(shí)施方案可能不為系統(tǒng)提供相對(duì)恒定的處理負(fù)載。此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，通過(guò)將材料移走來(lái)仿真穿透或透孔(keyhole)。例如，如果使用者在真實(shí)世界中將電弧保持在同一位置過(guò)長(zhǎng)時(shí)間，材料將會(huì)燃掉造成孔洞。這樣的真實(shí)世界穿透通過(guò)焊元抽選技術(shù)(decimation techniques)被仿真于仿真器10。如果由一焊元吸收的熱量被仿真器10確定為太高，該焊元可以被標(biāo)記或被指定為是被燒掉的并且以此進(jìn)行呈現(xiàn)(例如被呈現(xiàn)為孔洞)。然而，接下來(lái)，針對(duì)特定焊接工藝(例如管焊接)可以發(fā)生焊元重建，其中在最初被燒掉后，材料被添加回去?？傊?，仿真器10仿真焊元抽選(將材料移走)和焊元重建(即將材料添加回去)。另外，在焊根焊道焊接中移除材料的操作被適當(dāng)?shù)胤抡嬗诜抡嫫?0。例如，在真實(shí)世界中，在進(jìn)行后續(xù)焊接行程之前，可以執(zhí)行焊根焊道的打磨。類似地，仿真器10可以仿真將材料從虛擬焊接接縫移除的打磨行程操作。要理解的是，所移除的材料被建模為焊元圖上的負(fù)向移置。也就是說(shuō)，移除材料的打磨焊道操作由仿真器10建模，導(dǎo)致改變的焊道輪廓。打磨行程操作的仿真可以是自動(dòng)的，這也就是說(shuō)，仿真器10移除一預(yù)先確定厚度的材料，所述預(yù)先確定厚度的材料可以是對(duì)應(yīng)焊根焊道的焊道表面。在可替換的實(shí)施方案中，實(shí)際打磨工具或磨機(jī)(grinder)可以被仿真為通過(guò)模擬焊接工具160或另一輸入裝置的激活而啟用或關(guān)閉。注意的是，打磨工具可以被仿真來(lái)效仿(resemble)真實(shí)世界的磨機(jī)。在該實(shí)施方案中，使用者沿焊根焊道操縱(maneuver)打磨工具以響應(yīng)所述打磨工具的運(yùn)動(dòng)而移除材料。要理解的是，使用者可以被允許移除過(guò)多的材料。以與上述類似的方式，如果使用者“打磨掉”過(guò)多的材料則可能導(dǎo)致孔洞或透孔，或者其他(上述的)缺陷。再有，可以實(shí)現(xiàn)(即被編程)強(qiáng)制限位或停止，來(lái)防止使用者移除過(guò)多的材料或在過(guò)多的材料正被移除時(shí)進(jìn)行提示。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，除本文所描述的不可視的“熔池”粒子外，仿真器10還使用其他三種類型的可視粒子來(lái)表征_效果、_效果以及生星效果。這些類型的粒子不會(huì)與任何類型的其他粒子相互作用，而僅會(huì)與移置圖相互作用。盡管這些粒子確實(shí)與仿真的焊接表面碰撞，但它們彼此不會(huì)相互作用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，僅有MM粒子會(huì)彼此相互作用。火星粒子的物理特征被這樣設(shè)置，從而在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中火星粒子四處跳竄并且被呈現(xiàn)為發(fā)光的點(diǎn)(glowing dots)。 電弧粒子的物理特征被這樣設(shè)置，從而電弧粒子搐擊(hit)仿真的試樣表面或焊道并且停留一段時(shí)間。^IiMi在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中被呈現(xiàn)為較大的暗青白色點(diǎn)。采用許多疊加的這樣的點(diǎn)來(lái)形成任一種可視圖像。最終結(jié)果是具有藍(lán)色邊緣的白色發(fā)光光環(huán) (nimbus)?；鹧媪Ｗ拥奈锢硖卣鞅唤蜷讈?lái)緩慢地向上升起?；鹧媪Ｗ颖缓惮F(xiàn)為中等大小的暗紅黃色點(diǎn)。采用許多疊加的這樣的點(diǎn)來(lái)形成任一種可視圖像。最終結(jié)果是向上升起并淡出的(fading out)具有紅色邊緣的橙紅色火焰團(tuán)。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方案，其他類型的非熔池粒子可以被實(shí)現(xiàn)在仿真器10中。例如，可以以與火焰粒子類似的方式建模并仿真煙塵粒子。