虛擬焊接系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本書面說明書使用實(shí)施例來公開本發(fā)明，包括最佳實(shí)施模式，并且也使本領(lǐng)域普通技術(shù)人員能夠?qū)嵭斜景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明可取得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他實(shí)施例。這樣的其他實(shí)施例意圖在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，如果它們具有不是不同于權(quán)利要求的書面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括和權(quán)利要求書的書面語言無實(shí)質(zhì)不同的等同結(jié)構(gòu)要素。
【專利說明】虛擬焊接系統(tǒng)
[0001] 相關(guān)申請的奪叉引用：本申請是2009年7月10日遞交的美國專利申請序號為 No. 12/501，257的部分繼續(xù)申請。
[0002] 背景

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0003] 本公開涉及虛擬現(xiàn)實(shí)仿真，并且更具體地，涉及用于在仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境或增 強(qiáng)現(xiàn)實(shí)環(huán)境下提供弧焊訓(xùn)練的系統(tǒng)和方法。
[0004] 摶術(shù)討論
[0005] 學(xué)習(xí)如何進(jìn)行弧焊傳統(tǒng)上需要許多小時(shí)的指導(dǎo)、訓(xùn)練和練習(xí)。存在可以進(jìn)行學(xué)習(xí) 的許多不同類型的弧焊和弧焊工藝。學(xué)員通常使用真實(shí)的焊接系統(tǒng)并且在真實(shí)的金屬工件 上執(zhí)行焊接操作來學(xué)習(xí)焊接。這樣的真實(shí)世界的訓(xùn)練會占用稀缺的焊接資源并耗盡有限 的焊接材料。然而，近來使用焊接仿真的訓(xùn)練想法已經(jīng)變得更加流行。一些焊接仿真經(jīng)由 個(gè)人電腦和/或經(jīng)由互聯(lián)網(wǎng)在線實(shí)現(xiàn)?？墒?，當(dāng)前已知的焊接仿真往往被限于其訓(xùn)練重點(diǎn) (focus)〇
[0006] 例如，一些焊接仿真將重點(diǎn)放于僅僅針對"肌肉記憶"的訓(xùn)練，這只不過是訓(xùn)練焊 接學(xué)員如何握持和定位焊接工具。其他焊接仿真也僅是以有限的且常常為不實(shí)際的方式來 將重點(diǎn)放于示出焊接工藝的視覺效果和音頻效果，所述方式不給學(xué)員提供是真實(shí)世界焊接 的高度表征的期望反饋。正是這種實(shí)際的反饋引導(dǎo)學(xué)員進(jìn)行必要的調(diào)節(jié)以完成好的焊接。 通過查看電弧和/或烙池（puddle)而不是僅通過肌肉記憶來學(xué)習(xí)焊接。
[0007] 通過將這樣的途徑與如參照附圖在本申請其余內(nèi)容中闡述的本發(fā)明的實(shí)施方案 進(jìn)行比較，本領(lǐng)域技術(shù)人員將清楚常規(guī)的、傳統(tǒng)的以及已提出的途徑的其他限制和缺點(diǎn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 在本發(fā)明的一個(gè)方面中，虛擬焊接系統(tǒng)包括基于可編程處理器的子系統(tǒng)和被可操 作地連接到基于可編程處理器的子系統(tǒng)的空間追蹤器。模擬焊接工具被采用，所述模擬焊 接工具能夠被空間追蹤器在空間上追蹤。模擬焊接工具包括一個(gè)或更多個(gè)適配器，其中每 個(gè)適配器仿真一特定焊接類型（weld type)的真實(shí)世界外觀?；豢梢瞥伛詈系揭粋€(gè) 或更多個(gè)適配器中的每個(gè)。
[0009] 在本發(fā)明的另一個(gè)方面中，模擬焊接工具在虛擬焊接系統(tǒng)內(nèi)被使用。一個(gè)或更多 個(gè)適配器被采用，其中每個(gè)適配器仿真一特定焊接類型的物理特征?；豢梢瞥伛詈?到一個(gè)或更多個(gè)適配器中的每個(gè)，基座識別模擬焊接工具相對于基準(zhǔn)位置的實(shí)時(shí)空間位 置。
[0010] 進(jìn)一步地，采用一種方法來在虛擬焊接系統(tǒng)內(nèi)使用模擬焊接工具。第一適配器被 可移除地連接到基座，第一適配器與第一焊接類型相關(guān)聯(lián)。第一適配器從基座被移除，其中 第二適配器被可移除地連接到基座，第二適配器與第二焊接類型相關(guān)聯(lián)。多種適配器類型 和共同基座的使用便利便攜式虛擬焊接系統(tǒng)的使用，所述便攜式虛擬焊接系統(tǒng)可以在基本 上任何移動的（mobile)位置被采用。
[0011] 本簡要說明被提供來以簡化的形式介紹構(gòu)思的選擇，所述構(gòu)思在本文被進(jìn)一步描 述。本簡要說明不意圖限定所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不意圖被用來限 制所要求保護(hù)的主題的范圍。另外，所要求保護(hù)的主題不限于解決記載在本公開的任何部 分中的任何或所有缺點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)方式。本發(fā)明的進(jìn)一步實(shí)施方案、方面和優(yōu)點(diǎn)從說明書、附圖 和權(quán)利要求書中是可推斷的。
[0012] 附圖簡要說明
[0013] 參考附圖，其中如在下面說明書中更詳細(xì)描述的，特定的實(shí)施方案及本發(fā)明進(jìn)一 步的優(yōu)點(diǎn)被圖示說明，在附圖中：
[0014] 圖1是包括具有基座的可互換的模擬焊接工具的虛擬焊接系統(tǒng)的方框圖，所述基 座可以連接到多個(gè)適配器中的每個(gè)；
[0015] 圖2是圖1中所闡述的系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)現(xiàn)方式；
[0016] 圖3是可移除地耦合到基座的GMAW適配器的示例性側(cè)向平面圖；
[0017] 圖4是可移除地耦合到基座的手工焊工具適配器的示例性透視圖；
[0018] 圖5是可移除地耦合到基座的可燃?xì)猓╫xyfuel)適配器的示例性透視圖；
[0019] 圖6是可以與圖3、圖4和圖5中所闡述的適配器連接的基座的透視圖；
[0020] 圖7是圖6中所描述的基座的剖開透視圖；
[0021] 圖8A是包括基座和手工焊工具適配器的裝配好的模擬焊接工具的透視圖；
[0022] 圖8B是包括基座和手工焊工具適配器的分解的模擬焊接工具的透視圖；
[0023] 圖9是被用來將焊接試樣和磁體保持在已知的空間位置中的支架的透視圖；
[0024] 圖10是圖示說明以可替換的、緊湊的位置來將焊接試樣和磁體保持在已知的空 間位置中的圖9的支架的透視圖；
[0025] 圖11是圖示說明包括來運(yùn)輸和操作移動虛擬焊接系統(tǒng)的部件的成套件的組件視 圖；
[0026] 圖12是圖示說明來與虛擬焊接系統(tǒng)通信的使用者界面的前立面視圖；
[0027] 圖13是圖示說明來與虛擬焊接系統(tǒng)通信的可替換的使用者界面的前立面視圖；
[0028] 圖14是可以被使用者在虛擬焊接系統(tǒng)內(nèi)使用的頭盔的透視圖；
[0029] 圖15是安裝在焊接頭盔內(nèi)的FMDD的后向透視圖，所述焊接頭盔在虛擬焊接系統(tǒng) 內(nèi)被使用；
[0030] 圖16是圖1中所示出的基于可編程處理器的子系統(tǒng)（PPS)的子系統(tǒng)方框圖的示 例性實(shí)施方案的流程圖；
[0031] 圖17是圖16的PPS的圖形處理單元的方框圖的示例性實(shí)施方案的流程圖；
[0032] 圖18是圖1的系統(tǒng)的功能方框圖的示例性實(shí)施方案的流程圖；
[0033] 圖19是使用圖1的虛擬現(xiàn)實(shí)訓(xùn)練系統(tǒng)的訓(xùn)練方法的實(shí)施方案的流程圖；
[0034] 圖20是根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案示出焊接像元（welding pixel)(焊元（wexel)) 移置圖（displacement map)的正視圖；
[0035] 圖21是在圖1的系統(tǒng)中仿真的平坦焊接試樣的試樣空間（coupon space)和對應(yīng) 的x-y焊縫空間（weld space)的透視圖；
[0036] 圖22是在圖1的系統(tǒng)中仿真的拐角（T型接頭）焊接試樣的拐角和對應(yīng)的T-S焊 縫空間的透視圖；
[0037] 圖23是在圖1的系統(tǒng)中仿真的管焊接試樣的管試樣和對應(yīng)的T-S焊縫空間的透 視圖；以及
[0038] 圖24A-24C是圖示說明圖1的系統(tǒng)的雙移置熔池的概念的正視圖。
[0039] 詳細(xì)描沭
[0040] 現(xiàn)在參照附圖，本發(fā)明的一些實(shí)施方案或?qū)崿F(xiàn)方式在下文中結(jié)合附圖被描述，其 中相似的參考標(biāo)號在通篇中被用來指示相似的元素。本實(shí)施方案指的是虛擬焊接系統(tǒng)，所 述虛擬焊接系統(tǒng)采用模擬焊接工具，所述模擬焊接工具具有基座來接納多個(gè)適配器，其中 每個(gè)適配器仿真不同的焊接類型。適配器可以具有共同的尺寸，以在被期望時(shí)允許與基座 無縫的可移除的耦合。盡管在各種示例性虛擬焊接系統(tǒng)的背景下在下文中被圖示說明和描 述，本發(fā)明不限于所圖示說明的實(shí)施例。
[0041] 更具體地，本主題的實(shí)施方案涉及虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)，所述虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)包 括基于可編程處理器的子系統(tǒng)、被可操作地連接到基于可編程處理器的子系統(tǒng)的空間追蹤 器、能夠被空間追蹤器在空間上追蹤的至少一個(gè)模擬焊接工具，以及被可操作地連接到基 于可編程處理器的子系統(tǒng)的至少一個(gè)顯示裝置。為了提供附加的靈活性，模擬焊接工具包 括基座和多個(gè)適配器，其中每個(gè)適配器被用來仿真不同的焊接類型。例如，第一適配器可以 仿真GMAW焊接，第二適配器可以仿真SMAW焊接，第三適配器可以仿真可燃?xì)夂附拥鹊??？?替換地或此外，工具可以被用來仿真切割裝置，例如可燃?xì)饣蚱渌懈罹妗＿m配器可以都具 有標(biāo)準(zhǔn)化的尺寸來提供便攜使用，緊湊的支架被用來將焊接試樣保持在空間中，以與模擬 焊接工具一起使用。以這種方式，系統(tǒng)能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中仿真多種焊接類型，其中焊接 熔池具有與每種焊接類型相應(yīng)的實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特征。
[0042] 當(dāng)被顯示時(shí)，所述仿真的熔池的實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特征提供實(shí)時(shí)可視反 饋給所述模擬焊接工具的使用者，允許所述使用者響應(yīng)于所述實(shí)時(shí)可視反饋而實(shí)時(shí)地調(diào)節(jié) 或保持焊接技法。所顯示的熔池是基于使用者的焊接技法和所選擇的焊接工藝與參數(shù)而將 會被形成于真實(shí)世界中的熔池的表征。通過觀看熔池（例如形狀、顏色、熔渣、大?。?，使用 者可以修正其技法來進(jìn)行良好的焊接并確定被完成的焊接類型。所述熔池的形狀響應(yīng)于 模擬焊接工具的運(yùn)動。如本文所使用的，術(shù)語"實(shí)時(shí)"意指以與使用者在真實(shí)世界的焊接情 景下將會感知和體驗(yàn)的相同的方式，在仿真的環(huán)境下及時(shí)感知和體驗(yàn)。此外，所述熔池響應(yīng) 于包括重力的物理環(huán)境的作用，允許使用者以各種位置（包括水平、垂直和仰焊（overhead welding))和各種管焊接角度逼真地練習(xí)焊接。
