CN105164740B - 用于焊接训练系统的多模式软件和方法 - Google Patents
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Abstract
一种焊接训练系统包括具有三个或更多个模式的焊接训练软件。所述三个或更多个模式包括实况弧模式(live‑arc mode)、模拟模式、虚拟现实模式、增强现实模式，或它们的某种组合。所述实况弧模式(live‑arc mode)配置成允许使用实况焊弧(live welding arc)进行训练，所述模拟模式配置成允许使用焊接模拟进行训练，所述虚拟现实模式配置成允许使用虚拟现实模拟进行训练，并且所述增强现实模式配置成允许使用增强现实模拟进行训练。
Description
发明背景
本发明总体涉及焊接，更具体而言，涉及一种焊接训练系统。
焊接是一种已在各个行业和应用中越来越多地被使用的工艺。这种工艺在某些环境下可以是自动化的，虽然对手动焊接操作而言继续存在大量应用。在两种情况下，这种焊接操作依赖于各种类型的设备来确保在希望的时间以合适的量提供焊接耗材(例如，送丝、保护气等)的供应。
在准备执行手动焊接操作时，可以使用焊接训练系统来训练焊接操作员。焊接训练系统可以设计成以执行各种焊接操作的适当技术来训练焊接操作员。某些焊接训练系统可以使用各种训练方法。如可以理解的是，获得并操作这些训练系统代价昂贵。因此，焊接训练机构可能仅得到有限数量的这种训练系统。此外，某些焊接训练系统可能不足以训练焊接操作员执行高质量焊接。
发明内容
一种焊接训练系统包括具有三个或更多个模式的焊接训练软件。所述三个或更多个模式包括实况弧模式(live-arc mode)、模拟模式、虚拟现实模式、增强现实模式，或它们的某种组合。所述实况弧模式(live-arc mode)配置成允许使用实况焊弧(live weldingarc)进行训练，所述模拟模式配置成允许使用焊接模拟进行训练，所述虚拟现实模式配置成允许使用虚拟现实模拟进行训练，并且所述增强现实模式配置成允许使用增强现实模拟进行训练。
在另一实施例中，焊接训练软件包括虚拟现实模式，该虚拟现实模式配置成允许使用虚拟现实模拟进行训练。虚拟现实模拟包括虚拟对象，所述虚拟对象允许焊接操作员和所述虚拟对象中的选定虚拟对象之间的交互。
在又一个实施例中，方法包括通过计算机中的焊接训练软件从存储装置接收第一组焊接训练数据。第一组焊接训练数据包括对应于第一焊接训练作业的焊接数据。该方法还包括通过焊接训练软件从存储装置接收第二组焊接训练数据。第二组焊接训练数据包括对应于第二焊接训练作业的焊接数据。该方法包括利用焊接训练软件将第一组焊接训练数据与第二组焊接训练数据整合成图表以允许第一组焊接训练数据与第二组焊接训练数据的视觉比较。该方法还包括提供图表给显示器装置。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，本发明的这些和其他特征、方面和优点将变得更好理解，其中在全部附图中相同的参考标记表示相同的部件，其中：
图1是根据本公开的各方面的焊接训练系统的实施例的方框图；
图2是根据本公开的各方面的图1的焊接训练系统的各部分的实施例的方框图；
图2A是根据本公开的各方面的图1的焊炬的电路的实施例的原理图；
图3是根据本公开的各方面的图1的焊炬的实施例的透视图；
图4是根据本公开的各方面的图1的训练支架的实施例的透视图；
图5是根据本公开的各方面的校准装置的实施例的透视图；
图6是根据本公开的各方面的夹具组件的实施例的透视图；
图7是根据本公开的各方面的焊丝伸出校准工具的透视图；
图8是根据本公开的各方面的图7的焊丝伸出校准工具的俯视图；
图9是根据本公开的各方面的用于校准从焊炬伸出的焊丝的方法的实施例；
图10是根据本公开的各方面的具有物理标记的焊接耗材的实施例的透视图；
图11是根据本公开的各方面的具有物理标记的焊丝的实施例的透视图；
图12是根据本公开的各方面的图1的训练支架的垂直臂组件的实施例的透视图；
图13是根据本公开的各方面的仰焊臂组件的实施例的透视图；
图14是根据本公开的各方面的具有多个训练模式的焊接训练软件的实施例的方框图；
图15是根据本公开的各方面的焊接训练软件的虚拟现实模式的实施例的方框图；
图16是根据本公开的各方面的用于整合训练结果数据的方法的实施例；
图17是根据本公开的各方面的图示了焊接操作员的多组焊接训练数据的图表的实施例；
图18是根据本公开的各方面的图示了与一个班级的焊接训练数据相比的焊接工的焊接训练数据的图表的实施例；
图19是根据本公开的各方面的用于存储认证状态数据的数据存储系统的实施例的方框图；
图20是根据本公开的各方面的图示了对应于训练焊接的数据的屏幕的实施例；
图21是根据本公开的各方面图示了训练焊接的不连续性分析的屏幕的实施例；
图22是根据本公开的各方面的焊接训练软件的焊接教员屏幕的实施例的方框图；
图23是根据本公开的各方面的使用增强现实进行焊接训练的方法的实施例；和
图24是根据本公开的各方面的使用增强现实进行焊接训练的另一种方法的实施例。
具体实施方式
图1是焊接训练系统10的实施例的方框图。焊接训练系统10包括用于为各种训练装置提供支撑的训练支架12。例如，训练支架12可以配置成支撑焊接表面、工件、夹具、一个或多个训练臂等。焊接训练系统10还包括可以由焊接操作员(例如，焊接学员)使用来执行训练操作的焊炬14。如以下更加详细地描述，焊炬14可以配置有用户界面、控制电路以及通信接口，用户界面配置成接收来自焊接操作员的输入，控制电路配置成处理输入，通信接口配置成将输入提供给另一个装置。此外，焊炬14可以包括一个或多个显示器和/或指示器以将数据提供给焊接操作员。另外，焊接训练系统10包括用于感测一个或多个焊接装置的位置和/或感测一个或多个焊接装置的取向的感测装置16(例如传感器、感测组件等)。例如，感测装置16可以用于感测训练支架12、焊炬14、焊接表面、工件、夹具、一个或多个训练臂等的位置和/或取向。感测装置16可以包括任何合适的感测装置，例如移动感测装置和移动跟踪装置。此外，感测装置16可以包括一个或多个摄像机，例如一个或多个红外摄像机、一个或多个可见光谱摄像机、一个或多个高动态范围(HDR)摄像机等。