仿真的可視化過(guò)程中最后的步驟由GPU 115的著色器117所提供的頂點(diǎn)著色器和像元著色器來(lái)處理。頂點(diǎn)著色器和像元著色器提供悠池和簽置以及由于熱而改變的表面顏色和發(fā)射率等。如本文前面所述的PHED焊元格式中的額外(E)通道包含每個(gè)焊元處所使用的所有額外信息。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，額外信息包括非初始位(真=焊道，假=初始鋼鐵)、熔渣位、咬邊值(在該焊元處咬邊的量，其中零等于無(wú)咬邊)、多孔值(在該焊元處多孔的量，其中零等于無(wú)多孔)，以及編碼焊道固化時(shí)間的所述焊道痕跡(wake)值。存在一組與不同試樣畫(huà)面相關(guān)聯(lián)的圖像映射，包括初始鋼鐵、熔渣、焊道和多孔。這些圖像映射被用于凹凸映射和紋理映射二者中。這些圖像映射融合(blending)的量由本文所描述的各種標(biāo)記和值來(lái)控制。使用ID圖像映射以及每個(gè)焊元焊道痕跡值實(shí)現(xiàn)焊道痕跡效果，所述每個(gè)焊元焊道痕跡值編碼焊道的給定部分(a given bit)被固化的時(shí)間。一旦高溫熔池焊元位置不再是被稱為“熔池”的足夠高溫，時(shí)間被保存在該位置并且被稱為“焊道痕跡”。最終結(jié)果是著色器代碼能夠使用ID紋理映射來(lái)繪制“波痕(ripples)”，所述“波痕”給出刻畫(huà)(portray) 所述焊道被鋪設(shè)的方向的獨(dú)特的外觀。根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，仿真器10能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)仿真并顯示焊道，所述焊道具有當(dāng)所述仿真的熔池沿著焊縫軌跡移動(dòng)時(shí)由所述仿真的熔池的實(shí)時(shí)流動(dòng)性到固化過(guò)渡造成的實(shí)時(shí)焊道痕跡特征。根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，仿真器10能夠教導(dǎo)使用者如何對(duì)焊接機(jī)器進(jìn)行故障排解(troubleshoot)。例如，系統(tǒng)的故障排解模式可以訓(xùn)練使用者確保其正確地(例如正確的氣體流率、連接正確的電源線等)設(shè)置所述系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明另一可替換的實(shí)施方案，仿真器10能夠記錄并重放焊接過(guò)程(或者至少焊接過(guò)程的一部分，例如N幀)。 可以提供軌跡球(track ball)來(lái)滾動(dòng)視頻的幀，允許使用者或者指導(dǎo)人員評(píng)論焊接過(guò)程。還可以以可選擇的速度(例如全速、半速、四分之一速度)提供重放。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以提供分屏(split-screen)重放，例如允許在觀察者顯示裝置150上并排地 (side-by-side)觀看兩個(gè)焊接過(guò)程。例如出于對(duì)比的目的，“好的”焊接過(guò)程可以靠近“差的”焊接過(guò)程被觀看?？偠灾?，公開(kāi)了一種實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括基于可編程控制器的子系統(tǒng)、空間追蹤器、至少一個(gè)模擬焊接工具以及至少一個(gè)顯示裝置，所述空間追蹤器可操作地連接到所述基于可編程控制器的子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)模擬焊接工具能夠被所述空間追蹤器在空間上追蹤，所述至少一個(gè)顯示裝置可操作地連接到所述基于可編程控制器的子系統(tǒng)。所述系統(tǒng)能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中仿真具有實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和散熱特征的熔池。所述系統(tǒng)還能夠在所述顯示裝置上實(shí)時(shí)地顯示所述仿真的熔池。本文已經(jīng)參照所公開(kāi)的實(shí)施方案描述了本發(fā)明。明顯地，在閱讀和理解本說(shuō)明書(shū)的基礎(chǔ)上，其他人將想到各種改變和變通。具體地，參照示例性實(shí)施方案描述的部件(輸入設(shè)備、空間追蹤器、顯示裝置、控制臺(tái)等等)可以任何方式進(jìn)行結(jié)合，并且每個(gè)這樣的部件和示例性實(shí)施方案被意圖在沒(méi)有其他部件或?qū)嵤┓桨傅那闆r下以其自身的發(fā)明性優(yōu)點(diǎn)被公開(kāi)。意圖的是，包括所有在所附的權(quán)利要求書(shū)或其等同物的范圍內(nèi)的這樣的修改和變通。
