Имитатор сварки труб в виртуальной среде

Имитатор сварки труб в виртуальной среде

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Приоритет настоящей патентной заявки основан на предварительной патентной заявке US 61/090794, поданной 21 августа 2008 г., которая в порядке ссылки во всей полноте включена в настоящую заявку.

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к системам имитации виртуальной среды сварки, более точно к виртуальным средам сварки, в которых в реальном времени имитируется сварка трубы и сварные соединения с зазором в вершине разделки, еще точнее к имитатору для осуществления виртуальной сварки.

Предпосылки создания изобретения

В течение десятилетий компании ведут обучение мастерству сварки. Сварке традиционно обучают в реальных условиях работы, иными словами, на куске металла с помощью электрода зажигают реальную дугу. За процессом обучения наблюдают опытные инструкторы, которые в некоторых случаях вносят коррективы по мере того, как ученик ведет сварку. В результате обучения и повторения новый ученик узнает, как вести сварку одним или несколькими способами. Тем не менее, каждая операция сварки связана с издержками, которые изменяются в зависимости от изучаемого способа сварки.

В последнее время применяются требующие меньших издержек системы обучения сварке. В некоторых системах применяется анализатор движения. Анализатор содержит физическую модель свариваемой детали, учебный электрод и сенсорные средства, которые следят за перемещением учебного электрода. Формируется отчет, в котором указывается, насколько рабочий конец электрода выходил за допустимые пределы перемещения. В более совершенных системах применяется виртуальная реальность, имитирующая манипуляцию учебным электродом в виртуальной среде. В этих системах также отслеживается положение и ориентация. Такие системы тренируют только мышечную память, но не способны обучать более сложным навыкам сварки, которые требуются от квалифицированного сварщика.

Краткое изложение сущности изобретения

В вариантах осуществления настоящего изобретения предложена система, позволяющая выполнять виртуальную сварку трубы и другие сварные соединения с зазором в вершине разделки. В систему может входить логическая процессорная система, способная выполнять закодированные команды формирования интерактивной среды сварки, которая имитирует процесс сварки на отрезке виртуальной трубы, содержащей по меньшей мере одно виртуальное сварное соединение. В нее также входит дисплей, соединенный с логической процессорной системой и служащий для наглядного отображения интерактивной среды сварки, при этом в устройстве отображения отображается отрезок виртуальной трубы. Предусмотрено устройство ввода для выполнения виртуальной сварки по меньшей мере одного сварного соединения в реальном времени, а также один или несколько датчиков, которые следят за перемещением устройства ввода в реальном времени и сообщают данные о перемещении устройства ввода логической процессорной системе. Дополнительные преимущества, признаки и неограничивающие варианты осуществления настоящего изобретения раскрыты в следующем далее описании, формуле изобретения и(или) на чертежах.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показан перспективный вид конечного пользователя-оператора, участвующего в процессе виртуальной сварки с помощью имитатора согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.2 показан вид спереди имитатора согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.3а показана схема, иллюстрирующая положения трубы при сварке согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.3б показана схема, иллюстрирующая положения плиты при сварке согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.4 показана блок-схема, иллюстрирующая один из вариантов осуществления имитатора,

