支持真实世界应用的仿真焊接训练制造技术

披露了一种焊接仿真器，所述焊接仿真器有助于进行复杂结构上的仿真焊接训练。所述仿真器可以接收形成所述结构的部件的CAD或实际测量数据，并且使用所述数据来生成所述部件的数字模型以用于显示或分析活动。所述仿真器可以实现所述复杂结构的仿真测试，并且使用所述仿真测试的结果来计算表现量值。所述仿真器可以允许用户重复仿真焊接，直到达到期望的得分为止，并且存储在仿真焊接期间收集到的数据供以后使用。

【技术实现步骤摘要】
支持真实世界应用的仿真焊接训练相关申请的交叉引用本申请作为非临时专利申请提交，要求在35U.S.C.§119(e)下于2018年4月19日提交的美国临时专利申请号62/659,729的优先权以及任何其他权益，其全部披露内容通过援引并入本文。
本专利技术涉及用于使用仿真(例如，虚拟现实或增强现实)焊接环境来训练焊工的系统，更具体地涉及使用仿真焊接环境来训练焊工以焊接复杂组件，因此消除了对用其进行训练的真实组件的需求。
技术介绍
直到最近，焊接在真实世界背景下被教导，也就是说，通过使用真实的焊枪和金属样品工件来教导焊接，所述金属样品工件被定位成模拟焊接学员旨在学习的类型的焊接接头。指导员会在进行焊接的过程中指导学员。学员将学习焊接通过样品工件所仿真的特定焊接接头。此过程需要安全设备、合适的工作环境、和诸如焊条/焊丝等消耗性材料、工件、以及焊机消耗的电能。另外，由于真实的焊接所涉及到的电弧和其他危险，指导员和其他学员容易因焊接闪光、火花和热工件烧伤而受伤。学员通过指导和重复来进行学习，需要潜在的大量样品工件和消耗性材料。在最近一段时间，已经采用了对焊接训练进行仿真的系统。焊接训练和焊接仿真在本领域中是已知的。关于这些概念的示例和进一步细节可在以下共同转让的美国专利和专利申请中找到，所述专利和专利申请通过援引以其全文并入本文：(1)于2009年7月10日提交并于2015年6月10日发布的名称为“SystemAndMethodProvidingArcWeldingTrainingInAReal-TimeSimulatedVirtualRealityEnvironmentUsingReal-TimeWeldPuddleFeedback(使用实时熔池反馈在实时仿真虚拟现实环境下提供电弧焊训练的系统和方法)”的美国专利8,747,116；(2)于2009年7月10日提交并于2014年12月23日发布的名称为“VirtualRealityPipeWeldingSimulator(虚拟现实管焊接仿真器)”的美国专利8,915,740；(3)于2009年7月17日提交并于2016年11月1日发布的名称为“WeldingSimulator(焊接仿真器)”的美国专利9,483,959；(4)于2011年4月7日提交并于2014年2月25日发布的名称为“VirtualTestingAndInspectionOfAVirtualWeldment(虚拟焊接的虚拟测试和检测)”的美国专利8,657,605；(5)于2012年2月2日提交并于2015年4月21日发布的名称为“VirtualWeldingSystem(虚拟焊接系统)”的美国专利9,011,154；(6)于2012年7月10日提交并于2014年12月16日发布的名称为“VirtualRealityPipeWeldingSimulatorAndSetup(虚拟现实管焊接仿真器和设置)”的美国专利8,911,237；(7)于2013年12月18日提交的名称为“WeldSequenceEditor(焊接序列编辑器)”的美国专利申请14/132,496。