感测装置16可通信地联接至计算机18。感测装置16配置成提供数据(例如，图像数据、感测数据、六自由度(6DOF)数据等)给计算机18。此外，感测装置16可以配置成接收来自计算机18的数据(例如，配置数据、设置数据、命令、寄存器设置等)。计算机18包括一个或多个处理器20、内存装置22和存储装置24。处理器20可以用于运行软件，例如焊接训练软件、图象处理软件、感测装置软件等。而且，处理器20可以包括一个或多个微处理器，例如一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或专用集成电路(ASICS)，或者它们的某种组合。例如，传感器20可以包括一个或多个精简指令集(RISC)处理器。
存储装置24(例如，非易失性存储器)可以包括ROM、闪存、硬驱动，或者任何其它合适的光、磁、或固态存储介质，或者它们的组合。存储装置24可以存储数据(例如，对应于训练操作的数据、对应于训练操作的视频和/或参数数据等)、指令(例如，用于焊接培训系统的软件或固件、感测装置16等)，以及任何其他合适的数据。如可以理解的是，对应于训练操作的数据可以包括训练操作的视频记录、模拟视频、焊炬14的取向、焊炬14的位置、工作角度、行进角度、焊炬14的触头和工件之间的距离、运行速度、接近度、电压、电流、横穿路径、不连续性分析、焊接装置设置等。
内存装置22可以包括易失性内存(例如随机访问内存(RAM))和/或非易失性内存(例如只读内存(ROM))。内存装置22可以存储各种信息，并可以用于各种目的。例如，内存装置22可以存储供处理器20执行的处理器可执行指令(例如固件或软件)，例如用于焊接训练模拟和/或用于感测装置16的指令。另外，用于各种焊接工艺的各种控制机制与相关联的设置和参数可以连同代码一起存储在存储装置24和/或内存装置22中，代码配置成在操作期间提供特定输出(例如启动送丝、使气体流动、捕获焊接电流数据、检测短路参数、确定飞溅物的量等)。
如图所示，焊接训练系统10包括数据报告装置26；然而，其他实施例可以不包括数据报告装置26。数据报告装置26配置成便于计算机18、焊炬14、焊接电源28和/或送丝器30之间的电子通信。例如，数据报告装置26可以被配置成接收来自焊炬14的焊炬数据、提供焊炬数据给计算机18、提供数据给焊炬14、接收来自送丝器30的焊弧数据、提供焊弧数据给计算机18，等等。此外，数据报告装置26可以配置成与焊接训练系统10外部的装置电子通信(例如有线或无线)。焊接电源28可以用于为实况电弧焊接操作提供焊接电力，送丝器30可以用于为实况电弧焊接操作提供焊丝。
焊接训练系统10包括用于显示数据的显示器32和/或与焊接训练相关联(例如显示对应于焊接训练软件的数据)的屏幕。例如，显示器32可以提供图形用户界面给焊接操作员(例如，焊接教员，焊接学员)。图形用户界面可提供各种屏幕以允许焊接教员组织班级、提供作业给班级、分析该班级执行的作业、提供作业给个人、分析该个人执行的作业、添加、变更和/或删除焊接作业的参数，等等。此外，图形用户界面可提供各种屏幕以允许焊接操作员(例如，焊接学员)执行焊接训练作业，查看先前焊接作业的结果，等等。在某些实施例中，显示器32可为触摸屏显示器，该触摸屏显示器配置成接收触摸输入，并配置成提供对应于触摸输入的数据给计算机18。
外部显示器34联接至计算机18以使得位于远离焊接训练系统10的个人能够查看对应于焊接训练系统10的数据。此外，网络装置36联接至计算机18以允许计算机18与连接至因特网或另一网络38的其他装置通信(例如，用于提供测试结果给另一装置和/或用于从另一装置接收测试结果)。例如，网络装置36可允许计算机18与外部焊接训练系统40、生产焊接系统42和/或远程计算机44通信。如可以理解的是，本文所述的焊接训练系统10可用于以成本高效方式训练焊接学员。此外，焊接训练系统10配置成以使焊接学员准备高质量生产焊接的方式整合实际焊接与模拟焊接。
焊炬
图2是图1的焊接训练系统10的各部分的实施例的方框图。如图所示，数据报告装置26包括控制电路46，控制电路配置成提供数据给送丝器30、焊接电源28、焊炬14和计算机18和/或从送丝器30、焊接电源28、焊炬14和计算机18接收数据。控制电路46也配置成提供电源给一个或多个装置，例如焊炬14。数据报告装置26还包括通信端口47(例如，通用串行总线(USB)端口、高速串行总线端口等)和发光二极管(LED)48，发光二极管可用于例如指示数据报告装置26的状态。数据报告装置26包括网络接口49以便于数据报告装置26和外部装置例如计算机18之间的通信。网络接口49可以是便于数据报告装置26和外部装置之间有线和/或无线通信的任何合适的装置。数据报告装置26还包括通信接口50以便于数据报告装置26和焊接14之间的通信。在某些实施例中，通信接口50可包括RS-232驱动器。
焊炬14包括控制电路52，控制电路配置成控制焊炬14的操作。在所示的实施例中，控制电路52包括一个或多个处理器54、内存装置56和存储装置58。在其它实施例中，控制电路52可不包括处理器54、内存装置56和/或存储装置58。处理器54可用于运行软件，例如焊炬软件。此外，处理器54可类似于先前所述的处理器20。此外，内存装置56可类似于内存装置22，并且存储装置58可类似于存储装置24。