[0043] 現(xiàn)在參見附圖，其中所示出的內(nèi)容是為了圖示說明示例性實(shí)施方案的目的，圖1 為系統(tǒng)100的系統(tǒng)方框圖，系統(tǒng)100在實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境下提供弧焊訓(xùn)練。虛擬焊接系統(tǒng) 100包括基于可編程處理器的子系統(tǒng)（PPS) 110。虛擬焊接系統(tǒng)100進(jìn)一步包括可操作地連 接到PPS 110的空間追蹤器（ST) 120。虛擬焊接系統(tǒng)100還包括可操作地連接到PPS 110 的物理焊接使用者界面（WUI) 130,以及可操作地連接到PPS 110和ST 120的架置于面部的 顯示裝置（FMDD) 140。虛擬焊接系統(tǒng)100還包括可操作地連接到PPS 110的觀察者顯示裝 置（ODD) 150。虛擬焊接系統(tǒng)100還包括可操作地連接到ST 120和PPS 110的至少一個(gè)模 擬焊接工具（MWT) 160。虛擬焊接系統(tǒng)100還包括支架170,以及能夠被附接到支架170的 至少一個(gè)焊接試樣（WC) 180。MWT 160可以包括耦合到一個(gè)或更多個(gè)適配器（未示出）的 基座（未示出），以仿真多種不同的焊接類型。
[0044] 圖2圖示說明系統(tǒng)200,所述系統(tǒng)200圖示說明圖1中所闡述的系統(tǒng)的一種實(shí)現(xiàn)方 式。FMDD 140被用來為使用者顯示仿真的虛擬環(huán)境來可視地體驗(yàn)焊接。為了提供這種仿真 環(huán)境的精確呈現(xiàn)（rendering)，F(xiàn)MDD 140與PPS 110通信來接收并且發(fā)送關(guān)于系統(tǒng)200中 的FMDD 140的空間位置的數(shù)據(jù)?？梢岳靡阎挠芯€和/或無線技術(shù)（包括藍(lán)牙、無線以 太網(wǎng)等等）來便利通信。為獲得空間位置數(shù)據(jù)，一個(gè)或更多個(gè)傳感器142被設(shè)置在FMDD 140 內(nèi)和/或鄰近FMDD 140。依次地，傳感器142相對于系統(tǒng)200內(nèi)的特定的基準(zhǔn)（例如磁體 172)來評估空間位置。磁體172可以位于已知的基準(zhǔn)點(diǎn)并且被設(shè)置為相對于焊接試樣180 的一預(yù)定的距離178。這個(gè)預(yù)定的距離178可以通過利用與支架170相關(guān)聯(lián)的形狀因素、模 板或預(yù)配置的結(jié)構(gòu)來保持。因此，傳感器142相對于磁體172的移動可以固有地提供FMDD 140相對于支架170內(nèi)的焊接試樣180的位置數(shù)據(jù)。傳感器142可以無線地通信來識別相 對于磁體的位置，利用已知的通信協(xié)議來實(shí)時(shí)地更新FMDD 140以與使用者的動作一致。
[0045] 系統(tǒng)200還包括MWT 160,所述MWT 160包括被耦合到基座166的適配器162。將 理解的是，適配器162僅是代表多個(gè)適配器中的一個(gè)，每個(gè)適配器仿真特定的焊接類型。適 配器162被可移除地耦合到基座166,以允許一個(gè)適配器作為另一個(gè)的替代的移除和置換。 可移除的耦合可以利用凸耳、凹處、滑塊、按鈕等等來完成，以允許使用者按下、扭轉(zhuǎn)或以其 他方式機(jī)械地改變適配器162和/或基座166。為了精確地仿真特定的焊接類型，每個(gè)適配 器162被確定尺寸來表征真實(shí)世界的等同裝置，所述等同裝置將被用于執(zhí)行實(shí)際的焊接操 作。一旦特定的適配器被耦合到基座，使用者可以在使用中輸入適配器的類型，以允許PPS 加載并且執(zhí)行與其相關(guān)聯(lián)的適當(dāng)?shù)闹噶罴Ｒ赃@種方式，與每個(gè)適配器類型相應(yīng)的精確呈 現(xiàn)被顯示在FMDD 140上。
[0046] 一個(gè)或更多個(gè)傳感器168可以被設(shè)置在基座166內(nèi)或鄰近基座166。與FMDD 140 一樣，傳感器168可以無線的方式確定關(guān)于支架170上的磁體172的空間位置。以這種方 式，以組合方式的適配器162和基座166相對于磁體172固有地具有已知的位置和空間，因 為適配器162和基座166二者的尺寸是預(yù)先確定的。為了確保系統(tǒng)200被正確地校準(zhǔn)來接 納每個(gè)適配器162,使用者可以（例如經(jīng)由WUI 130)與PPS 110界面連接，以指示一特定的 適配器當(dāng)前在使用中。一旦形成這樣的指示，PPS 110可以從存儲器112檢索查找表，所述 存儲器112包含規(guī)則集，以在使用者通過FMDD 140體驗(yàn)時(shí)正確地呈現(xiàn)仿真的環(huán)境。
[0047] 在實(shí)施方案中，PPS 110是可操作來執(zhí)行所公開的體系結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)。為了對本 發(fā)明的各種方面提供附加背景，下面的討論意圖提供適合的計(jì)算環(huán)境的簡潔、一般的描述， 在該適合的計(jì)算環(huán)境中本發(fā)明的各種方面可以被實(shí)現(xiàn)。PPS 110可以采用計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的 指令，該指令可以在一臺或更多臺計(jì)算機(jī)上運(yùn)行，該指令結(jié)合其他程序模塊和/或作為硬 件和軟件的結(jié)合來實(shí)現(xiàn)。一般地，程序模塊包括例程、程序、部件和數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等，所述程序模 塊執(zhí)行特定的任務(wù)或?qū)崿F(xiàn)特定的抽象數(shù)據(jù)類型。例如，這樣的程序和計(jì)算機(jī)可執(zhí)行的指令 可以經(jīng)由機(jī)器人使用各種機(jī)器控制范例來處理。
[0048] 而且，本領(lǐng)域技術(shù)人員將意識到發(fā)明方法可以用其他計(jì)算機(jī)系統(tǒng)配置來實(shí)施，包 括單處理器或多處理器計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、微型計(jì)算機(jī)、大型計(jì)算機(jī)和個(gè)人計(jì)算機(jī)、手持式計(jì)算裝 置、基于微處理器的或可編程的消費(fèi)性電子產(chǎn)品等等，它們中的每個(gè)可以被可操作地耦合 到一個(gè)或更多個(gè)相關(guān)聯(lián)的裝置。本發(fā)明的圖示說明的方面也可以在分布式的計(jì)算環(huán)境被實(shí) 施，在該分布式的計(jì)算環(huán)境中，特定的任務(wù)由通過通信網(wǎng)絡(luò)被鏈接的遠(yuǎn)程處理裝置執(zhí)行。在 分布式的計(jì)算環(huán)境中，程序模塊可以位于本地和遠(yuǎn)程存儲器儲存裝置兩者。
[0049] PPS 110可以利用示例性環(huán)境來實(shí)現(xiàn)包括計(jì)算機(jī)的發(fā)明的各種方面，其中為了通 信目的該計(jì)算機(jī)包括處理器114、存儲器112和系統(tǒng)總線。系統(tǒng)總線將系統(tǒng)部件（包括但不 限于存儲器112)耦合到處理器114。處理器114可以是任何各種商業(yè)上可獲得的處理器。 雙微處理器和其他多處理器體系結(jié)構(gòu)也可以作為處理器114被采用。
[0050] 系統(tǒng)總線可以是若干總線結(jié)構(gòu)類型中的任何一種，包括使用任何種類商業(yè)上可獲 得的總線體系結(jié)構(gòu)的存儲器總線或存儲控制器、外圍總線和本地總線。存儲器112可以包 括只讀存儲器（ROM)和隨機(jī)存取存儲器（RAM)。基本輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS)被儲存在R0M， 該基本輸入/輸出系統(tǒng)（BIOS)包括基本例程，該基本例程有助于在PPS 110內(nèi)的元件之間 傳遞信息，例如在啟動階段。
[0051] PPS 110還可以包括硬盤驅(qū)動器、磁盤驅(qū)動器以及光盤驅(qū)動器，該磁盤驅(qū)動器例如 從可移動磁盤讀取或?qū)懭肟梢苿哟疟P，該光盤驅(qū)動器例如用來讀取CO-ROM磁盤或者從其 他光介質(zhì)讀取或?qū)懭肫渌饨橘|(zhì)。PPS 110可以包括計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的至少某種形式。計(jì) 算機(jī)可讀介質(zhì)可以是可被計(jì)算機(jī)訪問的任何可獲得的介質(zhì)。通過實(shí)施例的方式而不是限 制，計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)可以包括計(jì)算機(jī)儲存介質(zhì)和通信介質(zhì)。計(jì)算機(jī)儲存介質(zhì)包括以任何方 法或技術(shù)實(shí)現(xiàn)來用于信息（例如，計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或其他數(shù)據(jù)）儲存 的易失的和非易失的，可移動的和非可移動的介質(zhì)。計(jì)算機(jī)儲存介質(zhì)包括，但不限于，RAM、 ROM、EEPR0M、閃存或其他存儲技術(shù)、CD-ROM、數(shù)字多功能磁盤（DVD)或其他磁性儲存裝置， 或者可以被用來儲存所需信息并且可以被PPS 110訪問的其他媒介。
[0052] 通信介質(zhì)典型地包含計(jì)算機(jī)可讀指令、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、程序模塊或在被調(diào)制的數(shù)據(jù)信 號中的其他數(shù)據(jù)（例如載波或其他傳輸機(jī)制），并且包括任何信息遞送介質(zhì)。術(shù)語"被調(diào)制 的數(shù)據(jù)信號"意思是具有以這樣的方式為了在信號中編碼信息而設(shè)置或改變的其特性中的 一個(gè)或更多個(gè)的信號。通過實(shí)施例的方式而不是限制，通信介質(zhì)包括有線介質(zhì)例如有線網(wǎng) 或直接有線連接，以及無線介質(zhì)例如聲音的（acoustic)、RF、紅外的介質(zhì)和其他無線介質(zhì)。 任何上面的結(jié)合也應(yīng)該被包括在計(jì)算機(jī)可讀介質(zhì)的范圍內(nèi)。
[0053] 大量程序模塊可以被儲存在驅(qū)動器和RAM中，包括操作系統(tǒng)、一個(gè)或更多個(gè)應(yīng)用 程序、其他程序模塊和程序數(shù)據(jù)。在PPS 110的操作系統(tǒng)可以是任何大量商業(yè)上可獲得的 操作系統(tǒng)。
[0054] 此外，使用者可以通過鍵盤和指向裝置（例如鼠標(biāo)）將命令和信息輸入計(jì)算機(jī)。其 他輸入裝置可以包括傳聲器、IR遠(yuǎn)程控制、軌跡球、筆輸入裝置、控制桿、游戲板、數(shù)字化板、 衛(wèi)星碟和掃描儀等等。這些或其他輸入裝置通常由被耦合到系統(tǒng)總線的串行端口接口連接 到處理器，但是可以由其他接口連接，例如并行端口、游戲端口、通用串行總線（"USB")、IR 接口和/或各種無線技術(shù)。監(jiān)視器（未示出）或顯示裝置的其他類型也可以經(jīng)由接口（例 如視頻適配器）連接到系統(tǒng)總線。可視化輸出也可以由遠(yuǎn)程顯示網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（例如遠(yuǎn)程桌面 協(xié)議、VNC和X-窗口系統(tǒng)等）完成。除了可視化輸出，計(jì)算機(jī)典型地包括其他外圍輸出裝 置，例如揚(yáng)聲器和打印機(jī)等。
[0055] 顯示器（例如ODD 150和WUI 130)可以與PPS 110-起使用來呈現(xiàn)電子地從處 理器接收的數(shù)據(jù)。例如，顯示器可以是LCD、等離子體和CRT等的監(jiān)視器，該監(jiān)視器電子地 呈現(xiàn)數(shù)據(jù)?？商鎿Q地或此外，顯示器可以以硬復(fù)制格式（例如打印機(jī)、傳真機(jī)和繪圖儀等） 呈現(xiàn)接收的數(shù)據(jù)。顯示器可以以任何顏色呈現(xiàn)數(shù)據(jù)并且可以經(jīng)由任何無線或硬連線協(xié)議和 /或標(biāo)準(zhǔn)從PPS 110接收數(shù)據(jù)。在實(shí)施方案中，WUI 130是觸摸屏，所述觸摸屏允許使用者 與PPS 110界面連接，例如復(fù)核來自一個(gè)或更多個(gè)之前仿真的焊接數(shù)據(jù)。使用者還可以通 過各種數(shù)據(jù)范例操縱來識別關(guān)于特定分析（例如焊接質(zhì)量）的信息，其中這樣的數(shù)據(jù)針對 一個(gè)或更多個(gè)基準(zhǔn)被評估，用于儲存或其他比較。
