便攜式虛擬焊接系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種虛擬焊接系統(tǒng)包括一個(gè)控制單元(3130)、一個(gè)運(yùn)動(dòng)追蹤單元(3514)、一個(gè)顯示單元(3140)、以及一個(gè)模擬焊接工具。該虛擬焊接系統(tǒng)配合在一個(gè)容器(3100)內(nèi)或以其他方式容納在該容器中以用于存儲(chǔ)和運(yùn)輸。一位用戶能夠使用該模擬焊接工具來與該虛擬焊接系統(tǒng)交互，從而仿真諸如焊接一個(gè)接縫的一個(gè)焊接活動(dòng)。
【專利說明】便攜式虛擬焊接系統(tǒng)
相關(guān)申請(qǐng)
[0001 ]本申請(qǐng)作為非臨專利申請(qǐng)?zhí)峤?，要求?5U.S.C.§119(e)下于2014年2月28日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?1/946，185和2014年12月25日提交的美國專利申請(qǐng)?zhí)?4/552,739的優(yōu)先權(quán)/權(quán)益，其全部披露內(nèi)容通過引用結(jié)合在此。
[0002]此外，以下共同轉(zhuǎn)讓的、未決的美國專利申請(qǐng)中的每一個(gè)通過引用以其全文結(jié)合在此:
[0003](I)2009年7月10日提交的以及題目為使用實(shí)時(shí)熔池反饋在實(shí)時(shí)仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下提供弧焊訓(xùn)練的系統(tǒng)和方法(System And Method Providing Arc WeldingTraining In A Real-Time Simulated Virtual Reality Environment Using Real-TimeWeld Puddle Feedback)的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)12/501，257，現(xiàn)在美國專利號(hào)為8，747，116；
[0004](2)2009年7月10日提交的以及題目為虛擬現(xiàn)實(shí)管道焊接仿真器(VirtualReality Pipe Welding Simulator)的美國專利申請(qǐng)序列號(hào) 12/501,263;
[0005](3)2009年7月17日提交的以及題目為焊接仿真器(Welding Simulator)的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)12/504，870;
[0006](4)2011年4月7日提交的以及題目為虛擬焊接件的虛擬測(cè)試和檢查(VirtualTesting And Inspect1n Of A Virtual Weldment)的美國專利申請(qǐng)序列號(hào) 13/081,725，現(xiàn)在美國專利號(hào)為8，657，605;
[0007](5)2012年2月2日提交的以及題目為虛擬焊接系統(tǒng)(Virtual Welding System)的美國專利申請(qǐng)序列號(hào)13/364，489;以及
[0008](6)2012年7月10日提交的以及題目為虛擬現(xiàn)實(shí)管道焊接仿真器和設(shè)置(VirtualReality Pipe Welding Simulator And Setup)的美國專利申請(qǐng)序列號(hào) 13/545,058。
領(lǐng)域
[0009]本發(fā)明涉及用于仿真一個(gè)虛擬焊接環(huán)境的多個(gè)系統(tǒng)，并且更具體地說，涉及一種便攜式虛擬焊接系統(tǒng)和用于存儲(chǔ)和運(yùn)輸該便攜式虛擬焊接系統(tǒng)的不同部件的一個(gè)容器。更具體地說，本創(chuàng)新提供了一種根據(jù)權(quán)利要求1的前序部分的便攜式虛擬焊接系統(tǒng)。
背景
[0010]數(shù)十年來，公司一直教導(dǎo)焊接技能。傳統(tǒng)上，在現(xiàn)實(shí)世界設(shè)置中教導(dǎo)焊接，也就是說通過用焊條將電弧打擊在金屬工件上來教導(dǎo)焊接。本領(lǐng)域中有技能的指導(dǎo)員監(jiān)視訓(xùn)練過程，從而在受訓(xùn)者執(zhí)行焊接時(shí)在一些情況下進(jìn)行校正。通過指導(dǎo)和重復(fù)，新的受訓(xùn)者學(xué)會(huì)如何使用一個(gè)或多個(gè)工藝來焊接。然而，每次執(zhí)行焊接增加成本，其根據(jù)所教導(dǎo)的焊接工藝而變化。
[0011]在最近一段時(shí)間，用于訓(xùn)練焊工的成本節(jié)約系統(tǒng)已經(jīng)被采用。一些系統(tǒng)合并運(yùn)動(dòng)分析器。該分析器包括焊接件的物理模型、模擬焊條、以及追蹤模擬焊條移動(dòng)的感測(cè)裝置。生成一份指示焊條端在可以接受的運(yùn)動(dòng)范圍之外行進(jìn)到何程度的報(bào)告。更高級(jí)的系統(tǒng)合并虛擬現(xiàn)實(shí)的使用，該虛擬現(xiàn)實(shí)在虛擬設(shè)置中仿真模擬焊條的操縱。類似地，這些系統(tǒng)追蹤位置和定向。此類系統(tǒng)僅教導(dǎo)肌肉記憶，但不能教導(dǎo)有技能的焊工所需要的更高級(jí)的焊接技會(huì)K。
概述
[0012]本發(fā)明的實(shí)施例涉及一種用于促進(jìn)虛擬焊接活動(dòng)的仿真器，該仿真器包括但不限于以下元件:一個(gè)基于邏輯處理器的子系統(tǒng)，該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)可操作來執(zhí)行用于生成一個(gè)交互式焊接環(huán)境的編碼指令，該交互式焊接環(huán)境仿真在具有至少一個(gè)虛擬焊接接縫的虛擬管道的一個(gè)區(qū)段上的焊接設(shè)置和活動(dòng)(包括任何一個(gè)或多個(gè)搭接操作)；一個(gè)顯示裝置，該顯示裝置可操作地連接到該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)上，用于在視覺上描繪該交互式焊接環(huán)境，其中該顯示裝置描繪虛擬管的該區(qū)段;一個(gè)掛件或手持式輸入裝置，該掛件或手持式輸入裝置用于在該至少一個(gè)虛擬焊接接縫上實(shí)時(shí)執(zhí)行設(shè)置和虛擬焊接活動(dòng)；以及一個(gè)或多個(gè)傳感器，該一個(gè)或多個(gè)傳感器被適配成用于實(shí)時(shí)追蹤該輸入裝置的移動(dòng)以便將與該輸入裝置的該移動(dòng)有關(guān)的數(shù)據(jù)傳送到該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)。該輸入裝置將仿真對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接的輸入選擇的控制。該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)可以進(jìn)一步包括基于用戶限制控制或交互以便提高學(xué)習(xí)目標(biāo)。該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)可以任選地包括基于視覺、可聽、和/或物理變化來教導(dǎo)交互或反應(yīng)，以便確保該用戶可以適當(dāng)?shù)卦O(shè)置一個(gè)焊接環(huán)境或可以實(shí)現(xiàn)誤差恢復(fù)。該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)通常將包括允許輸入并且基于所輸入的值提供輸出的虛擬計(jì)算器或表格。該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)還可以包括基于不正確的設(shè)置參數(shù)或參數(shù)組合的啟用智能代理的結(jié)果。該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)還可以包括用于識(shí)別應(yīng)當(dāng)已經(jīng)由該用戶輸入的這些適當(dāng)?shù)脑O(shè)置參數(shù)或參數(shù)組合的啟用智能代理的輸入。該仿真器還可以包括這些設(shè)置參數(shù)或參數(shù)組合的視覺、音頻或物理指示符。一個(gè)基于攝像機(jī)的系統(tǒng)可以被任選地添加以便追蹤焊接路徑，包括沿所述路徑的任何停止和開始。該攝像機(jī)系統(tǒng)可以包括根據(jù)一個(gè)基于模糊邏輯控制器的系統(tǒng)的路徑跟隨系統(tǒng)和路徑確定系統(tǒng)。該仿真器的基于邏輯處理器的子系統(tǒng)可以包括針對(duì)用戶的多個(gè)水平，每個(gè)水平被適配到該用戶的技能水平、學(xué)習(xí)步調(diào)和學(xué)習(xí)風(fēng)格；以及基于人工智能的故障指令，以便測(cè)試用戶檢測(cè)問題、校正問題和從問題恢復(fù)的能力。多語言能力也是本發(fā)明的一個(gè)任選方面。還提供用于容易存儲(chǔ)和運(yùn)輸該仿真器的箱子。在隨后的說明書、附圖和權(quán)利要求書中給出了另外特征、優(yōu)點(diǎn)和實(shí)施例。
附圖簡要說明
[0013]圖1為最終用戶操作員通過仿真器參與虛擬焊接活動(dòng)的透視圖；
[0014]圖2為仿真器的前視圖；
[0015]圖3A為示出管道焊接位置的示圖；
[0016]圖3B為示出板焊接位置的示圖；
[0017]圖4為仿真器的展示的示例性示意框圖；
[0018]圖5為模擬焊接工具的側(cè)面透視圖；
[0019]圖6為焊接用戶界面的特寫圖；
[0020]圖7為觀察者顯示裝置的特寫圖；
[0021 ]圖8A為個(gè)人化顯示裝置的透視圖；
[0022]圖SB為由最終用戶佩戴的個(gè)人化顯示裝置的透視圖；
[0023]圖SC為安裝在焊工帽罩中的個(gè)人化顯示裝置的透視圖；
[0024]圖9為空間追蹤器的透視圖；
[0025]圖10為用于保持焊接試樣的支持架的透視圖；
[0026]圖11為管道焊接試樣的透視圖；
[0027]圖12為安裝到支持架中的管道焊接試樣的透視圖；
[0028]圖13A-13C示出了管道焊接試樣的示例性實(shí)施例；
[0029]圖14描繪了在虛擬環(huán)境中的在圖13A-13C的管道焊接試樣上的仿真焊接操作；
[0030]圖15示出了管道焊接試樣的示例性實(shí)施例；
[0031 ]圖16A-16E示出了搭接操作的示例性實(shí)施例；
[0032]圖17示出了基于邏輯處理器的子系統(tǒng)的子系統(tǒng)框圖的示例性實(shí)施例；
[0033]圖18示出了基于邏輯處理器的子系統(tǒng)的圖形處理單元(GPU)的框圖的示例性實(shí)施例；
[0034]圖19示出了仿真器的功能框圖的示例性實(shí)施例；
[0035]圖20為使用虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練方法的實(shí)施例的流程圖；
[0036]圖21A-21B示出了焊接像元(welding pixel)(焊元(wexel))移置圖(displacement map)的概念；
[0037]圖22示出了在仿真器中仿真的平焊試樣的試樣空間(couponspace)和焊縫空間(weldspace)的示例性實(shí)施例;
[0038]圖23示出了在仿真器中仿真的拐角焊接試樣的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施例；
[0039]圖24示出了在仿真器中仿真的管道焊接試樣的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施例；
[0040]圖25示出了管道焊接試樣的示例性實(shí)施例；
[0041 ]圖26A-26C示出了仿真器的雙移置熔池模型的概念的示例性實(shí)施例；
[0042]圖27示出了如在軌道焊接環(huán)境中使用的軌道焊接系統(tǒng)的示例性實(shí)施例；
[0043]圖28示出了用于與圖27的軌道焊接系統(tǒng)一起使用的焊接牽引器；
[0044]圖29示出了圖27的軌道焊接系統(tǒng)的電源和控制器；
[0045]圖30示出了用于與圖27的軌道焊接系統(tǒng)一起使用的掛件；
[0046]圖31示出了用于與便攜式虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)一起使用的箱子；
[0047]圖32示出了運(yùn)輸圖31的箱子的用戶；
[0048]圖33A-33C示出了圖31的便捷式虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的安裝；
[0049]圖34A-34B示出了用于實(shí)現(xiàn)便攜式虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的另一箱子；
[0050]圖35A-35C示出了用于實(shí)現(xiàn)便攜式虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的另一箱子;并且
[0051]圖36A-36D示出了用于實(shí)施便攜式虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的另一箱子。
詳細(xì)說明
[0052]現(xiàn)在參考附圖，其中這些圖示僅是為了展示本發(fā)明的實(shí)施例的目的，而不是為了對(duì)其進(jìn)行限制的目的，圖1和圖2示出了用于大體在10處仿真焊接的系統(tǒng)，在此稱為仿真器10或系統(tǒng)10。仿真器10能夠生成虛擬環(huán)境15，該虛擬環(huán)境可以描繪類似于現(xiàn)實(shí)世界中的焊接設(shè)置的焊接設(shè)置，并且可以被稱為虛擬現(xiàn)實(shí)弧焊(VRAW)。如在此使用的包括權(quán)利要求，術(shù)語“焊接”還涵蓋“切割”操作，諸如氣割。在虛擬環(huán)境15內(nèi)，仿真器10促進(jìn)與一位或多位最終用戶12交互。包括允許最終用戶12參與現(xiàn)實(shí)世界活動(dòng)的一個(gè)輸入裝置155，該現(xiàn)實(shí)世界活動(dòng)由仿真器10追蹤并且轉(zhuǎn)化成虛擬活動(dòng)。虛擬環(huán)境15從而包括一個(gè)交互式虛擬焊接環(huán)境15。包括一個(gè)顯示裝置200，該顯示裝置提供進(jìn)入虛擬環(huán)境15和最終用戶12的活動(dòng)的視覺訪問。在一個(gè)實(shí)施例中，仿真器10可以包括由多位最終用戶12或其他觀察者可見的一個(gè)顯示屏幕150。附加地，仿真器10可以包括一個(gè)個(gè)人化顯示器140，該個(gè)人化顯示器被適配用于由單位最終用戶12使用，該單位最終用戶可以是受訓(xùn)者用戶12a或指導(dǎo)員用戶12b。在此明確地指出最終用戶12在現(xiàn)實(shí)世界中的活動(dòng)被轉(zhuǎn)化成虛擬焊接活動(dòng)，并且在一個(gè)或多個(gè)顯示器140、150上實(shí)時(shí)觀看。如在此使用的，術(shù)語“實(shí)時(shí)”意指以與最終用戶12將及時(shí)感知和體驗(yàn)現(xiàn)實(shí)世界設(shè)置相同的方式，及時(shí)感知和體驗(yàn)虛擬環(huán)境。
[0053]在生成交互式虛擬焊接環(huán)境15時(shí)，仿真器10仿真用于不同焊接位置的多個(gè)焊接接縫的一個(gè)或多個(gè)焊接工藝，并且附加地仿真不同種類的焊條針對(duì)多個(gè)接縫構(gòu)型的效果。在一個(gè)特定實(shí)施例中，仿真器10生成一個(gè)交互式虛擬焊接環(huán)境15，該交互式虛擬焊接環(huán)境管道焊接和/或開口的根部接縫焊接。該系統(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也能夠?qū)μ摂M焊接活動(dòng)如何影響焊接接縫(例如，下面的基底材料)進(jìn)行建模。例示性地，仿真器10可以仿真焊接根部焊道和熱焊道，以及隨后的填充焊道和蓋面焊道，每一個(gè)具有與現(xiàn)實(shí)世界場(chǎng)景平行的特征。由于在先前焊道過程中進(jìn)行基底材料改變和/或由于選擇不同的焊條，所以每個(gè)隨后的焊道可能以顯著不同于先前焊道的焊接方式來進(jìn)行焊接。熔池建模的實(shí)時(shí)反饋允許最終用戶12在顯示器200上觀察虛擬焊接工藝，并且在進(jìn)行虛擬焊接時(shí)調(diào)整或維持他/她的技法。所觀察的虛擬指示符種類的實(shí)例包括:熔池流動(dòng)、熔融的熔池的閃爍、在熔池固化過程中的顏色變化、熔池的凍結(jié)速率、熱耗散的色彩漸層、聲音、焊道形成、織造圖案、結(jié)渣、咬邊、多孔、飛濺、夾渣、溢出、燒穿、以及吸留，僅舉幾例。應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，熔池特征取決于，也就是說響應(yīng)于最終用戶12(進(jìn)行)的輸入裝置155的移動(dòng)。以此方式，所顯示的熔池代表基于所選擇的焊接工藝和最終用戶12的焊接技法實(shí)時(shí)形成的現(xiàn)實(shí)世界熔池。此外，“咬邊”是在使用SMAW工藝的管道焊接過程中在根部焊道趾部中留下的焊接缺陷和熔渣的視覺痕跡。在管道焊接中的被稱為熱焊道的第二焊道必須是足夠熱的以使這些咬邊重熔，因此它們?cè)谧罱K焊接件中被消除。另外，咬邊可通過研磨工藝來移除。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在此所述的仿真器10中適當(dāng)?shù)胤抡娲祟愐н吅瓦@些咬邊的消除。
[0054]繼續(xù)參考圖1和圖2，并且現(xiàn)在還參考圖3A和圖3B，仿真器10可以仿真不同焊接位置中的焊接工藝并且對(duì)熔池在每個(gè)位置中如何反應(yīng)進(jìn)行建模。更具體地，仿真器10可以仿真在本領(lǐng)域中分別稱為5G位置、2G位置和6G位置的垂直位置、水平位置和/或傾斜位置中的管道焊接。附加地，仿真器10可以仿真在與管道的旋轉(zhuǎn)水平位置相關(guān)的IG位置中的焊接，或在與焊接架高位置相關(guān)的4G位置中的焊接，如可能與鄰接板中的坡口焊相關(guān)聯(lián)。其他焊接位置可以與用于不同平板構(gòu)型的開口的根部接縫的焊接相關(guān)。應(yīng)當(dāng)理解，包括有待在隨后段落中詳細(xì)描述的建模和分析引擎的仿真器10將重力對(duì)熔池的影響考慮在內(nèi)。因此，該熔池例如針對(duì)5G位置中的焊接管道與6G位置中的焊接管道做出不同反應(yīng)。以上實(shí)例將不被理解為限制性的，但為例示性目的而包括。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將容易理解其應(yīng)用于任何焊接接縫、焊接位置、或包括不同基底材料類型的焊接件的類型。