焊炬14包括用户界面60以允许焊接操作员(例如，焊接学员、焊接教员等)与焊炬14进行交互和/或提供输入给焊炬14。例如，用户界面60可包括按钮、开关、触摸屏、触摸板等。由焊接操作员提供给焊炬14的输入可被提供给计算机18。例如，提供给焊炬14的输入可用于控制由计算机18运行的焊接训练软件。因此，焊接操作员可使用焊炬14上的用户界面60以操纵(navigate)焊接训练软件屏幕、设置程序、数据分析、焊接课程、在焊接训练软件内做出选择、配置焊接训练软件，等等。因此，焊接操作员可使用焊炬14来控制焊接训练软件(例如，焊接操作员不必须放下焊炬14来使用不同的输入装置)。焊炬14还包括视觉指示器61，例如显示器62和LED 64。视觉指示器61可配置成指示或显示对应于焊接、焊接训练和/或焊接训练软件的数据和/或图像。例如，视觉指示器61可配置成指示焊炬取向、焊炬行进速度、焊炬位置、触头至工件距离、焊炬14相对于工件的接近度、焊炬14的目标(例如，焊炬14指向哪个点)、焊接操作员的训练信息，等等。此外，视觉指示器61可配置成在焊接之前、在焊接期间和/或在焊接之后提供视觉指示。在某些实施例中，LED 64可照亮以便于通过感测装置16对其检测。在此类实施例中，LED 64可定位成允许感测装置16基于LED 64的空间位置确定焊炬14的位置和/或取向。
在某些实施例中，焊炬14包括电力转换电路66，该电力转换电路66配置成从数据报告装置26(例如，或另一装置)接收电力，并且转换所接收电力用于对焊炬14供能。在某些实施例中，焊炬14可接收已转换的电力，和/或不利用电力转换。此外，在一些实施例中，焊炬14可通过电池或任何合适的供能机构来供能。焊炬14还包括通信接口68(例如，RS-232驱动器)以便于焊炬14和数据报告装置26(或另一装置)之间的通信。在所示的实施例中，焊炬14可通过利用通信接口50和68提供数据给数据报告装置26而与计算机18通信，然后数据报告装置26将该数据传送至计算机18。因此，提供给焊炬14的输入可被提供给计算机18。在某些实施例中，焊炬14可通过直接与计算机18通信提供输入给计算机18。
焊炬14包括触发器70，该触发器70配置成在断开位置(如图所示)和闭合位置之间机械地致动触发器开关72。触发器70提供导线71以将信号承载至控制电路52来指示触发器开关72是否处于断开位置或闭合位置。送丝器30、焊接电源28、计算机18和/或数据报告装置26可确定穿过焊炬14贯穿第一触发器导线74和第二触发器导线76是否存在连续性。触发器开关72电联接于第一触发器导线74和第二触发器导线76之间。贯穿第一触发器导线74和第二触发器导线76的连续性可通过施加贯穿导线74和76的电压、施加贯穿导线74和76的电流、测量贯穿导线74和76的电阻等来确定。在某些实施例中，第一触发器导线74的一些部分和/或第二触发器导线76的一些部分可设置于焊炬14的连接器内。此外，在某些实施例中，焊炬14内开关和/或导线的布置可不同于图2所示。
焊接电源28可基于是否存在贯穿导线74和76的连续性确定是否允许焊接电力流经焊炬14。例如，当存在贯穿导线74和76的连续性时，焊接电源28可允许焊接电力流经焊炬14；并且当存在贯穿导线74和76的开路时，焊接电源28可阻止焊接电力流经焊炬14。此外，当存在贯穿导线74和76的连续性时，送丝器30可提供焊丝给焊炬14；并且当存在贯穿导线74和76的开路时，送丝器可阻止焊丝被提供给焊炬14。此外，计算机18可利用贯穿导线74和76的连续性和/或触发器70或触发器开关72的位置来开始和/或停止焊接训练操作、焊接训练模拟、数据记录，等等。
触发器开关72处于断开位置时，就存在贯穿导线74和76的开路，因此，触发器开关72的断开位置阻止导线74和76之间的电子流动。因此，焊接电源28可阻止焊接电力流经焊炬14，并且送丝器30可阻止焊丝被提供给焊炬14。按压触发器70将触发器开关72引导至闭合位置，只要按压触发器70，触发器开关72就保持在该闭合位置。触发器开关72处于闭合位置时，存在第一触发器导线74和电连接至触发器开关72和训练开关78的导线77之间的连续性。
训练开关78电联接于第一触发器导线74和第二触发器导线76之间。此外，训练开关78通过控制电路52被电控制至断开位置或电控制至闭合位置。在某些实施例中，训练开关78可为任何合适的电控制开关，例如晶体管、继电器等。控制电路52可选择性地控制训练开关78至断开位置或至闭合位置。例如，当以实况弧模式(live-arc mode)操作焊接训练系统10的焊接训练软件时，控制电路52可配置成将训练开关78控制至闭合位置以在按压触发器70时允许实况焊弧(live welding arc)。相比之下，当以实况弧模式(live-arc mode)以外的任何模式(例如，模拟、虚拟现实、增强现实等)操作焊接训练系统10的焊接训练软件时，控制电路52可配置成将训练开关78控制至断开位置以阻止实况焊弧(live weldingarc)(通过阻止导线74和76之间的电子流动)。
在某些实施例中，训练开关78可默认处于断开位置，从而形成贯穿导线74和76的开路。如可以理解的是，在训练开关78处于断开位置时，无论触发器开关72处于什么位置(例如，导线74和76之间的电子流动被训练开关78的断开位置阻止)，都将存在贯穿导线74和76的开路。然而，在将训练开关78控制至闭合位置，并且触发器开关72处于闭合位置时，在导线74和76之间形成传导性(例如，导线74和76之间的电子流动被允许)。因此，仅在训练开关78处于闭合位置并且触发器开关72处于闭合位置时，焊接电源28才可允许焊接电力流经焊炬14。例如，焊接电力可从焊接电源28流经焊接电缆80、焊炬14、工件82，并经由工作电缆84返回至焊接电源28(例如，正接(electrode-negative or straight polarity))。相反地，焊接电力可从焊接电源28流经工作电缆84、工件82、焊炬14，并经由焊接电缆80返回至焊接电源28(例如，反接(electrode-positive or reverse polarity))。
