BR122021017078B1 - Sistema para um teste e inspeção virtual de um conjunto soldado virtual, simulador de teste e inspeção de soldagem virtual e método para avaliar a qualidade de um conjunto soldado virtual de base de linha renderizado em espaço de realidade virtual - Google Patents

Abstract

Trata-se de simulações de soldagem a arco que fornecem simulação de inspeção e teste destrutivo e não destrutivo virtual de conjuntos soldados virtuais com fins de treinamento. As simulações de teste virtual podem ser realizadas em conjuntos soldados virtuais criados com o uso de um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exem-plo, um sistema de soldagem a arco de realidade virtual (VRAW). As simulações de ins-peção virtual podem ser realizadas em conjuntos soldados virtuais "predeterminados" (isto é, pré-definidos) ou com o uso de conjuntos soldados virtuais criados com o uso de um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual. Em geral, o teste virtual pode ser realizado com o uso de um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exemplo, um sistema de soldagem a arco de realidade virtual (VRAW)), e a inspeção virtual pode ser realizada com o uso de um sistema de conjunto soldado inspeção virtual (VWI) autônomo ou com o uso de um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exemplo, um sistema de soldagem a arco de realidade virtual (VRAW)). No entanto, de acordo com determinadas modalidades aperfeiçoadas da presente invenção, o teste virtual (...).

Description

[001] Dividido do BR112012030156-0, depositado em 27/05/2011.

[002] Este pedido de patente norte-americano reivindica prioridade de e é um pedido de patente de continuação-em-parte (CIP) do Pedido de Patente pendente de número de série U.S. 12/501.257 depositado em 10 de julho de 2009, o qual está ora incorporado a título de referência em sua totalidade. Este pedido de patente norte-americano também reivindica prioridade do pedido de patente provisório de número de série U.S. 61/349.029 depositado em 27 de maio de 2010, o qual está ora incorporado a título de referência em sua totalidade.

CAMPO DA TÉCNICA

[003] Determinadas modalidades referem-se à simulação de realidade virtual. Mais particularmente, determinadas modalidades referem-se a sistemas e métodos para teste e inspeção virtual de um conjunto soldado virtual para treinamento de soldadores, inspetores de soldagem, professores de soldagem, engenheiros estruturais e engenheiros de material.

ANTECEDENTES

[004] No mundo real de soldagem e treinamento, uma soldagem pode ser submetida a um teste destrutivo e/ou a um teste não destrutivo. Tais testes ajudam a determinar a qualidade da soldagem e, então, a habilidade do soldador. Infelizmente, determinados tipos de teste não destrutivos como, por exemplo, testes radiográficos por raios X, podem exigir equipamento de teste dispendioso e pode ser demorado realizar tais testes. Além disso, testes destrutivos, por definição, destroem a soldagem. Como resultado, a soldagem pode apenas ser testada uma vez em um teste destrutivo. Além disso, existe uma grande defasagem na indústria entre executar de um conjunto soldado e saber se a solda é uma solda satisfatória. O treinamento de inspeção de soldagem considera frequentemente tais testes destrutivos e não destrutivos para treinar de maneira apropriada um inspetor de soldagem com o propósito de determinar quão satisfatória ou insatisfatória uma soldagem pode ser. O Padrão Norte- Americano de Soldagem (AWS), bem como outras instituições de padrão de soldagem, fornecem padrões de inspeção visual que ajustam critérios para os tipos e níveis de descontinuidades e defeitos que são permitidos em um tipo particular de soldagem.

[005] Limitações e desvantagens adicionais de abordagens convencionais, tradicionais, e propostas se tornarão aparentes a elementos versados na técnica através de comparação de tais abordagens com modalidades da presente invenção como apresentado no restante do presente pedido com referência aos desenhos.

SUMÁRIO

[006] As simulações de soldagem a arco que fornecem simulação de teste destrutivo e não destrutivo virtual e inspeção e teste de materiais de conjuntos soldados virtuais para propósitos de treinamento são reveladas no presente documento. As simulações de teste virtual podem ser realizadas em conjuntos soldados virtuais criados com o uso de um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exemplo, um sistema soldagem a arco de realidade virtual (VRAW)). As simulações de inspeção virtual podem ser realizadas em conjuntos soldados virtuais "predeterminados" (isto é, pré-definidos) ou com o uso conjuntos soldados virtuais criados com o uso um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual. Em geral, o teste virtual pode ser realizado com o uso de um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exemplo, um sistema de soldagem a arco de realidade virtual (VRAW)), e inspeção virtual podem ser realizados com o uso de um sistema de inspeção de conjunto soldado virtual (VWI) autônomo ou com o uso de um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exemplo, um sistema de soldagem a arco de realidade virtual (VRAW)). Contudo, de acordo com determinadas modalidades aprimoradas da presente invenção, o teste virtual pode também ser realizado em um sistema de VWI autônomo. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o sistema de VWI autônomo é um sistema de hardware e software baseado em processador programável com capacidade de exibição. De acordo com outra modalidade da presente invenção, o sistema de VRAW inclui um subsistema baseado em processador programável, um rastreador espacial conectado de modo operativo ao subsistema baseado em processador programável, pelo menos uma ferramenta de soldagem falsa que pode ser rastreada de maneira espacial pelo rastreador espacial, e pelo menos um dispositivo de exibição conectado de modo operativo ao subsistema baseado em processador programável. O sistema de VRAW que pode simular, no espaço de realidade virtual, um cenário de soldagem de tempo real inclui formação de uma soldagem por um usuário (soldador) e várias características de defeito e descontinuidade associadas com a soldagem. Tanto o sistema de VWI autônomo quanto o sistema de VRAW podem realizar inspeção virtual de um conjunto soldado virtual e exibir uma animação do conjunto soldado virtual sob inspeção para observar os efeitos. O sistema de VRAW pode realizar tanto o teste virtual quanto a inspeção virtual de um conjunto soldado virtual e pode exibir uma animação do conjunto soldado virtual sob teste ou inspeção. Um conjunto soldado virtual pode ser testado e inspecionado repetidamente, destrutivamente e não destrutivamente, com o uso do sistema de simulador de soldagem de realidade virtual correspondente ou o sistema autônomo de inspeção de conjunto soldado virtual correspondente.

[007] Esses e outros recursos da invenção reivindicada, bem como detalhes de modalidades ilustradas dos mesmos, serão mais completamente entendidos a partir da seguinte descrição e desenhos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[001] A Figura 1 ilustra uma modalidade exemplificativa de um diagrama em blocos de sistema de um sistema que fornece treinamento de soldagem a arco em um ambiente de realidade virtual em tempo real;

[002] A Figura 2 ilustra uma modalidade exemplificativa de um console de soldagem simulada combinado e Dispositivo de Exibição de Observador (ODD) do sistema da Figura 1;

[003] A Figura 3 ilustra uma modalidade exemplificativa do Dispositivo de Exibição de Observador (ODD) da Figura 2;

[004] A Figura 4 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma porção frontal do console de soldagem simulada da Figura 2 que mostra uma interface de usuário de soldagem física (WUI);

[005] A Figura 5 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma ferramenta de soldagem falsa (MWT) do sistema da Figura 1;

[006] A Figura 6 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma mesa/suporte (T/S) do sistema da Figura 1;

[007] A Figura 7A ilustra uma modalidade exemplificativa de um cupom de soldagem de tubulação (WC) do sistema da Figura 1;

[008] A Figura 7B ilustra o WC de tubulação da Figura 7A montado em um braço da mesa/suporte (TS) da Figura 6;

[009] A Figura 8 ilustra vários elementos de uma modalidade exemplificativa do rastreador espacial (ST) da Figura 1;

[010] A Figura 9A ilustra uma modalidade exemplificativa de um dispositivo de exibição montado na face (FMDD) do sistema da Figura 1;

[011] A Figura 9B é uma ilustração de como o FMDD da Figura 9A é preso na cabeça de um usuário;

[012] A Figura 9C ilustra uma modalidade exemplificativa do FMDD da Figura 9A montado em um capacete de soldagem;

[013] A Figura 10 ilustra uma modalidade exemplificativa de um diagrama em blocos de subsistema de um subsistema baseado em processador programável (PPS) do sistema da Figura 1;

[014] A Figura 11 ilustra uma modalidade exemplificativa de um diagrama em blocos de uma unidade de processamento de gráfico (GPU) do PPS da Figura 10;

[015] A Figura 12 ilustra uma modalidade exemplificativa de u diagrama em blocos funcional do sistema da Figura 1;

[016] A Figura 13 é um fluxograma de uma modalidade de um método de treinamento com o uso do sistema de treinamento de realidade virtual da Figura 1;

[017] As Figuras 14A a 14B ilustram o conceito de um mapa de deslocamento de pixel de soldagem (wexel), de acordo com uma modalidade da presente invenção;

[018] A Figura 15 ilustra uma modalidade exemplificativa de um espaço de cupom e um espaço de solda de um cupom de soldagem plana (WC) simulado no sistema da Figura 1;

[019] A Figura 16 ilustra uma modalidade exemplificativa de um espaço de cupom e um espaço de solda de um cupom de soldagem de canto (junta em T) (WC) simulado no sistema da Figura 1;

[020] A Figura 17 ilustra uma modalidade exemplificativa de um espaço de cupom e um espaço de solda de um cupom de soldagem de tubulação (WC) simulado no sistema da Figura 1;

[021] A Figura 18 ilustra uma modalidade exemplificativa do cupom de soldagem de tubulação (WC) da Figura 17;

[022] As Figuras 19A a 19C ilustram uma modalidade exemplificativa do conceito de um modelo de poça de deslocamento duplo do sistema da Figura 1;

[023] A Figura 20 ilustra uma modalidade exemplificativa de um sistema de inspeção de conjunto soldado virtual (VWI) autônomo que pode simular inspeção de um conjunto soldado virtual e exibir uma animação do conjunto soldado virtual sob inspeção para observar os efeitos em razão das várias características associadas com a soldagem;

[024] A Figura 21 ilustra um fluxograma de uma modalidade exemplificativa de um método para avaliar a qualidade de um conjunto soldado virtual de base de linha renderizado no espaço de realidade virtual; e

[025] As Figuras 22 a 24 ilustram modalidades de animações virtuais de um teste de dobra simulada, um teste de arrasto simulado, e um teste de fratura simulada para uma mesma seção virtual de uma soldagem.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[026] Uma modalidade da presente invenção compreende um sistema para o teste e inspeção virtual de um conjunto soldado virtual. O sistema inclui um subsistema baseado em processador programável operável para executar instruções codificadas. As instruções codificadas incluem um instrumento de renderização e um instrumento de análise. O instrumento de renderização é configurado para renderizar pelo menos um de um conjunto soldado virtual tridimensional (3D) antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado, e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado. O instrumento de análise é configurado para realizar teste simulado de um conjunto soldado virtual em 3D. O teste simulado pode incluir pelo menos um do teste destrutivo simulado e teste não destrutivo simulado. O instrumento de análise é ainda configurado para realizar inspeção de pelo menos um dentre um conjunto soldado virtual em 3D antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado, e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado para pelo menos uma das condições de aprovação/desaprovação e características de defeito/descontinuidade. O sistema também inclui pelo menos um dispositivo de exibição conectado de modo operativo ao subsistema baseado em processador programável para exibir pelo menos um dentre um conjunto soldado virtual em 3D antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado, e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado. O sistema ainda inclui uma interface de usuário conectada de modo operativo ao subsistema baseado em processador programável e configurado para pelo menos manipular uma orientação de pelo menos um dentre um conjunto soldado virtual em 3D antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado, e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado no pelo menos um dispositivo de exibição. O subsistema baseado em processador programável pode incluir uma unidade de processamento central e pelo menos uma unidade de processamento de gráfico. A pelo menos uma unidade de processamento de gráfico pode incluir uma arquitetura de dispositivo unificada de computador (CUDA) e um sombreador. O instrumento de análise pode incluir pelo menos um de um sistema especializado, uma máquina de vetor de suporte (SVM), uma rede neural, e um ou mais agentes inteligentes. O instrumento de análise pode usar dados de código de soldagem ou dados de padrões de soldagem para analisar pelo menos um de um conjunto soldado virtual em 3D antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado, e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado. O instrumento de análise pode também incluir ferramentas de inspeção virtual programadas que podem ser acessadas e manipuladas por um usuário com o uso da interface de usuário para inspecionar um conjunto soldado virtual.

[027] Outra modalidade da presente invenção compreende um simulador de teste e inspeção de soldagem virtual. O simulador inclui meios para realizar um ou mais testes destrutivos e não destrutivos simulados em um conjunto soldado virtual em 3D renderizado. O simulador também inclui meio para analisar resultados dentre um ou mais testes destrutivos e não destrutivos simulados no conjunto soldado virtual em 3D renderizado. O simulador ainda inclui meios para inspecionar o conjunto soldado virtual em 3D renderizado pelo menos após um teste simulado do conjunto soldado virtual em 3D. O simulador pode também incluir meio para renderizar um conjunto soldado virtual em 3D. O simulador pode ainda incluir meios para renderizar uma animação em 3D do conjunto soldado virtual ao realizar o um ou mais testes destrutivos e não destrutivos simulados. O simulador pode também incluir meios para exibir e manipular uma orientação da animação em 3D do conjunto soldado virtual. O simulador pode ainda incluir meio para inspecionar um conjunto soldado virtual em 3D antes, durante, e após o teste simulado do conjunto soldado virtual em 3D.

[028] Uma modalidade adicional da presente invenção compreende um método de avaliar a qualidade de um conjunto soldado virtual de base de linha renderizado no espaço de realidade virtual. O método inclui submeter o conjunto soldado virtual de base de linha a um primeiro teste simulado por computador configurado para testar pelo menos uma característica do conjunto soldado virtual de base de linha. O método também inclui renderizar um primeiro conjunto soldado virtual testado e gerar os primeiros dados de teste em resposta ao primeiro teste. O método ainda inclui submeter o primeiro conjunto soldado virtual testado e os primeiros dados de teste a uma análise simulada por computador configurado para determinar pelo menos uma condição de aprovação/desaprovação do primeiro conjunto soldado virtual testado em relação a pelo menos uma característica. O primeiro teste simulado por computador pode simular um teste destrutivo real ou um teste não destrutivo real. O método pode ainda incluir rerrenderizar o conjunto soldado virtual de base de linha no espaço de realidade virtual, submeter o conjunto soldado virtual de base de linha a um segundo teste simulado por computador configurado para testar pelo menos uma outra característica do conjunto soldado virtual de base de linha, renderizar um segundo conjunto soldado virtual testado e gerar os segundos dados de teste em resposta ao segundo teste, e submeter o segundo conjunto soldado virtual testado e os segundos dados de teste a uma análise simulada por computador configurada para determinar pelo menos uma outra condição de aprovação/desaprovação do segundo conjunto soldado virtual testado em relação a pelo menos uma outra característica. O segundo teste simulado por computador pode simular um teste destrutivo real ou um teste não destrutivo real. O método pode ainda incluir inspecionar manualmente uma versão exibida do primeiro conjunto soldado virtual testado renderizado. O método pode também incluir inspecionar manualmente uma versão exibida do segundo conjunto soldado virtual testado renderizado.

[029] Um conjunto soldado virtual completo formado no espaço de realidade virtual pode ser analisado para defeitos de solda e uma determinação pode ser feita se, ou não, tal soldagem foi aprovada ou reprovada nos testes de indústria padrão, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Determinados defeitos podem causar determinados tipos de falhas em determinados locais na soldagem. Os dados que representam quaisquer defeitos ou descontinuidades são capturados como parte da definição do conjunto soldado virtual ou por predefinir o conjunto soldado virtual ou por criar um conjunto soldado virtual com o uso de um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exemplo, um sistema de soldagem a arco de realidade virtual (VRAW)) como parte de um processo de soldagem virtual.

[030] Além disso, o critério para aprovação/desaprovação em qualquer teste particular é conhecido anteriormente com base em códigos de soldagem pré- definidos e padrões como, por exemplo, os Padrões de Soldagem AWS. De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma animação é criada permitindo a visualização de um teste destrutivo ou não destrutivo simulado do conjunto soldado virtual. O mesmo conjunto soldado virtual pode ser testado de muitas diferentes formas. O teste e inspeção de um conjunto soldado virtual pode ocorrer em um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exemplo, um sistema de soldagem a arco de realidade virtual (VRAW)) que será descrito em detalhes posteriormente no presente documento. A inspeção de um conjunto soldado virtual pode ocorrer em um sistema de inspeção de conjunto soldado virtual (VWI) autônomo que será descrito em detalhes posteriormente no presente documento.