[0055]現(xiàn)參考圖2和圖4，仿真器10包括一個(gè)基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110，該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)可以是可編程的和可操作的，以便執(zhí)行用于生成交互式虛擬焊接環(huán)境15的編碼指令。仿真器10進(jìn)一步包括傳感器和/或傳感器系統(tǒng)，這些傳感器和/或傳感器系統(tǒng)可以由可操作地連接到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110上的空間追蹤器120組成。仿真器10還包括與基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110通信的用于設(shè)置和控制仿真器10的一個(gè)焊接用戶界面130。如以上提及的，包括一個(gè)或多個(gè)顯示裝置200，該或這些顯示裝置可以包括各自聯(lián)接到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110上的戴于面部的一個(gè)顯示裝置140和一個(gè)觀察者顯示裝置150，從而提供對(duì)交互式虛擬焊接環(huán)境15的視覺訪問。一個(gè)或多個(gè)顯示裝置200可以連接到空間追蹤器120上，用于響應(yīng)于其位置和/或其移動(dòng)而改變?cè)谠撗b置上觀看的圖像，如以下描述的。輸入裝置
[0056]現(xiàn)參考圖5，如以上提及的，仿真器10包括促進(jìn)與最終用戶12的交互的一個(gè)輸入裝置155。在一個(gè)實(shí)施例中，輸入裝置155包括一個(gè)模擬焊接工具160。該模擬焊接工具160可以但不必須地制成類似現(xiàn)實(shí)世界焊接工具，例如像手動(dòng)電焊條夾持器、或?qū)⑦B續(xù)進(jìn)料遞送到焊條的焊槍(例如，MIG、FCAW、GTAW焊接工具)。此外，模擬焊接工具160的其他構(gòu)型可以在不偏離本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)期涵蓋范圍的情況下實(shí)現(xiàn)。為達(dá)討論目的，將在使用類似手動(dòng)電焊條夾持器156的模擬焊接工具160的背景下描述本發(fā)明的實(shí)施例。模擬焊接工具160可高度類似現(xiàn)實(shí)世界焊接工具。在一個(gè)特定實(shí)施例中，模擬焊接工具160可以具有與現(xiàn)實(shí)世界焊接工具相同的形狀、重量和感覺。事實(shí)上，現(xiàn)實(shí)焊接工具可以被用作模擬焊接工具160以便提供工具在用戶手中的實(shí)際感覺，雖然在仿真器10中，現(xiàn)實(shí)焊接工具將不用于實(shí)際產(chǎn)生真實(shí)電弧。以此方式，可以是受訓(xùn)者12a的最終用戶12變得習(xí)慣于處理現(xiàn)實(shí)世界焊接工具，從而增強(qiáng)虛擬焊接體驗(yàn)。然而，模擬焊接工具160可能以通過合理判斷所選擇的任何方式和構(gòu)型構(gòu)造。
[0057]例示性地，模擬焊接工具160仿真用于管道焊接的手工焊接工具，并且包括一個(gè)夾持器161和從其延伸的一個(gè)仿真的手工焊條162。該仿真的手工焊條162可以包括觸覺阻力末端163，以便仿真在現(xiàn)實(shí)世界設(shè)置中的焊接過程中發(fā)生的阻力反饋。如果最終用戶12過于背離根部移動(dòng)仿真的手工焊條162(以下更詳細(xì)描述的)，最終用戶12將能夠感覺或覺察到減小的阻力，從而獲得用于調(diào)整或維持當(dāng)前焊接工藝的反饋。要考慮的是，手工焊接工具可以合并致動(dòng)器(未示出)，該致動(dòng)器在虛擬焊接工藝的過程中縮回仿真的手工焊條162。也就是說，當(dāng)最終用戶12從事虛擬焊接活動(dòng)時(shí)，夾持器161與仿真的手工焊條162的末端之間的距離被減小來仿真焊條的消耗。消耗速率，即手工焊條162的縮回，可以由基于邏輯處理的子系統(tǒng)110控制，并且更具體地，可以由基于邏輯處理的子系統(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用戶12的技法。在此值得一提的是，當(dāng)仿真器10促進(jìn)利用不同類型焊條的虛擬焊接時(shí)，手工焊條162的消耗速率或減少可以隨所使用的焊接過程和/或仿真器10的設(shè)置而變化。
[0058]模擬焊接工具160的致動(dòng)器可以是電氣驅(qū)動(dòng)的。用于接合致動(dòng)器的電力可以來自仿真器10、來自一個(gè)外部電源、或來自內(nèi)部電池電源。在一個(gè)實(shí)施例中，該致動(dòng)器可以是電動(dòng)裝置，諸如電動(dòng)機(jī)。此外，任何類型的致動(dòng)器或任何形式的動(dòng)力可以被使用，包括但不限于電磁致動(dòng)器、氣動(dòng)致動(dòng)器、或機(jī)械(例如，彈簧加載)致動(dòng)器、以它們的任意組合。
[0059]如以上所指出的，模擬焊接工具160可以結(jié)合空間追蹤器120工作，用于與仿真器10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)監(jiān)測(cè)和追蹤。表示位置和定向的數(shù)據(jù)因此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)變以便按需使用，以用于與虛擬焊接環(huán)境15交互。
空間追蹤器
[0060]參考圖9，示出了一個(gè)空間追蹤器120的一個(gè)實(shí)例?？臻g追蹤器120可以與基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110對(duì)接。在一個(gè)實(shí)施例中，空間追蹤器120可以磁性地追蹤模擬焊接工具160。也就是說，該空間追蹤器生成一個(gè)磁包絡(luò)，該磁包絡(luò)用于確定位置和定向、以及速度和/或速度變化。因此，空間追蹤器120包括一個(gè)磁源121和源線纜、一個(gè)或多個(gè)傳感器122、磁盤123上的主機(jī)軟件、一個(gè)電源124、USB和RS-232線纜125、一個(gè)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上，就像一個(gè)或多個(gè)傳感器122—樣。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上。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上。磁盤123上的該主機(jī)軟件可以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與基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110之間的功能通信。
[0061 ] 磁源121產(chǎn)生圍繞該磁源121的一個(gè)磁場(chǎng)、或包絡(luò)從而限定一個(gè)三維空間，在該三維空間內(nèi)最終用戶12活動(dòng)可被追蹤以便與仿真器10進(jìn)行交互。該包絡(luò)建立空間參考系。在該包絡(luò)內(nèi)使用的物體，例如模擬焊接工具160和試樣支持架(以下描述的)可以由非金屬(即，非鐵的和非導(dǎo)電的)材料組成，以便不會(huì)致使磁源121所產(chǎn)生的該磁場(chǎng)扭曲。每個(gè)傳感器122可以包括在交叉空間方向上對(duì)準(zhǔn)的多個(gè)感應(yīng)線圈，該多個(gè)感應(yīng)線圈可以是基本上正交對(duì)準(zhǔn)的。這些感應(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，從而將信息提供給處理器追蹤單元126。在一個(gè)實(shí)施例中，至少一個(gè)傳感器122被附接到模擬焊接工具160上，從而允許模擬焊接工具160以位置和定向兩者相對(duì)于空間參考系被追蹤。更具體地，這些感應(yīng)線圈可以安裝在焊條162的末端中。以此方式，仿真器10能夠確定模擬焊接工具160定位在該三維包絡(luò)內(nèi)的何處。附加的傳感器122可以被提供并且可操作地附接到一個(gè)或多個(gè)顯示裝置200上。因此，響應(yīng)于最終用戶12的移動(dòng)，仿真器10可以使用傳感器數(shù)據(jù)來改變最終用戶12看到的視圖。這樣，仿真器10捕獲和追蹤最終用戶12在現(xiàn)實(shí)世界中的活動(dòng)，用于轉(zhuǎn)化到虛擬焊接環(huán)境15中。
[0062]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替代性實(shí)施例，一個(gè)或多個(gè)傳感器122可以無線地對(duì)接到處理器追蹤單元126上，并且處理器追蹤單元126可以無線地對(duì)接到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110上。根據(jù)本發(fā)明的其他替代性實(shí)施例，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、有源或無源光學(xué)追蹤器、以及基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的追蹤裝置。此夕卜，其他類型的追蹤器可以在不偏離廣義發(fā)明概念的預(yù)期涵蓋范圍的情況下使用。
顯示裝置
[0063]現(xiàn)參考圖8A，現(xiàn)將描述戴于面部的顯示裝置140的一個(gè)實(shí)例。戴于面部的顯示裝置140可以集成到焊工帽罩900中，如圖SC所示，或可替代地單獨(dú)安裝，如圖SB所示。戴于面部的顯示裝置140可以包括能夠以2D和幀序列視頻模式遞送流體全運(yùn)動(dòng)視頻的兩個(gè)高對(duì)比度SVGA3D OLED微顯示器。來自虛擬焊接環(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)施例中，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，從而增強(qiáng)用戶的深度感知。立體圖像可以由一個(gè)邏輯處理單元產(chǎn)生，該邏輯處理單元可以是以下詳細(xì)描述的一個(gè)圖形處理單元。也可以提供縮放(例如2倍)模式，從而允許用戶仿真眼鏡板。
[0064]戴于面部的顯示裝置140經(jīng)由有線或無線裝置來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上?？臻g追蹤器120的一個(gè)傳感器122可以附接到戴于面部的顯示裝置140上，或附接到焊工帽罩900上，從而允許該戴于面部的顯示裝置140相對(duì)于由空間追蹤器120所創(chuàng)建的3D空間參考系被追蹤。以此方式，焊工帽罩900的移動(dòng)響應(yīng)地改變最終用戶12在3D虛擬現(xiàn)實(shí)設(shè)置中看到的圖像。戴于面部的顯示裝置140也可以運(yùn)行以便呼叫和顯示類似于觀察者顯示裝置150的菜單項(xiàng)的菜單項(xiàng)，如隨后描述的。以此方式，一位最終用戶因此能夠使用在模擬焊接工具160上的控制裝置(例如，按鈕或開關(guān))以便從該菜單激活和選擇選項(xiàng)。這可以允許用戶例如在其出現(xiàn)失誤、改變特定參數(shù)、或者回退以重新完成焊道軌跡的一部分時(shí)容易地重置焊接。
[0065]戴于面部的顯示裝置140可以進(jìn)一步包括揚(yáng)聲器910，從而允許用戶聽見由仿真器10所產(chǎn)生的仿真的焊接相關(guān)聲音和環(huán)境聲音。聲音內(nèi)容功能性和焊接聲音提供特定類型的焊接聲音，這些焊接聲音取決于特定焊接參數(shù)是否在公差內(nèi)或超出公差而改變。聲音根據(jù)不同焊接工藝和參數(shù)來調(diào)整。例如，在MIG噴弧焊工藝中，當(dāng)用戶未使模擬焊接工具160正確定位時(shí)提供嘛啪的聲音，而當(dāng)模擬焊接工具160被正確定位時(shí)提供嘶嘶的聲音。在短弧焊工藝中，當(dāng)咬邊發(fā)生時(shí)提供嘶嘶的聲音。這些聲音模仿對(duì)應(yīng)于正確和不正確的焊接技法的現(xiàn)實(shí)世界聲音。
[0066]高保真聲音內(nèi)容可以使用多種電子和機(jī)械裝置取自實(shí)際焊接的現(xiàn)實(shí)世界錄音。所感知的聲音音量和方向取決于最終用戶的頭部(即，戴于面部的顯示裝置140)相對(duì)于模擬焊接工具160與焊接試樣175之間的仿真電弧的位置、定向和距離而被修改。聲音可經(jīng)由揚(yáng)聲器910提供給該用戶，這些揚(yáng)聲器可以是耳塞揚(yáng)聲器或任何其他類型的揚(yáng)聲器或聲音生成裝置，其被安裝在戴于面部的顯示裝置140中或可替代地安裝在控制臺(tái)135和/或支持架170中。此外，可以選擇在參與虛擬焊接活動(dòng)的同時(shí)向最終用戶12呈現(xiàn)聲音的任何方式。在此也指出可以通過揚(yáng)聲器910傳送其他類型的聲音信息。實(shí)例包括實(shí)時(shí)或經(jīng)由預(yù)先錄制的消息來自指導(dǎo)員用戶12b的言語指導(dǎo)。預(yù)先錄制的消息可以由特定的虛擬焊接活動(dòng)自動(dòng)觸發(fā)?？梢栽诂F(xiàn)場(chǎng)或從遠(yuǎn)程位置生成實(shí)時(shí)指令。此外，可以向最終用戶12傳達(dá)任何類型的消息或指令。
控制臺(tái)
[0067]現(xiàn)參考圖2、圖6和圖7，仿真器10可以包括容納仿真器10的一個(gè)或多個(gè)部件的一個(gè)控制臺(tái)135。在一個(gè)實(shí)施例中，控制臺(tái)135可以被構(gòu)造成類似一個(gè)焊接電源。也就是說控制臺(tái)135的尺寸和形狀可以匹配一個(gè)現(xiàn)實(shí)世界裝置的尺寸和形狀。仿真器10的操作可以由焊接單元界面130促進(jìn)，該焊接單元界面可以被制成類似焊接電源旋鈕、刻度盤和/或開關(guān)133、134。仿真器10可以進(jìn)一步包括顯示器，該顯示器可以是顯示裝置200。被安裝到仿真器10上的編碼指令(即，軟件)可以通過在顯示屏幕200上顯示指令和/或菜單選項(xiàng)來引導(dǎo)最終用戶12與仿真器10的交互。與仿真器10的交互可以包括與管理活動(dòng)、仿真設(shè)置和激活等相關(guān)的功能。這可能進(jìn)一步包括特定焊接工藝和焊條類型、以及包括焊接位置的部分設(shè)置的選擇。通過焊接單元界面130所進(jìn)行的選擇反映在顯示裝置200上。
[0068]圖6示出了控制臺(tái)135和焊接用戶界面130的一個(gè)示例性實(shí)施例。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用戶選擇153的一組按紐131。按鈕131可能被著色以便對(duì)應(yīng)于在顯示裝置200上所顯示的用戶選擇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來激活相應(yīng)功能。焊接單元界面130還可以包括操縱桿132，該操縱桿能夠被用戶使用來選擇在顯示裝置200上顯示的不同參數(shù)和選擇。焊接單元界面130進(jìn)一步包括以示例性方式可以用于調(diào)整焊絲送進(jìn)速度/安培數(shù)的刻度盤或旋鈕133、以及用于調(diào)整伏特/微調(diào)的另一刻度盤或旋鈕134。焊接單元界面130還包括用于選擇弧焊工藝的刻度盤或旋鈕136。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，三個(gè)弧焊工藝是可選擇的，包括焊劑芯弧焊(FCAW)、氣體保護(hù)金屬弧焊(GMAW)、以及自動(dòng)保護(hù)金屬弧焊(SMAW)。焊接單元界面130進(jìn)一步包括用于選擇焊接極性的刻度盤或旋鈕137。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，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-)。此外，其他焊接工藝和設(shè)置特征可以在不偏離廣義發(fā)明概念的預(yù)期涵蓋范圍的情況下合并在仿真器10中，包括但不限于TIG焊接實(shí)施例。根據(jù)前述，將容易看到仿真器10的設(shè)置與現(xiàn)實(shí)世界裝置的設(shè)置平行。
[0069]圖形用戶界面功能性1213(見圖19)允許用戶經(jīng)由觀察者顯示裝置150并且使用物理用戶界面130的操縱桿132來設(shè)置焊接場(chǎng)景。焊接場(chǎng)景的設(shè)置可以包括選擇語言，輸入最終用戶姓名，選擇實(shí)習(xí)板(例如焊接試樣、T板、平板)，選擇焊接工藝(例如FCAW、GMAff、SMAff、TIG)和相關(guān)聯(lián)的軸向噴射、脈沖、或短弧轉(zhuǎn)移模式，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)。焊接場(chǎng)景的設(shè)置還可以包括設(shè)置以下將詳細(xì)討論的試樣支持架170。焊接場(chǎng)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)閉特定視覺提示。在此指出在一個(gè)實(shí)施例中，限制可能合并到仿真器10中，這些限制可以是軟件限制，阻止給定焊接場(chǎng)景的操作，直到已經(jīng)適當(dāng)輸入所選擇工藝的適當(dāng)設(shè)置。以此方式，受訓(xùn)者用戶12a通過設(shè)置虛擬焊接場(chǎng)景被教導(dǎo)或?qū)W習(xí)現(xiàn)實(shí)世界焊接設(shè)置的適當(dāng)范圍。
[0070]因此，顯示裝置200反映對(duì)應(yīng)于最終用戶選擇153的活動(dòng)，包括菜單、行為、視覺提示、新試樣設(shè)置和評(píng)分。這些用戶選擇可以被綁定到控制臺(tái)135上的用戶按鈕。當(dāng)用戶經(jīng)由顯示裝置200進(jìn)行不同選擇時(shí)，所顯示的特征可以改變以便向該用戶提供所選擇的信息和其他選項(xiàng)。然而，可以是觀察者顯示裝置150的顯示裝置200可以具有另一種功能，該另一種功能是顯示由最終用戶12在仿真器10的操作過程中所見的虛擬圖像，即在參與虛擬焊接活動(dòng)時(shí)。顯示裝置200可以被設(shè)置以便觀看與最終用戶12所見相同的圖像。可替代地，顯示裝置200也可以用于顯示虛擬焊接活動(dòng)的不同視圖、或不同透視圖。
