虚拟现实轨道管焊接仿真器及设置制造技术

一种仿真器，所述仿真器便利轨道焊接接头的虚拟焊接活动。所述仿真器可以包括基于逻辑处理器的系统，所述基于逻辑处理器的系统可操作来执行编码指令以生成交互焊接环境，所述交互焊接环境模仿在具有至少一个虚拟焊接接头的虚拟管段上的焊接活动。所述仿真器还包括显示器，所述显示器连接到所述基于逻辑处理器的系统以可视地描绘所述交互焊接环境，其中所述显示器描绘所述虚拟管段。遥控器被提供来在所述至少一个焊接接头上实时地进行焊接装备设置和虚拟焊接活动，其中一个或更多个传感器被调适来实时地追踪所述输入设备的运动，以将关于所述输入设备的所述运动的数据传送到所述基于逻辑处理器的系统。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】虚拟现实轨道管焊接仿真器及设置相关申请交叉引用：本实用专利申请是2009年7月10日递交的美国专利申请序号12/501,263的部分继续申请，所述美国专利申请通过引用被并入本文，并且所述美国专利申请要求2008年8月21日提交的美国临时专利申请序号61/090,794的优先权，所述美国临时专利申请通过引用被全部并入本文。
本专利技术涉及用于模仿(emulating)虚拟焊接环境的系统，并且更具体地，涉及实时地模仿管和留隙焊根(openroot)接头焊接的虚拟焊接环境及其设置。专利技术背景数十年来，各公司一直在教导焊接技巧。传统地，焊接已在真实世界场景(setting)下被教导，也就是说，焊接已通过利用焊条实际地使电弧打到金属件上而被教导。指导人员(本领域熟练技术人员)在受训者进行焊接时监督训练过程，在某些情况下进行纠正。通过指导和重复，新的受训者学会如何使用一种或更多种工艺进行焊接。然而，取决于被教导的焊接工艺而变化的每次所进行的焊接均会带来开销。近来，用于训练焊接者的成本节省系统已经被采用。一些系统包括动作分析器。所述分析器包括焊接件的物理模型、模拟焊条以及追踪模拟焊条的运动的感测装置。生成报告以指示焊条末端行进到可接受的动作范围之外的程度。更高级的系统包括虚拟现实的使用，所述虚拟现实的使用仿真模拟焊条在虚拟场景中的操纵。类似地，这些系统追踪位置和定向(orientation)。这些系统教导的仅仅是肌肉记忆，但是，无法教导熟练的焊接者所需的更高级的焊接技巧。
技术实现思路
本专利技术的实施方案涉及用于便利虚拟焊接活动的仿真器，包括但不限于以下部件：基于逻辑处理器的子系统，所述基于逻辑处理器的子系统可操作来执行编码指令以生成交互轨道焊接环境，所述交互轨道焊接环境模仿在具有至少一个虚拟焊接接头的虚拟管段上的焊接设置和活动；显示装置，所述显示装置可操作地连接到所述基于逻辑处理器的子系统以可视地描绘交互焊接环境，其中所述显示装置描绘所述虚拟管段；遥控器(pendant)或手持式输入设备，所述遥控器或手持式输入设备用于在所述至少一个虚拟焊接接头上实时地进行设置和虚拟焊接活动；以及一个或更多个传感器，所述一个或更多个传感器被调适来实时地追踪所述输入设备的运动，以将关于所述输入设备的所述运动的数据传送到所述基于逻辑处理器的子系统。所述输入设备将模仿针对用于虚拟现实焊接的输入选择的控制。所述基于逻辑处理器的子系统可以进一步包括基于使用者的限制控制或交互以增强学习目标。所述基于逻辑处理器的子系统可以可选地包括基于可视的、可听的、物理的改变的教学交互或反应，以确保所述使用者能够适当地设置轨道焊接环境或能够产生错误恢复。所述基于逻辑处理器的子系统通常将包括虚拟计算器或表格，所述虚拟计算器或表格允许输入并且基于所输入的值提供输出。所述基于逻辑处理器的子系统还可以包括基于不正确的设置参数或参数的组合的支持智能代理的结果。所述基于逻辑处理器的子系统还可以包括支持智能代理的输入，以识别应该已被使用者输入的适当的设置参数或参数的组合。所述仿真器还可以包括设置参数或参数的组合的可视的、有声的或物理的指示。基于摄像机的系统可以被可选地添加，以追踪轨道焊接的路径。摄像机系统可以包括路径跟随和路径确定系统，所述路径跟随和路径确定系统以基于模糊逻辑控制器的系统为基础。