на фиг.5 показан перспективный вид сбоку учебного сварочного аппарата согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.6 показан вид вблизи интерфейса пользователя сварочного аппарата согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.6а показан вид вблизи наблюдательного устройства отображения вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.7а показан перспективный вид индивидуального устройства отображения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.7б показан перспективный вид носимого конечным пользователем индивидуального устройства отображения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.7в показан перспективный вид установленного на защитном шлеме сварщика индивидуального устройства отображения согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.8 показан перспективный вид устройства слежения за перемещением в пространстве согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.9 показан перспективный вид подставки для крепления образцов для испытания сварного шва согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.9а показан перспективный вид образца для испытания сварного шва на трубах согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.9б показан перспективный вид установленного на подставке образца для испытания сварного шва на трубах согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.10 проиллюстрирована блок-схема одного из примеров осуществления логической процессорной подсистемы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.11 проиллюстрирована блок-схема одного из примеров осуществления графического процессора (ГП) логической процессорной подсистемы согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.12 проиллюстрирована функциональная блок-схема одного из примеров осуществления имитатора согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.13 показана блок-схема одного из вариантов осуществления способа обучения с использованием системы обучения на основе виртуальной реальности согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.14а-14б концептуально проиллюстрирована карта смещения элементов сварки согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.15 проиллюстрирован один из примеров осуществления пространства образца и пространства сварки образца для испытания нижнего сварного шва, моделируемого в имитаторе, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.16 проиллюстрирован один из примеров осуществления пространства образца и пространства сварки образца для испытания углового сварного шва, моделируемого в имитаторе, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.17 проиллюстрирован один из примеров осуществления пространства образца и пространства сварки образца для испытания сварного шва на трубах, моделируемого в имитаторе, согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.18 проиллюстрирован один из примеров осуществления образца для испытания сварного шва на трубах согласно вариантам осуществления настоящего изобретения,

на фиг.19а-19в проиллюстрирован один из примеров осуществления в имитаторе концепции модели сварочной ванны с двойным смещением согласно вариантам осуществления настоящего изобретения.

Подробное описание изобретения

Рассмотрим чертежи, которые представлены лишь в целях иллюстрации вариантов осуществления изобретения, а не его ограничения, и на фиг.1 и 2 которых позицией 10 в целом обозначена система имитации сварки, именуемая далее имитатором 10 или системой 10. Имитатор 10 способен формировать виртуальную среду 15, в которой могут отображаться условия сварки, аналогичные реальным условиям работы, и которая может именоваться дуговой сваркой в условиях виртуальной реальности (VRAW). Имитатор 10 обеспечивает взаимодействие с одним или несколькими конечными пользователями 12 в условиях виртуальной среды 15. Предусмотрено устройство 155 ввода, позволяющее конечному пользователю 12 выполнять реальные действия, которые отслеживаются имитатором 10, и преобразуются в виртуальные действия. Таким образом, виртуальная среда 15 представляет собой интерактивную виртуальную среду 15 сварки. Предусмотрено устройство 200 отображения, которое обеспечивает визуальный доступ к виртуальной среде 15 и действиям конечного пользователя 12. В одном из вариантов осуществления имитатор 10 может иметь дисплейный экран 150, видимый множеством конечных пользователей 12 или других наблюдателей. Кроме того, имитатор 10 может иметь индивидуальное устройство 140 отображения, предназначенное для использования отдельным конечным пользователем 12, которым может являться пользователь-ученик 12а или пользователь-инструктор 12b. Следует в прямой форме отметить, что действия конечного пользователя 12 в реальных условиях работы преобразуются в виртуальные сварочные действия и в реальном времени отображаются на одном или нескольких устройства отображениях 140, 150. Используемый в описании термин "в реальном времени" означает, что восприятие и ощущения во времени виртуальной среды являются для конечного пользователя 12 такими же, как восприятие и ощущения во времени условий реального мира.