[0071]在一個(gè)實(shí)施例中，顯示裝置150、200可以用于回放電存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置300上的虛擬焊接活動(dòng)，如圖17所示。表示最終用戶12的虛擬焊接活動(dòng)的數(shù)據(jù)可以例如被存儲(chǔ)用于回放和查看、被下載用于歸檔目的、和/或被傳輸?shù)竭h(yuǎn)程位置用于實(shí)時(shí)觀看和批判。在重放虛擬焊接活動(dòng)中，可展示細(xì)節(jié)，諸如熔池流動(dòng)性、行進(jìn)速度、以及不連貫狀態(tài)152，包括例如不恰當(dāng)?shù)膱A角尺寸、不佳的焊道布置、不佳的搭接、凹入的焊道、過于外凸、咬邊、多孔、未焊透、夾渣、過度飛濺、以及燒穿。也可以顯示咬邊，該咬邊是容限角之外的結(jié)果。此外，可顯示通過將電弧移動(dòng)過度遠(yuǎn)離焊接件所導(dǎo)致的多孔。以此方式，仿真器10能夠重放特定虛擬焊接活動(dòng)的一部分或所有，對(duì)仿真焊接場(chǎng)景的所有方面進(jìn)行建模，包括與用戶的活動(dòng)直接相關(guān)的吸留和缺陷。
[0072]參考圖7，仿真器10也能夠分析和顯示虛擬焊接活動(dòng)的結(jié)果。通過分析所述結(jié)果，意味著仿真器10能夠確定在該焊接行程(包括任何搭接)過程中是何時(shí)以及沿焊接接縫是何處，最終用戶12偏離焊接工藝可接受的限制。評(píng)分可以歸因于最終用戶12的表現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施例中，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)最終用戶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合并到仿真器10中。評(píng)分可能以數(shù)字的方式或字母數(shù)字的方式來顯示。此外，最終用戶12的表現(xiàn)可能以圖形的方式來顯示，在時(shí)間上和/或沿焊接接縫的位置上示出該模擬焊接工具如何接近地橫過焊接接縫。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。例如，搭接過程的表現(xiàn)如本文所述可被分析和評(píng)分。這些參數(shù)的公差范圍取自現(xiàn)實(shí)世界的焊接數(shù)據(jù)，從而提供關(guān)于最終用戶在現(xiàn)實(shí)世界中如何表現(xiàn)的準(zhǔn)確反饋。在另一個(gè)實(shí)施例中，對(duì)應(yīng)于最終用戶12的表現(xiàn)的缺陷的分析也可以被合并且顯示在現(xiàn)實(shí)裝置150、200上。在此實(shí)施例中，可以描繪示出由測(cè)量在虛擬焊接活動(dòng)期間所監(jiān)控的不同參數(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，但由于最終用戶12的表現(xiàn)，缺陷仍可能已經(jīng)發(fā)生，最終用戶的表現(xiàn)結(jié)果仍可能會(huì)相應(yīng)地被顯示(即圖形化)。
[0073]顯示裝置200也可以用于顯示用于訓(xùn)練最終用戶12的輔導(dǎo)信息。輔導(dǎo)信息的實(shí)例可以包括指令，這些指令可以圖形地顯示，如由視頻或圖片所描繪的。附加地，指令可能以音頻格式寫入或呈現(xiàn)，如以上所提及的。此類信息可以被存儲(chǔ)和維持在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置300上。在一個(gè)實(shí)施例中，仿真器10能夠顯示示出不同焊接參數(shù)151的虛擬焊接情景，這些焊接參數(shù)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，在此稱為視覺提示。
[0074]在一個(gè)實(shí)施例中，遠(yuǎn)程通信可用于提供現(xiàn)場(chǎng)外人員進(jìn)行的視覺指導(dǎo)，即從類似或不類似構(gòu)造的裝置(即仿真器)工作的遠(yuǎn)程用戶。描述虛擬焊接工藝可以經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)連接來完成，該網(wǎng)絡(luò)連接包括但不限于互聯(lián)網(wǎng)、LAN、以及數(shù)據(jù)傳輸?shù)钠渌绞?。表示特定焊接的?shù)據(jù)(包括表現(xiàn)變量)可能被發(fā)送到能夠顯示虛擬圖像和/或焊接數(shù)據(jù)的另一個(gè)系統(tǒng)。應(yīng)當(dāng)指出的是所傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是充分詳細(xì)的，用于允許一個(gè)或多個(gè)遠(yuǎn)程用戶分析焊工的表現(xiàn)。發(fā)送到遠(yuǎn)程系統(tǒng)的數(shù)據(jù)可以用于生成虛擬焊接環(huán)境，從而重新創(chuàng)建特定焊接工藝。此外，將表現(xiàn)數(shù)據(jù)或虛擬焊接活動(dòng)傳送到另一個(gè)裝置的任何方式可以在不偏離本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)期涵蓋范圍的情況下實(shí)現(xiàn)。
焊接試樣
[0075]現(xiàn)參考圖1、圖11和圖12，仿真器10可以包括類似并置以便形成焊接接縫176的管道區(qū)段的焊接試樣175。焊接試樣175可能與仿真器10結(jié)合工作，該仿真器作為用于最終用戶12在參與虛擬焊接活動(dòng)時(shí)的引導(dǎo)。多個(gè)焊接試樣175可以被使用，也就是說用于在虛擬焊接活動(dòng)的給定循環(huán)中互換使用。焊接試樣的類型可以包括圓柱形管道區(qū)段、弧形管道段、平板、T板和凸臺(tái)焊接接縫，僅舉幾例。在一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)焊接試樣可以合并開口的根部接縫或溝槽。然而，焊接接縫的任何構(gòu)型可以在不偏離本發(fā)明實(shí)施例的預(yù)期涵蓋范圍的情況下合并到焊接試樣中。
[0076]焊接試樣175的大小可以變化。對(duì)于圓柱形管道，內(nèi)徑的范圍可以從11/2英寸(內(nèi)徑)延伸到18英寸(內(nèi)徑)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，內(nèi)徑的范圍可以超過18英寸。在另一個(gè)實(shí)施例中，弧形管道段可以具有在從11/2英寸(內(nèi)徑)延伸直到以及超過18英寸(內(nèi)徑)的范圍內(nèi)的特征半徑。此外，應(yīng)當(dāng)理解可以利用焊接試樣175的任何內(nèi)徑，小于11/2英寸的內(nèi)徑和超過18英寸的內(nèi)徑。在實(shí)際意義上，只要焊接試樣175或焊接試樣175的一部分配合在空間追蹤器120所生成的包絡(luò)內(nèi)，可以使用焊接試樣175的任何尺寸。平板也可以在長度上延伸直到和超過18英寸。此外，應(yīng)當(dāng)理解焊接試樣175的上大小限制僅被空間追蹤器120所生成的感測(cè)場(chǎng)的尺寸和強(qiáng)度以及其對(duì)應(yīng)焊接試樣175定位的能力約束。所有此類變型應(yīng)當(dāng)被理解為落在本發(fā)明的實(shí)施例的覆蓋范圍內(nèi)。
[0077]在一個(gè)實(shí)施例中，焊接試樣175包括與一個(gè)板2002對(duì)接的一個(gè)管道2000或管道區(qū)段，該板是平坦的、平面的等。以此方式，焊接試樣175可以仿真管道在板上焊接，有時(shí)稱為凸臺(tái)焊接(見圖13A-13C和圖15)。管道2000與板2002對(duì)接或以其他方式接觸板2002的地方的外周長形成一個(gè)焊接路徑2004。焊接路徑2004的形狀將典型地對(duì)應(yīng)于管道2000的形狀。焊接路徑2004是模擬焊接工具2010 (例如，模擬焊接工具160)在將管道2000和板2002彼此焊接時(shí)期望橫過的路徑。
[0078]在一個(gè)實(shí)施例中，管道2000和板2002對(duì)接以便形成圓角接縫(見圖13A-13C)。圖13A為管道2000和板2002的側(cè)正視圖。圖13B為管道2000和板2002的透視圖。圖13C為管道2000和板2002的另一透視圖，其中模擬焊接工具2010就位以便沿焊接路徑2004焊接。
[0079]圖14為示出了在管道2000和板2002的界面處焊接圓角接縫的仿真操作可能對(duì)于用戶(例如，用戶12)看起來如何的圖像2100。例如，圖像2100可以在任何適合的顯示裝置(例如，顯示裝置200)上顯示。以此方式，圖像2100可以在觀察者顯示裝置150上顯示。此外，圖像2100示出用戶可能在其戴于面部的顯示裝置140中看見什么。
[0080]在一個(gè)實(shí)施例中，管道2000的一個(gè)下區(qū)段2020包括斜的或溝槽狀的區(qū)段以便形成凹槽接縫(見圖15)。由此，管道2000和板2002對(duì)接以便形成溝槽狀接縫。圖15為管道2000和板2002的透視圖。
[0081 ]當(dāng)焊接特定焊接接縫(諸如圖13A-13C的圓角接縫、圖15的凹槽接縫、拐角接縫等)時(shí)，有經(jīng)驗(yàn)的焊工可以能夠在單個(gè)焊道中橫過整個(gè)焊接路徑(例如，焊接路徑2004)。然而環(huán)境障礙或其他約束(例如，疲勞、分心)可能要求用戶僅橫過焊接路徑的一部分，立刻停止(例如，以便相對(duì)于焊接重新定位其身體)并且隨后重新開始橫過該焊接路徑。同樣地，無經(jīng)驗(yàn)的焊工(例如，受訓(xùn)者焊工12a)可能感覺更舒服或另外得益于將一個(gè)長焊道(例如，360度焊道)分解成兩個(gè)或更多個(gè)較小的焊道(例如，一個(gè)第一 180度焊道和一個(gè)第二 180度焊道)。兩個(gè)不同焊道的接合或連接被稱為搭接。
[0082]在一個(gè)實(shí)施例中，在仿真器10中仿真搭接操作2300(例如，如圖16A-16E所示)。以此方式，搭接操作可以被執(zhí)行和實(shí)踐/教導(dǎo)、存儲(chǔ)等。如圖16A所示，在管道2000和板2002的界面(見圖13B)處的圓角接縫的焊接路徑2004是圓形的。在焊接圓角接縫中，用戶對(duì)模擬焊接工具2010進(jìn)行定位，以便在焊接路徑2004上的第一點(diǎn)2302處開始焊接(見圖16B)。用戶隨后沿焊接路徑2004在箭頭2304的方向上移動(dòng)模擬焊接工具2010。用戶沿焊接路徑2004移動(dòng)模擬焊接工具2010直到到達(dá)第二點(diǎn)2306，在該時(shí)間焊接暫時(shí)暫停，從而完成第一焊道2308(見圖16C)。典型地第一焊道在此非焊接時(shí)段過程中基本上固化。
[0083]在用戶準(zhǔn)備開始第二焊道2326時(shí)，重要的是將第二焊道2326搭接到第一焊道2308。因此，用戶對(duì)模擬焊接工具2010進(jìn)行定位，以便在焊接路徑2004上的第三點(diǎn)2320處開始焊接，該第三點(diǎn)與焊接路徑2004上的第一焊道2308結(jié)束的第二點(diǎn)2306至少部分地重疊(見圖16D)。通過在與第一焊道2308至少部分地重疊或另外合并的一點(diǎn)處開始第二焊道2326，第二焊道2326將與第一焊道2308搭接。用戶隨后沿焊接路徑2004在箭頭2322的方向上移動(dòng)模擬焊接工具2010。用戶沿焊接路徑2004移動(dòng)模擬焊接工具2010直到到達(dá)第四點(diǎn)2324，在該時(shí)間焊接停止，從而完成第二焊道2326(見圖16E)。同樣，焊接路徑2004上的第四點(diǎn)2324與焊接路徑2004上的第一點(diǎn)2302至少部分地重疊。
[0084]彼此搭接的第一焊道2308和第二焊道2326形成管道2000與板2002之間的圓角接縫焊接。
[0085]如以上所提及的，焊接試樣175可以由不干擾空間追蹤器120的材料構(gòu)造。對(duì)于生成磁場(chǎng)的空間追蹤器，焊接試樣175可以由非鐵的和不導(dǎo)電的材料構(gòu)造。然而，可以選擇適用于與該類型的空間追蹤器120或所選擇的其他傳感器一起使用的任何類型的材料。
[0086]參考圖11-12、圖13A-13C和圖15，焊接試樣175可以被構(gòu)造成使得它配合到桌臺(tái)或支持架170中，該桌臺(tái)或支持架運(yùn)行(至少部分地)以便保持焊接構(gòu)件175相對(duì)于空間追蹤器120恒定。因此，焊接試樣175可以包括連接部分177或連接器，如圖11-12所示。連接部分177可以從焊接試樣175的如圖所示可以是底側(cè)(例如，板2002的底表面)的一側(cè)延伸，并且可以接收到包括有支持架170的機(jī)械互鎖裝置中。應(yīng)當(dāng)理解焊接試樣175插入支持架170中的定向可能需要是恒定的，即可重復(fù)的，用于緊密匹配在虛擬焊接環(huán)境15內(nèi)創(chuàng)建的虛擬焊接件(即管道)。以此方式，只要仿真器10意識(shí)到焊接試樣175的位置已經(jīng)如何改變，可以相應(yīng)地進(jìn)行對(duì)虛擬配對(duì)物的調(diào)整。例如，在設(shè)置過程中，最終用戶12可以選擇將焊接上的管道的尺寸。最終用戶12隨后可以將適當(dāng)?shù)暮附釉嚇?75插入支持架170中，從而將其鎖定到位置中。隨后，最終用戶12可以選擇希望的焊接位置，從而經(jīng)由焊接用戶界面130進(jìn)行選擇。如以下將描述的，支持架170隨后可以是傾斜的或被調(diào)整，以便將焊接試樣175定位在由仿真器10所識(shí)別的任何焊接位置中。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)理解調(diào)整焊接試樣175的位置還調(diào)整空間追蹤器120的位置，從而保持焊接試樣175在感測(cè)追蹤場(chǎng)內(nèi)的相對(duì)位置。
[0087]圖10描繪了支持架170的一個(gè)實(shí)施例。支持架170可以包括一個(gè)可調(diào)整桌臺(tái)171、一個(gè)支持架底座172、一個(gè)可調(diào)整臂173和一個(gè)立柱174。桌臺(tái)171和臂173分別附接到立柱174上。桌臺(tái)171和臂173各自能夠沿立柱174的高度被調(diào)整，這可以包括相對(duì)于立柱174的向上、向下和/或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。臂173用于以與在此討論的方式一致的方式來保持焊接試樣175。桌臺(tái)171可以輔助最終用戶12，通過允許他/她的手臂在使用過程中停留在桌臺(tái)171上。在一個(gè)特定實(shí)施例中，立柱174被標(biāo)記有位置信息，這樣使得用戶可以確切地知道臂173和桌臺(tái)171被定位在何處。也可以在設(shè)置過程中通過焊接用戶界面130和顯示裝置150將此信息輸入到仿真器10中。
[0088]本發(fā)明的一個(gè)替代性實(shí)施例被考慮，其中桌臺(tái)171和臂173的位置響應(yīng)于在仿真器10的設(shè)置過程中所進(jìn)行的選擇來自動(dòng)調(diào)整。在此實(shí)施例中，經(jīng)由焊接用戶界面130所進(jìn)行的選擇可以被傳送到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110。由支持架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，用于在不物理移動(dòng)臂173或桌臺(tái)171的情況下對(duì)焊接試樣175進(jìn)行定位。在一個(gè)實(shí)施例中，這些致動(dòng)器和反饋傳感器可以包括電氣驅(qū)動(dòng)的伺服電動(dòng)機(jī)。然而，任何機(jī)車裝置可以如根據(jù)合理的工程判斷而被選擇的那樣用于自動(dòng)調(diào)整支持架170的位置。以此方式，設(shè)置焊接試樣175的過程是自動(dòng)的，并且不需要最終用戶12的手動(dòng)調(diào)整。
[0089]本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例包括與焊接試樣175結(jié)合使用的智能裝置的使用，在此被稱為“智能”試樣175。在此實(shí)施例中，焊接試樣175包括一個(gè)裝置，該裝置具有關(guān)于可以由支持架170感測(cè)的特定焊接試樣175的信息。具體地，臂173可以包括檢測(cè)器，這些檢測(cè)器讀取存儲(chǔ)在位于焊接試樣175上的裝置上或之內(nèi)的數(shù)據(jù)。實(shí)例可以包括編碼在傳感器(例如，微電子裝置)上的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)的使用，該數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)在被帶入檢測(cè)器近側(cè)時(shí)可以被無線讀取。其他實(shí)例可以包括類似條形碼的無源裝置的使用。將關(guān)于焊接試樣175的信息智能傳送到基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110的又一種方式可以根據(jù)合理的工程判斷而被選擇。
[0090]存儲(chǔ)在焊接試樣175上的數(shù)據(jù)可以向仿真器10自動(dòng)指示已經(jīng)插入在支持架170中的焊接試樣175的類型。例如，2英寸管道試樣可以包括與其直徑相關(guān)的信息?？商娲?，第一板試樣可以包括信息，該信息指示包括在該試樣上的焊縫的類型(例如，溝槽焊接焊縫或?qū)雍附雍缚p)、以及其物理大小。以此方式，關(guān)于焊接試樣175的信息可以用于使仿真器10的設(shè)置的與選擇和安裝焊接試樣175相關(guān)的部分自動(dòng)化。
[0091]校準(zhǔn)功能性1208(見圖19)提供使現(xiàn)實(shí)世界空間(3D參考系)中的物理部件與虛擬焊接環(huán)境15中的視覺部件匹配的能力。通過將焊接試樣175安裝到支持架170的臂173上，并且利用可操作地連接到支持架170上的校準(zhǔn)筆(stylus)在預(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)處接觸焊接試樣175，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)定點(diǎn)179處的磁場(chǎng)強(qiáng)度，向基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110提供位置信息，并且基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110使用該位置信息來執(zhí)行校準(zhǔn)(即從現(xiàn)實(shí)世界空間到虛擬現(xiàn)實(shí)空間的轉(zhuǎn)化)。