[0056] 計(jì)算機(jī)可以在使用到一個(gè)或更多個(gè)遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)（例如遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)（一個(gè)或多個(gè)）） 的邏輯和/或物理連接的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中操作。遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)（一個(gè)或多個(gè)）可以是工作站、月艮 務(wù)器計(jì)算機(jī)、路由器、個(gè)人計(jì)算機(jī)、基于娛樂工具的微處理器、對等（peer)裝置或普通網(wǎng)絡(luò) 節(jié)點(diǎn)，并且典型地包括相對于計(jì)算機(jī)描述的部件中的許多或所有。描述的邏輯連接包括局 域網(wǎng)（LAN)和廣域網(wǎng)（WAN)。這樣的網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境在辦公室、企業(yè)范圍的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、企業(yè)內(nèi) 部網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)是常見的。
[0057] 當(dāng)被用在LAN網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境時(shí)，計(jì)算機(jī)由網(wǎng)絡(luò)接口或適配器連接到本地網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)被 用在WAN網(wǎng)絡(luò)化環(huán)境時(shí)，計(jì)算機(jī)典型地包括調(diào)制解調(diào)器，或者被連接到LAN上的通信服務(wù) 器，或者具有用于在WAN(例如互聯(lián)網(wǎng)）上建立通信的其他裝置。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，關(guān)于計(jì)算 機(jī)描述的程序模塊或其中的部分可以被儲存在遠(yuǎn)程存儲器儲存裝置。將理解的是，本文描 述的網(wǎng)路連接是示例性的并且在計(jì)算機(jī)間建立通信鏈接的其他裝置可以被使用。
[0058] 圖3-圖5圖示說明適配器162的非限制性的示例性實(shí)施方案，其中圖3示出作為 GMAW焊槍300的適配器162 ;圖4示出作為手工焊接工具400的適配器162 ;并且圖5示出 作為可燃?xì)饩?00的適配器162。盡管在本文適配器被描述為具有多個(gè)不同的部件，將理解 的是，適配器的單一和多部件的實(shí)施方案被考慮在本發(fā)明的范圍內(nèi)。首先轉(zhuǎn)到圖3，GMAW焊 槍300包括嘴310,所述嘴310經(jīng)由管312連接到接口（interface) 318。焊槍300可以具 有與如在真實(shí)世界應(yīng)用中所使用的GMAW焊槍基本上相同的重量和尺寸。焊槍300內(nèi)的每 個(gè)部件的尺寸可以是已知的值，所述尺寸可以被用來在考慮到焊接試樣180和磁體172的 情況下校準(zhǔn)焊槍。接口 318可以包括一個(gè)或更多個(gè)機(jī)械特征來允許適配器300到基座的可 移除的f禹合。
[0059] 圖4圖示說明用于板焊接和管焊接的手工焊接工具400,并且包括夾持器422和仿 真的手工焊條410。在實(shí)施方案中，仿真的手工焊條410可以包括觸覺型（tactilely)阻力 末端，以仿真發(fā)生在例如真實(shí)世界的管焊接中的焊根焊道（root pass)焊接過程期間或者 焊接平板時(shí)的阻力反饋。如果使用者過于背離焊根移動仿真的手工焊條162,則使用者將能 夠感覺或感知到較低的阻力，從而獲得用于調(diào)節(jié)或保持當(dāng)前焊接工藝的反饋。接口 418允 許手工焊接工具400到基座的可移除的f禹合。
[0060] 圖5圖示說明包括嘴510和接口 518的可燃?xì)膺m配器500,所述接口 518允許可燃 氣適配器500到基座的可移除的耦合。在這個(gè)實(shí)施方案中，接口 518包括頸圈522,所述頸 圈522可以圍繞基座的直徑被固定。按鈕520可以包括突出部或其他特征來與基座上的互 補(bǔ)特征（例如凹處）機(jī)械地連接。以這種方式，適配器500可以根據(jù)按鈕是否被按下或以 其他方式操縱而"鎖"到基座。在其他實(shí)施方案中，可燃?xì)膺m配器可以被用來表征切割炬， 所述切割炬被用來切割金屬物體。在這個(gè)實(shí)施方案中，切割炬被顯示在虛擬焊接系統(tǒng)內(nèi)如 同它在真實(shí)世界的應(yīng)用中操作一樣。例如，PPS 110可以加載和執(zhí)行代碼，所述代碼代表切 割炬應(yīng)用，而不是焊炬。
[0061] 根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方案，其他模擬焊接工具也是可能的，包括例如仿真手持 半自動焊槍的MWT，所述MWT具有被送進(jìn)通過所述槍的焊絲焊條。另外，根據(jù)本發(fā)明的其他 特定實(shí)施方案，即使在虛擬焊接系統(tǒng)100中工具不會用于實(shí)際上創(chuàng)建真實(shí)的電弧，真實(shí)的 焊接工具可以用作MWT 160來更好地仿真使用者手中的所述工具的實(shí)際感覺。再者，可以 提供仿真的打磨工具（grinding tool)用來在虛擬焊接系統(tǒng)100的仿真的打磨模式下使 用。類似地，可以提供仿真的切割工具，用來在虛擬焊接系統(tǒng)100的仿真的切割模式下使 用。另外，可以提供仿真的氣體保護(hù)鎢極弧焊（GTAW)焊炬或填充物材料，用來在虛擬焊接 系統(tǒng)100中使用。
[0062] 圖6圖示說明基座600,所述基座600被用來接口連接一個(gè)或更多個(gè)適配器，例如 GMAW焊槍300、手工焊接工具400和可燃?xì)膺m配器500?；?00包括本體620,所述本體 620可以容納一個(gè)或更多個(gè)電子部件，例如本文所描述的傳感器168。在實(shí)施方案中，本體 620由兩個(gè)半部分組成，所述兩個(gè)半部分經(jīng)由緊固件640(如，例如螺釘、螺栓、鉚釘?shù)鹊龋┍?持在一起。硬線線纜630從本體620延伸以便利基座600和PPS 110的通信。
[0063] 接口 610包括在接口 610的相對側(cè)上的靠接部（landing) 614和被設(shè)置在所述靠 接部中的凹處616?？拷硬亢桶继幗M合可以在示例性適配器300,400,500的接口內(nèi)用作互 補(bǔ)部件的可移除的互鎖結(jié)構(gòu)。然而，基本上任何的機(jī)械接口被考慮來便利適配器到基座600 的有效移除和置換。被設(shè)置在突出部636內(nèi)的按鈕618可以被用來指示當(dāng)按鈕618被按下 時(shí)使用者是在有效的焊接模式。至少參照適配器400,互補(bǔ)形狀因素可以被包括在適配器中 來配合作為按鈕618之上的套，其中使用者可以經(jīng)由適配器上的形狀因素特征按下按鈕。 出于這個(gè)目的，適配器形狀因素可以仿真真實(shí)世界的觸發(fā)裝置或者類似的裝置來給予使用 者對于焊接操作的真實(shí)世界的外觀和感覺。
[0064] 圖7是基座600的剖開透視圖，以展現(xiàn)設(shè)置在基座600內(nèi)的傳感器652。傳感器 652經(jīng)由線纜654與一個(gè)或更多個(gè)不同部件（例如PPS 110)通信，并且以預(yù)定的位置被設(shè) 置在基座600內(nèi)并且經(jīng)由緊固件658被保持在適當(dāng)位置。葉板672貫穿本體620為基座 600提供結(jié)構(gòu)支撐。在實(shí)施方案中，傳感器652利用已知的非接觸技術(shù)，例如電容傳感器、 壓電傳感器、渦流傳感器、電感傳感器、超聲傳感器、霍爾效應(yīng)傳感器和/或紅外接近度傳 感器技術(shù)。這樣的技術(shù)可以被用于本文所描述的其他傳感器，包括分別在頭盔146和基座 166中使用的傳感器142和168。圖8圖示說明模擬焊接工具800,其中適配器400被可移 除地耦合到基座600,用來在虛擬焊接系統(tǒng)100內(nèi)使用。
[0065] 圖9圖示說明支架700,所述支架700被用來在空間中將焊接試樣758設(shè)置在相對 于磁體710的一已知位置。支架700包括經(jīng)由立柱722耦合在一起的臂714和底座724。 在實(shí)施方案中，立柱722被可移除地結(jié)合到底座724,以允許支架700分解成單個(gè)的部件用 于包裝和運(yùn)送。此外，底座724和立柱722可以具有一個(gè)或更多個(gè)結(jié)構(gòu)特征（例如葉板）， 所述結(jié)構(gòu)特征為這樣的部件增加結(jié)構(gòu)支撐同時(shí)保持相對低的重量。柱塞732可以從臂714 被拉開，以允許在可重復(fù)的空間位置上試樣在支架700之上的移除和置換。
[0066] 臂714的尺寸和焊接試樣758相對于設(shè)置在靠接部738上的磁體710的位置都是 已知的，鄰近焊接試樣758的模擬焊接工具將具有已知的并且可重復(fù)的輸出，從而為使用 者提供適當(dāng)?shù)膶?shí)時(shí)虛擬焊接環(huán)境。銷762, 764可以從支架700移除來允許臂714如圖10所 描述的圍繞銷764樞轉(zhuǎn)。在這個(gè)實(shí)施方案中，銷762從孔766,768中移除，從而允許臂714 圍繞銷764旋轉(zhuǎn)到第二位置。以這種方式，使用者可以在大量的平面（例如水平的和垂直 的）仿真焊接來體會與每個(gè)相關(guān)聯(lián)的細(xì)微差別。值得注意的是，支架700的設(shè)計(jì)確保磁體 710相對于焊接試樣758的空間位置被保持在兩個(gè)位置中的任一個(gè)位置，以提供精確的可 重復(fù)的結(jié)果用于實(shí)時(shí)焊接環(huán)境仿真的創(chuàng)建和顯示。
[0067] 圖11圖示說明便攜式焊接成套件，所述便攜式焊接成套件可以從一個(gè)位置到另 一個(gè)位置被方便地運(yùn)輸。成套件可以在基本上鄰近電源的任何位置被構(gòu)建起來，所述電源 可以包括電池、A/C或其他電源。容器810可以基本上被形成為焊接機(jī)器殼體，其中內(nèi)部包 括多個(gè)殼、平臺和其他儲存區(qū)域來容納WUI 130、支架700、模擬焊接工具800和頭盔900。 容器可以進(jìn)一步包括輪子，以便利容器810的有效運(yùn)輸。
[0068] 圖12圖示說明示例性使用者界面830,所述使用者界面830顯示多個(gè)與典型的焊 接系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的度量標(biāo)準(zhǔn)。界面830包括選擇器832,以識別用于仿真的焊接系統(tǒng)的適配器 的類型。溫度測量裝置836、電流測量裝置838和電壓測量裝置842可以在焊接操作期間為 使用者提供實(shí)時(shí)反饋。類似地，854和856顯示附加信息并且允許使用者輸入來更改所述的 信息。圖13示出仿真真實(shí)世界硬件焊接系統(tǒng)界面的可替換的使用者界面860。在實(shí)施方 案中，使用者能夠使用觸控屏幕或本文所描述的其他外圍輸入方法來為顯示器860提供輸 入。
[0069] 圖14和圖15圖示說明當(dāng)操作虛擬焊接系統(tǒng)時(shí)被使用者佩戴的頭盔900。圖14 示出頭盔900的前向透視圖，所述頭盔900可以是用于真實(shí)世界應(yīng)用中并且，如上面所描述 的，被改裝為包括FMDD的實(shí)際焊接頭盔。以這種方式，使用者可以佩戴焊接頭盔，正如他們 在真實(shí)世界的情景下一樣，其中虛擬環(huán)境經(jīng)由FMDD 140實(shí)時(shí)地顯示給使用者。圖15圖示 說明被集成到焊接頭盔900的FMDD 140的示例性實(shí)施方案。FMDD 140經(jīng)由有線裝置或以 無線的方式可操作地連接到PPS 110和ST 120。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案，ST 120的傳 感器142可以被附接到FMD 140或被附接到焊接頭盔900,允許FMDD 140和/或焊接頭盔 900相對于由ST 120創(chuàng)建的3D空間框架的參照被追蹤。
