ES2965176T3 - Virtual inspection and testing of a virtual weldment - Google Patents
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Abstract
Simulaciones de soldadura por arco que proporcionan simulación de pruebas virtuales destructivas y no destructivas e inspección de soldaduras virtuales con fines de capacitación. Las simulaciones de pruebas virtuales se pueden realizar en soldaduras virtuales creadas usando un sistema simulador de soldadura de realidad virtual (por ejemplo, un sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW)). Las simulaciones de inspección virtual se pueden realizar sobre piezas soldadas virtuales "predefinidas" (es decir, predefinidas) o utilizando piezas soldadas virtuales creadas utilizando un sistema de simulación de soldadura de realidad virtual. En general, las pruebas virtuales se pueden realizar usando un sistema simulador de soldadura de realidad virtual (por ejemplo, un sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW)), y la inspección virtual se puede realizar usando un sistema independiente de inspección de piezas soldadas virtuales (VWI) o usando una realidad virtual. sistema simulador de soldadura (por ejemplo, un sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW)). Sin embargo, de acuerdo con ciertas realizaciones mejoradas de la presente invención, también se pueden realizar pruebas virtuales en un sistema VWI independiente. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)Arc welding simulations providing virtual destructive and non-destructive testing simulation and virtual weld inspection for training purposes. Virtual test simulations can be performed on virtual welds created using a virtual reality welding simulator system (e.g., a virtual reality arc welding (VRAW) system). Virtual inspection simulations can be performed on “off-the-shelf” (i.e., predefined) virtual weldments or using virtual weldments created using a virtual reality welding simulation system. In general, virtual testing can be performed using a virtual reality welding simulator system (for example, a virtual reality arc welding (VRAW) system), and virtual inspection can be performed using a stand-alone welding inspection system. virtual welded parts (VWI) or using virtual reality. welding simulator system (e.g., a virtual reality arc welding (VRAW) system). However, according to certain improved embodiments of the present invention, virtual testing can also be performed on a standalone VWI system. (Automatic translation with Google Translate, without legal value)
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Inspección y prueba virtuales de un conjunto soldado virtual Virtual inspection and testing of a virtual weldment
Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente de Estados Unidos 13/081,725. This application claims priority of United States Patent Application 13/081,725.
Campo técnicoTechnical field
Ciertas realizaciones se refieren a la simulación de realidad virtual. Más particularmente, ciertas realizaciones se refieren a sistemas y métodos para inspección y pruebas virtuales de un conjunto soldado virtual para el entrenamiento de soldadores, inspectores de soldadura, formadores de soldadura, ingenieros estructurales e ingenieros de materiales. Certain embodiments relate to virtual reality simulation. More particularly, certain embodiments relate to systems and methods for virtual inspection and testing of a virtual weldment for the training of welders, welding inspectors, welding trainers, structural engineers and materials engineers.
AntecedentesBackground
En la formación y la soldadura del mundo real, un conjunto soldado puede someterse a una prueba destructiva y/o una prueba no destructiva. Tales pruebas ayudan a determinar la calidad del conjunto soldado y, por lo tanto, la habilidad del soldador. Desafortunadamente, ciertos tipos de pruebas no destructivas tales como, por ejemplo, pruebas radiográficas de rayos X, pueden requerir un equipo de prueba muy costoso y pueden consumir mucho tiempo para realizar las pruebas. Además, las pruebas destructivas, por definición, destruyen el conjunto soldado. Como resultado, el conjunto soldado solo se puede probar una vez en una prueba destructiva. Además, existe una gran brecha en la industria entre la fabricación de un conjunto soldado y la confirmación de si la soldadura se ha realizado correctamente. La formación de inspección de soldadura a menudo depende de tales pruebas destructivas y no destructivas para formar adecuadamente a un inspector de soldadura con el fin de determinar si un conjunto soldado es aceptable o no aceptable. La Asociación Americana de Soldadura (AWS, por sus siglas en inglés), así como otros organismos estándar de soldadura, proporciona estándares de inspección visual que establecen criterios en cuanto a los tipos y niveles de discontinuidades y defectos que se permiten en un tipo particular de conjunto soldado. In real-world forming and welding, a weldment may be subjected to destructive testing and/or non-destructive testing. Such tests help determine the quality of the welded assembly and therefore the skill of the welder. Unfortunately, certain types of non-destructive testing, such as x-ray radiographic testing, can require very expensive testing equipment and can be time-consuming to perform the tests. Furthermore, destructive testing, by definition, destroys the weldment. As a result, the weldment can only be tested once in a destructive test. Additionally, there is a large gap in the industry between manufacturing a weldment and confirming whether the weld has been performed correctly. Welding inspection training often relies on such destructive and non-destructive testing to adequately train a welding inspector to determine whether a weldment is acceptable or not acceptable. The American Welding Association (AWS), as well as other welding standards bodies, provides visual inspection standards that establish criteria as to the types and levels of discontinuities and defects that are allowed in a particular type of welding. welded set.
Los sistemas y métodos conocidos a partir de la técnica anterior pueden encontrarse en los documentos WO 2010/020867 y US2010062405. Systems and methods known from the prior art can be found in WO 2010/020867 and US2010062405.
Otras limitaciones y desventajas de los enfoques convencionales, tradicionales y propuestos resultarán evidentes para un experto en la técnica, a través de la comparación de dichos enfoques con las realizaciones de la presente invención como se establece en el resto de la presente solicitud con referencia a los dibujos. Other limitations and disadvantages of the conventional, traditional and proposed approaches will become apparent to one skilled in the art, through the comparison of said approaches with the embodiments of the present invention as set forth in the remainder of the present application with reference to the drawings.
ResumenSummary
En la presente memoria se describen simulaciones de soldadura de arco que proporcionan simulación de pruebas destructivas y no destructivas e inspección virtuales y pruebas de materiales de conjuntos soldados virtuales para fines de formación. Las simulaciones de pruebas virtuales pueden realizarse en conjuntos soldados virtuales creados usando un sistema de simulador de soldadura de realidad virtual (por ejemplo, un sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW)). Las simulaciones de inspección virtual pueden realizarse en conjuntos soldados virtuales acotados (es decir, predefinidos) o usando conjuntos soldados virtuales creados usando un sistema de simulador de soldadura de realidad virtual. En general, las pruebas virtuales pueden realizarse usando un sistema de simulador de soldadura de realidad virtual (por ejemplo, un sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW), y la inspección virtual puede realizarse usando un sistema de inspección de soldadura virtual (VWI) independiente o usando un sistema de simulador de soldadura de realidad virtual (por ejemplo, un sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW). Sin embargo, según ciertas realizaciones mejoradas de la presente invención, las pruebas virtuales también pueden realizarse en un sistema de VWI independiente. Según una realización de la presente invención, el sistema de VWI independiente es un sistema basado en procesador con hardware y software programable con capacidad de visualización. De conformidad con otra realización de la presente invención, el sistema RAW incluye un subsistema basado en procesador programable, un rastreador espacial conectado operativamente al subsistema basado en procesador programable, al menos una herramienta de soldadura simulada capaz de ser rastreada espacialmente por el rastreador espacial, y al menos un dispositivo de visualización conectado operativamente al subsistema basado en procesador programable. El sistema VRAW es capaz de simular, en el espacio de realidad virtual, un escenario de soldadura en tiempo real que incluye la formación de un conjunto soldado por un usuario (soldador) y varias características de defecto y discontinuidad asociadas con el conjunto soldado. Tanto el sistema VWI independiente como el sistema VRAW son capaces de realizar una inspección virtual de un conjunto soldado virtual y visualizar una animación del conjunto soldado virtual bajo inspección para observar los efectos. El sistema VRAW es capaz de realizar tanto pruebas virtuales como inspección virtual de un conjunto soldado virtual y mostrar una animación del conjunto soldado virtual bajo prueba o inspección. Un conjunto soldado virtual puede someterse a una prueba e inspeccionarse de nuevo, destructivamente y no destructivamente, usando el sistema de simulador de soldadura de realidad virtual correspondiente o el sistema de inspección de soldadura virtual independiente correspondiente. Described herein are arc welding simulations that provide simulation of destructive and non-destructive testing and virtual inspection and material testing of virtual weldments for training purposes. Virtual test simulations can be performed on virtual welded assemblies created using a virtual reality welding simulator system (e.g., a virtual reality arc welding (VRAW) system). Virtual inspection simulations can be performed on bounded (i.e., predefined) virtual weldments or using virtual weldments created using a virtual reality welding simulator system. In general, virtual testing can be performed using a virtual reality welding simulator system (for example, a virtual reality arc welding (VRAW) system), and virtual inspection can be performed using a virtual welding inspection system ( VWI) standalone or using a virtual reality welding simulator system (e.g., a virtual reality arc welding (VRAW) system). However, according to certain improved embodiments of the present invention, virtual testing can also be performed in a standalone VWI system. According to one embodiment of the present invention, the standalone VWI system is a processor-based system with programmable hardware and software with display capability. In accordance with another embodiment of the present invention, the RAW system includes a. programmable processor-based subsystem, a spatial tracker operatively connected to the programmable processor-based subsystem, at least one simulated welding tool capable of being spatially tracked by the spatial tracker, and at least one display device operatively connected to the programmable processor-based subsystem . The VRAW system is capable of simulating, in virtual reality space, a real-time welding scenario that includes the formation of a welded assembly by a user (welder) and various defect and discontinuity characteristics associated with the welded assembly. Both the stand-alone VWI system and the VRAW system are capable of performing a virtual inspection of a virtual weldment and displaying an animation of the virtual weldment under inspection to observe the effects. The VRAW system is capable of performing both virtual testing and virtual inspection of a virtual weldment and displaying an animation of the virtual weldment under test or inspection. A virtual weldment may be tested and inspected again, destructively and non-destructively, using the corresponding virtual reality welding simulator system or the corresponding independent virtual weld inspection system.
Estas y otras características de la invención reivindicada, así como los detalles de las realizaciones ilustradas de los mismos, se entenderán más completamente a partir de la siguiente descripción, reivindicaciones y dibujos. These and other features of the claimed invention, as well as the details of the illustrated embodiments thereof, will be more fully understood from the following description, claims and drawings.
Breve descripción de los dibujosBrief description of the drawings
La Figura 1 ilustra una realización ilustrativa de un diagrama de bloques de sistema de un sistema que proporciona una formación de soldadura por arco en un entorno de realidad virtual en tiempo real; Figure 1 illustrates an illustrative embodiment of a system block diagram of a system that provides arc welding training in a real-time virtual reality environment;
la Figura 2 ilustra una realización de ejemplo de una consola de soldadura simulada combinada y un dispositivo de visualización de observador (DOD) del sistema de la Figura 1; Figure 2 illustrates an example embodiment of a combined simulated welding console and observer display device (DOD) of the system of Figure 1;
la Figura 3 ilustra un ejemplo de realización del dispositivo de visualización de observador (ODD) de la Figura 2; la Figura 4 ilustra un ejemplo de realización de una parte frontal de la consola de soldadura simulada de la Figura 2 que muestra una interfaz de usuario de soldadura física (WUI); Figure 3 illustrates an exemplary embodiment of the observer display device (ODD) of Figure 2; Figure 4 illustrates an exemplary embodiment of a front portion of the simulated welding console of Figure 2 showing a physical welding user interface (WUI);
la Figura 5 ilustra una realización de ejemplo de una herramienta de soldadura simulada (MWT) del sistema de la Figura 1; Figure 5 illustrates an example embodiment of a simulated welding tool (MWT) of the system of Figure 1;
la Figura 6 ilustra un ejemplo de realización de una tabla/caja (T/S) del sistema de la Figura 1; Figure 6 illustrates an example embodiment of a table/box (T/S) of the system of Figure 1;
la Figura 7A ilustra un ejemplo de realización de una probeta (WC) de soldadura de tubo del sistema de la Figura 1; la Figura 7B ilustra el tubo WC de la Figura 7A montada en un brazo de la mesa/caja (TS) de la Figura 6; Figure 7A illustrates an example embodiment of a tube welding specimen (WC) of the system of Figure 1; Figure 7B illustrates the WC tube of Figure 7A mounted on an arm of the table/box (TS) of Figure 6;
la Figura 8 ilustra diversos elementos de una realización de ejemplo del rastreador espacial (ST) de la Figura 1; la Figura 9A ilustra un ejemplo de realización de un dispositivo de visualización montado en la cara (FMDD) del sistema de la Figura 1; Figure 8 illustrates various elements of an example embodiment of the space tracker (ST) of Figure 1; Figure 9A illustrates an exemplary embodiment of a face-mounted display device (FMDD) of the system of Figure 1;
la Figura 9B es una ilustración de cómo el FMDD de la Figura 9A está asegurado en la cabeza de un usuario; la Figura 9C ilustra un ejemplo de realización del FMDD de la Figura 9A montada dentro de un casco de soldadura; la Figura 10 ilustra un ejemplo de realización de un diagrama de bloques del subsistema de un subsistema basado en procesador programable (PPS) del sistema de la Figura 1; Figure 9B is an illustration of how the FMDD of Figure 9A is secured to a user's head; Figure 9C illustrates an exemplary embodiment of the FMDD of Figure 9A mounted within a welding helmet; Figure 10 illustrates an exemplary embodiment of a subsystem block diagram of a programmable processor-based subsystem (PPS) of the system of Figure 1;
la Figura 11 ilustra un ejemplo de realización de un diagrama de bloques de una unidad de procesamiento gráfico (GPU) del PPS de la Figura 10; Figure 11 illustrates an exemplary embodiment of a block diagram of a graphics processing unit (GPU) of the PPS of Figure 10;
la Figura 12 ilustra un ejemplo de realización de un diagrama de bloques funcional del sistema de la Figura 1; la Figura 13 es un diagrama de flujo de una realización de un método de formación usando el sistema de entrenamiento de realidad virtual de la Figura 1; Figure 12 illustrates an exemplary embodiment of a functional block diagram of the system of Figure 1; Figure 13 is a flow chart of one embodiment of a training method using the virtual reality training system of Figure 1;
las Figuras 14A-14B ilustran el concepto de un mapa de desplazamiento de píxeles de soldadura (wéxel), según una realización de la presente invención; Figures 14A-14B illustrate the concept of a weld pixel displacement map (wexel), according to an embodiment of the present invention;
la Figura 15 ilustra un ejemplo de realización de un espacio de probeta y un espacio de soldadura de una probeta (WC) de soldadura plana simulada en el sistema de la Figura 1; Figure 15 illustrates an example embodiment of a specimen space and a weld space of a flat weld specimen (WC) simulated in the system of Figure 1;
la Figura 16 ilustra un ejemplo de realización de un espacio de probeta y un espacio de soldadura de una probeta (WC) de soldadura de esquina (junta en T) simulada en el sistema de la Figura 1; Figure 16 illustrates an example embodiment of a specimen gap and a weld gap of a corner weld (T-joint) specimen (WC) simulated in the system of Figure 1;
La Figura 17 ilustra un ejemplo de realización de un espacio de probeta y un espacio de soldadura de una probeta (WC) de soldadura de tubo simulada en el sistema de la Figura 1; Figure 17 illustrates an example embodiment of a specimen space and a weld space of a simulated tube welding specimen (WC) in the system of Figure 1;
la Figura 18 ilustra un ejemplo de realización de la probeta (WC) de soldadura de tubo de la Figura 17; Figure 18 illustrates an example of embodiment of the tube welding specimen (WC) of Figure 17;
las Figuras 19A-19C ilustran un ejemplo de realización del concepto de un modelo de baño de doble desplazamiento del sistema de la Figura 1; Figures 19A-19C illustrate an example embodiment of the concept of a dual displacement bath model of the system of Figure 1;
la Figura 20 ilustra una realización ilustrativa de un sistema de inspección de conjunto soldado virtual (VWI) independiente capaz de simular la inspección de un conjunto soldado virtual y mostrar una animación del conjunto soldado virtual bajo inspección para observar los efectos debidos a diversas características asociadas con el conjunto; la Figura 21 ilustra un diagrama de flujo de una realización ilustrativa de un método para evaluar la calidad de un conjunto soldado virtual de referencia representado en el espacio de realidad virtual; y Figure 20 illustrates an illustrative embodiment of a standalone virtual weldment inspection (VWI) system capable of simulating the inspection of a virtual weldment and displaying an animation of the virtual weldment under inspection to observe the effects due to various characteristics associated with set; Figure 21 illustrates a flow chart of an illustrative embodiment of a method for evaluating the quality of a reference virtual weldment represented in virtual reality space; and
las Figuras 22-24 ilustran realizaciones de predicciones virtuales de un ensayo de curvatura simulado, un ensayo de tracción simulado y una prueba de rotura simulada para una misma sección virtual de un conjunto soldado. Figures 22-24 illustrate virtual prediction embodiments of a simulated bend test, a simulated tensile test, and a simulated failure test for the same virtual section of a weldment.
Descripción detalladaDetailed description
Una realización de la presente invención comprende un sistema para el ensayo virtual e inspección de un conjunto soldado virtual. El sistema incluye un subsistema basado en procesador programable operable para ejecutar instrucciones codificadas. Las instrucciones codificadas incluyen un motor de representación y un motor de análisis. El motor de representación está configurado para representar al menos uno de un conjunto soldado virtual tridimensional (3D) antes de los ensayos simulados, una animación en 3D de un conjunto soldado virtual bajo ensayos simulados y un conjunto soldado virtual en 3D después de ensayos simulados. El motor de análisis está configurado para realizar pruebas simuladas de un conjunto soldado virtual 3D. Las pruebas simuladas pueden incluir al menos una prueba destructiva simulada y pruebas no destructivas simuladas. El motor de análisis está configurado además para realizar la inspección de al menos uno de un conjunto soldado virtual en 3D antes de los ensayos simulados, una animación en 3D de un conjunto soldado virtual en ensayos simulados y un conjunto soldado virtual en 3D después de ensayos simulados para al menos una de las condiciones de aprobado/fallo y características de defectos/discontinuidad. El sistema también incluye al menos un dispositivo de visualización conectado operativamente al subsistema basado en procesador programable para mostrar al menos uno de un conjunto soldado virtual 3D antes de los ensayos simulados, una animación en 3D de un conjunto soldado virtual bajo ensayos simulados y un conjunto soldado virtual 3D después de ensayos simulados. El sistema incluye además una interfaz de usuario conectada operativamente al subsistema basado en procesador programable y configurada para al menos manipular una orientación de al menos uno de un conjunto soldado virtual 3D antes de los ensayos simulados, una animación 3D de un conjunto soldado virtual bajo ensayos simulados y un conjunto soldado virtual 3D después de ensayos simulados en el al menos un dispositivo de visualización. El subsistema basado en procesador programable puede incluir una unidad central de procesamiento y al menos una unidad de procesamiento gráfico. La al menos una unidad de procesamiento gráfico puede incluir una arquitectura de dispositivo unificada por ordenador (CUDA) y un atenuador. El motor de análisis puede incluir al menos uno de un sistema experto, una máquina de vectores de soporte (SVM), una red neuronal y uno o más agentes inteligentes. El motor de análisis puede usar datos de código de soldadura o datos de estándares de soldadura para analizar al menos uno de un conjunto soldado virtual 3D antes de los ensayos simulados, una animación en 3D de un conjunto soldado virtual bajo ensayos simulados y un conjunto soldado virtual 3D después de ensayos simulados. El motor de análisis también puede incluir herramientas de inspección virtuales programadas a las que el usuario puede acceder y puede manipular utilizando la interfaz de usuario para inspeccionar un conjunto soldado virtual. One embodiment of the present invention comprises a system for virtual testing and inspection of a virtual weldment. The system includes an operable programmable processor-based subsystem for executing coded instructions. The coded instructions include a rendering engine and a parsing engine. The rendering engine is configured to render at least one of a three-dimensional (3D) virtual weldment before simulated testing, a 3D animation of a virtual weldment under simulated testing, and a 3D virtual weldment after simulated testing. The analysis engine is configured to perform simulated testing of a 3D virtual weldment. Simulated testing may include at least one simulated destructive test and simulated non-destructive testing. The analysis engine is further configured to perform inspection of at least one of a 3D virtual weldment before simulated testing, a 3D animation of a virtual weldment in simulated testing, and a 3D virtual weldment after testing. simulated for at least one of the pass/fail conditions and defect/discontinuity characteristics. The system also includes at least one display device operatively connected to the programmable processor-based subsystem to display at least one of a 3D virtual weldment prior to simulated testing, a 3D animation of a virtual weldment under simulated testing, and a 3D animation of a virtual weldment under simulated testing. 3D virtual soldier after simulated trials. The system further includes a user interface operatively connected to the programmable processor-based subsystem and configured to manipulate an orientation of at least one of a 3D virtual weldment prior to simulated testing, a 3D animation of a virtual weldment under testing simulated and a 3D virtual welded assembly after simulated tests on at least one display device. The programmable processor-based subsystem may include a central processing unit and at least one graphics processing unit. The at least one graphics processing unit may include a computer unified device architecture (CUDA) and an attenuator. The analysis engine may include at least one of an expert system, a support vector machine (SVM), a neural network, and one or more intelligent agents. The analysis engine may use welding code data or welding standards data to analyze at least one of a 3D virtual weldment before simulated tests, a 3D animation of a virtual weldment under simulated tests, and a weldment 3D virtual after simulated tests. The analysis engine may also include programmed virtual inspection tools that the user can access and manipulate using the user interface to inspect a virtual weldment.
Otra realización de la presente invención comprende un simulador de inspección y ensayo de soldadura virtual. El simulador incluye medios para realizar una o más pruebas destructivas y no destructivas simuladas en un conjunto soldado virtual representado en 3D. El simulador también incluye medios para analizar los resultados de la una o más pruebas destructivas y no destructivas simulados en el conjunto soldado virtual representado en 3D. El simulador incluye además medios para inspeccionar el conjunto soldado virtual en 3D representado al menos después de un ensayo simulado del conjunto soldado virtual 3D. El simulador también puede incluir medios para representar un conjunto soldado virtual en 3D. El simulador puede incluir además medios para representar una animación en 3D del conjunto soldado virtual mientras realiza la una o más pruebas destructivas y no destructivas simuladas. El simulador también puede incluir medios para visualizar y manipular una orientación de la animación 3D del conjunto soldado virtual. El simulador puede incluir además medios para inspeccionar un conjunto soldado virtual en 3D antes, durante y después de pruebas simuladas del conjunto soldado virtual 3D. Another embodiment of the present invention comprises a virtual welding inspection and testing simulator. The simulator includes means for performing one or more simulated destructive and non-destructive tests on a virtual weldment assembly represented in 3D. The simulator also includes means for analyzing the results of one or more simulated destructive and non-destructive tests on the virtual weldment assembly represented in 3D. The simulator further includes means for inspecting the represented 3D virtual weldment at least after a simulated test of the 3D virtual weldment. The simulator may also include means for representing a virtual weldment in 3D. The simulator may further include means for rendering a 3D animation of the virtual weldment assembly while performing the one or more simulated destructive and non-destructive tests. The simulator may also include means for displaying and manipulating an orientation of the 3D animation of the virtual weldment. The simulator may further include means for inspecting a 3D virtual weldment before, during and after simulated testing of the 3D virtual weldment.
Otra realización de la presente invención comprende un método para evaluar la calidad de un conjunto soldado virtual de referencia representado en el espacio de realidad virtual. El método incluye someter el conjunto soldado virtual de referencia a un primer ensayo simulado por ordenador configurado para probar al menos una característica del conjunto soldado virtual de referencia. El método también incluye la representación de un primer conjunto soldado virtual sometido a ensayo y generar primeros datos de prueba en respuesta a la primera prueba. El método incluye además someter el primer conjunto soldado virtual sometido a ensayo y los primeros datos de prueba a un análisis simulado por ordenador configurado para determinar al menos una condición de aprobado/fallo del primer conjunto soldado virtual sometido a ensayo con respecto a la al menos una característica. El primer ensayo simulado por ordenador puede simular una prueba destructiva en el mundo real o una prueba no destructiva en el mundo real. El método puede incluir además volver a representar el conjunto soldado virtual de referencia en el espacio de realidad virtual, someter el conjunto soldado virtual de referencia a un segundo ensayo simulado por ordenador configurado para probar al menos una otra característica del conjunto soldado virtual de referencia, representar un segundo conjunto soldado virtual sometido a ensayo y generar segundos datos de prueba en respuesta a la segunda prueba, y someter el segundo conjunto soldado virtual sometido a ensayo y los segundos datos de prueba a un análisis simulado por ordenador configurado para determinar al menos otra condición de aprobado/fallo del segundo conjunto soldado virtual sometido a ensayo con respecto a la al menos otra característica. El segundo ensayo simulado por ordenador puede simular una prueba destructiva en el mundo real o una prueba no destructiva en el mundo real. El método puede incluir además inspeccionar manualmente una versión visualizada del primer conjunto soldado virtual sometido a ensayo. El método también puede incluir inspeccionar manualmente una versión visualizada del segundo conjunto soldado virtual sometido a ensayo. Another embodiment of the present invention comprises a method for evaluating the quality of a reference virtual weldment represented in virtual reality space. The method includes subjecting the reference virtual weldment to a first computer-simulated test configured to test at least one characteristic of the reference virtual weldment. The method also includes representing a first virtual weldment under test and generating first test data in response to the first test. The method further includes subjecting the first virtual weldment under test and the first test data to a computer simulated analysis configured to determine at least one pass/fail condition of the first virtual weldment under test with respect to the at least a feature. The first computer-simulated test can simulate a real-world destructive test or a real-world non-destructive test. The method may further include re-rendering the reference virtual weldment in virtual reality space, subjecting the reference virtual weldment to a second computer-simulated test configured to test at least one other characteristic of the reference virtual weldment, representing a second virtual weldment tested and generating second test data in response to the second test, and subjecting the second virtual weldment tested and the second test data to a computer simulated analysis configured to determine at least one other pass/fail condition of the second virtual weldment tested with respect to the at least one other characteristic. The second computer-simulated test can simulate a real-world destructive test or a real-world non-destructive test. The method may further include manually inspecting a displayed version of the first virtual weldment under test. The method may also include manually inspecting a displayed version of the second virtual weldment under test.