[0092]相同類型的焊接試樣175的任何部分因此在非常嚴(yán)格的公差之內(nèi)以相同的可重復(fù)方式配合到支持架170的臂173中。因此，一旦特定類型的焊接試樣175被校準(zhǔn)，類似試樣的重復(fù)校準(zhǔn)不是必須的，即特定類型的焊接試樣175的校準(zhǔn)是一次性事件。換句話說，相同類型的焊接試樣175是可互換的。校準(zhǔn)確保用戶在焊接工藝期間所感知的物理反饋匹配在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中向該用戶顯示的內(nèi)容，從而使得仿真看上去更加現(xiàn)實(shí)。例如，如果用戶圍繞實(shí)際焊接試樣175的拐角滑動(dòng)模擬焊接工具160的末端，用戶將在顯示裝置200上看到該末端圍繞虛擬焊接試樣的拐角滑動(dòng)，就像該用戶感覺到該末端圍繞實(shí)際拐角滑動(dòng)那樣。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，模擬焊接工具160也可以被放置在預(yù)先定位的架子(jig)上并且基于已知架子位置以類似方式來校準(zhǔn)。
[0093]根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，焊接試樣175是“智能”試樣，該“智能”試樣包括允許仿真器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。這些傳感器可以在預(yù)先限定的校準(zhǔn)點(diǎn)的精確位置處安裝在焊接試樣175上。然而，可以選擇將校準(zhǔn)數(shù)據(jù)傳送到仿真器10的任何方式。因此，仿真器10連續(xù)地知道“智能”試樣在現(xiàn)實(shí)世界3D空間中的何處。此外，可以提供許可密鑰以便“解鎖”焊接試樣175。當(dāng)特定焊接構(gòu)件175被購買時(shí)，可以提供許可密鑰，該許可密鑰允許最終用戶12a、12b將該許可密鑰輸入仿真器10，從而解鎖與該特定焊接試樣175相關(guān)聯(lián)的軟件。在一個(gè)替代性實(shí)施例中，特別的非標(biāo)準(zhǔn)焊接試樣可以基于零件的現(xiàn)實(shí)世界CAD圖來制造或另外提供。
[0094]現(xiàn)參考圖2、圖4和圖10，如以上所提及的，仿真器10包括一個(gè)基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110，該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)可以包括可編程電子電路200，用于執(zhí)行用于生成交互式虛擬焊接環(huán)境15的編碼指令?？删幊屉娮与娐?00可以包括一個(gè)或多個(gè)邏輯處理器203或基于邏輯處理器的子系統(tǒng)203，其可以由一個(gè)或多個(gè)微處理器204組成。在一個(gè)特定實(shí)施例中，可編程電子電路200可以由以下將進(jìn)一步討論的一個(gè)或多個(gè)中央處理單元(CPU)和一個(gè)或多個(gè)圖形處理單元(GPU)組成。可以包括附加電路，例如電子存儲(chǔ)器(即RAM、R0M)、以及其他外部支持電路。應(yīng)當(dāng)指出電子存儲(chǔ)器可以被包括用于CPU和GPU兩者，該CPU和GPU中的每一個(gè)可以是單獨(dú)可編程的，以用于在呈現(xiàn)如在此所描述的虛擬焊接環(huán)境15的方面中使用。此外，可編程電子電路200可以包括和利用數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置300(諸如硬盤驅(qū)動(dòng)器，光存儲(chǔ)裝置、閃存等)?？梢园ㄆ渌愋偷碾娮与娐罚撾娮与娐反龠M(jìn)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)轉(zhuǎn)移。這可以包括例如從一個(gè)或多個(gè)輸入裝置155(例如，空間追蹤器或傳感器)接收數(shù)據(jù)，或通過一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)來轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)，該一個(gè)或多個(gè)網(wǎng)絡(luò)可以是局域網(wǎng)(LAN)、廣域網(wǎng)(WAN)和/或互聯(lián)網(wǎng)。應(yīng)當(dāng)理解上述裝置和工藝本質(zhì)上是示例性的，并且不應(yīng)當(dāng)理解為限制性的。事實(shí)上，任何形式的可編程電路、支持電路、通信電路和/或數(shù)據(jù)存儲(chǔ)可以合并到本發(fā)明的實(shí)施例中，如根據(jù)合理的工程判斷而選擇的。
[0095]圖17示出了仿真器10的基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110的子系統(tǒng)框圖的示例性實(shí)施例。基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110可以包括一個(gè)中央處理單元(CPU)Ill和兩個(gè)圖形處理單元(GPU)115。兩個(gè)GPU 115可以被編程以便提供具有實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性、以及熱吸收和耗散特征的熔池的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。
[0096]參考圖18，示出了圖形處理單元(GPU)115的框圖。每個(gè)GPU115支持?jǐn)?shù)據(jù)并行算法的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，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)可以被路由到戴于面部的顯示裝置140，呈現(xiàn)焊工的視野，并且第三視頻輸出例如可以被路由到觀察者顯示裝置150，呈現(xiàn)焊工的視野或者某個(gè)其他視野。剩余的第四視頻輸出可以例如被路由到投影儀，或用于適用于仿真虛擬焊接環(huán)境15的任何其他目的。兩個(gè)GPU 115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)虛擬焊接環(huán)境15 APU115包括統(tǒng)一個(gè)計(jì)算統(tǒng)一裝置架構(gòu)(CUDA) 116和著色器117。⑶DA116是軟件開發(fā)商通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編程語言可使用的GPU 115的計(jì)算引擎。⑶DA 116包括并行核心并且被用于運(yùn)行在此所描述的熔池仿真的物理模型。CPU 111向GPU 115上的CUDA 116提供實(shí)時(shí)焊接輸入數(shù)據(jù)。在一個(gè)特定實(shí)施例中，著色器117負(fù)責(zé)繪制并應(yīng)用全部的仿真畫面。焊道和熔池畫面由在此稍后描述的焊元移置圖的狀態(tài)來驅(qū)動(dòng)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，物理模型以大約每秒30次的速率運(yùn)行和更新。
[0097]圖19示出了仿真器10的功能框圖的示例性實(shí)施例。仿真器10的不同功能方框可以在很大程度上是經(jīng)由在基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110上運(yùn)行的軟件指令和模塊實(shí)現(xiàn)。仿真器10的不同功能方框包括物理界面1201、焊炬和夾具模型1202、環(huán)境模型1203、聲音內(nèi)容功能性1204、焊接聲音1205、支持架/桌臺(tái)模型1206、內(nèi)部架構(gòu)功能性1207、校準(zhǔn)功能性1208、試樣模型1210、焊接物理1211、內(nèi)部物理調(diào)整工具(微調(diào)器(tweaker))1212、圖形用戶界面功能性1213、繪圖功能性1214、學(xué)員報(bào)告功能性1215、呈現(xiàn)器1216、焊道呈現(xiàn)1217、3D紋理1218、視覺提示功能性1219、評(píng)分和公差功能性1220、公差編輯器1221、以及特殊效果1222。
[0098]內(nèi)部架構(gòu)功能1207提供仿真器10的處理的更高等級(jí)的軟件邏輯，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)施例，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)。
[0099]在仿真的焊接場(chǎng)景期間，繪圖功能性1214收集用戶表現(xiàn)參數(shù)并將這些用戶表現(xiàn)參數(shù)提供到圖形用戶界面功能性1213，用于以圖形格式進(jìn)行顯示(例如，在觀察者顯示裝置150上)。來自空間追蹤器120的追蹤信息饋入繪圖功能性1214。繪圖功能性1214包括簡單分析模塊(SAM)和抖動(dòng)(whip)/擺動(dòng)(weave)分析模塊(WffAM)。SAM通過比較焊接參數(shù)和存儲(chǔ)在焊道表格中的數(shù)據(jù)分析用戶焊接參數(shù)，這些用戶焊接參數(shù)包括焊接行進(jìn)角度、行進(jìn)速度、焊接角度、位置、以及末端到工件的間隙。WWAM分析用戶抖動(dòng)參數(shù)，包括幣狀體間隔、抖動(dòng)時(shí)間、以及熔池時(shí)間。WW AM還分析用戶擺動(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Wff AM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。在一個(gè)實(shí)施例中，SAM、WWAM和/或某個(gè)其他模塊用于追蹤、繪圖、或另外負(fù)責(zé)搭接操作，如在此所描述的。針對(duì)由SAM和WWAM和/或其他相關(guān)模塊所分析的每個(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)定點(diǎn)來限定，并且評(píng)分和公差功能性1220被執(zhí)行。
[0100]公差編輯器I22 I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)由繪圖功能性1214處理并經(jīng)由圖形用戶界面功能性1213以圖形格式呈現(xiàn)。這樣的焊接不連貫包括圓角尺寸、不佳的焊道布置、不恰當(dāng)?shù)拇罱印既氲暮傅?、過于外凸、咬邊、多孔、未焊透、夾渣、以及過度飛濺。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，不連貫的等級(jí)或量取決于特定用戶參數(shù)偏離最佳或理想的設(shè)定點(diǎn)的程度。
[0101]不同的參數(shù)限制可以針對(duì)不同類型的用戶(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)用戶接近針對(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。來自評(píng)分和公差功能性1220和來自繪圖功能性1214的信息可以被學(xué)員報(bào)告功能性1215使用，以便為指導(dǎo)員和/或?qū)W員創(chuàng)建表現(xiàn)報(bào)告。
[0102]視覺提示功能性1219通過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符，向用戶提供立即的反饋。針對(duì)焊接參數(shù)151中的每一個(gè)提供視覺提示，這些焊接參數(shù)包括位置、末端到工件的間隙、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用戶的焊接技術(shù)的某些方面應(yīng)當(dāng)被調(diào)整，則在視覺上指示該用戶。例如，還可以針對(duì)抖動(dòng)/擺動(dòng)技術(shù)、焊道“幣狀體(dime)”間隔、以及適當(dāng)?shù)拇罱蛹夹g(shù)提供視覺提不。
[0103]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的熔池或焊池的仿真，其中所仿真的熔池具有實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和熱耗散特征。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，位于熔池仿真的中心的是可以在GPU 115上執(zhí)行的焊接物理功能性1211(又稱物理模型)。焊接物理功能性采用雙移置層技術(shù)來準(zhǔn)確地建模動(dòng)態(tài)流動(dòng)性/粘滯性(viscosity)、凝固性、熱梯度(吸熱與耗散)、熔池痕跡(wake)、以及焊道形狀，并且在此參考圖21A-21B更詳細(xì)地描述。
[0104]焊接物理功能性1211與焊道呈現(xiàn)功能性1217連通，以便呈現(xiàn)焊道從加熱熔融狀態(tài)到冷卻固化狀態(tài)的全部狀態(tài)。焊道呈現(xiàn)功能性1217使用來自焊接物理功能性1211的信息(例如，熱、流動(dòng)性、移置、幣狀體間隔)，以便準(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紋理功能性1218將紋理圖(texture maps)提供到焊道呈現(xiàn)功能性1217，來使附加的紋理(例如焦痕(scorching)、恪渣、顆粒(grain))覆蓋到仿真焊道上。呈現(xiàn)器功能性1216用于使用來自特殊效果模塊1222的信息呈現(xiàn)不同非熔池的具體特征，包括火星(sparks)、飛濺、煙塵、電弧光、煙、以及特定不連貫(例如像咬邊和多孔性)。
[0105]內(nèi)部物理調(diào)整工具1212是允許針對(duì)不同焊接工藝限定、更新和修改不同焊接物理參數(shù)的微調(diào)(tweaking)裝置。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，內(nèi)部物理調(diào)整工具1212在CPU 111上運(yùn)行，并且調(diào)整的或更新的參數(shù)被下載到多個(gè)GPU 115中。可以經(jīng)由內(nèi)部物理調(diào)整工具1212調(diào)整的參數(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)仿真的不同全局參數(shù)、以及其他不同參數(shù)。
[0106]圖20為使用虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練仿真器10的訓(xùn)練方法1300的實(shí)施例的流程圖。在步驟1310中，根據(jù)焊接技術(shù)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，觀看虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的顯示器，在仿真的模擬焊接工具通過在從所述仿真的模擬焊接工具射出的仿真電弧附近形成仿真熔池，來將仿真的焊道材料堆積到仿真的焊接試樣的至少一個(gè)仿真表面上時(shí)，該顯示器示出模擬焊接工具和焊接試樣在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。在步驟1340中，在顯示器上觀看仿真的熔池的實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和散熱特征。在步驟1350中，響應(yīng)于觀看仿真的熔池的實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和散熱特征而實(shí)時(shí)地修改焊接技術(shù)的至少一個(gè)方面。在一個(gè)實(shí)施例中，焊接技術(shù)包括搭接操作，如在此所描述的。
[0107]方法1300示出用戶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，仿真熔池的不同特征(包括實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性(例如，粘滯性)和熱耗散)而改變其焊接技術(shù)。用戶還可以觀看并響應(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)于熔池的特征是許多焊接操作在現(xiàn)實(shí)世界中實(shí)際上如何被執(zhí)行。焊接物理功能性1211的雙移置層建模在多個(gè)GPU 115上運(yùn)行，允許這樣的實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性和熱耗散特征被準(zhǔn)確地建模并向用戶展示。例如，熱耗散確定固化時(shí)間(即焊元需要多少時(shí)間徹底地固化)。
[0108]此外，用戶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。在這樣的第二焊道場(chǎng)景中，在仿真的模擬焊接工具通過在從仿真的模擬焊接工具射出的仿真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合并的第二仿真的焊道材料時(shí)，該仿真示出虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的仿真的模擬焊接工具、焊接試樣、以及原始的仿真焊道材料?？赡芤灶愃频姆绞叫纬墒褂孟嗤虿煌暮附庸ぞ呋蚬に嚨母郊拥暮罄m(xù)焊道。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施例，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合并(作為一種搭接形式)。這樣的后續(xù)焊道可能例如被執(zhí)行來修復(fù)由先前的焊道形成的焊道，或者可以包括熱焊道和在管道焊接中完成焊根部焊道后的一個(gè)或多個(gè)間隙閉合焊道。根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例，基座和焊道材料可以被仿真以便包括軟鋼、不銹鋼和鋁。