При формировании интерактивной виртуальной среды 15 сварки имитатор 10 моделирует один или несколько способов сварки множества сварных соединений в различных сварочных положениях и дополнительно моделирует результаты применения различного рода электродов в соединениях множества конфигураций. В одном из частных вариантов осуществления имитатор 10 формирует интерактивную виртуальную среду 15 сварки, в которой моделируется сварка труб и(или) сварные соединения с зазором в вершине разделки. Система способна имитировать сварочную ванну с отображаемыми в реальном времени характеристиками текучести расплавленного металла и рассеяния тепла. Имитатор 10 также способен моделировать влияние виртуальных сварочных действий на сварное соединение, например нижележащий основной металл. В качестве иллюстрации имитатор 10 может моделировать проход при заварке корня шва и горячий проход, а также последующие заполняющий разделку проход и проход верхнего слоя, в каждом случае с характеристиками, аналогичными сценариям в реальных условиях работы. Каждый последующий проход может выполняться со значительными отличиями от предыдущего прохода вследствие изменений в основном металле, произошедших во время предыдущего прохода, и(или) в результате выбора отличающегося электрода. Обратная связь в реальном времени при моделировании ванны позволяет конечному пользователю 12 наблюдать процесс виртуальной сварки на устройстве 200 отображения и корректировать или оставлять без изменения свои действия по мере выполнения виртуальной сварки. Примеры различных наблюдаемых виртуальных индикаторов могут включать, в том числе, текучесть сварочной ванны, мерцание расплавленного металла в зоне сварочной дуги, изменение цвета во время отверждения ванны, скорость затвердевания ванны, градации цветов при рассеянии тепла, звук, наплавку валика, схему поперечных колебаний электрода, ошлакование, ослабление шва, пористость, разбрызгивание, захватывание шлака, переполнение, продув и включения. Следует учесть, что характеристики ванны зависят, иначе говоря, реагируют на перемещение конечным пользователем 12 устройства 155 ввода. Тем самым сварочная ванна отображает реальную сварочную ванну, формируемую в реальном времени с учетом выбранного способа сварки и техники сварки конечного пользователя 12. Кроме того, так называемые "следы колес" являются визуальным отображением дефектов сварки и шлака, остающегося на кромках лицевой поверхности шва после прохода при заварке корня шва во время сварки труб методом дуговой сварки металлическим покрытым электродом (SMAW). Второй проход при сварке труб, называемый горячим проходом, должен быть достаточно горячим для повторного плавления "следов колес", чтобы они отсутствовали на готовой свариваемой детали. Кроме того "следы колес" могут быть удалены путем шлифования. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения такие "следы колес" и их устранение соответствующим образом имитируется в описанном в изобретении имитаторе 10.

Как показано на фиг.1 и 2, а также на фиг.3а и 3б, имитатор 10 может моделировать сварку в различных сварочных положениях и реакцию сварочной ванны в каждом положении. Точнее говоря, имитатор 10 может моделировать сварку труб в вертикальном, горизонтальном и(или) наклонном положениях, которые обозначаются в технике, соответственно, как положения 5G, 2G и 6G. Кроме того, имитатор 10 может моделировать сварку в положении 1G, в котором труба вращается по горизонтальной оси, или в положении 4G, в котором ведут потолочную сварку, как в случае сварных швов с разделкой кромок на смежных плитах. Другие сварочные положения могут предусматривать выполнение сварных соединений с зазором в вершине разделки на плоских плитах различных конфигураций. Подразумевается, что имитатор 10, включая механизм анализа и моделирования, который подробно описан в следующих абзацах, учитывает влияние силы тяжести на сварочную ванну. Соответственно, сварочная ванна неодинаково реагирует, например, при сварке трубы в 5G и в положении 6G. Приведенные выше примеры следует считать не ограничивающими, а служащими целям иллюстрации. Специалисты в данной области техники легко поймут, что имитатор 10 применим к любому сварному соединению, сварочному положению или типу свариваемой детали, включая различного рода основной металл.

Как показано на фиг.2 и 4, имитатор 10 имеет логическую процессорную подсистему 110, которая может быть запрограммирована на выполнение закодированных команд формирования интерактивной виртуальной среды 15 сварки. Имитатор 10 дополнительно имеет датчики и(или) систему датчиков, в которую может входить устройство 120 слежения за перемещением в пространстве, оперативно связанное с логической процессорной подсистемой 110. Имитатор 10 также имеет интерфейс 130 пользователя сварочного аппарата, связанный с логической процессорной подсистемой 110 и служащий для настройки и регулирования имитатора 10. Как указано выше, предусмотрено устройство(-а) 200 отображения, которые могут включать устанавливаемое на голове устройство 140 отображения и наблюдательное устройство 150 отображения, каждое из которых соединено с логической процессорной подсистемой 110 и обеспечивает визуальный доступ к интерактивной виртуальной среде 15 сварки. Одно или несколько из устройств 200 отображения могут быть соединены с устройством 120 слежения за перемещением в пространстве для изменения изображений, отображаемых устройством, в ответ на изменение их положения и(или) их перемещение, как описано далее.