Se analiza un conjunto soldado virtual completado formado en el espacio de realidad virtual para los defectos de soldadura y se realiza una determinación en cuanto a si dicho conjunto soldado aprobaría o fallaría en ensayos de la industria estándar, según la presente invención. Ciertos defectos pueden causar ciertos tipos de fallos dentro de ciertas ubicaciones dentro del conjunto soldado. Los datos que representan cualquier defecto o discontinuidad se capturan como parte de la definición del conjunto soldado virtual, ya sea mediante la definición previa del conjunto soldado virtual o creando un conjunto soldado virtual usando un sistema de simulador de soldadura de realidad virtual (por ejemplo, un sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW)) como parte de un proceso de soldadura virtual. A completed virtual weldment formed in virtual reality space is analyzed for weld defects and a determination is made as to whether said weldment would pass or fail in standard industry tests in accordance with the present invention. Certain defects can cause certain types of failures within certain locations within the weldment. Data representing any defects or discontinuities is captured as part of the definition of the virtual weldment, either by pre-defining the virtual weldment or by creating a virtual weldment using a virtual reality welding simulator system (e.g. a virtual reality arc welding (VRAW) system) as part of a virtual welding process.
Además, el criterio para aprobar/fallar cualquier prueba particular es conocido previamente basándose en códigos de soldadura predefinidos y estándares tales como, por ejemplo, los estándares de soldadura de la AWS. Según una realización de la presente invención, se crea una animación que permite la visualización de una prueba destructiva o no destructiva simulada del conjunto soldado virtual. El mismo conjunto soldado virtual se puede probar de muchas formas diferentes. El ensayo y la inspección de un conjunto soldado virtual pueden producirse en un sistema de simulador de soldadura de realidad virtual (por ejemplo, un sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW) que se describe detalladamente más adelante en el presente documento. La inspección de un conjunto soldado virtual puede producirse en un sistema de inspección de conjunto soldado virtual (VWI) independiente de si se describe en detalle más adelante en la presente memoria. Furthermore, the pass/fail criteria for any particular test is known in advance based on predefined welding codes and standards such as, for example, the AWS welding standards. According to one embodiment of the present invention, an animation is created that allows display of a simulated destructive or non-destructive test of the virtual weldment. The same virtual weldment assembly can be tested in many different ways. Testing and inspection of a virtual weldment may occur in a virtual reality welding simulator system (for example, a virtual reality arc welding (VRAW) system which is described in detail later herein. Inspection of a virtual weldment may occur in a standalone virtual weldment inspection (VWI) system if described in detail hereinafter.
El sistema de VRAW es capaz de permitir que un usuario cree un conjunto soldado virtual en tiempo real simulando un escenario de soldadura como si el usuario estuviera soldando en realidad, y capturando todos los datos resultantes que define el conjunto soldado virtual, incluyendo defectos e interrupciones. El sistema de VRAW es además capaz de realizar pruebas destructivas y no destructivas virtuales, además de inspeccionar el conjunto soldado virtual, así como de pruebas de materiales e inspecciones del conjunto soldado virtual. El sistema de VWI independiente es capaz de introducir un conjunto soldado virtual predefinido o un conjunto soldado virtual creado usando el sistema de VRAw , y una inspección virtual de formación del conjunto soldado virtual. Un conjunto soldado virtual tridimensional o una parte del mismo puede derivarse de un modelo de diseño asistido por ordenador (CAD), según una realización de la presente invención. Por lo tanto, las pruebas e inspección pueden simularse en geometrías irregulares para partes específicas. Según una realización de la presente solicitud, el sistema de VRAW también es capaz de realizar una inspección virtual de un conjunto soldado virtual predefinido. Por ejemplo, el sistema de VRAW puede incluir conjuntos soldados virtuales prefabricados que un estudiante puede consultar para aprender cómo debe verse una buena soldadura. The VRAW system is capable of allowing a user to create a virtual weldment in real time by simulating a welding scenario as if the user were actually welding, and capturing all the resulting data that defines the virtual weldment, including defects and interruptions. . The VRAW system is also capable of performing virtual destructive and non-destructive testing and virtual weldment inspection, as well as material testing and virtual weldment inspections. The standalone VWI system is capable of entering a predefined virtual weldment or a virtual weldment created using the VRAw system, and a virtual training inspection of the virtual weldment. A three-dimensional virtual weldment or a portion thereof may be derived from a computer-aided design (CAD) model, according to an embodiment of the present invention. Therefore, testing and inspection can be simulated on irregular geometries for specific parts. According to an embodiment of the present application, the VRAW system is also capable of performing a virtual inspection of a predefined virtual weldment. For example, the VRAW system may include prefabricated virtual weld assemblies that a student can refer to to learn what a good weld should look like.
Varios tipos de discontinuidades y defectos de soldadura incluyen un tamaño de soldadura inadecuado, una mala colocación del cordón, una perla cóncava, una convexidad excesiva, un rebaje, una porosidad, una fusión incompleta, una inclusión de escoria, un exceso de salpicaduras, un sobrellenado, grietas y un fundido que son bien conocidos en la técnica. Por ejemplo, el rebaje a menudo se debe a un ángulo incorrecto de soldadura. La porosidad son discontinuidades de tipo cavidad formadas por atrapamiento de gas durante la solidificación, a menudo causadas por mover el arco demasiado lejos del conjunto soldado. Pueden producirse otros problemas debido a valores incorrectos en el proceso, material de relleno, tamaño de cable o técnica, todos los cuales pueden simularse. Various types of welding discontinuities and defects include improper weld size, poor bead placement, concave bead, excessive convexity, undercut, porosity, incomplete fusion, slag inclusion, excessive spatter, overfilling, cracking and melting which are well known in the art. For example, undercutting is often due to an incorrect welding angle. Porosity are cavity-type discontinuities formed by gas trapping during solidification, often caused by moving the arc too far from the weldment. Other problems can occur due to incorrect values in the process, filler material, wire size or technique, all of which can be simulated.
Los diversos tipos de pruebas destructivas que pueden realizarse incluyen un ensayo de curvado de raíz, un ensayo de curvado de cara, un ensayo de curvado lateral, un ensayo de tensión o de tracción, una prueba de rotura (por ejemplo, un ensayo de rotura de mellas o un ensayo de rotura de unión en T), una prueba de impacto y un ensayo de dureza que son todos bien conocidos en la técnica. Para muchas de estas pruebas, se corta una pieza del conjunto soldado y la prueba se realiza en esa pieza. Por ejemplo, un ensayo de curvado de raíz es un ensayo que dobla la pieza cortada del conjunto soldado de modo que la raíz de soldadura está en la superficie convexa de un radio de curvatura especificado. Un ensayo de curvado lateral es un ensayo que dobla el conjunto soldado de modo que el lado de una sección transversal de la soldadura está en la superficie convexa de un radio de curvatura especificado. Un ensayo de curvado frontal es un ensayo que dobla el conjunto soldado de modo que la cara de soldadura está en la superficie convexa de un radio de curvatura especificado. The various types of destructive tests that can be performed include a root bending test, a face bending test, a lateral bending test, a tension or tensile test, a breaking test (e.g. a breaking test of nicks or a T-joint breakage test), an impact test and a hardness test which are all well known in the art. For many of these tests, a piece is cut from the weldment and the test is performed on that piece. For example, a root bending test is a test that bends the cut part of the weldment so that the weld root is on the convex surface of a specified radius of curvature. A side bend test is a test that bends the weldment so that the side of a cross section of the weld is on the convex surface of a specified radius of curvature. A face bend test is a test that bends the weldment so that the weld face is on the convex surface of a specified radius of curvature.
Otra prueba destructiva sería un ensayo de tensión o tracción donde se tira o estira una pieza cortada de un conjunto soldado hasta que la soldadura se rompe, ensayando el límite elástico y la resistencia a la tracción de la soldadura. Otra prueba destructiva sería un ensayo de rotura. Un tipo de ensayo de rotura es un ensayo en un conjunto soldado que tiene dos secciones soldadas entre sí a 90 grados entre sí para formar una junta en T, donde una sección se dobla hacia la otra sección para determinar si la soldadura se rompe o no. Si la soldadura se rompe, se puede inspeccionar el cordón de soldadura interno. Una prueba de impacto es una prueba donde un elemento de impacto se fuerza en un conjunto soldado a varias temperaturas para determinar la capacidad del conjunto soldado para resistir el impacto. Un conjunto soldado puede tener una buena resistencia con carga estática, pero puede fracturarse si se somete a un impacto a alta velocidad. Por ejemplo, un dispositivo de péndulo puede usarse para oscilar hacia abajo y golpear un conjunto soldado (posiblemente romper el conjunto soldado) y se denomina prueba de impacto Charpy. Another destructive test would be a tension or tensile test where a cut piece of a weldment is pulled or stretched until the weld breaks, testing the yield strength and tensile strength of the weld. Another destructive test would be a breakage test. One type of breakage test is a test on a welded assembly that has two sections welded together at 90 degrees to each other to form a T-joint, where one section is bent toward the other section to determine whether the weld breaks or not. . If the weld breaks, the internal weld bead can be inspected. An impact test is a test where an impact element is forced into a weldment at various temperatures to determine the ability of the weldment to resist impact. A welded assembly may have good strength under static loading, but may fracture if subjected to a high-velocity impact. For example, a pendulum device can be used to swing down and strike a weldment (possibly breaking the weldment) and is called a Charpy impact test.
Otra prueba destructiva sería un ensayo de dureza que prueba una capacidad de soldadura para resistir la hendidura o penetración en la junta de soldadura. La dureza de un conjunto soldado depende de las propiedades metalúrgicas resultantes en la junta de soldadura que se basa, en parte, en cómo se enfría la junta de soldadura en la zona afectada por el calor. Dos tipos de pruebas de dureza serían la prueba Binell y la prueba Rockwell. Ambas pruebas utilizan un penetrador con una esfera dura o un punto de diamante afilado. El penetrador se aplica a la soldadura bajo una carga estandarizada. Cuando se retira la carga, se mide la penetración. La prueba puede realizarse en varios puntos del metal circundante y es un buen indicador del posible agrietamiento. Un tipo adicional de prueba destructiva sería una prueba de doblado en tubo donde se corta un tubo soldado para tomar una pieza de cada uno de los cuatro cuadrantes del tubo. Se realiza una curva de raíz en dos de las piezas y se realiza una curva de cara en las otras dos piezas. Another destructive test would be a hardness test that tests a weld's ability to resist indentation or penetration into the weld joint. The hardness of a weldment depends on the resulting metallurgical properties in the weld joint which is based, in part, on how the weld joint cools in the heat affected zone. Two types of hardness tests would be the Binell test and the Rockwell test. Both tests use an indenter with a hard ball or sharp diamond point. The indenter is applied to the weld under a standardized load. When the load is removed, the penetration is measured. The test can be performed at several points on the surrounding metal and is a good indicator of possible cracking. An additional type of destructive test would be a tube bend test where a welded tube is cut to take a piece from each of the four quadrants of the tube. A root curve is made on two of the pieces and a face curve is made on the other two pieces.
Varios tipos de pruebas no destructivas que pueden realizarse incluyen pruebas radiográficas y pruebas ultrasónicas. En un ensayo radiográfico, se expone el conjunto soldado a rayos X y se genera una imagen de rayos X de la junta de soldadura que puede examinarse. En un ensayo ultrasónico, el conjunto soldado se expone a energía ultrasónica y se derivan diversas propiedades de la junta de soldadura de las ondas ultrasónicas reflejadas. Para ciertos tipos de pruebas no destructivas, se somete el conjunto soldado (de manera virtual) a la exposición a rayos X o ultrasonido y se presentan visualmente al usuario defectos tales como porosidad interna, atrapamiento de escoria y falta de penetración. Otro tipo de prueba no destructiva serían los ensayos penetrantes de colorante o penetrantes de líquidos que pueden simularse de manera virtual. Se somete un conjunto soldado a un material de tinte y luego se expone el conjunto soldado a un revelador para determinar, por ejemplo, si existen grietas superficiales que no son visibles a simple vista. Otra prueba no destructiva sería el ensayo de partículas magnéticas que también se usa para detectar grietas y puede simularse de una manera de realidad virtual. Se pueden crear pequeñas grietas por debajo de la superficie de un conjunto soldado mediante una entrada de calor inadecuada al conjunto soldado. Según una realización de la presente invención, la velocidad de desplazamiento y otros parámetros del proceso de soldadura se rastrean en el entorno de realidad virtual y se usan para determinar la entrada de calor en el conjunto soldado y, de esta forma, pueden detectarse grietas cerca de la superficie del conjunto soldado usando pruebas virtuales no destructivas. Various types of non-destructive testing that can be performed include radiographic testing and ultrasonic testing. In a radiographic test, the welded assembly is exposed to x-rays and an x-ray image of the weld joint is generated that can be examined. In an ultrasonic test, the weldment is exposed to ultrasonic energy and various properties of the weld joint are derived from the reflected ultrasonic waves. For certain types of nondestructive testing, the weldment is subjected (virtually) to exposure to x-rays or ultrasound and defects such as internal porosity, slag entrapment, and lack of penetration are visually presented to the user. Another type of non-destructive testing would be dye penetrant or liquid penetrant tests that can be simulated virtually. A weldment is subjected to a dye material and then the weldment is exposed to a developer to determine, for example, whether there are surface cracks that are not visible to the naked eye. Another non-destructive test would be magnetic particle testing which is also used to detect cracks and can be simulated in a virtual reality manner. Small cracks below the surface of a weldment can be created by inadequate heat input to the weldment. According to an embodiment of the present invention, the travel speed and other parameters of the welding process are tracked in the virtual reality environment and used to determine the heat input into the weldment and, in this way, cracks can be detected near of the weldment surface using virtual non-destructive testing.
Además, se puede realizar la simulación de un conjunto soldado en una estructura simulada. Por ejemplo, un conjunto soldado virtual que tiene una junta de soldadura virtual creada por un usuario de un sistema de VRAW puede incorporarse en una simulación virtual de un puente para la prueba. El conjunto soldado virtual puede corresponder a un elemento estructural clave del puente, por ejemplo. El puente puede especificarse para durar cien años antes de fallar. La prueba puede implicar observar el puente a lo largo del tiempo (es decir, tiempo virtual) para ver si el conjunto soldado falla. Por ejemplo, si el conjunto soldado tiene una calidad deficiente (es decir, tiene discontinuidades o defectos inaceptables), la simulación puede mostrar una animación de la destrucción del puente después de 45 años. In addition, the simulation of a welded assembly can be carried out in a simulated structure. For example, a virtual weldment that has a virtual weld joint created by a user of a VRAW system can be incorporated into a virtual simulation of a bridge for testing. The virtual weldment may correspond to a key structural element of the bridge, for example. The bridge can be specified to last one hundred years before failing. Testing may involve observing the bridge over time (i.e., virtual time) to see if the weldment fails. For example, if the weldment is of poor quality (i.e., has unacceptable discontinuities or defects), the simulation may show an animation of the bridge's destruction after 45 years.
Las Figuras 1-19C describen una realización de un sistema 100 de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW) capaz de simular, en el espacio de realidad virtual, un escenario de soldadura en tiempo real que incluye la formación de un conjunto soldado virtual por un usuario (soldador) y diversas características de defecto y discontinuidad asociadas con el conjunto soldado, así como el ensayo e inspección de simulación del conjunto soldado virtual y visualizar una animación del conjunto soldado virtual bajo prueba para observar los efectos. El sistema de VRAW es capaz de crear una representación virtual sofisticada de un conjunto soldado y realizar un análisis sofisticado de la representación virtual que compara diversas características del conjunto soldado virtual con un código de soldadura. Figures 1-19C describe an embodiment of a virtual reality arc welding (VRAW) system 100 capable of simulating, in virtual reality space, a real-time welding scenario that includes the formation of a virtual welded assembly by a user (welder) and various defect and discontinuity characteristics associated with the weldment, as well as simulation testing and inspection of the virtual weldment and viewing an animation of the virtual weldment under test to observe the effects. The VRAW system is capable of creating a sophisticated virtual representation of a weldment and performing sophisticated analysis of the virtual representation that compares various characteristics of the virtual weldment to a welding code.
La inspección virtual puede implementarse en el sistema de VRAW en cualquiera de varias formas diferentes y/o combinaciones de los mismos. Según una realización de la presente invención, el sistema de VRAW incluye un sistema experto y es accionado por un conjunto de reglas. Un sistema experto es el software que intenta proporcionar una respuesta a un problema o aclarar incertidumbres donde normalmente necesitaría consultarse uno o más expertos humanos. Los sistemas expertos son más comunes en un dominio de problema específico y son una aplicación tradicional y/o subcampo de inteligencia artificial. Se puede usar una amplia variedad de métodos para simular el rendimiento del experto, sin embargo, común a muchas son 1) la creación de una base de conocimiento que usa algún formalismo de representación de conocimiento para capturar el conocimiento de la materia prima del sujeto (SME) (por ejemplo, el conocimiento de los inspector de soldadura certificado) y 2) un proceso de recogida de ese conocimiento de la SME y la codificación de la misma según el formalismo, que se denomina ingeniería de conocimiento. Los sistemas expertos pueden o no tener componentes de aprendizaje, pero un tercer elemento común es que, una vez que se desarrolla el sistema, se ha demostrado que se coloca en la misma situación de resolución del problema del mundo real que la CME humana, típicamente como ayuda a los trabajadores humanos o a un complemento a algún sistema de información. Virtual inspection can be implemented in the VRAW system in any of several different ways and/or combinations thereof. According to one embodiment of the present invention, the VRAW system includes an expert system and is driven by a set of rules. An expert system is software that attempts to provide an answer to a problem or clarify uncertainties where one or more human experts would normally need to be consulted. Expert systems are most common in a specific problem domain and are a traditional application and/or subfield of artificial intelligence. A wide variety of methods can be used to simulate expert performance, however, common to many are 1) the creation of a knowledge base that uses some knowledge representation formalism to capture the subject's raw material knowledge ( SME) (for example, the knowledge of certified welding inspectors) and 2) a process of collecting that knowledge from the SME and codifying it according to the formalism, which is called knowledge engineering. Expert systems may or may not have learning components, but a third common element is that once the system is developed, it has been shown to be placed in the same real-world problem-solving situation as human CME, typically as an aid to human workers or as a complement to some information system.
Según otra realización de la presente invención, el sistema de VRAW incluye máquinas de vectores de soporte. Las máquinas de vectores de soporte (SVM) son un conjunto de métodos de aprendizaje supervisado relacionados utilizados para la clasificación y regresión. Dado un conjunto de ejemplos de formación, cada uno marcado como perteneciente a una de dos categorías, un algoritmo de entrenamiento SVM construye un modelo que predice si un nuevo ejemplo cae en una categoría u otro (por ejemplo, categorías de aprobado/fallo para defectos y discontinuidades particulares). De manera intuitiva, un modelo SVM es una representación de los ejemplos como puntos en el espacio, mapeado de modo que los ejemplos de las categorías separadas se dividen por un espacio claro que es lo más ancho posible. Luego se mapean nuevos ejemplos en ese mismo espacio y se predice que pertenecen a una categoría basada en el lado del hueco en el que caen. According to another embodiment of the present invention, the VRAW system includes support vector machines. Support vector machines (SVM) are a set of related supervised learning methods used for classification and regression. Given a set of training examples, each marked as belonging to one of two categories, an SVM training algorithm builds a model that predicts whether a new example falls into one category or another (e.g., pass/fail categories for defects and particular discontinuities). Intuitively, an SVM model is a representation of examples as points in space, mapped so that examples of separate categories are divided by a clear space that is as wide as possible. New examples are then mapped into that same space and predicted to belong to a category based on which side of the gap they fall into.
Según aún otra realización de la presente invención, el sistema de VRAW incluye una red neuronal que es capaz de ser entrenada y adaptada a nuevos escenarios. Una red neuronal está compuesta por neuronas artificiales interconectadas (elementos de programación que imitan las propiedades de las neuronas biológicas). Las redes neuronales pueden usarse para obtener una comprensión de redes neuronales biológicas, o para resolver problemas de inteligencia artificial sin crear necesariamente un modelo de un sistema biológico real. Según una realización de la presente invención, se diseña una red neuronal que introduce datos de defectos y discontinuidades de datos de conjunto soldado virtual, y envía datos de aprobado/fallo. According to yet another embodiment of the present invention, the VRAW system includes a neural network that is capable of being trained and adapted to new scenarios. A neural network is made up of interconnected artificial neurons (programming elements that mimic the properties of biological neurons). Neural networks can be used to gain an understanding of biological neural networks, or to solve artificial intelligence problems without necessarily creating a model of a real biological system. According to one embodiment of the present invention, a neural network is designed that inputs defect data and discontinuities from virtual weldment data, and outputs pass/fail data.
Según diversas realizaciones de la presente invención, pueden emplearse agentes inteligentes para proporcionar retroalimentación a un estudiante con respecto a áreas donde el estudiante necesita más práctica, o para proporcionar retroalimentación a un instructor o educador de cómo modificar el currículo de enseñanza para mejorar el aprendizaje de los estudiantes. En inteligencia artificial, un agente inteligente es una entidad autónoma, generalmente implementada en software, que observa y actúa sobre un entorno y dirige su actividad para lograr objetivos. Un agente inteligente puede ser capaz de aprender y usar conocimiento para lograr un objetivo (por ejemplo, el objetivo de proporcionar retroalimentación relevante a un estudiante de soldadura o un formador de soldadura). According to various embodiments of the present invention, intelligent agents may be employed to provide feedback to a student regarding areas where the student needs more practice, or to provide feedback to an instructor or educator on how to modify the teaching curriculum to improve learning of the students. In artificial intelligence, an intelligent agent is an autonomous entity, usually implemented in software, that observes and acts on an environment and directs its activity to achieve goals. An intelligent agent may be able to learn and use knowledge to achieve a goal (for example, the goal of providing relevant feedback to a welding student or welding trainer).
Según una realización de la presente invención, una representación virtual de un conjunto soldado creado usando el sistema de VRAW se exporta a una sección de la prueba destructiva/no destructiva del sistema. La sección de la prueba del sistema es capaz de generar automáticamente secciones cortadas del conjunto soldado virtual (para pruebas destructivas) y enviar esas secciones cortadas a una de una pluralidad de pruebas posibles dentro de la sección de la prueba del sistema de VRAW. Cada una de las diversas pruebas es capaz de generar una animación que ilustra esa prueba particular. El sistema de VRAW es capaz de mostrar la animación de la prueba al usuario. La animación muestra claramente al usuario si el conjunto soldado virtual generado por el usuario aprueba el ensayo. Para pruebas no destructivas, se somete el conjunto soldado (de manera virtual) a la exposición a rayos X o ultrasonido y se presentan visualmente al usuario defectos tales como porosidad interna, atrapamiento de escoria y falta de penetración. According to one embodiment of the present invention, a virtual representation of a weldment created using the VRAW system is exported to a destructive/non-destructive test section of the system. The system test section is capable of automatically generating cut sections of the virtual weldment (for destructive testing) and sending those cut sections to one of a plurality of possible tests within the VRAW system test section. Each of the various tests is capable of generating an animation illustrating that particular test. The VRAW system is capable of displaying the test animation to the user. The animation clearly shows the user whether the user-generated virtual weldment passes the test. For non-destructive testing, the weldment is subjected (virtually) to exposure to x-rays or ultrasound and defects such as internal porosity, slag entrapment, and lack of penetration are visually presented to the user.
Por ejemplo, se puede mostrar que un conjunto soldado virtual que se somete a una prueba de curvado virtual se rompe en la animación en una ubicación donde se produce un tipo particular de defecto en la junta de soldadura del conjunto soldado virtual. Como otro ejemplo, se puede mostrar que un conjunto soldado virtual que se somete a una prueba de curvado virtual se dobla en la animación y se grieta, o muestra una cantidad significativa de defectos, aunque el conjunto soldado no se rompa completamente. Se puede repetir la prueba del mismo conjunto soldado virtual para diferentes pruebas usando las mismas secciones cortadas (p. ej., las secciones cortadas pueden reconstituirse o volver a representarse mediante el sistema de VRAW) o diferentes secciones cortadas del conjunto soldado virtual. Según una realización de la presente invención, un conjunto soldado virtual está marcado con características metalúrgicas tales como, por ejemplo, un tipo de metal y la resistencia a la tracción que se tienen en cuenta en la prueba destructiva/no destructiva seleccionado particular. Se simulan diversos metales de soldadura de base común, incluyendo metales de soldadura tales como aluminio y acero inoxidable, según diversas realizaciones de la presente invención. For example, a virtual weldment undergoing a virtual bending test may be shown to break in the animation at a location where a particular type of defect occurs in the weld joint of the virtual weldment. As another example, a virtual weldment that is subjected to a virtual bending test can be shown to bend in the animation and crack, or show a significant amount of defects, even though the weldment does not completely break. The same virtual weldment can be retested for different tests using the same cut sections (e.g., the cut sections can be reconstituted or re-rendered by the VRAW system) or different cut sections of the virtual weldment. According to one embodiment of the present invention, a virtual weldment is marked with metallurgical characteristics such as, for example, a metal type and tensile strength that are taken into account in the particular selected destructive/non-destructive test. Various common base weld metals, including weld metals such as aluminum and stainless steel, are simulated according to various embodiments of the present invention.