[031] O sistema de VRAW pode permitir que um usuário crie um conjunto soldado virtual em tempo real por simular um cenário de soldagem como se o usuário estivesse realmente soldando, e capturar todos os dados resultantes que definem o conjunto soldado virtual, que inclui defeitos e descontinuidades. O sistema de VRAW ainda pode realizar teste destrutivo e não destrutivo virtual e inspeção do conjunto soldado virtual bem como teste de materiais e inspeção do conjunto soldado virtual. O sistema de VWI autônomo pode inserir um conjunto soldado virtual pré- definido ou um conjunto soldado virtual criado com o uso do sistema de VRAW, e realizar inspeção virtual do conjunto soldado virtual. Um conjunto soldado virtual tridimensional ou parte pode ser derivado de um modelo projeto auxiliado por computador (CAD), de acordo com uma modalidade da presente invenção. Então, o teste e inspeção pode ser simulado em geometrias irregulares para partes específicas. De acordo com uma modalidade do presente pedido, o sistema de VRAW também pode realizar inspeção virtual de um conjunto soldado virtual pré-definido. Por exemplo, o sistema de VRAW pode incluir conjuntos soldados virtuais pré-fabricados ao qual um estudante pode se referir para aprender como uma boa solda deve parecer.

[032] Vários tipos de descontinuidades e defeitos de soldagem incluem tamanho de solda inapropriado, posicionamento de microesfera insuficiente, microesfera côncava, convexidade excessiva, corte inferior, porosidade, fusão incompleta, inclusão de escória, respingos em excesso, sobrecarga, rachaduras, e cova ou material fundido através dos quais são todos bem conhecidos na técnica. Por exemplo, corte inferior ocorre frequentemente em razão de um ângulo incorreto de soldagem. Porosidade é descontinuidade de tipo de cavidade formada por aprisionamento de gás durante a solidificação, frequentemente causada por movimento o arco muito longe da soldagem. Outros problemas podem ocorrer em razão de um processo incorreto, material de preenchimento, tamanho do fio, ou técnica, sendo que todos podem ser simulados.

[033] Vários tipos de testes destrutivos que podem ser realizados incluem um teste de dobra de raiz, um teste de dobra de face, um teste de dobra lateral, um teste de arrasto ou de tração, um teste de fratura (por exemplo, um teste de fratura de entalhe ou um teste de fratura de junta T), um teste de impacto, e um teste de rigidez que são todos bem conhecidos na técnica. Para muitos desses testes, uma peça é cortada da soldagem e o teste é realizado em tal peça. Por exemplo, um teste de dobra de raiz é um teste que dobra a peça de corte a partir da soldagem de modo que a raiz de solda esteja na superfície convexa de um raio de solda especificado. Um teste de dobra lateral é um teste que dobra a soldagem de modo que a lateral de uma seção transversal da solda esteja na superfície convexa de um raio de solda especificado. Um teste de dobra de face é um teste que dobra a soldagem de modo que a face da solda esteja na superfície convexa de um raio de solda especificado.

[034] Um teste destrutivo adicional é um teste de arrasto ou de tração em que uma peça de corte de uma soldagem é puxada ou esticada até a solda romper, testando o limite elástico e resistência à tração da solda. Outro teste destrutivo é um teste de fratura. Um tipo de teste de fratura é um teste em uma soldagem que tem duas seções soldadas em conjunto em 90 graus em relação uma à outra para formar uma junta T, em que uma seção é dobrada na direção da outra seção para determinar se a solda é rompida ou não. Se a solda romper, a microesfera de solda interna pode ser inspecionada. Um teste de impacto é um teste no qual um elemento de impacto é forçado para dentro de uma soldagem em várias temperaturas para determinar a capacidade de uma soldagem resistir ao impacto. Uma soldagem pode ter boa resistência sob carga estática, e ainda pode fraturar se submetida a um impacto de alta velocidade. Por exemplo, um dispositivo de pêndulo pode ser usado para oscilar para baixo e se chocar contra a soldagem (possivelmente quebrando a soldagem) e é chamado de teste de impacto Charpy.

[035] Um teste destrutivo adicional é um teste de rigidez que testa uma capacidade da soldagem resistir a entalhe ou penetração na junta de solda. A rigidez de uma soldagem depende das propriedades metalúrgicas resultantes na junta de solda, que é baseada, em parte, em como a junta de solda é resfriada na zona afetada por calor. São dois os tipos de testes de rigidez, o teste de Brinell e o teste de Rockwell. Os dois testes usam um penetrador ou com uma esfera rígida ou uma ponta de diamante afinada. O penetrador é aplicado à solda sob uma carga padronizada. Quando a carga é removida, a penetração é medida. O teste pode ser realizado em diversos pontos no metal circundante e é um bom indicador de rachaduras potenciais. Um tipo de teste destrutivo adicional é um teste de dobra em tubulação no qual uma tubulação soldada é cortada para ter uma peça fora de cada um dos quatro quadrantes da tubulação. Uma dobra de raiz é realizada em duas das peças e uma dobra de face é realizada nas outras duas peças.

[036] Vários tipos de teste não destrutivos que podem ser realizados incluem testes radiográficos e testes ultrassônicos. Em um teste radiográfico, a soldagem é exposta a raios X e uma imagem de raios X da junta de solda é gerada, podendo ser examinada. Em um teste ultrassônico, a soldagem é exposta à energia ultrassônica e várias propriedades da junta de solda são derivadas das ondas ultrassônicas refletidas. Para determinados tipos de teste não destrutivo, a soldagem é submetida (em uma maneira virtual) à exposição de raios X ou ultrassom e defeitos como porosidade interna, aprisionamento de escória, e falta de penetração são visualmente apresentados ao usuário. Outro tipo de teste não destrutivo é o teste de corante penetrante ou líquido penetrante que pode ser simulado em uma forma de realidade virtual. Uma soldagem é submetida a um material corante e a soldagem é então exposta a um desenvolvedor para determinar, por exemplo, se existem rachaduras de superfície que não são visíveis a olho nu. Um teste não destrutivo adicional é o teste de partícula magnética que é também usado para detectar rachaduras e pode ser simulado em uma forma de realidade virtual. Pequenas rachaduras abaixo da superfície de uma soldagem podem ser criadas por entrada de calor inapropriado à soldagem. De acordo com uma modalidade da presente invenção, velocidade de deslocamento e outros parâmetros de processo de soldagem são rastreados no ambiente de realidade virtual e usados para determinar a entrada de calor à soldagem e, então, rachaduras perto da superfície da soldagem podem ser detectadas com o uso de teste não destrutivo virtual.

[037] Além disso, a simulação de uma soldagem em uma estrutura simulada pode ser realizada. Por exemplo, um conjunto soldado virtual que tem uma junta virtual de solda criada por um usuário de um sistema de VRAW pode ser incorporado em uma simulação virtual de uma ponte para o teste. O conjunto soldado virtual pode corresponder a um elemento estrutural de chave da ponte, por exemplo. A ponte pode ser especificada para durar cem anos antes de falhar. O teste pode envolver observar a ponte ao longo do tempo (isto é, tempo virtual) para ver se a soldagem falha. Por exemplo, se a soldagem é de qualidade insuficiente (isto é, tem descontinuidades ou defeitos inaceitáveis), a simulação pode mostrar uma animação da ponte ruindo após 45 anos.

[038] As Figuras 1 a 19C revelam uma modalidade de um sistema de soldagem a arco de realidade virtual (VRAW) 100 que pode simular, no espaço de realidade virtual, um cenário de soldagem em tempo real que inclui a formação de um conjunto soldado virtual por um usuário (soldador) e várias características de defeito e descontinuidade associadas com a soldagem, bem como pode simular teste e inspeção do conjunto soldado virtual e exibir uma animação do conjunto soldado virtual sob teste para observar os efeitos. O sistema de VRAW pode criar uma renderização virtual sofisticada de uma soldagem e realizar uma análise sofisticada da renderização que compara várias características do conjunto soldado virtual a um código de soldagem.

[039] A inspeção virtual pode ser implantada no sistema de VRAW em qualquer dentre um número de diferentes formas e/ou combinações do mesmo. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o sistema de VRAW inclui um sistema especializado e é conduzido por um conjunto de regras. Um sistema especializado é o software que tenta fornecer uma resposta a um problema, ou esclarecer incertezas nas quais normalmente um ou mais especialistas humanos precisam ser consultados. Sistemas especializados são mais comuns em um domínio de problema específico, e é uma aplicação tradicional e/ou subcampo da inteligência artificial. Uma ampla variedade de métodos pode ser usada para simular o desempenho do especialista, contudo, comum a muitos estão 1) a criação de uma base de conhecimento que usa algum formalismo de representação do conhecimento para capturar o conhecimento do Especialista No Assunto (SME) (por exemplo, um conhecimento do inspetor de soldagem certificado) e 2) um processo para coletar o conhecimento do SME e codificar o mesmo de acordo com o formalismo, que é chamado de engenharia do conhecimento. Os sistemas especializados podem ou não podem ter componentes de aprendizagem, mas um terceiro elemento comum é que, uma vez que o sistema é desenvolvido, o mesmo é provado por ser disposto na mesma situação de solução de problema do mundo real dos SME humanos, tipicamente como uma ajuda a trabalhadores humanos ou um complemento a algum sistema de informações.

[040] De acordo com outra modalidade da presente invenção, o sistema de VRAW inclui máquinas de vetor de suporte. Máquinas de vetor de suporte (SVMs) são um conjunto de métodos de aprendizagem supervisionados relacionados e usados para classificação e regressão. Dado um conjunto de exemplos de treinamento, cada um é marcado como pertencente a uma dentre duas categorias, um algoritmo de treinamento de SVM cria um modelo que prevê se um novo exemplo se encaixa em uma categoria ou às outras (por exemplo, categorias de aprovação/desaprovação para defeitos e descontinuidades particulares). Intuitivamente, um modelo de SVM é uma representação dos exemplos como pontos no espaço, mapeados de forma que os exemplos da categoria separada sejam divididos por um vão claro que é o mais amplo possível. Novos exemplos são então mapeados no mesmo espaço e previstos para pertencer a uma categoria de base sobre a qual as laterais do vão caem.

[041] De acordo ainda com uma modalidade adicional da presente invenção, o sistema de VRAW inclui uma rede neural que pode ser treinada e adaptada para novos cenários. Uma rede neural é feita de interconexão de neurônios artificiais (construtos de programação que imitam as propriedades de neurônios biológicos). Redes neurais podem ou ser usadas para ganhar um entendimento de redes neurais biológicas, ou para resolver problemas de inteligência artificial sem necessariamente criar um modelo de um sistema biológico real. De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma rede neural é concebida para inserir dados de defeito e descontinuidade de dados de conjunto soldado virtual, e emitir dados de aprovação/desaprovação.

[042] De acordo com várias modalidades da presente invenção, agentes inteligentes podem ser empregados para fornecer retroinformações a um estudante em consideração a áreas às quais o estudante precisa praticar mais, ou fornecer retroinformações a um instrutor ou educador de modo a modificar o currículo de ensino para aprimorar o conhecimento do estudante. Em inteligência artificial, um agente inteligente é uma entidade autônoma, normalmente implantada no software, que observa e age sob um ambiente e direciona sua atividade para alcançar objetivos. Um agente inteligente pode ser capaz de aprender e usar conhecimento para alcançar um objetivo (por exemplo, o objetivo de fornecer retroinformações relevantes a um estudante de soldagem ou um educador de soldagem).

[043] De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma renderização virtual de uma soldagem criada com o uso do sistema de VRAW é exportada a uma porção de teste destrutivo/não destrutivo do sistema. A porção de teste do sistema pode automaticamente gerar seções em corte do conjunto soldado virtual (para teste destrutivo) e submeter tais seções em corte a um dentre uma pluralidade de testes possíveis na porção de teste do sistema de VRAW. Cada um dentre a pluralidade de testes pode gerar uma animação que ilustra o teste particular. O sistema de VRAW pode exibir a animação do teste ao usuário. A animação mostra claramente ao usuário se ou não o conjunto soldado virtual gerado pelo usuário foi aprovado no teste. Para teste não destrutivo, a soldagem é submetida (em uma maneira virtual) a raios X ou exposição de ultrassom e então, defeitos como porosidade interna, aprisionamento de escória, e falta de penetração são visualmente apresentados ao usuário.

[044] Por exemplo, um conjunto soldado virtual que é submetido a um teste de dobra virtual pode ser mostrado sendo fraturado na animação em um local em que um tipo particular de defeito ocorre na junta de solda do conjunto soldado virtual. Como outro exemplo, um conjunto soldado virtual que é submetido a um teste de dobra virtual pode ser mostrado sendo dobrado na animação e sendo rachado ou mostrar uma quantidade significante de defeito, apesar de a soldagem não quebrar completamente. O mesmo conjunto soldado virtual pode ser testado repetidas vezes para diferentes testes com o uso das mesma seções em corte (por exemplo, as seções em corte podem ser reconstituídas ou rerrenderizadas pelo sistema de VRAW) ou diferentes seções em corte do conjunto soldado virtual. De acordo com uma modalidade da presente invenção, um conjunto soldado virtual é identificado com características metalúrgicas como, por exemplo, tipo de metal e resistência à tração que são fatorados no teste destrutivo/não destrutivo particular selecionado. Vários metais de soldagem comum são simulados, incluindo metais de soldagem como alumínio e inox, de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[045] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um sistema especializado em execução antecedente pode surgir em uma janela em uma exibição do sistema de VRAW e indicar ao usuário (por exemplo, por meio de uma mensagem de texto e/ou graficamente) a razão de a soldagem ter sido reprovada no teste (por exemplo, muita porosidade nesses pontos particulares na junta de solda) e qual padrão de soldagem particular não foi encontrado. De acordo com outra modalidade da presente invenção, o sistema de VRAW pode ligar hipertexto a uma ferramenta externa que liga o presente teste para um padrão de soldagem particular. Além disso, um usuário pode ter acesso a uma base de conhecimento que inclui texto, figuras, vídeo, e diagramas para apoiar seu treinamento.

[046] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a animação de um teste destrutivo/não destrutivo particular é uma renderização em 3D do conjunto soldado virtual conforme modificado pelo teste de modo que um usuário possa mover o conjunto soldado virtual renderizado em uma maneira tridimensional em uma exibição do sistema de VRAW durante o teste para visualizar o teste a partir de vários ângulos e perspectivas. A mesma animação em 3D renderizada de um teste particular pode ser reproduzida repetidas vezes para permitir o máximo benefício de treinamento para o mesmo usuário ou para múltiplos usuários.

[047] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o conjunto soldado virtual renderizado e/ou a animação em 3D renderizada do conjunto soldado virtual correspondente sob teste podem ser exportados a uma porção de inspeção do sistema para realizar uma inspeção da solda e/ou para treinar um usuário em inspeção de soldagem (por exemplo, para se tornar um inspetor de soldagem certificado). A porção de inspeção do sistema inclui um modo de ensinamento e um modo de treinamento.

[048] No modo de ensinamento, o conjunto soldado virtual e/ou a animação em 3D renderizada de um conjunto soldado virtual sob teste é exibida e visualizada por um classificador (treinador) junto com um estudante de soldagem. O treinador e o estudante de soldagem podem visualizar e interagir com o conjunto soldado virtual. O treinador pode fazer uma determinação (por exemplo, por meio de um método de pontuação) de quão como o estudante de soldagem realizou a identificação de defeitos e descontinuidades no conjunto soldado virtual, e indicar ao estudante de soldagem quão bem o estudante de soldagem realizou a atividade e o que o estudante perdeu ao interagir com o conjunto soldado virtual exibido (visualização de diferentes perspectivas, etc.).

[049] No modo de treinamento, o sistema pergunta ao estudante para inspetor de soldagem várias questões sobre o conjunto soldado virtual e permite que o estudante para inspetor de soldagem insira respostas às questões. O sistema pode fornecer ao estudante para inspetor de soldagem uma classificação no fim do questionário. Por exemplo, o sistema pode inicialmente fornecer questões de amostra ao estudante para inspetor de soldagem para um conjunto soldado virtual e então proceder em fornecer questões cronometradas ao estudante para inspetor de soldagem para outro conjunto soldado virtual que deve ser classificado durante um modo de teste.