如可以理解的是，训练开关78可实际上位于焊接训练系统10的任何合适部分，例如数据报告装置26、计算机18，等等。此外，在某些实施例中，训练开关78的功能性可用焊接训练系统10中的任何合适硬件和/或软件替代。
图2A是图1的焊炬14的电路的实施例的示意图。在所示的实施例中，触发器开关72选择性地将电力供应导线(例如，电压源等)连接至导线71。因此，在触发器开关72断开时，没有电压施加至导线71，并且在触发器开关72闭合时，来自电力供应导线的电压供应至导线71。触发器允许信号(例如，TRIGGER_EN)可通过控制电路52提供以选择性地控制训练开关78，并且从而控制送丝器允许开关85。例如，当触发器允许信号将训练开关78控制至断开位置时，没有电压施加至送丝器允许开关85(例如，经由FEEDER_EN连接)，从而将送丝器允许开关85保持在断开位置。相反地，当触发器允许信号将训练开关78控制至闭合位置时，电压将被施加至送丝器允许开关85，从而将送丝器允许开关85控制至闭合位置。当送丝器允许开关85处于闭合位置时，就形成导线74和76之间的传导性。虽然提供了焊炬14电路的一个实例，但是可在焊炬14内使用任何合适的电路。
图3是图1和2的焊炬14的实施例的透视图。如图所示，用户界面60包括多个按钮86，该多个按钮86可用于给焊炬14提供输入。例如，按钮86可允许焊接操作员通过焊接训练软件进行操纵(navigate)。此外，焊炬14包括显示器62，该显示器62可示出对应于焊接训练软件的焊接操作员数据、对应于焊接操作的数据，等等。如图所示，LED 64可定位于焊炬14上的各个位置。因此，LED 64可被照亮以便于通过感测装置16检测。
校准技术
图4是图1的训练支架12的实施例的透视图。训练支架12包括焊接表面88，在焊接表面上可执行实况焊接(例如，真实焊接、实际焊接)和/或模拟焊接。支腿90对焊接表面88提供支撑。焊接表面88包括狭缝91，该狭缝91可帮助焊接操作员对工件84进行定位和定向。在某些实施例中，可将工件84的位置和取向提供至焊接训练系统10的焊接训练软件以校准该焊接训练系统10。例如，焊接操作员可将指示提供至环境训练软件，该指示识别工件84与焊接表面88的哪个狭缝91对准。此外，预定义焊接训练作业可引导焊接操作员将工件84与具体狭缝91对准。在某些实施例中，工件84可包括伸出部92，该伸出部92配置成延伸到狭缝91的一个或多个中以用于工件84与该一个或多个狭缝91的对准。如可以理解的是，狭缝91中的每个可定位于与焊接训练软件中限定的相应位置对应的位置。
焊接表面88包括第一孔93和第二孔94。第一孔93和第二孔94可一起使用以确定焊接表面88的位置和/或取向。如可以理解的是，至少两个孔用于确定焊接表面88的位置和/或取向。在某些实施例中，两个以上的孔可用于确定焊接表面88的位置和/或取向。第一孔93和第二孔94可定位于焊接表面88上的任何合适位置，并且可为任何合适尺寸。在某些实施例中，焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向可利用第一孔93和第二孔94校准。例如，如下文更详细地所述，可将配置成由感测装置16感测的校准装置插入第一孔93中，或使其接触第一孔93。在校准装置插入或接触第一孔93时，提供给焊接训练软件(或其它校准软件)的用户输入可指示校准装置被插入第一孔93中。因此，焊接训练软件可建立在第一时间从感测装置16接收的第一数据组(例如，校准数据)(例如位置和/或取向数据)和第一孔93的位置之间的相关性。然后可将校准装置插入第二孔94中，或使其接触第二孔94。在将校准装置插入或接触第二孔94时，提供给焊接训练软件的用户输入可指示校准装置被插入第二孔94中。因此，焊接训练软件可建立在第二时间从感测装置16接收的第二数据组(例如，校准数据)和第二孔94的位置之间的相关性。因此，焊接训练软件可能够利用在第一时间接收的第一数据组和在第二时间接收的第二数据组校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。
焊接表面88还包括第一标记物95和第二标记物96。第一标记物95和第二标记物96可一起使用以确定焊接表面88的位置和/或取向。如可以理解的是，至少两个标记物用于确定焊接表面88的位置和/或取向。在某些实施例中，两个以上的标记物可用于确定焊接表面88的位置和/或取向。第一标记物95和第二标记物96可由任何合适的材料形成。此外，在某些实施例中，第一标记物95和第二标记物96可构建于焊接表面88中，而在其它实施例中，第一标记物95和第二标记物96可附接至焊接表面88。例如，第一标记物95和第二标记物96可利用粘合剂附接至焊接表面88，和/或第一标记物95和第二标记物96可为黏着剂。第一标记物95和第二标记物96可具有任何合适的形状、尺寸和/或颜色。此外，在某些实施例中，第一标记物95和第二标记物96可为反射材料形成的反射体。第一标记物95和第二标记物96可由焊接训练系统10用于校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向，而无需单独的校准装置。因此，第一标记物95和第二标记物96配置成由感测装置16进行检测。在某些实施例中，第一标记物95和第二标记物96可定位于焊接表面88上的预定位置。此外，焊接训练软件可经编程以使用预定位置来确定焊接表面88的位置和/或取向。在其它实施例中，第一标记物95和第二标记物96的位置可在校准期间提供给焊接训练软件。第一标记物95和第二标记物96处于焊接表面88上，感测装置16就可感测第一标记物95和第二标记物96相对于感测装置16的位置和/或取向。利用该感测数据结合第一标记物95和第二标记物96在焊接表面88上的位置，焊接训练软件可能够校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。
