使用虚拟现实焊接系统导入和分析外部数据技术方案

实时虚拟现实焊接系统包括基于可编程处理器的子系统、空间追踪器、至少一个模拟焊接工具以及至少一个显示装置，所述空间追踪器被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统，所述至少一个模拟焊接工具能够由所述空间追踪器在空间上追踪，所述至少一个显示装置被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统。系统能够在虚拟现实空间中仿真焊缝熔池，所述焊缝熔池具有实时熔融金属流动性和散热特性。系统进一步能够将数据导入到虚拟现实焊接系统中并且分析数据来表示学生焊工的进步的特征并且来提供训练。

【技术实现步骤摘要】
使用虚拟现实焊接系统导入和分析外部数据本申请是2014年3月11日递交的PCT国际申请PCT/IB2014/000288于2015年9月7日进入中国国家阶段的中国专利申请号为201480012861.X、专利技术名称为“使用虚拟现实焊接系统导入和分析外部数据”的专利技术专利申请的分案申请。PCT国际申请PCT/IB2014/000288要求2009年7月10日递交的待审定美国专利申请序号12/501,257的优先权，并且是所述待审定美国专利申请的部分继续专利申请，所述待审定美国专利申请通过引用被全部并入本文，并且所述待审定美国专利申请要求2008年8月21日递交的美国临时专利申请序号61/090,794的优先权和权益。具有序号13/453,124并且在2012年4月23日递交的公开的美国专利申请通过引用被全部并入本文。
本专利技术涉及虚拟现实焊接系统以及用于提供弧焊训练的方法。某些实施方案涉及虚拟现实仿真。更特别地，某些实施方案涉及用于在仿真的虚拟现实环境或增强的现实环境中使用实时焊缝熔池反馈来提供弧焊训练的系统和方法，以及用于在虚拟现实焊接系统中提供外部数据的导入和分析的系统和方法。
技术介绍
学习如何进行弧焊传统上需要许多小时的指导、训练和练习。存在可以进行学习的许多不同类型的弧焊和弧焊工艺。学员通常使用真实的焊接系统并且在真实的金属工件上执行焊接操作来学习焊接。这样的真实世界的训练会占用稀缺的焊接资源并耗尽有限的焊接材料。然而，近来使用焊接仿真的训练想法已经变得更加流行。一些焊接仿真经由个人电脑和/或经由互联网在线实现。可是，当前已知的焊接仿真往往被限于其训练重点(focus)。例如，一些焊接仿真将重点放于仅仅针对“肌肉记忆”的训练，这只不过是训练焊接学员如何握持和定位焊接工具。其他焊接仿真也仅是以有限的且常常为不实际的方式来将重点放于示出焊接工艺的视觉效果和音频效果，所述方式不给学员提供是真实世界焊接的高度表征的期望反馈。正是这种实际的反馈引导学员进行必要的调节以完成好的焊接。通过查看电弧和/或熔池而不是通过肌肉记忆来学习焊接。通过将这样的途径与如参照附图在本申请其余内容中阐述的本专利技术的实施方案进行比较，本领域技术人员将清楚常规的、传统的以及已提出的途径的其他限制和缺点。
技术实现思路
目标是克服本文所提及的限制和缺点。这个问题通过本申请的方法以及系统来解决。进一步的实施方案是从属权利要求的主题。弧焊仿真已经在虚拟现实焊接系统上被设计，所述虚拟现实焊接系统提供在虚拟现实空间中对具有实时熔融金属流动性特征以及吸热与散热特征的焊缝熔池的仿真。数据可以被导入到虚拟现实焊接系统中并且被分析来表示学生焊工的进步的特征并且来提供训练。根据实施方案，虚拟现实焊接系统包括基于可编程处理器的子系统、空间追踪器、至少一个模拟焊接工具以及至少一个显示装置，所述空间追踪器被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统，所述至少一个模拟焊接工具能够由所述空间追踪器在空间上追踪，所述至少一个显示装置被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统。系统能够在虚拟现实空间中仿真焊缝熔池，所述焊缝熔池具有实时熔融金属流动性和散热特性。系统进一步能够在显示装置上显示仿真的焊缝熔池，以描绘真实世界焊缝。基于学生表现，系统将显示评估的焊缝，所述评估的焊缝将是可接受的或显示具有缺陷的焊缝。外部数据可以被导入到虚拟现实焊接系统并且被分析来确定由学生焊工产生的焊缝的质量，或者模型化焊接定制组件的部分用于训练。一个实施方案提供方法。