[0070] 圖16圖示說明圖1的虛擬焊接系統(tǒng)100的基于可編程處理器的子系統(tǒng)（PPS) 110 的子系統(tǒng)方框圖的示例性實(shí)施方案。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，PPS 110包括中央處理單元 (CPU)lll和一個(gè)或更多個(gè)圖形處理單元（GPU)115。在一個(gè)實(shí)施方案中，一個(gè)GPU 115被用 來在FMDD 140上提供單視場視覺。在另一實(shí)施方案中，兩個(gè)GPU115被編程來在FMDD 140 上提供立體視覺。在任一種情況中，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，使用者查看具有實(shí)時(shí)熔融金屬 流動性和吸熱與散熱特征的烙池（又叫焊池 （weld pool))的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。
[0071] 圖17圖示說明圖10的PPS 110的圖形處理單元（GPU) 115的方框圖的示例性實(shí)施 方案。每個(gè)GPU 115支持?jǐn)?shù)據(jù)并行算法的實(shí)現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，每個(gè)GPU 115提 供能夠提供兩個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)視圖的兩個(gè)視頻輸出118和119。視頻輸出中的兩個(gè)可以被傳送 至FMDD 140,給出焊接者的視野，并且第三視頻輸出例如可以被路由至ODD 150,給出焊接 者的視野或者一些其他的視野。余下的第四視頻輸出例如可以被路由至投影儀。兩個(gè)GPU 115執(zhí)行相同的焊接物理計(jì)算，但可以從相同或不同的視野呈現(xiàn)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境。GPU 115包 括統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu)（CUDA) 116和著色器117。CUDA 116是軟件開發(fā)商通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)編程 語言可使用的GPU 115的計(jì)算引擎。CUDA 116包括并行核心并且被用于運(yùn)行本文所描述的 熔池仿真的物理模型。CPU 111提供實(shí)時(shí)焊接輸入數(shù)據(jù)至GPU 115上的CUDA 116。著色器 117負(fù)責(zé)繪制并應(yīng)用全部的仿真畫面。焊道和熔池畫面由本文稍后描述的焊元移置圖的狀 態(tài)來驅(qū)動。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，物理模型以約每秒30次的速率運(yùn)行和更新。
[0072] 圖18圖示說明圖1的虛擬焊接系統(tǒng)100的功能方框圖的示例性實(shí)施方案。如 圖12所示的虛擬焊接系統(tǒng)100的各種功能塊大部分經(jīng)由運(yùn)行在PPS 110上的軟件指令和 模塊實(shí)現(xiàn)。虛擬焊接系統(tǒng)100的各種功能塊包括物理界面1201、焊炬和夾具模型1202、 環(huán)境模型1203、聲音內(nèi)容功能1204、焊接聲音1205、支架/桌臺模型1206、內(nèi)部架構(gòu)功能 1207、校準(zhǔn)功能1208、焊接試樣模型1210、焊接物理1211、內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具（調(diào)整裝置 (tweaker)) 1212、圖形使用者界面功能1213、繪圖功能1214、學(xué)員報(bào)告功能1215、呈現(xiàn)裝置 1216、焊道呈現(xiàn)1217、3D紋理1218、視覺提示功能1219、評分和公差功能1220、公差編輯器 1221以及特殊效果1222。
[0073] 內(nèi)部架構(gòu)功能1207提供虛擬焊接系統(tǒng)100的處理的更高等級的軟件運(yùn)算，包括例 如加載文件、保持信息、管理線程、啟用物理模型以及觸發(fā)菜單。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，內(nèi) 部架構(gòu)功能1207運(yùn)行在CPU 111上。針對PPS 110的特定實(shí)時(shí)輸入包括電弧位置、焊槍位 置、FMDD或頭盔位置、焊槍啟用/關(guān)閉狀態(tài)以及接觸產(chǎn)生的狀態(tài)（是/否）。
[0074] 圖形使用者界面功能1213通過ODD 150允許使用者使用物理使用者界面130的 操縱桿132設(shè)置焊接情景。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，焊接情景的設(shè)置包括選擇語言，輸入使 用者姓名，選擇實(shí)習(xí)板（即焊接試樣），選擇焊接工藝（例如FCAW、GMAW、SMAW)和相關(guān)聯(lián) 的軸向噴射、脈沖或短弧方法，選擇氣體類型和流率，選擇手工焊條的類型（例如6010或 7018)，以及選擇焊劑芯焊絲的類型（例如自保護(hù)的、氣體保護(hù)的）。焊接情景的設(shè)置還包括 選擇支架170的桌臺高度、臂高度、臂位置以及臂轉(zhuǎn)動。焊接情景的設(shè)置進(jìn)一步包括選擇環(huán) 境（例如虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的背景環(huán)境），設(shè)置焊絲送進(jìn)速度，設(shè)置電壓電平，設(shè)置安培數(shù)，選 擇極性以及啟用或關(guān)閉特定視覺提示。
[0075] 在仿真的焊接情景期間，繪圖功能1214收集使用者表現(xiàn)參數(shù)并將所述使用者表 現(xiàn)參數(shù)提供至圖形使用者界面功能1213,來以圖形格式進(jìn)行顯示（例如在ODD 150上）。來 自ST 120的追蹤信息饋入繪圖功能1214。繪圖功能1214包括簡單分析模塊（SAM)和抖動 (whip)/擺動（weave)分析模塊（WWAM)。SAM通過比較焊接參數(shù)和儲存在焊道表格中的數(shù) 據(jù)分析使用者焊接參數(shù)，所述使用者焊接參數(shù)包括焊接行進(jìn)角度、行進(jìn)速度、焊接角度、位 置以及末端到工件間隙距離。WWAM分析使用者抖動參數(shù)，包括幣狀體間隔、抖動時(shí)間以及熔 池時(shí)間。WWAM還分析使用者擺動參數(shù)，包括擺動寬度、擺動間隔以及擺動定時(shí)。SAM和WWAM 將原輸入數(shù)據(jù)（例如位置和定向數(shù)據(jù)）解釋為在功能上可使用的數(shù)據(jù)，用于進(jìn)行繪圖。針 對由SAM和WWAM分析的每個(gè)參數(shù)，公差窗口由參數(shù)限制（parameter limits)圍繞使用公 差編輯器1221輸入焊道表格的最佳或理想設(shè)定值來限定，并且評分和公差功能1220被執(zhí) 行。
[0076] 公差編輯器1221包括估計(jì)材料使用、電氣使用和焊接時(shí)間的焊接度量計(jì) (weldometer)。此外，當(dāng)特定參數(shù)超出公差時(shí),可能發(fā)生焊接不連貫（即焊接缺陷）。任何 焊接不連貫的狀態(tài)由繪圖功能1214處理并經(jīng)由圖形使用者界面功能1213以圖形格式呈 現(xiàn)。這樣的焊接不連貫包括不適當(dāng)?shù)暮缚p大小、不佳的焊道布置、凹入的焊道、過于外凸、咬 邊、多孔、未焊透、夾漁（slag entrapment)、過度填充、燒穿以及過度飛溉。根據(jù)本發(fā)明的實(shí) 施方案，不連貫的等級或量取決于特定使用者參數(shù)偏離最佳或理想的設(shè)定點(diǎn)的程度。
[0077] 不同的參數(shù)限制可以針對不同類別的使用者（例如焊接初學(xué)者、焊接專家以及在 交易展覽會中的人）被預(yù)先限定。評分和公差功能1220根據(jù)使用者接近針對特定參數(shù)的 最佳（理想）值的程度并且根據(jù)出現(xiàn)在焊接中的不連貫或缺陷的等級提供數(shù)字評分。所述 最佳值是從真實(shí)世界數(shù)據(jù)獲得的。來自評分和公差功能1220和來自繪圖功能1214的信息 可以被學(xué)員報(bào)告功能1215使用，來為指導(dǎo)人員和/或?qū)W員創(chuàng)建表現(xiàn)報(bào)告。
[0078] 虛擬焊接系統(tǒng)100能夠分析和顯示虛擬焊接活動的結(jié)果。通過分析所述結(jié)果，意 味著虛擬焊接系統(tǒng)100能夠確定在該焊接行程期間是何時(shí)以及沿焊接接縫是何處，使用者 偏離焊接工藝可接受的限定范圍。評分可以歸因于使用者的表現(xiàn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，評 分可以是在多個(gè)公差范圍上模擬焊接工具160在位置、定向和速度上的偏離的函數(shù)，這可 以從理想的焊接行程延伸到臨界的或不可接受的焊接活動。根據(jù)用于對使用者的表現(xiàn)進(jìn)行 評分的選擇，多個(gè)范圍的任何梯度均可以被包括在虛擬焊接系統(tǒng)100中。評分可以以數(shù)字 的方式或字母數(shù)字的方式來顯示。此外，使用者的表現(xiàn)可以以圖形的方式來顯示，在時(shí)間上 和/或沿焊接接縫的位置上示出所述模擬焊接工具如何接近地橫過焊接接縫。諸如行進(jìn)角 度、加工角度、速度以及離焊接接縫的距離的參數(shù)是可以被測量的內(nèi)容的例子，然而出于評 分的目的任何參數(shù)均可以被分析。所述參數(shù)的公差范圍取自真實(shí)世界的焊接數(shù)據(jù)，從而提 供關(guān)于使用者在真實(shí)世界中將會如何表現(xiàn)的準(zhǔn)確反饋。在另一實(shí)施方案中，與使用者的表 現(xiàn)對應(yīng)的缺陷的分析也可以被包括并顯示在ODD 150上。在這個(gè)實(shí)施方案中，可以描繪示 出由測量在虛擬焊接活動期間所監(jiān)控的各種參數(shù)而造成的不連貫是何種類型的圖形。盡管 "吸留（occlusions) "在ODD 150上可能不是可視的，但由于使用者的表現(xiàn)，缺陷仍可能已 經(jīng)發(fā)生，使用者的表現(xiàn)結(jié)果仍可能會相應(yīng)地被顯示（即圖形化）。
[0079] 視覺提示功能1219通過在FMDD 140和/或ODD 150上顯示覆蓋的顏色和指示標(biāo) 記，向使用者提供立即的反饋。針對焊接參數(shù)151中的每個(gè)提供視覺提示，焊接參數(shù)151包 括位置、末端到工件間隙距離、焊接角度、行進(jìn)角度、行進(jìn)速度以及電弧長度（例如針對手 工焊接），并且如果基于預(yù)先限定的限制或公差使用者的焊接技法的某些方面應(yīng)當(dāng)被調(diào)節(jié)， 則在視覺上指示所述使用者。例如，還可以針對抖動/擺動技法以及焊道"幣狀體"間隔提 供視覺提示。視覺提示可以獨(dú)立地或以任何期望的組合被設(shè)置。
[0080] 校準(zhǔn)功能1208提供使真實(shí)空間（3D參考框架）中的實(shí)物部件與虛擬現(xiàn)實(shí)空間中 的可視部件匹配的能力。通過將WC安裝到支架170的臂173上，并且利用可操作地連接到 ST 120的校準(zhǔn)筆（stylus)接觸WC預(yù)先限定的點(diǎn)（例如由WC上的三處淺凹指示的），每種 不同類型的焊接試樣（WC)在工廠中被校準(zhǔn)。ST 120讀取所述預(yù)先限定的點(diǎn)處的磁場強(qiáng)度， 提供位置信息至PPS 110,并且PPS 110使用所述位置信息來進(jìn)行所述校準(zhǔn)（即從真實(shí)世界 空間到虛擬現(xiàn)實(shí)空間的轉(zhuǎn)換）。