[050] A porção de inspeção do sistema pode também fornecer determinadas ferramentas interativas que ajudam um estudante para inspetor de soldagem ou treinador a detectar defeitos e fazer determinadas medições na solda virtual que são comparadas a padrões de soldagem predeterminados (por exemplo, uma medida virtual que mede a penetração de uma solda de raiz e compara a medição a uma penetração padrão exigida). A classificação de um estudante para inspetor de soldagem pode também incluir se ou não o estudante para inspetor de soldagem usou as ferramentas interativas corretas para avaliar a solda. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a porção de inspeção do sistema, com base na classificação (isto é, pontuação) determina quais áreas o estudante para inspetor de soldagem precisa de ajuda e fornece ao estudante para inspetor de soldagem amostras mais representativas sobre as quais o mesmo deve praticar a inspeção.

[051] Conforme previamente discutido no presente documento, agentes inteligentes podem ser empregados para fornecer retroinformações a um estudante de áreas relativas nas quais o estudante precisa praticar mais, ou fornecer retroinformações a um instrutor ou educador de modo a modificar o currículo de ensino para aprimorar o conhecimento do estudante. Em inteligência artificial, um agente inteligente é uma entidade autônoma, normalmente implantada em software, que observa e age sob um ambiente e direciona sua atividade para alcançar objetivos. Um agente inteligente pode aprender e usar o conhecimento para alcançar um objetivo (por exemplo, o objetivo que fornece retroinformações relevantes a um estudante de soldagem ou um educador de soldagem). De acordo com uma modalidade da presente invenção, o ambiente percebido e atuado sob um agente inteligente é o ambiente de realidade virtual gerado pelo sistema de VRAW, por exemplo.

[052] Novamente, as várias ferramentas de inspeção interativas podem ser usadas ou no conjunto soldado virtual antes de ser submetido a teste, ou no conjunto soldado virtual após ser submetido ao teste, ou ambos. As várias ferramentas de inspeção interativas e metodologias são configuradas para vários processos de soldagem, tipos de metais, e tipos de padrões de soldagem, de acordo com uma modalidade da presente invenção. No sistema de VWI autônomo, as ferramentas de inspeção interativas podem ser manipuladas com o uso de um teclado e mouse, por exemplo. No sistema de VRAW, as ferramentas de inspeção interativas podem ser manipuladas por meio de um joystick e/ou um painel de console, por exemplo.

[053] O sistema de VRAW compreende um subsistema baseado em processador programável, um rastreador espacial conectado de modo operativo ao subsistema baseado em processador programável, pelo menos uma ferramenta de soldagem falsa que pode ser rastreada de maneira espacial pelo rastreador espacial, e pelo menos um dispositivo de exibição conectado de modo operativo ao subsistema baseado em processador programável. O sistema pode simular, em um espaço de realidade virtual, uma poça de solda que tem fluidez do metal fundido em tempo real e características de dissipação de calor. O sistema também pode exibir a poça de solda simulada no dispositivo de exibição em tempo real. A fluidez do metal fundido em tempo real e características de dissipação de calor da poça de solda simulada fornecem retroinformações visuais em tempo real a um usuário da ferramenta de soldagem falsa quando exibido, permitindo que o usuário ajuste ou mantenha uma técnica de soldagem em tempo real em resposta às retroinformações visuais em tempo real (isto é, ajudando o usuário a aprender a soldar corretamente). A poça de solda exibida é representativa de uma poça de solda que deve ser formada no mundo real com base na técnica de soldagem do usuário e os parâmetros e processo de soldagem selecionados. Ao visualizar uma poça (por exemplo, formato, cor, escória, tamanho, moedas empilhadas), um usuário pode modificar sua técnica para fazer uma boa solda e determinar o tipo de soldagem a ser realizado. O formato da poça é responsivo ao movimento da máquina ou vara. Como usado no presente documento, o termo "tempo real" significa perceber e experimentar na hora, em um ambiente simulado da mesma forma que um usuário perceberia e experimentaria em um cenário de soldagem de mundo real. Além disso, a poça de solda é responsiva aos efeitos do ambiente físico que inclui a gravidade, permitindo que um usuário pratique, de maneira realista, a soldagem em várias posições que incluem soldagem suspensa e vários ângulos de soldagem de tubulação (por exemplo, 1G, 2G, 5G, 6G). Tal cenário de soldagem virtual em tempo real resulta na geração de dados representativos de um conjunto soldado virtual.

[054] A Figura 1 ilustra uma modalidade exemplificativa de um diagrama em blocos do sistema de um sistema 100 que fornece treinamento de soldagem de arco em um ambiente de realidade virtual em tempo real. O sistema 100 inclui um subsistema baseado em processador programável (PPS) 110. O PPS 110 fornece o hardware e software configurado como um instrumento de renderização para fornecer renderizações animadas em 3D de conjuntos soldados virtuais. O PPS 110 também fornece hardware e software configurados como um instrumento de análise para realizar teste e inspeção de um conjunto soldado virtual. No contexto do sistema da Figura 1, um conjunto soldado virtual é uma simulação resultante de um cupom de soldagem que foi realizada através de um processo de soldagem simulado para formar uma microesfera de solda ou junta de solda.

[055] O sistema 100 ainda inclui um rastreador espacial (ST) 120 conectado de modo operativo ao PPS 110. O sistema 100 também inclui uma interface de usuário de soldagem física (WUI) 130 conectada de modo operativo ao PPS 110 e um dispositivo de exibição montado na face (FMDD) 140 (consulte as Figuras 9A a 9C) conectado de modo operativo ao PPS 110 e o ST 120. Contudo, determinadas modalidades podem não fornecer um FMDD. O sistema 100 ainda inclui um Dispositivo de Exibição de Observador (ODD) 150 conectado de modo operativo ao PPS 110. O sistema 100 também inclui pelo menos uma ferramenta de soldagem falsa (MWT) 160 conectada de modo operativo ao ST 120 e o PPS 110. O sistema 100 ainda inclui uma mesa/suporte (T/S) 170 e pelo menos um cupom de soldagem (WC) 180 que pode ser fixado à T/S 170. De acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção, uma garrafa de gás falsa é fornecida (não mostrada) para simular uma fonte de gás de proteção e tem um regulador de fluxo ajustável.

[056] A Figura 2 ilustra uma modalidade exemplificativa de um console de soldagem simulada combinado 135 (simulação de uma interface de usuário de fonte de energia de soldagem) e Dispositivo de Exibição de Observador (ODD) 150 do sistema 100 da Figura 1. A WUI física 130 reside em uma porção frontal do console 135 e fornece manípulo, botões, e um joystick para seleção de usuário de vários modos e funções. O ODD 150 é fixado a uma porção de topo do console 135, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A MWT 160 repousa em um retentor fixado a uma porção lateral do console 135. Internamente, o console 135 retém o PPS 110 e uma porção do ST 120.

[057] A Figura 3 ilustra uma modalidade exemplificativa do Dispositivo de Exibição de Observador (ODD) 150 da Figura 2. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o ODD 150 é um dispositivo de exibição de cristal líquido (LCD). Outros dispositivos de exibição também são possíveis. Por exemplo, o ODD 150 pode ser uma exibição de tela sensível ao toque, de acordo com outra modalidade da presente invenção. O ODD 150 recebe vídeo (por exemplo, formato de SVGA) e exibe informações a partir do PPS 110.

[058] Conforme mostrado na Figura 3, o ODD 150 pode exibir uma primeira cena de usuário que mostra vários parâmetros de soldagem 151 que incluem posição, ponta para trabalhar, ângulo de solda, ângulo de deslocamento, e velocidade de deslocamento. Esses parâmetros podem ser selecionados e exibidos em tempo real em forma gráfica e são usados para ensinar a técnica de soldagem apropriada. Além disso, como mostrado na Figura 3, o ODD 150 pode exibir estados de descontinuidade de soldagem simulados 152 que incluem, por exemplo, tamanho de solda inapropriado, posicionamento de microesfera insuficiente, microesfera côncava, convexidade excessiva, corte inferior, porosidade, fusão incompleta, inclusão de escória, respingos em excesso, sobrecarga, e cova (fusão). O corte inferior é um sulco fundido no metal de base adjacente à solda ou raiz de solda e é deixado sem preenchimento por metal de solda. O corte inferior acontece frequentemente em razão de um ângulo incorreto de soldagem. A porosidade é a descontinuidade de tipo de cavidade formada por aprisionamento de gás durante a solidificação frequentemente causada por movimento do arco muito longe do cupom. Tais estados de descontinuidade de soldagem simulados são gerados pelo sistema 100 durante um processo de soldagem simulado para formar um conjunto soldado virtual com o uso de um cupom de soldagem simulado.

[059] Além disso, como mostrado na Figura 3, o ODD 150 pode exibir seleções de usuário 153 que incluem menu, ações, pistas visuais, novo cupom, e aprovação final. Essas seleções de usuário são ligadas a botões de usuário no console 135. Conforme o usuário faz várias seleções por meio de, por exemplo, uma tela sensível ao toque do ODD 150 ou por meio da WUI física 130, as características exibidas podem ser alteradas para fornecer informações selecionadas e outras opções ao usuário. Além disso, o ODD 150 pode exibir uma visualização vista por um soldador que usa o FMDD 140 na mesma visualização angular do soldador ou em vários diferentes ângulos, por exemplo, escolhidos por um instrutor. O ODD 150 pode ser visualizado por um instrutor e/ou estudantes para vários propósitos de treinamento, que incluem teste destrutivo/não destrutivo e inspeção de um conjunto soldado virtual. Por exemplo, a visualização pode ser girada em torno da solda acabada permitindo inspeção visual por um instrutor. De acordo com uma modalidade alternada da presente invenção, o vídeo do sistema 100 pode ser enviado a um local remoto por meio de, por exemplo, Internet, para visualização e/ou críticas remotas. Além disso, áudios podem ser fornecidos, permitindo comunicação de áudio em tempo real entre um estudante e um instrutor remoto.

[060] A Figura 4 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma porção frontal do console de soldagem simulada 135 da Figura 2 que mostra uma interface de usuário de soldagem física (WUI) 130. A WUI 130 inclui um conjunto de botões 131 correspondentes às seleções de usuário 153 exibidas no ODD 150. Os botões 131 são coloridos para corresponder às cores das seleções de usuário 153 exibidas no ODD 150. Quando um dos botões 131 é pressionado, um sinal é enviado ao PPS 110 para ativar a função correspondente. A WUI 130 também inclui um joystick 132 que pode ser usado por um usuário para selecionar vários parâmetros e seleções exibidas no ODD 150. A WUI 130 ainda inclui um indicador ou manípulo 133 para ajustar velocidade/amperes de alimentação de fio, e outro indicador ou manípulo 134 para ajustar voltagem/equilíbrio. A WUI 130 também inclui um indicador ou manípulo 136 para selecionar um processo de soldagem a arco. De acordo com uma modalidade da presente invenção, três processos de soldagem a arco são selecionáveis para incluir soldagem a arco de solda fluidizada (FCAW) que inclui processos blindados a gás e autoblindados; soldagem a arco de metal a gás (GMAW) que inclui arco curto, aspersão axial, STT, e pulso; soldagem a arco de tungstênio a gás (GTAW); e soldagem a arco de metal blindado (SMAW) que inclui os eletrodos E6010, E6013, e E7018. A WUI 130 ainda inclui um indicador ou manípulo 137 para selecionar uma polaridade de soldagem. De acordo com uma modalidade da presente invenção, três polaridades de soldagem a arco são selecionáveis por incluir corrente alternada (CA), corrente contínua positiva (CC+), e corrente contínua negativa (CC-).

[061] A Figura 5 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma ferramenta de soldagem falsa (MWT) 160 do sistema 100 da Figura 1. A MWT 160 da Figura 5 simula um ferramenta de soldagem de punção para soldagem de placa e tubulação e inclui um retentor 161 e eletrodos de punção simulados 162. Um acionador no MWD 160 é usado para comunicar um sinal ao PPS 110 para ativar um processo de soldagem simulado selecionado. Os eletrodos de punção simulados 162 incluem uma ponta tátil resistiva 163 para simular as retroinformações resistivas que ocorrem durante, por exemplo, um procedimento de passe de raiz na soldagem de tubulação em tempo real ou ao soldar uma placa. Se o usuário move os eletrodos de punção simulados 162 muito para trás, para fora da raiz, o usuário poderá sentir ou perceber a resistência inferior, derivando assim, as retroinformações para uso no ajuste ou manutenção do processo de soldagem atual.

[062] Contempla-se que a ferramenta de soldagem de punção pode incorporar um ativador, não mostrado, que retira os eletrodos de punção simulados 162 durante o processo de soldagem virtual. Ou seja, conforme um usuário se envolve em atividade de soldagem virtual, a distância entre o retentor 161 e a ponta dos eletrodos de punção simulados 162 é reduzida para simular o consumo do eletrodo. A taxa de consumo, ou seja, a retirada dos eletrodos de punção 162, pode ser controlada pelo PPS 110 e mais especificamente, por instruções codificadas executadas pelo PPS 110. A taxa de consumo simulada pode também depender da técnica do usuário. É válido mencionar aqui, que como o sistema 100 facilita soldagem virtual com diferentes tipos de eletrodos, a taxa de consumo ou redução dos eletrodos de punção 162 pode mudar com o procedimento de soldagem usado e/ou configuração do sistema 100.

[063] Outras ferramentas de soldagem falsa são possíveis também, de acordo com outras modalidades da presente invenção, que incluem um MWD que simula uma arma de soldagem semiautomática manual que tem um eletrodo de fio alimentado através da arma, por exemplo. Além disso, de acordo com outras determinadas modalidades da presente invenção, a ferramenta de soldagem real pode ser usada como a MWT 160 para simular melhor a sensação real da ferramenta nas mãos do usuário, apesar de, no sistema 100, a ferramenta não ser usada para realmente criar um arco real. Além disso, uma ferramenta de esmerilhamento simulada pode ser fornecida, para uso em um modo de esmerilhamento simulado do simulador 100. De maneira semelhante, uma ferramenta de corte simulado pode ser fornecida, para uso em um modo de corte simulado do simulador 100 como, por exemplo, usado em corte de plasma e oxicombustível. Além disso, um maçarico de soldagem a arco de tungstênio de gás simulado (GTAW) ou material de preenchimento pode ser fornecido para uso no simulador 100.

[064] A Figura 6 ilustra uma modalidade exemplificativa de uma mesa/suporte (T/S) 170 do sistema 100 da Figura 1. A T/S 170 inclui uma mesa ajustável 171, um suporte ou base 172, um braço ajustável 173, e uma coluna vertical 174. A mesa 171, o suporte 172, e o braço 173 são, cada um, fixados à coluna vertical 174. A mesa 171 e o braço 173 podem, cada um, ser manualmente ajustados para cima, para baixo, e de maneira giratória em relação à coluna vertical 174. O braço 173 é usado para reter vários cupons de soldagem (por exemplo, o cupom de soldagem 175) e um usuário pode repousar seu braço na mesa 171 durante o treinamento. A coluna vertical 174 é indexada com informações de posição de modo que um usuário possa saber exatamente onde o braço 173 e a mesa 171 estão verticalmente posicionados na coluna 171. Essas informações de posição vertical podem ser inseridas no sistema por um usuário com o uso da WUI 130 e do ODD 150.