所述方法包括将焊接质量参数的第一数据集导入到虚拟现实焊接系统中，所述焊接质量参数的第一数据集表征在对应于限定的焊接工艺的真实世界焊接活动期间由学生焊工产生的焊缝的质量。所述方法还包括使用所述虚拟现实焊接系统的基于可编程处理器的子系统将储存在虚拟现实仿真器上的焊接质量参数的第二数据集与所述第一数据集相比较，所述焊接质量参数的第二数据集表征在所述虚拟现实焊接系统上在对应于所述限定的焊接工艺的仿真的焊接活动期间由所述学生焊工产生的虚拟焊缝的质量。所述方法进一步包括响应于使用所述虚拟现实焊接系统的所述基于可编程处理器的子系统的所述比较，产生数值比较得分。一个实施方案提供方法。所述方法包括将测量的焊接参数的第一数据集导入到虚拟现实焊接系统中，所述测量的焊接参数的第一数据集在对应于限定的焊接工艺的真实世界焊接活动期间产生，所述真实世界焊接活动由专家焊工使用真实世界焊接机器来执行。所述方法还包括将仿真的焊接参数的第二数据集储存在所述虚拟现实焊接系统上，所述仿真的焊接参数的第二数据集在对应于所述限定的焊接工艺的仿真的焊接活动期间、在由学生焊工使用所述虚拟现实焊接系统来执行所述仿真的焊接活动时产生。所述方法进一步包括通过使用所述虚拟现实焊接系统的基于可编程处理器的子系统将所述第一数据集与所述第二数据集相比较来计算多个学生焊接质量参数。一个实施方案提供方法。所述方法包括将仿真的焊接参数的第一数据集储存在所述虚拟现实焊接系统上，所述仿真的焊接参数的第一数据集在对应于限定的焊接工艺的第一仿真的焊接活动期间产生，所述第一仿真的焊接活动由专家焊工使用虚拟现实焊接系统来执行。所述方法还包括将仿真的焊接参数的第二数据集储存在所述虚拟现实焊接系统上，所述仿真的焊接参数的第二数据集在对应于所述限定的焊接工艺的第二仿真的焊接活动期间、在由学生焊工使用所述虚拟现实焊接系统来执行所述第二仿真的焊接活动时产生。所述方法进一步包括通过使用所述虚拟现实焊接系统的基于可编程处理器的子系统将所述第一数据集与所述第二数据集相比较来计算多个学生焊接质量参数。一个实施方案提供方法。所述方法包括将表征焊接定制组件的数字模型导入到虚拟现实焊接系统中。所述方法还包括使用所述虚拟现实焊接系统的基于可编程处理器的子系统分析所述数字模型来将所述数字模型分为多个部分，其中所述多个部分中的每个部分对应于所述焊接定制组件的单个焊缝接头类型。所述方法进一步包括使用所述虚拟现实焊接系统的所述基于可编程处理器的子系统将所述多个部分中的每个部分与在所述虚拟现实焊接系统中模型化的多个虚拟焊接试样中的虚拟焊接试样相匹配。本申请的一个方面提供一种方法，所述方法包括：将焊接质量参数的第一数据集导入到虚拟现实焊接系统中，所述焊接质量参数的第一数据集表征在对应于限定的焊接工艺的真实世界焊接活动期间由学生焊工产生的焊缝的质量；使用所述虚拟现实焊接系统的基于可编程处理器的子系统将储存在虚拟现实仿真器上的焊接质量参数的第二数据集与所述第一数据集相比较，所述焊接质量参数的第二数据集表征在所述虚拟现实焊接系统上在对应于所述限定的焊接工艺的仿真的焊接活动期间由所述学生焊工产生的虚拟焊缝的质量；以及响应于使用所述虚拟现实焊接系统的所述基于可编程处理器的子系统的所述比较，产生数值比较得分。在一些实施方案中，所述数值比较得分表征所述第一数据集和所述第二数据集之间在焊缝质量上的总偏差。在一些实施方案中，所述方法还包括：将焊接质量参数的第三数据集导入到所述虚拟现实焊接系统中，所述焊接质量参数的第三数据集表征在对应于所述限定的焊接工艺的真实世界焊接活动期间由专家焊工产生的理想焊缝的质量；使用所述虚拟现实焊接系统的所述基于可编程处理器的子本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于仿真焊接活动的系统，所述系统包括：用于仿真的焊接操作的焊接工具；空间追踪器，所述空间追踪器使用至少一个光学传感器追踪所述焊接工具的移动和定向；焊接试样；头盔，所述头盔包括给使用者显示仿真的焊接操作的第一显示装置；仿真的焊接控制台，所述仿真的焊接控制台具有使用者输入系统以及显示所述仿真的焊接操作的第二显示装置；以及基于处理器的子系统，所述基于处理器的子系统位于所述仿真的焊接控制台内，所述基于处理器的子系统被可操作地耦合到所述空间追踪器并且从所述空间追踪器接收与所述焊接工具的所述移动和定向相关的信息，其中所述基于处理器的子系统基于所述焊接工具的所述移动和定向产生多个仿真的焊接参数；