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1、10申请公布号CN104221069A43申请公布日20141217CN104221069A21申请号201380017661922申请日2013020113/364,48920120202USG09B19/2420060171申请人林肯环球股份有限公司地址美国加利福尼亚州72发明人MA金迪格J利奇A阿代蒂安德拉D波斯尔思韦特MA贝内特74专利代理机构北京嘉和天工知识产权代理事务所普通合伙11269代理人严慎54发明名称虚拟焊接系统57摘要本书面说明书使用实施例来公开本发明，包括最佳实施模式，并且也使本领域普通技术人员能够实行本发明，包括制作和使用任何装置或系统以及执行任何并入的方法。本发明可。
2、取得专利权的范围由权利要求书限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他实施例。这样的其他实施例意图在权利要求书的范围内，如果它们具有不是不同于权利要求的书面语言的结构要素，或者如果它们包括和权利要求书的书面语言无实质不同的等同结构要素。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014092886PCT国际申请的申请数据PCT/IB2013/0001292013020187PCT国际申请的公布数据WO2013/114189EN2013080851INTCL权利要求书3页说明书19页附图20页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书3页说明书19页附图20页10申请公布号C。
3、N104221069ACN104221069A1/3页21一种虚拟焊接系统100，所述虚拟焊接系统100包括基于可编程处理器的子系统110；空间追踪器120，所述空间追踪器120被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统110；模拟焊接工具160，所述模拟焊接工具160能够被所述空间追踪器120在空间上追踪，所述模拟焊接工具160包括，一个或更多个适配器162，其中每个适配器162仿真一特定焊接类型的真实世界外观；以及基座166，所述基座166被可移除地耦合到所述一个或更多个适配器162中的每个。2如权利要求1所述的虚拟焊接系统，还包括被设置在所述基座166内的一个或更多个传感器168；以及。
4、具有空间位置的磁体172，所述磁体172被所述一个或更多个传感器168追踪来识别所述模拟焊接工具160到所述磁体172的相对位置。3如权利要求2所述的虚拟焊接系统，还包括焊接试样180，所述焊接试样180具有至少一个表面并且仿真要被焊接的真实世界部件，所述焊接试样180被设置为离所述磁体172一已知距离，其中所述焊接试样180的所述至少一个表面在所述虚拟现实空间中被仿真为包括固体移置层和熔池移置层的双移置层，其中所述熔池移置层能够改变所述固体移置层；其中支架170可以被提供来以预定的空间关系支撑所述磁体172和所述焊接试样180。4如权利要求1至3中的一项所述的虚拟焊接系统，还包括被使用者佩戴。
5、的头盔146；以及被设置在所述头盔146内的架置于面部的显示装置150，所述架置于面部的显示装置150显示所述仿真的焊接熔池的实时熔融金属流动性和散热特征，以在被显示在所述架置于面部的显示装置150上时为所述模拟焊接工具160的使用者提供实时可视反馈，允许所述使用者响应于所述实时可视反馈而实时地调整自己或保持焊接技法。5如权利要求4所述的系统，其中所述头盔146位置由所述空间追踪器120确定并且被传送到所述基于可编程处理器的子系统110。6如权利要求4或5所述的系统，还包括被设置在所述头盔146内的一个或更多个传感器168，以追踪所述头盔146相对于所述磁体172的空间位置；其中所述传感器优选。
6、地是电容传感器、压电传感器、红外接近度传感器、霍尔效应传感器、涡流传感器、电感传感器以及超声传感器中的一个或更多个。7一种在虚拟焊接系统100内使用的模拟焊接工具160，所述模拟焊接工具160包括一个或更多个适配器162，每个适配器162仿真一特定焊接类型的物理特征；以及基座166，所述基座166被可移除地耦合到所述一个或更多个适配器162中的每个，所述基座166识别所述模拟焊接工具160相对于基准位置的实时空间位置。权利要求书CN104221069A2/3页38如权利要求7所述的系统，其中基准点是焊接试样180，所述焊接试样180在仿真要被焊接的真实世界部件时具有至少一个表面，所述焊接试样1。