在所示的实施例中，工件84包括第一标记物98和第二标记物99。第一标记物98和第二标记物99可一起使用以确定工件84的位置和/或取向。如可以理解的是，至少两个标记物用于确定工件84的位置和/或取向。在某些实施例中，两个以上的标记物可用于确定工件84的位置和/或取向。第一标记物98和第二标记物99可由任何合适的材料形成。此外，在某些实施例中，第一标记物98和第二标记物99可构建于工件84中，而在其它实施例中，第一标记物98和第二标记物99可附接至工件84。例如，第一标记物98和第二标记物99可利用粘合剂附接至工件84，和/或第一标记物98和第二标记物99可为黏着剂。第一标记物98和第二标记物99可具有任何合适的形状、尺寸和/或颜色。此外，在某些实施例中，第一标记物98和第二标记物99可为反射材料形成的反射体。第一标记物98和第二标记物99可由焊接训练系统10用于校准工件84相对于感测装置16的位置和/或取向，而无需单独的校准装置。因此，第一标记物98和第二标记物99配置成通过感测装置16进行检测。在某些实施例中，第一标记物98和第二标记物99可定位于工件84上的预定位置。此外，焊接训练软件可经编程以使用预定位置来确定工件84的位置和/或取向。在其它实施例中，第一标记物98和第二标记物99的位置可在校准期间提供给焊接训练软件。第一标记物98和第二标记物99处于工件84上，感测装置16就可感测第一标记物98和第二标记物99相对于感测装置16的位置和/或取向。利用该感测数据结合第一标记物98和第二标记物99在工件84上的位置，焊接训练软件可能够校准工件84相对于感测装置16的位置和/或取向。在标记物95、96、98和99在本文中已被描述为通过感测装置16进行检测时，在某些实施例中，标记物95、96、98和99可指示校准装置将要接触的位置以利用校准装置进行校准，如先前所述。
训练支架12包括第一臂100，该第一臂100从焊接表面88垂直地延伸并配置成给感测装置16和显示器32提供支撑。旋钮101附接至第一臂100并且可用于调整感测装置16相对于第一臂100的取向。例如，在调整旋钮101时，延伸穿过第一臂100的机械部件可调整感测装置16的角度。显示器32包括盖102以保护显示器32避免在实况焊接操作期间可能出现的焊接排放物。盖102可由任何合适的材料制成，例如透明材料、聚合物等。通过使用透明材料，焊接操作员可例如在焊接操作之前、期间和/或之后在盖102定位于显示器32的前方时观察显示器32。摄像机104可联接至第一臂100以用于记录焊接操作。在某些实施例中，摄像机104可为高动态范围(HDR)摄像机。此外，发射体105可联接至第一臂100。发射体105可用于校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。例如，发射体105可配置成将可视图案发射到焊接表面88上。可视图案可示出于焊接表面88上。此外，可视图案可通过感测装置16进行检测以校准焊接表面88相对于感测装置16的位置和/或取向。例如，基于可视图案的具体特征，可通过感测装置16和/或焊接训练软件确定对准和/或取向。此外，发射体105所发射的可视图案可用于帮助将工件84定位于焊接表面88上。
训练支架12还包括第二臂106，该第二臂106从焊接表面88垂直地延伸并且配置成给仰焊板108提供支撑。第二臂106可为可调整的，以便于不同高度处的仰焊。此外，第二臂106可以多种不同方式制造以便于不同高度处的仰焊。仰焊板108利用安装组件110联接至第二臂106。安装组件110便于仰焊板108的旋转，如箭头111所示。例如，仰焊板108可从大体在水平面上延伸(例如，用于仰焊)(如图所示)旋转至大体在垂直面上延伸(例如，用于垂直焊接)。仰焊板108包括焊接表面112。焊接表面112包括狭缝114，该狭缝114可帮助焊接操作员将工件84定位于焊接表面112上，类似于焊接表面88上的狭缝91。在某些实施例中，工件84的位置可提供给焊接训练系统10的焊接训练软件以校准焊接训练系统10。例如，焊接操作员可将指示提供给焊接训练软件，从而识别工件84与焊接表面112的哪个狭缝114对准。此外，预定义焊接训练作业可引导焊接操作员将工件84与具体狭缝114对准。在某些实施例中，工件84可包括延伸部，该延伸部配置成延伸到狭缝114的一个或多个中以用于工件84与一个或多个狭缝114的对准。如可以理解的是，狭缝114中的每个可定位于与焊接训练软件中限定的相应位置对应的位置。