[0109]如以上指出的，多個(gè)焊道的合并被稱為“搭接”。第二焊道或隨后焊道可以被執(zhí)行成平行于并且至少部分地位于第一焊道或先前焊道上。搭接的另一種類型是當(dāng)焊道在橫過完整的焊接路徑之前中斷或另外停止時(shí)。然而，用戶在焊接路徑上開始新的焊道，其中該新焊道與預(yù)先存在的焊道重疊或另外對(duì)接。由此，適當(dāng)?shù)拇罱影ㄕ_地將兩個(gè)或更多個(gè)焊道合并，從而組成沿焊接路徑的焊接。
[0110]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在實(shí)時(shí)虛擬環(huán)境中仿真與不銹鋼材料的焊接。仿真基金屬外觀以便提供不銹鋼焊接的現(xiàn)實(shí)表示。提供視覺效應(yīng)的仿真以便改變光的視覺光譜來適應(yīng)電弧著色。也基于適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x、點(diǎn)火和速度來仿真現(xiàn)實(shí)聲音?；跓嵊绊憛^(qū)和焊炬移動(dòng)來仿真電弧熔池外觀和沉積外觀。提供氧化鋁膜或氮化鋁膜的浮渣或破碎顆粒的仿真，其可以在整個(gè)焊道上散射。與加熱和冷卻影響區(qū)相關(guān)的計(jì)算被定制用于不銹鋼焊接。提供與飛濺相關(guān)的不連貫操作，以便更接近和準(zhǔn)確地仿真不銹鋼GMAW焊接的外觀。
[0111]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在實(shí)時(shí)虛擬環(huán)境中仿真與鋁材料的焊接。仿真焊道痕跡以便接近地將鋁焊接的外觀與現(xiàn)實(shí)世界中所見的外觀匹配。仿真基金屬外觀以便表示鋁焊接的現(xiàn)實(shí)表示。提供視覺效應(yīng)的仿真以便改變光的視覺光譜來適應(yīng)電弧著色。提供照明的計(jì)算以便創(chuàng)建反射性。與加熱和冷卻影響區(qū)相關(guān)的計(jì)算被定制用于鋁焊接。提供氧化的仿真以便創(chuàng)建現(xiàn)實(shí)的“清潔行為”。也基于適當(dāng)?shù)墓ぷ骶嚯x、點(diǎn)火和速度來仿真現(xiàn)實(shí)聲音?；跓嵊绊憛^(qū)和焊炬移動(dòng)來仿真電弧熔池外觀和沉積外觀。在GMAW焊炬中仿真鋁焊絲的外觀以便提供現(xiàn)實(shí)和適當(dāng)?shù)耐庥^。
[0112]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在實(shí)時(shí)虛擬環(huán)境中仿真GTAW焊接。提供GTAW焊接的操作參數(shù)的仿真，這些操作參數(shù)包括但不限于流率、脈沖頻率、脈沖寬度、電弧電壓控制、AC平衡、以及輸出頻率控制。也仿真熔池“飛派”或浸沒技術(shù)以及焊接消費(fèi)品的熔化掉的視覺表示。此外，視覺上和聽覺上呈現(xiàn)在熔池中的氣焊操作(無填隙金屬)以及具有填隙金屬的GTAW焊接操作的表示?？梢苑抡娓郊犹钕督饘僮冃偷膶?shí)現(xiàn)，包括但不限于碳鋼、不銹鋼、鋁和鉻鉬合金?？梢蕴峁┩獠磕_踏板的可選擇的實(shí)現(xiàn)方式用于在焊接過程中的操作。
用于建模的引擎
[0113]圖21A-21B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的焊接元素(焊元)移置圖1420的概念。圖21A示出了具有平坦頂表面1410的平坦焊接試樣1400的側(cè)視圖。焊接試樣1400例如作為塑料部分存在于現(xiàn)實(shí)世界中，并且作為仿真焊接試樣存在于虛擬現(xiàn)實(shí)空間中。圖21B示出仿真焊接試樣1400的破碎成的焊接元素(被稱為“焊元”)網(wǎng)格或陣列的頂表面1410的形成焊元圖1420的表示。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。焊元圖限定表現(xiàn)分辨率?？筛淖兊耐ǖ绤?shù)值被分配到每個(gè)焊元，從而允許每個(gè)焊元值在仿真的焊接工藝過程中實(shí)時(shí)在虛擬現(xiàn)實(shí)焊縫空間中動(dòng)態(tài)改變?？筛淖兊耐ǖ绤?shù)值對(duì)應(yīng)于通道熔池(熔融金屬流動(dòng)性/黏性移置)、熱量(熱吸收/耗散)、移置(固體移置)、以及額外的(不同額外狀態(tài)，例如，熔渣、顆粒、燒焦、原生金屬)。這些可改變的通道在此被稱為PHED(分別用于熔池、熱量、額外的、以及移置)。
[0114]圖22示出了在圖1和圖2的仿真器10中仿真的圖21A的平焊試樣1400的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施例。點(diǎn)O、X、Y和Z限定本地3D試樣空間。大體上，每個(gè)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21B的焊元圖1420是映射到虛擬現(xiàn)實(shí)中的焊縫空間的值的二維陣列。如圖22所示，用戶將從點(diǎn)B焊接到點(diǎn)E。在圖22中，在3D焊接件空間和2D焊縫空間兩者中示出從點(diǎn)B至點(diǎn)E的軌跡線。
[0115]每種類型的焊接件限定焊元圖中的每個(gè)位置的移置方向。針對(duì)圖22的平焊試樣，移置方向在焊元圖中的所有位置處是相同的(即在Z方向上)。焊元圖的紋理坐標(biāo)在3D試樣空間和2D焊縫空間兩者中被示出為S、T(有時(shí)被稱為U、V)以便說明映射。焊元圖被映射到并且表示焊接試樣1400的矩形表面1410。
[0116]圖23示出了在仿真器10中仿真的拐角焊試樣1600的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施例。如圖23所示，拐角焊接試樣1600具有在3D試樣空間中的被映射到2D焊縫空間中的兩個(gè)表面1610和1620。同樣，點(diǎn)0、Χ、Υ和Z限定本地3D試樣空間。焊元圖的紋理坐標(biāo)在3D試樣空間和2D焊縫空間兩者中被示出為S、T，以便說明映射。如圖23所示，用戶將從點(diǎn)B焊接到點(diǎn)E。在圖23中，在3D焊接件空間和2D焊縫空間兩者中示出從點(diǎn)B至點(diǎn)E的軌跡線。然而，移置方向朝向如3D試樣空間所示的線X ’ -O ’，朝向相反拐角。
[0117]圖24示出了在仿真器10中仿真的管道焊試樣1700的試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施例。管道焊接試樣1700具有在3D試樣空間中的被映射到2D焊縫空間中的彎曲表面1710。點(diǎn)0、Χ、Υ和Z再一次限定本地3D試樣空間。焊元圖的紋理坐標(biāo)在3D試樣空間和2D焊縫空間兩者中被示出為S、T，以便說明映射。如圖24所示，最終用戶12將沿彎曲軌跡從點(diǎn)B焊接至IJ點(diǎn)E。在3D焊接件空間和2D焊縫空間中分別示出從點(diǎn)B至點(diǎn)E的軌跡曲線。移置方向遠(yuǎn)離線Y-O(即遠(yuǎn)離管道中心)。圖25示出了圖24的管道焊接試樣1700的示例性實(shí)施例。管道焊接試樣1700由非鐵的、不導(dǎo)電的塑料制成，并且仿真到一起以便形成根部接縫1703的兩個(gè)管道件1701和1702。用于附接到支持架170的臂173上的附接件1704也被示出。
[0118]以紋理圖可以被映射到幾何形狀的矩形表面區(qū)域的類似方式，可焊接的焊元圖可以被映射到焊接試樣的矩形表面?？珊附訄D的每個(gè)元素在圖片的每個(gè)元素被稱為像元(圖片元素的縮并)的相同意義上被稱為焊元。一個(gè)像元包含限定顏色(例如，紅色、綠色、藍(lán)色)的信息通道。一個(gè)焊元包含限定虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的可焊接表面的信息通道(例如，P、H、E、D)0
[0119]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，焊元的格式被匯總成包含四個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的通道PHED(熔池、熱量、額外、移置)。該額外通道被視為一組數(shù)位，該組數(shù)位存儲(chǔ)關(guān)于焊元的邏輯信息，例如像在焊元位置處是否存在任何熔渣。該熔池通道存儲(chǔ)在焊元位置處的任何液化金屬的移置值。該移置通道存儲(chǔ)在焊元位置處的固化金屬的移置值。該熱量通道存儲(chǔ)給定在焊元位置處的熱量量值的值。以此方式，試樣的可焊接部分可示出由于焊道的移置、由于液體金屬的閃爍表面“熔池”、由于熱量的顏色等。所有這些效果通過應(yīng)用到可焊接表面上的頂點(diǎn)著色器和像元著色器實(shí)現(xiàn)。
[0120]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在顆?？梢员舜私换ゲ⑶遗c移置圖碰撞的地方使用移置圖和顆粒系統(tǒng)。這些顆粒是虛擬動(dòng)態(tài)流體顆粒，并且提供熔池的液體行為，但不直接呈現(xiàn)(即不是直接視覺可見的)。相反，僅移置圖上的顆粒效果是視覺可見的。對(duì)焊元的熱量輸入影響附近顆粒的移動(dòng)。在仿真熔池中涉及兩種類型的移置，其包括熔池和移置。熔池移置是“暫時(shí)的”并且僅在只要存在顆粒和熱量時(shí)持續(xù)。移置是“永久的”。熔池移置是焊接的液體金屬，其快速改變(例如，閃爍)并且可被認(rèn)為是移置的“頂部上”。這些顆粒覆蓋虛擬表面移置圖的一部分(即，焊元圖)。該移置表示包括已經(jīng)固化的初始基金屬和焊道兩者的永久固體金屬。
[0121]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的仿真的焊接工藝工作方式如下。來自發(fā)射器(仿真的模擬焊接工具160的發(fā)射器)的顆粒流處于薄錐。這些顆粒與仿真焊接試樣的表面進(jìn)行第一接觸，其中該表面由焊元圖限定。這些顆粒彼此交互以及與焊元圖交互，并且實(shí)時(shí)增長。添加的熱量越多，焊元離發(fā)射器越近。取決于與電弧點(diǎn)的距離和從該電弧輸入熱量的時(shí)間量來對(duì)熱量進(jìn)行建模。特定圖形部分(例如，顏色)由熱量驅(qū)動(dòng)。恪池在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中繪制或呈現(xiàn)，用于具有足夠熱量的焊元。在其為熱的任何地方，焊元圖液化，從而導(dǎo)致熔池移置針對(duì)那些焊元位置“升高”。通過對(duì)每個(gè)焊元位置處的“最高”顆粒進(jìn)行采樣來確定熔池移置。隨著發(fā)射器沿焊接軌跡繼續(xù)移動(dòng)，留下的焊元位置冷卻。以特定速率將熱量從焊元位置移除。當(dāng)?shù)竭_(dá)冷卻閾值時(shí)，焊元圖固化。這樣，熔池移置逐漸轉(zhuǎn)化到移置(即固化焊道)。所添加的移置相當(dāng)于所移除的熔池，這樣使得總高度不改變。顆粒壽命被微調(diào)或調(diào)整以便持續(xù)直到固化完成。在仿真器10中模制的某些顆粒特性包括吸引/排斥、速率(與熱量相關(guān))、減震(與熱耗散相關(guān))、以及方向(與重力相關(guān))。
[0122]圖26A-26C示出了仿真器10的雙移置(移置和顆粒)熔池模型的概念的示例性實(shí)施例。在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中仿真具有至少一個(gè)表面的焊接試樣。焊接試樣的表面在虛擬現(xiàn)實(shí)空間被仿真成包括固體移置層和熔池移置層的雙移置層。熔池移置層能夠修改固體移置層。
[0123]如在此所描述的，“熔池”被焊元圖中的一個(gè)區(qū)域限定，在該區(qū)域中熔池至已經(jīng)通過顆粒的存在升高。在圖26A-26C中表示采樣過程。示出焊元圖的具有七個(gè)鄰近焊元的一個(gè)區(qū)段。電流移置由給定高度(即每個(gè)焊元的給定移置)無陰影的矩形柱1910表示。在圖26A中，顆粒1920被示出為與電流移置水平撞擊的圓形無陰影點(diǎn)并且被堆積。在圖26B中，在每個(gè)焊元位置處對(duì)“最高”顆粒高度1930進(jìn)行采樣。在圖26C中，陰影矩形1940示出在移置頂部上由于顆粒已經(jīng)添加多少熔池。由于基于熱量以特定的液化速率添加熔池，熔池高度初始未設(shè)置到采樣值。盡管未在圖26A-26C中示出，有可能將固化過程可視化為熔池(陰影矩形)逐漸收縮，并且移置(無陰影矩形)從下面逐漸增長到恰好代替熔池。以此方式，準(zhǔn)確地仿真實(shí)時(shí)熔融金屬流動(dòng)性特征。在用戶實(shí)踐特定焊接工藝時(shí)，該用戶能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中實(shí)時(shí)觀察熔融金屬流動(dòng)性特征和熱耗散特征，并且使用此信息來調(diào)整或維持其焊接技法。
[0124]表示焊接試樣表面的焊元數(shù)目是固定的。此外，如在此描述的，由對(duì)模型流動(dòng)性的仿真產(chǎn)生的熔池顆粒是暫時(shí)的。因此，一旦在仿真的焊接工藝過程中使用仿真器10在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中產(chǎn)生初始熔池，焊元加熔池顆粒的數(shù)目傾向于保持相對(duì)恒定。這是因?yàn)樗幚淼暮冈臄?shù)目是固定的，并且在焊接工藝過程中存在和被處理的熔池顆粒的數(shù)目以類似速率被創(chuàng)建和“破壞”(即焊元顆粒是暫時(shí)的)。因此，基于邏輯處理器的子系統(tǒng)110的處理負(fù)載在仿真焊接會(huì)話過程中維持相對(duì)恒定。
[0125]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替代性實(shí)施例，熔池顆?？赡茉诤附釉嚇颖砻鎯?nèi)或下面產(chǎn)生。在此類實(shí)施例中，可相對(duì)于原生(即未焊接)試樣將移置建模成正的或負(fù)的。以此方式，熔池顆?？赡懿粌H在焊接試樣的表面上增長，但也可能滲透該焊接試樣。然而，焊元的數(shù)目仍然是固定的，并且所創(chuàng)建和破壞的熔池顆粒是仍然是相對(duì)恒定的。
[0126]根據(jù)本發(fā)明的替代性實(shí)施例，代替對(duì)顆粒進(jìn)行建模，可以提供具有更多通道的焊元移置圖以便對(duì)熔池的流動(dòng)性進(jìn)行建模?；虼鎸?duì)顆粒進(jìn)行建模，可以對(duì)密集型體元圖進(jìn)行建模?；虼婧冈獔D，可以僅對(duì)被采樣以及從不離開的顆粒進(jìn)行建模。然而，此類替代性實(shí)施例可能不為系統(tǒng)提供相對(duì)恒定的處理負(fù)載。
[0127]此外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，通過取走材料來仿真燒穿或栓孔。例如，如果用戶在相同維持保持電弧持續(xù)過久，在現(xiàn)實(shí)世界中，該材料將燒掉從而導(dǎo)致一個(gè)孔。在仿真器10中通過焊元抽選技術(shù)來仿真此類現(xiàn)實(shí)世界燒穿。如果焊元所吸收的熱量被仿真器10確定是過高的，焊元可以被標(biāo)記或指定成燒掉并且這樣呈現(xiàn)(例如，呈現(xiàn)為一個(gè)孔)。隨后，然而，焊元重新構(gòu)造可能針對(duì)特定焊接工藝(例如，管道焊接)發(fā)生，其中材料在初始燒掉之后被添加回。大體上，仿真器10仿真焊元抽選(取走材料)和焊元重新構(gòu)造(將材料添加回)。
[0128]此外，在根部焊道焊接中移除材料在仿真器10中被適當(dāng)仿真。例如，在現(xiàn)實(shí)世界中，根部焊道的研磨可能在隨后的焊道之前執(zhí)行。類似地，仿真器10可以仿真將材料從虛擬焊接接縫移除的研磨焊道。應(yīng)當(dāng)理解所移除的材料在焊元圖上被建模成負(fù)移置。也就是說，研磨焊道移除被仿真器10建模的材料，從而導(dǎo)致改變的焊道輪廓。研磨焊道的仿真可以是自動(dòng)的，這也就是說仿真器10移除一個(gè)預(yù)先確定厚度的材料，該材料可能是對(duì)應(yīng)于根部焊道焊道的表面。在一個(gè)替代性實(shí)施例中，可以仿真實(shí)際的研磨工具或研磨器，其通過激活模擬焊接工具160或另一個(gè)輸入裝置來打開和關(guān)閉。應(yīng)當(dāng)指出研磨工具可以被仿真以便類似現(xiàn)實(shí)世界研磨器。在此實(shí)施例中，用戶沿根部焊道操縱研磨工具以便響應(yīng)于其移動(dòng)來移除材料。應(yīng)當(dāng)理解用戶可以被允許移除過多的材料。以類似于以上所述的方法，如果用戶“研磨掉”太多材料，可導(dǎo)致孔或栓孔或其他缺陷(以上所描述的)。另外，硬限制或停止可以被實(shí)現(xiàn)，即被編程來阻止用戶移除太多材料，或指示何時(shí)過多材料被移除。
[0129]除在此描述的非可視的“熔池”顆粒之外，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，仿真器10還使用三種其他類型的可視的顆粒來表示電弧、火焰和火花效應(yīng)。這些類型的顆粒不與任何類型的其他顆粒交互，但僅與移置圖交互。盡管這些顆粒不與仿真焊接表面碰撞，它們不彼此交互。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，僅熔池顆粒彼此交互?；鸹w粒的物理被設(shè)置，這樣使得火花顆粒到處跳動(dòng)并且在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中被呈現(xiàn)為發(fā)光點(diǎn)。
[0130]電弧顆粒的物理被設(shè)置，這樣使得電弧顆粒撞擊仿真試樣或焊道的表面并且停留一段時(shí)間。電弧顆粒在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中被呈現(xiàn)為較大的暗淡青白色點(diǎn)。形成任何種類的虛擬圖像需要許多此類點(diǎn)疊加。最終結(jié)果是具有藍(lán)色邊緣的白色發(fā)光光輪。
[0131 ]火焰顆粒的物理被建模以便緩慢地向上升高?；鹧骖w粒被呈現(xiàn)為中等尺寸的暗淡紅黃點(diǎn)。形成任何種類的虛擬圖像需要許多此類點(diǎn)疊加。最終結(jié)果是向上升高并且向外減弱的具有紅色邊緣的橙紅色火焰的斑點(diǎn)。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施例，其他類型的非熔池顆?？梢栽诜抡嫫?0中實(shí)現(xiàn)。例如，煙霧顆?？赡芤灶愃朴诨鹧骖w粒的方式來建模和仿真。