仿真器的基于逻辑控制器的子系统可以包括针对使用者的多个水平，每个水平适应于所述使用者的技术水平、学习速度和学习类型；以及基于人工智能的故障指令，以测试使用者检测问题、校正问题以及从问题中恢复的能力。多语言的能力也是本专利技术的可选方面。附图说明图1为利用仿真器从事虚拟焊接活动的最终使用操作者的立体视图；图2为仿真器的前视图；图3a为示出管焊接(pipewelding)位置的示意图；图3b为示出板焊接(platewelding)位置的示例图；图4为仿真器的表征的示例性概要方框图；图5为模拟焊接工具的侧面立体视图；图6为焊接使用者界面的特写视图；图6a为观察者显示装置的特写视图；图7a为个性化显示装置的立体视图；图7b为由最终使用者佩戴的个性化显示装置的立体视图；图7c为安装在焊接头盔内的个性化显示装置的立体视图；图8为空间追踪器的立体视图；图9为用于支撑焊接试样的底座(stand)的立体视图；图9a为管焊接试样的立体视图；图9b为安装到底座的管焊接试样的立体视图；图10图示说明基于逻辑处理器的子系统的子系统方框图的示例性实施方案；图11图示说明基于逻辑处理器的子系统的图形处理单元(GPU)的方框图的示例性实施方案；图12图示说明仿真器的功能方框图的示例性实施方案；图13为使用虚拟现实训练系统的训练方法的实施方案的流程图；图14a-14b图示说明焊接像元(weldingpixel)(焊元(wexel))移置图(displacementmap)的概念；图15图示说明仿真于仿真器中的平坦焊接试样的试样空间(couponspace)和焊缝空间(weldspace)的示例性实施方案；图16图示说明仿真于仿真器中的拐角焊接试样的试样空间和焊缝空间的示例性实施方案；图17图示说明仿真于仿真器中的管焊接试样的试样空间和焊缝空间的示例性实施方案；图18图示说明管焊接试样的示例性实施方案；图19a-19c图示说明仿真器的双移置熔池模型的概念的示例性实施方案；以及图20图示说明如在轨道焊接环境中使用的轨道焊接系统的示例性实施方案；图21图示说明用于与图20的轨道焊接系统一起使用的焊接牵引器(weldingtractor)；图22图示说明图20的轨道焊接系统的电源和控制器；以及图23图示说明用于与图20的轨道焊接系统一起使用的遥控器。具体实施方式现在参照附图，其中示图仅是为了图示说明本专利技术的实施方案，而不是为了限制本专利技术的实施方案，图1和2示出用于仿真焊接的系统(一般地以10来描绘)，本文称作仿真器10或系统10。仿真器10能够生成虚拟环境15，虚拟环境15可以描绘类似于在真实世界中的焊接场景并且可以被称为虚拟现实弧焊(VRAW)。在虚拟环境15中，仿真器10便利与一个或更多个最终使用者12的交互。输入设备155被包括，所述输入设备155允许最终使用者12从事真实世界活动，所述真实世界活动由仿真器10追踪并被转换为虚拟活动。因而，虚拟环境15包括交互的虚拟焊接环境15。显示装置200被包括，所述显示装置200提供进入虚拟环境15和最终使用者12的活动的“可视入口(visualaccess)”。在一个实施方案中，仿真器10可以包括由多个最终使用者12或其他观察者可观看的显示屏幕150。此外，仿真器10可以包括调适来由单个最终使用者12使用的个性化显示器140，单个最终使用者12可以为受训的使用者12a或指导使用者12b。在此要尤为注意的是，最终使用者12在真实世界中的活动被转换为虚拟焊接活动并且在一个或更多个显示器140、150上被实时地观看。如本文所使用的，术语“实时”意指以与最终使用者12在真实世界场景下将会及时感知和体验的相同的方式，在虚拟环境下及时感知和体验。在生成的交互虚拟焊接环境15中，仿真器10针对多个焊接接头以不同焊接位置模仿一个或更多个焊接工艺，并且附加地模仿针对所述多个接头构型的不同种类本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于便利虚拟焊接活动的仿真器，所述仿真器包括：基于逻辑处理器的子系统，所述基于逻辑处理器的子系统可操作来执行编码指令以生成交互轨道焊接环境，所述交互轨道焊接环境模仿在具有至少一个虚拟焊接接头的虚拟管段上的焊接设置和活动；显示装置，所述显示装置可操作地连接到所述基于逻辑处理器的子系统以可视地描绘交互焊接环境，其中所述显示装置描绘所述虚拟管段；遥控器或手持式输入设备，所述遥控器或手持式输入设备用于在所述至少一个虚拟焊接接头上实时地进行设置和虚拟焊接活动。