[065] De acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção, as posições da mesa 171 e o braço 173 podem ser automaticamente ajustadas pelo PSS 110 por meio de ajustes pré-programados, ou por meio da WUI 130 e/ou o ODD 150 como ordenado por um usuário. Em tal modalidade alternativa, a T/S 170 inclui, por exemplo, motores e/ou servomecanismos, e comandos de sinal do PPS 110 para ativar os motores e/ou servomecanismos. De acordo com uma modalidade alternativa adicional da presente invenção, as posições da mesa 171 e o braço 173 e o tipo de cupom são detectados pelo sistema 100. Dessa forma, um usuário não tem que inserir manualmente as informações de posição por meio da interface de usuário. Em tal modalidade alternativa, a T/S 170 inclui detectores de posição e orientação e envia comandos de sinal ao PPS 110 para fornecer informações de posição e orientação, e o WC 175 inclui sensores de detecção de posição (por exemplo, sensores helicoidais para detectar campos magnéticos). Um usuário pode ver uma renderização da T/S 170 ajustar no ODD 150 à medida que os parâmetros de ajuste são alterados, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[066] A Figura 7A ilustra uma modalidade exemplificativa de um cupom de soldagem de tubulação (WC) 175 do sistema 100 da Figura 1. O WC 175 simula duas tubulações de 15,24 centímetros (seis polegadas) de diâmetro 175' e 175" posicionadas juntas para formar uma raiz 176 a ser soldada. O WC 175 inclui uma porção de conexão 177 em uma extremidade do WC 175, permitindo que o WC 175 seja fixado de maneira precisa e passível de repetição no braço 173. A Figura 7B ilustra o WC de tubulação 175 da Figura 7A montado no braço 173 da mesa/suporte (TS) 170 da Figura 6. A maneira precisa e passível de repetição em que o WC 175 pode ser fixado ao braço 173 permite calibração espacial do WC 175 a ser realizada apenas uma vez na fábrica. Então, no campo, visto que o sistema 100 tem a posição do braço 173, o sistema 100 pode rastrear a MWT 160 e o FMDD 140 em relação ao WC 175 em um ambiente virtual. Uma primeira porção do braço 173, à qual o WC 175 é fixado, pode ser inclinada em relação a uma segunda porção do braço 173, como mostrado na Figura 6. Isso permite que o usuário pratique a soldagem de tubulação com a tubulação em qualquer uma das diversas diferentes orientações e ângulos.

[067] A Figura 8 ilustra vários elementos de uma modalidade exemplificativa do rastreador espacial (ST) 120 da Figura 1. O ST 120 é um rastreador magnético que pode realizar a interface de maneira operativa com o PPS 110 do sistema 100. O ST 120 inclui uma fonte magnética 121 e cabo de fonte, pelo menos um sensor 122 e cabo associado, software hospedeiro no indicador 123, uma fonte de energia 124 e cabo associado, cabos USB e RS-232 125, e uma unidade de rastreamento de processador 126. A fonte magnética 121 pode ser conectada de modo operativo à unidade de rastreamento de processador 126 por meio de um cabo. O sensor 122 pode ser conectado de modo operativo à unidade de rastreamento de processador 126 por meio de um cabo. A fonte de energia 124 pode ser conectada de modo operativo à unidade de rastreamento de processador 126 por meio de um cabo. A unidade de rastreamento de processador 126 pode ser conectada de modo operativo ao PPS 110 por meio de um cabo USB ou RS232 125. O software hospedeiro no indicador 123 pode ser carregado no PPS 110 e permite a comunicação funcional entre o ST 120 e o PPS 110.

[068] Em referência à Figura 6 e à Figura 8, a fonte magnética 121 do ST 120 é montada na primeira porção do braço 173. A fonte magnética 121 cria um campo magnético ao redor da fonte 121, que inclui o espaço que abrange o WC 175 fixado ao braço 173, estabelecendo um quadro espacial em 3D de referência. A T/S 170 é em grande parte não metálica (não férrica e não condutiva) de modo a não distorcer o campo magnético criado pela fonte magnética 121. O sensor 122 inclui três bobinas de indução ortogonalmente alinhadas ao longo de três direções espaciais. Em relação às bobinas de indução do sensor 122, cada uma mede a resistência do campo magnético em cada uma das três direções e fornece tais informações à unidade de rastreamento de processador 126. Como resultado, o sistema 100 pode saber onde qualquer porção do WC 175 está em relação ao quadro espacial em 3D de referência que é estabelecido pelo campo magnético quando o WC 175 está montado no braço 173. O sensor 122 pode ser fixado à MWT 160 ou ao FMDD 140, permitindo que a MWT 160 ou o FMDD 140 seja rastreado pelo ST 120 em relação ao quadro espacial em 3D de referência tanto no espaço quanto na orientação. Quando dois sensores 122 são fornecidos e conectados de modo operativo à unidade de rastreamento de processador 126, tanto a MWT 160 quanto o FMDD 140 podem ser rastreados. Dessa forma, o sistema 100 pode criar um WC virtual, uma MWT virtual, e uma T/S virtual no espaço de realidade virtual e exibir o WC virtual, a MWT virtual, e a T/S virtual no FMDD 140 e/ou o ODD 150 conforme a MWT 160 e o FMDD 140 são rastreados em relação ao quadro espacial em 3D de referência.

[069] De acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção, o sensor (es) 122 pode realizar interface de modo sem fio à unidade de rastreamento de processador 126, e a unidade de rastreamento de processador 126 pode realizar interface de modo sem fio ao PPS 110. De acordo com outras modalidades alternativas da presente invenção, outros tipos de rastreadores espaciais 120 podem ser usados no sistema 100 incluindo, por exemplo, um acelerômetro/rastreador baseado em giroscópio, um rastreador óptico (ativo ou passivo), um rastreador infravermelho, um rastreador acústico, um rastreador a laser, um rastreador por frequência de rádio, um rastreador inerte, e sistema de rastreamento com base em realidade argumentada. Outros tipos de rastreadores também podem ser possíveis.

[070] A Figura 9A ilustra uma modalidade exemplificativa do dispositivo de exibição montado na face 140 (FMDD) do sistema 100 da Figura 1. A Figura 9B é uma ilustração de como o FMDD 140 da Figura 9A é preso na cabeça de um usuário. A Figura 9C ilustra uma modalidade exemplificativa do FMDD 140 da Figura 9A integrado em um capacete de soldagem 900. O FMDD 140 se conecta de maneira operativa ao PPS 110 e ao ST 120 ou através de meio com fio ou sem fio. Um sensor 122 do ST 120 pode ser fixado ao FMDD 140 ou ao capacete de soldagem 900, de acordo com várias modalidades da presente invenção, permitindo que o FMDD 140 e/ou capacete de soldagem 900 seja rastreado em relação ao quadro espacial em 3D de referência criado pelo ST 120.

[071] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o FMDD 140 inclui duas microexibições de OLED em 3D de SVGA de alto contraste que podem distribuir vídeo de movimento completo de fluido no modos de vídeo em 2D e de quadro sequencial. O vídeo do ambiente de realidade virtual é fornecido e exibido no FMDD 140. Um modo de ampliação (por exemplo, 2X) pode ser fornecido, permitindo que um usuário simule uma lente falsa, por exemplo.

[072] O FMDD 140 ainda inclui dois alto- falantes de ouvido 910, que permitem que o usuário ouça sons ambientes e relacionados à soldagem simulada produzidos pelo sistema 100. O FMDD 140 pode realizar interface de maneira operativa ao PPS 110 através de meio com fio ou sem fio, de acordo com várias modalidades da presente invenção. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o PPS 110 fornece vídeo estereoscópico ao FMDD 140, que fornece percepção de profundidade melhorada ao usuário. De acordo com uma modalidade alternada da presente invenção, um usuário pode usar um controle na MWT 160 (por exemplo, um botão ou comutador) para chamar e selecionar menus e opções de exibição no FMDD 140. Isso pode permitir que o usuário reinicie facilmente uma solda se o mesmo realizar um erro, altere determinados parâmetros, ou volte um pouco para refazer uma porção de uma trajetória de microesfera de solda, por exemplo.

[073] A Figura 10 ilustra uma modalidade exemplificativa de um diagrama em blocos de subsistema do subsistema baseado em processador programável (PPS) 110 do sistema 100 da Figura 1. O PPS 110 inclui uma unidade de processamento central (CPU) 111 e duas unidades de processamento de gráfico (GPU) 115, de acordo com uma modalidade da presente invenção. As duas GPUs 115 são programadas para fornecer simulação de realidade virtual de uma poça de solda (também conhecida como um agrupamento de solda) que tem fluidez do metal fundido em tempo real e características de absorção e dissipação de calor, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[074] A Figura 11 ilustra uma modalidade exemplificativa de um diagrama em blocos de uma unidade de processamento de gráfico (GPU) 115 do PPS 110 da Figura 10. Cada GPU 115 suporta a implantação de algoritmos paralelos de dados. De acordo com uma modalidade da presente invenção, cada GPU 115 fornece duas saídas de vídeo 118 e 119 que podem fornecer duas vistas de realidade virtual. Duas das saídas de vídeo podem ser encaminhadas para o FMDD 140, para renderizar o ponto de vista do soldador, e uma terceira saída de vídeo pode ser encaminhada ao ODD 150, por exemplo, para renderizar ou o ponto de vista do soldador ou algum outro ponto de vista. A quarta saída de vídeo restante pode ser encaminhada a um projetor, por exemplo. As duas GPUs 115 realizam as mesmas computações físicas de soldagem, mas podem render o ambiente de realidade virtual do mesmo ou diferentes pontos de vista. A GPU 115 inclui a arquitetura de dispositivo unificada de computador (CUDA) 116 e um sombreador 117. A CUDA 116 é um instrumento computação da GPU 115 que é acessível aos desenvolvedores software através de linguagens de programação padrão da indústria. A CUDA 116 inclui cores paralelas e é usada para executar os modelos físicos da simulação de poça de solda descrita no presente documento. A CPU 111 fornece dados de entrada de soldagem em tempo real à CUDA 116 na GPU 115. O sombreador 117 é responsável por desenhar e aplicar todos os visuais da simulação. Os visuais de microesfera e poças são conduzidos pelo estado de um mapa de deslocamento de wexel que será descrito posteriormente no presente documento. De acordo com uma modalidade da presente invenção, os modelos físicos executam e atualizam em uma taxa de mais de 30 vezes por segundo. Durante teste destrutivo/não destrutivo virtual e inspeções simulação, as GPUs 115 agem como um instrumento de renderização para fornecer renderizações animadas em 3D de um conjunto soldado virtual criado durante um processo de soldagem simulado. Além disso, a CPU 111 age como um instrumento de análise para fornecer análise de teste do conjunto soldado virtual em relação aos vários defeitos e descontinuidades que podem estar presentes no conjunto soldado virtual.

[075] A Figura 12 ilustra uma modalidade exemplificativa de um diagrama em bloco funcional do sistema 100 da Figura 1. Os vários blocos funcionais do sistema 100, como mostrados na Figura 12, são implantados de maneira ampla por meio de instruções de software e módulos que são executados no PPS 110. Os vários blocos funcionais do sistema 100 incluem uma interface física 1201, maçarico e modelos de garra 1202, modelos de ambiente 1203, funcionalidade de conteúdo de som 1204, sons de soldagem 1205, modelo de apoio/mesa1206, funcionalidade de estrutura interna 1207, funcionalidade de calibração 1208, modelos de cupom 1210, física de soldagem 1211, ferramenta de ajuste de física interna (otimizador) 1212, funcionalidade de interface gráfica de usuário 1213, funcionalidade gráfica 1214, funcionalidade de relatórios de estudante 1215, renderizador 1216, renderização de microesfera 1217, texturas em 3D 1218, funcionalidade de pistas visuais 1219, funcionalidade de pontuação e tolerância 1220, editor de tolerância 1221, e efeitos especiais 1222. O renderizador 1216, a renderização de microesfera 1217, as texturas em 3D 1218, e a funcionalidade de pontuação e tolerância 1220 são empregados durante teste destrutivo/não destrutivo virtual e inspeção bem como durante um processo de soldagem simulado, de acordo com uma modalidade da presente invenção.

[076] A funcionalidade de estrutura interna 1207 fornece as logísticas de software de níveis mais altos dos processos do sistema 100 que incluem, por exemplo, carregar arquivos, reter informações, gerenciar filamentos, ativar os modelos físicos, e acionar menus. A funcionalidade de estrutura interna 1207 é executada na CPU 111, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Determinadas entradas em tempo real ao PPS 110 incluem arco local, posição de máquina, FMDD ou posição de capacete, arma em estado desativado, e estado de contato realizado (sim/não).

[077] A funcionalidade de interface gráfica de usuário 1213 permite que um usuário, através do ODD 150 com o uso do joystick 132 da interface física de usuário 130, configure um cenário de soldagem, um cenário de teste, ou um cenário de inspeção. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a configuração de um cenário de soldagem inclui selecionar uma linguagem, inserir um nome de usuário, selecionar uma placa de prática (isto é, um cupom de soldagem), selecionar um processo de soldagem (por exemplo, FCAW, GMAW, SMAW) e aspersão axial associada, pulso, ou métodos de arco curto, selecionar um tipo de gás e taxa de fluxo, selecionar um tipo de eletrodo de punção (por exemplo, 6010 ou 7018), e selecionar um tipo de fio fluidizado (por exemplo, autoblindado, blindado a gás). A configuração de um cenário de soldagem também inclui selecionar uma altura de mesa, uma altura de braço, uma posição de braço, e uma rotação de braço da T/S 170. A configuração de um cenário de soldagem ainda inclui selecionar um ambiente (por exemplo, um ambiente de fundo no espaço de realidade virtual), ajustar uma velocidade de alimentação de fio, ajustar um nível de voltagem, ajustar uma amperagem, selecionar uma polaridade, e ativar ou desativar pistas visuais particulares. De maneira semelhante, a configuração de um teste virtual ou cenário de inspeção pode incluir selecionar uma linguagem, inserir um nome de usuário, selecionar um conjunto soldado virtual, selecionar um teste destrutivo ou não destrutivo, selecionar uma ferramenta interativa, e selecionar uma vista perspectiva animada.

[078] Durante um cenário de soldagem simulado, a funcionalidade gráfica 1214 reúne parâmetros de desempenho de usuário e fornece os parâmetros de desempenho usuário para a funcionalidade de interface gráfica de usuário 1213 para a exibição em um formato gráfico (por exemplo, no ODD 150). O rastreamento de informações do ST 120 é alimentado na funcionalidade gráfica 1214. A funcionalidade gráfica 1214 inclui um módulo de análise simples (SAM) e um módulo de análise de chicote/tecelagem (WW AM). O SAM analisa os parâmetros de soldagem de usuário que incluem ângulo de deslocamento de soldagem, velocidade de deslocamento, ângulo de solda, posição, e ponta para distância de trabalho ao comparar os parâmetros de soldagem com os dados armazenados em mesas de microesfera. O WWAM analisa parâmetros de chicote de usuário que incluem espaçamento de moeda, tempo do chicote, e tempo da poça. O WWAM também analisa parâmetros de tecelagem de usuário que incluem largura de tecelagem, espaço de tecelagem, e tempo de tecelagem. O SAM e WWAM interpretam dados de entrada brutos (por exemplo, dados de posição e orientação) em dados funcionalmente usáveis para gráficos. Para cada parâmetro analisado pelo SAM e o WWAM, uma janela de tolerância é definida por limites de parâmetro ao redor de um ponto de ajuste ideal ou ótimo inserido em mesas de microesfera com o uso do editor de tolerância 1221, e a funcionalidade de pontuação e tolerância 1220 é realizada.

[079] O editor de tolerância 1221 inclui um medidor de solda que se aproxima do uso de material, uso elétrico, e tempo de soldagem. Além disso, quando determinados parâmetros estão fora da tolerância, descontinuidades de soldagem (isto é, defeitos de soldagem) podem ocorrer. O estado de quaisquer descontinuidades de soldagem é processado pela funcionalidade gráfica 1214 e apresentado por meio da funcionalidade de interface gráfica de usuário 1213 em um formato gráfico. Tais descontinuidades de soldagem incluem tamanho de solda inapropriado, posicionamento de microesfera insuficiente, microesfera côncava, convexidade excessiva, corte inferior, porosidade, fusão incompleta, aprisionamento de escória, sobrecarga, cova, e respingos excessivos. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o nível ou quantidade de uma descontinuidade é dependente de quão longe um parâmetro de usuário particular está do ponto de ajuste ideal ou ótimo. Tais descontinuidades de soldagem que são geradas como parte do processo de soldagem simulado são usadas como entradas aos processos destrutivos/não destrutivos virtuais e inspeção conforme associado a um conjunto soldado virtual.

[080] Diferentes limites de parâmetro podem ser pré-definidos para diferentes tipos de usuários como, por exemplo, novatos de soldagem, especialistas de soldagem, e pessoas em uma exposição comercial. A funcionalidade de pontuação e tolerância 1220 fornece pontuações numéricas dependendo de quão próximo ao ótimo (ideal) um usuário está para um parâmetro particular e dependendo do nível de descontinuidades ou defeitos presentes na solda. Os valores ótimos são derivados de dados do mundo real. Informações da funcionalidade de pontuação e tolerância 1220 e da funcionalidade de gráficos 1214 podem ser usadas pela funcionalidade de relatórios de estudante 1215 para criar um relatório de desempenho para um instrutor e/ou um estudante.