[0132]在仿真可視化中的最終步驟由GPU115的著色器117所提供的頂點(diǎn)著色器和像元著色器處理。頂點(diǎn)著色器和像元著色器應(yīng)用熔池和移植，以及由于熱改變的表面顏色和反射性。如本文前面論述的PHED額外(E)通道焊元格式包含每焊元所使用的所有額外信息。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，額外信息包括非原生位(真實(shí)=焊道、虛假=原生鋼)、熔渣位、咬邊值(在此焊元處的咬邊量，其中零等于無咬邊)、多孔值(在此焊元處的多孔量，其中零等于無多孔)、以及對(duì)焊道固化的時(shí)間進(jìn)行編碼的焊道痕跡值。存在與不同試樣圖形部分(包括原生鋼、熔渣、焊道和多孔)相關(guān)聯(lián)的一組圖像映射。這些圖像映射用于沖擊映射和紋理映射兩者。通過在此描述的不同標(biāo)記和值來控制這些圖像映射的混合量。
[0133]使用ID圖像映射和每個(gè)焊道痕跡值來實(shí)現(xiàn)焊道痕跡效應(yīng)，該每個(gè)焊道痕跡值對(duì)少量給定焊道固化的時(shí)間進(jìn)行編碼。一旦熱熔池焊元位置不再是足以被稱為“熔池”那樣熱，在該位置處節(jié)約時(shí)間并且被稱為“焊道痕跡”。最終結(jié)果是著色器代碼能夠使用ID紋理圖來繪制“波紋”，這些波紋給予焊道描述將該焊道放下的方向的其獨(dú)特外觀。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替代性實(shí)施例，仿真器10能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中仿真并且顯示在仿真熔池沿焊接軌跡移動(dòng)時(shí)，具有由仿真熔池的實(shí)時(shí)流動(dòng)性-至-固化轉(zhuǎn)化所導(dǎo)致的實(shí)時(shí)焊道痕跡特征的焊道。
[0134]根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)替代性實(shí)施例，仿真器10能夠教導(dǎo)用戶如何對(duì)焊機(jī)進(jìn)行故障檢測(cè)。例如，系統(tǒng)的故障檢測(cè)模式可能訓(xùn)練用戶確保其正確設(shè)置該系統(tǒng)(例如，正確的氣體流動(dòng)速率、正確連接的電源線)。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)替代性實(shí)施例，仿真器10能夠錄制和回放焊接會(huì)話(或焊接會(huì)話的至少一部分，例如，N幀)。追蹤球可以被設(shè)置來通過視頻幀滾動(dòng)，從而允許用戶或指導(dǎo)員批判焊接會(huì)話?；胤乓部赡芤钥蛇x擇的速度來設(shè)置(例如，全速度、二分之一速度、四分之一速度)。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，可以提供分屏回放，從而允許例如在觀察者顯示裝置150上并排觀看兩個(gè)焊接會(huì)話。例如，為比較目的，可以在“不好的”焊接會(huì)話附近觀看“良好的”焊接會(huì)話。
[0135]自動(dòng)化焊接也是本發(fā)明的一個(gè)方面。自動(dòng)化焊接的一個(gè)例示性實(shí)例是軌道焊接，該軌道焊接通常用于接合不同類型材料的導(dǎo)管或管道。例如，可以使用TIG(GTAW)焊炬來圍繞在有待通過自動(dòng)化機(jī)械系統(tǒng)焊接在一起的這些管道進(jìn)行軌道運(yùn)動(dòng)。圖27示出了如在軌道焊接環(huán)境中使用的軌道焊接系統(tǒng)的示例性實(shí)施例。一個(gè)軌道焊接系統(tǒng)包括圍繞這些管道或?qū)Ч苄羞M(jìn)的焊接牽引器、焊接電源和控制器、以及提供操作員控制的掛件。圖28示出圖27的如可操作地連接到兩個(gè)待焊接管道上的軌道焊接系統(tǒng)的焊接牽引器2010。圖29示出了圖27的軌道焊接系統(tǒng)的電源和控制器2020，并且圖30示出了圖27的軌道焊接系統(tǒng)的掛件2030。
[0136]盡管以上討論已經(jīng)聚焦在不同焊接工藝(包括軌道焊接)的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真上，本發(fā)明的實(shí)施例不限于該方面，并且包括與根據(jù)用戶限定的設(shè)置所進(jìn)行的焊接相關(guān)聯(lián)的實(shí)際設(shè)置和表現(xiàn)特征的教導(dǎo)和反饋方面。如以上所討論的，GTAW/GMAW焊接需要訓(xùn)練以便確保操作員理解可用于焊接工藝(例如，軌道焊接工藝)的實(shí)踐的控制。存在以下誤解:由于機(jī)器進(jìn)行焊接，與軌道焊接系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的自動(dòng)化消除對(duì)訓(xùn)練的需要。自動(dòng)化軌道焊接需要訓(xùn)練，以便確保操作員理解焊接以及用于控制TIG焊道的所有獨(dú)特的設(shè)置和實(shí)現(xiàn)技能。這包括誤差校正、較大直徑管道焊接、遠(yuǎn)程攝像機(jī)的利用、以及適當(dāng)?shù)恼`差評(píng)估和校正。
[0137]訓(xùn)練程序提供不一致的或不充分的教導(dǎo)以下的覆蓋:良好的焊接解決方案、不良的焊接解決方案、以及待執(zhí)行、對(duì)其反應(yīng)或校正每個(gè)的機(jī)構(gòu)。針對(duì)此類型的利基市場(chǎng)解決方案，難以找到具有充分背景和/或行業(yè)知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的指導(dǎo)員。只有通過授權(quán)指導(dǎo)員所教導(dǎo)的質(zhì)量訓(xùn)練，焊接設(shè)備的操作員可能獲得滿足現(xiàn)在的焊接環(huán)境中的嚴(yán)格驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)所需的復(fù)雜技能。附加地，在具有長焊縫(其可能包括一個(gè)或多個(gè)搭接)的大周長突出上，維持注意和聚焦的困難表示一個(gè)顯著問題。
[0138]在GTAW過程中，在不消耗的鎢焊條與工件之間維持電弧。焊條支持電弧的熱量，并且工件的金屬融化并形成熔池。工件和焊條的熔融金屬必須被保護(hù)免于大氣中的氧氣，從而典型地采用諸如氬的惰性氣體作為防護(hù)氣體。如果使用填隙金屬的添加，填隙焊絲可以被饋送到熔池，在該熔池中它由于電弧所遞送的能量融化。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，提供一種虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)，該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)合并涉及以下的技術(shù):觀看GTAW/GMAW自動(dòng)化焊接操作、使用掛件(實(shí)際的或虛擬的)或遠(yuǎn)程控制(由于其涉及自動(dòng)化焊接)、基于所選擇的焊接參數(shù)組合來識(shí)別焊接不連貫、以及通過使用用戶屏幕來校正操作員選擇和參數(shù)組合，以便通過與自動(dòng)化焊接相關(guān)的適當(dāng)技術(shù)和視覺元素來理解不同參數(shù)的交互和其對(duì)焊接質(zhì)量的影響。
[0139]通過在虛擬環(huán)境中實(shí)現(xiàn)焊接(例如，軌道GTAW)訓(xùn)練，可以解決多個(gè)問題。例如，在焊接過程中的行業(yè)和經(jīng)歷可以基于開發(fā)公司的知識(shí)，并且因此與可用的最新技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)一致并更新到其，這在虛擬環(huán)境中容易通過軟件升級(jí)來進(jìn)行。指導(dǎo)者變成對(duì)程序的促進(jìn)者，并且不需要是焊接工藝的專家。附加的訓(xùn)練輔助(諸如路徑跟隨提示或視覺覆蓋)改善在虛擬環(huán)境中的訓(xùn)練轉(zhuǎn)移。不需要購買可能變得過時(shí)的焊接設(shè)備。可以在一對(duì)一訓(xùn)練環(huán)境或教室類型的設(shè)置中使用該虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)。
[0140]虛擬框架的使用允許通過一個(gè)訓(xùn)練裝置仿真多個(gè)掛件。在虛擬現(xiàn)實(shí)中實(shí)現(xiàn)焊接(例如，軌道GTAW)工藝匯總，掛件可以被制造成物理裝置或虛擬掛件。通過物理裝置，學(xué)員能夠與控制交互并且得到對(duì)于控制的“感覺”。通過虛擬掛件，其中控制在觸摸屏上是可用的和交互的，用戶可以輕易地選擇用于控制的多種掛件，無論它們是定制的或公司相關(guān)的。虛擬掛件也允許啟用不同類型的控制或水平以用于由學(xué)員使用，取決于基于其行業(yè)水平(鏡像處理領(lǐng)域工作經(jīng)歷)可用的學(xué)習(xí)水平或控制。不同于傳統(tǒng)訓(xùn)練，隨機(jī)故障(例如，焊絲嵌套)可以被實(shí)現(xiàn)，這些隨機(jī)故障給用戶提供更詳細(xì)和完整的經(jīng)歷而不用損害設(shè)備或耗時(shí)的設(shè)置。
[0141]學(xué)習(xí)交互的部分是基于接縫、制備、材料類型等對(duì)適當(dāng)焊接參數(shù)的理解。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，在虛擬現(xiàn)實(shí)中，啟用理論的屏幕可以被啟用以便給用戶提示關(guān)于將做的適當(dāng)選擇的知識(shí)。附加的屏幕或表格可以被啟用以便給用戶提示將輸入什么的知識(shí)，但也可以在選擇了錯(cuò)誤選擇時(shí)被啟用以便高亮顯示選擇了什么以及它為什么是錯(cuò)誤的，其中識(shí)別適當(dāng)?shù)倪x擇。這種類型的智能代理可以確保學(xué)員不會(huì)不正確地執(zhí)行并且通過最終結(jié)果變得挫敗，積極的增強(qiáng)和學(xué)習(xí)是關(guān)健。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例也將允許系統(tǒng)或指導(dǎo)員測(cè)驗(yàn)用戶的知識(shí)，并且使訓(xùn)練課程和測(cè)試適配到單獨(dú)用戶的盲點(diǎn)。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例采用人工智能(Al)和學(xué)習(xí)管理系統(tǒng)(LMS)，以便在需要區(qū)域幫助指導(dǎo)、增強(qiáng)知識(shí)和提供學(xué)習(xí)輔助。
[0142]設(shè)置參數(shù)可以包括但不限于:惰性氣體(例如，氬、氦氣)；電弧點(diǎn)火;焊接電流(例如，脈沖式對(duì)比非脈沖式)；用于避免在焊接端部處的箱環(huán)的下斜坡功能性;焊炬旋轉(zhuǎn)行進(jìn)速度;焊絲饋送特征(例如，脈沖式波形)；焊絲直徑選擇；電弧電壓;焊條與工件之間的距離;焊接振蕩控制;遠(yuǎn)程控制；大體集成的閉環(huán)水冷卻回路的冷卻特征；以及焊接循環(huán)編程(通常具有四個(gè)軸)等。
[0143]焊接的檢查和查看是學(xué)習(xí)過程的另一個(gè)方面。學(xué)員可以觀察焊接和識(shí)別什么是正確的或錯(cuò)誤的，并且基于這些選擇接收評(píng)分來識(shí)別他們是否是對(duì)的，并且進(jìn)一步基于行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)來接收關(guān)于什么是對(duì)的或錯(cuò)的輸入。這可以被增強(qiáng)以便識(shí)別如何校正這些情況。例如，在正確的安培數(shù)和速度(所識(shí)別的)下，焊接基于特定行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)可以是良好的焊接。
[0144]如以上所描述的，可以提供用于在虛擬現(xiàn)實(shí)焊接中的輸入選擇的物理教導(dǎo)掛件或手持控制裝置?？商娲?，可提供用于控制虛擬現(xiàn)實(shí)焊接的輸入選擇的虛擬教導(dǎo)掛件裝置。為學(xué)員學(xué)習(xí)水平或行業(yè)角色相關(guān)的與手持式或視覺裝置的交互可以在裝置上啟用。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，基于用戶限制控制或交互可以被設(shè)置以便提高學(xué)習(xí)目標(biāo)或增強(qiáng)行業(yè)角色交互。
[0145]基于視覺、可聽、或物理改變的教學(xué)交互或反應(yīng)可以被設(shè)置以便確保用戶知道適當(dāng)?shù)脑O(shè)置或誤差恢復(fù)。另外，基于視覺、可聽、或物理改變的教學(xué)交互或反應(yīng)可以被設(shè)置，以便確保用戶基于所進(jìn)行的環(huán)境或焊接具體改變知道所需控制的適當(dāng)改變。虛擬計(jì)算機(jī)或表格可以被啟用，這些虛擬計(jì)算機(jī)或表格允許輸入并且基于所輸入的值提供輸出?；阱e(cuò)誤設(shè)置參數(shù)或選擇的啟用智能代理的結(jié)果可以被設(shè)置以便增強(qiáng)正確的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。此外，可以基于電流、視覺、可聽的、或物理指示符來提供啟用智能代理的用于識(shí)別適當(dāng)控制輸入應(yīng)該是什么的輸入。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，可以與根據(jù)基于模糊邏輯控制器系統(tǒng)創(chuàng)建路徑跟隨系統(tǒng)和路徑確定系統(tǒng)一起，提供基于攝像機(jī)的系統(tǒng)的仿真。例如，多個(gè)呈現(xiàn)可以通過仿真兩個(gè)攝像機(jī)視圖來提供，這樣使得這些攝像機(jī)視圖在仿真過程中可以是移動(dòng)。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，例如當(dāng)從希望路徑偏離時(shí)，報(bào)警基于模糊邏輯報(bào)警可以發(fā)出聲音。仿真TIG熔池的可視化可以經(jīng)由像元尺寸來設(shè)置，這些像元尺寸是足夠小的以便提供TIG熔池的適當(dāng)可視化。仿真TIG熔池的量值的仿真也可以被設(shè)置以用于用戶的更好可視化。
[0146]可以提供針對(duì)用戶的適配到用戶(LMS兼容的)的技能水平、學(xué)習(xí)速度和學(xué)習(xí)風(fēng)格的多個(gè)經(jīng)驗(yàn)水平?；谌斯ぶ悄?Al)的故障感應(yīng)也可以被設(shè)置以便測(cè)試用戶檢測(cè)、校正以及、從問題恢復(fù)的能力?？梢蕴峁┎话踩闆r、機(jī)器設(shè)置、以及材料缺陷的仿真。另外，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例可以提供能夠多語言的系統(tǒng)，從而允協(xié)調(diào)全球市場(chǎng)的訓(xùn)練。本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例可以提供虛擬的仿真環(huán)境，從而允許兩個(gè)或更多個(gè)用戶(多人)諸如在特定軌道焊接場(chǎng)景中創(chuàng)建虛擬焊接。
[0147]總之，本發(fā)明公開一種實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)，該實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)包括基于可編程處理器的子系統(tǒng)、可操作地連接到基于可編程處理器的子系統(tǒng)上的空間追蹤器、能夠由空間追蹤器在空間追蹤的至少一個(gè)模擬焊接工具、以及可操作地連接到基于可編程處理器的子系統(tǒng)上的至少一個(gè)顯示裝置。該系統(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)性和熱耗散特征的熔池。該系統(tǒng)進(jìn)一步能夠在該顯示裝置上實(shí)時(shí)地顯示所仿真的熔池。
[0148]廣義發(fā)明概念還考慮實(shí)施例，其中該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)本質(zhì)上是便攜式的，包括用于運(yùn)輸這種便攜式虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的部件的不同容器或箱子。
[0149]在一個(gè)實(shí)施例中，如圖31所示，一個(gè)箱子3100、容器等是可操作的以便運(yùn)輸一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)部件。箱子3100被設(shè)計(jì)成在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中保護(hù)這些部件。例如，箱子3100可以保護(hù)這些部件免受外部力(例如，下降)影響。箱子3100還可以保護(hù)部件免受天氣(例如，雨)和污染物(例如，灰塵)影響。
[0150]箱子3100包括主體3102和蓋子3104。主體3102和蓋子3104由剛性材料形成以便保護(hù)箱子3100內(nèi)的這些部件。例如，主體3102和蓋子3104可以由金屬或硬塑料制成。
[0151]蓋子3104鉸接或以其他方式連接到主體3102上，這樣使得它可以在關(guān)閉位置(見圖32)與打開位置(見圖31)之間移動(dòng)。在關(guān)閉位置中，蓋子3104可以通過一個(gè)關(guān)閉機(jī)構(gòu)(未示出)緊固到主體3102上。例如，該關(guān)閉機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)閂鎖或類似結(jié)構(gòu)。該關(guān)閉機(jī)構(gòu)還可以包括一個(gè)鎖定機(jī)構(gòu)以便阻止未授權(quán)觸及箱子3100內(nèi)的這些部件。
[0152]箱子3100還可以包括一個(gè)把手3108以便促進(jìn)一位用戶3110(例如，最終用戶12)攜帶或以其他方式運(yùn)輸箱子3100。在一些實(shí)施例中，多于一個(gè)把手被設(shè)置在該箱子上。把手3108可以被附接到箱子3100的任何適合部分上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手3108被附接到蓋子3108的頂部上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手3108被附接到蓋子3102的側(cè)上。