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.03.11 US 13/792,2941.一种用于便利虚拟焊接活动的仿真器，所述仿真器包括：基于逻辑处理器的子系统，所述基于逻辑处理器的子系统可操作来执行编码指令以生成交互轨道焊接环境，所述交互轨道焊接环境模仿在具有至少一个虚拟焊接接头的虚拟管段上的焊接设置和活动，其中所述交互轨道焊接环境响应于进行所述虚拟焊接活动实时地对焊缝熔池的流动性建模；虚拟的动态流体粒子发射器，所述虚拟的动态流体粒子发射器流出多个流体粒子到所述虚拟焊接接头的焊元图表面上；显示装置，所述显示装置可操作地连接到所述基于逻辑处理器的子系统以可视地描绘交互焊接环境，其中所述显示装置描绘所述虚拟管段，并且其中所述基于逻辑处理器的子系统包括信息通道，其中至少一个信息通道储存针对在焊元位置的任何液化的粒子的移置值，并且至少一个其他信息通道储存在所述焊元位置的热的量级，并且其中当所述热的量级降到所述流出的流体粒子的冷却阈值以下时，至少一个附加的信息通道表征最初的基底金属加上针对在所述焊元位置已固化的液化的粒子的所述移置值二者的全部；物理的或虚拟的遥控器，所述物理的或虚拟的遥控器用于在所述至少一个虚拟焊接接头上实时地进行设置和接收针对进行虚拟焊接活动的使用者的输入，其中所述物理的或虚拟的遥控器基于所述使用者的领域经验具有不同的控制，并且其中所述物理的或虚拟的遥控器被配置来基于目前可视的、有声的或物理的指示识别适当的输入。2.如权利要求1所述的仿真器，其中所述物理的或虚拟的遥控器模仿针对用于虚拟现实焊接的输入选择的控制。3.如权利要求2所述的仿真器，其中所述基于逻辑处理器的子系统进一步包括基于使用者的限制控制或交互，以增强学习目标。4.如权利要求3所述的仿真器，其中所述基于逻辑处理器的子系统进一步包括基于可视的、可听的、物理的改变的教学交互或反应，以确保所述使用者能够适当地设置轨道焊接环境或能够产生错误恢复。5.如权利要求4所述的仿真器，其中所述基于逻辑处理器的子系统进一步包括虚拟计算器或表格，所述虚拟计算器或表格允许输入并且基于所输入的值提供输出。6.如权利要求4所述的仿真器，其中所述基于逻辑处理器的子系统进一步包括基于不正确的设置参数或参数的组合的支持智能代理的结果。7.如权利要求6所述的仿真器，其中所述基于逻辑处理器的子系统进一步包括支持智能代理的输入，以识别应该已被使用者输入的适当的设置参数或参数的组合。8.如权利要求7所述的仿真器，所述仿真器进一步包括所述设置参数或参数的组合的可视的、有声的或物理的指示。9.如权利要求1所述的仿真器，所述仿真器进一步包括仿真的基于摄像机的系统，以追踪轨道焊接的路径。10.如权利要求9所述的仿真器，所述仿真器进一步包括路径跟随和路径确定系统，所述路径跟随和路径确定系统以基于模糊逻辑控制器的系统为基础。11.如权利要求1所述的仿真器，其中所述基于逻辑处理器的子系统进一步包括针对使用者的多个水平，每个水平适应于所述使用者的技术水平、学习速度和学习类型。12.如权利要求1所述的仿真器，其中所述基于逻辑处理器的子系统进一步包括基于人工智能的故障指令，以测试使用者检测问题、校正问题以及从问题中恢复的能力。13.如权利要求12所述的仿真器，其中所述基于逻辑处理器的子系统进一步包括针对机器设置和材料缺陷的不安全状况的仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·波斯尔思韦特，M·W·华莱士，D·A·兹伯瑞，Z·S·兰克尔，
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