[081] O sistema 100 pode analisar e exibir os resultados de atividade de soldagem virtual. Ao analisar os resultados, entende-se que o sistema 100 pode determinar quando durante a aprovação de soldagem e onde ao longo da junta de soldas, o usuário é derivado dos limites aceitáveis do processo de soldagem. Uma pontuação pode ser atribuída ao desempenho de usuário. Em uma modalidade, a pontuação pode ser uma função de desvio em posição, orientação e velocidade da ferramenta de soldagem falsa 160 através de faixas de tolerâncias, que podem de estender de uma aprovação de soldagem ideal para atividade de soldagem marginal ou aceitável. Qualquer gradiente de faixa pode ser incorporado no sistema 100 conforme escolhido para a pontuação do desempenho de usuário. A pontuação pode ser exibida numericamente ou alfanumericamente. Adicionalmente, o desempenho de usuário pode ser exibido graficamente mostrando, em tempo e/ou posição ao longo da junta de solda, quão próxima a ferramenta de soldagem falsa atravessou a junta de solda. Parâmetros como ângulo de deslocamento, ângulo de trabalho, velocidade, e distância da junta de solda são exemplos do que pode ser medido, apesar de quaisquer parâmetros poderem ser analisados para propósitos de pontuação. As faixas de tolerância dos parâmetros são tomadas a partir dos dados de soldagem do mundo real, fornecendo, então, retroinformações precisas do modo como o usuário realizará no mundo real. Em outra modalidade, a análise dos defeitos correspondentes ao desempenho de usuário pode também ser incorporada e exibida no ODD 150. Nessa modalidade, um gráfico pode ser descrito indicando qual o tipo de descontinuidade resultou da medição dos vários parâmetros monitorados durante a atividade de soldagem virtual. Enquanto oclusões podem não estar visíveis no ODD 150, defeitos podem ainda ter ocorrido como resultado do desempenho de usuário, os resultados dos mesmos podem ainda ser correspondentemente exibidos, isto é, em forma de gráficos, e também testados (por exemplo, por meio de um teste de dobra) e inspecionados.

[082] A funcionalidade de pistas visuais 1219 fornecem retroinformações imediatas ao usuário ao exibir cores sobrepostas e indicadores no FMDD 140 e/ou o ODD 150. Pistas visuais são fornecidas para cada um dos parâmetros de soldagem 151 que incluem posição, ponta para distância de trabalho, ângulo de solda, ângulo de deslocamento, velocidade de deslocamento, e comprimento de arco (por exemplo, para soldagem de punção) e visualmente indicam ao usuário se algum aspecto da técnica de soldagem do usuário deve ser ajustado com base nos limites ou tolerâncias pré- definidos. Pistas visuais podem também ser fornecidas para a técnica de chicote/tecelagem e espaçamento de "moeda" de microesfera de solda, por exemplo. Pistas visuais podem ser ajustadas independentemente ou em qualquer combinação desejada.

[083] A funcionalidade de calibração 1208 fornece a possibilidade de equivalência de componentes físicos no espaço do mundo real (quadro em 3D de referência) com componentes visuais no espaço de realidade virtual. Cada diferente tipo de cupom de soldagem (WC) é calibrado na fábrica por montagem do WC ao braço 173 da T/S 170 e o toque do WC em pontos pré-definidos (indicados por, por exemplo, três cavidades no WC) com um estilo de calibração conectado de modo operativo ao ST 120. O ST 120 lê as intensidades de campo magnético nos pontos pré-definidos, fornece informações de posição ao PPS 110, e o PPS 110 usa as informações de posição para realizar a calibração (isto é, a translação de espaço de mundo real para espaço de realidade virtual).

[084] Qualquer tipo particular de WC se encaixa no braço 173 da T/S 170 na mesma forma passível de repetição nas tolerâncias muito apertadas. Então, uma vez que um tipo WC particular é calibrado, tal tipo de WC não precisa ser recalibrado (isto é, calibração de um tipo particular de WC é um evento de uma vez). WCs do mesmo tipo são intercambiáveis. A calibração assegura que retroinformações físicas percebidas pelo usuário durante um processo de soldagem são equivalente àquelas exibidos ao usuário no espaço de realidade virtual, tornando a simulação mais real. Por exemplo, se o usuário desliza a ponta de uma MWT 160 ao redor do canto de um WC 180 real, o usuário verá a ponta deslizar ao redor do canto do WC virtual no FMDD 140 á medida que o usuário sente a ponta deslizar ao redor do canto real. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a MWT 160 é posicionada em um gabarito preposicionado e é calibrada também, com base da posição de gabarito conhecida.

[085] De acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção, cupons "inteligentes" são fornecidos, sendo que têm sensores sobre, por exemplo, os cantos dos cupons. O ST 120 pode rastrear os cantos de um cupom "inteligente" de modo que o sistema 100 saiba continuamente onde o cupom "inteligente" está no espaço em 3D do mundo real. De acordo com uma modalidade alternativa adicional da presente invenção, chaves de licenciamento são fornecidas para "destravar" cupons de soldagem. Quando um WC particular é adquirido, a chave de licenciamento é fornecida permitindo que o usuário insira a chave de licenciamento no sistema 100, destravando o software associado ao WC. De acordo com outra modalidade da presente invenção, cupons de soldagem especiais não padrão podem ser fornecidos com base em desenhos de CAD de mundo real de partes. Usuários podem treinar soldagem em uma parte de CAD até mesmo antes de a parte ser realmente produzida no mundo real.

[086] A funcionalidade de conteúdo de som 1204 e sons de soldagem 1205 fornecem tipos de sons de soldagem particulares que são alterados dependendo se determinados parâmetros de soldagem estão em tolerância ou fora de tolerância. Sons são adaptados aos vários processos e parâmetros de soldagem. Por exemplo, em um processo de soldagem a arco de aspersão de MIG, um som de rachadura é fornecido quando o usuário não tem a MWT 160 posicionada corretamente, e um som sibilante é fornecido quando a MWT 160 é posicionada corretamente. Em um processo de soldagem a arco curto, um crepitar constante ou som de fritura é fornecido para técnica de soldagem apropriada, e um som sibilante pode ser fornecido quando corte inferior está ocorrendo. Esses sons imitam sons do mundo real correspondentes à técnica de soldagem correta e incorreta.

[087] Conteúdo de som de fidelidade alta pode ser tomado de gravações do mundo real de soldagem real com o uso uma variedade de meios eletrônicos e mecânicos, de acordo com várias modalidades da presente invenção. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o volume percebido e direcionalidade de som é modificado dependendo da posição, orientação, e distância da cabeça do usuário (assumindo que o usuário está usando um FMDD 140 que é rastreado pelo ST 120) em relação ao arco simulado entre a MWT 160 e o WC 180. O som pode ser fornecido ao usuário por meio de alto-falantes de ouvido 910 no FMDD 140 ou por meio de alto-falantes configurados no console 135 ou T/S 170, por exemplo.

[088] Os modelos de ambiente 1203 são fornecidos para fornecer várias cenas de fundo (estática e em movimento) no espaço de realidade virtual. Tais ambientes de fundo podem incluir, por exemplo, uma oficina de soldagem interna, uma pista de corrida externa, uma garagem, etc. e podem incluir carros em movimento, pessoas, pássaros, nuvens, e vários sons ambientes. O ambiente de fundo pode ser interativo, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Por exemplo, um usuário pode ter que pesquisar uma área de fundo, antes de iniciar a soldagem, para assegurar que o ambiente é apropriado (por exemplo, seguro) para soldagem. Maçarico e modelos de garra 1202 são fornecidos no modelo de várias MWTs 160 que incluem, por exemplo, armas, retentores com eletrodos de punção, etc. no espaço de realidade virtual.

[089] Os modelos de cupom 1210 são fornecidos para modelar os vários WCs 180 que incluem, por exemplo, cupons de placa plana, cupons de junta em T, porém, cupons de junta em T, cupons de solda por sulco, e cupons de tubulação (por exemplo, tubulação de 5,08 centímetros (2 polegadas) de diâmetro e tubulação de 15,24 centímetros (6 polegadas) de diâmetro) no espaço de realidade virtual. Um modelo de apoio/mesa1206 é fornecido nos modelos de várias partes da T/S 170 que incluem uma mesa ajustável 171, um suporte 172, um braço ajustável 173, e uma coluna vertical 174 no espaço de realidade virtual. Um modelo de interface física 1201 é fornecido para modelar as várias partes da interface de soldagem de usuário 130, console 135, e ODD 150 no espaço de realidade virtual. Novamente, a simulação resultante de um cupom de soldagem que aconteceu através de um processo de soldagem simulado para formar uma microesfera de solda, uma junta de solda, uma solda de tubulação em placa, uma solda de obturar, ou uma solda de dobra é conhecida no presente documento como um conjunto soldado virtual em relação ao sistema 100. Cupons de soldagem podem ser fornecidos para apoiar cada um desses cenários.

[090] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a simulação de uma poça de solda ou agrupamento no espaço de realidade virtual é cumprida onde a poça de solda simulada tem fluidez do metal fundido em tempo real e características de dissipação de calor. No coração da simulação de poça de solda está a funcionalidade de física de soldagem 1211 (também conhecida como o modelo físico) que é executada nas GPUs 115, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A funcionalidade de física de soldagem emprega uma técnica de camada de deslocamento duplo para precisamente modelar fluidez/viscosidade dinâmica, solidez, gradiente térmico (absorção e dissipação e calor), rastro de poça, e formato de microesfera, e é descrita em mais detalhes no presente documento em relação às Figuras 14A a 14C.

[091] A funcionalidade de física de soldagem 1211 se comunica com a funcionalidade de renderização de microesfera 1217 para renderizar uma microesfera de solda em todos os estados do estado fundido aquecido ao estado solidificado resfriado. A funcionalidade de renderização de microesfera 1217 usa informações da funcionalidade de física de soldagem 1211 (por exemplo, calor, fluidez, deslocamento, espaçamento de moeda) para render de maneira precisa e de maneira realística uma microesfera de solda no espaço de realidade virtual em tempo real. As texturas em funcionalidade em 3D 1218 fornecem mapas de textura para a funcionalidade de renderização de microesfera 1217 para sobrepor texturas adicionais (por exemplo, brasa, escória, grão) na microesfera de solda simulada. Por exemplo, a escória pode ser mostrada renderizada sobre uma microesfera de solda durante e logo após um processo de soldagem, e então, removida para revelar a microesfera de solda subjacente. A funcionalidade de renderizador 1216 é usada para renderizar várias específicas características de não poça com o uso de informações do módulo de efeitos especiais 1222 que incluem faíscas, respingos, fumaça, brilho de arco, vapor e gases, e determinadas descontinuidades como, por exemplo, corte inferior e porosidade.

[092] A ferramenta de ajuste de física interna 1212 é uma ferramenta de otimização que permite que vários parâmetros de físicas de soldagem sejam definidos, atualizados, e modificados para os vários processos de soldagem. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a ferramenta de ajuste de física interna 1212 é executado na CPU 111 e os parâmetros ajustados ou atualizados são descarregados para as GPUs 115. Os tipos de parâmetros que podem ser ajustados por meio da ferramenta de ajuste de física interna 1212 incluem parâmetros relacionados a cupons de soldagem, parâmetros de processo que permitem que um processo seja alterado sem que seja necessário reinicializar um cupom de soldagem (permitindo realizar uma segunda aprovação), vários parâmetros globais podem ser alterados sem reajustar a simulação inteira, e outros vários parâmetros.

[093] A Figura 13 é um fluxograma de uma modalidade de um método 1300 de treinamento com o uso do sistema de treinamento de realidade virtual 100 da Figura 1. O método procede como a seguir: na etapa 1310, mover uma ferramenta de soldagem falsa em relação a um cupom de soldagem de acordo com uma técnica de soldagem; na etapa 1320, rastrear posição e orientação da ferramenta de soldagem falsa em espaço tridimensional com o uso de um sistema de realidade virtual; na etapa 1330, visualizar uma exibição do sistema de soldagem de realidade virtual que mostra uma simulação de realidade virtual em tempo real da ferramenta de soldagem falsa e o cupom de soldagem em um espaço de realidade virtual conforme a ferramenta de soldagem falsa simulada deposita um material de microesfera de solda simulada na pelo menos uma superfície simulada do cupom de soldagem simulado ao formar uma poça de solda simulada nas proximidades de um arco simulado que emite a partir da dita ferramenta de soldagem falsa simulada; na etapa 1340, visualizar na exibição, a fluidez do metal fundido em tempo real e características de dissipação de calor da poça de solda simulada; na etapa 1350, modificar em tempo real, pelo menos um aspecto da técnica de soldagem em resposta à visualização da fluidez do metal fundido em tempo real e características de dissipação de calor da poça de solda simulada.

[094] O método 1300 ilustra como um usuário pode visualizar uma poça de solda no espaço de realidade virtual e modificar sua técnica de soldagem em resposta à visualização de várias características da poça de solda simulada, que inclui fluidez do metal fundido em tempo real (por exemplo, viscosidade) e dissipação de calor. O usuário pode também visualizar e responder a outras características que incluem rastro de poça em tempo real e espaçamento de moeda. A visualização e resposta a características da poça de solda é feita como a maioria das operações de soldagem são realmente realizadas no mundo real. A modelagem de camada de deslocamento duplo da funcionalidade de física de soldagem 1211 executada nas GPUs 115 permite que tal fluidez do metal fundido em tempo real e características de dissipação de calor sejam modeladas e representadas de maneira precisa ao usuário. Por exemplo, a dissipação de calor determina o tempo de solidificação (isto é, quanto tempo leva pra um wexel ser completamente solidificado).

[095] Além disso, um usuário pode fazer uma segunda aprovação sobre o material de microesfera de solda do conjunto soldado virtual com o uso da mesma ou de diferente (por exemplo, uma segunda) ferramenta de soldagem falsa e/ou processo de soldagem. Em tal segundo cenário de aprovação, a simulação mostra a ferramenta de soldagem falsa simulada, o cupom de soldagem, e o material de microesfera de solda original simulado no espaço de realidade virtual conforme a ferramenta de soldagem falsa simulada deposita um segundo simulado material de microesfera de solda que é integrado com o primeiro material de microesfera de solda simulado ao formar uma segunda poça de solda simulada nas proximidades de um arco simulado que emite a partir da ferramenta de soldagem falsa simulada. Aprovações adicionais subsequentes com o uso da mesma ou diferentes ferramentas de soldagem ou processos podem ser feitas em um maneira semelhante. Em qualquer segunda ou subsequente aprovação, o material de microesfera de solda anterior é integrado com o novo material de microesfera de solda a ser depositado como uma nova poça de solda que é formada no espaço de realidade virtual a partir da combinação de qualquer um dentre o material de microesfera de solda anterior, o novo material de microesfera de solda, e possivelmente o material de cupom subjacente então modifica o conjunto soldado virtual resultante, de acordo com determinadas modalidades da presente invenção. Tais aprovações subsequentes podem ser necessárias para criar uma faixa grande ou solda de sulco, sendo que são realizadas para reparar uma microesfera de solda formada por uma aprovação anterior, por exemplo, ou pode incluir uma passagem quente e um ou mais preenchimento e tampa que passam após uma passe de raiz como é feito em soldagem de tubulação. De acordo com várias modalidades da presente invenção, microesfera de solda e material de base podem incluir aço macio, aço inoxidável, alumínio, níquel com ligas de base, ou outros materiais.

[096] As Figuras 14A a 14B ilustram o conceito de um mapa de deslocamento de elemento de soldagem (wexel) 1420, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A Figura 14A mostra uma vista lateral de um cupom de soldagem plana (WC) 1400 que tem uma superfície de topo plana 1410. O cupom de soldagem 1400 existe no mundo real como, por exemplo, uma parte plástica, e também existe no espaço de realidade virtual como um cupom de soldagem simulado. A Figura 14B mostra uma representação da superfície de topo 1410 do WC simulado 1400 fraturada em uma grade ou matriz de elementos de soldagem (isto é, wexels) formando um mapa de wexel 1420. Cada wexel (por exemplo, wexel 1421) define uma pequena porção da superfície 1410 do cupom de soldagem. O mapa de wexel define uma resolução da superfície. Valores de parâmetro de canal alterável são atribuídos a cada wexel, permitindo que os valores de cada wexel sejam alterados dinamicamente em tempo real em espaço de solda de realidade virtual durante um processo de soldagem simulado. Os valores de parâmetro de canal alterável correspondem a poça de canais (deslocamento de fluidez/viscosidade de metal fundido), calor (absorção/dissipação de calor), deslocamento (deslocamento sólido), e extra (vários estados extras, por exemplo, escória, grão, brasa, metal virgem). Esses canais alteráveis são referidos no presente documento como PHED para poça, calor, extra, e deslocamento, respectivamente.