Устройство ввода

Как упомянуто выше, на фиг.5 показано, что имитатор 10 имеет устройство 155 ввода, обеспечивающее взаимодействие с конечным пользователем 12. В одном из вариантов осуществления устройством 155 ввода является учебный сварочный аппарат 160. Учебный сварочный аппарат 160 может быть выполнен похожим на реальный сварочный аппарат, такой как, например, держатель электрода для ручной сварки или сварочный пистолет, обеспечивающий постоянную подачу электрода, т.е. на сварочный аппарат для дуговой сварки плавящимся электродом в среде инертного газа (MIG), дуговой сварки порошковой проволокой (FCAW) или дуговой сварки вольфрамовым электродом в защитном газе (GTAW). Вместе с тем, могут быть реализованы другие конфигурации учебного сварочного аппарата 160, не выходящие за предполагаемый объем притязаний согласно вариантам осуществления настоящего изобретения. Варианты осуществления настоящего изобретения, которые рассмотрены далее, будут описаны применительно к учебному сварочному аппарату 160, сходному с держателем 156 электрода для ручной сварки. Учебный сварочный аппарат 160 может иметь близкое сходство с реальным сварочным аппаратом. В одном из частных вариантов учебный сварочный аппарат 160 может иметь такую же форму, вес, и создавать такие же ощущения, как реальный сварочный аппарат. По существу, для создания ощущений работы с реальным аппаратом в качестве учебного сварочного аппарата 160 может использоваться реальный сварочный аппарат, хотя в имитаторе 10 не используется реальный сварочный аппарат для создания реальной дуги. Тем самым конечный пользователь 12, которым может являться пользователь-ученик 12а, привыкает к обращению с реальным сварочным аппаратом и приобретает опыт виртуальной сварки. Тем не менее, учебный сварочный аппарат 160 может быть сконструирован любым способом, выбранным путем здравого суждения.

Для наглядности учебный сварочный аппарат 160 имитирует стержневой сварочный аппарат для сварки труб и имеет держатель 161 и выходящий из него имитированный стержневой электрод 162. Имитированный стержневой электрод 162 может иметь создающий осязаемое сопротивление наконечник 163 для имитации резистивной обратной связи, которая возникает во время сварки в реальных условиях работы. Если при перемещении имитированного стержневого электрода 162 конечный пользователь 12 слишком далеко отклоняется от корня шва (что подробнее описано далее), конечный пользователь 12 сможет почувствовать или ощутить уменьшение сопротивления и тем самым сформировать ответную реакцию для корректировки или продолжении процесса сварки. Предусмотрено, что стержневой сварочный аппарат может иметь не показанный исполнительный механизм, который втягивает имитированный стержневой электрод 162 в процессе виртуальной сварки. Иными словами, по мере выполнения конечным пользователем 12 виртуальных сварочных действий расстояние между держателем 161 и наконечником имитированного стержневого электрода 162 сокращается, чтобы имитировать расход электрода. Скорость расхода, т.е. втягивания стержневого электрода 162 может регулироваться логической процессорной подсистемой 110, точнее говоря, закодированными командами, выполняемыми логической процессорной подсистемой 110. Имитированная скорость расхода также может зависеть от техники конечного пользователя 12. Следует упомянуть, что имитатор 10 позволяет осуществлять виртуальную сварку с использованием электродов различных типов, при этом скорость расхода или уменьшение стержневого электрода 162 может изменяться в зависимости от способа сварки и (или) настройки имитатора 10.