焊接表面112还包括第一标记物116和第二标记物118。第一标记物116和第二标记物118可一起使用以确定焊接表面112的位置和/或取向。如可以理解的是，至少两个标记物用于确定焊接表面112的位置和/或取向。在某些实施例中，两个以上的标记物可用于确定焊接表面112的位置和/或取向。第一标记物116和第二标记物118可由任何合适的材料形成。此外，在某些实施例中，第一标记物116和第二标记物118可构建于焊接表面112(或仰焊板108的另一部分)中，而在其它实施例中，第一标记物116和第二标记物118可附接至焊接表面112(或仰焊板108的另一部分)。例如，第一标记物116和第二标记物118可利用粘合剂附接至焊接表面112，和/或第一标记物116和第二标记物118可为黏着剂。第一标记物116和第二标记物118可具有任何合适的形状、尺寸和/或颜色。此外，在某些实施例中，第一标记物116和第二标记物118可为反射材料形成的反射体。第一标记物116和第二标记物118可由焊接训练系统10用于校准焊接表面112相对于感测装置16的位置和/或取向，而无需单独的校准装置。因此，第一标记物116和第二标记物118配置成通过感测装置16进行检测。在某些实施例中，第一标记物116和第二标记物118可定位于焊接表面112上的预定位置。此外，焊接训练软件可经编程以使用预定位置来确定焊接表面112的位置和/或取向。在其它实施例中，第一标记物116和第二标记物118的位置可在校准期间提供给焊接训练软件。第一标记物116和第二标记物118处于焊接表面112上，感测装置16就可感测第一标记物116和第二标记物118相对于感测装置16的位置和/或取向。利用该感测数据结合第一标记物116和第二标记物118在焊接表面112上的位置，焊接训练软件可能够校准焊接表面112相对于感测装置16的位置和/或取向。此外，感测装置16可在焊接期间感测和/或追踪第一标记物116和第二标记物118以说明在焊接期间可能发生的仰焊板108的任何移动。在标记物116和118在本文中已描述为通过感测装置16进行检测时，在某些实施例中，标记物116和118可指示校准装置将要接触或插入的位置以利用校准装置进行校准，如先前所述。
图5是校准装置120的实施例的透视图。校准装置120成形为炬状，并且可用于校准焊接表面88和112相对于感测装置16的位置和/或取向，如上文更详细地所述。校准装置120包括手柄122和喷嘴124。喷嘴124包括尖端126，该尖端126可用于接触位置以进行校准和/或插入孔中以用于校准。校准装置120还包括用户界面128，该用户界面128允许接操作员提供输入，该输入对应于校准装置120接触位置以用于校准和/或插入孔中以用于校准的时间。此外，在某些实施例中，校准装置120包括标记物130，该标记物130配置成通过感测装置16进行感测。如图所示，标记物130从校准装置120延伸。然而，在其它实施例中，标记物130可不从校准装置120延伸。标记物130可为配置成通过感测装置16进行检测的任何合适的标记物。此外，标记物130可为任何合适的尺寸、形状和/或颜色。
在校准期间，感测装置16可感测校准装置120的位置和/或校准装置120的取向。校准装置120的位置和/或取向可由焊接训练软件用于确定焊接表面88和112中的一个或多个相对于感测装置16的位置和/或取向、工件84相对于感测装置16的位置和/或取向、夹具相对于感测装置16的位置和/或取向，等等。因此，校准装置120可便于焊炬训练系统10的校准。
图6是夹具组件132的实施例的透视图。夹具组件132可定位于焊接表面88和/或焊接表面112上，并且可将工件84固定于其上。在某些实施例中，夹具组件132可配置成与狭缝92和114中的一个或多个对准。在其它实施例中，夹具组件132可置于焊接表面88和/或焊接表面122上的任何位置。夹具组件132还包括第一标记物134和第二标记物136。第一标记物134和第二标记物136可一起使用以确定夹具组件132的位置和/或取向。如可以理解的是，至少两个标记物可用于确定夹具组件132的位置和/或取向。第一标记物134和第二标记物136可由任何合适的材料形成。此外，在某些实施例中，第一标记物134和第二标记物136可构建于夹具组件132中，而在其它实施例中，第一标记物134和第二标记物136可附接至夹具组件132。例如，第一标记物134和第二标记物136可利用粘合剂附接至夹具组件132，和/或第一标记物134和第二标记物136可为黏着剂。第一标记物134和第二标记物136可具有任何合适的形状、尺寸和/或颜色。此外，在某些实施例中，第一标记物134和第二标记物136可为反射材料形成的反射体。第一标记物134和第二标记物136可由焊接训练系统10用于校准夹具组件132相对于感测装置16的位置和/或取向，而无需单独的校准装置。因此，第一标记物134和第二标记物136配置成通过感测装置16进行检测。在某些实施例中，第一标记物134和第二标记物136可定位于夹具组件132上的预定位置。此外，焊接训练软件可经编程以使用预定位置来确定夹具组件132的位置和/或取向。在其它实施例中，第一标记物134和第二标记物136的位置可在校准期间提供给焊接训练软件。第一标记物134和第二标记物136处于夹具组件132上，感测装置16就可感测第一标记物134和第二标记物136相对于感测装置16的位置和/或取向。利用该感测数据结合第一标记物134和第二标记物136在夹具组件132上的位置，焊接训练软件可能够校准夹具组件132相对于感测装置16的位置和/或取向。在第一标记物134和第二标记物136在本文中已描述为通过感测装置16进行检测时，在某些实施例中，第一标记物134和第二标记物136可指示校准装置将要接触或插入的位置以利用校准装置120进行校准，如先前所述。
在所示的实施例中，夹具组件132配置成将工件84的下部138固定至工件84的上部140以用于执行搭焊。在其它实施例中，夹具组件132可配置成固定工件84的一些部分以用于执行对接焊、角焊等，以帮助焊接操作员执行焊接。夹具组件132包括从基底143延伸的垂直臂142。横杆144在垂直臂142之间延伸，并且固定至垂直臂142。调整机构146(例如，旋钮)可进行调整从而引导锁定装置148朝向工具84以用于将工件84固定于锁定装置148和夹具组件132的基底143之间。相反地，调整机构146可进行调整从而引导锁定装置148背离工件84以用于将工件84从锁定装置148和基底143之间移除。因此，工件84可选择性地固定至夹具组件132。