7、80具有至少一个表面并且仿真要被焊接的真实世界部件，其中所述焊接试样180的所述至少一个表面在所述虚拟现实空间中被仿真为包括固体移置层和熔池移置层的双移置层，其中所述熔池移置层能够改变所述固体移置层。9如权利要求8所述的系统，还包括磁体172，所述磁体172相对于所述焊接试样180以预定的位置被设置；其中支架170可以被提供，所述支架170固定所述磁体172相对于所述焊接试样180的空间位置；其中一个或更多个传感器168可以被设置在所述基座166内，所述一个或更多个传感器确定所述基座166相对于所述磁体172的位置；其中所述传感器优选地将它们的位置传送到所述基于可编程处理器的子系统110。10。
8、如权利要求7至9中的一项所述的系统，还包括被设置在所述基座166的第一端的接口，所述接口便利与所述一个或更多个适配器162中的一个的可移除的机械耦合。11如权利要求10所述的系统，其中所述界面包括至少一个第一机械特征，所述至少一个第一机械特征与所述适配器162内的至少一个第二机械特征互补，以便利每个适配器162到所述基座166的可移除的机械耦合。12如权利要求7至11中的一项所述的系统，其中所述基座166还包括触发装置，所述触发装置被用来在虚拟焊接系统100内指示有效的焊缝状态，其中优选地所述触发装置经由套被结合在每个适配器内，所述套被使用者经由所述适配器机械地操纵来开始有效的焊缝状态。13一。
9、种在虚拟焊接系统100内使用模拟焊接工具160的方法，所述方法包括可移除地将第一适配器162连接到基座166，所述第一适配器162与第一焊接类型相关联；从所述基座166移除所述第一适配器162；以及可移除地将第二适配器162连接到所述基座166，所述第二适配器162与第二焊接类型相关联；其中所述基座166包括传感器168，所述传感器168确定所述模拟焊接工具160相对于焊接试样180的空间位置，其中所述基座166的位置被实时地更新到显示器。14如权利要求13所述的方法，还包括磁体172，所述磁体172相对于所述焊接试样180被设置在一已知位置处，其中所述传感器168确定所述磁体172的位置并且。
10、至少基于所述磁体172的所述位置计算所述焊接试样180的位置。15如权利要求13或14所述的方法，还包括按照第一焊接技法相对于焊接试样180移动具有所述第一适配器162的所述模拟焊接工具160；使用所述虚拟现实焊接系统100在三维空间中追踪具有所述第一适配器162的所权利要求书CN104221069A3/3页4述模拟焊接工具160；观看所述虚拟现实焊接系统100的显示器，在所述仿真的具有所述第一适配器162的模拟焊接工具160通过在从具有所述第一适配器162的所述模拟焊接工具160发射出的仿真的电弧附近形成仿真的焊接熔池而将第一仿真的焊道材料熔敷到所述仿真的焊接试样180的至少一个仿真的表面上。
11、时，所述显示器示出具有所述第一适配器162的所述模拟焊接工具160以及所述焊接试样180在虚拟现实空间中的实时虚拟现实仿真；在所述显示器上观看所述第一仿真的焊接熔池的第一实时熔融金属流动性和散热特征；以及响应于观看所述第一仿真的焊接熔池的所述第一实时熔融金属流动性和散热特征而实时地改变所述第一焊接技法的至少一个方面，并且优选地还包括按照第二焊接技法相对于焊接试样180移动具有所述第二适配器162的所述模拟焊接工具160；使用所述虚拟现实焊接系统100在三维空间中追踪具有所述第二适配器162的所述模拟焊接工具160；观看所述虚拟现实焊接系统100的显示器，在所述仿真的具有所述第二适配器162的模。
12、拟焊接工具160通过在从所述仿真的和所述第二适配器162模拟焊接工具160发射出的仿真的电弧附近形成仿真的焊接熔池而将第二仿真的焊道材料熔敷到所述仿真的焊接试样180的至少一个仿真的表面上时，所述显示器示出具有所述第二适配器162的所述模拟焊接工具160以及所述焊接试样180在虚拟现实空间中的实时虚拟现实仿真；在所述显示器上观看所述第二仿真的焊接熔池的第二实时熔融金属流动性和散热特征；以及响应于观看所述第二仿真的焊接熔池的所述第二实时熔融金属流动性和散热特征而实时地改变所述第二焊接技法的至少一个方面。权利要求书CN104221069A1/19页5虚拟焊接系统0001相关申请的交叉引用本申请是2。