Исполнительный механизм учебного сварочного аппарата 160 может иметь электрический привод. Питание для работы исполнительного механизма может поступать из имитатора 10, из внешнего источника питания или встроенного аккумулятора. В одном из вариантов осуществления исполнительным механизмом может являться электродвижущее устройство, такое как электрический двигатель. Вместе с тем может использоваться исполнительный механизм любого типа или движущая сила в любой форме, включая без ограничения электромагнитные исполнительные механизмы, пневматические исполнительные механизмы, механические или подпружиненные исполнительные механизмы в любом сочетании.

Как указано выше, учебный сварочный аппарат 160 может действовать в сочетании с устройством слежения за перемещением в пространстве для взаимодействия с имитатором 10. В частности, устройство 120 слежения за перемещением в пространстве в реальном времени может контролировать и отслеживать положение и (или) ориентацию учебного сварочного аппарата 160. Соответственно, данные, отображающие положение и ориентацию, могут передаваться логической процессорной подсистеме 110 и видоизменяться или преобразовываться для использования согласно требованиям взаимодействия с виртуальной средой 15 сварки.

Устройство слежения за перемещением в пространстве

На фиг.8 проиллюстрирован один из примеров устройства 120 слежения за перемещением в пространстве. Устройство 120 слежения за перемещением в пространстве может взаимодействовать с логической процессорной подсистемой 110. В одном из вариантов осуществления устройство 120 слежения за перемещением в пространстве может отслеживать учебный сварочный аппарат 160 магнитным способом. Это означает, что устройство слежения за перемещением в пространстве генерирует магнитную оболочку, которая используется для определения положения и ориентации, а также скорости и (или) изменения скорости. Соответственно, устройство 120 слежения за перемещением в пространстве содержит источник 121 магнитного поля и кабель, один или несколько датчиков 122, программное обеспечение главного процессора на диске 123, источник 124 питания, кабели 125 USB и RS-232, процессорный блок 126 слежения и другие сопутствующие кабели. Источник 121 магнитного поля выполнен с возможностью оперативной связи посредством кабелей, таких как кабель датчика 122 с процессорным блоком 126 слежения. Источник 124 питания также выполнен с возможностью оперативной связи посредством кабеля с процессорным блоком 126 слежения. Процессорный блок 126 слежения выполнен с возможностью оперативной связи с логической процессорной подсистемой 110 посредством кабеля 125 USB или RS-232. Программное обеспечение 123 главного процессора на диске может быть загружено в логическую процессорную подсистему 110 и обеспечивает функциональную связь между устройством 120 слежения за перемещением в пространстве и логической процессорной подсистемой 110.

Источник 121 магнитного поля создает магнитное поле или оболочку, окружающую источник 121 и образующую трехмерное пространство, в котором могут отслеживаться действия конечного пользователя 12 для взаимодействия с имитатором 10. Оболочка устанавливает пространственную систему отсчета. Объекты, используемые внутри оболочки, например учебный сварочный аппарат 160 и подставка с образцами для испытания (описанная далее), могут быть выполнены из неметаллического, т.е. неферритного и непроводящего материала во избежание искажения магнитного поля, создаваемого источником 121 магнитного поля. Датчик 122 может иметь множество индукционных катушек, пространственно ориентированных в поперечных направлениях, преимущественно под прямым углом. Индукционные катушки измеряют силу магнитного поля в каждом из трех направлений и передают информацию процессорному блоку 126 слежения. В одном из вариантов осуществления датчик 122 может быть прикреплен к учебному сварочному аппарату 160, что позволяет отслеживать как положение, так и ориентацию учебного сварочного аппарата 160 относительно пространственной системы отсчета. Точнее говоря, индукционные катушки могут быть установлены на наконечнике электрода 162. За счет этого имитатор 10 способен определять положение учебного сварочного аппарата 160 внутри трехмерной оболочки. Могут быть предусмотрены дополнительные датчики 122, оперативно связанные с одним или несколькими устройствами 200 отображения. Соответственно, имитатор 10 может использовать данные датчиков для изменения изображения, видимого конечным пользователем 12, в ответ на движения конечного пользователя 12. Имитатор 10 как таковой регистрирует и отслеживает действия конечного пользователя 12 в реальных условиях работы для переноса в виртуальную среду 15 сварки.