[0081] 任一特定類型的WC在非常嚴(yán)格的公差之內(nèi)以相同的可重復(fù)方式裝入支架170的 臂714。在一個(gè)實(shí)施例中，在臂714上試樣758和磁體710之間的距離如上面在圖2中所闡 述的是已知的距離178。因而，一旦特定WC類型被校準(zhǔn)，該WC類型無需被重復(fù)校準(zhǔn)（即特 定類型的WC的校準(zhǔn)是一次性事件）。相同類型的WC是可互換的。校準(zhǔn)確保使用者在焊接 工藝期間所感知的物理反饋匹配在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中向所述使用者顯示的內(nèi)容，使得仿真看 上去更加真實(shí)。例如，如果使用者圍繞實(shí)際WC 180的拐角滑動MWT 160的末端，所述使用 者將會在FMDD 140上看到所述末端圍繞虛擬WC的拐角滑動，就像所述使用者感覺到的所 述末端圍繞所述實(shí)際的拐角滑動那樣。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，MWT 160被放置在預(yù)先定 位的架子（jig)上并且也基于已知的架子位置被校準(zhǔn)。
[0082] 根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，提供例如在試樣的拐角上具有傳感器的"智能"試 樣。ST 120能夠追蹤"智能"焊接試樣的拐角，從而虛擬焊接系統(tǒng)100連續(xù)地知曉"智能" 焊接試樣在真實(shí)世界3D空間中的位置。根據(jù)本發(fā)明的又一可替換實(shí)施方案，提供許可密鑰 來"解鎖"焊接試樣。當(dāng)特定WC被購買時(shí)，提供許可密鑰，允許使用者將所述許可密鑰輸入 虛擬焊接系統(tǒng)1〇〇,解鎖與該WC相關(guān)聯(lián)的軟件。根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，基于部件的真 實(shí)世界CAD制圖，可以提供特殊的非標(biāo)準(zhǔn)焊接試樣。使用者甚至可以在部件于真實(shí)世界中 實(shí)際上被生成之前，能夠訓(xùn)練焊接CAD部件。
[0083] 聲音內(nèi)容功能1204和焊接聲音1205提供具體類型的焊接聲音，所述焊接聲音根 據(jù)特定焊接參數(shù)是否在公差內(nèi)或超出公差而改變。聲音根據(jù)各種焊接工藝和參數(shù)來調(diào)整。 例如，在MIG噴弧焊工藝中，當(dāng)使用者未使MWT 160正確定位時(shí)提供噼啪的聲音，而當(dāng)MWT 160被正確定位時(shí)提供撕撕的聲音。在短弧焊接工藝中，針對適當(dāng)?shù)暮附蛹挤ㄌ峁┓€(wěn)定的 僻啪聲或"油煎"聲（frying sound),而當(dāng)發(fā)生咬邊時(shí)可以提供撕撕的聲音。這些聲音模仿 (mimic)對應(yīng)于正確和錯(cuò)誤焊接技法的真實(shí)世界的聲音。
[0084] 根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案，高保真聲音內(nèi)容可以使用各種電子和機(jī)械裝置取自 實(shí)際焊接的真實(shí)世界錄音。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，所感知的聲音的音量和方向性根據(jù)使 用者的頭部（假設(shè)使用者正佩戴由ST 120追蹤的FMDD 140)相對于MWT 160和WC 180之 間的仿真的電弧的位置、定向和距離而改變。例如，聲音可以經(jīng)由頭盔900中的耳塞揚(yáng)聲器 或經(jīng)由配置在控制臺135或支架170中的揚(yáng)聲器被提供給使用者。
[0085] 提供環(huán)境模型1203來提供虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的各種背景場景（靜止的和運(yùn)動的）。 這樣的背景環(huán)境可以包括，例如室內(nèi)焊接車間、室外跑道、車庫等，并且可以包括移動的車 輛、人、鳥、云以及各種環(huán)境聲音。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，背景環(huán)境可以為交互的。例如，使 用者可以在開始焊接之前，需要審視（survey)背景區(qū)域以確保環(huán)境適于（例如安全）進(jìn)行 焊接。焊炬和夾具模型1202被提供來在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中建模各種MWT 160 (包括例如槍、 具有手工焊條的托架等）。
[0086] 試樣模型1210被提供來在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中建模各種WC 180, WC 180包括例如平 板試樣、T-接頭試樣、對接-接頭試樣、坡口焊道試樣以及管狀試樣（例如2英寸直徑的管 和6英寸直徑的管）?？商鎿Q地或附加地，焊接試樣模型可以包括多種版本，其中試樣包括 在單個(gè)形狀因素內(nèi)的一種或更多種焊接試樣類型。例如，示例性多種焊接試樣可以在單個(gè) 部件中包括T-接頭、對接-接頭以及坡口焊道。支架/桌臺模型1206被提供來在虛擬現(xiàn) 實(shí)空間中建模支架170的各種部件，T/S 170的各種部件包括如在虛擬現(xiàn)實(shí)空間所使用的 可調(diào)節(jié)的臂714、底座724以及被用來將可調(diào)節(jié)的臂耦合到底座的立柱174。物理界面模型 1201被提供來在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中建模焊接使用者界面130、控制臺135以及ODD 150的各 種部件。
[0087] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，實(shí)現(xiàn)了虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的熔池或焊池的仿真，其中所述 仿真的熔池具有實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特征。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，位于熔池仿真 的中心的是運(yùn)行在GPU 115上的焊接物理功能1211 (又叫物理模型）。焊接物理功能采用 雙移置層技術(shù)來準(zhǔn)確地建模動態(tài)流動性/粘滯性（viscosity)、凝固性、熱梯度（吸熱與散 熱）、熔池痕跡（wake)以及焊道形狀，并且本文結(jié)合圖14A-14C對此進(jìn)行更詳細(xì)的描述。
[0088] 焊接物理功能1211與焊道呈現(xiàn)功能1217連通，來表現(xiàn)焊道從熔融金屬狀態(tài)到冷 卻固化狀態(tài)之間的全部狀態(tài)。焊道呈現(xiàn)功能1217使用來自焊接物理功能1211的信息（例 如熱、流動性、移置、幣狀體間隔），來準(zhǔn)確地且逼真地以實(shí)時(shí)的方式在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中呈現(xiàn) 焊道。3D紋理功能1218將紋理圖（texture maps)提供至焊道呈現(xiàn)功能1217,來使附加的 紋理（例如焦痕（scorching)、烙漁、顆粒（grain))覆蓋到仿真的焊道上。例如，在焊接過 程中或焊接過程剛剛結(jié)束，熔渣可以被示出出現(xiàn)于焊道上并且然后被移動以露出下面的焊 道。呈現(xiàn)裝置功能1216用于使用來自特殊效果模塊1222的信息表現(xiàn)各種非熔池的具體特 征，包括火星（sparks)、飛濺（spatter)、煙塵、電弧光、煙和氣體以及特定不連貫性（例如 咬邊和多孔）。
[0089] 內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具1212是允許各種焊接物理參數(shù)針對各種焊接工藝被限定、更 新和修改的調(diào)整裝置。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具1212運(yùn)行在CPU 111上 并且調(diào)節(jié)的或更新的參數(shù)被下載到GPU 115中?？梢越?jīng)由內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具1212被調(diào)節(jié) 的參數(shù)類型包括與焊接試樣相關(guān)聯(lián)的參數(shù)、允許工藝被改變而無需重置焊接試樣（允許形 成第二焊道（pass))的工藝參數(shù)、可以被改變而不會重置整個(gè)仿真的各種全局參數(shù)以及各 種其他參數(shù)。
[0090] 圖19為使用圖1的虛擬焊接系統(tǒng)100的訓(xùn)練方法1300的實(shí)施方案的流程圖。在 步驟1310中，按照焊接技法相對于焊接試樣移動模擬焊接工具。在步驟1320中，使用虛擬 現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)在三維空間內(nèi)追蹤模擬焊接工具的位置和定向。在步驟1330中，觀看所述虛擬現(xiàn) 實(shí)焊接系統(tǒng)的顯示畫面，在仿真的模擬焊接工具通過在從所述仿真的模擬焊接工具射出的 仿真的電弧附近形成仿真的熔池，來將仿真的焊道材料堆積到所述仿真的焊接試樣的至少 一個(gè)仿真的表面上時(shí)，所述顯示畫面示出所述模擬焊接工具和所述焊接試樣在虛擬現(xiàn)實(shí)空 間中的實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真。在步驟1340中，在所述顯示畫面上觀看所述仿真的熔池的實(shí)時(shí) 熔融金屬流動性和散熱特征。在步驟1350中，響應(yīng)于觀看所述仿真的熔池的所述實(shí)時(shí)熔融 金屬流動性和散熱特征而實(shí)時(shí)地改變所述焊接技法的至少一個(gè)方面。
[0091] 方法1300圖示說明使用者如何能夠觀看虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的熔池并響應(yīng)于觀看仿 真的熔池的各種特征（包括實(shí)時(shí)熔融金屬流動性（例如粘滯性）和散熱）而改變其焊接 技法。使用者還可以觀看并響應(yīng)于其他特征，包括實(shí)時(shí)熔池痕跡和幣狀體間隔。觀看并響 應(yīng)于熔池的特征是大多數(shù)的焊接操作是如何在真實(shí)世界中實(shí)際上被執(zhí)行的。焊接物理功能 1211的雙移置層模型運(yùn)行在GPU 115上，允許這樣的實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特征被準(zhǔn) 確地建模并向使用者展示。例如，散熱確定固化時(shí)間（即焊元需要多少時(shí)間徹底地固化）。 [0092] 另外，使用者可以使用相同或不同的（例如第二）模擬焊接工具和/或焊接工藝， 在焊道材料上完成第二焊道。在這樣的第二焊道情景中，在仿真的模擬焊接工具通過在從 仿真的模擬焊接工具射出的仿真的電弧附近形成第二仿真的熔池，堆積與第一仿真的焊道 材料結(jié)合的第二仿真的焊道材料時(shí)，所述仿真示出虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的所述仿真的模擬焊接 工具、焊接試樣以及原始的仿真焊道材料?？梢砸灶愃频姆绞叫纬墒褂孟嗤虿煌暮附?工具或工藝的附加的后續(xù)焊道。根據(jù)本發(fā)明的特定實(shí)施方案，當(dāng)由先前的焊道材料、新焊道 材料以及有可能在下面的試樣材料中的任何組合在虛擬現(xiàn)實(shí)世界中形成新熔池時(shí)，在任一 第二或后續(xù)焊道中，先前的焊道材料與被堆積的新焊道材料結(jié)合?？赡苄枰@樣的后續(xù)焊 道來形成大的填角焊縫或坡口焊縫，例如可以被執(zhí)行來修復(fù)由先前的焊道形成的焊道，或 者可以包括高溫焊道（hot pass)和在管焊接中完成焊根焊道后的一個(gè)或更多個(gè)填充和蓋 面（cap)焊道。根據(jù)本發(fā)明的各種實(shí)施方案，焊道和基底材料可以包括軟鋼、不銹鋼、鋁、基 于鎳的合金或者其他材料。