13、009年7月10日递交的美国专利申请序号为NO12/501,257的部分继续申请。0002背景技术领域0003本公开涉及虚拟现实仿真，并且更具体地，涉及用于在仿真的虚拟现实环境或增强现实环境下提供弧焊训练的系统和方法。0004技术讨论0005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。
14、真往往被限于其训练重点FOCUS。0006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PUDDLE而不是仅通过肌肉记忆来学习焊接。0007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发明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。发明内容0008在本发明的一个方。
15、面中，虚拟焊接系统包括基于可编程处理器的子系统和被可操作地连接到基于可编程处理器的子系统的空间追踪器。模拟焊接工具被采用，所述模拟焊接工具能够被空间追踪器在空间上追踪。模拟焊接工具包括一个或更多个适配器，其中每个适配器仿真一特定焊接类型WELDTYPE的真实世界外观。基座被可移除地耦合到一个或更多个适配器中的每个。0009在本发明的另一个方面中，模拟焊接工具在虚拟焊接系统内被使用。一个或更多个适配器被采用，其中每个适配器仿真一特定焊接类型的物理特征。基座被可移除地耦合到一个或更多个适配器中的每个，基座识别模拟焊接工具相对于基准位置的实时空间位置。0010进一步地，采用一种方法来在虚拟焊接系统内。
16、使用模拟焊接工具。第一适配器被可移除地连接到基座，第一适配器与第一焊接类型相关联。第一适配器从基座被移除，其中第二适配器被可移除地连接到基座，第二适配器与第二焊接类型相关联。多种适配器类型和共同基座的使用便利便携式虚拟焊接系统的使用，所述便携式虚拟焊接系统可以在基本说明书CN104221069A2/19页6上任何移动的MOBILE位置被采用。0011本简要说明被提供来以简化的形式介绍构思的选择，所述构思在本文被进一步描述。本简要说明不意图限定所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不意图被用来限制所要求保护的主题的范围。另外，所要求保护的主题不限于解决记载在本公开的任何部分中的任何或所有缺点的。
17、实现方式。本发明的进一步实施方案、方面和优点从说明书、附图和权利要求书中是可推断的。0012附图简要说明0013参考附图，其中如在下面说明书中更详细描述的，特定的实施方案及本发明进一步的优点被图示说明，在附图中0014图1是包括具有基座的可互换的模拟焊接工具的虚拟焊接系统的方框图，所述基座可以连接到多个适配器中的每个；0015图2是图1中所阐述的系统的一个实现方式；0016图3是可移除地耦合到基座的GMAW适配器的示例性侧向平面图；0017图4是可移除地耦合到基座的手工焊工具适配器的示例性透视图；0018图5是可移除地耦合到基座的可燃气OXYFUEL适配器的示例性透视图；0019图6是可以与图。
18、3、图4和图5中所阐述的适配器连接的基座的透视图；0020图7是图6中所描述的基座的剖开透视图；0021图8A是包括基座和手工焊工具适配器的装配好的模拟焊接工具的透视图；0022图8B是包括基座和手工焊工具适配器的分解的模拟焊接工具的透视图；0023图9是被用来将焊接试样和磁体保持在已知的空间位置中的支架的透视图；0024图10是图示说明以可替换的、紧凑的位置来将焊接试样和磁体保持在已知的空间位置中的图9的支架的透视图；0025图11是图示说明包括来运输和操作移动虚拟焊接系统的部件的成套件的组件视图；0026图12是图示说明来与虚拟焊接系统通信的使用者界面的前立面视图；0027图13是图示说明。
19、来与虚拟焊接系统通信的可替换的使用者界面的前立面视图；0028图14是可以被使用者在虚拟焊接系统内使用的头盔的透视图；0029图15是安装在焊接头盔内的FMDD的后向透视图，所述焊接头盔在虚拟焊接系统内被使用；0030图16是图1中所示出的基于可编程处理器的子系统PPS的子系统方框图的示例性实施方案的流程图；0031图17是图16的PPS的图形处理单元的方框图的示例性实施方案的流程图；0032图18是图1的系统的功能方框图的示例性实施方案的流程图；0033图19是使用图1的虚拟现实训练系统的训练方法的实施方案的流程图；0034图20是根据本发明的实施方案示出焊接像元WELDINGPIXEL焊元。