[097] A Figura 15 ilustra uma modalidade exemplificativa de um espaço de cupom e um espaço de solda do cupom de soldagem plana (WC) 1400 da Figura 14 simulado no sistema 100 da Figura 1. Os pontos O, X, Y, e Z definem o espaço de cupom em 3D local. Em geral, cada tipo cupom define o mapeamento do espaço de cupom em 3D para o espaço de solda de realidade virtual 2D. O mapa de wexel 1420 da Figura 14 é uma matriz bidirecional de valores que fazem o mapeamento para o espaço de solda em realidade virtual. Um usuário deve soldar do ponto B ao ponto E como mostrado na Figura 15. Uma linha trajetória do ponto B ao ponto E é mostrada tanto no espaço de cupom em 3D quanto no espaço de solda em 2D na Figura 15.

[098] Cada tipo de cupom define a direção de deslocamento para cada local no mapa de wexel. Para o cupom de soldagem plana da Figura 15, a direção de deslocamento é a mesma em todos os locais no mapa de wexel (isto é, na direção Z). As coordenadas de textura do mapa de wexel são mostradas como S, T (algumas vezes denominadas U, V) tanto no espaço de cupom em 3D quanto no espaço de solda em 2D, para esclarecer o mapeamento. O mapa de wexel é mapeado e representa a superfície retangular 1410 do cupom de soldagem 1400.

[099] A Figura 16 ilustra uma modalidade exemplificativa de um espaço de cupom e um espaço de solda de um cupom de soldagem (WC) 1600 de canto (junta em T) simulado no sistema 100 da Figura 1. O WC de canto 1600 tem duas superfícies 1610 e 1620 no espaço de cupom em 3D que são mapeadas para o espaço de solda em 2D como mostrado na Figura 16. Novamente, os pontos O, X, Y, e Z definem o espaço de cupom em 3D local. As coordenadas de textura do mapa de wexel são mostradas como S, T tanto no espaço de cupom em 3D quanto no espaço de solda em 2D, para esclarecer o mapeamento. Um usuário deve soldar do ponto B ao ponto E como mostrado na Figura 16. Uma linha trajetória do ponto B ao ponto E é mostrada tanto no espaço de cupom em 3D quanto no espaço de solda em 2D na Figura 16. Contudo, a direção de deslocamento é para a linha X'-O' como mostrado no espaço de cupom 3D, para o canto oposto como mostrado na Figura 16.

[100] A Figura 17 ilustra uma modalidade exemplificativa de um espaço de cupom e um espaço de solda de um cupom de soldagem de tubulação (WC) 1700 simulado no sistema 100 da Figura 1. O WC de tubulação 1700 tem uma superfície curva 1710 no espaço de cupom em 3D que é mapeado ao espaço de solda em 2D como mostrado na Figura 17. Novamente, os pontos O, X, Y, e Z definem o espaço de cupom em 3D local. As coordenadas de textura do mapa de wexel são mostradas como S, T tanto no espaço de cupom em 3D quanto no espaço de solda em 2D, para esclarecer o mapeamento. Um usuário deve soldar do ponto B ao ponto E ao longo de uma trajetória curva como mostrado na Figura 17. Uma trajetória curva e linha do ponto B ao ponto E é mostrada no espaço de cupom em 3D e no espaço de solda em 2D, respectivamente, na Figura 17. A direção de deslocamento está longe da linha Y- 0 (isto é, longe do centro da tubulação). A Figura 18 ilustra uma modalidade exemplificativa do cupom de soldagem de tubulação (WC) 1700 da Figura 17. O WC de tubulação 1700 é feito de um plástico não condutivo não férrico, e simula duas peças de tubulação 1701 e 1702 unidas para formar uma junta de raiz 1703. Uma peça de fixação 1704 para fixação ao braço 173 da T/S 170 é também mostrada.

[101] De uma maneira semelhante que um mapa de textura pode ser mapeado em uma área de superfície retangular de uma geometria, um mapa de wexel passível de solda pode ser mapeado a uma superfície retangular de um cupom de soldagem. Cada elemento do mapa passível de solda é denominado um wexel no mesmo sentido que cada elemento de uma figura é denominado um pixel (uma contração de elemento de figura). Um pixel contém canais de informações que definem uma cor (por exemplo, vermelho, verde, azul, etc.). Um wexel contém canais de informações (por exemplo, P, H, E, D) que definem uma superfície passível de solda no espaço de realidade virtual.

[102] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o formato de um wexel é resumido como canais PHED (Poça, Calor, Extra, Deslocamento) que contêm quatro números de ponto flutuante. O canal extra é tratado como um conjunto de bits que armazena informações lógicas sobre o wexel como, por exemplo, se ou não houve qualquer escória no local de wexel. O canal de poça armazena um valor de deslocamento para qualquer metal liquefeito no local de wexel. O canal de deslocamento armazena um valor de deslocamento para o metal solidificado no local de wexel. O canal de calor armazena um valor que obtém a magnitude de calor no local de wexel. Dessa forma, a parte passível de solda do cupom pode mostrar deslocamento em razão de uma microesfera soldada, uma "poça" de superfície brilhante em razão de metal líquido, cor em razão de calor, etc. Todos esses efeitos são alcançados pelo vértice e sombreadores de pixel aplicados à superfície passível de solda. De acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção, um wexel pode também incorporar propriedades metalúrgicas específicas que podem ser alteradas durante uma simulação de soldagem, por exemplo, em razão da entrada de calor ao wexel. Tais propriedades metalúrgicas podem ser usadas para simular teste e inspeção virtual de um soldagem.

[103] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um mapa de deslocamento e um sistema de partícula são usados onde as partículas podem interagir umas com as outras e colidir com o mapa de deslocamento. As partículas são partículas de fluido dinâmico virtual e fornecem o comportamento líquido da poça de solda, mas não são renderizadas diretamente (isto é, não são visualmente vistas de maneira direta). Ao contrário, apenas os efeitos de partícula no mapa de deslocamento são visualmente percebidos. A entrada de calor em um wexel afeta o movimento de partículas próximas. Existem dois tipos de deslocamento envolvidos na simulação de uma poça de soldagem que incluem Poça e Deslocamento. A poça é "temporária" e apenas dura se existirem partículas e calor presentes. O deslocamento é "permanente". O deslocamento de poça é o metal líquido da solda que muda rapidamente (por exemplo, luzes difusas) e pode ser considerado como estando "no topo" do deslocamento. As partículas sobrepõem uma porção de uma mapa de deslocamento de superfície virtual (isto é, um mapa de wexel). O deslocamento representa o metal sólido permanente que inclui tanto o metal de base inicial quanto a microesfera de solda que foi solidificada.

[104] De acordo com uma modalidade da presente invenção, o processo de soldagem simulado no espaço de realidade virtual funciona como a seguir: partículas fluem do emissor (emissor da MWT simulada 160) em um cone fino. As partículas fazem o primeiro contato com a superfície do cupom de soldagem simulada no qual a superfície é definida por um mapa de wexel. As partículas interagem umas com as outras e o mapa de wexel e criado em tempo real. Mais calor é adicionado à medida que um wexel está mais próximo do emissor. O calor é modelado em dependência da distância do ponto do arco e a quantidade de tempo que o calor é inserido a partir do arco. Determinadas visualizações (por exemplo, cor, etc.) são conduzidas pelo calor. Uma poça de solda é desenhada ou renderizada no espaço de realidade virtual para wexels que têm calor suficiente. Onde quer que esteja quente o suficiente, o mapa de wexel é liquefeito, fazendo com que o deslocamento de poça "aumente" para tais locais de wexel. O deslocamento de poça é determinado por amostragem das "partículas mais altas" em cada local de wexel. Conforme o emissor se move ao longo da trajetória de solda, os locais de wexel deixados para trás são resfriados. O calor é removido de um local de wexel em uma taxa particular. Quando um limiar de resfriamento é atingido, o mapa de wexel é solidificado. Como tal, o deslocamento de poça é gradualmente convertido em deslocamento (isto é, uma microesfera solidificada). O deslocamento adicionado é equivalente à poça removida de modo que a altura geral não seja alterada. Tempos de vida de partícula são otimizados ou ajustados para persistir até a solidificação estar completa. Determinadas propriedades de partícula que são modeladas no sistema 100 incluem atração/repulsão, velocidade (relacionada a calor), amortecimento (relacionado a dissipação de calor), direção (relacionada a gravidade).

[105] As Figuras 19A a 19C ilustram uma modalidade exemplificativa do conceito de um modelo de poça de deslocamento duplo (deslocamento e partículas) do sistema 100 da Figura 1. Cupons de soldagem são simulados no espaço de realidade virtual que tem pelo menos uma superfície. As superfícies do cupom de soldagem são simuladas no espaço de realidade virtual como um camada de deslocamento duplo que inclui uma camada de deslocamento sólido e uma camada de deslocamento de poça. A camada de deslocamento de poça pode modificar a camada de deslocamento sólido.

[106] Como descrito no presente documento, "poça" é definida por uma área do mapa de wexel em que o valor de poça surgiu pela presença de partículas. O processo de amostragem é representado nas Figuras 19A a 19C. Uma seção de um mapa de wexel é mostrada tendo sete wexels adjacentes. Os valores de deslocamento atuais são representados por barras retangulares não sombreadas 1910 de uma dada altura (isto é, um dado deslocamento para cada wexel). Na Figura 19A, as partículas 1920 são mostradas como pontos não sombreados redondos que colidem com os níveis de deslocamento atuais e são empilhados. Na Figura 19B, as alturas de partícula 1930 "mais altas" são amostradas em cada local de wexel. Na Figura 19C, os retângulos sombreados 1940 mostram quanto da poça foi adicionado no topo do deslocamento como resultado das partículas. A altura da poça de solda não é instantaneamente ajustada aos valores amostrados, visto que a poça é adicionada em uma taxa de liquefação particular com base no calor. Apesar de não mostrado nas Figuras 19A a 19C, é possível visualizar o processo de solidificação à medida que a poça (retângulos sombreados) gradualmente encolhe e o deslocamento (retângulos não sombreados) gradualmente cresce a partir de baixo para exatamente tomar o lugar da poça. Dessa forma, as características de fluidez do metal fundido em tempo real são simuladas de maneira precisa. Conforme um usuário pratica um processo de soldagem particular, o usuário pode observar as características de fluidez do metal fundido e as características de dissipação de calor da poça de solda em tempo real no espaço de realidade virtual e usar essas informações para ajustar ou manter sua técnica de soldagem.

[107] O número de wexels que representa a superfície de um cupom de soldagem é fixo. Além disso, as partículas de poça que são geradas pela simulação para fluidez de modelo são temporárias, como descrito no presente documento. Então, uma vez que uma poça inicial é gerada no espaço de realidade virtual durante um processo de soldagem simulado com o uso do sistema 100, o número de wexels mais partículas de poça tende a se manter relativamente constante. Isso acontece porque o número de wexels que são processados é fixo e o número de partículas de poça que existem e que são processadas durante o processo de soldagem tendem se manter relativamente constantes porque as partículas de poça são criadas e "destruídas" em uma taxa semelhante (isto é, as partículas de poça são temporárias). Então, a carga de processamento do PPS 110 se mantém relativamente constante durante uma sessão de soldagem simulada.

[108] De acordo com uma modalidade alternada da presente invenção, partículas de poça podem ser geradas em ou abaixo da superfície do cupom de soldagem. Em tal modalidade, o deslocamento pode ser modelado como sendo positivo ou negativo em relação ao deslocamento de superfície original de um cupom virgem (isto é, não soldado). Dessa forma, partículas de poça podem não apenas ser criadas na superfície de um cupom de soldagem, mas podem também penetrar no cupom de soldagem. Contudo, o número de wexels é ainda fixo e as partículas de poça que são criadas e destruídas é ainda relativamente constante.

[109] De acordo com uma modalidade alternada da presente invenção, ao invés de partículas de modelagem, um mapa de deslocamento de wexel pode ser fornecido tendo mais canais para modelar a fluidez da poça. Ou, ao invés de partículas de modelagem, um mapa de voxel denso pode ser modelado. Ou, ao invés de um mapa de wexel, apenas partículas podem ser modeladas, sendo que são mostradas e nunca desaparecem. Tais modalidades alternativas, contudo, não podem fornecer uma carga de processamento relativamente constante para o sistema.

[110] Além disso, de acordo com uma modalidade da presente invenção, explosão ou um rasgo de chaveta é simulado por retirar o material. Por exemplo, se um usuário mantém um arco no mesmo local para por muito tempo, no mundo real, o material iria queimar causando um orifício. Tal cova do mundo real é simulada no sistema 100 por técnicas de dizimação de wexel. Se a quantidade de calor absorvida por um wexel é determinada para ser muito alta pelo sistema 100, o wexel pode ser sinalizado ou atribuído como sendo queimado e renderizado como tal (por exemplo, renderizado como um orifício). Subsequentemente, contudo, reconstituição de wexel pode ocorrer para determinados processos de soldagem (por exemplo, soldagem de tubulação) em que o material é adicionado logo após ser inicialmente queimado. Em geral, o sistema 100 simula dizimação de wexel (retirada de material) e reconstituição de wexel (isto é, adição de material). Além disso, a remoção do material em soldagem de passe de raiz é apropriadamente simulada no sistema 100.

[111] Além disso, a remoção do material em soldagem de passe de raiz é apropriadamente simulada no sistema 100. Por exemplo, no mundo real, o esmerilhamento de passe de raiz pode ser realizado antes das passagens de soldagem subsequentes. De maneira semelhante, o sistema 100 pode simular um passe de esmerilhamento que remove material da junta de solda virtual. Será apreciado que o material removido pode ser modelado como um deslocamento negativo no mapa de wexel. Ou seja, a passe de esmerilhamento remove o material que é modelado pelo sistema 100 resultando em um contorno de microesfera alterado. A simulação do passe de esmerilhamento pode ser automática, ou seja, o sistema 100 remove uma espessura predeterminada de material, que pode ser respectiva à superfície da microesfera de solda de passe de raiz.

[112] Em uma modalidade alternativa, uma ferramenta de esmerilhamento real, ou esmeril, pode ser simulada para ativar e desativar por ativação da ferramenta de soldagem falsa 160 ou outro dispositivo de entrada. É notado que a ferramenta de esmerilhamento pode ser simulada para ser semelhante a um esmeril do mundo real. Nessa modalidade, o usuário maneja a ferramenta de esmerilhamento ao longo do passe de raiz para remover o material responsivo ao movimento da mesma. Será entendido que o usuário pode deixar remover muito material. Em uma maneira semelhante àquela descrita acima, orifícios ou outros defeitos (descritos acima) podem aparecer se o usuário esmerilhar muito material. Além disso, limites rígidos ou interrupções podem ser implantados, isto é, programados, para impedir que o usuário remova muito material ou indicar quando muito material deve ser removido.

[113] Além das partículas de "poça" não visíveis descritas no presente documento, o sistema 100 também usa três outros tipos de partículas visíveis para representar arco, chama, e efeitos de faísca, de acordo com uma modalidade da presente invenção. Esses tipos de partículas não interagem com outras partículas de qualquer tipo, mas interagem apenas com o mapa de deslocamento. Enquanto essas partículas colidem com a superfície de solda simulada, elas não interagem umas com as outras. Apenas partículas de poça interagem umas com as outras, de acordo com uma modalidade da presente invenção. A física das partículas de faísca é configurada de modo que as partículas de faísca saltem e sejam renderizadas como pontos brilhantes no espaço de realidade virtual.

[114] A física das partículas de arco é configurada de modo que as partículas de arco se choquem com a superfície do cupom simulado ou microesfera de solda e permaneçam por um tempo. As partículas de arco são renderizadas como manchas brancas azuladas escuras maiores no espaço de realidade virtual. Isso faz com que muitas da manchas sobrepostas formem qualquer tipo de imagem visual. O resultado final é uma coroa branca brilhante com bordas azuis.