焊接训练系统装置
图7是焊丝伸出校准工具150的透视图。工具150配置成将延伸出焊炬喷嘴的焊丝长度校准至可选长度。因此，工具150包括第一手柄152和第二手柄154。工具150还包括焊炬喷嘴保持器156，该焊炬喷嘴保持器156附接至工具150的中央部157并且从该中央部157向外延伸选定的距离。在所示的实施例中，焊炬喷嘴保持器156具有大体圆柱形本体158(例如，杯形)；然而，在其它实施例中，焊炬喷嘴保持器156的本体158可具有任何合适的形状。此外，焊炬喷嘴保持器156配置成通过喷嘴入口160接纳焊炬喷嘴，以使得焊炬喷嘴延伸到本体158中。此外，焊炬喷嘴保持器156包括开口162，该开口162配置成允许焊丝延伸出焊炬喷嘴保持器156的端部并且阻止焊炬喷嘴延伸穿过开口162。随着焊炬喷嘴延伸到焊炬喷嘴保持器156中，焊丝朝向工具150的刀片组件164从焊炬喷嘴保持器156的开口162延伸出来。刀片组件164包括配置成与焊丝接触的一个或多个侧部165和166。在某些实施例中，侧部165和166均包括刀片以切割焊丝的相对侧部，而在其它实施例中，侧部165和166中的仅一个包括刀片以切割焊丝的一侧并且另一侧部包括刀片被向其引导的表面。对于校准焊丝的长度，焊丝可延伸穿过开口162并进入刀片组件164中。通过朝向彼此按压第一手柄152和第二手柄154，焊丝可被切割成可选长度，从而校准从焊炬喷嘴延伸的焊丝的长度。可利用调整机构167来选择校准长度以调整刀片组件164和焊炬喷嘴保持器156的开口162之间的距离168。因此，利用工具150，可校准从焊炬喷嘴延伸的焊丝的长度。
图8是图7的焊丝伸出校准工具150的俯视图。如图所示，焊炬14可与工具150一起使用。具体地，焊炬14的喷嘴170可在方向172上插入焊炬喷嘴保持器156中。从焊炬14延伸的焊丝174被引导穿过喷嘴入口160、开口162和刀片组件164。因此，第一手柄152和第二手柄154可被一起按压以将焊丝174切割成调整机构167所设定的距离168(例如，校准长度)。
图9是用于校准从焊炬14伸出的焊丝的方法17的实施例。工具150可用于利用各种方法校准从喷嘴170延伸的焊丝174的长度。在方法176中，焊丝伸出校准工具150的调整结构167可被调整用于选定焊丝174长度(方框178)。例如，焊炬喷嘴保持器156至工具150的距离168可设定为大约0.5至2.0cm、1.0至3.0cm等之间的范围。焊炬14可插入工具150的焊炬喷嘴保持器156中，以使得焊炬14的喷嘴170邻接焊炬喷嘴保持器156并且焊丝174延伸穿过焊炬喷嘴保持器156的开口162(方框180)。在某些实施例中，焊丝174可为足够长从而延伸穿过刀片组件164。然而，如果焊丝174不延伸穿过刀片组件164，那么焊接操作员可致动焊炬14的触发器70以进给焊丝174，从而使得焊丝174延伸穿过刀片组件164(方框182)。因此，焊接操作员可按压工具150的手柄152和154以切割延伸穿过刀片组件164的焊丝174，从而校准焊丝174的长度(方框184)。
图10是具有物理标记的焊接耗材186的实施例的透视图。焊接耗材186可为任何合适的焊接耗材，例如焊条、焊棒或焊极。焊接耗材186包括物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204。该物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可为任何合适的物理标记。例如，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可包括条形码、图像、形状、颜色、文本、数据组等。在某些实施例中，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可为激光蚀刻的。此外，在某些实施例中，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可为裸眼可视的(例如，在可视光谱范围内)，而在其它实施例中，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可以不是裸眼可视的(例如，不在可视光谱范围内)。
物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204中的每个指示焊接耗材186上相对于焊接耗材186的第一端206或第二端208的位置。例如，物理标记188可指示至第一端206的距离、至第二端208的距离，或相对于焊接耗材186的一些其它位置。在某些实施例中，物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204可指示对应于第一端206和/或第二端208的数值。例如，物理标记188可指示数值“1”，以指示其为至第一端206的第一物理标记，和/或物理标记188可指示数值“9”，以指示其为至第二端208的第九物理标记。处理装置可基于物理标记所指示的数值使用查找表来确定至第一端206或第二端208的距离。
可包括感测装置16的基于摄像机的检测系统，或另一类型的系统配置成在实况弧焊接或焊接模拟期间检测物理标记188、190、192、194、196、198、200、202和204。此外，基于摄像机的检测系统配置成基于所检测的物理标记确定焊接耗材186的剩余长度、焊接耗材186的消耗长度、焊接耗材186的使用速率、焊接耗材186的伸入速率(dipping rate)，等等。因此，对应于焊接耗材186的使用的数据可通过焊接训练系统10进行追踪以用于训练和/或分析。