20、WEXEL移置图DISPLACEMENTMAP的正视图；0035图21是在图1的系统中仿真的平坦焊接试样的试样空间COUPONSPACE和对应的XY焊缝空间WELDSPACE的透视图；0036图22是在图1的系统中仿真的拐角T型接头焊接试样的拐角和对应的TS焊说明书CN104221069A3/19页7缝空间的透视图；0037图23是在图1的系统中仿真的管焊接试样的管试样和对应的TS焊缝空间的透视图；以及0038图24A24C是图示说明图1的系统的双移置熔池的概念的正视图。0039详细描述0040现在参照附图，本发明的一些实施方案或实现方式在下文中结合附图被描述，其中相似的参考标号在通篇中被用来。
21、指示相似的元素。本实施方案指的是虚拟焊接系统，所述虚拟焊接系统采用模拟焊接工具，所述模拟焊接工具具有基座来接纳多个适配器，其中每个适配器仿真不同的焊接类型。适配器可以具有共同的尺寸，以在被期望时允许与基座无缝的可移除的耦合。尽管在各种示例性虚拟焊接系统的背景下在下文中被图示说明和描述，本发明不限于所图示说明的实施例。0041更具体地，本主题的实施方案涉及虚拟现实焊接系统，所述虚拟现实焊接系统包括基于可编程处理器的子系统、被可操作地连接到基于可编程处理器的子系统的空间追踪器、能够被空间追踪器在空间上追踪的至少一个模拟焊接工具，以及被可操作地连接到基于可编程处理器的子系统的至少一个显示装置。为了提。
22、供附加的灵活性，模拟焊接工具包括基座和多个适配器，其中每个适配器被用来仿真不同的焊接类型。例如，第一适配器可以仿真GMAW焊接，第二适配器可以仿真SMAW焊接，第三适配器可以仿真可燃气焊接等等。可替换地或此外，工具可以被用来仿真切割装置，例如可燃气或其他切割炬。适配器可以都具有标准化的尺寸来提供便携使用，紧凑的支架被用来将焊接试样保持在空间中，以与模拟焊接工具一起使用。以这种方式，系统能够在虚拟现实空间中仿真多种焊接类型，其中焊接熔池具有与每种焊接类型相应的实时熔融金属流动性和散热特征。0042当被显示时，所述仿真的熔池的实时熔融金属流动性和散热特征提供实时可视反馈给所述模拟焊接工具的使用者，。
23、允许所述使用者响应于所述实时可视反馈而实时地调节或保持焊接技法。所显示的熔池是基于使用者的焊接技法和所选择的焊接工艺与参数而将会被形成于真实世界中的熔池的表征。通过观看熔池例如形状、颜色、熔渣、大小，使用者可以修正其技法来进行良好的焊接并确定被完成的焊接类型。所述熔池的形状响应于模拟焊接工具的运动。如本文所使用的，术语“实时”意指以与使用者在真实世界的焊接情景下将会感知和体验的相同的方式，在仿真的环境下及时感知和体验。此外，所述熔池响应于包括重力的物理环境的作用，允许使用者以各种位置包括水平、垂直和仰焊OVERHEADWELDING和各种管焊接角度逼真地练习焊接。0043现在参见附图，其中所示。
24、出的内容是为了图示说明示例性实施方案的目的，图1为系统100的系统方框图，系统100在实时虚拟现实环境下提供弧焊训练。虚拟焊接系统100包括基于可编程处理器的子系统PPS110。虚拟焊接系统100进一步包括可操作地连接到PPS110的空间追踪器ST120。虚拟焊接系统100还包括可操作地连接到PPS110的物理焊接使用者界面WUI130，以及可操作地连接到PPS110和ST120的架置于面部的显示装置FMDD140。虚拟焊接系统100还包括可操作地连接到PPS110的观察者显示装置ODD150。虚拟焊接系统100还包括可操作地连接到ST120和PPS110的至少一个模拟焊接工具MWT160。虚。
25、拟焊接系统100还包括支架170，以及能够被附接到支架170的至少一个焊接试样WC180。MWT160可以包括耦合到一个或更多个适配器未示出的说明书CN104221069A4/19页8基座未示出，以仿真多种不同的焊接类型。0044图2图示说明系统200，所述系统200图示说明图1中所阐述的系统的一种实现方式。FMDD140被用来为使用者显示仿真的虚拟环境来可视地体验焊接。为了提供这种仿真环境的精确呈现RENDERING，FMDD140与PPS110通信来接收并且发送关于系统200中的FMDD140的空间位置的数据。可以利用已知的有线和/或无线技术包括蓝牙、无线以太网等等来便利通信。为获得空间位。