[0093] 圖20A-20B根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案圖示說明焊接元（焊元）移置圖1420的概念。 圖20A示出具有平坦頂部表面1410的平坦焊接試樣（WC) 1400的側(cè)視圖。焊接試樣1400以 例如塑料部件的形式存在于真實(shí)世界中，并且還可以以仿真的焊接試樣的形式存在于虛擬 現(xiàn)實(shí)空間中。圖20B示出仿真的WC 1400的頂部表面1410的表征，所述頂部表面1410被分 解為形成焊元圖1420的焊接元（即焊元）的網(wǎng)格或陣列。每個(gè)焊元（例如，焊元1421)限 定焊接試樣的表面1410的一小部分。焊元圖限定了表面分辨率。可改變的通道（channel) 參數(shù)值被分配給每個(gè)焊元，允許每個(gè)焊元的值于仿真的焊接工藝期間，在虛擬現(xiàn)實(shí)焊縫空 間中以實(shí)時(shí)的方式動態(tài)地改變。所述可改變的通道參數(shù)值對應(yīng)于通道熔池（熔融金屬流動 性/粘滯性移置）、熱（吸熱/散熱）、移置（固體移置）、以及額外內(nèi)容（各種額外狀態(tài)， 例如熔渣、顆粒、焦痕、原始金屬（virgin metal))。本文中將這些可改變的通道稱為PHED， PHED分別對應(yīng)熔池、熱、額外內(nèi)容以及移置。
[0094] 圖20圖示說明仿真于圖1的虛擬焊接系統(tǒng)100中的圖14的平坦焊接試樣 (WC) 1400的焊接試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施方案。點(diǎn)0、Χ、Υ和Z限定局部3D焊接 試樣空間?？偟貋碚f，每種試樣類型限定從3D試樣空間到2D虛擬現(xiàn)實(shí)焊縫空間的映射。圖 20的焊元圖1420為映射到虛擬現(xiàn)實(shí)焊縫空間的值的二維矩陣。如在圖20中所示的，使用 者將從點(diǎn)Β到點(diǎn)Ε進(jìn)行焊接。在圖20中，在3D焊接試樣空間和2D焊縫空間二者中示出從 點(diǎn)Β到點(diǎn)Ε的軌跡線。
[0095] 每種類型的焊接試樣針對焊元圖中的每個(gè)位置限定移置的方向。對于圖21的平 坦焊接試樣，焊元圖（即，在Ζ方向上）中的全部位置的移置方向是相同的。為闡明所述映 射，在3D焊接試樣空間和2D焊縫空間二者中將焊元圖的紋理坐標(biāo)示為S、Τ (有時(shí)稱為U、 V)。焊元圖被映射到并且表征焊接試樣1400的矩形表面1410。
[0096] 圖22圖示說明仿真于圖1的虛擬焊接系統(tǒng)100的拐角（Τ型接頭）焊接試樣 (WC) 1600的焊接試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施方案。拐角WC 1600具有在3D焊接試 樣空間中的兩個(gè)表面1610和1620,所述兩個(gè)表面1610和1620如在圖22所示的被映射到 2D焊縫空間。同樣，點(diǎn)0、Χ、Υ和Ζ限定局部3D焊接試樣空間。為闡明所述映射，在3D焊 接試樣空間和2D焊縫空間二者中將焊元圖的紋理坐標(biāo)示為S、T。如在圖22中所示的，使用 者將從點(diǎn)B到點(diǎn)E進(jìn)行焊接。在圖22中，在3D焊接試樣空間和2D焊縫空間二者中示出從 點(diǎn)B到點(diǎn)E的軌跡線。然而，移置的方向是朝向如在3D焊接試樣空間中示出的線條X' -0'， 如圖22所示地朝向相對的拐角。
[0097] 圖23圖示說明仿真于圖1的虛擬焊接系統(tǒng)100中的管狀焊接試樣（WC) 1700的焊 接試樣空間和焊縫空間的示例性實(shí)施方案。管狀WC 1700在3D焊接試樣空間中具有彎曲 的表面1710,所述表面1710如圖23所示地被映射到2D焊縫空間。同樣，點(diǎn)0、Χ、Υ和Z限 定局部3D焊接試樣空間。為闡明所述映射，在3D焊接試樣空間和2D焊縫空間二者中將焊 元圖的紋理坐標(biāo)示為S、T。如在圖23中所示的，使用者將從點(diǎn)Β到點(diǎn)Ε沿彎曲的軌跡進(jìn)行 焊接。在圖23中，分別在3D焊接試樣空間和2D焊縫空間示出從點(diǎn)B到點(diǎn)E的軌跡曲線和 線。移置的方向遠(yuǎn)離線條Y-0(即遠(yuǎn)離管的中心）。
[0098] 以與紋理圖可以被映射到幾何結(jié)構(gòu)的矩形表面區(qū)域的類似方式，可焊接焊元圖可 以被映射到焊接試樣的矩形表面。在與圖像的每個(gè)元被稱作像元（圖像元的縮寫）相同的 意義上，可焊接圖的每個(gè)元被稱作焊元。像元包含限定顏色（例如紅色、綠色、藍(lán)色等）的 信息通道。焊元包含限定在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中可焊接表面的信息通道（例如P、H、E、D)。 [0099] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，焊元的格式被歸結(jié)為包含四個(gè)浮點(diǎn)數(shù)的通道PHED(熔 池、熱、額外內(nèi)容、移置）。額外的通道被用作儲存關(guān)于焊元的邏輯信息（例如，在所述焊元 位置是否存在任何熔渣）的一組二進(jìn)制數(shù)。熔池通道儲存針對所述焊元位置的任何液化的 金屬的移置值。移置通道儲存針對所述焊元位置的固化的金屬的移置值。熱通道儲存給出 在所述焊元位置的熱量級的值。以這種方式，焊接試樣的可焊接部分可以示出因被焊接的 焊道而產(chǎn)生的移置、因液態(tài)金屬而產(chǎn)生的閃爍的表面"熔池"、因熱而產(chǎn)生的顏色等。所有這 些效果均通過被施加到可焊接的表面的頂點(diǎn)著色器和像元著色器來實(shí)現(xiàn)。
[0100] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，使用移置圖和粒子系統(tǒng)，其中粒子可以彼此相互作用并 碰撞移置圖。所述粒子是虛擬的動態(tài)流體粒子并且提供熔池的液體行為，但不是直接地呈 現(xiàn)（即不是直接可見的）。相反，只有在所述移置圖上的粒子作用是在視覺上可見的。輸 入到焊元的熱影響鄰近粒子的運(yùn)動。涉及仿真熔池的有兩種類型的移置，這兩種類型的移 置包括邀池和簽置。邀池是"臨時(shí)的"并且僅持續(xù)于存在粒子并出現(xiàn)熱的時(shí)候。簽置是"永 久的"。籃池移置是快速變化（例如閃爍）的焊縫液態(tài)金屬并且可以被看作是在趁置的"頂 部"。粒子覆蓋虛擬表面移置圖（即焊元圖）的一部分。移置表征永久的固體金屬，所述永 久的固體金屬包括最初的基底金屬和已固化的焊道二者。
[0101] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中仿真的焊接工藝以以下方式工作：粒 子從薄型錐狀部件中的發(fā)射器（仿真的MWT 160的發(fā)射器）流出。所述粒子第一次接觸仿 真的焊接試樣的表面，其中所述表面由焊元圖限定。所述粒子彼此相互作用且與焊元圖相 互作用，并且以實(shí)時(shí)的方式累積起來。焊元越靠近發(fā)射器，則加的熱越多。熱根據(jù)與電弧點(diǎn) 的距離和熱從電弧輸入的時(shí)間量被建模。特定圖形部分（例如顏色等）是由熱驅(qū)動的。針 對足夠高溫的焊元，在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中繪制或呈現(xiàn)熔池。無論何處只要足夠熱，焊元圖液 化，導(dǎo)致針對這些焊元位置籃池移置"升起"。通過在每個(gè)焊元位置采樣"最高的"粒子來確 定籃池移置。當(dāng)發(fā)射器沿焊縫軌跡前進(jìn)時(shí)，留下的焊元位置冷卻。熱以特定速率從焊元位 置被移除。當(dāng)達(dá)到冷卻閾值時(shí)，焊元圖固化。這樣,熔池移置逐漸被轉(zhuǎn)化為移置（即固化的 焊道）。增加的移置等于去除的熔池，從而整體高度并未改變。調(diào)整或調(diào)節(jié)粒子的壽命以在 固化完成之前得以存留。被建模于虛擬焊接系統(tǒng)100中的特定粒子特性包括吸引/排斥、 速度（相對于熱）、潤濕（相對于散熱）、方向（相對于重力）。
[0102] 圖24A-24C圖示說明圖1的虛擬焊接系統(tǒng)100的雙移置（移置和粒子）熔池模型 的概念的示例性實(shí)施方案。在虛擬現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)仿真具有至少一個(gè)表面的焊接試樣。在虛擬 現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)仿真焊接試樣的表面，形成包括固體移置層和熔池移置層的雙移置層。熔池移 置層能夠改變固體移置層。
[0103] 如本文所描述的，"熔池"由焊元圖的一區(qū)域限定，其中熔池值已經(jīng)由于粒子的存 在而提高。采樣過程被表征于圖24A-24C。示出焊元圖的一具有七個(gè)鄰近焊元的區(qū)段。當(dāng) 前的狻￡值由具有給定高度的無陰影的矩形條1910表征。在圖24A中，粒子1920被示為與 當(dāng)前移置水平面碰撞的圓形無陰影的點(diǎn)并且被堆集。在圖24B中，"最高的"粒子高度1930 在每個(gè)焊元位置被采樣。在圖24C中，帶陰影的矩形1940示出由于粒子的緣故，狻￡的頂 部上已增加多少籃池。由于籃池以基于熱的特定液化率被增加，焊縫熔池高度不會立即被 置為采樣的值。盡管未在圖24A-24C中示出，使所述固化過程可視化是可能的，如籃版（帶 陰影的矩形）逐漸縮小而K無陰影的矩形）從下面逐漸增大以正好替換所述籃池。以 這種方式，實(shí)時(shí)熔融金屬流動性特征被準(zhǔn)確地仿真。當(dāng)使用者練習(xí)特定焊接工藝時(shí)，使用者 能夠在實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)空間中觀察熔池的熔融金屬流動性特征和散熱特征，并且使用該信息 來調(diào)節(jié)或保持其焊接技法。
[0104] 表征焊接試樣的表面的焊元的數(shù)目是固定的。另外，如本文所描述的，由仿真生成 來建模流動性的熔池粒子是臨時(shí)的。因而，一旦使用虛擬焊接系統(tǒng)1〇〇在仿真的焊接工藝 期間于虛擬現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)生成原始熔池，焊元加上熔池粒子的數(shù)目往往是保持相對恒定的。 這是因?yàn)樵诤附庸に嚻陂g，正在被處理的焊元的數(shù)目是固定的，并且由于熔池粒子以相似 的速率（即熔池粒子是臨時(shí)的）正被創(chuàng)建和"銷毀"，存在的且正在被處理的熔池粒子的數(shù) 目趨于保持相對恒定。因此，在仿真的焊接階段期間，PPS 110的處理負(fù)載保持相對恒定。
[0105] 根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，熔池粒子可以被生成在焊接試樣的表面中或在焊 接試樣的表面下方。在這樣的實(shí)施方案中，移置可以以相對于初始（即未被焊接的）焊接 試樣的原始表面移置為正向或負(fù)向的方式被建模。以這種方式，熔池粒子可以不僅在焊接 試樣的表面上建立，還可以熔透焊接試樣。然而，焊元的數(shù)目仍是固定的，并且被創(chuàng)建和銷 毀的熔池粒子仍是相對恒定的。
[0106] 根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，可以提供具有更多通道的焊元移置圖來建模熔池 的流動性而不是建模粒子。或者，可以建模稠密的體元圖（voxel map)而不是建模粒子。如 本文所使用的，體元（例如體積像元）是體積元，表征三維空間中規(guī)則網(wǎng)格上的值。或者， 可以只建模被采樣并且永遠(yuǎn)不會消失的粒子，而不是建模焊元圖。然而，這樣的可替換實(shí)施 方案可能不為系統(tǒng)提供相對恒定的處理負(fù)載。
[0107] 此外，根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，通過將材料移走來仿真穿透（blowthrough)或透 孔（keyhole)。例如，如果使用者在真實(shí)世界中將電弧保持在同一位置過長時(shí)間，材料將會 燃掉造成孔洞。這樣的真實(shí)世界穿透通過焊元抽選技術(shù)（decimation techniques)被仿真 于虛擬焊接系統(tǒng)100。如果由一焊元吸收的熱量被虛擬焊接系統(tǒng)100確定為太高，該焊元可 以被標(biāo)記或被指定為是被燒掉的并且以此進(jìn)行呈現(xiàn)（例如被呈現(xiàn)為孔洞）。然而，接下來， 針對特定焊接工藝（例如管焊接）可以發(fā)生焊元重建，其中在最初被燒掉后，材料被添加回 去?？傊?，虛擬焊接系統(tǒng)100仿真焊元抽選（將材料移走）和焊元重建（即將材料添加回 去）。另外，在焊根焊道焊接中移除材料的操作被適當(dāng)?shù)胤抡嬗谔摂M焊接系統(tǒng)100。