Según una realización de la presente invención, un sistema experto en funcionamiento de fondo puede aparecer en una ventana en una pantalla del sistema de VRAW e indicar al usuario (por ejemplo, a través de un mensaje de texto y/o gráficamente) el motivo por el que el conjunto soldado falló el ensayo (por ejemplo, demasiada porosidad en estos puntos particulares en la junta de soldadura) y qué estándar(s) de soldadura específico(s) no se rompió(eron). Según otra realización de la presente invención, el sistema de VRAW puede tener un enlace de hipertexto a una herramienta externa que vincula la presente prueba a un estándar de soldadura particular. Además, un usuario puede tener acceso a una base de conocimiento que incluye texto, imágenes, vídeo y diagramas para complementar su formación. According to one embodiment of the present invention, an expert system running in the background may appear in a window on a screen of the VRAW system and indicate to the user (e.g., via text message and/or graphically) the reason why which weldment failed the test (for example, too much porosity at these particular points in the weld joint) and which specific weld standard(s) were not broken. According to another embodiment of the present invention, the VRAW system may have a hypertext link to an external tool that links the present test to a particular welding standard. Additionally, a user can access a knowledge base that includes text, images, video and diagrams to complement their training.
Según una realización de la presente invención, la animación de una prueba destructiva/no destructiva particular es una representación 3D del conjunto soldado virtual según se modifica mediante la prueba de modo que un usuario puede mover el conjunto soldado virtual representado alrededor de una manera tridimensional en una pantalla del sistema de VRAW durante la prueba para ver la prueba desde diversos ángulos y perspectivas. La misma animación representada en 3D de una prueba particular puede repetirse para permitir un beneficio máximo de la formación para el mismo usuario o para múltiples usuarios. According to one embodiment of the present invention, the animation of a particular destructive/non-destructive test is a 3D representation of the virtual weldment as modified by the test such that a user can move the represented virtual weldment around in a three-dimensional manner in a VRAW system screen during the test to view the test from various angles and perspectives. The same 3D rendered animation of a particular test can be repeated to allow maximum training benefit for the same user or for multiple users.
Según una realización de la presente invención, el conjunto soldado virtual representado y/o la animación representada en 3D correspondiente del conjunto soldado virtual bajo prueba se pueden exportar a una parte de inspección del sistema para realizar una inspección de la soldadura y/o para formar a un usuario en inspección de soldadura (p. ej., para convertirse en un inspector de soldadura certificado). La parte de inspección del sistema incluye un modo de enseñanza y un modo de entrenamiento. According to one embodiment of the present invention, the depicted virtual weldment and/or the corresponding 3D rendered animation of the virtual weldment under test may be exported to an inspection portion of the system to perform a weld inspection and/or to form to a user in welding inspection (e.g., to become a certified welding inspector). The inspection part of the system includes a teaching mode and a training mode.
En el modo de enseñanza, el conjunto soldado virtual y/o la animación representada en 3D de un conjunto soldado virtual bajo ensayo son mostrados y visualizados por un graduador (formador) junto con un estudiante de soldadura. In teaching mode, the virtual weldment and/or the 3D rendered animation of a virtual weldment under test are shown and viewed by a grader (trainer) together with a welding student.
El formador y el estudiante de soldadura pueden ver e interactuar con el conjunto soldado virtual. El formador es capaz de determinar (por ejemplo, a través de un método de puntuación) cómo hizo el estudiante de soldadura al identificar defectos y discontinuidades en el conjunto soldado virtual, e indicar al estudiante de soldadura si la soldadura se realizó correctamente y qué pasó por alto el estudiante interactuando con el conjunto soldado virtual visualizado (visualización desde diferentes perspectivas, etc.). The trainer and welding student can view and interact with the virtual weldment. The trainer is able to determine (for example, through a scoring method) how the welding student did by identifying defects and discontinuities in the virtual weldment, and indicate to the welding student whether the welding was performed correctly and what happened. overlooks the student interacting with the visualized virtual soldier assembly (viewing from different perspectives, etc.).
En el modo de entrenamiento, el sistema hace a un estudiante de inspector de soldadura varias preguntas sobre el conjunto soldado virtual y permite que el estudiante de inspector de soldadura introduzca respuestas a las preguntas. El sistema puede proporcionar al estudiante de inspector de soldadura una puntuación al final de la pregunta. Por ejemplo, el sistema puede proporcionar inicialmente preguntas de muestra al estudiante de inspector de soldadura para un conjunto soldado virtual y luego proceder a proporcionar preguntas cronometradas al estudiante de inspector de soldadura para otro conjunto soldado virtual que se va a puntuar durante un modo de prueba. In training mode, the system asks a welding inspector student several questions about the virtual weldment and allows the welding inspector student to enter answers to the questions. The system can provide the welding inspector student with a score at the end of the question. For example, the system may initially provide sample questions to the welding inspector student for one virtual weldment and then proceed to provide timed questions to the welding inspector student for another virtual weldment to be scored during a test mode. .
La parte de inspección del sistema también puede proporcionar ciertas herramientas interactivas que ayudan a un estudiante de inspector de soldadura o formador a detectar defectos y hacer ciertas mediciones en la soldadura virtual que se comparan con estándares de soldadura predefinidos (por ejemplo, un medidor virtual que mide la penetración de una soldadura raíz y compara la medición con una penetración estándar requerida). La clasificación de un estudiante de inspector de soldadura también puede incluir si el estudiante de inspector de soldadura usa o no las herramientas interactivas correctas para evaluar la soldadura. Según una realización de la presente invención, la parte de inspección del sistema, basada en la clasificación (es decir, puntuación) determina en qué áreas el estudiante de inspector de soldadura necesita ayuda y proporciona al estudiante de inspector de soldadura muestras más representativas sobre las cuales practicar la inspección. The inspection portion of the system may also provide certain interactive tools that help a welding inspector student or trainer detect defects and make certain measurements on the virtual weld that are compared to predefined welding standards (for example, a virtual gauge that measures the penetration of a root weld and compares the measurement to a required standard penetration). The classification of a welding inspector student may also include whether or not the welding inspector student uses the correct interactive tools to evaluate welding. According to one embodiment of the present invention, the inspection portion of the system, based on classification (i.e., scoring), determines in which areas the welding inspector student needs help and provides the welding inspector student with more representative samples about the areas. which to carry out the inspection.
Como se ha indicado anteriormente en el presente documento, pueden emplearse agentes inteligentes para proporcionar retroalimentación a un estudiante con respecto a áreas donde el estudiante necesita más práctica, o para proporcionar retroalimentación a un instructor o formador sobre cómo modificar el currículo de enseñanza para mejorar el aprendizaje de los estudiantes. En inteligencia artificial, un agente inteligente es una entidad autónoma, generalmente implementada en software, que observa y actúa sobre un entorno y dirige su actividad para lograr objetivos. Un agente inteligente puede ser capaz de aprender y usar conocimiento para lograr un objetivo (por ejemplo, el objetivo de proporcionar retroalimentación relevante a un estudiante de soldadura o un formador de soldadura). Según una realización de la presente invención, el entorno percibido y accionado por un agente inteligente es el entorno de realidad virtual generado por el sistema de VRAW, por ejemplo. As noted earlier in this document, intelligent agents may be employed to provide feedback to a student regarding areas where the student needs more practice, or to provide feedback to an instructor or trainer on how to modify the teaching curriculum to improve the performance. student learning. In artificial intelligence, an intelligent agent is an autonomous entity, usually implemented in software, that observes and acts on an environment and directs its activity to achieve goals. An intelligent agent may be able to learn and use knowledge to achieve a goal (for example, the goal of providing relevant feedback to a welding student or welding trainer). According to one embodiment of the present invention, the environment perceived and actuated by an intelligent agent is the virtual reality environment generated by the VRAW system, for example.
Nuevamente, las diversas herramientas de inspección interactivas pueden usarse en el conjunto soldado virtual antes de someterse a la prueba, el conjunto soldado virtual después de someterse a la prueba, o ambos. Las diversas herramientas y metodologías de inspección interactiva están configuradas para diversos procesos de soldadura, tipos de metales y tipos de estándares de soldadura, según una realización de la presente invención. En el sistema de VWI independiente, las herramientas de inspección interactivas pueden manipularse usando un teclado y un ratón, por ejemplo. En el sistema de VRAW, las herramientas de inspección interactivas pueden manipularse mediante una palanca de mando y/o un panel de consola, por ejemplo. Again, the various interactive inspection tools can be used on the virtual weldment before being tested, the virtual weldment after being tested, or both. The various interactive inspection tools and methodologies are configured for various welding processes, types of metals, and types of welding standards, according to an embodiment of the present invention. In the standalone VWI system, interactive inspection tools can be manipulated using a keyboard and mouse, for example. In the VRAW system, interactive inspection tools can be manipulated using a joystick and/or console panel, for example.
El sistema de soldadura por arco de realidad virtual (VRAW -virtual reality arc welding)incluye un subsistema basado en procesador programable, un rastreador espacial conectado operativamente al subsistema basado en procesador programable, al menos una herramienta de soldadura simulada capaz de ser rastreada espacialmente por el rastreador espacial, y al menos un dispositivo de visualización conectado operativamente al subsistema basado en procesador programable. El sistema es capaz de simular, en un espacio de realidad virtual, un baño de soldadura con características de fluidez del metal fundido y disipación de calor en tiempo real. El sistema también es capaz de mostrar el baño de soldadura simulado en el dispositivo de visualización en tiempo real. Las características de disipación de calor y fluidez de metal fundido en tiempo real del baño de soldadura simulado proporcionan retroalimentación visual en tiempo real a un usuario de la herramienta de soldadura simulada cuando se muestran, permitiendo al usuario ajustar o mantener una técnica de soldadura en tiempo real en respuesta a la retroalimentación visual en tiempo real (es decir, ayuda al usuario a aprender correctamente). El baño de soldadura visualizado es representativo de un baño de soldadura que se formaría en el mundo real basándose en la técnica de soldadura del usuario y el proceso y parámetros de soldadura seleccionados. Al ver un baño (por ejemplo, forma, color, escoria, tamaño, monedas apiladas[stackeddimes]), un usuario puede modificar su técnica para hacer una buena soldadura y determinar el tipo de soldadura que se está realizando. La forma del baño es sensible al movimiento de la pistola o varilla. Como se usa en el presente documento, el término “ tiempo real” significa percibir y experimentar en el tiempo en un entorno simulado de la misma manera que un usuario percibiría y experimentaría en un escenario de soldadura en el mundo real. Además, el baño de soldadura responde a los efectos del entorno físico que incluye la gravedad, lo que permite a un usuario poner en práctica de forma práctica la soldadura en varias posiciones, incluyendo soldadura en partes elevadas y diversos ángulos de soldadura de tubería (por ejemplo, 1G, 2G, 5G, 6G). Dicho escenario de soldadura virtual en tiempo real da como resultado la generación de datos representativos de un conjunto soldado virtual. The virtual reality arc welding (VRAW) system includes a programmable processor-based subsystem, a spatial tracker operatively connected to the programmable processor-based subsystem, at least one simulated welding tool capable of being spatially tracked by the space tracker, and at least one display device operatively connected to the programmable processor-based subsystem. The system is capable of simulating, in a virtual reality space, a weld pool with fluidity characteristics of the molten metal and heat dissipation in real time. The system is also capable of displaying the simulated weld pool on the display device in real time. The real-time heat dissipation and molten metal fluidity characteristics of the simulated weld pool provide real-time visual feedback to a user of the simulated welding tool when displayed, allowing the user to adjust or maintain a welding technique in time. real in response to real-time visual feedback (i.e., helps the user learn correctly). The weld pool displayed is representative of a weld pool that would form in the real world based on the user's welding technique and the selected welding process and parameters. By viewing a dip (e.g. shape, color, slag, size, stackeddimes), a user can modify their technique to make a good weld and determine the type of weld being made. The shape of the bath is sensitive to the movement of the gun or wand. As used herein, the term “real time” means perceiving and experiencing time in a simulated environment in the same way that a user would perceive and experience in a real-world welding scenario. Additionally, the weld pool responds to the effects of the physical environment including gravity, allowing a user to practically implement welding in various positions, including overhead welding and various pipe welding angles (e.g. example, 1G, 2G, 5G, 6G). Said real-time virtual welding scenario results in the generation of data representative of a virtual weldment.
La Figura 1 ilustra un ejemplo de realización de un diagrama de bloques del sistema de un sistema 100 que proporciona una formación de soldadura por arco en un entorno de realidad virtual en tiempo real. El sistema 100 incluye un subsistema basado en procesador programable (PPS) 110. El PPS 110 proporciona el hardware y el software configurados como un motor de representación para proporcionar representaciones animadas en 3D de conjuntos soldados virtuales. El PPS 110 también proporciona hardware y software configurados como un motor de análisis para realizar pruebas e inspección de un conjunto soldado virtual. En el contexto del sistema de la Figura 1, un conjunto soldado virtual es la simulación resultante de una probeta de soldadura que ha pasado por un proceso de soldadura simulado para formar un cordón de soldadura o junta de soldadura. Figure 1 illustrates an example embodiment of a system block diagram of a system 100 that provides arc welding training in a real-time virtual reality environment. System 100 includes a programmable processor-based subsystem (PPS) 110. PPS 110 provides hardware and software configured as a rendering engine to provide 3D animated renderings of virtual weldments. The PPS 110 also provides hardware and software configured as an analysis engine to perform testing and inspection of a virtual weldment. In the context of the system in Figure 1, a virtual weldment is the resulting simulation of a weld specimen that has gone through a simulated welding process to form a weld bead or weld joint.
El sistema 100 incluye además un rastreador espacial (ST) 120 conectado operativamente al PPS 110. El sistema 100 también incluye una interfaz 130 de usuario de soldadura física (WUI) conectada operativamente al PPS 110 y un dispositivo 140 de visualización montado en la cara (FMDD) (véanse las Figuras 9A-9C) conectados operativamente al PPS 110 y al ST 120. Sin embargo, ciertas realizaciones pueden no proporcionar un FMDD. El sistema 100 incluye además un dispositivo de visualización de observador (ODD) 150 conectado operativamente al PPS 110. El sistema 100 también incluye al menos una herramienta de soldadura simulada (MWT) 160 conectada operativamente al ST 120 y al PPS 110. El sistema 100 incluye además una tabla/soporte (T/S) 170 y al menos una probeta de soldadura (WC) 180 capaz de unirse al T/S 170. Según una realización alternativa de la presente invención, se proporciona una botella de gas simulado (no mostrada) que simula una fuente de gas de protección y que tiene un regulador de flujo ajustable. The system 100 further includes a spatial tracker (ST) 120 operatively connected to the PPS 110. The system 100 also includes a physical welding user interface (WUI) 130 operatively connected to the PPS 110 and a face-mounted display device 140 ( FMDD) (see Figures 9A-9C) operatively connected to the PPS 110 and the ST 120. However, certain embodiments may not provide an FMDD. The system 100 further includes an observer display device (ODD) 150 operatively connected to the PPS 110. The system 100 also includes at least one simulated welding tool (MWT) 160 operatively connected to the ST 120 and the PPS 110. The system 100 It further includes a table/support (T/S) 170 and at least one welding specimen (WC) 180 capable of joining the T/S 170. According to an alternative embodiment of the present invention, a simulated gas bottle is provided (not shown) that simulates a shielding gas source and has an adjustable flow regulator.
La Figura 2 ilustra una realización de ejemplo de una consola de soldadura 135 simulada combinada (que simula una interfaz de usuario de fuente de alimentación de soldadura) y un dispositivo 150 de visualización de observador (ODD) del sistema 100 de la Figura 1. La WUI 130 física reside en una parte frontal de la consola 135 y proporciona controles, botones y una palanca de mando para la selección del usuario de diversos modos y funciones. El ODD 150 está unido a una parte superior de la consola 135, según una realización de la presente invención. La MWT 160 descansa en un soporte unido a una parte lateral de la consola 135. Internamente, la consola 135 sostiene el PPS 110 y una parte del ST 120. Figure 2 illustrates an example embodiment of a combined simulated welding console 135 (simulating a welding power supply user interface) and an observer display device (ODD) 150 of the system 100 of Figure 1. The physical WUI 130 resides on a front portion of the console 135 and provides controls, buttons, and a joystick for user selection of various modes and functions. The ODD 150 is attached to a top portion of the console 135, according to one embodiment of the present invention. The MWT 160 rests on a bracket attached to a side portion of the console 135. Internally, the console 135 holds the PPS 110 and a portion of the ST 120.
La Figura 3 ilustra un ejemplo de realización del dispositivo de visualización de observador (ODD) 150 de la Figura 2. Según una realización de la presente invención, el ODD 150 es un dispositivo de pantalla de cristal líquido (LCD). También son posibles otros dispositivos de visualización. Por ejemplo, el ODD 150 puede ser una pantalla táctil, según otra realización de la presente invención. El ODD 150 recibe vídeo (por ejemplo, formato SVGA) y la información de visualización del PPS 110. Figure 3 illustrates an exemplary embodiment of the observer display device (ODD) 150 of Figure 2. According to one embodiment of the present invention, the ODD 150 is a liquid crystal display (LCD) device. Other display devices are also possible. For example, the ODD 150 may be a touch screen, according to another embodiment of the present invention. The ODD 150 receives video (e.g., SVGA format) and display information from the PPS 110.
Como se muestra en la Figura 3, el ODD 150 es capaz de mostrar una primera escena de usuario que muestra diversos parámetros 151 de soldadura que incluyen posición, punta para trabajar, ángulo de soldadura, ángulo de recorrido y velocidad de desplazamiento. Estos parámetros pueden seleccionarse y mostrarse en tiempo real en forma gráfica y se usan para enseñar una técnica de soldadura adecuada. Además, como se muestra en la Figura 3, el ODD 150 es capaz de mostrar estados de discontinuidad de soldadura simulados 152 que incluyen, por ejemplo, un tamaño de soldadura inadecuado, una colocación deficiente del cordón, una perla cóncava, una convexidad excesiva, un rebaje, una porosidad, una fusión incompleta, una inclusión de escoria, un exceso de proyecciones, un sobrellenado y una rebaba (masa fundida). El corte inferior es una ranura fundida en el metal base adyacente a la soldadura o raíz de soldadura y que queda sin llenar por metal de soldadura. El corte inferior a menudo se debe a un ángulo incorrecto de soldadura. La porosidad consiste en discontinuidades de tipo cavidad formadas por atrapamiento de gas durante la solidificación a menudo causada al mover el arco demasiado lejos de la probeta. Dichos estados de discontinuidad de soldadura simulados son generados por el sistema 100 durante un proceso de soldadura simulado para formar un conjunto soldado virtual con una probeta de soldadura simulada. As shown in Figure 3, the ODD 150 is capable of displaying a first user scene showing various welding parameters 151 including position, working tip, welding angle, travel angle and travel speed. These parameters can be selected and displayed in real time graphically and are used to teach proper welding technique. Additionally, as shown in Figure 3, the ODD 150 is capable of displaying simulated weld discontinuity states 152 including, for example, improper weld size, poor bead placement, concave bead, excessive convexity, a recess, a porosity, an incomplete fusion, a slag inclusion, an excess of projections, an overfill and a burr (melt). The undercut is a groove cast into the base metal adjacent to the weld or weld root and left unfilled by weld metal. Undercutting is often caused by incorrect welding angle. Porosity consists of cavity-type discontinuities formed by gas trapping during solidification often caused by moving the arch too far from the specimen. Such simulated weld discontinuity states are generated by system 100 during a simulated welding process to form a virtual weld assembly with a simulated weld specimen.
Además, como se muestra en la Figura 3, el ODD 150 es capaz de mostrar las selecciones del usuario 153, incluyendo el menú, las acciones, las señales visuales, la nueva probeta y el paso final. Estas selecciones de usuario están vinculadas a botones de usuario en la consola 135. A medida que un usuario realiza varias selecciones a través, por ejemplo, de una pantalla táctil del ODD 150 o a través de la WUI física 130, las características mostradas pueden cambiar para proporcionar información seleccionada y otras opciones al usuario. Además, el ODD 150 puede mostrar una vista por un soldador que lleva el FMDD 140 en la misma vista angular del soldador o en varios ángulos diferentes, por ejemplo, elegidos por un instructor. El ODD 150 puede ser visualizado por un instructor y/o los estudiantes para diversos fines de formación, incluyendo las pruebas destructivas/no destructivas y la inspección de un conjunto soldado virtual. Por ejemplo, la vista puede girarse alrededor de la soldadura terminada permitiendo una inspección visual por un instructor. Según una realización alternativa de la presente invención, el vídeo del sistema 100 puede enviarse a una ubicación remota a través de, por ejemplo, Internet para su visualización remota y/o crítica. Además, se puede integrar sonido para permitir la comunicación de audio en tiempo real entre un estudiante y un instructor remoto. Additionally, as shown in Figure 3, the ODD 150 is capable of displaying user 153 selections, including the menu, actions, visual cues, new test tube, and final step. These user selections are linked to user buttons on the console 135. As a user makes various selections through, for example, a touch screen of the ODD 150 or through the physical WUI 130, the characteristics displayed may change to provide selected information and other options to the user. Additionally, the ODD 150 may display a view by a welder wearing the FMDD 140 at the same angular view of the welder or at several different angles, for example, chosen by an instructor. The ODD 150 can be viewed by an instructor and/or students for various training purposes, including destructive/non-destructive testing and inspection of a virtual weldment. For example, the view can be rotated around the finished weld allowing visual inspection by an instructor. According to an alternative embodiment of the present invention, video from system 100 may be sent to a remote location via, for example, the Internet for remote and/or critical viewing. Additionally, sound can be integrated to enable real-time audio communication between a student and a remote instructor.
La Figura 4 ilustra un ejemplo de realización de una parte frontal de la consola 135 de soldadura simulada de la Figura 2 que muestra una interfaz de usuario de soldadura física (WUI) 130. La WUI 130 incluye un conjunto de botones 131 correspondientes a las selecciones de usuario 153 que se muestran en el ODD 150. Los botones 131 están coloreados para corresponderse con los colores de las selecciones de usuario 153 que se muestran en el ODD 150. Cuando se presiona uno de los botones 131, se envía una señal al PPS 110 para activar la función correspondiente. La WUI 130 también incluye una palanca de mando 132 capaz de ser utilizada por un usuario para seleccionar diversos parámetros y selecciones mostradas en el ODD 150. La WUI 130 incluye además un dial o control 133 para ajustar la velocidad de alimentación de cable/amperios, y otro dial o control 134 para ajustar los voltios/moldura. La WUI 130 también incluye un dial o control 136 para seleccionar un proceso de soldadura por arco. Según una realización de la presente invención, se pueden seleccionar tres procesos de soldadura por arco que incluyen soldadura por arco con núcleo de fundente (FCAw ) que incluye procesos protegidos por el gas y autoblindados; soldadura por arco metálico de gas (GMAW) que incluye arco corto, pulverización axial, STT y pulso; soldadura por arco de tungsteno a gas (GTAW); y soldadura por arco metálico protegido (SMAW) que incluye electrodos E6010, E6013 y E7018. La WUI 130 incluye además un dial o control 137 para seleccionar una polaridad de soldadura. Según una realización de la presente invención, se pueden seleccionar tres polaridades de soldadura por arco que incluyen corriente alterna (CA), corriente continua positiva (CC+) y corriente continua negativa (CC-). Figure 4 illustrates an example embodiment of a front portion of the simulated welding console 135 of Figure 2 showing a physical welding user interface (WUI) 130. The WUI 130 includes a set of buttons 131 corresponding to the selections user selections 153 displayed on the ODD 150. The buttons 131 are colored to correspond to the colors of the user selections 153 displayed on the ODD 150. When one of the buttons 131 is pressed, a signal is sent to the PPS 110 to activate the corresponding function. The WUI 130 also includes a joystick 132 capable of being used by a user to select various parameters and selections displayed on the ODD 150. The WUI 130 further includes a dial or control 133 for adjusting the wire feed rate/ampere, and another dial or control 134 to adjust the volts/trim. The WUI 130 also includes a dial or control 136 for selecting an arc welding process. According to one embodiment of the present invention, three arc welding processes can be selected including flux cored arc welding (FCAw) which includes gas shielded and self-shielded processes; gas metal arc welding (GMAW) including short arc, axial spray, STT and pulse; gas tungsten arc welding (GTAW); and shielded metal arc welding (SMAW) including electrodes E6010, E6013 and E7018. The WUI 130 also includes a dial or control 137 for selecting a welding polarity. According to an embodiment of the present invention, three arc welding polarities can be selected including alternating current (AC), positive direct current (DC+) and negative direct current (DC-).
La Figura 5 ilustra un ejemplo de realización de una herramienta de soldadura simulada (MWT) del sistema 100 de la Figura 1. La MWT 160 de la Figura 5 simula una herramienta de soldadura de varilla para soldadura de placa y tubo e incluye un soporte 161 y un electrodo 162 de varilla simulado. Un disparo en la MWD 160 se usa para comunicar una señal al PPS 110 para activar un proceso de soldadura simulada seleccionado. El electrodo de varilla simulado 162 incluye una punta resistiva 163 de forma táctil para simular la retroalimentación resistiva que se produce durante, por ejemplo, un procedimiento de soldadura de paso de raíz en soldadura de tubo en el mundo real o cuando se suelda una placa. Si el usuario mueve el electrodo de varilla simulado 162 demasiado lejos de la raíz, el usuario podrá sentir o detectar la resistencia más baja, derivando de este modo la retroalimentación para su uso en el ajuste o mantenimiento del proceso de soldadura actual. Figure 5 illustrates an exemplary embodiment of a simulated welding tool (MWT) of the system 100 of Figure 1. The MWT 160 of Figure 5 simulates a stick welding tool for plate and tube welding and includes a holder 161 and a simulated rod electrode 162. A trigger on the MWD 160 is used to communicate a signal to the PPS 110 to activate a selected simulated welding process. The simulated rod electrode 162 includes a tactile resistive tip 163 to simulate the resistive feedback that occurs during, for example, a root pass welding procedure in real-world tube welding or when welding a plate. If the user moves the simulated rod electrode 162 too far from the root, the user will be able to sense or detect the lower resistance, thereby deriving feedback for use in adjusting or maintaining the current welding process.