[115] A física das partículas de chama é modelada para surgir lentamente para cima. As partículas de chama são renderizadas como um meio de manchas amarelo- avermelhadas escuras grandes. Isso faz com que muitas tais manchas sobrepostas formem qualquer tipo de imagem visual. O resultado final é bolhas de chamas laranja-avermelhadas com bordas vermelhas que fluem para cima e desaparecem. Outros tipos de partículas de não poça podem ser implantados no sistema 100, de acordo com outras modalidades da presente invenção. Por exemplo, partículas de fumaça podem ser modeladas e simuladas em uma maneira semelhante às partículas de chama.

[116] As etapas finais na visualização simulada são manipuladas pelos sombreadores de vértice e pixel fornecidos pelos sombreadores 117 das GPUs 115 (consulte a Figura 11). Os sombreadores de vértice e pixel aplicam poça e deslocamento, bem como cores de superfície e refletividade alterada em razão de calor, etc. O canal extra (E) do formato de wexel PHED, conforme discutido anteriormente no presente documento, contém todas as informações extras usadas por wexel. De acordo com uma modalidade da presente invenção, as informações extras incluem um bit não virgem (verdadeiro=microesfera, falso=aço virgem), um bit de escória, um valor de corte inferior (quantidade de corte inferior nesse wexel em que zero é igual a nenhum corte inferior), um valor de porosidade (quantidade de porosidade nesse wexel em que zero é igual a nenhuma porosidade), e um valor de rastro de microesfera que codifica o tempo em que a microesfera é solidificada. Existe um conjunto de mapas de imagem associados com diferentes cupons visuais que incluem aço virgem, escória, microesfera, e porosidade. Esses mapas de imagem são usados tanto para mapeamento de choque quanto para mapeamento de textura. A quantidade de mistura desses mapas de imagem é controlada pelas vários sinais e valores descritos no presente documento.

[117] Um efeito de rastro de microesfera é alcançado com o uso um mapa de imagem de ID e um valor de rastro de microesfera por wexel que codifica o tempo em que um dado bit de microesfera é solidificado. Uma vez que um local de wexel de poça quente não está mais quente o suficiente para ser chamado de "poça", um tempo é salvo no local e é chamado de "rastro de microesfera". O resultado final é que o código de sombreador pode usar o mapa de textura de ID para desenhar as "ondulações" que fornecem uma única aparência de sua microesfera que retrata a direção em que a microesfera foi prevista. De acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção, o sistema 100 pode simular, no espaço de realidade virtual, e exibir uma microesfera de solda que tem uma característica de rastro de microesfera de solda em tempo real resultante de uma transição de fluidez- para-solidificação em tempo real da poça de solda simulada, visto que a poça de solda simulada é movida ao longo de uma trajetória de solda.

[118] De acordo com uma modalidade alternativa da presente invenção, o sistema 100 pode ensinar a um usuário como solucionar problemas de um aparelho de soldagem. Por exemplo, um modo de solução de problemas do sistema pode treinar um usuário a ter certeza da configuração do sistema corretamente (por exemplo, taxa de fluxo de gás correta, cabo de alimentação correto conectado, etc.) de acordo com outra modalidade alternada da presente invenção, o sistema 100 pode gravar e reproduzir novamente uma sessão de soldagem (ou pelo menos uma porção de uma sessão de soldagem, por exemplo, N quadros). Uma bola de rastreamento pode ser fornecida para rolar através dos quadros de vídeo, permitindo que um usuário ou instrutor critique uma sessão de soldagem. A reprodução pode ser fornecida em velocidades selecionáveis também (por exemplo, velocidade completa, metade da velocidade, um quarto da velocidade). De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma reprodução de tela dividida pode ser fornecida, permitindo que duas sessões de soldagem sejam visualizadas lado a lado, por exemplo, no ODD 150. Por exemplo, uma "boa" sessão de soldagem pode ser visualizada próxima a uma sessão de soldagem "insuficiente" para propósitos de comparação.

[119] Conforme discutido anteriormente no presente documento, um sistema de inspeção de conjunto soldado virtual (VWI) autônomo pode inserir um conjunto soldado virtual pré-definido ou um conjunto soldado virtual criado com o uso do sistema de VRAW, e realizar inspeção virtual do conjunto soldado virtual. Contudo, ao contrário do sistema de VRAW, o sistema de VWI não pode criar um conjunto soldado virtual como parte de um processo de soldagem virtual simulado, e pode ou não pode realizar teste destrutivo/não destrutivo virtual da soldagem, de acordo com determinadas modalidades da presente invenção.

[120] A Figura 20 ilustra uma modalidade exemplificativa de um sistema de inspeção de conjunto soldado virtual (VWI) autônomo 2000 que pode simular inspeção de um conjunto soldado virtual e exibir uma animação do conjunto soldado virtual sob inspeção para observar os efeitos em razão de várias características associadas com a soldagem. Em uma modalidade, o sistema de VWI 2000 inclui um subsistema baseado em processador programável (PPS) 2010, semelhante ao PPS 110 da Figura 1. O sistema de VWI 2000 ainda inclui um Dispositivo de Exibição de Observador (ODD) 2050, semelhante ao ODD 150 da Figura 1, conectado de modo operativo ao PPS 2010. O sistema de VWI 2000 também inclui um teclado 2020 e um mouse 2030 conectado de modo operativo ao PPS 2010.

[121] Em uma primeira modalidade do sistema 2000 da Figura 20, o PPS 110 fornece hardware e software configurado como um instrumento de renderização para fornecer renderizações animadas em 3D de conjuntos soldados virtuais. O PPS 110 também fornece hardware e software configurados como um instrumento de análise para realizar teste e inspeção de um conjunto soldado virtual. O PPS 2010 pode inserir dados representativos de um conjunto soldado virtual e gerar uma renderização em 3D animada do conjunto soldado virtual para inspeção com o uso de um instrumento de renderização do PPS 110 que opera nos dados de entrada. Os dados de conjunto soldado virtual podem ser conjuntos soldados virtuais "predeterminados" (isto é, pré-definidos) (por exemplo, gerados com o uso de um sistema de computador separado) ou dados de conjunto soldado virtual criados com o uso um sistema de simulador de soldagem de realidade virtual (por exemplo, um sistema de VRAW como previamente descrito no presente documento).

[122] Além disso, de acordo com uma modalidade aprimorada da presente invenção, o PPS 2010 inclui uma capacidade avançada de análise/renderização/animação que permite que o sistema de VWI 2000 realize um teste destrutivo/não destrutivo virtual em um conjunto soldado virtual de entrada e exibição de uma animação do teste, semelhante àquele do sistema de VRAW.

[123] De acordo com uma modalidade da presente invenção, uma renderização virtual de uma soldagem criada com o uso de um sistema de VRAW exportado do sistema de VWI. A porção de teste do sistema de VWI pode automaticamente gerar seções em corte do conjunto soldado virtual e submeter tais seções em corte (ou o próprio conjunto soldado virtual sem corte) a um de uma pluralidade de possíveis testes destrutivos e não destrutivos na porção de teste do sistema de VWI. Cada uma da pluralidade de testes pode gerar uma animação que ilustra o teste particular. O sistema de VWI pode exibir a animação do teste ao usuário. A animação mostra claramente ao usuário se ou não o conjunto soldado virtual gerado pelo usuário é aprovado no teste.

[124] Por exemplo, um conjunto soldado virtual que é submetido a um teste de dobra virtual pode ser mostrado sendo fraturado na animação em um local em que um tipo particular de defeito ocorre na junta de solda do conjunto soldado virtual. Como outro exemplo, um conjunto soldado virtual que é submetido a um teste de dobra virtual pode ser mostrado sendo dobrado na animação e rachadura ou mostrar uma quantidade significante de defeito, apesar de a soldagem não fraturar completamente. O mesmo conjunto soldado virtual pode ser testado repetidas vezes para diferentes testes com o uso das mesmas seções em corte (por exemplo, as seções em corte podem ser reconstituídas pelo sistema de VWI) ou diferentes seções em corte do conjunto soldado virtual. De acordo com uma modalidade da presente invenção, um conjunto soldado virtual é identificado com características metalúrgicas como, por exemplo, tipo de metal e resistência à tração que são fatoradas no teste destrutivo/não destrutivo particular selecionado.

[125] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um sistema especializado em execução antecedente pode surgir em uma janela em uma exibição do sistema de VWI e indicar ao usuário (por exemplo, por meio de uma mensagem de texto e/ou graficamente) por que a soldagem falhou no teste (por exemplo, muita porosidade nesses pontos particulares na junta de solda) e qual padrão de soldagem não foi encontrado. De acordo com outra modalidade da presente invenção, o sistema de VWI pode ligar hipertexto a uma ferramenta externa que liga o presente teste a um padrão de soldagem particular.

[126] De acordo com uma modalidade da presente invenção, a animação de um teste destrutivo/não destrutivo particular é uma renderização em 3D do conjunto soldado virtual conforme modificado pelo teste de modo que um usuário possa mover o conjunto soldado virtual renderizado em uma maneira tridimensional em uma exibição do sistema de VWI durante o teste para visualizar o teste a partir de vários ângulos e perspectivas. A mesma animação em 3D renderizada de um teste particular pode ser reproduzida repetidas vezes para permitir o máximo benefício de treinamento para o mesmo usuário ou para múltiplos usuários.

[127] Em uma modalidade mais simples e menos complexa do sistema de VWI 2000 da Figura 20, o PPS 2010 pode inserir uma renderização em 3D animada de um teste destrutivo ou não destrutivo virtual gerado por um sistema de VRAW, e exibir a animação para propósitos de inspeção. O PPS 2010 fornece hardware e software configurados como um instrumento de análise para realizar inspeção de um conjunto soldado virtual. Contudo, nessa modalidade mais simples, o PPS 2010 não fornece hardware e software configurados como um instrumento de renderização para fornecer renderizações animadas em 3D de conjuntos soldados virtuais, e o instrumento de análise é limitado para apoiar a inspeção de um conjunto soldado virtual. As renderizações e teste são feitas em outro lugar (por exemplo, em um sistema de VRAW) e são inseridas no sistema de VWI em tal modalidade. Em tal modalidade mais simples, o PPS 2010 pode ser um computador pessoal de prateleira padrão ou estação de trabalho programado com software para realizar inspeção virtual e para treinamento em relação a inspeção de soldagem.

[128] Conforme previamente discutido no presente documento, a inspeção virtual pode ser implantada no sistema de VWI em qualquer número de diferentes formas e/ou combinações dos mesmos. De acordo com uma modalidade da presente invenção, o sistema de VWI inclui um sistema especializado e é conduzido por um conjunto de regras. De acordo com outra modalidade da presente invenção, o sistema de VWI inclui máquinas de vetor de suporte. De acordo ainda com uma modalidade adicional da presente invenção, o sistema de VWI inclui uma rede neural que pode ser treinada e adaptada para novos cenários, e/ou agentes inteligentes que fornecem retroinformações a áreas relativas de estudante em que o estudante precisa praticar mais, ou fornecer retroinformações a um instrutor ou educador para modificar o currículo de ensino para aprimorar o conhecimento do estudante. Além disso, um usuário pode ter acesso a uma base de conhecimento que inclui texto, figuras, vídeo, e diagramas para apoiar seu treinamento.

[129] De acordo com uma modalidade da presente invenção, um conjunto soldado virtual renderizado e/ou uma animação em 3D renderizada correspondente do conjunto soldado virtual sob teste pode ser inserida ao sistema de VWI para realizar uma inspeção da solda e/ou para treinar um usuário em inspeção de soldagem (por exemplo, para se tornar um inspetor de soldagem certificado). A porção de inspeção do sistema inclui um modo de ensinamento e um modo de treinamento.

[130] No modo de ensinamento, o conjunto soldado virtual e/ou a animação em 3D renderizada de um conjunto soldado virtual sob teste é exibida e visualizada por um classificador (treinador) junto com um estudante de soldagem. O treinador e o estudante de soldagem podem visualizar e interagir com o conjunto soldado virtual. O treinador pode fazer uma determinação (por exemplo, por meio de um método de pontuação) de quão bem o estudante de soldagem realizou a identificação de defeitos e descontinuidades no conjunto soldado virtual, e indicar ao estudante de soldagem quão bem o estudante de soldagem realizou a atividade e o que o estudante perdeu ao interagir com o conjunto soldado virtual exibido (visualizar a partir de diferentes perspectivas, etc.).

[131] No modo de treinamento, o sistema pergunta ao estudante para inspetor de soldagem várias questões sobre o conjunto soldado virtual e permite que o estudante para inspetor de soldagem insira respostas às questões. O sistema pode fornecer ao estudante para inspetor de soldagem uma classificação no fim do questionário. Por exemplo, o sistema pode inicialmente fornecer questões de amostra ao estudante para inspetor de soldagem para um conjunto soldado virtual e então proceder fornecendo questões cronometradas ao estudante para inspetor de soldagem para outro conjunto soldado virtual a ser classificado.

[132] A porção de inspeção do sistema pode também fornecer determinadas ferramentas interativas que ajudam um estudante para inspetor de soldagem ou treinador a detectar defeitos e fazer determinadas medições na solda virtual que são comparadas a padrões de soldagem predeterminados (por exemplo, uma medida virtual que mede, por exemplo, a penetração de uma solda de raiz e compara a medição a uma penetração padrão exigida). A classificação de um estudante para inspetor de soldagem pode também incluir se ou não o estudante para inspetor de soldagem usa as ferramentas corretas interativas para avaliar a solda. De acordo com uma modalidade da presente invenção, a porção de inspeção do sistema, com base na classificação (isto é, pontuação) determina quais áreas o estudante para inspetor de soldagem precisa de ajuda e fornece ao estudante para inspetor de soldagem amostras mais representativas sob quais praticar a inspeção.

[133] Novamente, as várias ferramentas de inspeção interativas podem ser usadas ou no conjunto soldado virtual antes de serem submetidas a teste, no conjunto soldado virtual após serem submetidas a teste, ou ambos. As várias ferramentas de inspeção interativas e metodologias são configuradas para vários processos de soldagem, tipos de metal, e tipos de soldagem padrão, de acordo com uma modalidade da presente invenção. No sistema de VWI autônomo 2000, as ferramentas de inspeção interativas podem ser manipuladas com o uso de um teclado 2020 e mouse 2030, por exemplo. Outros exemplos de ferramentas de inspeção interativas incluem um medidor Palmgren virtual para realizar um medidor de garganta, um medidor de faixa virtual para determinar o tamanho de perna, uma medida de VWAC virtual para realizar uma medição de convexidade ou medição de corte inferior, um paquímetro virtual para medição do comprimento de uma rachadura, um micrômetro virtual para medição da largura de uma rachadura, e uma lente de aumento virtual para aumentar uma porção de uma solda para inspeção. Outras ferramentas de inspeção virtual interativas são possíveis também, de acordo com várias modalidades da presente invenção.

[134] A Figura 21 ilustra um fluxograma de uma modalidade exemplificativa de um método 2100 para avaliar a qualidade de um conjunto soldado virtual de base de linha renderizado no espaço de realidade virtual. Na etapa 2110, um conjunto soldado virtual de base de linha é renderizado (ou rerrenderizado novamente...rerrenderizado). Por exemplo, um usuário pode empregar o sistema de VRAW 100 para praticar sua técnica de soldagem em uma parte virtual e render o conjunto soldado virtual de base de linha, que é representativo da habilidade de soldagem de usuário. Como usado no presente documento, o termo "conjunto soldado virtual" pode ser referido à parte soldada virtual inteira ou uma seção de corte virtual doa mesma, como é usado em muitos testes de soldagem.

[135] Na etapa 2120, o conjunto soldado virtual de base de linha é submetido a um teste simulado por computador (por exemplo, um teste virtual destrutivo ou um teste virtual não destrutivo) configurado para testar a característica(s) do conjunto soldado virtual de base de linha. O teste simulado por computador pode ser realizado pelo sistema de VRAW ou o sistema de VWI, por exemplo. Na etapa 2130, em resposta ao teste simulado, um conjunto soldado virtual testado é renderizado (por exemplo, uma modificação do conjunto soldado virtual de base de linha em razão de teste destrutivo) e dados de teste associados são gerados. Na etapa 2140, o conjunto soldado virtual testado e os dados de teste são submetidos a uma análise simulada por computador. A análise simulada por computador é configurada para determinar condições de aprovação/desaprovação do conjunto soldado virtual testado em relação às característica(s) do conjunto soldado virtual. Por exemplo, uma determinação pode ser feita se ou não o conjunto soldado virtual foi aprovado em um teste de dobra, com base em análise da característica(s) após o teste.