26、置数据，一个或更多个传感器142被设置在FMDD140内和/或邻近FMDD140。依次地，传感器142相对于系统200内的特定的基准例如磁体172来评估空间位置。磁体172可以位于已知的基准点并且被设置为相对于焊接试样180的一预定的距离178。这个预定的距离178可以通过利用与支架170相关联的形状因素、模板或预配置的结构来保持。因此，传感器142相对于磁体172的移动可以固有地提供FMDD140相对于支架170内的焊接试样180的位置数据。传感器142可以无线地通信来识别相对于磁体的位置，利用已知的通信协议来实时地更新FMDD140以与使用者的动作一致。0045系统200还包括MWT160。
27、，所述MWT160包括被耦合到基座166的适配器162。将理解的是，适配器162仅是代表多个适配器中的一个，每个适配器仿真特定的焊接类型。适配器162被可移除地耦合到基座166，以允许一个适配器作为另一个的替代的移除和置换。可移除的耦合可以利用凸耳、凹处、滑块、按钮等等来完成，以允许使用者按下、扭转或以其他方式机械地改变适配器162和/或基座166。为了精确地仿真特定的焊接类型，每个适配器162被确定尺寸来表征真实世界的等同装置，所述等同装置将被用于执行实际的焊接操作。一旦特定的适配器被耦合到基座，使用者可以在使用中输入适配器的类型，以允许PPS加载并且执行与其相关联的适当的指令集。以这种方式。
28、，与每个适配器类型相应的精确呈现被显示在FMDD140上。0046一个或更多个传感器168可以被设置在基座166内或邻近基座166。与FMDD140一样，传感器168可以无线的方式确定关于支架170上的磁体172的空间位置。以这种方式，以组合方式的适配器162和基座166相对于磁体172固有地具有已知的位置和空间，因为适配器162和基座166二者的尺寸是预先确定的。为了确保系统200被正确地校准来接纳每个适配器162，使用者可以例如经由WUI130与PPS110界面连接，以指示一特定的适配器当前在使用中。一旦形成这样的指示，PPS110可以从存储器112检索查找表，所述存储器112包含规则集，。
29、以在使用者通过FMDD140体验时正确地呈现仿真的环境。0047在实施方案中，PPS110是可操作来执行所公开的体系结构的计算机。为了对本发明的各种方面提供附加背景，下面的讨论意图提供适合的计算环境的简洁、一般的描述，在该适合的计算环境中本发明的各种方面可以被实现。PPS110可以采用计算机可执行的指令，该指令可以在一台或更多台计算机上运行，该指令结合其他程序模块和/或作为硬件和软件的结合来实现。一般地，程序模块包括例程、程序、部件和数据结构等，所述程序模块执行特定的任务或实现特定的抽象数据类型。例如，这样的程序和计算机可执行的指令可以经由机器人使用各种机器控制范例来处理。0048而且，本领域。
30、技术人员将意识到发明方法可以用其他计算机系统配置来实施,包括单处理器或多处理器计算机系统、微型计算机、大型计算机和个人计算机、手持式计算装置、基于微处理器的或可编程的消费性电子产品等等，它们中的每个可以被可操作地耦合到一个或更多个相关联的装置。本发明的图示说明的方面也可以在分布式的计算环境被实说明书CN104221069A5/19页9施，在该分布式的计算环境中，特定的任务由通过通信网络被链接的远程处理装置执行。在分布式的计算环境中，程序模块可以位于本地和远程存储器储存装置两者。0049PPS110可以利用示例性环境来实现包括计算机的发明的各种方面，其中为了通信目的该计算机包括处理器114、存储。
31、器112和系统总线。系统总线将系统部件包括但不限于存储器112耦合到处理器114。处理器114可以是任何各种商业上可获得的处理器。双微处理器和其他多处理器体系结构也可以作为处理器114被采用。0050系统总线可以是若干总线结构类型中的任何一种，包括使用任何种类商业上可获得的总线体系结构的存储器总线或存储控制器、外围总线和本地总线。存储器112可以包括只读存储器ROM和随机存取存储器RAM。基本输入/输出系统BIOS被储存在ROM，该基本输入/输出系统BIOS包括基本例程，该基本例程有助于在PPS110内的元件之间传递信息，例如在启动阶段。0051PPS110还可以包括硬盘驱动器、磁盘驱动器以及。