Se contempla que la herramienta de soldadura de varilla pueda incorporar un accionador, no mostrado, que retira el electrodo de varilla simulado 162 durante el procedimiento de soldadura virtual. Es decir que a medida que un usuario participa en la actividad de soldadura virtual, la distancia entre el soporte 161 y la punta del electrodo de varilla simulado 162 se reduce para simular el consumo del electrodo. La velocidad de consumo, es decir, la retirada del electrodo de varilla 162, puede controlarse por el PPS 110 y más específicamente por las instrucciones codificadas ejecutadas por el PPS 110. La velocidad de consumo simulada también puede depender de la técnica del usuario. Cabe mencionar aquí que a medida que el sistema 100 facilita la soldadura virtual con diferentes tipos de electrodos, la tasa de consumo o reducción del electrodo de varilla 162 puede cambiar con el procedimiento de soldadura usado y/o la configuración del sistema 100. It is contemplated that the stick welding tool may incorporate an actuator, not shown, that removes the simulated stick electrode 162 during the virtual welding procedure. That is, as a user participates in the virtual welding activity, the distance between the holder 161 and the tip of the simulated rod electrode 162 is reduced to simulate the consumption of the electrode. The consumption rate, that is, the removal of the rod electrode 162, may be controlled by the PPS 110 and more specifically by coded instructions executed by the PPS 110. The simulated consumption rate may also depend on the user's technique. It is worth mentioning here that as the system 100 facilitates virtual welding with different types of electrodes, the consumption or reduction rate of the rod electrode 162 may change with the welding procedure used and/or the configuration of the system 100.
También son posibles otras herramientas de soldadura de control, según otras realizaciones de la presente invención, que incluyen una MWD que simula una pistola de soldadura semiautomática manual que tiene un electrodo de cable alimentado a través de la pistola, por ejemplo. Además, según otras determinadas realizaciones de la presente invención, podría usarse una herramienta de soldadura real como MWT 160 para simular mejor la sensación real de la herramienta en las manos del usuario, aunque, en el sistema 100, la herramienta no se usará para crear realmente un arco real. Además, puede proporcionarse una herramienta de amolado simulada, para su uso en un modo de trituración simulado del simulador 100. De manera similar, puede proporcionarse una herramienta de corte simulada, para su uso en un modo de corte simulado del simulador 100 tal como, por ejemplo, como se usa en el corte de combustible oxigenado y plasma. Además, se puede proporcionar una antorcha de soldadura por arco de tungsteno de gas simulado (GTAW) o material de relleno para su uso en el simulador 100. Other control welding tools are also possible, according to other embodiments of the present invention, including an MWD that simulates a hand-held semi-automatic welding gun having a wire electrode fed through the gun, for example. Additionally, according to certain other embodiments of the present invention, an actual welding tool such as MWT 160 could be used to better simulate the actual feel of the tool in the user's hands, although, in system 100, the tool will not be used to create really a real bow. Additionally, a simulated grinding tool may be provided, for use in a simulated grinding mode of the simulator 100. Similarly, a simulated cutting tool may be provided, for use in a simulated cutting mode of the simulator 100 such as, for example, as used in oxygenated fuel and plasma cutting. Additionally, a simulated gas tungsten arc welding (GTAW) torch or filler material may be provided for use in the simulator 100.
La Figura 6 ilustra un ejemplo de realización de una tabla/caja (T/S) 170 del sistema 100 de la Figura 1. El T/S 170 incluye una mesa ajustable 171, un soporte o base 172, un brazo ajustable 173 y un poste vertical 174. La mesa 171, el soporte 172 y el brazo 173 están unidos cada uno al poste vertical 174. La mesa 171 y el brazo 173 son cada uno capaces de ajustarse manualmente hacia arriba, hacia abajo y rotacionalmente con respecto al poste vertical 174. El brazo 173 se usa para contener diversas probetas de soldadura (por ejemplo, probeta 175 de soldadura) y un usuario puede apoyar su brazo en la mesa 171 durante la formación. El poste vertical 174 está indexado con información de posición de modo que un usuario puede conocer exactamente dónde están posicionados el brazo 173 y la mesa 171 verticalmente en el poste 171. Esta información de posición vertical puede introducirla el usuario en el sistema usando la WUI 130 y el ODD 150. Figure 6 illustrates an example embodiment of a table/box (T/S) 170 of the system 100 of Figure 1. The T/S 170 includes an adjustable table 171, a stand or base 172, an adjustable arm 173 and a vertical post 174. Table 171, bracket 172 and arm 173 are each attached to vertical post 174. Table 171 and arm 173 are each capable of manually adjusting up, down and rotationally with respect to the vertical post 174. Arm 173 is used to hold various welding specimens (e.g., welding specimen 175) and a user may rest his or her arm on table 171 during training. The vertical post 174 is indexed with position information so that a user can know exactly where the arm 173 and table 171 are positioned vertically on the post 171. This vertical position information can be entered by the user into the system using the WUI 130. and ODD 150.
Según una realización alternativa de la presente invención, las posiciones de la tabla 171 y el brazo 173 pueden establecerse automáticamente por la PSS 110 mediante configuraciones preprogramadas, o a través de la WUI 130 y/o el ODD 150 ajustado por el usuario. En tal realización alternativa, la T/S 170 incluye, por ejemplo, motores y/o servomecanismos, y comandos de señal a partir del PPS 110 activan los motores y/o servomecanismos. Según otra realización alternativa de la presente invención, las posiciones de la mesa 171 y el brazo 173 y el tipo de probeta son detectadas por el sistema 100. De esta manera, el usuario no tiene que ingresar manualmente la información de posición a través de la interfaz de usuario. En tal realización alternativa, el T/S 170 incluye detectores de posición y orientación y envía comandos de señal al PPS 110 para proporcionar información de posición y orientación, y la WC 175 incluye sensores de detección de posición (por ejemplo, sensores en espiral para detectar campos magnéticos). El usuario puede ver una representación del ajuste de T/S 170 en el ODD 150 a medida que se cambian los parámetros de ajuste, según una realización de la presente invención. According to an alternative embodiment of the present invention, the positions of the board 171 and arm 173 may be set automatically by the PSS 110 through pre-programmed settings, or through the WUI 130 and/or the ODD 150 adjusted by the user. In such an alternative embodiment, the T/S 170 includes, for example, motors and/or servomechanisms, and signal commands from the PPS 110 activate the motors and/or servomechanisms. According to another alternative embodiment of the present invention, the positions of the table 171 and the arm 173 and the type of specimen are detected by the system 100. In this way, the user does not have to manually enter the position information through the user interface. In such an alternative embodiment, the T/S 170 includes position and orientation detectors and sends signal commands to the PPS 110 to provide position and orientation information, and the WC 175 includes position detection sensors (e.g., spiral sensors for detect magnetic fields). The user can view a representation of the T/S adjustment 170 on the ODD 150 as the adjustment parameters are changed, according to an embodiment of the present invention.
La Figura 7A ilustra un ejemplo de realización de una probeta de soldadura de tubo (WC) 175 del sistema 100 de la Figura 1. La WC 175 simula dos tubos de seis pulgadas de diámetro 175“y 175” colocados juntos para formar una raíz 176 a soldar. La WC 175 incluye una parte 177 de conexión en un extremo de la WC 175, permitiendo que la WC 175 se fije de una manera precisa y repetible al brazo 173. La Figura 7B ilustra el tubo WC 175 de la Figura 7A montado en el brazo 173 de la mesa/caja (TS) 170 de la Figura 6. La manera precisa y repetible en la que la WC 175 es capaz de unirse al brazo 173 permite realizar una calibración espacial de la WC 175 solo una vez en la fábrica. Luego, en el campo, siempre que el sistema 100 tenga memorizada la posición del brazo 173, el sistema 100 es capaz de rastrear la MWT 160 y el FMDD 140 con respecto a la WC 175 en un entorno virtual. Una primera parte del brazo 173, que está unida a la WC 175, es capaz de inclinarse con respecto a una segunda parte del brazo 173, como se muestra en la Figura 6. Esto permite al usuario poner en práctica la soldadura de tubos con el tubo en cualquiera de las orientaciones y los ángulos diferentes. Figure 7A illustrates an example embodiment of a tube weld specimen (WC) 175 of the system 100 of Figure 1. The WC 175 simulates two six-inch diameter tubes 175" and 175" placed together to form a root 176 to solder. The WC 175 includes a connecting portion 177 at one end of the WC 175, allowing the WC 175 to be attached in a precise and repeatable manner to the arm 173. Figure 7B illustrates the WC tube 175 of Figure 7A mounted on the arm 173 of the table/case (TS) 170 of Figure 6. The precise and repeatable way in which the WC 175 is able to attach to the arm 173 allows a spatial calibration of the WC 175 to be performed only once in the factory. Then, in the field, as long as the system 100 has the position of the arm 173 memorized, the system 100 is capable of tracking the MWT 160 and the FMDD 140 with respect to the WC 175 in a virtual environment. A first part of the arm 173, which is attached to the WC 175, is capable of tilting with respect to a second part of the arm 173, as shown in Figure 6. This allows the user to implement pipe welding with the tube in any of the different orientations and angles.
La Figura 8 ilustra diversos elementos de un ejemplo de realización del rastreador espacial (ST) 120 de la Figura 1. El ST 120 es un rastreador magnético que es capaz de interactuar operativamente con el PPS 110 del sistema 100. El ST 120 incluye una fuente magnética 121 y un cable fuente, al menos un sensor 122 y cable asociado, software anfitrión en el disco 123, una fuente de alimentación 124 y cable asociado, cables USB y RS-232 125 y una unidad de seguimiento del procesador 126. La fuente magnética 121 puede conectarse operativamente a la unidad de seguimiento del procesador 126 a través de un cable. El sensor 122 puede conectarse operativamente a la unidad 126 de seguimiento del procesador a través de un cable. La fuente 124 de alimentación puede conectarse operativamente a la unidad 126 de seguimiento del procesador a través de un cable. La unidad 126 de seguimiento de procesador es un cable de conexión operativa al PPS 110 a través de un cable 125 USB o RS-232. El software anfitrión en el disco 123 es capaz de cargarse en el PPS 110 y permite la comunicación funcional entre el ST 120 y el PPS 110. Figure 8 illustrates various elements of an exemplary embodiment of the space tracker (ST) 120 of Figure 1. The ST 120 is a magnetic tracker that is capable of operatively interacting with the PPS 110 of the system 100. The ST 120 includes a source magnetic 121 and a source cable, at least one sensor 122 and associated cable, host software on disk 123, a power supply 124 and associated cable, USB and RS-232 cables 125 and a processor monitoring unit 126. The source Magnetic 121 can be operatively connected to the processor tracking unit 126 via a cable. The sensor 122 may be operatively connected to the processor monitoring unit 126 via a cable. The power supply 124 may be operatively connected to the processor tracking unit 126 via a cable. The processor tracking unit 126 is an operational connection cable to the PPS 110 via a USB or RS-232 cable 125. The host software on disk 123 is capable of being loaded into the PPS 110 and allows functional communication between the ST 120 and the PPS 110.
Con referencia a la Figura 6 y la Figura 8, la fuente magnética 121 del ST 120 se monta en la primera porción del brazo 173. La fuente 121 magnética crea un campo magnético alrededor de la fuente 121, que incluye el espacio que abarca la WC 175 unida al brazo 173, que establece un marco de referencia espacial en 3D. El T/S 170 es en gran medida no metálico (no férrico y no conductor) para no distorsionar el campo magnético creado por la fuente magnética 121. El sensor 122 incluye tres bobinas de inducción alineadas ortogonalmente a lo largo de tres direcciones espaciales. Cada una de las bobinas de inducción del sensor 122 mide la resistencia del campo magnético en cada una de las tres direcciones y proporciona esa información a la unidad de seguimiento del procesador 126. Como resultado, el sistema 100 es capaz de saber dónde está cualquier parte de la WC 175 con respecto al marco de referencia espacial 3D definido por el campo magnético cuando la WC 175 está montada en el brazo 173. El sensor 122 puede unirse a la MWT 160 o al FMDD 140, lo que permite rastrear la MWT 160 o el FMDD 140 por el ST 120 con respecto al marco de referencia espacial 3D tanto en el espacio como en la orientación. Cuando se proporcionan dos sensores 122 y se conectan operativamente a la unidad de seguimiento del procesador 126, se pueden rastrear tanto la MWT 160 como el FMDD 140. De esta manera, el sistema 100 es capaz de crear una WC virtual, una MWT virtual y una T/S virtual en el espacio de realidad virtual y mostrar la WC virtual, la MWT virtual y la T/S virtual en el FMDD 140 y/o el ODD 150 como la MWT 160 y el FMDD 140 se rastrean con respecto al marco de referencia espacial 3D. Referring to Figure 6 and Figure 8, the magnetic source 121 of the ST 120 is mounted on the first portion of the arm 173. The magnetic source 121 creates a magnetic field around the source 121, which includes the space encompassed by the WC. 175 attached to arm 173, which establishes a 3D spatial reference frame. The T/S 170 is largely non-metallic (non-ferrous and non-conductive) so as not to distort the magnetic field created by the magnetic source 121. The sensor 122 includes three induction coils aligned orthogonally along three spatial directions. Each of the induction coils of the sensor 122 measures the resistance of the magnetic field in each of the three directions and provides that information to the tracking unit of the processor 126. As a result, the system 100 is able to know where any part of the sensor is. of the WC 175 with respect to the 3D spatial reference frame defined by the magnetic field when the WC 175 is mounted on the arm 173. The sensor 122 can be attached to the MWT 160 or the FMDD 140, allowing the MWT 160 to be tracked or the FMDD 140 by the ST 120 with respect to the 3D spatial reference frame in both space and orientation. When two sensors 122 are provided and operatively connected to the processor tracking unit 126, both the MWT 160 and the FMDD 140 can be tracked. In this way, the system 100 is capable of creating a virtual WC, a virtual MWT and a virtual T/S in the virtual reality space and display the virtual WC, the virtual MWT and the virtual T/S in the FMDD 140 and/or the ODD 150 as the MWT 160 and the FMDD 140 are tracked with respect to the frame 3D spatial reference.
Según una realización alternativa de la presente invención, el sensor o sensores 122 pueden interactuar de forma inalámbrica a la unidad de seguimiento del procesador 126, y la unidad de seguimiento del procesador 126 puede interconectarse de forma inalámbrica al PPS 110. Según otras realizaciones alternativas de la presente invención, pueden usarse otros tipos de rastreadores espaciales 120 en el sistema 100 que incluyen, por ejemplo, un rastreador basado en acelerómetro/giroscopio, un rastreador óptico (activo o pasivo), un rastreador de infrarrojos, un rastreador acústico, un rastreador láser, un rastreador de radiofrecuencia, un rastreador inercial y sistemas de seguimiento basados en la realidad aumentada. También pueden ser posibles otros tipos de rastreadores. According to an alternative embodiment of the present invention, the sensor or sensors 122 can interface wirelessly to the processor monitoring unit 126, and the processor monitoring unit 126 can wirelessly interface to the PPS 110. According to other alternative embodiments of In accordance with the present invention, other types of spatial trackers 120 may be used in system 100 including, for example, an accelerometer/gyroscope-based tracker, an optical tracker (active or passive), an infrared tracker, an acoustic tracker, a tracker. laser, a radio frequency tracker, an inertial tracker and tracking systems based on augmented reality. Other types of trackers may also be possible.
La Figura 9A ilustra un ejemplo de realización del dispositivo 140 de visualización montado en la cara (FMDD) del sistema 100 de la Figura 1. La Figura 9B es una ilustración de cómo el FMDD 140 de la Figura 9A está fijado a la cabeza de un usuario. La Figura 9C ilustra un ejemplo de realización del FMDD 140 de la Figura 9A integrada en un casco de soldadura 900. El FMDD 140 se conecta operativamente al PPS 110 y al ST 120 ya sea a través de medios cableados o de forma inalámbrica. Un sensor 122 del ST 120 puede unirse al FMDD 140 o al casco de soldadura 900, según diversas realizaciones de la presente invención, permitiendo que el FMDD 140 y/o el casco 900 de soldadura se rastreen con respecto al marco de referencia espacial 3D creado por el ST 120. Figure 9A illustrates an exemplary embodiment of the face-mounted display device (FMDD) 140 of the system 100 of Figure 1. Figure 9B is an illustration of how the FMDD 140 of Figure 9A is attached to the head of a user. Figure 9C illustrates an exemplary embodiment of the FMDD 140 of Figure 9A integrated into a welding helmet 900. The FMDD 140 is operatively connected to the PPS 110 and the ST 120 either through wired means or wirelessly. A sensor 122 of the ST 120 may be attached to the FMDD 140 or the welding helmet 900, according to various embodiments of the present invention, allowing the FMDD 140 and/or the welding helmet 900 to be tracked with respect to the created 3D spatial reference frame. along ST 120.
Según una realización de la presente invención, el FMDD 140 incluye dos microvisualizaciones OLED con SVGA 3D de alto contraste capaces de suministrar vídeo de movimiento completo de fluido en los modos de vídeo secuencial 2D y trama. El vídeo del entorno de realidad virtual se proporciona y se muestra en el FMDD 140. Puede proporcionarse un modo de zoom (por ejemplo, 2X), lo que permite a un usuario simular una lente de manipulación, por ejemplo. According to one embodiment of the present invention, the FMDD 140 includes two high contrast 3D SVGA OLED microdisplays capable of delivering fluid full motion video in 2D time lapse and raster video modes. Video of the virtual reality environment is provided and displayed on the FMDD 140. A zoom mode (e.g., 2X) may be provided, allowing a user to simulate a manipulation lens, for example.
El FMDD 140 incluye además dos altavoces de auricular 910, que permiten al usuario escuchar sonidos relacionados con soldadura simulados y ambientales producidos por el sistema 100. El FMDD 140 puede interactuar operativamente con el PPS 110 a través de medios cableados o inalámbricos, según varias realizaciones de la presente invención. Según una realización de la presente invención, el PPS 110 proporciona vídeo estereoscópico al FMDD 140, proporcionando una percepción de profundidad mejorada al usuario. Según una realización alternativa de la presente invención, un usuario puede usar un control en la MWT 160 (p. ej., un botón o conmutador) para recuperar menús, seleccionar menús y opciones de visualización en el FMDD 140. Esto puede permitir al usuario restablecer fácilmente una soldadura si comete un error, cambiar ciertos parámetros o retroceder un poco para volver a hacer una parte de una trayectoria de cordón de soldadura, por ejemplo. The FMDD 140 further includes two earpiece speakers 910, which allow the user to listen to simulated and environmental welding-related sounds produced by the system 100. The FMDD 140 may operatively interact with the PPS 110 via wired or wireless means, according to various embodiments. of the present invention. According to one embodiment of the present invention, the PPS 110 provides stereoscopic video to the FMDD 140, providing enhanced depth perception to the user. According to an alternative embodiment of the present invention, a user can use a control on the MWT 160 (e.g., a button or switch) to recall menus, select menus and display options on the FMDD 140. This may allow the user Easily reset a weld if you make a mistake, change certain parameters or go back a bit to redo part of a weld bead path, for example.
La Figura 10 ilustra un ejemplo de realización de un diagrama de bloques de subsistema del subsistema 110 basado en procesador programable (PPS) del sistema 100 de la Figura 1. El PPS 110 incluye una unidad central de procesamiento (CPU) 111 y dos unidades 115 de procesamiento gráfico (GPU), según una realización de la presente invención. Las dos GPU 115 están programadas para proporcionar simulación de realidad virtual de un baño de soldadura (o charco de soldadura) que tiene características de absorción y disipación de calor de metal fundido en tiempo real, según una realización de la presente invención. Figure 10 illustrates an exemplary embodiment of a subsystem block diagram of the programmable processor (PPS)-based subsystem 110 of the system 100 of Figure 1. The PPS 110 includes a central processing unit (CPU) 111 and two units 115 graphics processing unit (GPU), according to an embodiment of the present invention. The two GPUs 115 are programmed to provide virtual reality simulation of a weld pool (or weld puddle) having molten metal heat absorption and dissipation characteristics in real time, according to an embodiment of the present invention.
La Figura 11 ilustra un ejemplo de realización de un diagrama de bloques de una unidad 115 de procesamiento gráfico (GPU) del PPS 110 de la Figura 10. Cada GPU 115 admite la implementación de algoritmos paralelos de datos. Según una realización de la presente invención, cada GPU 115 proporciona dos salidas 118 y 119 de vídeo capaces de proporcionar dos vistas de realidad virtual. Dos de las salidas de vídeo pueden encaminarse al FMDD 140, haciendo que el punto de vista del soldado, y una tercera salida de vídeo se pueda enrutar al ODD 150, por ejemplo, haciendo que el punto de vista del soldador o algún otro punto de visión. La cuarta salida de vídeo restante puede encaminarse a un proyector, por ejemplo. Ambas GPU 115 realizan los mismos cálculos de física de soldadura pero pueden hacer que el entorno de realidad virtual desde el mismo punto de vista u otro diferente. La GPU 115 incluye una arquitectura 116 de dispositivo unificado de cálculo (CUDA) y un atenuador 117. La CUDA 116 es el motor informático de la GPU 115 que es accesible para los desarrolladores de software a través de lenguajes de programación estándar de la industria. La CUDA 116 incluye núcleos paralelos y se usa para ejecutar el modelo físico de la simulación de baño de soldadura descrita en el presente documento. La CPU 111 proporciona datos de entrada de soldadura en tiempo real a la CUDA 116 en la GPU 115. El atenuador 117 es responsable de dibujar y aplicar todos los elementos visuales de la simulación. Los visualizadores del cordón y el y baño son accionados por el estado de un mapa de desplazamiento de wéxel que se describe más adelante en el presente documento. Según una realización de la presente invención, el modelo de física funciona y actualiza a una velocidad de aproximadamente 30 veces por segundo. Durante las simulaciones destructivas/no destructivas y las simulaciones de inspección virtuales, las GPU 115 actúan como un motor de representación para proporcionar representaciones animadas en 3D de un conjunto soldado virtual creado durante un proceso de soldadura simulado. Además, la CPU 111 actúa como un motor de análisis para proporcionar análisis de prueba del conjunto soldado virtual con respecto a los diversos defectos y discontinuidades que pueden estar presentes en el conjunto soldado virtual. Figure 11 illustrates an example embodiment of a block diagram of a graphics processing unit (GPU) 115 of the PPS 110 of Figure 10. Each GPU 115 supports the implementation of data parallel algorithms. According to one embodiment of the present invention, each GPU 115 provides two video outputs 118 and 119 capable of providing two virtual reality views. Two of the video outputs can be routed to FMDD 140, making the soldier's point of view, and a third video output can be routed to ODD 150, for example, making the welder's point of view or some other point of view. vision. The remaining fourth video output can be routed to a projector, for example. Both GPU 115 perform the same welding physics calculations but can render the virtual reality environment from the same or a different point of view. The GPU 115 includes a compute unified device architecture (CUDA) 116 and an attenuator 117. The CUDA 116 is the computing engine of the GPU 115 that is accessible to software developers through industry standard programming languages. The CUDA 116 includes parallel cores and is used to run the physical model of the weld pool simulation described herein. CPU 111 provides real-time welding input data to CUDA 116 on GPU 115. Fader 117 is responsible for drawing and applying all visual elements of the simulation. The cord and bath displays are driven by the state of a wexel displacement map described later in this document. According to one embodiment of the present invention, the physics model operates and updates at a rate of approximately 30 times per second. During destructive/non-destructive simulations and virtual inspection simulations, GPUs 115 act as a rendering engine to provide animated 3D representations of a virtual weldment created during a simulated welding process. Additionally, the CPU 111 acts as an analysis engine to provide test analysis of the virtual weldment with respect to various defects and discontinuities that may be present in the virtual weldment.
La Figura 12 ilustra un ejemplo de realización de un diagrama de bloques funcional del sistema 100 de la Figura 1. Los diversos bloques funcionales del sistema 100 como se muestra en la Figura 12 se implementan en gran medida mediante instrucciones de software y módulos que se ejecutan en el PPS 110. Los diversos bloques funcionales del sistema 100 incluyen una interfaz física 1201, modelos de antorcha y pinza 1202, modelos de entorno 1203, funcionalidad de contenido de sonido 1204, sonidos de soldadura 1205, modelo de soporte/mesa 1206, funcionalidad de arquitectura interna 1207, funcionalidad de calibración 1208, modelos de probeta 1210, física de soldadura 1211, herramienta de ajuste de física interna (tweaker) 1212, funcionalidad gráfica de interfaz de usuario 1213, funcionalidad de representación 1214, funcionalidad de informes del estudiante 1215, representación 1216, representación de cordón 1217, texturas 3D 1218, funcionalidad de señales visuales 1219, representación de cordón y tolerancia 1220, editor de tolerancia 1221 y efectos especiales 1222. La representación 1216, la representación del cordón 1217, las texturas 3D 1218 y la funcionalidad de puntuación y tolerancia 1220 se emplean durante las pruebas destructivas/no destructivas y la inspección virtual, así como durante un proceso de soldadura simulado, según una realización de la presente invención. Figure 12 illustrates an exemplary embodiment of a functional block diagram of the system 100 of Figure 1. The various functional blocks of the system 100 as shown in Figure 12 are largely implemented by software instructions and modules that execute in the PPS 110. The various functional blocks of the system 100 include a physical interface 1201, torch and gripper models 1202, environment models 1203, sound content functionality 1204, welding sounds 1205, stand/table model 1206, functionality internal architecture 1207, calibration functionality 1208, specimen models 1210, welding physics 1211, internal physics tuning tool (tweaker) 1212, graphical user interface functionality 1213, rendering functionality 1214, student reporting functionality 1215 , rendering 1216, bead rendering 1217, 3D textures 1218, visual cues functionality 1219, bead rendering and tolerance 1220, tolerance editor 1221 and special effects 1222. Rendering 1216, bead rendering 1217, 3D textures 1218 and scoring and tolerance functionality 1220 are used during destructive/non-destructive testing and virtual inspection, as well as during a simulated welding process, according to an embodiment of the present invention.