[0153]把手3108可以被附接到箱子3100上以便具有一個(gè)固定的尺寸。作為另一實(shí)例，把手3108可能以允許其尺寸變化的方式被附接到箱子3100上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手3108可以在可用于運(yùn)輸箱子3100的全伸出長度(見圖32)與可用于存儲(chǔ)箱子3100的全縮回長度之間伸縮。廣義發(fā)明概念涵蓋用于促進(jìn)箱子3100的運(yùn)輸?shù)娜魏纹渌b置。例如，箱子3100可以包括一條單一條帶以便允許在用戶3110的肩上攜帶箱子3100。作為另一實(shí)例，箱子3100可以包括一對(duì)條帶以便允許在用戶3110的背上攜帶箱子3100。代替或除了把手3108，可以提供肩帶和/或背帶。
[0154]如圖32所示，箱子3100還可以包括一個(gè)滾動(dòng)機(jī)構(gòu)3112(例如，一個(gè)或多個(gè)輪子)以便促進(jìn)用戶3100滾動(dòng)或以其他方式運(yùn)輸箱子3100。
[0155]箱子3100的一個(gè)內(nèi)部容積(S卩，主體3102和/或蓋子3104)包括用于接收該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)部件的隔室。這些隔室的尺寸和/或形狀被設(shè)定成在其中緊固地保持這些相應(yīng)部件。在一個(gè)實(shí)施例中，這些隔室由一種減震材料(例如，泡沫)圍繞和/或分開。
[0156]在一個(gè)實(shí)施例中，箱子3100的該內(nèi)部容積包括多分層或?qū)优菽?，其中每層泡沫可以存?chǔ)或以其他方式封閉該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的至少一個(gè)部件。例如，第一層泡沫(及其組分)的移除允許觸及在箱子3100內(nèi)位于該第一層泡沫下面的第二層泡沫(及其組分)。
[0157]在一個(gè)實(shí)施例中，箱子3100包括一個(gè)第一隔室3166、一個(gè)第二隔室3118、以及一個(gè)第三隔室3120。根據(jù)廣義發(fā)明概念，箱子3100可以包括更多或更少個(gè)隔室。
[0158]第一隔室3116是可操作的以便接收或以其他方式容納該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的一個(gè)控制單元3130?？刂茊卧?130包括用于實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接仿真的處理邏輯和電路(例如，硬件和/或軟件)。例如，控制單元3130可以包括一個(gè)CPU、一個(gè)GPU、一個(gè)運(yùn)動(dòng)追蹤器(例如，空間追蹤器120)等。
[0159]在一個(gè)實(shí)施例中，該空間追蹤器是一個(gè)外部或獨(dú)立運(yùn)動(dòng)追蹤裝置，諸如生成一個(gè)磁場(chǎng)并且是可操作的以便檢測(cè)或以其他方式確定該磁場(chǎng)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳感器的位置的單元。該空間追蹤器可以與控制單元3130對(duì)接，諸如經(jīng)由一個(gè)線纜(例如，一個(gè)USB線纜)或無線通信。在此實(shí)例中，控制單元3130可以是通用目的計(jì)算機(jī)運(yùn)行軟件以便實(shí)現(xiàn)該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，該空間追蹤器可以被集成在控制單元3130的外殼內(nèi)。在另一實(shí)施例中，該空間追蹤器可以與諸如以下描述的顯示單元3140的另一部件集成。
[0160]根據(jù)其他實(shí)施例，其他類型的空間追蹤器可以用在虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)中，包括例如基于加速度計(jì)/陀螺儀的追蹤器、光學(xué)追蹤器(主動(dòng)式或被動(dòng)式的)、紅外追蹤器、聲音追蹤器、激光追蹤器、射頻追蹤器、慣性追蹤器、以及基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的追蹤系統(tǒng)。其他類型的追蹤器也是可能的。在一些實(shí)施例中，可以使用兩種或更多種不同追蹤技術(shù)的組合。
[0161]第二隔室3118是可操作的以便接收或以其他方式容納該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的一個(gè)控制單元3140(例如，一個(gè)LCD監(jiān)視器)。顯示單元3140可以包括一個(gè)支持架。該支持架可以允許顯示單元3140的觀察高度和/或角度被調(diào)整。該支持架可以是可移除的以便允許相對(duì)于顯示單元3140擱置在其上的一個(gè)支撐表面安裝或以其他方式定位顯示單元3140。
[0162]在一個(gè)實(shí)施例中，顯示單元3140是從一個(gè)豎直位置到一個(gè)水平位置可調(diào)整的。在豎直位置中，顯示單元3140與該顯示單元3140擱置在其上的該支撐表面形成大約90度的一個(gè)角度(見圖33A)。在水平位置中，顯示單元3140與該顯示單元3140擱置在其上的該支撐表面形成大約O度的一個(gè)角度(見圖33C)。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示單元3140是可調(diào)整到該豎直位置與該水平位置之間的一個(gè)傾斜位置的。在該傾斜位置中，顯示單元3140與該顯示單元3140擱置在其上的該支撐表面形成O度與90度之間的一個(gè)角度(見圖33B)。
[0163]第三隔室3120是可操作的以便接收或以其他方式容納一個(gè)模擬焊接工具3150(例如，模擬焊接工具160) ο在一個(gè)實(shí)施例中，模擬焊接工具160接近MIG焊炬的外觀和手感(見圖33A-33C)。模擬焊接工具3150與控制單元3130對(duì)接，諸如經(jīng)由一個(gè)線纜(例如，一個(gè)USB線纜3152)或無線通信。
[0164]廣義發(fā)明概念考慮該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的這些部件中的一個(gè)或多個(gè)可以被集成或以其他方式組合。例如，控制單元3130和顯示單元3140可以被包括在一個(gè)整體式外殼內(nèi)。在一個(gè)實(shí)施例中，一個(gè)膝上型計(jì)算機(jī)體現(xiàn)了控制單元3130和顯示單元3140。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如一個(gè)手機(jī)或平板電腦的一個(gè)便攜式裝置體現(xiàn)了控制單元3130和顯示單元3140。
[0165]如圖33A-33C所示，該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的安裝3300通過將這些部件(例如，控制單元3130、顯示單元3140、模擬焊接工具3150)從箱子3100移除并且將該系統(tǒng)設(shè)置在一個(gè)支撐表面上來完成。在一個(gè)實(shí)施例中，該支撐表面是一個(gè)工作臺(tái)3160、桌子、桌臺(tái)等的頂部?？障渥?100可以被存儲(chǔ)在例如工作臺(tái)3160的下區(qū)段中。在一個(gè)實(shí)施例中，代替或除了該支撐表面，空箱子3100可以用于該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的一個(gè)或多個(gè)部件。在一個(gè)實(shí)施例中，該外殼(例如，箱子3100)的蓋子可以與該外殼分開，這樣使得該蓋子和/或該外殼可以被用作該支撐表面。
[0166]一旦被設(shè)置，用戶3100可以與該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)交互以便仿真一個(gè)焊接練習(xí)。例如，一個(gè)輸入裝置可以由用戶3110使用來選擇用于仿真的一個(gè)特定焊接工藝、指定多個(gè)焊接參數(shù)、選擇一個(gè)(虛擬)焊接試樣等。在一個(gè)實(shí)施例中，該運(yùn)動(dòng)追蹤器是該輸入裝置，其中該運(yùn)動(dòng)追蹤器將由用戶3110進(jìn)行的特定移動(dòng)解釋為輸入。在另一實(shí)施例中，顯示單元3140是作用為該輸入裝置的一個(gè)觸摸屏監(jiān)視器，其中用戶3110可以使用例如模擬焊接工具3150、鐵筆或手指與該觸摸屏監(jiān)視器交互。
[0167]在圖33A中，用戶3110(例如，一個(gè)受訓(xùn)者用戶12a)在處于該豎直位置中的顯示單元3140上執(zhí)行一個(gè)虛擬焊接操作。在圖33B中，用戶3110(例如，一個(gè)受訓(xùn)者用戶12a)在處于一個(gè)傾斜位置中的顯示單元3140上執(zhí)行一個(gè)虛擬焊接操作。在圖33C中，用戶3110(例如，一個(gè)受訓(xùn)者用戶12a)在處于該水平位置中的顯示單元3140上執(zhí)行一個(gè)虛擬焊接操作。因?yàn)轱@示單元3140處于該水平位置，至少一個(gè)第二用戶3162(例如，一個(gè)指導(dǎo)員用戶12b)可以容易地觀看用戶3110執(zhí)行該焊接操作。當(dāng)然，顯示單元3140的其他構(gòu)型和位置可以適用于一個(gè)或多個(gè)用戶(例如，指導(dǎo)員用戶12b)以便觀看用戶3110執(zhí)行該焊接操作。
[0168]—旦這些仿真完成，該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的這些部件可以被分開并且返回到箱子3100中以用于隨后存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸。
[0169]在另一實(shí)施例中，如圖34A-34B所示，一個(gè)箱子3400、容器等與一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的至少一個(gè)部件集成。箱子3400還可以包括諸如以上描述的用于該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)非集成部件的一個(gè)或多個(gè)隔室3402。
[0170]箱子3400被設(shè)計(jì)成存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中保護(hù)這些部件，無論集成與否。例如，箱子3400可以保護(hù)這些部件免受外部力(例如，下降)影響。箱子3400還可以保護(hù)部件免受天氣(例如，雨)和污染物(例如，灰塵)影響。
[0171]箱子3400包括主體3404和蓋子3406。主體3404和蓋子3406由剛性材料形成以便保護(hù)箱子3100內(nèi)的這些部件。例如，主體3404和蓋子3406可以由金屬或硬塑料制成。
[0172]蓋子3406通過一個(gè)鉸鏈3408或類似結(jié)構(gòu)被連接到主體3404上，這樣使得它可以在一個(gè)關(guān)閉位置與一個(gè)打開位置之間移動(dòng)。在關(guān)閉位置中，蓋子3406可以通過一個(gè)關(guān)閉機(jī)構(gòu)緊固到主體3404上。例如，該關(guān)閉機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)閂鎖3410或類似結(jié)構(gòu)。該關(guān)閉機(jī)構(gòu)還可以包括一個(gè)鎖定機(jī)構(gòu)以便阻止未授權(quán)觸及箱子3400內(nèi)的這些部件。
[0173]箱子3400還可以包括一個(gè)把手3414以便促進(jìn)一位用戶3416(例如，最終用戶12)攜帶或以其他方式運(yùn)輸箱子3400。把手3414可以被附接到箱子3400的任何適合部分上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手3414被附接到蓋子3406的頂部上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手3414被附接到蓋子3404的側(cè)上。
[0174]把手3414可以被附接到箱子3400上以便具有一個(gè)固定的尺寸。作為另一實(shí)例，把手3414可能以允許其尺寸變化的方式被附接到箱子3400上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手3414可以在可用于運(yùn)輸箱子3400的全伸出長度與可用于存儲(chǔ)箱子3400的全縮回長度之間伸縮。廣義發(fā)明概念涵蓋用于促進(jìn)箱子3400的運(yùn)輸?shù)娜魏纹渌b置。例如，箱子3400可以包括一條單一條帶以便允許箱子3400在用戶3416的肩上攜帶。作為另一實(shí)例，箱子3400可以包括一對(duì)條帶以便允許箱子3400在用戶3416的背上攜帶。代替或除了把手3414，可以提供肩帶和/或背帶。
[0175]箱子3400還可以包括一個(gè)滾動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)諸如一個(gè)或多個(gè)輪子以便促進(jìn)用戶3416滾動(dòng)或以其他方式運(yùn)輸箱子3400。
[0176]如以上指出的，箱子3400的一個(gè)內(nèi)部容積(S卩，主體3404和/或蓋子3406)包括用于接收該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)非集成部件的一個(gè)或多個(gè)隔室3402。這些隔室3402的尺寸和/或形狀被設(shè)定成在其中緊固地保持這些相應(yīng)部件。在一個(gè)實(shí)施例中，這些隔室3402由一種減震材料(例如，泡沫)圍繞和/或分開。
[0177]箱子3400與該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的一個(gè)控制單元集成?？刂茊卧ㄓ糜趯?shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接仿真的處理邏輯和電路(例如，硬件和/或軟件)。例如，控制單元可以包括一個(gè)CPU、一個(gè)GPU、一個(gè)運(yùn)動(dòng)追蹤器3420 (例如，空間追蹤器120)等。
[0178]在一個(gè)實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)追蹤器3420是一個(gè)外部或獨(dú)立運(yùn)動(dòng)追蹤裝置，諸如生成一個(gè)磁場(chǎng)并且是可操作的以便檢測(cè)或以其他方式確定該磁場(chǎng)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳感器的位置的單元。運(yùn)動(dòng)追蹤器3420可以與控制單元對(duì)接，諸如經(jīng)由一個(gè)線纜(例如，一個(gè)USB線纜)或無線通信。在此實(shí)例中，控制單元可以是通用目的計(jì)算機(jī)運(yùn)行軟件以便實(shí)現(xiàn)該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)追蹤器3420可以被集成在控制單元的外殼內(nèi)。在另一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)追蹤器3420可以與諸如以下描述的顯示單元3426的另一部件集成。
[0179]根據(jù)其他實(shí)施例，其他類型的運(yùn)動(dòng)追蹤器可以用在虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)中，包括例如基于加速度計(jì)/陀螺儀的追蹤器、光學(xué)追蹤器(主動(dòng)式或被動(dòng)式的)、紅外追蹤器、聲音追蹤器、激光追蹤器、射頻追蹤器、慣性追蹤器、以及基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的追蹤系統(tǒng)。其他類型的追蹤器也是可能的。在一些實(shí)施例中，可以使用兩種或更多種不同追蹤技術(shù)的組合。
[0180]箱子3400還可以包括一個(gè)或多個(gè)連接端口 3422。例如，一個(gè)連接端口 3422允許該箱子與一個(gè)外部電源(例如，電插座)對(duì)接。在一個(gè)實(shí)施例中，箱子3400容納一個(gè)內(nèi)部電源。作為另一實(shí)例，一個(gè)連接端口 3422是允許箱子3400(例如，控制單元)與一個(gè)或多個(gè)外部裝置(例如，一個(gè)焊針、一個(gè)焊矩、一個(gè)切割裝置)以便促進(jìn)虛擬焊接/切割活動(dòng)的一個(gè)USB連接器。
[0181]箱子3400還與該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的一個(gè)顯示單元3426(例如，一個(gè)LCD屏幕)集成。例如，顯示單元3426可以被集成到箱子3400的蓋子3406中。在此情況下，對(duì)顯示單元3426的一個(gè)觀看角度是通過相對(duì)于箱子3400的主體3404樞轉(zhuǎn)蓋子3406容易可調(diào)整的。
[0182]如以上指出的，箱子3400還可以包括該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)非集成部件。例如，箱子3400可以在多個(gè)相應(yīng)隔室中容納一個(gè)或多個(gè)模擬焊接工具(例如，模擬焊接工具160)。在一個(gè)實(shí)施例中，箱子3400包括一個(gè)模擬焊棒3430及相應(yīng)的隔室3432，以及一個(gè)模擬MIG焊炬3434及相應(yīng)的隔室3436。這些模擬焊接工具可能以任何適合方式與該控制單元對(duì)接。例如，這些模擬焊接工具可以經(jīng)由一個(gè)有線連接(例如，被插入到一個(gè)連接器3422中的一個(gè)USB線纜)或一個(gè)無線連接被連接到該控制單元上。作為另一實(shí)例，運(yùn)動(dòng)追蹤器3420可以捕獲這些模擬焊接工具的移動(dòng)并且將那個(gè)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化成被提供給該控制單元的信息。
[0183]箱子3400允許該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的簡單且緊固的存儲(chǔ)和運(yùn)輸。由箱子3400體現(xiàn)的該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)及其內(nèi)容可以被容易地設(shè)置或以其他方式安裝在任何適合的工作表面(例如，一個(gè)工作臺(tái)、桌子、桌臺(tái))上以便用于仿真一個(gè)焊接/切割練習(xí)。一旦這些仿真完成，該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的這些非集成部件可以被返回到箱子3400中以用于隨后存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸。