32、光盘驱动器，该磁盘驱动器例如从可移动磁盘读取或写入可移动磁盘，该光盘驱动器例如用来读取COROM磁盘或者从其他光介质读取或写入其他光介质。PPS110可以包括计算机可读介质的至少某种形式。计算机可读介质可以是可被计算机访问的任何可获得的介质。通过实施例的方式而不是限制，计算机可读介质可以包括计算机储存介质和通信介质。计算机储存介质包括以任何方法或技术实现来用于信息例如，计算机可读指令、数据结构、程序模块或其他数据储存的易失的和非易失的，可移动的和非可移动的介质。计算机储存介质包括，但不限于，RAM、ROM、EEPROM、闪存或其他存储技术、CDROM、数字多功能磁盘DVD或其他磁性储存装置，或。
33、者可以被用来储存所需信息并且可以被PPS110访问的其他媒介。0052通信介质典型地包含计算机可读指令、数据结构、程序模块或在被调制的数据信号中的其他数据例如载波或其他传输机制，并且包括任何信息递送介质。术语“被调制的数据信号”意思是具有以这样的方式为了在信号中编码信息而设置或改变的其特性中的一个或更多个的信号。通过实施例的方式而不是限制，通信介质包括有线介质例如有线网或直接有线连接，以及无线介质例如声音的ACOUSTIC、RF、红外的介质和其他无线介质。任何上面的结合也应该被包括在计算机可读介质的范围内。0053大量程序模块可以被储存在驱动器和RAM中，包括操作系统、一个或更多个应用程序、其。
34、他程序模块和程序数据。在PPS110的操作系统可以是任何大量商业上可获得的操作系统。0054此外，使用者可以通过键盘和指向装置例如鼠标将命令和信息输入计算机。其他输入装置可以包括传声器、IR远程控制、轨迹球、笔输入装置、控制杆、游戏板、数字化板、卫星碟和扫描仪等等。这些或其他输入装置通常由被耦合到系统总线的串行端口接口连接到处理器，但是可以由其他接口连接，例如并行端口、游戏端口、通用串行总线“USB”、IR接口和/或各种无线技术。监视器未示出或显示装置的其他类型也可以经由接口例如视频适配器连接到系统总线。可视化输出也可以由远程显示网络协议例如远程桌面协议、VNC和X窗口系统等完成。除了可视化输。
35、出，计算机典型地包括其他外围输出装置，例如扬声器和打印机等。0055显示器例如ODD150和WUI130可以与PPS110一起使用来呈现电子地从处理器接收的数据。例如，显示器可以是LCD、等离子体和CRT等的监视器，该监视器电子地说明书CN104221069A6/19页10呈现数据。可替换地或此外，显示器可以以硬复制格式例如打印机、传真机和绘图仪等呈现接收的数据。显示器可以以任何颜色呈现数据并且可以经由任何无线或硬连线协议和/或标准从PPS110接收数据。在实施方案中，WUI130是触摸屏，所述触摸屏允许使用者与PPS110界面连接，例如复核来自一个或更多个之前仿真的焊接数据。使用者还可以通过。
36、各种数据范例操纵来识别关于特定分析例如焊接质量的信息，其中这样的数据针对一个或更多个基准被评估，用于储存或其他比较。0056计算机可以在使用到一个或更多个远程计算机例如远程计算机一个或多个的逻辑和/或物理连接的网络环境中操作。远程计算机一个或多个可以是工作站、服务器计算机、路由器、个人计算机、基于娱乐工具的微处理器、对等PEER装置或普通网络节点，并且典型地包括相对于计算机描述的部件中的许多或所有。描述的逻辑连接包括局域网LAN和广域网WAN。这样的网络化环境在办公室、企业范围的计算机网络、企业内部网和互联网是常见的。0057当被用在LAN网络化环境时，计算机由网络接口或适配器连接到本地网络。。
37、当被用在WAN网络化环境时，计算机典型地包括调制解调器，或者被连接到LAN上的通信服务器，或者具有用于在WAN例如互联网上建立通信的其他装置。在网络环境中，关于计算机描述的程序模块或其中的部分可以被储存在远程存储器储存装置。将理解的是，本文描述的网路连接是示例性的并且在计算机间建立通信链接的其他装置可以被使用。0058图3图5图示说明适配器162的非限制性的示例性实施方案，其中图3示出作为GMAW焊枪300的适配器162；图4示出作为手工焊接工具400的适配器162；并且图5示出作为可燃气炬500的适配器162。尽管在本文适配器被描述为具有多个不同的部件，将理解的是，适配器的单一和多部件的实施。