La funcionalidad de arquitectura interna 1207 proporciona la logística de software de nivel más alto de los procesos del sistema 100 que incluyen, por ejemplo, archivos de carga, información de retención, gestión de hilos, girando del modelo de física y activación de menús. La funcionalidad de arquitectura interna 1207 se ejecuta en la CPU 111, según una realización de la presente invención. Ciertas entradas en tiempo real al PPS 110 incluyen ubicación de arco, posición de pistola, posición de FMDD o casco, estado de encendido/apagado de la pistola y estado de contacto realizado (sí/no). Internal architecture functionality 1207 provides higher-level software logistics of system processes 100 including, for example, loading files, holding information, thread management, physics model spinning, and menu activation. The internal architecture functionality 1207 executes on the CPU 111, according to an embodiment of the present invention. Certain real-time inputs to the PPS 110 include arc location, gun position, FMDD or helmet position, gun on/off status, and contact made status (yes/no).
La funcionalidad de la interfaz gráfica de usuario 1213 permite al usuario, a través del ODD 150 que usa la palanca de mando 132 de la interfaz física del usuario 130, configurar un escenario de soldadura, un escenario de prueba o un escenario de inspección. Según una realización de la presente invención, la configuración de un escenario de soldadura incluye seleccionar un idioma, ingresar un nombre de usuario, seleccionar una placa de práctica (es decir, una probeta de soldadura), seleccionar un proceso de soldadura (por ejemplo, FCAW, GMAw , SMAW) y pulverización axial asociada, pulso o métodos de arco corto, seleccionar un tipo de gas y caudal, seleccionar un tipo de electrodo de varilla (por ejemplo, 6010 o 7018), y seleccionar un tipo de cable con núcleo de fundente (por ejemplo, autoprotegido, protegido contra el gas). El conjunto de un escenario de soldadura también incluye seleccionar una altura de mesa, una altura de brazo, una posición de brazo y una rotación de brazo de la T/S 170. La configuración de un escenario de soldadura incluye además seleccionar un entorno (por ejemplo, un entorno de fondo en el espacio de realidad virtual), establecer una velocidad de alimentación de cable, establecer un nivel de tensión, establecer un amperaje, seleccionar una polaridad y encender o apagar señales visuales particulares. De manera similar, la configuración de un escenario virtual o de inspección puede incluir seleccionar un idioma, ingresar un nombre de usuario, seleccionar un conjunto soldado virtual, seleccionar una prueba destructiva o no destructiva, seleccionar una herramienta interactiva y seleccionar una vista en perspectiva animada. The graphical user interface functionality 1213 allows the user, through the ODD 150 using the joystick 132 of the physical user interface 130, to configure a welding scenario, a test scenario, or an inspection scenario. According to one embodiment of the present invention, configuring a welding scenario includes selecting a language, entering a user name, selecting a practice board (i.e., a welding specimen), selecting a welding process (e.g., FCAW, GMAw, SMAW) and associated axial spray, pulse or short arc methods, select a gas type and flow rate, select a rod electrode type (for example, 6010 or 7018), and select a cored wire type of flux (e.g. self-shielded, gas-shielded). Setting up a welding scenario also includes selecting a table height, arm height, arm position, and arm rotation of the T/S 170. Setting up a welding scenario also includes selecting an environment (e.g. example, a background environment in virtual reality space), set a wire feed speed, set a voltage level, set an amperage, select a polarity, and turn particular visual cues on or off. Similarly, setting up a virtual or inspection scenario may include selecting a language, entering a user name, selecting a virtual weldment, selecting a destructive or non-destructive test, selecting an interactive tool, and selecting an animated perspective view. .
Durante un escenario de soldadura simulado, la funcionalidad de gráfico 1214 recopila parámetros de rendimiento del usuario y proporciona los parámetros de rendimiento del usuario a la funcionalidad gráfica de interfaz de usuario 1213 para su visualización en un formato gráfico (por ejemplo, en el ODD 150). La información de seguimiento de la ST 120 se introduce en la funcionalidad 1214 de representación gráfica. La funcionalidad de representación gráfica 1214 incluye un módulo de análisis simple (SAM) y un módulo de análisis de tejido/trama (WWAM). La SAM analiza parámetros de soldadura de usuario que incluyen ángulo de recorrido de soldadura, velocidad de desplazamiento, ángulo de soldadura, posición y distancia de punta a trabajo comparando los parámetros de soldadura con los datos almacenados en las tablas de cordones. El WWAM analiza parámetros de trama de usuario que incluyen espacio de dime, tiempo de retorcimiento y tiempo de baño. El WWAM también analiza parámetros de trama de usuario que incluyen anchura de trama, separación de trama y tiempo de trama. El SAM y WWAM interpretan datos de entrada sin procesar (por ejemplo, datos de posición y orientación) en datos funcionalmente utilizables para el gráfico. Para cada parámetro analizado por la SAM y WWAM, una ventana de tolerancia se define por límites de parámetros alrededor de una entrada de punto de ajuste óptimo o ideal en tablas de cordones usando el editor de tolerancia 1221, y se realiza la funcionalidad de puntuación 1220 y tolerancia. During a simulated welding scenario, the graph functionality 1214 collects user performance parameters and provides the user performance parameters to the graphical user interface functionality 1213 for display in a graphical format (e.g., on the ODD 150 ). The tracking information from the ST 120 is entered into the graphing functionality 1214. The graphing functionality 1214 includes a simple analysis module (SAM) and a fabric/weft analysis module (WWAM). The SAM analyzes user welding parameters including weld travel angle, travel speed, weld angle, position and tip-to-work distance by comparing welding parameters to data stored in bead tables. The WWAM analyzes user frame parameters including dime space, twist time, and bath time. WWAM also analyzes user frame parameters including frame width, frame spacing, and frame timing. The SAM and WWAM interpret raw input data (for example, position and orientation data) into functionally usable data for the graph. For each parameter analyzed by the SAM and WWAM, a tolerance window is defined by parameter limits around an optimal or ideal set point entry in bead tables using the tolerance editor 1221, and scoring functionality 1220 is performed. and tolerance.
El editor de tolerancia 1221 incluye un soldador que se aproxima al uso de material, uso eléctrico y tiempo de soldadura. Además, cuando ciertos parámetros están fuera de tolerancia, pueden producirse discontinuidades de soldadura (es decir, defectos de soldadura). El estado de cualquier discontinuidad de soldadura se procesa mediante la funcionalidad de representación gráfica 1214 y se presenta a través de la funcionalidad gráfica de interfaz de usuario 1213 en un formato gráfico. Dichas discontinuidades de soldadura incluyen un tamaño de soldadura inadecuado, una mala colocación del cordón, un cordón cóncavo, una convexidad excesiva, un rebaje, una porosidad, una fusión incompleta, un atrapamiento de escoria, un sobrellenado, una rebaba y una salpicadura excesiva. Según una realización de la presente invención, el nivel o la cantidad de una discontinuidad depende de cuánto se aleja un parámetro de usuario particular del punto de ajuste óptimo o ideal. Dichas discontinuidades de soldadura que se generan como parte del proceso de soldadura simulado se usan como entradas para los procesos destructivos/no destructivos y la inspección virtual como se asocia con un conjunto soldado virtual. The 1221 Tolerance Editor includes a welder that approximates material usage, electrical usage, and welding time. Additionally, when certain parameters are out of tolerance, weld discontinuities (i.e. weld defects) can occur. The status of any weld discontinuity is processed by the graphical representation functionality 1214 and presented through the graphical user interface functionality 1213 in a graphical format. Such welding discontinuities include improper weld size, poor bead placement, concave bead, excessive convexity, undercut, porosity, incomplete fusion, slag entrapment, overfill, flash, and excessive spatter. According to one embodiment of the present invention, the level or amount of a discontinuity depends on how far a particular user parameter is from the optimal or ideal set point. Such weld discontinuities that are generated as part of the simulated welding process are used as inputs for destructive/non-destructive processes and virtual inspection as associated with a virtual weldment.
Se pueden definir previamente diferentes límites de parámetros para diferentes tipos de usuarios, tales como, por ejemplo, consejos de soldadura, expertos en soldadura y personas con un registro comercial. La funcionalidad de puntuación y tolerancia 1220 proporciona puntuaciones de número dependiendo del grado de cercanía del usuario del nivel óptimo (ideal) para un parámetro particular y dependiendo del nivel de discontinuidades o defectos presentes en la soldadura. Los valores óptimos se derivan de datos del mundo real. La información de la funcionalidad de puntuación y tolerancia 1220 y de la funcionalidad gráfica 1214 puede ser utilizada por la funcionalidad de informe del estudiante 1215 para crear un informe de rendimiento para un instructor y/o un estudiante. Different parameter limits can be predefined for different types of users, such as, for example, welding councils, welding experts and people with a business registration. The scoring and tolerance functionality 1220 provides number scores depending on the user's degree of closeness to the optimal (ideal) level for a particular parameter and depending on the level of discontinuities or defects present in the weld. Optimal values are derived from real-world data. Information from the scoring and tolerance functionality 1220 and the graphing functionality 1214 may be used by the student reporting functionality 1215 to create a performance report for an instructor and/or a student.
El sistema 100 es capaz de analizar y visualizar los resultados de la actividad de soldadura virtual. Al analizar los resultados, se entiende que el sistema 100 es capaz de determinar cuándo durante el paso de soldadura y dónde a lo largo de las juntas de soldadura, el usuario se desvía de los límites aceptables del proceso de soldadura. Una puntuación puede atribuirse al rendimiento del usuario. En una realización, la puntuación puede ser una función de desviación en posición, orientación y velocidad de la herramienta de soldadura simulada 160 a través de intervalos de tolerancias, que pueden extenderse desde un paso de soldadura ideal hasta una actividad de soldadura marginal o inaceptable. Puede incorporarse cualquier gradiente de intervalos en el sistema 100 como se elige para puntuar el rendimiento del usuario. La puntuación puede mostrarse numéricamente o alfanuméricamente. Además, el rendimiento del usuario puede mostrarse gráficamente para ver el tiempo y/o la posición a lo largo de la junta de soldadura, además de la cercanía de la herramienta de soldadura simulada al atravesar la junta de soldadura. Los parámetros tales como ángulo de recorrido, ángulo de trabajo, velocidad y distancia desde la junta de soldadura son ejemplos de lo que pueden medirse, aunque cualquier parámetro puede analizarse con fines de puntuación. Los intervalos de tolerancia de los parámetros se toman de datos de soldadura en el mundo real, proporcionando así una retroalimentación precisa en cuanto a la forma de realizarla el usuario en el mundo real. En otra realización, el análisis de los defectos correspondientes al rendimiento del usuario también puede incorporarse y mostrarse en el ODD 150. En esta realización, se puede representar un gráfico que indica qué tipo de discontinuidad resultó de medir los diversos parámetros monitorizados durante la actividad de soldadura virtual. Si bien las oclusiones pueden no ser visibles en el ODD 150, todavía pueden producirse defectos como resultado del rendimiento del usuario, cuyos resultados aún pueden mostrarse correspondientemente, es decir, mostrarse en forma de gráfico, y también probarse (por ejemplo, mediante una prueba de curvado) e inspeccionarse. The system 100 is capable of analyzing and displaying the results of the virtual welding activity. By analyzing the results, it is understood that the system 100 is capable of determining when during the welding step and where along the welding joints, the user deviates from the acceptable limits of the welding process. A score can be attributed to the user's performance. In one embodiment, the score may be a function of deviation in position, orientation, and speed of the simulated welding tool 160 across ranges of tolerances, which may range from an ideal welding pitch to marginal or unacceptable welding activity. Any interval gradient may be incorporated into system 100 as chosen to score user performance. The score can be displayed numerically or alphanumerically. Additionally, user performance can be displayed graphically to view time and/or position along the solder joint, as well as the proximity of the simulated welding tool as it traverses the solder joint. Parameters such as travel angle, work angle, speed, and distance from the solder joint are examples of what can be measured, although any parameter can be analyzed for scoring purposes. Parameter tolerance ranges are taken from real-world welding data, providing accurate feedback as to how the user performs the welding in the real world. In another embodiment, the analysis of defects corresponding to the user's performance can also be incorporated and displayed in the ODD 150. In this embodiment, a graph can be represented indicating what type of discontinuity resulted from measuring the various parameters monitored during the activity of virtual welding. While occlusions may not be visible on the ODD 150, defects can still occur as a result of user performance, the results of which can still be displayed correspondingly, that is, displayed in graph form, and also tested (for example, by a test bending) and inspected.
La funcionalidad de señales visuales 1219 proporciona una retroalimentación inmediata al usuario visualizando colores e indicadores superpuestos en el FMDD 140 y/o el ODD 150. Se proporcionan señales visuales para cada uno de los parámetros de soldadura 151 que incluyen la posición, la distancia de punta a trabajo, el ángulo de soldadura, el ángulo de recorrido, la velocidad de recorrido y la longitud del arco (por ejemplo, para la soldadura de varilla) e indican visualmente al usuario si algún aspecto de la técnica de soldadura del usuario debe ajustarse en función de los límites o tolerancias predefinidos. También se pueden proporcionar señales visuales para una técnica de tejido/trama y una separación “ dime” del cordón de soldadura, por ejemplo. Las señales visuales se pueden establecer independientemente o en cualquier combinación deseada. Visual cues functionality 1219 provides immediate feedback to the user by displaying colors and indicators overlaid on the FMDD 140 and/or ODD 150. Visual cues are provided for each of the welding parameters 151 including position, tip distance to work, welding angle, travel angle, travel speed and arc length (e.g. for stick welding) and visually indicate to the user whether any aspect of the user's welding technique needs to be adjusted accordingly. depending on predefined limits or tolerances. Visual cues can also be provided for a weave/weft technique and a “dime” separation of the weld bead, for example. Visual cues can be set independently or in any desired combination.
La funcionalidad de calibración 1208 proporciona la capacidad de hacer coincidir componentes físicos en el espacio del mundo real (marco de referencia 3D) con componentes visuales en el espacio de realidad virtual. Cada uno de los diferentes tipos de probeta (WC) de soldadura se calibra en la fábrica montando la WC en el brazo 173 de la T/S 170 y tocando la WC en puntos predefinidos (indicados por, por ejemplo, tres hoyuelos en la WC) con un lápiz óptico de calibración conectado operativamente al ST 120. El ST 120 lee las intensidades de campo magnético en los puntos predefinidos, proporciona información de posición al PPS 110, y el PPS 110 usa la información de posición para realizar la calibración (es decir, la traslación desde el espacio del mundo real al espacio de realidad virtual). Calibration functionality 1208 provides the ability to match physical components in real world space (3D reference frame) with visual components in virtual reality space. Each of the different types of welding specimen (WC) is calibrated at the factory by mounting the WC on the arm 173 of the T/S 170 and touching the WC at predefined points (indicated by, for example, three dimples in the WC). ) with a calibration stylus operatively connected to the ST 120. The ST 120 reads magnetic field strengths at predefined points, provides position information to the PPS 110, and the PPS 110 uses the position information to perform calibration (i.e. that is, the translation from the space of the real world to the space of virtual reality).
Cualquier tipo particular de WC se ajusta en el brazo 173 de la T/S 170 de la misma manera repetible dentro de tolerancias muy estrechas. Por lo tanto, una vez que se calibra un tipo WC particular, ese tipo WC no tiene que ser recalibrado (es decir, la calibración de un tipo particular de WC es un evento de un solo tiempo). Los WH del mismo tipo son intercambiables. La calibración asegura que la retroalimentación física percibida por el usuario durante un proceso de soldadura coincida con lo que se muestra al usuario en el espacio de realidad virtual, haciendo que la simulación parezca más real. Por ejemplo, si el usuario desliza la punta de una MWT 160 alrededor de la esquina de una WC 180 real, el usuario verá la punta que se desliza alrededor de la esquina de la WC virtual en el FMDD 140 cuando el usuario siente la punta que se desliza alrededor de la esquina real. Según una realización de la presente invención, la MWT 160 se coloca en una plantilla previamente posicionada y se calibra también, en base a la posición conocida de la plantilla. Any particular type of WC fits on the arm 173 of the T/S 170 in the same repeatable manner within very close tolerances. Therefore, once a particular WC type is calibrated, that WC type does not have to be recalibrated (i.e., the calibration of a particular WC type is a one-time event). WHs of the same type are interchangeable. Calibration ensures that the physical feedback perceived by the user during a welding process matches what is shown to the user in the virtual reality space, making the simulation appear more real. For example, if the user slides the tip of a MWT 160 around the corner of a real WC 180, the user will see the tip sliding around the corner of the virtual WC on the FMDD 140 when the user feels the tip sliding around the corner of the virtual toilet. slides around the actual corner. According to one embodiment of the present invention, the MWT 160 is placed on a prepositioned jig and is also calibrated, based on the known position of the jig.
Según una realización alternativa de la presente invención, se proporcionan muestras “ inteligentes” , que tienen sensores sobre, por ejemplo, las esquinas de las probetas. El ST 120 puede rastrear las esquinas de una probeta “ inteligente” de modo que el sistema 100 conoce continuamente dónde está la probeta “ inteligente” en el espacio 3D del mundo real. Según una realización alternativa adicional de la presente invención, se proporcionan claves de licencia para “ desbloquear” las probetas de soldadura. Cuando se adquiere un WC particular, se proporciona una clave de licencia que permite al usuario introducir la clave de licencia en el sistema 100 y desbloquear el software asociado con esa Wc . Según otra realización de la presente invención, se pueden proporcionar probetas de soldadura especiales no estándar basándose en los dibujos CAD en el mundo real de las piezas. Los usuarios pueden entrenar la soldadura de una pieza de CAD incluso antes de que la pieza se produzca realmente en el mundo real. According to an alternative embodiment of the present invention, "smart" samples are provided, which have sensors on, for example, the corners of the test pieces. The ST 120 can track the corners of a “smart” test tube so that the system 100 continually knows where the “smart” test tube is in real-world 3D space. According to a further alternative embodiment of the present invention, license keys are provided to “unlock” the weld specimens. When a particular toilet is purchased, a license key is provided that allows the user to enter the license key into the system 100 and unlock the software associated with that toilet. According to another embodiment of the present invention, special non-standard weld specimens can be provided based on real-world CAD drawings of the parts. Users can train welding a CAD part even before the part is actually produced in the real world.
La funcionalidad de contenido acústico 1204 y los sonidos de soldadura 1205 proporcionan tipos particulares de sonidos de soldadura que cambian dependiendo de si ciertos parámetros de soldadura están dentro de la tolerancia o fuera de tolerancia. Los sonidos se adaptan a los diversos procesos y parámetros de soldadura. Por ejemplo, en un proceso de soldadura por arco de pulverización MIG, se proporciona un sonido de agrietamiento cuando el usuario no tiene la MWT 160 colocada correctamente, y se proporciona un sonido de oscilación cuando la MWT 160 se coloca correctamente. En un proceso de soldadura por arco corto, se proporciona un sonido de rotura o fritura estable para una técnica de soldadura adecuada, y se puede proporcionar un sonido siseante cuando se produce bajo corte. Estos sonidos imitan los sonidos del mundo real correspondientes a la técnica de soldadura correcta e incorrecta. The acoustic content functionality 1204 and welding sounds 1205 provide particular types of welding sounds that change depending on whether certain welding parameters are within tolerance or out of tolerance. The sounds adapt to the various welding processes and parameters. For example, in a MIG spray arc welding process, a cracking sound is provided when the user does not have the MWT 160 positioned correctly, and a wobbling sound is provided when the MWT 160 is positioned correctly. In a short arc welding process, a stable breaking or frying sound is provided for proper welding technique, and a hissing sound can be provided when it occurs under cutting. These sounds mimic real-world sounds corresponding to correct and incorrect welding technique.
El contenido de sonido de alta fidelidad puede tomarse de registros del mundo real de la soldadura real mediante el uso de una variedad de medios electrónicos y mecánicos, según varias realizaciones de la presente invención. Según una realización de la presente invención, el volumen y la direccionalidad percibidos del sonido se modifican dependiendo de la posición, orientación y distancia de la cabeza del usuario (suponiendo que el usuario lleve un FMDD 140 que es rastreado por el ST 120) con respecto al arco simulado entre la MWT 160 y la WC 180. Se puede proporcionar sonido al usuario a través de los altavoces de auricular 910 en el FMDD 140 o mediante altavoces configurados en la consola 135 o T/S 170, por ejemplo. High fidelity sound content may be taken from real-world recordings of actual welding using a variety of electronic and mechanical means, according to various embodiments of the present invention. According to one embodiment of the present invention, the perceived volume and directionality of the sound is modified depending on the position, orientation and distance of the user's head (assuming that the user is wearing an FMDD 140 that is tracked by the ST 120) with respect to to the simulated arc between the MWT 160 and the WC 180. Sound may be provided to the user through the headset speakers 910 on the FMDD 140 or through speakers configured on the console 135 or T/S 170, for example.
Los modelos de entorno 1203 se proporcionan para proporcionar diversas escenas de fondo (aún y moverse) en el espacio de realidad virtual. Dichos entornos de fondo pueden incluir, por ejemplo, un taller de soldadura interior, una pista de carreras exterior, un garaje, etc. y puede incluir vagones móviles, personas, aves, nubes y diversos sonidos ambientales. El entorno de fondo puede ser interactivo, según una realización de la presente invención. Por ejemplo, un usuario puede tener que examinar un área de fondo, antes de comenzar la soldadura, para asegurar que el entorno sea apropiado (por ejemplo, seguro) para la soldadura. Se proporcionan modelos de antorcha y pinza 1202 que modelan diversos<m>W<t>160 incluyendo, por ejemplo, pistolas, soportes con electrodos de varilla, etc. en el espacio de realidad virtual. Environment models 1203 are provided to provide various background scenes (still and move) in the virtual reality space. Such background environments may include, for example, an indoor welding shop, an outdoor race track, a garage, etc. and may include moving cars, people, birds, clouds and various environmental sounds. The background environment may be interactive, according to an embodiment of the present invention. For example, a user may need to examine a background area, before beginning welding, to ensure that the environment is appropriate (e.g., safe) for welding. Torch and clamp models 1202 are provided that model various<m>W<t>160 including, for example, guns, holders with rod electrodes, etc. in the virtual reality space.
Se proporcionan modelos de probeta 1210 que modelan diversos WCs 180 incluyendo, por ejemplo, probetas de placa plana, probetas de unión en T, probetas de unión a tope, probetas de soldadura por ranura y probetas de tubo (por ejemplo, tubo de 2 pulgadas de diámetro y tubo de 6 pulgadas de diámetro) en el espacio de realidad virtual. Se proporciona un modelo de soporte/mesa 1206 que modela las diversas partes de la T/S 170 que incluyen una mesa ajustable 171, un soporte 172, un brazo ajustable 173 y un poste vertical 174 en el espacio de realidad virtual. Se proporciona una interfaz física 1201 que modela las diversas partes de la interfaz de usuario de soldadura 130, la consola 135 y el ODD 150 en el espacio de realidad virtual. De nuevo, la simulación resultante de una probeta de soldadura que ha pasado por un proceso de soldadura simulado para formar un cordón de soldadura, una junta de soldadura, una soldadura de tubo en placa, una soldadura de tapón o una soldadura por recubrimiento se conoce en el presente documento como un conjunto soldado virtual con respecto al sistema 100. Se pueden proporcionar probetas de soldadura para soportar cada uno de estos escenarios. Specimen models 1210 are provided that model various WCs 180 including, for example, flat plate specimens, T-joint specimens, butt joint specimens, groove weld specimens, and tube specimens (e.g., 2-in. diameter and 6-inch diameter tube) in the virtual reality space. A stand/table model 1206 is provided that models the various parts of the T/S 170 including an adjustable table 171, a stand 172, an adjustable arm 173, and a vertical post 174 in the virtual reality space. A physical interface 1201 is provided that models the various parts of the welding user interface 130, console 135, and ODD 150 in virtual reality space. Again, the resulting simulation of a weld specimen that has undergone a simulated welding process to form a weld bead, weld joint, tube-in-plate weld, plug weld, or overlay weld is known as herein as a virtual weldment with respect to system 100. Weld specimens may be provided to support each of these scenarios.
Según una realización de la presente invención, la simulación de un baño de soldadura o charco en el espacio de realidad virtual se logra donde el baño de soldadura simulado tiene características de disipación de calor y fluidez de metal fundido en tiempo real. En el corazón de la simulación de baño de soldadura, la funcionalidad de física de soldadura 1211 (el modelo físico) que se ejecuta en las GPU 115, según una realización de la presente invención. La funcionalidad física de soldadura emplea una técnica de capa de desplazamiento doble para modelar con precisión la fluidez/viscosidad dinámica, solidez, gradiente de calor (absorción de calor y disipación), estela de baño y forma de cordón, y se describe con más detalle en la presente memoria con respecto a las Figuras 14A-14C. According to an embodiment of the present invention, the simulation of a weld pool or puddle in virtual reality space is achieved where the simulated weld pool has real-time molten metal fluidity and heat dissipation characteristics. At the heart of the weld pool simulation is the weld physics functionality 1211 (the physical model) running on the GPUs 115, according to an embodiment of the present invention. The physical welding functionality employs a dual displacement layer technique to accurately model fluidity/dynamic viscosity, solidity, heat gradient (heat absorption and dissipation), dip wake, and bead shape, and is described in more detail. herein with respect to Figures 14A-14C.