[0184]在另一實(shí)施例中，如圖35A-35C所示，一個(gè)箱子3500、容器等具有一個(gè)內(nèi)部容積，該內(nèi)部容積限定用于緊固地容納該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)部件的一個(gè)空腔3502(例如，一個(gè)或多個(gè)隔室)。這些部件可以包括例如，該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的一個(gè)模擬焊接工具3510、一個(gè)控制單元3512、一個(gè)運(yùn)動(dòng)追蹤器3514、一個(gè)顯示單元3516(例如，一個(gè)IXD屏幕)等。
[0185]箱子3500被設(shè)計(jì)成在存儲(chǔ)和運(yùn)輸過程中保護(hù)空腔3502中的這些部件。例如，箱子3500可以保護(hù)這些部件免受外部力(例如，下降)影響。箱子3500還可以保護(hù)部件免受天氣(例如，雨)和污染物(例如，灰塵)影響。
[0186]箱子3500包括主體3504和蓋子3506。在一個(gè)實(shí)施例中，主體3504和蓋子3506由剛性材料形成以便保護(hù)箱子3500內(nèi)的這些部件。例如，主體3504和蓋子3506可以由金屬或硬塑料制成。
[0187]在一個(gè)實(shí)施例中，蓋子3506通過一個(gè)鉸鏈或類似結(jié)構(gòu)被連接到主體3504上，這樣使得它可以在一個(gè)關(guān)閉位置與一個(gè)打開位置之間移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，蓋子3506配合(例如，摩擦配合)到主體3504中或周圍，這樣使得它可以在一個(gè)附接(S卩，關(guān)閉)位置與一個(gè)移除(即，打開)位置之間移動(dòng)。
[0188]如圖35A-35C所示，蓋子3506限定箱子3500的一個(gè)上部部分和表面。在另一實(shí)施例中，如圖36A-36D所不，一個(gè)蓋子3606(連同一個(gè)主體3604)限定一個(gè)箱子3600的一個(gè)側(cè)部分和表面。因此，箱子3500與箱子3600之間的主要區(qū)別是這些部件被插入到對(duì)應(yīng)箱子中并且從這些對(duì)應(yīng)箱子移除的方式(例如，方向)，例如，如圖35B和圖36B中的箭頭所示。
[0189]在關(guān)閉位置中，蓋子3506可以通過一個(gè)或多個(gè)關(guān)閉機(jī)構(gòu)緊固到主體3504上。例如，這些關(guān)閉機(jī)構(gòu)可以包括一個(gè)或多個(gè)閂鎖或類似結(jié)構(gòu)。該關(guān)閉機(jī)構(gòu)還可以包括一個(gè)鎖定機(jī)構(gòu)以便阻止未授權(quán)觸及箱子3500內(nèi)的這些部件。
[0190]箱子3500還可以包括一個(gè)把手(未示出)以便促進(jìn)一位用戶(例如，最終用戶12)攜帶或以其他方式運(yùn)輸箱子3500。把手可以被附接到箱子3500的任何適合部分上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手被附接到蓋子3506的頂部上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手被附接到蓋子3504的側(cè)上。
[0191]把手可以被附接到箱子3500上以便具有一個(gè)固定的尺寸。作為另一實(shí)例，把手可能以允許其尺寸變化的方式被附接到箱子3500上。在一個(gè)實(shí)施例中，把手可以在可用于運(yùn)輸箱子3500的全伸出長度與可用于存儲(chǔ)箱子3500的全縮回長度之間伸縮。廣義發(fā)明概念涵蓋用于促進(jìn)箱子3500的運(yùn)輸?shù)娜魏纹渌b置。例如，箱子3500可以包括一條單一條帶以便允許箱子3500在用戶的肩上攜帶。作為另一實(shí)例，箱子3500可以包括一對(duì)條帶以便允許箱子3500在用戶的背上攜帶。肩帶和/或背帶可以代替或除了把手之外被提供。
[0192]箱子3500還可以包括一個(gè)滾動(dòng)機(jī)構(gòu)(未示出)諸如一個(gè)或多個(gè)輪子以便促進(jìn)用戶滾動(dòng)或以其他方式運(yùn)輸箱子3500。
[0193]該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)部件可以坐落于一個(gè)托盤3520或類似結(jié)構(gòu)中或者以其他方式與其對(duì)接，這樣使得這些部件可以作為一個(gè)單一單元(即，同時(shí))從箱子3500移除(并且插入)。在一個(gè)實(shí)施例中，托盤3520包括促進(jìn)托盤3520從箱子3500移除的某一結(jié)構(gòu)3522，諸如一個(gè)凹陷、柄部、凸緣、紋理表面等。
[0194]托盤3520可以由任一種適合材料制成。在一個(gè)實(shí)施例中，托盤3520由一種剛性材料(例如，金屬或硬塑料)制成。在一個(gè)實(shí)施例中，托盤3520由一種減震材料(例如，泡沫)制成。在一個(gè)實(shí)施例中，托盤3520包括由剛性材料制成的一部分和由一種非剛性材料制成的一部分。
[0195]托盤3520可以包括用于接收該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)相應(yīng)部件的一個(gè)或多個(gè)隔室、切出件等。例如，如圖35B所示，托盤3520包括保持模擬焊接工具3510(示出為分成兩片)的一個(gè)隔室。其他隔室可以保持一個(gè)或多個(gè)其他部件(例如，焊接試樣)。這些隔室的尺寸和/或形狀被設(shè)定成在其中緊固地保持這些相應(yīng)部件，同時(shí)還允許該用戶在需要時(shí)容易地將這些部件從其移除。在一個(gè)實(shí)施例中，這些隔室由一種減震材料(例如，泡沫)圍繞和/或分開。
[0196]在一個(gè)實(shí)施例中，這些部件中的一個(gè)或多個(gè)(例如，顯示單元3516)被集成在托盤3520中或以其他方式被附接到該托盤上。
[0197]在一個(gè)實(shí)施例中，托盤3520與該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的一個(gè)控制單元3512集成?？刂茊卧?512包括用于實(shí)現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接仿真的處理邏輯和電路(例如，硬件和/或軟件)。例如，控制單元3512可以包括一個(gè)CPU、一個(gè)GPU、一個(gè)存儲(chǔ)器等。
[0198]在一個(gè)實(shí)施例中，托盤3520與該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)追蹤器3514集成。運(yùn)動(dòng)追蹤器3514是一個(gè)外部運(yùn)動(dòng)追蹤裝置，諸如生成一個(gè)磁場(chǎng)并且是可操作的以便檢測(cè)或以其他方式確定該磁場(chǎng)內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)傳感器的位置的單元。運(yùn)動(dòng)追蹤器3514可以與控制單元對(duì)接，諸如經(jīng)由一個(gè)線纜(例如，一個(gè)USB線纜)或無線通信。在此實(shí)例中，控制單元可以是通用目的計(jì)算機(jī)運(yùn)行軟件以便實(shí)現(xiàn)該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)。在另一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)追蹤器3514可以被集成在控制單元3512內(nèi)。在另一實(shí)施例中，運(yùn)動(dòng)追蹤器3514可以被集成在顯示單元3516 內(nèi)。
[0199]根據(jù)其他實(shí)施例，其他類型的運(yùn)動(dòng)追蹤器可以用在虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)中，包括例如基于加速度計(jì)/陀螺儀的追蹤器、光學(xué)追蹤器(主動(dòng)式或被動(dòng)式的)、紅外追蹤器、聲音追蹤器、激光追蹤器、射頻追蹤器、慣性追蹤器、以及基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的追蹤系統(tǒng)。其他類型的追蹤器也是可能的。在一些實(shí)施例中，可以使用兩種或更多種不同追蹤技術(shù)的組合。
[0200]在一個(gè)實(shí)施例中，托盤3520與該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的顯示單元3516集成。在此情況下，對(duì)顯示單元3516的一個(gè)觀看角度是通過相對(duì)于托盤3520樞轉(zhuǎn)顯示單元3516容易可調(diào)整的。
[0201]箱子3500和/或托盤3520還可以包括一個(gè)或多個(gè)連接端口。例如，一個(gè)連接端口允許該箱子與一個(gè)外部電源(例如，電插座)對(duì)接。在一個(gè)實(shí)施例中，箱子3500容納一個(gè)內(nèi)部電源。作為另一實(shí)例，一個(gè)連接端口是允許箱子3500(例如，控制單元3512)與一個(gè)或多個(gè)外部裝置(例如，一個(gè)焊針、一個(gè)焊矩、一個(gè)切割裝置)以便促進(jìn)虛擬焊接/切割活動(dòng)的一個(gè)USB連接器。
[0202]在一個(gè)實(shí)施例中，托盤3520可以充當(dāng)用于該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的這些部件中的一個(gè)或多個(gè)的一個(gè)支撐表面。
[0203]如以上指出的，托盤3520還可以包括該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的多個(gè)非集成部件。例如，托盤3520可以在多個(gè)相應(yīng)隔室、區(qū)段等中保持一個(gè)或多個(gè)模擬焊接工具(例如，模擬焊接工具3510)、焊接試樣等。
[0204]在一個(gè)實(shí)施例中，多個(gè)托盤配合在箱子3500的空腔3502內(nèi)，其中這些托盤中的每一個(gè)與該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的這些部件中的一個(gè)或多個(gè)相關(guān)聯(lián)。
[0205]箱子3500允許該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的簡單且緊固的存儲(chǔ)和運(yùn)輸。由箱子3500體現(xiàn)的該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)及其內(nèi)容可以被容易地設(shè)置或以其他方式安裝在任何適合的工作表面(例如，一個(gè)工作臺(tái)、桌子、桌臺(tái))上以便用于仿真一個(gè)焊接/切割練習(xí)。一旦這些仿真完成，托盤3520和該虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)的這些部件可以被返回到箱子3500中以用于隨后存儲(chǔ)和/或運(yùn)輸。
[0206]在此已經(jīng)參考所披露的實(shí)施例描述了本發(fā)明。顯然，在閱讀和理解本說明書的基礎(chǔ)上，其他人將會(huì)想到修改和改變。旨在包括落在所附權(quán)利要求書或其等效物范圍內(nèi)的所有此類修改和變更。
參考號(hào)
10 仿真器或系統(tǒng)135控制臺(tái)
12 最終用戶136刻度盤或旋鈕
12a受訓(xùn)者用戶137刻度盤或旋鈕
12b指導(dǎo)員用戶140顯示器
15 虛擬環(huán)境150顯不器
110基于邏輯處理器的子系統(tǒng)151不同焊接參數(shù) 111 CPU152不連貫狀態(tài)
115GPU153用戶選擇
116CUDA155輸入裝置
117著色器156手動(dòng)電焊條夾持器
118輸出160模擬焊接工具
119輸出161夾持器
120空間追蹤器162仿真的手工焊條
121磁源163觸覺電阻末端
122傳感器170試樣支持架
123磁盤171可調(diào)整桌臺(tái)124電源172支持架基座
125 USB和RS-232線纜173可調(diào)整臂
126處理器追蹤單元174立柱
130焊接用戶界面175焊接試樣
131按鈕176焊接接縫
132操縱桿177連接部分或連接器
133旋鈕、刻度盤和/或開關(guān) 179預(yù)先限定的點(diǎn)
134旋鈕、刻度盤和/或開關(guān) 200顯示裝置
203基于邏輯處理器的系統(tǒng) 1222特殊效果
204微處理器1300方法
300數(shù)據(jù)存儲(chǔ)裝置1310步驟
900焊工帽罩1320步驟
910揚(yáng)聲器1330步驟
1201物理界面1340步驟
1202焊炬和夾具模型1350步驟
1203環(huán)境模型1400焊接試樣
1204聲音內(nèi)容功能性1410平坦頂表面
1205焊接聲音1420焊接元素(焊元wexel)移置圖
1206支持架/桌臺(tái)模型1421焊元
1207架構(gòu)功能性1600拐角焊接試樣
1208校準(zhǔn)功能性1610表面
1210試樣模型1620表面
1211焊接物理1700管道焊接試樣
1212調(diào)整工具1701管道件
1213圖形用戶界面功能性1702管道件
1214繪圖功能性1703根部接縫
1215學(xué)員報(bào)告功能性1704附接件
1216呈現(xiàn)器1910無陰影的矩形柱
1217焊道呈現(xiàn)1920顆粒
1218紋理1930顆粒高度
1219功能性1940陰影矩形
1220評(píng)分和公差功能性2000管道
1221公差編輯器2002板
2004焊接路徑3152USB線纜
2010焊接工具3160工作臺(tái)
2020下區(qū)段3162第二用戶
2030掛件3300安裝
2100圖像3400箱子
2300搭接操作3402更多隔室2302第一點(diǎn)3404主體
2304箭頭3406蓋子
2306第二點(diǎn)3408鉸鏈
2308第一焊道3414把手
2320第三點(diǎn)3416用戶
2322箭頭3420運(yùn)動(dòng)追蹤器
2324第四點(diǎn)3422連接端口
2326第二焊道3426顯示單元
3100箱子3430模擬焊棒
3102主體3434模擬MIG焊炬
3104蓋子3436相應(yīng)隔室
3108把手3500箱子
3110用戶3502空腔
3116第一隔室3504主體
3118第二隔室3506蓋子
3120第三隔室3510模擬焊接工具
3130控制單元3512控制單元
3140顯示單元3514運(yùn)動(dòng)追蹤器
3150模擬焊接工具3516顯示單元
3520托盤3606蓋子
3522結(jié)構(gòu)
3600箱子
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于促進(jìn)虛擬焊接活動(dòng)的便攜式虛擬焊接系統(tǒng)，其特征為: 一個(gè)控制單元(3130)，該控制單元包括一個(gè)基于邏輯處理器的子系統(tǒng)，該基于邏輯處理器的子系統(tǒng)可操作來執(zhí)行用于生成仿真一個(gè)焊接活動(dòng)的一個(gè)交互式焊接環(huán)境的編碼指令； 一個(gè)顯示單元(3140)，該顯示單元操作性地連接到該控制單元(3130)上，用于在視覺上描繪該交互式焊接環(huán)境； 一個(gè)手持式輸入裝置(3150)，該手持式輸入裝置用于執(zhí)行該虛擬焊接活動(dòng)；以及一個(gè)箱子(3100)，該箱子用于在該虛擬焊接系統(tǒng)的存儲(chǔ)或運(yùn)輸過程中可移除地容納該控制單元(3130)、該顯示單元(3140)、以及該輸入裝置(3150)中的至少一個(gè)。2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中在該虛擬焊接系統(tǒng)的操作過程中，該箱子(3150)可操作來用作用于該控制(3130)單元和該顯示單元(3140)中的至少一個(gè)的一個(gè)支撐表面。3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中 該箱子(3100)用于存儲(chǔ)和運(yùn)輸該虛擬焊接系統(tǒng)， 其中該控制單元(3130)和該顯示單元(3140)中的至少一個(gè)與該箱子集成，并且 其中該輸入裝置(3150)被可移除地容納在該箱子(3100)內(nèi)。4.如權(quán)利要求1至3之一所述的系統(tǒng)，其中該控制單元(3130)進(jìn)一步包括用于檢測(cè)該輸入裝置(3150)的一個(gè)空間位置的一個(gè)運(yùn)動(dòng)追蹤器(3514)。5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中該運(yùn)動(dòng)追蹤器(3514)與該箱子(3100)集成。6.如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中該控制單元(3130)和該顯示單元(3140)與該箱子(3100)集成。7.如權(quán)利要求1至6之一所述的系統(tǒng)，其中該顯示單元(3140)進(jìn)一步包括用于輸出音頻的至少一個(gè)揚(yáng)聲器。8.如權(quán)利要求1至7之一所述的系統(tǒng)，其中該輸入裝置(3150)的尺寸和形狀被設(shè)定成仿真一個(gè)焊矩。9.如權(quán)利要求1至8之一所述的系統(tǒng)，其中該箱子(3100)容納一個(gè)內(nèi)部電源。10.如權(quán)利要求1至9之一所述的系統(tǒng)，其中該電源是至少一個(gè)電池。11.如權(quán)利要求1至10之一所述的系統(tǒng)，其中該箱子(3100)包括一個(gè)攜帶把手(3108)。12.如權(quán)利要求1至11之一所述的系統(tǒng)，其中該箱子(3100)包括至少一條攜帶條帶。13.如權(quán)利要求1至12之一所述的系統(tǒng)，其中該箱子(3100)包括一對(duì)輪子(3112)。
【文檔編號(hào)】G09B19/24GK106062856SQ201580010118
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2015年3月2日
【發(fā)明人】D·波斯?fàn)査柬f特, M·W·華萊士, J·利奇, A·阿代蒂安德拉
【申請(qǐng)人】林肯環(huán)球股份有限公司