В одном из альтернативных вариантов осуществления настоящего изобретения датчик (-и) 122 могут посредством беспроводной связи взаимодействовать с процессорным блоком 126 слежения, который может посредством беспроводной связи взаимодействовать с логической процессорной подсистемой 110. В другом альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения в имитаторе 10 могут использоваться устройства 120 слежения за перемещением в пространстве других типов, включая, например, следящее устройство на основе акселерометра/гироскопа, оптическое следящее устройство, инфракрасное следящее устройство, акустическое следящее устройство, лазерное следящее устройство, радиочастотное следящее устройство, инерциальное следящее устройство, активное или пассивное оптическое следящее устройство и следящее устройство на основе дополненной реальности. Вместе с тем, могут использоваться следящие устройства других типов, не выходящие за пределы предполагаемого объема притязаний согласно варианту осуществления настоящего изобретения.

Устройство отображения

Далее со ссылкой на фиг.7а будет описан один из примеров устанавливаемого на голове устройства 140 отображения. Устанавливаемое на голове устройство 140 отображения может быть встроено в защитный шлем 900 сварщика, как показано на фиг.7в, или в качестве альтернативы может устанавливаться отдельно, как показано на фиг.7б. Устанавливаемое на голове устройство 140 отображения может иметь два высококонтрастных трехмерных SVGA микродисплея OLED (на органических светоизлучающих диодах), способных отображать видео с полноценным движением в двухмерном режиме и режиме с чередованием кадров. В устанавливаемое на голове устройство 140 отображения поступают для отображения виртуальные изображения, например видео виртуальной среды 15 сварки. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения логическая процессорная подсистема 110 подает стереоскопическое видео в устанавливаемое на голове устройство 140 отображения для усиления ощущения глубины пользователем. Стереоскопические изображения могут создаваться логическим процессором, которым может являться графический процессор, подробно описанный далее. Также может быть предусмотрен режим масштабирования, например 2Х, позволяющий имитировать увеличительное стекло. Устанавливаемое на голове устройство 140 отображения оперативно связано с логической процессорной подсистемой 110 и устройством 120 слежения за перемещением в пространстве проводными или беспроводными средствами. К устанавливаемому на голове устройству 140 отображения или защитному шлему 900 сварщика может быть прикреплен датчик 122 устройства 120 слежения за перемещением в пространстве, чтобы тем самым отслеживать устанавливаемое на голове устройство 140 отображения относительно трехмерной пространственной системы отсчета, созданной устройством 120 слежения за перемещением в пространстве. Соответственно, при перемещении защитного шлема 900 сварщика изменяется изображение, видимое конечным пользователем 12 в условиях трехмерной виртуальной реальности.

Устанавливаемое на голове устройство 140 отображения также может служить для вызова и отображения пунктов меню подобно наблюдательному устройству 150 отображения, как подробно описано далее. Тем самым конечный пользователь может с помощью органа управления на учебном сварочном аппарате 160 (например, кнопки или переключателя) активировать и выбирать набор функций из меню. Это может помогать пользователю, например, легко возвращаться в исходное положение, если он совершил ошибку при сварке, изменять определенные параметры или переделывать часть траектории наплавленного валика.

Устанавливаемое на голове устройство 140 отображения может дополнительно иметь громкоговорители 910, позволяющие пользователю слышать имитированные сопутствующие сварке звуки и звуки окружающей среды, создаваемые имитатором 10. Функциональные средства звукового контента и звуки сварки обеспечивают звуки определенных типов, которые изменяются в зависимости от того, находятся ли в пределах допуска определенные параметры сварки. Звуки специально приспосабливают к различным способам и параметрам сварки. Например, в случае сварки напылением металлическим электродом в инертном газе раздается потрескивающий звук, если пользователь неверно расположил учебный сварочный аппарат 160, и шипящий звук, когда учебный сварочный аппарат 160 расположен верно. В случае сварки короткой дугой раздается шипящий звук, если происходит ослабление шва. Эти звуки имитируют звуки в реальных условиях работы, соответствующие правильной и неправильной технике сварки.