La funcionalidad de física de soldadura 1211 se comunica con la funcionalidad de representación del cordón 1217 para hacer un cordón de soldadura en todos los estados desde el estado fundido calentado al estado solidificado enfriado. La funcionalidad de representación del cordón 1217 utiliza información de la funcionalidad de física de soldadura 1211 (p. ej., calor, fluidez, desplazamiento, separación de dime) para representar de forma precisa y de forma real un cordón de soldadura en el espacio de realidad virtual en tiempo real. La funcionalidad de texturas 3D 1218 proporciona mapas de textura a la funcionalidad de representación del cordón 1217 para superponer texturas adicionales (p. ej., atenuador, escoria, grano) sobre el cordón de soldadura simulado. Por ejemplo, la escoria puede mostrarse representada sobre un cordón de soldadura durante y justo después de un proceso de soldadura, y luego retirarse para revelar el cordón de soldadura subyacente. La funcionalidad de representación 1216 se usa para representar diversas características específicas de baño usando información del módulo de efectos especiales 1222 que incluye chispas, proyecciones, humo, brillo de arco, humos y gases, y ciertas discontinuidades tales como, por ejemplo, corte y porosidad. The weld physics functionality 1211 communicates with the bead rendering functionality 1217 to render a weld bead in all states from the heated molten state to the cooled solidified state. The bead representation functionality 1217 uses information from the welding physics functionality 1211 (e.g., heat, fluidity, displacement, dime spacing) to accurately and realistically represent a weld bead in space. virtual reality in real time. The 3D texture functionality 1218 provides texture maps to the bead rendering functionality 1217 to overlay additional textures (e.g., fader, slag, grain) onto the simulated weld bead. For example, slag may be shown depicted on a weld bead during and just after a welding process, and then removed to reveal the underlying weld bead. Rendering functionality 1216 is used to render various bath-specific features using information from special effects module 1222 including sparks, spatters, smoke, arc glow, fumes and gases, and certain discontinuities such as, for example, shear and porosity. .
La herramienta de ajuste de física interna 1212 es una herramienta de ajuste que permite definir, actualizar y modificar diversos parámetros de física de soldadura para los diversos procesos de soldadura. Según una realización de la presente invención, la herramienta de ajuste de física interna 1212 se ejecuta en la CPU 111 y los parámetros ajustados o actualizados se descargan a las GPU 115. Los tipos de parámetros que pueden ajustarse a través de la herramienta de ajuste de física interna 1212 incluyen parámetros relacionados con probetas de soldadura, parámetros de proceso que permiten cambiar un proceso sin tener que restablecer una probeta de soldadura (permite realizar una segunda pasada), diversos parámetros globales que pueden cambiarse sin restablecer toda la simulación, y otros parámetros diversos. The internal physics adjustment tool 1212 is a adjustment tool that allows you to define, update and modify various welding physics parameters for various welding processes. According to one embodiment of the present invention, the internal physics adjustment tool 1212 runs on the CPU 111 and the adjusted or updated parameters are downloaded to the GPUs 115. The types of parameters that can be adjusted through the physics adjustment tool Internal physics 1212 include parameters related to weld specimens, process parameters that allow a process to be changed without having to reset a weld specimen (allows a second pass), various global parameters that can be changed without resetting the entire simulation, and other parameters diverse.
La Figura 13 es un diagrama de flujo de una realización de un procedimiento de entrenamiento 1300 usando el sistema de entrenamiento de realidad virtual 100 de la Figura 1. El método procede de la siguiente manera: en el paso 1310, mover una herramienta de soldadura simulada con respecto a una probeta de soldadura según una técnica de soldadura; en el paso 1320, trazar la posición y orientación de seguimiento de la herramienta de soldadura simulada en el espacio tridimensional usando un sistema de realidad virtual; en el paso 1330, ver una pantalla del sistema de soldadura de realidad virtual que muestra una simulación de realidad virtual en tiempo real de la herramienta de soldadura simulada y la probeta de soldadura en un espacio de realidad virtual como la herramienta de soldadura simulada deposita un material de cordón de soldadura simulado sobre al menos una superficie simulada de la probeta de soldadura simulada formando un baño de soldadura simulado en las proximidades de un arco simulado que emite a partir de dicha herramienta de soldadura simulada; en el paso 1340, ver en la pantalla, características de fluidez y disipación de calor de metal fundido en tiempo real del horno de soldadura simulado; en el paso 1350, modificar en tiempo real, al menos un aspecto de la técnica de soldadura en respuesta a la visualización de las características de disipación de calor y fluidez de metal fundido en tiempo real del baño de soldadura simulado. Figure 13 is a flow chart of one embodiment of a training procedure 1300 using the virtual reality training system 100 of Figure 1. The method proceeds as follows: in step 1310, move a simulated welding tool with respect to a welding specimen according to a welding technique; in step 1320, plotting the tracking position and orientation of the simulated welding tool in three-dimensional space using a virtual reality system; In step 1330, view a screen of the virtual reality welding system showing a real-time virtual reality simulation of the simulated welding tool and the welding specimen in a virtual reality space as the simulated welding tool deposits a simulated weld bead material on at least one simulated surface of the simulated welding specimen forming a simulated weld pool in the vicinity of a simulated arc emitting from said simulated welding tool; in step 1340, view on the screen, real-time molten metal fluidity and heat dissipation characteristics of the simulated welding oven; In step 1350, modify in real time at least one aspect of the welding technique in response to displaying the real-time heat dissipation and molten metal fluidity characteristics of the simulated weld pool.
El procedimiento 1300 ilustra cómo un usuario puede ver un baño de soldadura en el espacio de realidad virtual y modificar su técnica de soldadura en respuesta a la visualización de diversas características del baño de soldadura simulado, incluyendo fluidez de metal fundido en tiempo real (por ejemplo, viscosidad) y disipación de calor. El usuario también puede ver y responder a otras características que incluyen una estela de baño en tiempo real y una separación de dime. La visualización y respuesta de las características del baño de soldadura es cómo la mayoría de las operaciones de soldadura se realizan realmente en el mundo real. El modelado de la capa de desplazamiento doble de la funcionalidad de física de soldadura 1211 ejecutada en las GPU 115 permite modelar con precisión características de disipación de calor y fluidez de metal fundido en tiempo real y representarlas al usuario. Por ejemplo, la disipación de calor determina el tiempo de solidificación (es decir, cuánto tiempo tarda un wéxel en solidificarse completamente). Method 1300 illustrates how a user can view a weld pool in virtual reality space and modify their welding technique in response to viewing various characteristics of the simulated weld pool, including molten metal fluidity in real time (e.g. , viscosity) and heat dissipation. The user can also view and respond to other features including a real-time bath wake and dime separation. Visualizing and responding to weld pool characteristics is how most welding operations are actually performed in the real world. Dual displacement layer modeling of welding physics functionality 1211 executed on GPUs 115 allows molten metal fluidity and heat dissipation characteristics to be accurately modeled in real time and represented to the user. For example, heat dissipation determines solidification time (i.e., how long it takes for a wexel to completely solidify).
Además, un usuario puede hacer una segunda pasada sobre el material de cordón de soldadura del conjunto soldado virtual usando la misma o una segunda (p. ej., una segunda) herramienta de soldadura simulada y/o proceso de soldadura. En un escenario de segunda pasada, la simulación muestra la herramienta de soldadura simulada, la probeta de soldadura y el material de cordón de soldadura simulado original en el espacio de realidad virtual como la herramienta de soldadura simulada deposita un segundo material de cordón de soldadura simulado que se fusiona con el primer material de cordón de soldadura simulado formando un segundo baño de soldadura simulado en las proximidades de un arco simulado que emite a partir de la herramienta de soldadura simulada. Se pueden realizar pasos posteriores adicionales usando las mismas o diferentes herramientas o procesos de soldadura de una manera similar. En cualquier segunda pasada, el material de cordón de soldadura anterior fusionado con el nuevo material de cordón de soldadura que se deposita como un nuevo baño de soldadura se forma en el espacio de realidad virtual a partir de la combinación de cualquiera del material de cordón de soldadura anterior, el nuevo material de cordón de soldadura y posiblemente el material de probeta subyacente modificando así el conjunto soldado virtual resultante, según ciertas realizaciones de la presente invención. Dichas pasadas posteriores pueden ser necesarias para hacer una gran unión de filete o ranura, realizada para reparar un cordón de soldadura formado por una pasada previa, por ejemplo, o puede incluir un paso caliente y uno o más rellenos y una tapa pasan después de una pasada de raíz como se hace en soldadura de tubos. Según varias realizaciones de la presente invención, el cordón de soldadura y el material de base pueden incluir acero dulce, acero inoxidable, aluminio, aleaciones basadas en níquel u otros materiales. Additionally, a user may make a second pass over the weld bead material of the virtual weldment using the same or a second (e.g., second) simulated welding tool and/or welding process. In a second-pass scenario, the simulation displays the simulated weld tool, weld specimen, and the original simulated weld bead material in virtual reality space as the simulated weld tool deposits a second simulated weld bead material. which fuses with the first simulated weld bead material forming a second simulated weld pool in the vicinity of a simulated arc emitting from the simulated welding tool. Additional subsequent steps can be performed using the same or different welding tools or processes in a similar manner. In any second pass, the previous weld bead material fused with the new weld bead material which is deposited as a new weld pool is formed in the virtual reality space from the combination of any of the weld bead material. previous weld, the new weld bead material and possibly the underlying specimen material thereby modifying the resulting virtual weldment, according to certain embodiments of the present invention. Such subsequent passes may be necessary to make a large fillet or groove joint, made to repair a weld bead formed by a previous pass, for example, or may include a hot pass and one or more fillers and a cap pass after a root pass as is done in pipe welding. According to various embodiments of the present invention, the weld bead and base material may include mild steel, stainless steel, aluminum, nickel-based alloys or other materials.
Las Figuras 14A-14B ilustran el concepto de un mapa de desplazamiento del elemento de soldadura (wéxel) 1420, según una realización de la presente invención. La Figura 14A muestra una vista lateral de una probeta de soldadura plana (WC) 1400 que tiene una superficie superior plana 1410. La probeta de soldadura 1400 existe en el mundo real como, por ejemplo, una pieza de plástico, y también existe en el espacio de realidad virtual como probeta de soldadura simulada. La Figura 14B muestra una representación de la superficie superior 1410 de la WC 1400 simulada rota en una rejilla o matriz de elementos de soldadura (es decir, wéxels) que forman un mapa de wéxel 1420. Cada wéxel (por ejemplo, el wéxel 1421) define una pequeña sección 1410 de la superficie de la probeta de soldadura. El mapa de wéxels define la resolución de la superficie. Los valores de parámetros del canal que pueden bloquearse se asignan a cada wéxel, lo que permite cambiar dinámicamente los valores de cada wéxel en tiempo real en el espacio de soldadura de realidad virtual durante un proceso de soldadura simulado. Los valores de parámetros de canal cambiables corresponden al baño de los canales (desplazamiento de fluido de metal fundido/desplazamiento de viscosidad), calor (absorción/disipación de calor), desplazamiento (desplazamiento sólido) y extra (diversos estados adicionales, por ejemplo, escoria, grano, malla, metal virgen). Estos canales cambiables se denominan en el presente documento PHED para baño, calor, extra y desplazamiento, respectivamente. Figures 14A-14B illustrate the concept of a displacement map of the welding element (wexel) 1420, according to an embodiment of the present invention. Figure 14A shows a side view of a flat weld specimen (WC) 1400 having a flat top surface 1410. The weld specimen 1400 exists in the real world as, for example, a plastic part, and also exists in the real world. virtual reality space as a simulated welding specimen. Figure 14B shows a representation of the top surface 1410 of the simulated WC 1400 rotated into a grid or array of weld elements (i.e., wexels) that form a wexel map 1420. defines a small section 1410 of the surface of the weld specimen. The wexel map defines the resolution of the surface. Lockable channel parameter values are assigned to each wexel, allowing the values of each wexel to be dynamically changed in real time in the virtual reality welding space during a simulated welding process. The changeable channel parameter values correspond to the channels bath (molten metal fluid displacement/viscosity displacement), heat (heat absorption/dissipation), displacement (solid displacement) and extra (various additional states, e.g. slag, grain, mesh, virgin metal). These switchable channels are referred to herein as PHED for bath, heat, extra, and offset, respectively.
La Figura 15 ilustra un ejemplo de realización de un espacio de probeta y un espacio de soldadura de la probeta 1400 de soldadura plana (WC) de la Figura 14 simulada en el sistema 100 de la Figura 1. Los puntos O, X, Y y Z definen el espacio de probeta 3D local. En general, cada tipo de probeta define el mapeo del espacio de probeta 3<d>al espacio de soldadura de realidad virtual 2D. El mapa 1420 de wéxels de la Figura 14 es una matriz bidimensional de valores que se correlacionan con el espacio de soldadura en realidad virtual. Un usuario debe soldar desde el punto B hasta el punto E como se muestra en la Figura 15. Una línea de trayectoria desde el punto B hasta el punto E se muestra tanto en el espacio de probeta 3D como en el espacio de soldadura 2D en la Figura 15. Figure 15 illustrates an example embodiment of a specimen gap and a weld gap of the flat weld (WC) specimen 1400 of Figure 14 simulated in the system 100 of Figure 1. The points O, X, Y and Z define the local 3D specimen space. In general, each specimen type defines the mapping from the 3<d>specimen space to the 2D virtual reality weld space. The wexel map 1420 of Figure 14 is a two-dimensional array of values that correlate to the weld space in virtual reality. A user must weld from point B to point E as shown in Figure 15. A path line from point B to point E is displayed in both the 3D specimen space and the 2D weld space in the Figure 15.
Cada tipo de probeta define la dirección de desplazamiento para cada ubicación en el mapa de wéxel. Para la probeta de soldadura plana de la Figura 15, la dirección de desplazamiento es la misma en todas las ubicaciones del mapa de wéxel (es decir, en la dirección Z). Las coordenadas de textura del mapa de wéxel se muestran como S, T (a veces denominada U, V) tanto en el espacio de probeta 3D como en el espacio de soldadura 2D, para aclarar el mapeo. El mapa de wéxel se mapea y representa la superficie 1410 rectangular de la probeta 1400 de soldadura. Each specimen type defines the direction of travel for each location on the wexel map. For the flat weld specimen in Figure 15, the direction of displacement is the same at all locations in the wexel map (i.e., in the Z direction). The texture coordinates of the wexel map are shown as S, T (sometimes referred to as U, V) in both the 3D specimen space and the 2D weld space, to clarify the mapping. The wexel map maps to and represents the rectangular surface 1410 of the weld specimen 1400.
La Figura 16 ilustra un ejemplo de realización de un espacio de probeta y un espacio de soldadura de una probeta 1600 de soldadura (WC) de esquina (junta en T) simulada en el sistema 100 de la Figura 1. La esquina WC 1600 tiene dos superficies 1610 y 1620 en el espacio de probeta 3D que se asignan al espacio de soldadura 2d como se muestra en la Figura 16. Nuevamente, los puntos O, X, Y y Z definen el espacio de probeta 3D local. Las coordenadas de textura del mapa de wéxel se muestran como S, T tanto en el espacio de probeta 3D como en el espacio de soldadura 2D, para aclarar el mapeo. Un usuario debe soldar desde el punto B hasta el punto E como se muestra en la Figura 16. Una línea de trayectoria desde el punto B hasta el punto E se muestra tanto en el espacio de probeta 3D como en el espacio de soldadura 2D en la Figura 16. Sin embargo, la dirección del desplazamiento es hacia la línea X “ -O ” como se muestra en el espacio de probeta 3D, hacia la esquina opuesta como se muestra en la Figura 16. Figure 16 illustrates an exemplary embodiment of a specimen gap and a weld gap of a corner (T-joint) weld specimen 1600 simulated in the system 100 of Figure 1. The corner WC 1600 has two surfaces 1610 and 1620 in the 3D specimen space that map to the 2d weld space as shown in Figure 16. Again, points O, X, Y and Z define the local 3D specimen space. The texture coordinates of the wexel map are shown as S, T in both the 3D specimen space and the 2D weld space, to clarify the mapping. A user must weld from point B to point E as shown in Figure 16. A path line from point B to point E is displayed in both the 3D specimen space and the 2D weld space in the Figure 16. However, the direction of displacement is towards the X “-O” line as shown in the 3D specimen space, towards the opposite corner as shown in Figure 16.
La Figura 17 ilustra un ejemplo de realización de un espacio de probeta y un espacio de soldadura de una probeta 1700 de soldadura de tubo (WC) simulada en el sistema 100 de la Figura 1. El tubo WC 1700 tiene una superficie curvada 1710 en el espacio de probeta 3D que se mapea al espacio de soldadura 2D como se muestra en la Figura 17. Nuevamente, los puntos O, X, Y y Z definen el espacio de probeta 3D local. Las coordenadas de textura del mapa de wéxel se muestran como S, T tanto en el espacio de probeta 3D como en el espacio de soldadura 2D, para aclarar el mapeo. Un usuario debe soldar desde el punto B hasta el punto E a lo largo de una trayectoria curva como se muestra en la Figura 17. Una curva de trayectoria y línea desde el punto B hasta el punto E se muestra en el espacio de probeta 3D y el espacio de soldadura 2<d>, respectivamente, en la Figura 17. La dirección de desplazamiento está lejos de la línea Y-O (es decir, lejos del centro del tubo). La Figura 18 ilustra una realización ilustrativa de la probeta 1700 de soldadura de tubo (WC) de la Figura 17. El tubo WC 1700 está hecho de un plástico no férrico, no conductor y simula dos piezas de tubo 1701 y 1702 que se unen para formar una unión de raíz 1703. También se muestra una pieza de unión 1704 para unir al brazo 173 de la T/S 170. Figure 17 illustrates an exemplary embodiment of a specimen gap and a weld gap of a simulated tube (WC) welding specimen 1700 in the system 100 of Figure 1. The WC tube 1700 has a curved surface 1710 at the 3D specimen space that maps to the 2D weld space as shown in Figure 17. Again, points O, X, Y and Z define the local 3D specimen space. The texture coordinates of the wexel map are shown as S, T in both the 3D specimen space and the 2D weld space, to clarify the mapping. A user must weld from point B to point E along a curved path as shown in Figure 17. A curved path and line from point B to point E is displayed in the 3D specimen space and the weld gap 2<d>, respectively, in Figure 17. The direction of travel is away from the Y-O line (i.e., away from the center of the tube). Figure 18 illustrates an illustrative embodiment of the tube welding (WC) specimen 1700 of Figure 17. The WC tube 1700 is made of a non-ferrous, non-conductive plastic and simulates two pieces of tube 1701 and 1702 that are joined together to form a root joint 1703. Also shown is a joint piece 1704 for joining to the arm 173 of the T/S 170.
De manera similar que un mapa de textura puede mapearse a un área de superficie rectangular de una geometría, puede mapearse un mapa de wéxel soldable a una superficie rectangular de una probeta de soldadura. Cada elemento del mapa soldable se denomina wéxel en el mismo sentido que cada elemento de una imagen se denomina píxel (una contracción del elemento de imagen). Un píxel contiene canales de información que definen un color (por ejemplo, rojo, verde, azul, etc.). Un wéxel contiene canales de información (por ejemplo, P, H, E, D) que definen una superficie soldable en el espacio de realidad virtual. In a similar way that a texture map can be mapped to a rectangular surface area of a geometry, a weldable wexel map can be mapped to a rectangular surface of a weld specimen. Each element of the weldable map is called a wéxel in the same sense that each element of an image is called a pixel (a contraction of the image element). A pixel contains channels of information that define a color (for example, red, green, blue, etc.). A wexel contains information channels (e.g., P, H, E, D) that define a weldable surface in virtual reality space.
Según una realización de la presente invención, el formato de un wéxel se resume como canales PHED (baño, calor, extra, desplazamiento) que contiene cuatro números de puntos flotantes. El canal extra se trata como un conjunto de bits que almacenan información lógica sobre el wéxel tal como, por ejemplo, si hay o no hay escoria en la ubicación de wéxel. El canal de baño almacena un valor de desplazamiento para cualquier metal licuado en la ubicación de wéxel. El canal de desplazamiento almacena un valor de desplazamiento para el metal solidificado en la ubicación de wéxel. El canal de calor almacena un valor que da la magnitud de calor en la ubicación de wéxel. De esta manera, la parte soldable de la probeta puede mostrar el desplazamiento debido a un cordón soldado, un “ baño” de superficie de escalado debido al metal líquido, el color debido al calor, etc. Todos estos efectos se logran por los atenuadores de vértices y píxeles aplicados a la superficie soldable. Según una realización alternativa de la presente invención, un wéxel también puede incorporar propiedades metalúrgicas específicas que pueden cambiar durante una simulación de soldadura, por ejemplo, debido a la entrada de calor al wéxel. Dichas propiedades metalúrgicas pueden usarse para simular pruebas virtuales e inspección de un conjunto soldado. According to one embodiment of the present invention, the format of a wexel is summarized as PHED (bath, heat, extra, offset) channels containing four numbers of floating points. The extra channel is treated as a set of bits that store logical information about the wexel such as whether or not there is dross at the wexel location. The bath channel stores an offset value for any liquefied metal at the wexel location. The displacement channel stores a displacement value for the solidified metal at the wexel location. The heat channel stores a value that gives the magnitude of heat at the wexel location. In this way, the weldable part of the specimen can show displacement due to a welded bead, a scaling surface “bath” due to liquid metal, color due to heat, etc. All of these effects are achieved by vertex and pixel faders applied to the weldable surface. According to an alternative embodiment of the present invention, a wéxel may also incorporate specific metallurgical properties that may change during a welding simulation, for example, due to heat input to the wéxel. Such metallurgical properties can be used to simulate virtual testing and inspection of a weldment.
Según una realización de la presente invención, se usa un mapa de desplazamiento y un sistema de partículas donde las partículas pueden interactuar entre sí y colisionar con el mapa de desplazamiento. Las partículas son partículas de fluido dinámico virtual y proporcionan el comportamiento líquido del baño de soldadura pero no se representan directamente (es decir, no se ven visualmente). En cambio, solo se observan visualmente los efectos de partícula en el mapa de desplazamiento. La entrada de calor a un wéxel afecta el movimiento de las partículas cercanas. Existen dos tipos de desplazamiento implicados en la simulación de un baño de soldadura que incluye baño y desplazamiento. El baño es “ temporal” y solo dura el tiempo que haya partículas y calor presentes. El desplazamiento es “ permanente” . El desplazamiento de baño es el metal líquido de la soldadura que cambia rápidamente (por ejemplo, escalómetros) y puede considerarse como “ encima” del desplazamiento. Las partículas cubren una parte de un mapa de desplazamiento de superficie virtual (es decir, un mapa de wéxel). El desplazamiento representa el metal sólido permanente que incluye tanto el metal base inicial como el cordón de soldadura que se ha solidificado. According to one embodiment of the present invention, a displacement map and a particle system are used where the particles can interact with each other and collide with the displacement map. The particles are virtual fluid dynamic particles and provide the liquid behavior of the weld pool but are not directly represented (i.e., not seen visually). Instead, only particle effects are visually observed on the displacement map. The input of heat to a wexel affects the movement of nearby particles. There are two types of displacement involved in simulating a weld pool which includes weld pool and displacement. The bath is “temporary” and only lasts as long as particles and heat are present. The displacement is “permanent”. Bath displacement is the liquid metal of the weld that changes rapidly (e.g., scalometers) and can be considered as “on top” of the displacement. The particles cover a part of a virtual surface displacement map (i.e., a wexel map). The displacement represents the permanent solid metal that includes both the initial base metal and the weld bead that has solidified.
Según una realización de la presente invención, el proceso de soldadura simulado en el espacio de realidad virtual funciona de la siguiente manera: Flujo de partículas del emisor (emisor de la MWT 160 simulada) en un cono delgado. Las partículas hacen contacto primero con la superficie de la probeta de soldadura simulada donde la superficie está definida por un mapa de wéxel. Las partículas interactúan entre sí y el mapa de wéxel y se acumulan en tiempo real. Se añade más calor a un wéxel más cercano al emisor. El calor se modela en función de la distancia desde el punto de arco y la cantidad de tiempo que el calor se introduce desde el arco. Ciertos visualizadores (por ejemplo, color, etc.) son impulsados por el calor. Un baño de soldadura se dibuja o se representa en el espacio de realidad virtual para wéxels que tienen suficiente calor. Siempre que sea lo suficientemente caliente, el mapa de wéxel se licúa, provocando la “ elevación” del desplazamiento del baño para esas ubicaciones de wéxel. El desplazamiento de baño se determina muestreando las partículas “ más altas” en cada ubicación de wéxel. A medida que el emisor se mueve a lo largo de la trayectoria de soldadura, las ubicaciones de wéxel que se dejan atrás se enfrían. El calor se elimina de una ubicación de wéxel a una velocidad particular. Cuando se alcanza un umbral de enfriamiento, el mapa de wéxel se solidifica. De esta forma, el desplazamiento de baño se convierte gradualmente en desplazamiento (es decir, un cordón solidificado). El desplazamiento añadido es equivalente al baño retirado de modo que la altura total no cambie. Los tiempos de vida de las partículas se debilitan o se ajustan para persistir hasta que se complete la solidificación. Ciertas propiedades de las partículas que se modelan en el sistema 100 incluyen atracción/repulsión, velocidad (relacionada con el calor), amortiguación (relacionada con la disipación de calor), dirección (relacionada con la gravedad). According to one embodiment of the present invention, the simulated welding process in virtual reality space works as follows: Particle flow from the emitter (simulated MWT 160 emitter) into a thin cone. The particles first contact the surface of the simulated weld specimen where the surface is defined by a wexel map. The particles interact with each other and the wexel map and accumulate in real time. More heat is added to a wexel closer to the emitter. Heat is modeled based on the distance from the arc point and the amount of time heat is introduced from the arc. Certain displays (e.g. color, etc.) are driven by heat. A weld pool is drawn or rendered in virtual reality space for wexels that have sufficient heat. Whenever it is hot enough, the wexel map liquefies, causing the bath displacement to “lift” for those wexel locations. The bath displacement is determined by sampling the “tallest” particles at each wexel location. As the emitter moves along the welding path, the wexel locations left behind cool. Heat is removed from a wexel location at a particular rate. When a cooling threshold is reached, the wexel map solidifies. In this way, the bath displacement gradually becomes displacement (i.e., a solidified bead). The displacement added is equivalent to the bath removed so that the total height does not change. Particle lifetimes are weakened or adjusted to persist until solidification is complete. Certain properties of the particles that are modeled in system 100 include attraction/repulsion, velocity (related to heat), damping (related to heat dissipation), direction (related to gravity).