0111]參考標(biāo)號(hào)0112]10仿真器 155輸入設(shè)備0113]12使用者 156焊條夾持器0114]12a使用者 160模擬焊接工具0115]12b使用者161夾持器0116]15虛擬焊接環(huán)境162手工焊條0117]110基于邏輯處理器的子系統(tǒng)163觸覺(jué)型阻力末端0118]111中央處理單元170底座0119]115圖形處理單元171桌臺(tái)0120]116統(tǒng)一設(shè)備架構(gòu)172底座基座0121]117著色器173臂0122]118視頻輸出174立柱0123]119視頻輸出175焊接試樣0124]120空間追蹤器176焊接接縫0125]121磁源177連接部分0126]122傳感器179占0127]123磁盤(pán)200顯示裝置0128]124電源203邏輯處理器0129]125USB和RS-232線纜204微處理器0130]126處理器追蹤單元300數(shù)據(jù)儲(chǔ)存裝置0131]130使用者界面900焊接頭盔0132]131按鈕910揚(yáng)聲器0133]132操縱桿1201物理界面0134]133開(kāi)關(guān)1202夾具模型0135]134開(kāi)關(guān)1203環(huán)境模型0136]135控制臺(tái)1204聲音內(nèi)容功能0137]136旋鈕1205焊接聲音0138]137旋鈕1206底座/桌臺(tái)模型0139]140顯示裝置1207內(nèi)部架構(gòu)功能0140]150顯示裝置1208校準(zhǔn)功能0141]151焊接參數(shù)1210試樣模型0142]152不連貫狀態(tài)1211焊接物理0143]153使用者選擇內(nèi)容1212內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具0144]1213界面功能0145]1214繪圖功能0146]1215學(xué)員報(bào)告功能0147]1216呈現(xiàn)裝置0148]1217焊道呈現(xiàn)0149]12183D紋理0150]1219視覺(jué)提示功能0151]1220公差功能0152]1221公差編輯器0153]1222特殊效果0154]1300方法0155]1310步驟0156]1320步驟0157]1330步驟0158]1340步驟0159]1350步驟0160]1400平坦焊接試樣0161]1410頂部表面0162]1420移置圖0163]1421焊元(焊接元)0164]1600拐角焊接試樣0165]1610表面0166]1620表面0167]1700管焊接試樣
1701管狀部件1702管狀部件1703焊根接縫1704附接部件1710彎曲的表面1910無(wú)陰影的矩形條1920粒子1930粒子高度1940帶陰影的矩形
權(quán)利要求
1.一種用于便利虛擬焊接活動(dòng)的仿真器(10)，所述仿真器(10)包括基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)，所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)可操作來(lái)執(zhí)行編碼指令以生成交互焊接環(huán)境(15)，所述交互焊接環(huán)境(1 模仿在具有至少一個(gè)虛擬焊接接縫的虛擬管段上的焊接活動(dòng)；顯示裝置(140，150)，所述顯示裝置(140，150)可操作地連接到所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)以可視地描繪所述交互焊接環(huán)境(15)，其中所述顯示裝置(140，150)描繪所述虛擬管段；輸入設(shè)備(155)，所述輸入設(shè)備(155)用于在所述至少一個(gè)虛擬焊接接縫上實(shí)時(shí)地進(jìn)行虛擬焊接活動(dòng)；以及一個(gè)或更多個(gè)傳感器(122)，所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器(12 被調(diào)適來(lái)實(shí)時(shí)地追蹤所述輸入設(shè)備(15 的運(yùn)動(dòng)，以將關(guān)于所述輸入設(shè)備(15 的所述運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳送到所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)。