其中在所述仿真的焊接操作期间，所述基于处理器的子系统对所述焊接试样的仿真的焊接表面进行建模并且在所述第一显示装置和所述第二显示装置中的每个上显示所述仿真的焊接表面；其中在所述仿真的焊接操作期间，所述基于处理器的子系统在所述焊接工具的射出端和所述仿真的焊接表面之间创建仿真的焊接电弧，并且在所述仿真的焊接操作期间仿真具有实时熔融金属流动性、实时散热和实时吸热特性的焊缝熔池的创建；其中所述基于处理器的子系统对所述仿真的焊缝熔池进行建模，以使得所述仿真的焊缝熔池的表面的区域具有移置值和热值二者，其中所述移置值和热值中的每个在所述仿真的焊接操作期间被动态改变以在所述第一显示装置和所述第二显示装置中的每个上将仿真的材料的沉积显示为所述仿真的焊缝熔池，并且对于所述移置值和热值中的每个的所述动态改变是基于所述焊接工具的所述移动和定向并且基于所述多个仿真的焊接参数，其中所述第一显示装置和所述第二显示装置为所述区域中的每个显示颜色，所述颜色是基于所述热值；其中所述基于处理器的子系统在所述第一显示装置和所述第二显示装置上显示仿真的完成的焊道，所述仿真的完成的焊道是基于所述焊接工具的所述移动和定向、基于所述仿真的焊接参数并且基于针对所述焊元从熔融态至固态过渡的冷却阈值，并且其中所述移置值是这样的以使得所述仿真的完成的焊道的固化表面被显示在所述焊接试样的所述焊接表面之上。...

【技术特征摘要】
2013.03.11 US 13/792,3091.一种用于仿真焊接活动的系统，所述系统包括：用于仿真的焊接操作的焊接工具；空间追踪器，所述空间追踪器使用至少一个光学传感器追踪所述焊接工具的移动和定向；焊接试样；头盔，所述头盔包括给使用者显示仿真的焊接操作的第一显示装置；仿真的焊接控制台，所述仿真的焊接控制台具有使用者输入系统以及显示所述仿真的焊接操作的第二显示装置；以及基于处理器的子系统，所述基于处理器的子系统位于所述仿真的焊接控制台内，所述基于处理器的子系统被可操作地耦合到所述空间追踪器并且从所述空间追踪器接收与所述焊接工具的所述移动和定向相关的信息，其中所述基于处理器的子系统基于所述焊接工具的所述移动和定向产生多个仿真的焊接参数；其中在所述仿真的焊接操作期间，所述基于处理器的子系统对所述焊接试样的仿真的焊接表面进行建模并且在所述第一显示装置和所述第二显示装置中的每个上显示所述仿真的焊接表面；其中在所述仿真的焊接操作期间，所述基于处理器的子系统在所述焊接工具的射出端和所述仿真的焊接表面之间创建仿真的焊接电弧，并且在所述仿真的焊接操作期间仿真具有实时熔融金属流动性、实时散热和实时吸热特性的焊缝熔池的创建；其中所述基于处理器的子系统对所述仿真的焊缝熔池进行建模，以使得所述仿真的焊缝熔池的表面的区域具有移置值和热值二者，其中所述移置值和热值中的每个在所述仿真的焊接操作期间被动态改变以在所述第一显示装置和所述第二显示装置中的每个上将仿真的材料的沉积显示为所述仿真的焊缝熔池，并且对于所述移置值和热值中的每个的所述动态改变是基于所述焊接工具的所述移动和定向并且基于所述多个仿真的焊接参数，其中所述第一显示装置和所述第二显示装置为所述区域中的每个显示颜色，所述颜色是基于所述热值；其中所述基于处理器的子系统在所述第一显示装置和所述第二显示装置上显示仿真的完成的焊道，所述仿真的完成的焊道是基于所述焊接工具的所述移动和定向、基于所述仿真的焊接参数并且基于针对所述焊元从熔融态至固态过渡的冷却阈值，并且其中所述移置值是这样的以使得所述仿真的完成的焊道的固化表面被显示在所述焊接试样的所述焊接表面之上。2.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述焊接工具是能够用于真实世界焊接操作的实际焊接工具。3.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述光学传感器被安装在所述头盔上。4.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述头盔进一步包括音频扬声器，所述音频扬声器以与所述仿真的焊接操作实时的方式提供仿真的焊接声音。5.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述第二显示装置在所述仿真的焊接操作期间实时地显示所述多个仿真的焊接参数。6.如权利要求5所述的仿真的焊接系统，其中所述仿真的焊接参数中的至少一个在所述仿真的焊接操作期间以图形的形式被实时地显示。