Звуковой контент с высокой точностью воспроизведения может быть создан на основе записей звуков действительной сварки, сделанных в реальных условиях работы с использованием разнообразных электронных и механических средств. Воспринимаемые объем и направление звука изменяют в зависимости от положения, ориентации и расстояния до головы конечного пользователя, т.е. устанавливаемого на голове устройства 140 отображения относительно имитированной дуги между учебным сварочным аппаратом 160 и образцом 175 для испытания сварочного шва. Звук может поступать через громкоговорители 910, которыми могут являться наушники-пуговки или громкоговорители любого другого типа или генерирующее звук устройство, смонтированное на устанавливаемом на голове устройстве 140 отображения или в качестве альтернативы на пульте 135 и (или) подставке 170. Вместе с тем может быть выбран любой способ представления звуковой информации конечному пользователю 12, выполняющему виртуальные сварочные действия. Следует также отметить, что посредством громкоговорителей 910 может передаваться звуковая информация других типов. Ее примеры включают словесные указания пользователя-инструктора 12b, передаваемые в реальном времени или в форме предварительно записанных сообщений. Воспроизведение предварительно записанных сообщений может автоматически инициироваться конкретными виртуальными сварочными действиями. Указания в реальном времени могут отдаваться на месте или из удаленного пункта. Вместе с тем, конечному пользователю 12 могут передаваться сообщения или указания любого типа.

Пульт

Как показано на фиг.2, 6 и 7, имитатор 10 может иметь пульт 135, содержащий один или несколько компонентов имитатора 10. В одном из вариантов осуществления пульт 135 может быть сконструирован наподобие источника питания сварочного аппарата. Это означает, что форма и размер пульта 135 могут соответствовать форме и размеру реального устройства. Управление имитатором 10 может осуществляться с помощью интерфейса пользователя 130 сварочного аппарата, который может быть выполнен похожим на рукоятки, циферблаты и (или) переключатели 133, 134 источника питания сварочного аппарата. Имитатор 10 может дополнительно иметь дисплей, которым может являться устройство 200 отображения. Закодированные команды, т.е. программное обеспечение, установленное в имитаторе 10, может направлять взаимодействие конечного пользователя 12 с имитатором 10 путем отображения команд и (или) пунктов меню на экране устройства 200. Взаимодействие с имитатором 10 может включать функции, касающиеся вопросов управления или настройки и активации имитатора. Они могут включать выбор конкретного способа сварки и типа электрода, а также настройку деталей, включая сварочное положение. Выбор, осуществляемый посредством интерфейса пользователя 130 сварочного аппарата, отображается устройством 200 отображения.

На фиг.6 проиллюстрирован один из примеров осуществления пульта 135 и интерфейса пользователя 130 сварочного аппарата. Интерфейс 130 пользователя сварочного аппарата может иметь набок кнопок 131, соответствующих вариантам 153 выбора пользователя, используемым при настройке и управлении имитатором 10. Кнопки 131 могут быть окрашены в соответствии с цветами вариантов 153 выбора пользователя, которые отображаются устройством 200 отображения. При нажатии на одну из кнопок 131 логической процессорной подсистеме 110 передается сигнал активации соответствующим функциональным средствам. Интерфейс 130 пользователя сварочного аппарата также может иметь джойстик 132, который пользователь может использовать для выбора различных параметров и вариантов, отображаемых устройством 200 отображения. Интерфейс 130 пользователя сварочного аппарата дополнительно имеет циферблат или рукоятку 133, которая в качестве примера может использоваться для регулировки скорости подачи сварочной проволоки/силы тока в амперах, и другой циферблат или рукоятку 134 для регулировки напряжения/балансировки. Интерфейс 130 пользователя сварочного аппарата также имеет циферблат или рукоятку 136 для выбора процесса дуговой сварки. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения могут выбираться три способа сварки, включающие дуговую сварку порошковой проволокой (FCAW), дуговую сварку плавящимся электродом (GMAW) и сварку металлическим покрытым электродом (SMAW). Интерфейс 130 пользователя сварочного аппарата дополнительно имеет циферблат или рукоятку 137 для выбора полярности сварки. В одном из вариантов осуществления настоящего изобретения могут выбираться три полярности дуговой сварки, включающие сварку переменным током (АС), положительным постоянным током (DC+) и отрицательным постоянным током (DC-). Вместе с тем, в имитаторе 10 могут быть предусмотрены другие способы сварки и функции настройки, не выходящие за пределы предполагаемого объема притязаний согласно варианту осуществления настоящего изобретения и включающие без ограничения дуговую сварку вольфрамовым электродом в среде инертного газа (TIG). Из вышесказанного легко понять, что настройка имитатора 10 соответствует настройке реального сварочного аппарата.