2.如權(quán)利要求1所述的仿真器，其中所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)模仿在虛擬管段上以第一和至少一第二基本上不同的焊接位置的焊接活動(dòng)。
3.如權(quán)利要求1或2所述的仿真器，其中所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)模仿在虛擬管段上以2G、5G和6G位置的焊接活動(dòng)。
4.如權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的仿真器，還包括焊接試樣(175)，所述焊接試樣(17 限定包括焊接接縫(176)的外表面，其中所述焊接試樣對(duì)應(yīng)于所述虛擬管段的輪廓；并且，其中所述輸入設(shè)備(15 包括具有模擬焊條末端(16 的模擬焊條夾持器(161)，所述模擬焊條末端(16 被調(diào)適來(lái)接合所述焊接試樣的所述外表面，以在進(jìn)行虛擬焊接活動(dòng)過(guò)程中用作引導(dǎo)。
5.如權(quán)利要求4所述的仿真器，其中所述模擬焊條末端(16 相對(duì)于所述模擬焊條夾持器(161)移動(dòng)，以模仿所述虛擬焊接活動(dòng)期間的焊條消耗。
6.如權(quán)利要求4或5所述的仿真器，其中所述模擬焊條末端(163)由在與所述焊接試樣的所述焊接接縫接合時(shí)仿真焊接過(guò)程的觸覺(jué)阻力的材料制成。
7.如權(quán)利要求1至6中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述交互焊接環(huán)境(15)響應(yīng)于進(jìn)行所述虛擬焊接活動(dòng)而建模熔池的流動(dòng)性；并且，其中所述顯示裝置實(shí)時(shí)地描繪所述熔池的流動(dòng)性。
8.如權(quán)利要求1至7中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述交互焊接環(huán)境(15)響應(yīng)于進(jìn)行所述虛擬焊接活動(dòng)而生成形成于虛擬熔池中的吸留。
9.如權(quán)利要求1至7中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng) (110)模仿所述熔池上的重力作用。
10.如權(quán)利要求2或從屬于權(quán)利要求2的任一項(xiàng)權(quán)利要求所述的仿真器，其中在所述交互焊接環(huán)境中，相對(duì)于所述至少一第二基本上不同的焊接位置，針對(duì)所述第一焊接位置的重力作用以不同的方式被模仿。
11.一種用于便利虛擬焊接活動(dòng)的仿真器(10)，特別地，根據(jù)權(quán)利要求1至10中的一項(xiàng)所述的仿真器，所述仿真器(10)包括基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)，所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)可操作來(lái)執(zhí)行編碼指令以生成交互焊接環(huán)境(15)，所述交互焊接環(huán)境(1 仿真在具有至少一個(gè)留隙焊根焊接接縫的虛擬焊接件上的焊接活動(dòng)；個(gè)性化的顯示器(140，150)，所述個(gè)性化的顯示器(140，150)可操作地連接到所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng)(110)，以在所述交互焊接環(huán)境(1 中可視地描繪虛擬焊接活動(dòng)；模擬焊接工具(160)，所述模擬焊接工具(160)用于在所述至少一個(gè)留隙焊根焊接接縫上實(shí)時(shí)地進(jìn)行所述虛擬焊接活動(dòng)；以及空間追蹤器(120)，所述空間追蹤器(120)被調(diào)適來(lái)實(shí)時(shí)地追蹤所述模擬焊接工具 (160)的運(yùn)動(dòng)。