38、方案被考虑在本发明的范围内。首先转到图3，GMAW焊枪300包括嘴310，所述嘴310经由管312连接到接口INTERFACE318。焊枪300可以具有与如在真实世界应用中所使用的GMAW焊枪基本上相同的重量和尺寸。焊枪300内的每个部件的尺寸可以是已知的值，所述尺寸可以被用来在考虑到焊接试样180和磁体172的情况下校准焊枪。接口318可以包括一个或更多个机械特征来允许适配器300到基座的可移除的耦合。0059图4图示说明用于板焊接和管焊接的手工焊接工具400，并且包括夹持器422和仿真的手工焊条410。在实施方案中，仿真的手工焊条410可以包括触觉型TACTILELY阻力末端，以仿真发生在。
39、例如真实世界的管焊接中的焊根焊道ROOTPASS焊接过程期间或者焊接平板时的阻力反馈。如果使用者过于背离焊根移动仿真的手工焊条162，则使用者将能够感觉或感知到较低的阻力，从而获得用于调节或保持当前焊接工艺的反馈。接口418允许手工焊接工具400到基座的可移除的耦合。0060图5图示说明包括嘴510和接口518的可燃气适配器500，所述接口518允许可燃气适配器500到基座的可移除的耦合。在这个实施方案中，接口518包括颈圈522，所述颈圈522可以围绕基座的直径被固定。按钮520可以包括突出部或其他特征来与基座上的互补特征例如凹处机械地连接。以这种方式，适配器500可以根据按钮是否被按下或以。
40、其他方式操纵而“锁”到基座。在其他实施方案中，可燃气适配器可以被用来表征切割炬，所述切割炬被用来切割金属物体。在这个实施方案中，切割炬被显示在虚拟焊接系统内如同它在真实世界的应用中操作一样。例如，PPS110可以加载和执行代码，所述代码代表切说明书CN104221069A107/19页11割炬应用，而不是焊炬。0061根据本发明的其他实施方案，其他模拟焊接工具也是可能的，包括例如仿真手持半自动焊枪的MWT，所述MWT具有被送进通过所述枪的焊丝焊条。另外，根据本发明的其他特定实施方案，即使在虚拟焊接系统100中工具不会用于实际上创建真实的电弧，真实的焊接工具可以用作MWT160来更好地仿真使用者。
41、手中的所述工具的实际感觉。再者，可以提供仿真的打磨工具GRINDINGTOOL用来在虚拟焊接系统100的仿真的打磨模式下使用。类似地，可以提供仿真的切割工具，用来在虚拟焊接系统100的仿真的切割模式下使用。另外，可以提供仿真的气体保护钨极弧焊GTAW焊炬或填充物材料，用来在虚拟焊接系统100中使用。0062图6图示说明基座600，所述基座600被用来接口连接一个或更多个适配器，例如GMAW焊枪300、手工焊接工具400和可燃气适配器500。基座600包括本体620，所述本体620可以容纳一个或更多个电子部件，例如本文所描述的传感器168。在实施方案中，本体620由两个半部分组成，所述两个半部分。
42、经由紧固件640如，例如螺钉、螺栓、铆钉等等保持在一起。硬线线缆630从本体620延伸以便利基座600和PPS110的通信。0063接口610包括在接口610的相对侧上的靠接部LANDING614和被设置在所述靠接部中的凹处616。靠接部和凹处组合可以在示例性适配器300，400，500的接口内用作互补部件的可移除的互锁结构。然而，基本上任何的机械接口被考虑来便利适配器到基座600的有效移除和置换。被设置在突出部636内的按钮618可以被用来指示当按钮618被按下时使用者是在有效的焊接模式。至少参照适配器400，互补形状因素可以被包括在适配器中来配合作为按钮618之上的套，其中使用者可以经由适。
43、配器上的形状因素特征按下按钮。出于这个目的，适配器形状因素可以仿真真实世界的触发装置或者类似的装置来给予使用者对于焊接操作的真实世界的外观和感觉。0064图7是基座600的剖开透视图，以展现设置在基座600内的传感器652。传感器652经由线缆654与一个或更多个不同部件例如PPS110通信，并且以预定的位置被设置在基座600内并且经由紧固件658被保持在适当位置。叶板672贯穿本体620为基座600提供结构支撑。在实施方案中，传感器652利用已知的非接触技术，例如电容传感器、压电传感器、涡流传感器、电感传感器、超声传感器、霍尔效应传感器和/或红外接近度传感器技术。这样的技术可以被用于本文所描。
44、述的其他传感器，包括分别在头盔146和基座166中使用的传感器142和168。图8图示说明模拟焊接工具800，其中适配器400被可移除地耦合到基座600，用来在虚拟焊接系统100内使用。0065图9图示说明支架700，所述支架700被用来在空间中将焊接试样758设置在相对于磁体710的一已知位置。支架700包括经由立柱722耦合在一起的臂714和底座724。在实施方案中，立柱722被可移除地结合到底座724，以允许支架700分解成单个的部件用于包装和运送。此外，底座724和立柱722可以具有一个或更多个结构特征例如叶板，所述结构特征为这样的部件增加结构支撑同时保持相对低的重量。柱塞732可以从。