[136] Na etapa 2150, uma decisão é feita pelo usuário para inspecionar o conjunto soldado virtual testado ou não. Se a decisão não é inspecionar, então, na etapa 2160, uma decisão é feita para realizar outro teste ou não. Se a decisão é feita para realizar outro teste, então o método volta à etapa 2110 e o conjunto soldado virtual de base de linha é rerrenderizado, como se o teste anterior não tivesse ocorrido no conjunto soldado virtual. Dessa forma, muitos testes (destrutivos e não destrutivos) podem ser executados no mesmo conjunto soldado virtual de base de linha e analisados para várias condições de aprovação/desaprovação. Na etapa 2150, se a decisão é inspecionar, então, na etapa 2170, o conjunto soldado virtual testado (isto é, o conjunto soldado virtual após teste) é exibido ao usuário e o usuário pode manipular a orientação do conjunto soldado virtual testado para inspecionar várias características do conjunto soldado virtual testado. Na etapa 2180, o usuário pode acessar e aplicar ferramentas de inspeção programadas ao conjunto soldado virtual testado para auxiliar na inspeção. Por exemplo, um usuário pode acessar um medida virtual que mede a penetração de uma solda de raiz e compara a medição a uma penetração padrão exigida. Após inspeção, novamente na etapa 2160, a decisão é feita para realizar outro teste ou não. Se outro teste não precisar ser realizado, então o método termina.

[137] Como um exemplo, a mesma seção de corte de um conjunto soldado virtual 2200 pode ser submetida a um teste de dobra simulado, um teste de arrasto ou tração simulado, e um teste de fratura de entalhe simulado como mostrado nas Figuras 22 a 24, respectivamente. Em referência à Figura 22, uma seção de corte reto de um conjunto soldado virtual 2200 que tem uma junta de solda 2210 é submetido a um teste de dobra simulado. O teste de dobra pode ser realizado para encontrar várias propriedades de solda como flexibilidade da zona soldada, penetração de solda, fusão, estrutura cristalina (da superfície fraturada), e resistência. O teste de dobra ajuda a determinar a qualidade do metal de solda, a junção de solda, e a zona afetada por calor. Quaisquer rachaduras do metal durante o teste de dobra indicam fusão insuficiente, penetração insuficiente, ou alguma outra condição que pode causar rachaduras. O alongamento do metal ajuda a indicar a flexibilidade da solda. Uma superfície fraturada revela a estrutura cristalina da solda. Cristais maiores tendem a indicar um procedimento de soldagem defeituoso ou tratamento de calor inadequado após a soldagem. Uma solda de qualidade tem cristais pequenos.

[138] Em referência à Figura 23, após o teste de dobra, a mesma seção de corte reto do conjunto soldado virtual 2200 que tem a mesma junta de solda 2210 pode ser rerrenderizada e submetida a um teste de arrasto simulado. O teste de arrasto (ou teste de tração) pode ser realizado para encontrar a resistência de uma junta soldada. No teste simulado, o conjunto soldado virtual 2200 é preso em uma extremidade e puxado na outra extremidade até o conjunto soldado virtual 2200 se quebrar. A carga de arrasto ou de tração, em que a soldagem 2200 se quebra, é determinada e pode ser comparada a uma medição padrão para determinação de aprovação/desaprovação.

[139] Em referência à Figura 24, após o teste de arrasto, a mesma seção de corte reto do conjunto soldado virtual 2200 que tem a mesma junta de solda 2210 pode ser rerrenderizada e submetida a um teste de fratura de entalhe simulado. O teste de fratura de entalhe simulado é realizado para determinar se o metal de solda de uma junta de topo soldada tem quaisquer defeitos internos como, por exemplo, inclusão de escória, bolsos de gás, fusão insuficiente, e metal oxidado. Uma fenda é cortada em cada lateral da junta de solda 2210 como mostrado na Figura 24. O conjunto soldado virtual 2200 é posicionado sobre dois suportes e golpeado com um martelo até a seção da solda 2210 entre as fraturas de fendas. O metal da solda interno 2210 pode ser inspecionado para defeitos. Os defeitos podem ser comparados a medidas padrão para determinação de aprovação/desaprovação.

[140] Embora o assunto reivindicado do presente pedido tenha sido descrito com referência a determinadas modalidades, será entendido por elementos versados na técnica que várias alterações podem ser feitas e equivalentes podem ser substituídos sem que se desvie do escopo do assunto reivindicado. Além disso, muitas modificações podem ser feitas para adaptar uma situação ou material particular aos ensinamentos do assunto reivindicado sem se desviar de seu escopo. Então, pretende-se que o assunto reivindicado não seja limitado às modalidades particulares reveladas, mas que o assunto reivindicado inclua todas as modalidades que se encaixam no escopo das reivindicações anexas. Números de referência: 100 Sistema de soldagem a arco de realidade virtual 140 Dispositivo de exibição montado na face 110 Subsistema baseado em processador programável 150 Dispositivo de Exibição de Observador 111 Unidade de processamento central 151 Vários parâmetros de soldagem 115 Unidades de processamento de gráfico 152 Estados de descontinuidade de soldagem 116 Arquitetura de dispositivo unificada de computador 153 Seleções de usuário 117 Sombreador 160 Ferramenta de soldagem falsa 118 Saída de vídeo 161 Retentor 119 Saída de vídeo 162 Eletrodos de punção simulados 120 Rastreador espacial 163 Ponta resistiva 121 Fonte magnética 170 Mesa/suporte 122 Sensor 171 Mesa ajustável 123 Disco 172 Suporte ou base 124 Fonte de energia 173 Braço ajustável 125 Cabos 174 Coluna vertical 126 Unidade de rastreamento de processador 175 Cupom de soldagem 130 Interface de usuário de soldagem física 175' Tubulação de 15,24 centímetros (6 polegadas) de diâmetro 131 Conjunto de botões 175" Tubulação de 15,24 centímetros (6 polegadas) de diâmetro 132 Joystick 176 Raiz 133 Indicador ou manípulo 177 Porção de conexão 134 Indicador ou manípulo 180 Cupom de soldagem 135 Console de soldagem simulada combinado 900 capacete de soldagem 136 Indicador ou manípulo 910 Alto-falantes de ouvido 137 Indicador ou manípulo 1201 Interface física 1202 Modelos de garra 1350 Etapa 1203 Modelos de ambiente 1400 Cupom de soldagem plana 1204 Funcionalidade de conteúdo de som 1410 Superfície de topo plana 1205 Sons de soldagem 1420 Mapa de deslocamento 1206 Modelo de apoio/mesa 1421 Wexel 1207 Funcionalidade de estrutura interna 1600 Cupom de soldagem 1208 Funcionalidade de calibração 1610 Superfície 1210 Modelos de cupom 1620 Superfície 1211 Físicas de soldagem 1700 Cupom de soldagem de tubulação 1212 Ferramenta de ajuste de física interna 1701 Peça de tubulação 1213 Funcionalidade de interface gráfica de usuário 1702 Peça de tubulação 1214 Funcionalidade gráfica 1703 Junta de raiz 1215 Funcionalidade de relatório de estudante 1704 Peça de fixação 1216 Renderizador 1710 Superfície curva 1217 Renderização de microesfera 1910 Barras retangulares não sombreadas 1218 Texturas em 3D 1920 Partículas 1219 Funcionalidade de pistas visuais 1930 Alturas de partícula 1220 Funcionalidade de pontuação e tolerância 1940 Retângulos sombreados 1221 Editor de tolerância 2000 Sistema 1222 Efeitos especiais 2010 Subsistema com base em processador 1300 Método 2020 Teclado 1310 Etapa 2030 Mouse 1320 Etapa 2050 Dispositivo de Exibição de Observador 1330 Etapa 2100 Método 1340 Etapa 2120 Etapa 2130 Etapa 2140 Etapa 2150 Etapa 2160 Etapa 2170 Etapa 2180 Etapa 2200 Conjunto soldado virtual 2210 Junta de solda B Ponto E Ponto O Ponto O' Linha S Coordenada de textura T Coordenada de textura U Coordenada de textura V Coordenada de textura X Ponto X' Linha Y Ponto Z Ponto

Claims (17)

1. Sistema (100) para um teste e inspeção virtual de um conjunto soldado virtual, em particular conforme definido em qualquer uma das reivindicações 7 a 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema (100) compreende: um subsistema baseado em processador programável (110) operável para executar instruções codificadas, sendo que as ditas instruções codificadas incluem: um instrumento de renderização configurado para renderizar pelo menos um dentre um conjunto soldado virtual tridimensional (3D) antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado, e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado, e um instrumento de análise configurado para realizar o teste simulado de um conjunto soldado virtual em 3D e adicionalmente configurado para realizar a inspeção de pelo menos um dentre um conjunto soldado virtual em 3D antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado para pelo menos uma dentre condições de aprovação/desaprovação e características de defeito/descontinuidade; pelo menos um dispositivo de exibição conectado de modo operativo ao dito subsistema baseado em processador programável para exibir pelo menos um dentre um conjunto soldado virtual em 3D antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado; e uma interface de usuário conectada de modo operativo ao dito subsistema baseado em processador programável (110) e configurado para pelo menos manipular uma orientação de pelo menos um dentre um conjunto soldado virtual em 3D antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado no dito pelo menos um dispositivo de exibição.

2. Sistema, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito subsistema baseado em processador programável inclui uma unidade de processamento 10 central (111) e pelo menos uma unidade de processamento de gráfico (115), em que a dita pelo menos uma unidade de processamento de gráfico inclui uma arquitetura de dispositivo unificada de computador (CUD A) (116) e um sombreador (117).

3. Sistema, de acordo com as reivindicações 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito instrumento de análise inclui pelo menos um dentre um sistema especializado, uma máquina de vetor de suporte (SVM), uma rede neural e um agente inteligente.

4. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito instrumento de análise usa dados de código de soldagem ou dados de padrões de soldagem para analisar pelo menos um dentre um conjunto soldado virtual em 3D antes do teste simulado, uma animação em 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado e um conjunto soldado virtual em 3D após o teste simulado.

5. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito 30 instrumento de análise inclui ferramentas de inspeção virtual programada que podem ser acessadas e manipuladas por um usuário com o uso da dita interface de usuário para inspecionar um conjunto soldado virtual.

6. Sistema, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito teste simulado inclui pelo menos um dentre um teste destrutivo simulado e um teste não destrutivo simulado.

7. Simulador de teste e inspeção de soldagem virtual, sendo que o dito simulador é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: meios para realizar um ou mais testes destrutivos e não destrutivos simulados em um conjunto soldado virtual em 3D renderizado; meios para analisar os resultados dos ditos um ou mais testes destrutivos e não destrutivos simulados no dito conjunto soldado virtual em 3D renderizado; e meios para inspecionar o dito conjunto soldado virtual em 3D renderizado pelo menos após um teste simulado do dito conjunto soldado virtual em 3D.

8. Simulador, de acordo com a reivindicação 7, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente meios para renderizar um conjunto soldado virtual em 3D.

9. Simulador, de acordo com a reivindicação 7 ou 8, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente meios para renderizar uma animação em 3D do dito conjunto soldado virtual à medida que realiza os ditos um ou mais testes destrutivos e não destrutivos simulados e que compreende adicionalmente, de preferência, meios para exibir e manipular uma orientação da dita animação em 3D do dito conjunto soldado virtual.

10. Simulador, de acordo com qualquer uma das reivindicações 7 a 9, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente meios para inspecionar um conjunto soldado virtual em 3D antes, durante e após o teste simulado do dito conjunto soldado virtual em 3D.

11. Método para avaliar a qualidade de um conjunto soldado virtual de base de linha renderizado em espaço de realidade virtual, em particular com o uso do sistema ou simulador, conforme definido em qualquer uma das reivindicações precedentes, sendo que o dito método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: submeter o dito conjunto soldado virtual de base de linha a um primeiro teste simulado por computador configurado para testar pelo menos uma característica do dito conjunto soldado virtual de base de linha; renderizar um primeiro conjunto soldado virtual testado e gerar primeiros dados de teste em resposta ao dito primeiro teste; e submeter o dito primeiro conjunto soldado virtual testado e os ditos primeiros dados de teste a uma análise simulada por computador configurado para determinar pelo menos uma condição de aprovação/desaprovação do dito primeiro conjunto soldado virtual testado em relação à dita pelo menos uma característica.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito primeiro teste simulado por computador simula um teste destrutivo real e um teste não destrutivo real.

13. Método, de acordo com a reivindicação 11 ou 12, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende adicionalmente: rerrenderizar o dito conjunto soldado virtual de base de linha em espaço de realidade virtual; submeter o dito conjunto soldado virtual de base de linha a um segundo teste simulado por computador configurado para testar pelo menos uma outra característica do dito conjunto soldado virtual de base de linha; renderizar um segundo conjunto soldado virtual testado e gerar segundos dados de teste em resposta ao dito segundo teste; e submeter o dito segundo conjunto soldado virtual testado e os ditos segundos dados de teste a uma análise simulada por computador configurada para determinar pelo menos uma outra condição de aprovação/desaprovação do dito segundo conjunto soldado virtual testado em relação à dita pelo menos uma outra característica.

14. Método, de acordo com a reivindicação 13, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito segundo teste simulado por computador simula um teste destrutivo real e um teste não destrutivo real.

15. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 11 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende, ainda, inspecionar manualmente uma versão exibida do dito primeiro conjunto soldado virtual testado renderizado.

16. Método para avaliar a qualidade de um conjunto soldado virtual de base de linha renderizado em espaço de realidade virtual, sendo que o dito método é CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: submeter o dito conjunto soldado virtual de base de linha a um primeiro teste simulado por computador configurado para testar pelo menos uma característica do dito conjunto soldado virtual de base de linha; renderizar um primeiro soldado virtual testado e gerar os primeiros dados de teste em resposta ao dito primeiro teste; submeter o dito primeiro soldado virtual testado e os ditos primeiros dados de teste a uma análise simulada por computador configurada para determinar pelo menos uma condição de aprovação/reprovação do dito primeiro soldado virtual testado a em relação à dita pelo menos uma característica; em que o dito primeiro teste simulado por computador simula um teste destrutivo do mundo real; e em que o dito primeiro teste simulado por computador é selecionado do grupo que consiste em um teste de dobra de raiz simulado, um teste de dobra de face simulado, um teste de dobra lateral simulado, um teste de arrasto ou de tração simulado, um teste de fratura simulado, um teste de impacto simulado e um teste de rigidez simulado.

17. Sistema (100) para um teste e inspeção virtual de um conjunto soldado virtual CARACTERIZADO pelo fato de que o sistema (100) compreende: um subsistema baseado em processador programável (110) operável para executar instruções codificadas, as referidas instruções codificadas incluindo: um mecanismo de renderização configurado para renderizar pelo menos um de um conjunto soldado virtual tridimensional (3D) antes do teste simulado, uma animação 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado e um conjunto soldado virtual 3D após o teste simulado, e um mecanismo de análise configurado para realizar o teste simulado de um conjunto soldado virtual 3D e ainda configurado para realizar a inspeção de pelo menos um de um conjunto soldado virtual 3D antes do teste simulado, uma animação 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado e um conjunto soldado virtual 3D após teste simulado para pelo menos uma das condições de aprovação/reprovação e características de defeito/descontinuidade; pelo menos um dispositivo de exibição operativamente conectado ao dito subsistema baseado em processador programável para exibir pelo menos um de um conjunto soldado virtual 3D antes do teste simulado, uma animação 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado e um conjunto soldado virtual 3D após o teste simulado; e uma interface de usuário operativamente conectada ao dito subsistema baseado em processador programável (110) e configurada para pelo menos manipular uma orientação de pelo menos uma de um conjunto soldado virtual 3D antes do teste simulado, uma animação 3D de um conjunto soldado virtual sob teste simulado e um conjunto soldado virtual 3D após teste simulado no dito pelo menos um dispositivo de exibição, em que o referido teste simulado inclui teste destrutivo simulado; e em que o dito teste destrutivo simulado por computador é selecionado a partir do grupo que consiste em um teste de dobra de raiz simulado, um teste de dobra de face simulado, um teste de dobra lateral simulado, um teste de arrasto ou de tração simulado, um teste de fratura simulado, um teste de impacto simulado e um teste de rigidez simulado.

Images