12.如權(quán)利要求1至11中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述交互焊接環(huán)境(1 仿真在所述虛擬焊接件上以第一垂直位置和第二基本上為水平位置的焊接活動(dòng)。
13.如權(quán)利要求1至12中的一項(xiàng)所述的仿真器，還包括匹配所述虛擬焊接件的焊接試樣；底座(170)，所述底座(170)用于接納在第一和至少一第二基本上不同的位置之間可調(diào)節(jié)的所述焊接試樣。
14.如權(quán)利要求1至13中的一項(xiàng)所述的仿真器，還包括匹配所述虛擬焊接件的焊接試樣(175)；底座(170)，所述底座(170)用于接納在第一和至少一第二基本上不同的垂直位置之間可調(diào)節(jié)的所述焊接試樣(17 ；并且，其中所述交互焊接環(huán)境(1 仿真在所述虛擬焊接件上以仰焊位置的焊接活動(dòng)。
15.如權(quán)利要求1至14中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述交互焊接環(huán)境(1 仿真具有粘滯性的熔池，所述粘滯性響應(yīng)于所述模擬焊接工具(160)的運(yùn)動(dòng)而變化。
16.如權(quán)利要求1至15中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述交互焊接環(huán)境(1 仿真利用第一和第二不同類型的焊條(1)的焊接；并且，其中，所述交互焊接環(huán)境仿真針對(duì)所述第一焊條相對(duì)于所述第二焊條的具有基本上不同的粘滯性的熔池。
17.如權(quán)利要求1至16中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述交互焊接環(huán)境動(dòng)態(tài)地建模虛擬熔池的熔融流動(dòng)性以及所述虛擬熔池的散熱特征。
18.如權(quán)利要求1至17中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述個(gè)性化的顯示器描繪所述虛擬焊接活動(dòng)的立體圖像以仿真深度感知。
19.如權(quán)利要求1至18中的一項(xiàng)所述的仿真器，其中所述模擬焊接工具(160)效仿手工焊條夾持器(156)。
20.如權(quán)利要求1至19中的一項(xiàng)所述的仿真器，還包括焊接使用者界面，所述焊接使用者界面可操作地連接到所述基于邏輯處理器的子系統(tǒng) (110)以操作所述仿真器(10)，其中所述焊接使用者界面效仿真實(shí)世界電源的控制面板。
全文摘要
一種仿真器，所述仿真器便利管和留隙焊根焊接接縫的虛擬焊接活動(dòng)。所述仿真器可以包括基于邏輯處理器的系統(tǒng)，所述基于邏輯處理器的系統(tǒng)可操作來(lái)執(zhí)行編碼指令以生成交互焊接環(huán)境，所述交互焊接環(huán)境模仿在具有至少一個(gè)虛擬焊接接縫的虛擬管段上的焊接活動(dòng)。所述仿真器還包括顯示器，所述顯示器連接到所述基于邏輯處理器的系統(tǒng)以可視地描繪所述交互焊接環(huán)境，其中所述顯示器描繪所述虛擬管段。模擬焊接工具被提供來(lái)在所述至少一個(gè)焊接接縫上實(shí)時(shí)地進(jìn)行虛擬焊接活動(dòng)，其中一個(gè)或更多個(gè)傳感器被調(diào)適來(lái)實(shí)時(shí)地追蹤所述輸入設(shè)備的運(yùn)動(dòng)，以將關(guān)于所述輸入設(shè)備的所述運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)傳送到所述基于邏輯處理器的系統(tǒng)。
文檔編號(hào)G09B19/24GK102165504SQ200980137393
公開(kāi)日2011年8月24日 申請(qǐng)日期2009年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月21日
發(fā)明者A·P·倫戴爾, D·A·茲伯瑞, E·C·布里吉斯, E·普瑞茲, J·亨尼西, L·布里吉斯, M·A·貝內(nèi)特, M·W·華萊士, P·達(dá)納, R·B·卓勒爾, Y·C·杜達(dá)科, Z·S·蘭克爾 申請(qǐng)人:林肯環(huán)球股份有限公司