这些系统结合有运动和位置传感器，所述传感器接收模拟焊接工具(焊枪)和由该工具承载的仿真电极的位置和运动。示例性系统可以结合虚拟现实的使用，以对学员在虚拟(例如，计算机生成的)环境中对模拟电极和样品工件的操纵进行仿真。所述系统追踪模拟电极和样品工件的位置和取向。这些常规系统使得学员能够在将样品工件组装成结构时、特别是在结构涉及大量零件时学习如何操纵焊接工具(开发肌肉记忆)，但不提供真实的教育，不需要以特定顺序进行焊接，或者不包括要求用户从各种角度接近焊缝的焊接，而学员焊接真实结构就是这种情况。因为结构中所使用的件可能不是训练中容易获得的标准形状，所以需要用于生成这些形状的系统和方法。另外，需要一种有助于训练学员对所仿真的或真实的复杂结构进行焊接的系统和方法。焊接复杂结构通常使用机器人焊接机械进行，但是，必须对这些机器人进行编程以执行这些复杂的焊接。一种系统和方法用于记录由用户提供的移动指令，其中当用户执行仿真焊接或真实焊接时为该用户提供指导，记录用户针对所述仿真焊接或真实焊接的移动以供机器人焊工使用。
技术实现思路
一种焊接仿真器的示例性实施例包括：显示器；模拟焊接工具；多个试样，所述多个试样表示多个仿真工件；数据库，所述数据库包括组装位置和取向数据，所述组装位置和取向数据用于将所述多个仿真工件安排成仿真结构；以及壳体，所述壳体固持逻辑部，所述逻辑部包括存储器和处理器，所述存储器存储机器可读指令，所述处理器用于执行所述指令以：生成仿真环境，所述多个仿真工件根据所述位置和方向数据来安排在所述仿真环境中；为训练练习限定多个焊接路径，其中所述焊接路径由所述仿真工件的安排来限定；追踪所述模拟焊接工具的与所述多个焊接路径相对应的多个遍历；以及显示所述仿真环境、由所述多个遍历产生的多个仿真焊缝、以及由所仿真的所述多个仿真焊缝与所述仿真工件的安排相结合形成的所述仿真结构。在另一示例性实施例中，所述处理器执行指令以计算所述多个仿真焊缝中的每个仿真焊缝的参数。在另一示例性实施例中，所述处理器执行指令以显示所述多个仿真焊缝中的每个仿真焊缝的所述经计算的参数的指示。在另一示例性实施例中，所述处理器执行指令以计算所述结构的根据所述多个仿真焊缝中的每个仿真焊缝的经计算的参数的总和而确定的得分。在另一示例性实施例中，所述处理器执行指令以：对所述仿真结构施加仿真力；确定在所述多个仿真焊缝中的每个仿真焊缝处存在的仿真应力；以及判定所述多个焊缝中的每个焊缝的所述经计算的参数是否足以经得起在相应的所述相应焊缝中的每个焊缝处存在的仿真应力。在另一示例性实施例中，所述处理器执行指令以在所述仿真环境中显示所述结构的失败可能性的指示。一种焊接训练系统的示例性实施例包括：显示器，所述显示器被配置成将图像投影到用户的视野中；焊接工具；工件；壳体，所述壳体固持逻辑部，所述逻辑部包括存储器和处理器，所述存储器存储机器可读指令，所述处理器用于执行所述指令以：使用所述工件来限定焊接路径；选择所述焊接路径的某一区域；生成向所述用户提供关于所选区域的信息；以及在所述用户的视野中显示所述所选区域上的所述图形。在焊接训练系统的另一示例性实施例中，向所述用户提供关于所述所选区域的信息的所述图形建议所述用户在所述所选区域中要采取的动作。在焊接训练系统的另一示例性实施例中，表示所述仿真焊缝的品质的分数被生成。在一些示例性实施例中，所述得分被显示在所述显示器上。在焊接训练系统的另一示例性实施例中，所述处理器执行指令以：追踪所述焊接工具相对于所述焊接路径的遍历；以及在所述用户的视野中显示由所述遍历产生的覆盖在所述工件的一部分上的焊缝。在焊接训练系统的另一示例性实施例中，关于所述所选区域的所述信息包括虚拟提示、图像、以及用于辅助所述用户执行所述操作的其他信息。