[0108] 另外，在焊根焊道焊接中移除材料的操作被適當(dāng)?shù)胤抡嬗谔摂M焊接系統(tǒng)100。例 如，在真實(shí)世界中，在進(jìn)行后續(xù)焊接行程之前，可以執(zhí)行焊根焊道的打磨。類似地，虛擬焊接 系統(tǒng)100可以仿真將材料從虛擬焊接接縫移除的打磨行程操作。要理解的是，被移除的材 料可以被建模為焊元圖上的負(fù)向移置。也就是說，移除材料的打磨焊道操作由虛擬焊接系 統(tǒng)100建模，導(dǎo)致改變的焊道輪廓。打磨行程操作的仿真可以是自動的，這也就是說，虛擬 焊接系統(tǒng)100移除一預(yù)先確定厚度的材料，所述預(yù)先確定厚度的材料可以是對應(yīng)焊根焊道 的焊道表面。
[0109] 在可替換的實(shí)施方案中，實(shí)際打磨工具或磨機(jī)（grinder)可以被仿真為通過模擬 焊接工具160或另一輸入裝置的激活而啟用或關(guān)閉。注意的是，打磨工具可以被仿真來效 仿（resemble)真實(shí)世界的磨機(jī)。在該實(shí)施方案中，使用者沿焊根焊道操縱（maneuver)打 磨工具以響應(yīng)所述打磨工具的運(yùn)動而移除材料。要理解的是，使用者可以被允許移除過多 的材料。以與上述類似的方式，如果使用者打磨掉過多的材料則可能導(dǎo)致孔洞或其他（上 述的）缺陷。再有，可以實(shí)現(xiàn)（即被編程）強(qiáng)制限位或停止，來防止使用者移除過多的材料 或在過多的材料正被移除時(shí)進(jìn)行提示。
[0110] 根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，除本文所描述的不可視的"熔池"粒子外，虛擬焊接系統(tǒng) 100還使用其他三種類型的可視粒子來表征電弧效果、火焰效果以及火星效果。這@類型的 粒子不會與任何類型的其他粒子相互作用，而僅會與移置圖相互作用。盡管這些粒子確實(shí) 與仿真的焊接表面碰撞，但它們彼此不會相互作用。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，僅有燈池粒子 會彼此相互作用?；鹦橇Ｗ拥奈锢硖卣鞅贿@樣設(shè)置，從而在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中火星粒子四處 跳竄并且被呈現(xiàn)為發(fā)光的點(diǎn)（glowing dots)。
[0111] 電弧粒子的物理特征被這樣設(shè)置，從而電弧粒子搐擊(hit)仿真的試樣表面或 焊道并且停留一段時(shí)間。電弧粒子在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中被呈現(xiàn)為較大的暗青白色點(diǎn)。采用 許多疊加的這樣的點(diǎn)來形成任一種可視圖像。最終結(jié)果是具有藍(lán)色邊緣的白色發(fā)光光環(huán) (nimbus)〇
[0112] 火焰粒子的物理特征被津樽來緩慢地向上升起?；鹧媪Ｗ颖缓?現(xiàn)為中等大小的暗 紅黃色點(diǎn)。采用許多疊加的這樣的點(diǎn)來形成任一種可視圖像。最終結(jié)果是向上升起并淡出 的（fading out)具有紅色邊緣的橙紅色火焰團(tuán)。根據(jù)本發(fā)明的其他實(shí)施方案，其他類型的 非熔池粒子可以被實(shí)現(xiàn)在虛擬焊接系統(tǒng)100中。例如，可以以與火焰粒子類似的方式建模 并仿真煙塵粒子。
[0113] 仿真的可視化過程中最后的步驟由GPU 115的著色器117所提供的頂點(diǎn)著色器和 像元著色器來處理。頂點(diǎn)著色器和像元著色器提供燈池和趁置以及由于熱而改變的表面顏 色和發(fā)射率等。如本文前面所述的PHED焊元格式中的額外（E)通道包含每個(gè)焊元處所使 用的所有額外信息。根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，額外信息包括非初始位（真=焊道，假=初始 鋼鐵）、熔渣位、咬邊值（在該焊元處咬邊的量，其中零等于無咬邊）、多孔值（在該焊元處 多孔的量，其中零等于無多孔），以及編碼焊道固化時(shí)間的所述焊道痕跡（wake)值。存在一 組與不同焊接試樣畫面相關(guān)聯(lián)的圖像映射，包括初始鋼鐵、熔渣、焊道和多孔。這些圖像映 射被用于凹凸映射和紋理映射二者中。這些圖像映射融合（blending)的量由本文所描述 的各種標(biāo)記和值來控制。
[0114] 使用1D圖像映射以及每個(gè)焊元焊道痕跡值實(shí)現(xiàn)焊道痕跡效果，所述每個(gè)焊元焊 道痕跡值編碼焊道的給定部分（a given bit)被固化的時(shí)間。一旦高溫熔池焊元位置不再 是被稱為"熔池"的足夠高溫，時(shí)間被保存在該位置并且被稱為"焊道痕跡"。最終結(jié)果是著 色器代碼能夠使用1D紋理映射來繪制"波痕（ripples)"，所述"波痕"給出刻畫（portray) 所述焊道被鋪設(shè)的方向的獨(dú)特的外觀。根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，虛擬焊接系統(tǒng)100 能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)空間內(nèi)仿真并顯示焊道，所述焊道具有當(dāng)所述仿真的熔池沿著焊縫軌跡移 動時(shí)由所述仿真的熔池的實(shí)時(shí)流動性到固化過渡造成的實(shí)時(shí)焊道痕跡特征。
[0115] 根據(jù)本發(fā)明可替換的實(shí)施方案，虛擬焊接系統(tǒng)100能夠教導(dǎo)使用者如何對焊接機(jī) 器進(jìn)行故障排解（troubleshoot)。例如，系統(tǒng)的故障排解模式可以訓(xùn)練使用者確保其正確 地（例如正確的氣體流率、連接正確的電源線等）設(shè)置所述系統(tǒng)。根據(jù)本發(fā)明另一可替換 的實(shí)施方案，虛擬焊接系統(tǒng)100能夠記錄并重放焊接過程（或者至少焊接過程的一部分， 例如N幀）。可以提供軌跡球（track ball)來滾動視頻的幀，允許使用者或者指導(dǎo)人員 評論焊接過程。還可以以可選擇的速度（例如全速、半速、四分之一速度）提供重放。根 據(jù)本發(fā)明的實(shí)施方案，可以提供分屏（split-screen)重放，例如允許在ODD 150上并排地 (side-by-side)觀看兩個(gè)焊接過程。例如出于對比的目的，"好的"焊接過程可以靠近"差 的"焊接過程被觀看。
[0116] 總而言之，公開了一種實(shí)時(shí)虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括基于可編程控制器 的子系統(tǒng)、空間追蹤器、至少一個(gè)模擬焊接工具以及至少一個(gè)顯示裝置，所述空間追蹤器可 操作地連接到所述基于可編程控制器的子系統(tǒng)，所述至少一個(gè)模擬焊接工具能夠被所述空 間追蹤器在空間上追蹤，所述至少一個(gè)顯示裝置可操作地連接到所述基于可編程控制器的 子系統(tǒng)。虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)被設(shè)計(jì)來提供便攜使用，其中緊湊的支架被用來將焊接試樣保 持在空間中，以與模擬焊接工具一起使用。模擬焊接工具包括可以耦合到多個(gè)適配器的共 同基座，其中每個(gè)適配器仿真一特定的焊接類型。以這種方式，所述系統(tǒng)能夠在虛擬現(xiàn)實(shí)空 間中仿真具有實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特征的熔池。所述系統(tǒng)還能夠在所述顯示裝置上 實(shí)時(shí)地顯示所述仿真的熔池。
[0117] 上面實(shí)施例只是圖示說明本發(fā)明各種方面的幾種可能的實(shí)施方案，其中本領(lǐng)域技 術(shù)人員根據(jù)閱讀和理解本說明書和附圖會想到等同的變更和/或修飾。特別地，相對于被 上面描述的部件（組件、設(shè)備/裝置、系統(tǒng)和電路等等）執(zhí)行的各種功能，用來描述這樣的 部件的術(shù)語（包括涉及"裝置（means)"）意圖與執(zhí)行被描述部件（例如功能上是等同的部 件）的具體功能的任何部件（例如硬件、軟件或其中的組合）相對應(yīng)，除非以其他方式被指 出，即使結(jié)構(gòu)上不等同于執(zhí)行本發(fā)明圖示說明的實(shí)現(xiàn)方式中的功能的公開結(jié)構(gòu)。此外，盡管 本發(fā)明的特定特征相對于只是幾種實(shí)現(xiàn)方式中的一個(gè)可能已被公開，當(dāng)針對任何給出的或 特定的應(yīng)用是期望的且有利時(shí)，這樣的特征可以與其他實(shí)現(xiàn)方式的一個(gè)或更多個(gè)其他特征 結(jié)合。還有，在某種程度，術(shù)語"包含（including)",包含（includes) "、"具有（having)"、 "具有（has)"、"帶有（with)"或其中的變形在詳細(xì)的說明書和/或權(quán)利要求中被使用，這樣 的術(shù)語以相似于術(shù)語"包括（comprising)"的方式意圖是包括性的。如本文所采用的，術(shù)語 "基準(zhǔn)"和"基準(zhǔn)點(diǎn)"指的是自其進(jìn)行測量的參照。
[0118] 本書面說明書使用實(shí)施例來公開本發(fā)明，包括最佳實(shí)施模式，并且也使本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員能夠?qū)嵭斜景l(fā)明，包括制作和使用任何裝置或系統(tǒng)以及執(zhí)行任何并入的方法。 本發(fā)明可取得專利權(quán)的范圍由權(quán)利要求書限定，并且可以包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其他 實(shí)施例。這樣的其他實(shí)施例意圖在權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，如果它們具有不是不同于權(quán)利要 求的書面語言的結(jié)構(gòu)要素，或者如果它們包括和權(quán)利要求書的書面語言無實(shí)質(zhì)不同的等同 結(jié)構(gòu)要素。
[0119] 參考標(biāo)號:
[0120] 100 虛擬焊接系統(tǒng) 318 接口
[0121] 110 基于可編程處理器的子系統(tǒng)400 手工焊接工具
[0122] 111 中央處理單元 410 仿真的手工焊條
[0123] 112 存儲器 422 夾持器
[0124] 114 處理器 500 可燃?xì)夂妇?br> [0125] 115 圖形處理單元 510 嘴
[0126] 116 統(tǒng)一計(jì)算設(shè)備架構(gòu) 518 接口
[0127] 117 著色器 520 按鈕
[0128] 118 視頻輸出 522 頸圈
[0129] 119 視頻輸出 600 基座
[0130] 120 空間追蹤器 610 接口
[0131] 130 焊接使用者界面 614 靠接部
[0132] 132 操縱桿 616 凹處
[0133] 140 架置于面部的顯示裝置 618 按鈕
[0134] 142 傳感器 620 本體
[0135] 146 頭盔 630 硬線線纜
[0136] 150 顯示裝置 640 緊固件
[0137] 160 模擬焊接工具 652 傳感器
[0138] 162 適配器 654 線纜
[0139] 166 基座 658 緊固件
[0140] 168 傳感器 672 葉板
[0141] 170 支架 700 支架
[0142] 172 磁體 710 磁體
[0143] 178 預(yù)定距離 714 臂
[0144] 180 焊接試樣 722 立柱
[0145] 200 系統(tǒng) 724 底座
[0146] 300 焊槍 732 柱塞
[0147] 310 嘴 738 靠接部
[0148] 312 管 758 焊接試樣
[0149] 762 銷 1217 焊道呈現(xiàn)
[0150] 764 銷 1218 3D 紋理
[0151] 766 孔 1219 視覺提示功能
[0152] 768 孔 1220 評分/公差功能
[0153] 800 模擬焊接工具 1221 公差編輯器
[0154] 810 容器 1222 特殊效果
[0155] 830 使用者界面 1300 方法
[0156] 832 選擇器 1310 步驟
[0157] 836 溫度測量裝置 1320 步驟
[0158] 838 電流測量裝置 1330 步驟
[0159] 842 電壓測量裝置 1340 步驟
[0160] 854 步驟 1350 步驟