Las Figuras 19A-19C ilustran un ejemplo de realización del concepto de un modelo de baño de doble desplazamiento (desplazamiento y partículas) del sistema 100 de la Figura 1. Las probetas de soldadura se simulan en el espacio de realidad virtual que tiene al menos una superficie. Las superficies de la probeta de soldadura se simulan en el espacio de realidad virtual como una capa de desplazamiento doble que incluye una capa de desplazamiento sólido y una capa de desplazamiento de baño. La capa de desplazamiento de baño es capaz de modificar la capa de desplazamiento sólido. Figures 19A-19C illustrate an example embodiment of the concept of a dual displacement bath model (displacement and particles) of the system 100 of Figure 1. The weld specimens are simulated in the virtual reality space that has at least one surface. The surfaces of the weld specimen are simulated in virtual reality space as a double displacement layer that includes a solid displacement layer and a bath displacement layer. The bath displacement layer is capable of modifying the solid displacement layer.
Como se describe en el presente documento, “ baño” se define por un área del mapa de wéxel donde el valor de baño se ha aumentado por la presencia de partículas. El proceso de muestreo se representa en las Figuras 19A-19C. Se muestra una sección de un mapa de wéxel que tiene siete wéxels adyacentes. Los valores de desplazamiento actuales están representados por barras invertidas 1910 no sombreadas de una altura dada (es decir, un desplazamiento dado para cada wéxel). En la Figura 19A, las partículas 1920 se muestran como puntos no sombreados redondos que colisionan con los niveles de desplazamiento actuales y se apilan. En la Figura 19B, las alturas de partícula “ más altas” 1930 se muestrean en cada ubicación de wéxel. En la Figura 19C, los rectángulos 1940 sombreados muestran cuánto baño se ha añadido encima del desplazamiento como resultado de las partículas. La altura de baño de soldadura no se establece instantáneamente en los valores muestreados ya que el baño se añade a una tasa de licuación particular basada en calor. Aunque no se muestra en las Figuras 19A-19C, es posible visualizar el proceso de solidificación ya que el baño (rectángulos sombreados) se encoge gradualmente y el desplazamiento (rectángulos no sombreados) crece gradualmente desde abajo para tomar exactamente el lugar del baño. De esta manera, se simulan con precisión características de fluidez de metal fundido en tiempo real. Como práctica de usuario, un proceso de soldadura particular, el usuario puede observar las características de fluidez de metal fundido y las características de disipación de calor del baño de soldadura en tiempo real en el espacio de realidad virtual y usar esta información para ajustar o mantener su técnica de soldadura. As described herein, “bath” is defined by an area of the wexel map where the bath value has been increased by the presence of particles. The sampling process is depicted in Figures 19A-19C. A section of a wexel map is shown that has seven adjacent wexels. The current offset values are represented by unshaded backbars 1910 of a given height (i.e., a given offset for each wéxel). In Figure 19A, particles 1920 are shown as round unshaded dots that collide with the current displacement levels and stack. In Figure 19B, the 1930 “highest” particle heights are sampled at each wexel location. In Figure 19C, the shaded rectangles 1940 show how much bath has been added on top of the displacement as a result of the particles. The weld pool height is not instantly set to the sampled values since the pool is added at a particular heat-based liquefaction rate. Although not shown in Figures 19A-19C, it is possible to visualize the solidification process as the bath (shaded rectangles) gradually shrinks and the displacement (unshaded rectangles) gradually grows from below to exactly take the place of the bath. In this way, molten metal fluidity characteristics are accurately simulated in real time. As a user practice, a particular welding process, the user can observe the fluidity characteristics of molten metal and the heat dissipation characteristics of the weld pool in real time in virtual reality space and use this information to adjust or maintain your welding technique.
El número de wéxels que representan la superficie de una probeta de soldadura es fijo. Además, las partículas de baño que se generan por la simulación para modelar la fluidez son temporales, como se describe en el presente documento. Por lo tanto, una vez que se genera un baño inicial en el espacio de realidad virtual durante un proceso de soldadura simulado usando el sistema 100, el número de wéxels más partículas de baño tiende a permanecer relativamente constante. Esto se debe a que el número de wéxels que se están procesando es fijo y el número de partículas de baño que existen y que se están procesando durante el proceso de soldadura tienden a permanecer relativamente constantes porque las partículas de baño se están creando y “ se destruyen” a una velocidad similar (es decir, las partículas de baño son temporales). Por lo tanto, la carga de procesamiento del PPS 110 permanece relativamente constante durante una sesión de soldadura simulada. The number of wexels that represent the surface of a weld specimen is fixed. Furthermore, the bath particles that are generated by the simulation to model fluidity are temporary, as described herein. Therefore, once an initial bath is generated in virtual reality space during a simulated welding process using system 100, the number of wexels plus bath particles tends to remain relatively constant. This is because the number of wexels being processed is fixed and the number of bath particles that exist and are being processed during the welding process tend to remain relatively constant because the bath particles are being created and “ “destroy” at a similar rate (i.e., bath particles are temporary). Therefore, the processing load of the PPS 110 remains relatively constant during a simulated welding session.
Según una realización alternativa de la presente invención, las partículas de baño pueden generarse dentro o por debajo de la superficie de la probeta de soldadura. En tal realización, el desplazamiento puede modelarse como positivo o negativo con respecto al desplazamiento superficial original de una probeta virgen (es decir, no soldada). De esta manera, las partículas de baño no solo pueden acumularse en la superficie de una probeta de soldadura, sino que también pueden penetrar en la probeta de soldadura. Sin embargo, el número de wéxels todavía es fijo y las partículas de baño que se crean y destruyen son todavía relativamente constantes. According to an alternative embodiment of the present invention, the bath particles may be generated within or below the surface of the weld specimen. In such an embodiment, the displacement can be modeled as positive or negative with respect to the original surface displacement of a virgin (i.e., unwelded) specimen. In this way, bath particles can not only accumulate on the surface of a weld specimen, but can also penetrate into the weld specimen. However, the number of wexels is still fixed and the bath particles that are created and destroyed are still relatively constant.
Según realizaciones alternativas de la presente invención, en lugar de partículas de modelado, puede proporcionarse un mapa de desplazamiento de wéxel que tiene más canales para modelar la fluidez del baño. O, en lugar de partículas de modelado, puede modelarse un mapa de vóxel denso. O, en lugar de un mapa de wéxels, solo se pueden modelar partículas que se muestrean y nunca se desconectan. Sin embargo, tales realizaciones alternativas pueden no proporcionar una carga de procesamiento relativamente constante para el sistema. According to alternative embodiments of the present invention, instead of modeling particles, a wexel displacement map may be provided that has more channels to model the fluidity of the bath. Or, instead of modeling particles, a dense voxel map can be modeled. Or, instead of a map of wexels, you can only model particles that are sampled and never switched off. However, such alternative embodiments may not provide a relatively constant processing load for the system.
Además, según una realización de la presente invención, se simula el soplado o un ojo de cerradura tomando material. Por ejemplo, si un usuario mantiene un arco en la misma ubicación durante mucho tiempo, en el mundo real, el material se quemaría provocando un agujero. Dicha rebaba en el mundo real se simula en el sistema 100 mediante técnicas de decisión de wéxel. Si se determina que la cantidad de calor absorbido por un wéxel es demasiado alta por el sistema 100, ese wéxel puede marcarse o designarse como que se quema y se representa como tal (por ejemplo, representado como un agujero). Posteriormente, sin embargo, puede producirse una reconstitución de wéxel para ciertos procesos de soldadura (por ejemplo, soldadura de tubos) donde el material se añade de nuevo después de quemarse inicialmente. En general, el sistema 100 simula la decisión del wéxel (teniendo en cuenta el material) y la reconstitución del wéxel (es decir, la adición de material de vuelta). Además, la eliminación de material en soldadura de paso raíz se simula adecuadamente en el sistema 100. Furthermore, according to an embodiment of the present invention, blowing or a keyhole is simulated by taking material. For example, if a user holds a bow in the same location for a long time, in the real world, the material would burn causing a hole. Such a real-world burr is simulated in system 100 using wexel decision techniques. If the amount of heat absorbed by a wéxel is determined to be too high by system 100, that wéxel may be marked or designated as burning and represented as such (e.g., represented as a hole). Subsequently, however, wexel reconstitution may occur for certain welding processes (e.g. tube welding) where the material is added back after initially being burned. In general, the system 100 simulates the decision of the wexel (taking into account the material) and the reconstitution of the wexel (i.e., the addition of material back). Additionally, material removal in root pass welding is adequately simulated in system 100.
Además, la eliminación de material en soldadura de paso raíz se simula adecuadamente en el sistema 100. Por ejemplo, en el mundo real, la trituración de la pasada de raíz puede realizarse antes de las pasadas de soldadura posteriores. De manera similar, el sistema 100 puede simular un paso de rectificado que elimina el material de la junta de soldadura virtual. Se apreciará que el material retirado puede modelarse como un desplazamiento negativo en el mapa de wéxel. Es decir que el paso de esmerilado elimina el material que se modela por el sistema 100, lo que da como resultado un contorno del cordón alterado. La simulación del paso de esmerilado puede ser automática, es decir, el sistema 100 elimina un espesor predeterminado de material, que puede ser respectivo a la superficie del cordón de soldadura de pasada de raíz. Additionally, material removal in root pass welding is adequately simulated in the system 100. For example, in the real world, root pass grinding may be performed before subsequent welding passes. Similarly, system 100 may simulate a grinding step that removes material from the virtual solder joint. It will be appreciated that the removed material can be modeled as a negative displacement in the wexel map. That is, the grinding step removes the material that is shaped by system 100, resulting in an altered bead contour. The simulation of the grinding step may be automatic, that is, the system 100 removes a predetermined thickness of material, which may be relative to the surface of the root pass weld bead.
En una realización alternativa, puede simularse una herramienta de rectificado real o una trituradora que se enciende y apaga mediante la activación de la herramienta de soldadura simulada 160 u otro dispositivo de entrada. Se observa que la herramienta de trituración puede simularse para parecerse a una trituradora del mundo real. En esta realización, el usuario maniobra la herramienta de rectificado a lo largo de la pasada de raíz para eliminar el material que responde al movimiento del mismo. Se entenderá que se puede permitir que el usuario elimine demasiado material. De una manera similar a la descrita anteriormente, pueden resultar agujeros u otros defectos (descritos anteriormente) si el usuario tritura demasiado material. Con todo, pueden implementarse límites duros o topes, es decir, programarse, para evitar que el usuario retire demasiado material o indique cuándo se está retirando demasiado material. In an alternative embodiment, an actual grinding tool or grinder may be simulated and turned on and off by activating the simulated welding tool 160 or other input device. It is noted that the crushing tool can be simulated to resemble a real-world crusher. In this embodiment, the user maneuvers the grinding tool along the root pass to remove material that responds to root movement. It will be understood that the user may be allowed to remove too much material. In a manner similar to that described above, holes or other defects (described above) may result if the user grinds too much material. However, hard limits or caps can be implemented, i.e. programmed, to prevent the user from removing too much material or to indicate when too much material is being removed.
Además de las partículas de “ baño” no visibles descritas en el presente documento, el sistema 100 también usa tres otros tipos de partículas visibles para representar efectos de arco, llama y chispa, según una realización de la presente invención. Estos tipos de partículas no interactúan con otras partículas de cualquier tipo, sino que interactúan solo con el mapa de desplazamiento. Si bien estas partículas colisionan con la superficie de soldadura simulada, no interactúan entre sí. Solo las partículas de baño interactúan entre sí, según una realización de la presente invención. La física de las partículas de tipo chispa está configurada de modo que las partículas de las chispas rebotan y se representan como puntos de soplado en el espacio de realidad virtual. In addition to the non-visible “bath” particles described herein, system 100 also uses three other types of visible particles to represent arc, flame, and spark effects, according to one embodiment of the present invention. These particle types do not interact with other particles of any type, but instead interact only with the displacement map. Although these particles collide with the simulated weld surface, they do not interact with each other. Only the bath particles interact with each other, according to one embodiment of the present invention. The spark-type particle physics is set up so that spark particles bounce off and are represented as blow points in VR space.
La física de las partículas de arco está configurada de modo que las partículas de arco golpean la superficie de la probeta o el cordón de soldadura simulado y permanecen durante un tiempo. Las partículas de arco se representan como puntos de color blanco azulados tensos más grandes en el espacio de realidad virtual. Lleva muchas de estas manchas superpuestas para formar cualquier tipo de imagen visual. El resultado final es un rombo de color blanco con bordes azules. The physics of the arc particles is set up so that the arc particles hit the surface of the specimen or the simulated weld bead and remain for a time. Arc particles are represented as larger tense bluish-white dots in virtual reality space. It has many of these spots superimposed to form any type of visual image. The final result is a white rhombus with blue edges.
La física de las partículas de llama se modela para elevar lentamente hacia arriba. Las partículas de llama se representan como puntos de color rojo-amarillo tenue de tamaño medio. Lleva muchas de estas manchas superpuestas para formar cualquier tipo de imagen visual. El resultado final es manchas de llamas de color naranjarojo con los bordes rojos que aumentan hacia arriba y se eliminan. Otros tipos de partículas de baño pueden implementarse en el sistema 100, según otras realizaciones de la presente invención. Por ejemplo, las partículas de humo pueden modelarse y simularse de manera similar a las partículas de llama. The physics of flame particles is modeled to slowly rise upward. Flame particles are represented as medium-sized faint red-yellow dots. It has many of these spots superimposed to form any type of visual image. The end result is orange-red flame spots with red edges that rise upward and fade away. Other types of bath particles may be implemented in system 100, according to other embodiments of the present invention. For example, smoke particles can be modeled and simulated similarly to flame particles.
Los pasos finales en la visualización simulada son gestionados por los atenuadores de vértices y píxeles proporcionados por los atenuadores 117 de las GPU 115 (véase la Figura 11). Los atenuadores de vértices y píxeles aplican baño y desplazamiento, así como colores de superficie y reflectividad alterados debido al calor, etc. El canal extra (E) del formato de wéxel PHED, como se ha mencionado anteriormente en el presente documento, contiene toda la información adicional usada por el wéxel. Según una realización de la presente invención, la información adicional incluye un bit no virgen (verdadero=cordón, falso=acero virgen), un bit de escoria, un valor de corte (cantidad de corte en este wéxel donde cero es igual a no corte), un valor de porosidad (cantidad de porosidad en este wéxel donde cero es igual a la porosidad) y un valor de vigilia de cordón que codifica el tiempo en el que se solidifica el cordón. Hay un conjunto de mapas de imágenes asociados con diferentes elementos visuales de probeta, incluido el acero virgen, escoria, cordón y porosidad. Estos mapas de imágenes se usan tanto para el mapeo de paquetes como para el mapeo de textura. La cantidad de mezcla de estos mapas de imágenes se controla mediante las diversas marcas y valores descritos en la presente descripción. The final steps in the simulated display are handled by the vertex and pixel faders provided by the faders 117 of the GPUs 115 (see Figure 11). Vertex and pixel faders apply dipping and shifting, as well as altered surface colors and reflectivity due to heat, etc. The extra channel (E) of the PHED wexel format, as mentioned earlier in this document, contains all the additional information used by the wexel. According to an embodiment of the present invention, the additional information includes a non-virgin bit (true=cord, false=virgin steel), a slag bit, a cut value (amount of cut in this wexel where zero equals no cut ), a porosity value (amount of porosity in this wexel where zero equals porosity) and a bead wake value that encodes the time at which the bead solidifies. There are a set of image maps associated with different specimen visuals, including virgin steel, slag, bead, and porosity. These image maps are used for both packet mapping and texture mapping. The amount of mixing of these image maps is controlled by the various flags and values described herein.
Un efecto de estela del cordón se logra usando un mapa de imágenes 1D y un valor de estela de perlas por wéxel que codifica el tiempo en el que se solidifica un bit determinado del cordón. Una vez que una ubicación del wéxel de baño caliente ya no está lo suficientemente caliente como para denominarse “ baño” , se guarda un tiempo en esa ubicación y se denomina “ estela de cordón” . El resultado final es que el código de atenuador es capaz de usar el mapa de textura 1D para atraer las “ ondulaciones” que dan a un cordón su aspecto único que porta la dirección en la que se colocó el cordón. Según una realización alternativa de la presente invención, el sistema 100 es capaz de simular, en el espacio de realidad virtual, y visualizar un cordón de soldadura que tiene una característica de estela de cordón de soldadura en tiempo real resultante de una transición de fluidez a solidificación en tiempo real del baño de soldadura simulado, ya que el baño de soldadura simulado se mueve a lo largo de una trayectoria de soldadura. A bead wake effect is achieved using a 1D image map and a per-wexel bead wake value that encodes the time at which a given bit of the bead solidifies. Once a hot bath wexel location is no longer hot enough to be called a “bath”, time is stored at that location and is called a “cord wake”. The end result is that the fader code is able to use the 1D texture map to attract the “ripples” that give a bead its unique look that carries the direction in which the bead was placed. According to an alternative embodiment of the present invention, the system 100 is capable of simulating, in virtual reality space, and visualizing a weld bead having a weld bead trail characteristic in real time resulting from a transition from fluidity to real-time solidification of the simulated weld pool, as the simulated weld pool moves along a weld path.
Según una realización alternativa de la presente invención, el sistema 100 es capaz de enseñar a un usuario cómo solucionar problemas de una máquina de soldadura. Por ejemplo, un modo de solución de problemas del sistema puede entrenar a un usuario para asegurarse del sistema correctamente (por ejemplo, caudal de gas correcto, cable de alimentación correcto conectado, etc.) Según otra realización alternativa de la presente invención, el sistema 100 es capaz de grabar y reproducir una sesión de soldadura (o al menos una parte de una sesión de soldadura, por ejemplo, tramas N). Se puede proporcionar una bola de pista para desplazarse a través de tramas de vídeo, permitiendo que un usuario o instructor critique una sesión de soldadura. También se puede proporcionar reproducción a velocidades seleccionables (por ejemplo, velocidad completa, media velocidad, cuarto de velocidad). Según una realización de la presente invención, se puede proporcionar una reproducción de pantalla dividida, lo que permite que dos sesiones de soldadura se vean paralelamente, por ejemplo, en el ODD 150. Por ejemplo, una sesión de soldadura “ buena” puede verse junto a una sesión de soldadura “ deficiente” para fines de comparación. According to an alternative embodiment of the present invention, system 100 is capable of teaching a user how to troubleshoot a welding machine. For example, a system troubleshooting mode may train a user to ensure the system is properly installed (e.g., correct gas flow rate, correct power cord connected, etc.). According to another alternative embodiment of the present invention, the system 100 is capable of recording and playing back a welding session (or at least a portion of a welding session, e.g., N frames). A track ball can be provided to scroll through video frames, allowing a user or instructor to critique a welding session. Playback can also be provided at selectable speeds (e.g., full speed, half speed, quarter speed). According to one embodiment of the present invention, split screen playback may be provided, allowing two welding sessions to be viewed side by side, for example, on the ODD 150. For example, a “good” welding session may be viewed side by side. to a “poor” welding session for comparison purposes.
Como se ha explicado anteriormente en la presente memoria, un sistema de inspección de conjunto soldado virtual (VWI) independiente es capaz de introducir un conjunto soldado virtual predefinido o un conjunto soldado virtual creado usando el sistema de VRAW, y realizar una inspección virtual del conjunto soldado virtual. Sin embargo, a diferencia del sistema de VRAW, el sistema de VWI puede no ser capaz de crear un conjunto soldado virtual como parte de un proceso de soldadura virtual simulado, y puede o no ser capaz de realizar pruebas destructivas/no destructivas virtuales de ese conjunto soldado, según ciertas realizaciones de la presente invención. As previously explained herein, a stand-alone virtual weldment inspection (VWI) system is capable of inputting a predefined virtual weldment or a virtual weldment created using the VRAW system, and performing a virtual inspection of the assembly. virtual soldier. However, unlike the VRAW system, the VWI system may not be able to create a virtual weldment as part of a simulated virtual welding process, and may or may not be able to perform virtual destructive/non-destructive testing of that welded assembly, according to certain embodiments of the present invention.
La Figura 20 ilustra un ejemplo de realización de un sistema 2000 de inspección de conjunto soldado virtual (VWI) independiente capaz de simular la inspección de un conjunto soldado virtual y mostrar una animación del conjunto soldado virtual bajo inspección para observar los efectos debidos a diversas características asociadas con el conjunto soldado. En una realización, el sistema 2000 de VWI incluye un subsistema 2010 basado en procesador programable (PPS), similar al PPS 110 de la Figura 1. El sistema 2000 de VWI incluye además un dispositivo 2050 de visualización de observador (ODD), similar al ODD 150 de la Figura 1, conectado operativamente al PPS 2010. El sistema 2000 de VWI también incluye un teclado 2020 y un ratón 2030 conectado operativamente al PPS 2010. Figure 20 illustrates an exemplary embodiment of a standalone virtual weldment inspection (VWI) system 2000 capable of simulating the inspection of a virtual weldment and displaying an animation of the virtual weldment under inspection to observe the effects due to various characteristics. associated with the welded assembly. In one embodiment, the VWI system 2000 includes a programmable processor-based subsystem (PPS) 2010, similar to the PPS 110 of Figure 1. The VWI system 2000 further includes an observer display device (ODD) 2050, similar to the ODD 150 of Figure 1, operatively connected to the PPS 2010. The VWI system 2000 also includes a keyboard 2020 and a mouse 2030 operatively connected to the PPS 2010.
En una primera realización del sistema 2000 de la Figura 20, el PPS 110 proporciona hardware y software configurado como motor de representación para proporcionar representaciones animadas en 3D de conjuntos soldados virtuales. In a first embodiment of the system 2000 of Figure 20, the PPS 110 provides hardware and software configured as a rendering engine to provide animated 3D renderings of virtual weldments.
El PPS 110 también proporciona hardware y software configurados como un motor de análisis para realizar pruebas e inspección de un conjunto soldado virtual. El PPS 2010 es capaz de introducir datos representativos de un conjunto soldado virtual y generar una representación en 3D animada del conjunto soldado virtual para la inspección usando un motor de representación del PPS 110 que funciona sobre los datos de entrada. Los datos de soldadura virtual pueden ser conjuntos soldados virtuales “ acotados” (es decir, predefinidos) (p. ej., generados usando un sistema informático separado) o datos de conjunto soldado virtual creados usando un sistema de simulador de soldadura de realidad virtual (p. ej., un sistema de VRAW como se ha descrito anteriormente en la presente memoria). The PPS 110 also provides hardware and software configured as an analysis engine to perform testing and inspection of a virtual weldment. The PPS 2010 is capable of inputting data representative of a virtual weldment and generating an animated 3D representation of the virtual weldment for inspection using a PPS 110 rendering engine running on the input data. The virtual weld data may be “bounded” (i.e., predefined) virtual weldments (e.g., generated using a separate computer system) or virtual weldment data created using a virtual reality welding simulator system ( e.g., a VRAW system as described hereinabove).
Además, según una realización mejorada de la presente invención, el PPS 2010 incluye una capacidad avanzada/representación/animación que permite que el sistema 2000 de VWI realice una prueba destructiva/no destructiva virtual en un conjunto soldado virtual de entrada y visualice una animación de la prueba, similar a la del sistema de VRAW. Furthermore, according to an improved embodiment of the present invention, the PPS 2010 includes an advanced/rendering/animation capability that allows the VWI system 2000 to perform a virtual destructive/non-destructive test on an input virtual weldment and display an animation of the test, similar to that of the VRAW system.
Según una realización de la presente invención, una representación virtual de un conjunto soldado creado usando un sistema de VRAW en el sistema de VWI. Una parte de prueba del sistema de VWI es capaz de generar automáticamente secciones cortadas del conjunto soldado virtual y enviar esas secciones cortadas (o el conjunto soldado virtual no cortado en sí) a una de diversas pruebas destructivas y no destructivas posibles dentro de la parte de prueba del sistema de VWI. Cada una de las diversas pruebas es capaz de generar una animación que ilustra esa prueba particular. El sistema de VWI es capaz de mostrar la animación de la prueba al usuario. La animación muestra claramente al usuario si el conjunto soldado virtual generado por el usuario aprueba el ensayo. According to one embodiment of the present invention, a virtual representation of a weldment created using a VRAW system in the VWI system. A test part of the VWI system is capable of automatically generating cut sections of the virtual weldment and submitting those cut sections (or the uncut virtual weldment itself) to one of several possible destructive and non-destructive tests within the test part. VWI system test. Each of the various tests is capable of generating an animation illustrating that particular test. The VWI system is capable of displaying the test animation to the user. The animation clearly shows the user whether the user-generated virtual weldment passes the test.
Por ejemplo, se puede mostrar que un conjunto soldado virtual que se somete a una prueba de curvado virtual se rompe en la animación en una ubicación donde se produce un tipo particular de defecto en la junta de soldadura del conjunto soldado virtual. Como otro ejemplo, se puede mostrar que un conjunto soldado virtual que se somete a una prueba de curvado virtual se dobla en la animación y se grieta, o muestra una cantidad significativa de defectos, aunque el conjunto soldado no se rompa completamente. Se puede probar el mismo conjunto soldado virtual y de nuevo para diferentes pruebas usando las mismas secciones cortadas (p. ej., las secciones cortadas pueden reconstituirse por el sistema VWI) o secciones cortadas diferentes del conjunto soldado virtual. Según una realización de la presente invención, un conjunto soldado virtual está marcado con características metalúrgicas tales como, por ejemplo, un tipo de metal y la resistencia a la tracción que se tienen en cuenta en la prueba destructiva/no destructiva seleccionada particular. For example, a virtual weldment undergoing a virtual bending test may be shown to break in the animation at a location where a particular type of defect occurs in the weld joint of the virtual weldment. As another example, a virtual weldment that is subjected to a virtual bending test can be shown to bend in the animation and crack, or show a significant amount of defects, even though the weldment does not completely break. The same virtual weldment can be tested and retested for different tests using the same cut sections (e.g., cut sections can be reconstituted by the VWI system) or different cut sections of the virtual weldment. According to one embodiment of the present invention, a virtual weldment is marked with metallurgical characteristics such as, for example, a metal type and tensile strength that are taken into account in the particular selected destructive/non-destructive test.