一种焊接训练系统的示例性实施例包括：显示器；焊接工具；壳体，所述壳体固持逻辑部，所述逻辑部包括存储器和处理器，所述存储器存储机器可读指令，所述处理器用于执行所述指令以：生成仿真环境，用于焊接的焊接路径被限定在所述仿真环境中；追踪所述焊接工具相对于所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种焊接仿真器，包括：显示器；模拟焊接工具；多个试样，所述多个试样表示多个仿真工件；组装位置和取向数据，所述组装位置和取向数据用于将所述多个仿真工件安排成仿真结构；以及壳体，所述壳体固持逻辑部，所述逻辑部包括存储器和处理器，所述存储器存储机器可读指令，所述处理器用于执行所述指令以：生成仿真环境，所述多个仿真工件根据所述位置和方向数据来安排在所述仿真环境中；为训练练习限定多个焊接路径，其中所述焊接路径由所述仿真工件的安排来限定；追踪所述模拟焊接工具的与所述多个焊接路径相对应的多个遍历；以及显示所述仿真环境、由所述多个遍历产生的多个仿真焊缝、以及由所仿真的所述多个仿真焊缝与所述仿真工件的安排相结合形成的所述仿真结构。

【技术特征摘要】
2018.04.19 US 62/659,729;2019.03.27 US 16/366,3001.一种焊接仿真器，包括：显示器；模拟焊接工具；多个试样，所述多个试样表示多个仿真工件；组装位置和取向数据，所述组装位置和取向数据用于将所述多个仿真工件安排成仿真结构；以及壳体，所述壳体固持逻辑部，所述逻辑部包括存储器和处理器，所述存储器存储机器可读指令，所述处理器用于执行所述指令以：生成仿真环境，所述多个仿真工件根据所述位置和方向数据来安排在所述仿真环境中；为训练练习限定多个焊接路径，其中所述焊接路径由所述仿真工件的安排来限定；追踪所述模拟焊接工具的与所述多个焊接路径相对应的多个遍历；以及显示所述仿真环境、由所述多个遍历产生的多个仿真焊缝、以及由所仿真的所述多个仿真焊缝与所述仿真工件的安排相结合形成的所述仿真结构。2.如权利要求1所述的焊接仿真器，其中，所述处理器执行指令以计算每个所述仿真焊缝的参数。3.如权利要求2所述的焊接仿真器，其中，所述处理器执行指令以显示每个所述仿真焊缝的所述经计算的参数的指示。4.如权利要求2所述的焊接仿真器，其中，所述处理器执行指令以计算所述结构的根据所述仿真焊缝的经计算的参数的总和而确定的得分。5.如权利要求2所述的焊接仿真器，其中，所述处理器执行指令以：对所述仿真结构施加仿真力；确定在所述多个仿真焊缝中的每个仿真焊缝处存在的仿真应力；以及判定每个所述仿真焊缝是否足以经得起施加于所述仿真焊缝上的仿真应力。6.如权利要求1所述的焊接仿真器，其中，所述仿真工件表示组件的部分。7.如权利要求1所述的焊接仿真器，其中，所述仿真工件被存储为计算机辅助设计模型。8.如权利要求1所述的焊接仿真器，其中，每个所述仿真工件被存储为从真实零件获取的多个测量值。9.如权利要求1所述的焊接仿真器，其中，所述显示器被配置成允许在用户的视野中观看真实世界的物体。10.一种焊接训练系统，包括：显示器，所述显示器被配置成将图像投影到用户的视野中；焊接工具；工件；以及壳体，所述壳体固持逻辑部，所述逻辑部包括存储器和处理器，所述存储器存储机器可读指令，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：布莱恩·梅斯，詹森·A·斯凯尔斯，W·T·马修斯，
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