Функциональные средства 1213 графического интерфейса пользователя (смотри фиг.12) позволяют пользователю, действия которого отображаются наблюдательным устройством 150 отображения, с помощью джойстика 132 физического интерфейса 130 пользователя создавать сценарий сварки. Создание сценария сварки может включать выбор языка, ввод имени конечного пользователя, выбор учебной плиты (например, образца для испытания сварочного шва, Т-образной плиты, плоской плиты), выбор способа сварки (например, FCAW, GMAW, SMAW, TIG) и соответствующего режима переноса осевым напылением, пульсацией или короткой дугой, выбор типа газа и интенсивности подачи, выбор типа стержневого электрода (например, Е6010 или Е7018) и выбор типа порошковой электродной проволоки (например, самозащитной, с газообразующим покрытием). Создание сценария сварки также может включать настройку подставки 170 с образцами для испытания, что подробно описано далее. Создание сценария сварки дополнительно включает выбор среды (например, фоновой среды в пространстве виртуальной реальности), установку скорости подачи сварочной проволоки, установку уровня напряжения, выбор полярности и включение или выключение конкретных визуальных подсказок. Следует отметить, что в одном из вариантов осуществления в имитаторе 10 могут быть заложены ограничения, которыми могут являться налагаемые программным обеспечением ограничения, препятствующие реализации заданного сценария сварки, пока не будут надлежащим образом осуществлены соответствующие настройки выбранного процесса. Тем самым путем создания сценариев виртуальной сварки пользователи-ученики 12а изучают соответствующий диапазон настроек реальной сварки.

Соответственно, устройство 200 отображения отображает действия, соответствующие вариантам 153 выбора конечного пользователя, включая меню, операции, визуальные подсказки, настройка нового образца и количественная оценка. Эти варианты выбора пользователя могут быть привязаны к клавишам на пульте 135. По мере выбора различных вариантов посредством устройства 200 отображения отображаемые характеристики могут изменяться для предоставления пользователю выбранной информацией и других опций. Тем не менее, устройство 200 отображения, которым может являться наблюдательное устройство 150 отображения, может иметь другую функцию, состоящую в отображении виртуальных изображений, видимых конечным пользователем 12 во время работы имитатора 10, т.е. во время выполнения виртуальных сварочных действий. Устройство 200 отображения может быть настроено на отображение тех же изображений, которые видит конечный пользователь 12. В качестве альтернативы, устройство 200 отображения также может использоваться для отображения другого изображения или другой проекции виртуальных сварочных действий.

В одном из вариантов осуществления устройство 150, 200 отображения может использоваться для воспроизведения виртуальных сварочных действий, в электронном виде хранящихся в запоминающих устройствах 300, показанных на фиг.10. Данные, представляющие виртуальные сварочные действия конечного пользователя, могут сохраняться для воспроизведения и просмотра, загружаться в целях архивирования и (или) передаваться удаленные пункты для просмотр