45、臂714被拉开，以允许在可重复的空间位置上试样在支架700之上的移除和置换。0066臂714的尺寸和焊接试样758相对于设置在靠接部738上的磁体710的位置都是已知的，邻近焊接试样758的模拟焊接工具将具有已知的并且可重复的输出，从而为使用者提供适当的实时虚拟焊接环境。销762，764可以从支架700移除来允许臂714如图10所说明书CN104221069A118/19页12描述的围绕销764枢转。在这个实施方案中，销762从孔766，768中移除，从而允许臂714围绕销764旋转到第二位置。以这种方式，使用者可以在大量的平面例如水平的和垂直的仿真焊接来体会与每个相关联的细微差别。值得注意的。
46、是，支架700的设计确保磁体710相对于焊接试样758的空间位置被保持在两个位置中的任一个位置，以提供精确的可重复的结果用于实时焊接环境仿真的创建和显示。0067图11图示说明便携式焊接成套件，所述便携式焊接成套件可以从一个位置到另一个位置被方便地运输。成套件可以在基本上邻近电源的任何位置被构建起来，所述电源可以包括电池、A/C或其他电源。容器810可以基本上被形成为焊接机器壳体，其中内部包括多个壳、平台和其他储存区域来容纳WUI130、支架700、模拟焊接工具800和头盔900。容器可以进一步包括轮子，以便利容器810的有效运输。0068图12图示说明示例性使用者界面830，所述使用者界面8。
47、30显示多个与典型的焊接系统相关联的度量标准。界面830包括选择器832，以识别用于仿真的焊接系统的适配器的类型。温度测量装置836、电流测量装置838和电压测量装置842可以在焊接操作期间为使用者提供实时反馈。类似地，854和856显示附加信息并且允许使用者输入来更改所述的信息。图13示出仿真真实世界硬件焊接系统界面的可替换的使用者界面860。在实施方案中，使用者能够使用触控屏幕或本文所描述的其他外围输入方法来为显示器860提供输入。0069图14和图15图示说明当操作虚拟焊接系统时被使用者佩戴的头盔900。图14示出头盔900的前向透视图，所述头盔900可以是用于真实世界应用中并且，如上面。
48、所描述的，被改装为包括FMDD的实际焊接头盔。以这种方式，使用者可以佩戴焊接头盔，正如他们在真实世界的情景下一样，其中虚拟环境经由FMDD140实时地显示给使用者。图15图示说明被集成到焊接头盔900的FMDD140的示例性实施方案。FMDD140经由有线装置或以无线的方式可操作地连接到PPS110和ST120。根据本发明的各种实施方案，ST120的传感器142可以被附接到FMD140或被附接到焊接头盔900，允许FMDD140和/或焊接头盔900相对于由ST120创建的3D空间框架的参照被追踪。0070图16图示说明图1的虚拟焊接系统100的基于可编程处理器的子系统PPS110的子系统方框图。
49、的示例性实施方案。根据本发明的实施方案，PPS110包括中央处理单元CPU111和一个或更多个图形处理单元GPU115。在一个实施方案中，一个GPU115被用来在FMDD140上提供单视场视觉。在另一实施方案中，两个GPU115被编程来在FMDD140上提供立体视觉。在任一种情况中，根据本发明的实施方案，使用者查看具有实时熔融金属流动性和吸热与散热特征的熔池又叫焊池WELDPOOL的虚拟现实仿真。0071图17图示说明图10的PPS110的图形处理单元GPU115的方框图的示例性实施方案。每个GPU115支持数据并行算法的实现。根据本发明的实施方案，每个GPU115提供能够提供两个虚拟现实视图。
50、的两个视频输出118和119。视频输出中的两个可以被传送至FMDD140，给出焊接者的视野，并且第三视频输出例如可以被路由至ODD150，给出焊接者的视野或者一些其他的视野。余下的第四视频输出例如可以被路由至投影仪。两个GPU115执行相同的焊接物理计算，但可以从相同或不同的视野呈现虚拟现实环境。GPU115包括统一计算设备架构CUDA116和着色器117。CUDA116是软件开发商通过行业标准编程语言可使用的GPU115的计算引擎。CUDA116包括并行核心并且被用于运行本文所描述的说明书CN104221069A129/19页13熔池仿真的物理模型。CPU111提供实时焊接输入数据至GPU1。