[0161] 856 步驟 1400 平坦焊接試樣
[0162] 860 可替換的使用者界面1410 平坦頂部表面
[0163] 900 頭盔 1420 移置圖
[0164] 1201 物理界面 1421 焊元
[0165] 1202 焊炬/夾具模型 1600 焊接試樣
[0166] 1203 環(huán)境模型 1610 表面
[0167] 1204 聲音內(nèi)容功能 1620 表面
[0168] 1205 焊接聲音 1700 管焊接試樣
[0169] 1206 支架/桌臺模型 1710 彎曲的表面
[0170] 1207 內(nèi)部架構(gòu)功能 1910 矩形條
[0171] 1208 校準(zhǔn)功能 1920 粒子
[0172] 1210 焊接試樣模型 1930 粒子高度
[0173] 1211 焊接物理 1940 帶陰影的矩形
[0174] 1212 內(nèi)部物理調(diào)節(jié)工具 6010 手工焊條
[0175] 1213 使用者界面功能 7018 手工焊條
[0176] 1214 繪圖功能
[0177] 1215 學(xué)員報(bào)告功能 B 點(diǎn)
[0178] 1216 呈現(xiàn)裝置 D 信息通道
[0179] E 點(diǎn)/信息通道
[0180] Η 信息通道
[0181] 0 點(diǎn)
[0182] 0' 線
[0183] Ρ 信息通道
[0184] S 紋理坐標(biāo)
[0185] Τ 紋理坐標(biāo)
[0186] U 紋理坐標(biāo)
[0187] V 紋理坐標(biāo)
[0188] X 點(diǎn)
[0189] X' 線
[0190] Υ 點(diǎn)
[0191] Ζ 點(diǎn)
【權(quán)利要求】
1. 一種虛擬焊接系統(tǒng)（100)，所述虛擬焊接系統(tǒng)（100)包括： 基于可編程處理器的子系統(tǒng)（110); 空間追蹤器（120)，所述空間追蹤器（120)被可操作地連接到所述基于可編程處理器 的子系統(tǒng)（110); 模擬焊接工具（160)，所述模擬焊接工具（160)能夠被所述空間追蹤器（120)在空間上 追蹤，所述模擬焊接工具（160)包括， 一個(gè)或更多個(gè)適配器（162)，其中每個(gè)適配器（162)仿真一特定焊接類型的真實(shí)世界 外觀；以及 基座（166)，所述基座（166)被可移除地耦合到所述一個(gè)或更多個(gè)適配器（162)中的每 個(gè)。
2. 如權(quán)利要求1所述的虛擬焊接系統(tǒng)，還包括： 被設(shè)置在所述基座（166)內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)傳感器（168);以及 具有空間位置的磁體（172)，所述磁體（172)被所述一個(gè)或更多個(gè)傳感器（168)追蹤來 識別所述模擬焊接工具（160)到所述磁體（172)的相對位置。
3. 如權(quán)利要求2所述的虛擬焊接系統(tǒng)，還包括： 焊接試樣（180)，所述焊接試樣（180)具有至少一個(gè)表面并且仿真要被焊接的真實(shí)世 界部件，所述焊接試樣（180)被設(shè)置為離所述磁體（172) -已知距離，其中所述焊接試樣 (180)的所述至少一個(gè)表面在所述虛擬現(xiàn)實(shí)空間中被仿真為包括固體移置層和熔池移置層 的雙移置層，其中所述熔池移置層能夠改變所述固體移置層； 其中支架（170)可以被提供來以預(yù)定的空間關(guān)系支撐所述磁體（172)和所述焊接試樣 (180)。
4. 如權(quán)利要求1至3中的一項(xiàng)所述的虛擬焊接系統(tǒng)，還包括： 被使用者佩戴的頭盔（146);以及 被設(shè)置在所述頭盔（146)內(nèi)的架置于面部的顯示裝置（150)，所述架置于面部的顯示 裝置（150)顯示所述仿真的焊接熔池的實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特征，以在被顯示在所 述架置于面部的顯示裝置（150)上時(shí)為所述模擬焊接工具（160)的使用者提供實(shí)時(shí)可視反 饋，允許所述使用者響應(yīng)于所述實(shí)時(shí)可視反饋而實(shí)時(shí)地調(diào)整自己或保持焊接技法。
5. 如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其中所述頭盔（146)位置由所述空間追蹤器（120)確定 并且被傳送到所述基于可編程處理器的子系統(tǒng)（110)。
6. 如權(quán)利要求4或5所述的系統(tǒng)，還包括： 被設(shè)置在所述頭盔（146)內(nèi)的一個(gè)或更多個(gè)傳感器（168)，以追蹤所述頭盔（146)相對 于所述磁體（172)的空間位置； 其中所述傳感器優(yōu)選地是電容傳感器、壓電傳感器、紅外接近度傳感器、霍爾效應(yīng)傳感 器、渦流傳感器、電感傳感器以及超聲傳感器中的一個(gè)或更多個(gè)。
7. -種在虛擬焊接系統(tǒng)（100)內(nèi)使用的模擬焊接工具（160)，所述模擬焊接工具（160) 包括： 一個(gè)或更多個(gè)適配器（162)，每個(gè)適配器（162)仿真一特定焊接類型的物理特征；以及 基座（166)，所述基座（166)被可移除地耦合到所述一個(gè)或更多個(gè)適配器（162)中的每 個(gè)，所述基座（166)識別所述模擬焊接工具（160)相對于基準(zhǔn)位置的實(shí)時(shí)空間位置。
8. 如權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其中基準(zhǔn)點(diǎn)是焊接試樣（180)，所述焊接試樣（180)在仿 真要被焊接的真實(shí)世界部件時(shí)具有至少一個(gè)表面，所述焊接試樣（180)具有至少一個(gè)表面 并且仿真要被焊接的真實(shí)世界部件，其中所述焊接試樣（180)的所述至少一個(gè)表面在所述 虛擬現(xiàn)實(shí)空間中被仿真為包括固體移置層和熔池移置層的雙移置層，其中所述熔池移置層 能夠改變所述固體移置層。
9. 如權(quán)利要求8所述的系統(tǒng)，還包括： 磁體（172)，所述磁體（172)相對于所述焊接試樣（180)以預(yù)定的位置被設(shè)置； 其中支架（170)可以被提供，所述支架（170)固定所述磁體（172)相對于所述焊接試 樣（180)的空間位置； 其中一個(gè)或更多個(gè)傳感器（168)可以被設(shè)置在所述基座（166)內(nèi)，所述一個(gè)或更多個(gè) 傳感器確定所述基座（166)相對于所述磁體（172)的位置； 其中所述傳感器優(yōu)選地將它們的位置傳送到所述基于可編程處理器的子系統(tǒng)（110)。
10. 如權(quán)利要求7至9中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，還包括： 被設(shè)置在所述基座（166)的第一端的接口，所述接口便利與所述一個(gè)或更多個(gè)適配器 (162)中的一個(gè)的可移除的機(jī)械耦合。
11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其中所述界面包括至少一個(gè)第一機(jī)械特征，所述至少 一個(gè)第一機(jī)械特征與所述適配器（162)內(nèi)的至少一個(gè)第二機(jī)械特征互補(bǔ)，以便利每個(gè)適配 器（162)到所述基座（166)的可移除的機(jī)械耦合。
12. 如權(quán)利要求7至11中的一項(xiàng)所述的系統(tǒng)，其中所述基座（166)還包括觸發(fā)裝置，所 述觸發(fā)裝置被用來在虛擬焊接系統(tǒng)（100)內(nèi)指示有效的焊縫狀態(tài)， 其中優(yōu)選地所述觸發(fā)裝置經(jīng)由套被結(jié)合在每個(gè)適配器內(nèi)，所述套被使用者經(jīng)由所述適 配器機(jī)械地操縱來開始有效的焊縫狀態(tài)。
13. -種在虛擬焊接系統(tǒng)（100)內(nèi)使用模擬焊接工具（160)的方法，所述方法包括： 可移除地將第一適配器（162)連接到基座（166)，所述第一適配器（162)與第一焊接類 型相關(guān)聯(lián)； 從所述基座（166)移除所述第一適配器（162);以及 可移除地將第二適配器（162)連接到所述基座（166)，所述第二適配器（162)與第二焊 接類型相關(guān)聯(lián)； 其中所述基座（166)包括傳感器（168)，所述傳感器（168)確定所述模擬焊接工具 (160)相對于焊接試樣（180)的空間位置，其中所述基座（166)的位置被實(shí)時(shí)地更新到顯示 器。
14. 如權(quán)利要求13所述的方法，還包括： 磁體（172)，所述磁體（172)相對于所述焊接試樣（180)被設(shè)置在一已知位置處，其中 所述傳感器（168)確定所述磁體（172)的位置并且至少基于所述磁體（172)的所述位置計(jì) 算所述焊接試樣（180)的位置。
15. 如權(quán)利要求13或14所述的方法，還包括： 按照第一焊接技法相對于焊接試樣（180)移動具有所述第一適配器（162)的所述模擬 焊接工具（160); 使用所述虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)（100)在三維空間中追蹤具有所述第一適配器（162)的所 述模擬焊接工具（160); 觀看所述虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)（100)的顯示器，在所述仿真的具有所述第一適配器 (162)的模擬焊接工具（160)通過在從具有所述第一適配器（162)的所述模擬焊接工具 (160)發(fā)射出的仿真的電弧附近形成仿真的焊接熔池而將第一仿真的焊道材料熔敷到所述 仿真的焊接試樣（180)的至少一個(gè)仿真的表面上時(shí)，所述顯示器示出具有所述第一適配器 (162)的所述模擬焊接工具（160)以及所述焊接試樣（180)在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的實(shí)時(shí)虛擬 現(xiàn)實(shí)仿真； 在所述顯示器上觀看所述第一仿真的焊接熔池的第一實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特 征；以及 響應(yīng)于觀看所述第一仿真的焊接熔池的所述第一實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特征而 實(shí)時(shí)地改變所述第一焊接技法的至少一個(gè)方面， 并且優(yōu)選地還包括： 按照第二焊接技法相對于焊接試樣（180)移動具有所述第二適配器（162)的所述模擬 焊接工具（160); 使用所述虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)（100)在三維空間中追蹤具有所述第二適配器（162)的所 述模擬焊接工具（160); 觀看所述虛擬現(xiàn)實(shí)焊接系統(tǒng)（100)的顯示器，在所述仿真的具有所述第二適配器 (162)的模擬焊接工具（160)通過在從所述仿真的和所述第二適配器（162)模擬焊接工具 (160)發(fā)射出的仿真的電弧附近形成仿真的焊接熔池而將第二仿真的焊道材料熔敷到所述 仿真的焊接試樣（180)的至少一個(gè)仿真的表面上時(shí)，所述顯示器示出具有所述第二適配器 (162)的所述模擬焊接工具（160)以及所述焊接試樣（180)在虛擬現(xiàn)實(shí)空間中的實(shí)時(shí)虛擬 現(xiàn)實(shí)仿真； 在所述顯示器上觀看所述第二仿真的焊接熔池的第二實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特 征；以及 響應(yīng)于觀看所述第二仿真的焊接熔池的所述第二實(shí)時(shí)熔融金屬流動性和散熱特征而 實(shí)時(shí)地改變所述第二焊接技法的至少一個(gè)方面。
【文檔編號】G09B19/24GK104221069SQ201380017661
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2013年2月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年2月2日
【發(fā)明者】M·A·金迪格, J·利奇, A·阿代蒂安德拉, D·波斯?fàn)査柬f特, M·A·貝內(nèi)特 申請人:林肯環(huán)球股份有限公司