7.如权利要求5所述的仿真的焊接系统，其中所述焊接参数包括焊接角度、行进角度和行进速度。8.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述基于处理器的子系统将所述仿真的焊接参数中的至少一个与针对所述至少一个仿真的焊接参数的储存的值相比较，并且其中所述基于处理器的子系统在所述第二显示装置上显示所述比较。9.如权利要求8所述的仿真的焊接系统，其中所述比较以图形的形式被显示。10.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述基于处理器的子系统将所述仿真的焊接参数中的至少一个与公差窗口相比较，所述公差窗口由围绕针对所述至少一个仿真的焊接参数的设定值的限制来限定，并且其中所述基于处理器的子系统在所述第二显示装置上显示所述比较。11.如权利要求10所述的仿真的焊接系统，其中所述比较以图形的形式被显示。12.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述基于处理器的子系统基于所述仿真的焊接参数与针对所述仿真的焊接参数中的每个的期望值的比较来分别提供针对所述仿真的焊接参数中的每个的得分。13.如权利要求12所述的仿真的焊接系统，其中所述得分中的每个是数值得分。14.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述基于处理器的子系统确定在所述仿真的焊道内不连贯性状态的存在，并且其中所述不连贯性状态是存在飞溅和多孔中的至少一个。15.如权利要求14所述的仿真的焊接系统，其中所述第一显示装置在所述仿真的焊接操作期间实时地并且在所述完成的仿真的焊道中显示所述不连贯性状态。16.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述第一显示装置在所述仿真的焊接操作期间显示多个视觉提示，其中所述多个视觉提示中的每个是针对所述仿真的焊接参数中的不同的一个，并且其中所述视觉提示分别基于所述仿真的焊接操作期间的所述仿真的焊接参数与所述仿真的焊接参数中的每个的期望值的偏差被显示。17.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述基于处理器的子系统产生并且在所述第一显示装置上显示至少一个焊接效果，所述至少一个焊接效果可以是在所述仿真的焊接操作期间仿真的焊接火星、仿真的焊接飞溅、仿真的弧光以及仿真的多孔中的任一种，并且其中所述至少一个焊接效果基于所述仿真的焊接参数中的至少一个被实时地显示。18.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述移置值和热值中的至少一个基于所述区域和所述焊接工具的所述射出端之间的距离被动态改变。19.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中当所述热值高于所述冷却阈值时，所述第一显示装置和所述第二显示装置以仿真的流动态显示所述区域，并且当所述热值低于所述冷却阈值时，所述第一显示装置和所述第二显示装置以固态显示所述区域。20.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中当所述焊接工具被用来在所述完成的焊道之上形成第二仿真的焊道时，所述基于处理器的子系统改变所述完成的焊道的所述焊元中的至少一些的所述移置值，并且其中所述完成的焊道和所述第二仿真的焊道中的每个同时被显示在所述第一显示装置和所述第二显示装置上。21.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述实时熔融金属流动性和所述散热特性由运行于至少一个GPU上的物理模型产生。22.如权利要求1所述的仿真的焊接系统，其中所述第一显示装置在所述仿真的焊道的创建期间显示焊道痕迹特征，其中所述痕迹特征基于当所述仿真的焊缝...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·W·华莱士，C·彼得斯，A·阿代蒂安德拉，
申请(专利权)人：林肯环球股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US