Según una realización de la presente invención, un sistema experto en funcionamiento de fondo puede aparecer en una ventana en una pantalla del sistema de VWI e indicar al usuario (por ejemplo, a través de un mensaje de texto y/o gráficamente) el motivo por el que el conjunto soldado falló el ensayo (por ejemplo, demasiada porosidad en estos puntos particulares en la junta de soldadura) y qué estándar(s) de soldadura específico(s) no se rompió(eron). Según otra realización de la presente invención, el sistema de VWI puede tener un enlace de hipertexto a una herramienta externa que vincula la presente prueba a un estándar de soldadura particular. According to one embodiment of the present invention, an expert system running in the background may appear in a window on a screen of the VWI system and indicate to the user (e.g., via text message and/or graphically) the reason for which weldment failed the test (for example, too much porosity at these particular points in the weld joint) and which specific weld standard(s) were not broken. According to another embodiment of the present invention, the VWI system may have a hypertext link to an external tool that links the present test to a particular welding standard.
Según una realización de la presente invención, la animación de una prueba destructiva/no destructiva particular es una representación 3D del conjunto soldado virtual según se modifica mediante la prueba de modo que un usuario puede mover el conjunto soldado virtual representado alrededor de una manera tridimensional en una pantalla del sistema de VWI durante la prueba para ver la prueba desde diversos ángulos y perspectivas. La misma animación representada en 3D de una prueba particular puede repetirse para permitir un beneficio máximo de la formación para el mismo usuario o para múltiples usuarios. According to one embodiment of the present invention, the animation of a particular destructive/non-destructive test is a 3D representation of the virtual weldment as modified by the test such that a user can move the represented virtual weldment around in a three-dimensional manner in a VWI system screen during the test to view the test from various angles and perspectives. The same 3D rendered animation of a particular test can be repeated to allow maximum training benefit for the same user or for multiple users.
En una realización más simple, menos compleja del sistema 2000 de VWI de la Figura 20, el PPS 2010 es capaz de introducir una representación en 3D animada de una prueba destructiva o no destructiva virtual generada por un sistema de VRAW, y mostrar la animación para fines de inspección. El PPS 2010 proporciona hardware y software configurados como un motor de análisis para realizar la inspección de un conjunto soldado virtual. Sin embargo, en esta realización más simple, el PPS 2010 no proporciona hardware y software configurado como motor de representación para proporcionar representaciones animadas en 3D de conjuntos soldados virtuales, y el motor de análisis se limita a soportar la inspección de un conjunto soldado virtual. Las representaciones y pruebas se realizan en otra parte (por ejemplo, en un sistema de VRAW) y se introducen en el sistema de VWI en tal realización. En tal realización más simple, el PPS 2010 puede ser un ordenador personal o estación de trabajo estándar para usar programada con software para realizar una inspección virtual y para entrenar con respecto a la inspección de soldadura. In a simpler, less complex embodiment of the VWI System 2000 of Figure 20, the PPS 2010 is capable of inputting an animated 3D representation of a virtual destructive or non-destructive test generated by a VRAW system, and displaying the animation for inspection purposes. PPS 2010 provides hardware and software configured as an analysis engine to perform inspection of a virtual weldment. However, in this simpler embodiment, PPS 2010 does not provide hardware and software configured as a rendering engine to provide animated 3D renderings of virtual weldments, and the analysis engine is limited to supporting inspection of a virtual weldment. The renderings and tests are performed elsewhere (for example, in a VRAW system) and are entered into the VWI system in such an embodiment. In such a simpler embodiment, the PPS 2010 may be a standard personal computer or workstation programmed with software to perform virtual inspection and to train regarding welding inspection.
Como se ha explicado anteriormente en la presente memoria, la inspección virtual puede implementarse en el sistema de VWI en cualquiera de varias formas diferentes y/o combinaciones de los mismos. Según una realización de la presente invención, el sistema de VWI incluye un sistema experto y es accionado por un conjunto de reglas. Según otra realización de la presente invención, el sistema de VWI incluye máquinas de vectores de soporte. Según aún otra realización de la presente invención, el sistema de VWI incluye una red neuronal que es capaz de ser entrenada y adaptada a nuevos escenarios, y/o agentes inteligentes que proporcionan retroalimentación a un estudiante con respecto a áreas donde el estudiante necesita más práctica, o para proporcionar retroalimentación a un instructor o educador de cómo modificar el currículo de enseñanza para mejorar el aprendizaje de los estudiantes. Además, un usuario puede tener acceso a una base de conocimiento que incluye texto, imágenes, vídeo y diagramas para complementar su formación. As explained previously herein, virtual inspection can be implemented in the VWI system in any of several different forms and/or combinations thereof. According to one embodiment of the present invention, the VWI system includes an expert system and is driven by a set of rules. According to another embodiment of the present invention, the VWI system includes support vector machines. According to yet another embodiment of the present invention, the VWI system includes a neural network that is capable of being trained and adapted to new scenarios, and/or intelligent agents that provide feedback to a student regarding areas where the student needs more practice. , or to provide feedback to an instructor or educator on how to modify the teaching curriculum to improve student learning. Additionally, a user can access a knowledge base that includes text, images, video and diagrams to complement their training.
Según una realización de la presente invención, un conjunto soldado virtual representado y/o una animación representada en 3D correspondiente del conjunto soldado virtual bajo prueba puede introducirse en el sistema de VWI para realizar una inspección de la soldadura y/o para formar a un usuario en la inspección de soldadura (p. ej., para convertirse en un inspector de soldadura certificado). La parte de inspección del sistema incluye un modo de enseñanza y un modo de entrenamiento. According to one embodiment of the present invention, a rendered virtual weldment and/or a corresponding 3D rendered animation of the virtual weldment under test may be input into the VWI system to perform a weld inspection and/or to train a user. in welding inspection (e.g., to become a certified welding inspector). The inspection part of the system includes a teaching mode and a training mode.
En el modo de enseñanza, el conjunto soldado virtual y/o la animación representada en 3D de un conjunto soldado virtual bajo ensayo son mostrados y visualizados por un graduador (formador) junto con un estudiante de soldadura. El formador y el estudiante de soldadura pueden ver e interactuar con el conjunto soldado virtual. El formador es capaz de determinar (por ejemplo, a través de un método de puntuación) cómo hizo el estudiante de soldadura al identificar defectos y discontinuidades en el conjunto soldado virtual, e indicar al estudiante de soldadura si la soldadura se realizó correctamente y qué pasó por alto el estudiante interactuando con el conjunto soldado virtual visualizado (visualización desde diferentes perspectivas, etc.). In teaching mode, the virtual weldment and/or the 3D rendered animation of a virtual weldment under test are shown and viewed by a grader (trainer) together with a welding student. The trainer and welding student can view and interact with the virtual weldment. The trainer is able to determine (for example, through a scoring method) how the welding student did by identifying defects and discontinuities in the virtual weldment, and indicate to the welding student whether the welding was performed correctly and what happened. overlooks the student interacting with the visualized virtual soldier assembly (viewing from different perspectives, etc.).
En el modo de entrenamiento, el sistema hace a un estudiante de inspector de soldadura varias preguntas sobre el conjunto soldado virtual y permite que el estudiante de inspector de soldadura introduzca respuestas a las preguntas. El sistema puede proporcionar al estudiante de inspector de soldadura una puntuación al final de la pregunta. Por ejemplo, el sistema puede proporcionar inicialmente preguntas de muestra al estudiante de inspector de soldadura para un conjunto soldado virtual y luego proceder a proporcionar preguntas cronometradas al estudiante de inspector de soldadura para otro conjunto soldado virtual que se va a puntuar. In training mode, the system asks a welding inspector student several questions about the virtual weldment and allows the welding inspector student to enter answers to the questions. The system can provide the welding inspector student with a score at the end of the question. For example, the system may initially provide sample questions to the welding inspector student for one virtual weldment and then proceed to provide timed questions to the welding inspector student for another virtual weldment to be scored.
La parte de inspección del sistema también puede proporcionar ciertas herramientas interactivas que ayudan a un estudiante de inspector de soldadura o formador a detectar defectos y hacer ciertas mediciones en la soldadura virtual que se comparan con estándares de soldadura predefinidos (por ejemplo, un medidor virtual que mide la penetración de una soldadura raíz y compara la medición con una penetración estándar requerida). La clasificación de un estudiante de inspector de soldadura también puede incluir si el estudiante de inspector de soldadura usa o no las herramientas interactivas correctas para evaluar la soldadura. Según una realización de la presente invención, la parte de inspección del sistema, basada en la clasificación (es decir, puntuación) determina en qué áreas el estudiante de inspector de soldadura necesita ayuda y proporciona al estudiante de inspector de soldadura muestras más representativas sobre las cuales practicar la inspección. The inspection portion of the system may also provide certain interactive tools that help a welding inspector student or trainer detect defects and make certain measurements on the virtual weld that are compared to predefined welding standards (for example, a virtual gauge that measures the penetration of a root weld and compares the measurement to a required standard penetration). The classification of a welding inspector student may also include whether or not the welding inspector student uses the correct interactive tools to evaluate welding. According to one embodiment of the present invention, the inspection portion of the system, based on classification (i.e., scoring), determines in which areas the welding inspector student needs help and provides the welding inspector student with more representative samples about the areas. which to carry out the inspection.
Nuevamente, las diversas herramientas de inspección interactivas pueden usarse en el conjunto soldado virtual antes de someterse a la prueba, el conjunto soldado virtual después de someterse a la prueba, o ambos. Las diversas herramientas y metodologías de inspección interactiva están configuradas para diversos procesos de soldadura, tipos de metales y tipos de estándares de soldadura, según una realización de la presente invención. En el sistema 2000 de VWI independiente, las herramientas de inspección interactivas pueden manipularse usando un teclado 2020 y un ratón 2030, por ejemplo. Otros ejemplos de herramientas de inspección interactivas incluyen una galga virtual de Palmgren para realizar una medición de garganta, un medidor de filete virtual para determinar el tamaño de pierna, una galga de VWAC virtual para realizar una medición de convexidad o medición del rebaje, una pinza deslizante virtual para medir la longitud de una grieta, un micrómetro virtual para medir el ancho de una grieta, y una lente de aumento virtual para ampliar una sección de una soldadura para inspección. También son posibles otras herramientas de inspección interactivas virtuales, según diversas realizaciones de la presente invención. Again, the various interactive inspection tools can be used on the virtual weldment before being tested, the virtual weldment after being tested, or both. The various interactive inspection tools and methodologies are configured for various welding processes, types of metals, and types of welding standards, according to an embodiment of the present invention. In the standalone VWI system 2000, the interactive inspection tools can be manipulated using a keyboard 2020 and a mouse 2030, for example. Other examples of interactive inspection tools include a virtual Palmgren gauge to perform a throat measurement, a virtual fillet gauge to determine leg size, a virtual VWAC gauge to perform a convexity measurement or undercut measurement, a clamp virtual slider to measure the length of a crack, a virtual micrometer to measure the width of a crack, and a virtual magnifying lens to magnify a section of a weld for inspection. Other virtual interactive inspection tools are also possible, according to various embodiments of the present invention.
La Figura 21 ilustra un diagrama de flujo de una realización ilustrativa de un método 2100 para evaluar la calidad de un conjunto soldado virtual de referencia representado en el espacio de realidad virtual. En el paso 2110, se representa un conjunto soldado virtual de referencia (o se vuelve a representar). Por ejemplo, un usuario puede emplear el sistema de VRAW 100 para poner en práctica su técnica de soldadura en una pieza virtual y hacer que el conjunto soldado virtual de referencia sea representativo de la capacidad de soldadura del usuario. Como se usa en el presente documento, el término “ conjunto soldado virtual” puede referirse a toda la parte soldada virtual o una sección de corte virtual de la misma, como se usa en muchos ensayos de soldadura. Figure 21 illustrates a flow chart of an illustrative embodiment of a method 2100 for evaluating the quality of a reference virtual weldment represented in virtual reality space. In step 2110, a reference virtual weldment is rendered (or re-rendered). For example, a user can employ the VRAW system 100 to perform his or her welding technique on a virtual part and make the reference virtual weldment representative of the user's welding ability. As used herein, the term “virtual weldment” may refer to the entire virtual welded part or a virtual cut section thereof, as used in many welding tests.
En el paso 2120, el conjunto soldado virtual de referencia se somete a un ensayo simulado por ordenador (por ejemplo, una prueba virtual destructiva o una prueba virtual no destructiva) configurado para probar una(s) característica (s) del conjunto soldado virtual de referencia. El ensayo simulado por ordenador puede realizarse por el sistema de VRAW o el sistema de VWI, por ejemplo. En el paso 2130, en respuesta al ensayo simulado, se representa un conjunto soldado virtual sometido a ensayo (p. ej., una modificación del conjunto soldado virtual de referencia debido a la prueba destructiva) y los datos de ensayo asociados. En el paso 2140, el conjunto soldado virtual sometido a ensayo y los datos de ensayo se someten a un análisis simulado por ordenador. El análisis simulado por ordenador se configura para determinar las condiciones de aprobado/fallo del conjunto soldado virtual sometido a ensayo con respecto a la(s) característica (s) del conjunto soldado virtual. Por ejemplo, se puede determinar si el conjunto soldado virtual pasó o no una prueba de curvado, basándose en el análisis de la(s) característica (s) después de la prueba. In step 2120, the reference virtual weldment is subjected to a computer-simulated test (e.g., a destructive virtual test or a non-destructive virtual test) configured to test a characteristic(s) of the reference virtual weldment. reference. The computer simulated test can be performed by the VRAW system or the VWI system, for example. At step 2130, in response to the simulated test, a virtual weldment under test (e.g., a modification of the reference virtual weldment due to destructive testing) and associated test data are represented. In step 2140, the virtual weldment under test and the test data are subjected to a computer-simulated analysis. The computer simulated analysis is configured to determine the pass/fail conditions of the virtual weldment under test with respect to the characteristic(s) of the virtual weldment. For example, it can be determined whether or not the virtual weldment passed a bending test based on the analysis of the characteristic(s) after the test.
En el paso 2150, el usuario realiza una decisión para inspeccionar el conjunto soldado virtual sometido a ensayo. Si la decisión no es inspeccionar entonces, en el paso 2160, se toma una decisión para realizar otra prueba. Si la decisión se realiza para realizar otra prueba, entonces el método vuelve al paso 2110 y el conjunto soldado virtual de referencia se vuelve a representar, como si la prueba previa no tuvo lugar en el conjunto soldado virtual. De esta manera, muchas pruebas (destructivas y no destructivas) pueden ejecutarse en el mismo conjunto soldado virtual de referencia y analizarse para diversas condiciones de aprobado/fallo. En el paso 2150, si la decisión es inspeccionar entonces, en el paso 2170, el conjunto soldado virtual sometido a ensayo (es decir, el conjunto soldado virtual después del ensayo) se muestra al usuario y el usuario puede manipular la orientación del conjunto soldado virtual sometido a ensayo para inspeccionar diversas características del conjunto soldado virtual sometido a ensayo. En el paso 2180, el usuario puede acceder y aplicar herramientas de inspección programadas al conjunto soldado virtual sometido a ensayo para ayudar en la inspección. Por ejemplo, un usuario puede acceder a una galga virtual que mide la penetración de una soldadura de raíz y compara la medición con una penetración estándar requerida. Después de la inspección, de nuevo en el paso 2160, se toma la decisión para realizar otra prueba. Si no se va a realizar otra prueba, entonces el método termina. At step 2150, the user makes a decision to inspect the virtual weldment under test. If the decision is not to inspect then, in step 2160, a decision is made to perform another test. If the decision is made to perform another test, then the method returns to step 2110 and the reference virtual weldment is re-rendered, as if the previous test did not take place on the virtual weldment. In this way, many tests (destructive and non-destructive) can be run on the same reference virtual weldment and analyzed for various pass/fail conditions. In step 2150, if the decision is to inspect then, in step 2170, the virtual weldment under test (i.e., the virtual weldment after testing) is displayed to the user and the user can manipulate the orientation of the weldment. virtual weldment under test to inspect various characteristics of the virtual weldment under test. At step 2180, the user can access and apply programmed inspection tools to the virtual weldment under test to assist in the inspection. For example, a user can access a virtual gauge that measures the penetration of a root weld and compares the measurement to a required standard penetration. After inspection, again at step 2160, the decision is made to perform another test. If no further testing is to be performed, then the method terminates.
Como ejemplo, una misma sección cortada de un conjunto soldado virtual 2200 puede someterse a un ensayo de curvado simulado, un ensayo de tracción o tracción simulado, y un ensayo de rotura de mella simulado como se muestra en las Figuras 22-24, respectivamente. Con referencia a la Figura 22, una sección cortada recta de un conjunto soldado virtual 2200 que tiene una junta de soldadura 2210 está sujeta a un ensayo de curvado simulado. El ensayo de curvado se puede realizar para encontrar diversas propiedades de soldadura tales como ductilidad de la zona soldada, penetración de soldadura, fusión, estructura cristalina (de la superficie fracturada) y resistencia. El ensayo de curvado ayuda a determinar la calidad del metal de soldadura, la unión de soldadura y la zona afectada por el calor. Cualquier agrietamiento del metal durante el ensayo de curvado indica una mala fusión, una mala penetración, o alguna otra condición que pueda causar grietas. El estiramiento del metal ayuda a indicar la ductilidad de la soldadura. Una superficie fracturada revela la estructura cristalina de la soldadura. Los cristales más grandes tienden a indicar un procedimiento de soldadura defectuoso o un tratamiento térmico inadecuado después de la soldadura. Una soldadura de calidad tiene pequeños cristales. As an example, the same section cut from a virtual weldment 2200 may be subjected to a simulated bending test, a simulated tensile or tensile test, and a simulated dent break test as shown in Figures 22-24, respectively. Referring to Figure 22, a straight cut section of a virtual weldment 2200 having a weld joint 2210 is subjected to a simulated bending test. The bending test can be performed to find various welding properties such as ductility of the weld zone, weld penetration, fusion, crystalline structure (of the fractured surface) and strength. The bend test helps determine the quality of the weld metal, weld joint, and heat affected zone. Any cracking of the metal during the bending test indicates poor fusion, poor penetration, or some other condition that may cause cracking. The stretching of the metal helps indicate the ductility of the weld. A fractured surface reveals the crystalline structure of the weld. Larger crystals tend to indicate a faulty welding procedure or inadequate heat treatment after welding. A quality solder has small crystals.
Con referencia a la Figura 23, después del ensayo de doblado, la misma sección cortada recta del conjunto 2200 soldado virtual que tiene la misma unión 2210 de soldadura puede volver a representarse y someterse a un ensayo de tracción simulado. El ensayo de tracción (o prueba de tracción) se puede realizar para encontrar la resistencia de una junta soldada. En el ensayo simulado, el conjunto soldado virtual 2200 se mantiene en un extremo y se tira del otro extremo hasta que se rompe el conjunto soldado virtual 2200. La carga de tracción o tracción, en la que se rompe el conjunto soldado 2200, se determina y se puede comparar con una medida estándar para la determinación de aprobado/fallo. Referring to Figure 23, after the bending test, the same straight cut section of the virtual weldment 2200 having the same weld joint 2210 can be re-rendered and subjected to a simulated tensile test. Tensile testing (or tensile testing) can be performed to find the strength of a welded joint. In the simulated test, the virtual weldment 2200 is held at one end and pulled at the other end until the virtual weldment 2200 breaks. The tensile or tensile load, at which the weldment 2200 breaks, is determined and can be compared to a standard measure for pass/fail determination.
Con referencia a la Figura 24, después del ensayo de tracción, la misma sección cortada recta del conjunto soldado virtual 2200 que tiene la misma unión de soldadura 2210 puede volver a representarse y someterse a un ensayo de rotura de mella simulado. El ensayo de rotura de mella simulado se realiza para determinar si el metal de soldadura de una junta soldada de culata tiene cualquier defecto interno tal como, por ejemplo, inclusión de escoria, bolsas de gas, fusión deficiente y metal oxidado. Se corta una ranura en cada lado de la junta de soldadura 2210 como se muestra en la Figura 24. El conjunto soldado virtual 2200 se coloca a través de dos soportes y se golpea con un martillo hasta que la sección de la soldadura 2210 entre las ranuras se fractura. El metal interno de la soldadura 2210 puede inspeccionarse para detectar defectos. Los defectos se pueden comparar con medidas estándar para la determinación de aprobado/fallo. Referring to Figure 24, after the tensile test, the same straight cut section of the virtual weldment 2200 having the same weld joint 2210 can be re-rendered and subjected to a simulated dent break test. The simulated chip breakage test is performed to determine whether the weld metal of a cylinder head weld joint has any internal defects such as, for example, slag inclusion, gas pockets, poor fusion, and oxidized metal. A slot is cut in each side of the weld joint 2210 as shown in Figure 24. The virtual weldment 2200 is placed across two supports and tapped with a hammer until the section of the weld 2210 between the slots it fractures. The internal metal of the 2210 weld can be inspected for defects. Defects can be compared to standard measurements for pass/fail determination.
La invención se define en las reivindicaciones adjuntas. The invention is defined in the attached claims.
Números de referencia: Reference numbers:
100 sistema 100 system
110 subsistema basado en procesador 110 processor-based subsystem
111 unidad de procesamiento central 111 central processing unit
115 procesamiento gráfico 115 graphic processing
116 arquitectura del dispositivo unificada por ordenador 116 computer-unified device architecture
117 atenuador 117 dimmer
118 salida de vídeo 118 video output
119 salida de vídeo 119 video output
120 rastreador espacial 120 space tracker
121 fuente magnética 121 magnetic source
122 sensor 122 sensor
123 disco 123 disc
124 fuente de alimentación 124 power supply
125 cables 125 cables
126 unidad de seguimiento del procesador 126 processor tracking unit
130 interfaz de usuario 130 user interface
131 conjunto de botones 131 button set
132 palanca de mando 132 joystick
133 dial/control 133 dial/control
134 dial/control 134 dial/control
135 consola de soldadura simulada 135 simulated welding console
136 dial/control 136 dial/control
137 dial/control 137 dial/control
140 dispositivo de visualización montado en la cara 140 face-mounted display device
150 dispositivo de visualización de observador 150 observer display device
1206 modelo de soporte/mesa 1206 stand/table model
1207 funcionalidad de arquitectura interna 1207 internal architecture functionality
1208 funcionalidad de calibración 1208 calibration functionality
1210 modelos de probeta 1210 test tube models
1211 física de soldadura 1211 welding physics
1212 tweaker 1212 tweaker
1213 funcionalidad de interfaz gráfica de usuario 1213 graphical user interface functionality
1214 funcionalidad gráfica 1214 graphic functionality
1215 funcionalidad de informe del estudiante 1215 student report functionality
1216 representación 1216 representation
1217 representación del cordón 1217 cord representation
1218 texturas 3D 1218 3D textures
1219 funcionalidad de señales visuales 1219 visual cues functionality
1220 funcionalidad de puntuación y tolerancia 1220 scoring and tolerance functionality
1221 editor de tolerancia 1221 tolerance editor
1222 efectos especiales 1222 special effects
1300 método 1300 method
1310 paso 1310 step
1320 paso 1320 step
1330 paso 1330 step
1340 paso 1340 step
1350 paso 1350 step
1400 probeta de soldadura plana 1400 flat welding specimen
1410 superficie superior plana 1410 flat top surface
1420 mapa de wéxels 1420 wexel map
1421 wéxel 1421 wexel
2180 paso 2180 step
2200 conjunto soldado virtual 2200 virtual soldier set
2210 junta de soldadura 2210 solder joint
6010 electrodo de varilla 6010 rod electrode
7018 electrodo de varilla 7018 rod electrode
151 parámetros de soldadura 151 welding parameters
152 estados de discontinuidad de soldadura 152 welding discontinuity states
153 selecciones del usuario 153 user selections
160 herramienta de soldadura simulada 160 simulated welding tool
161 soporte 161 support
162 electrodo de varilla simulado 162 simulated rod electrode
163 punta resistiva táctil 163 resistive touch tip
170 mesa/stand 170 table/stand
171 tabla ajustable 171 adjustable table
172 soporte/base 172 support/base
173 brazo ajustable 173 adjustable arm
174 poste vertical 174 upright pole
175 probeta de soldadura 175 welding specimen
175 tubo 175 tube
175 tubo 175 tube
176 raíz 176 root
177 sección de conexión 177 connection section
180 probeta de soldadura 180 welding test piece
900 casco de soldadura 900 welding helmet
910 altavoces de auricular 910 earphone speakers
1201 interfaz física 1201 physical interface
1202 modelos de pinza 1202 clamp models
1203 modelos de entorno 1203 environment models
1204 funcionalidad de contenido acústico 1204 acoustic content functionality
1205 sonidos de soldadura 1205 welding sounds
1600 probeta para soldar en esquina 1600 test piece for corner welding
1610 superficie 1610 surface
1620 superficie 1620 surface
1700 probeta para soldar tubos 1700 test tubes for welding tubes
1701 pieza de tubo 1701 tube piece
1702 pieza de tubo 1702 tube piece
1703 junta de raíz 1703 root joint
1704 pieza de fijación 1704 fixing piece
1710 superficie curva 1710 curved surface
1910 barras rectangulares 1910 rectangular bars
1920 partículas 1920 particles
1930 alturas de partículas 1930 particle heights
1940 rectángulos sombreados 1940s shaded rectangles
2000 inspección de conjunto soldado virtual 2000 virtual soldier assembly inspection
2010 subsistema basado en procesador 2010 processor-based subsystem
2020 teclado 2020 keyboard
2030 ratón 2030 mouse
2050 dispositivo de visualización de observador 2050 observer display device
2100 método 2100 method
2110 paso 2110 step
2120 paso 2120 step
2130 paso 2130 step
2140 paso 2140 step
2150 paso 2150 step
2160 paso 2160 step
2170 paso 2170 step
B punto B point
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