图11是具有物理标记212、214、216和218的焊丝210的实施例的透视图。物理标记212、214、216和218可为任何合适的物理标记。例如，物理标记212、214、216和218可包括条形码、图像、形状、文本、数据组等。在某些实施例中，物理标记212、214、216和218可为激光蚀刻的。此外，在某些实施例中，物理标记212、214、216和218可为裸眼可视的(例如，在可视光谱范围内)，而在其它实施例中，物理标记212、214、216和218可以不是裸眼可视的(例如，不在可视光谱范围内)。
物理标记212、214、216和218中的每个指示焊丝210上相对于焊丝210的第一端220或第二端222的位置。例如，物理标记212可指示至第一端220的距离、至第二端222的距离，或相对于焊丝210的一些其它位置。在某些实施例中，物理标记212、214、216和218可指示对应于第一端220和/或第二端222的数值。例如，物理标记212可指示数值“1”，以指示其为至第一端220的第一物理标记，和/或物理标记212可指示数值“4”，以指示其为至第二端222的第四物理标记。处理装置可基于物理标记所指示的数值使用查找表来确定至第一端220或第二端222的距离。
可包括感测装置16的基于摄像机的检测系统，或另一类型的系统配置成在实况弧焊接或焊接模拟期间检测物理标记212、214、216和218。此外，基于摄像机的检测系统配置成基于所检测的物理标记确定焊丝210的剩余长度、焊丝210的消耗长度、焊丝210的使用速率、焊丝210的伸入速率(dipping rate)，等等。因此，对应于焊丝210的使用的数据可通过焊接训练系统10进行追踪以用于训练和/或分析。
图12是图4的训练支架12的垂直臂组件223的实施例的透视图。如图所示，感测装置16附接至第一臂100。此外，感测装置16包括摄像机224和红外发射体226。然而，在其它实施例中，感测装置16可包括任何合适数量的摄像机、发射体和/或其它感测装置。枢轴组件228联接至第一臂100并且联接至感测装置16，并且在感测装置16如箭头229所示旋转时允许感测装置16的角度被调整。如可以理解的是，调整感测装置16相对于第一臂100的角度改变了感测装置16的视野(例如，以改变焊接表面88的和/或焊接表面112被感测装置16所感测的部分)。
绳索230在旋钮101和感测装置16之间延伸。绳索230被穿过滑轮232以便于感测装置16的旋转。因此，焊接操作员可旋转旋钮101以手动地调整感测装置16的角度。如可以理解的是，绳索230和滑轮232的组合是用于旋转感测装置16的系统的一个实例。应注意，任何合适的系统均可使用以便于感测装置16的旋转。虽然示出了旋钮101的一个实施例，但是可理解的是，任何合适的旋钮均可用于调整感测装置16的角度。此外，感测装置16的角度可利用联接至绳索230的马达234进行调整。因此，焊接操作员可操作马达234以调整感测装置16的角度。此外，在某些实施例中，控制电路可联接至马达234并且可基于感测装置16的所需视野和/或基于在感测装置16的视野范围内追踪物体来控制感测装置16的角度。
图13是仰焊臂组件235的实施例的透视图。仰焊臂组件235示出了允许第二臂106具有可调整高度的制造设计的一个实施例。因此，如可以理解的是，第二臂106可通过多种方式制造成具有可调整的高度。如图所示，仰焊组件235包括手柄236，该手柄236用于如箭头238所示垂直地升高和/或降低第二臂106。仰焊臂组件235包括锁定装置240以将第二臂106锁定在所需高度。例如，锁定装置240可包括按钮，该按钮被按压以解开配置成延伸到开口242中的锁闩，从而将第二臂106从固定至侧轨243解锁。第二臂106从侧轨243解锁，手柄236就可垂直地调整至所需高度，从而将板112调整至所需高度。如可以理解的是，释放按钮可导致锁闩延伸到开口242中并且将第二臂106锁定至侧轨243。如可以理解的是，锁定装置240可如所述手动地操作，和/或锁定装置240可通过控制系统进行控制(例如，自动地控制)。此外，利用控制系统可垂直地升高和/或降低第二臂106。例如，在某些实施例中，焊接训练软件可控制第二臂106自动地移动至所需位置。因此，板112可调整至所需高度以用于仰焊。
多模式焊接训练软件
图14是具有多个焊接训练模式的焊接训练系统10的焊接训练软件244的实施例的方框图。如图所示，焊接训练软件244可包括实况弧模式(live-arc mode)246、模拟模式248、虚拟现实(VR)模式250和/或增强现实模式252中的一个或多个，该实况弧模式(live-arc mode)246配置成允许利用实况(例如，实际)焊弧进行训练；该模拟模式248配置成允许利用焊接模拟进行训练；该虚拟现实模式250配置成允许利用VR模拟进行训练；该增强现实模式252配置成允许利用增强现实模拟进行训练。
焊接训练软件244可从音频输入254接收信号。音频输入254可配置成允许焊接操作员利用可听见命令(例如，语音激活)来操作焊接训练软件244。此外，焊接训练软件244可配置成提供音频输出256和/或视频输出258。例如，焊接训练软件244可利用音频输出256将可听见信息提供给焊接操作员。此类可听见信息可包括用于配置(例如，设置)焊接训练系统10的指令、在焊接操作期间提供给焊接操作员的实时反馈、在执行焊接操作之前对焊接操作员的指令、在执行焊接操作之后对焊接操作员的指令、警告，等等。
图15是焊接训练软件244的VR模式250的实施例的方框图。VR模式250配置成向焊接操作员提供VR模拟260。VR模拟260可通过VR耳机、VR眼镜、VR显示器或任何合适的VR装置显示给焊接操作员。VR模拟260可配置成包括各种虚拟对象，例如图15中所示的物体，这些物体能够实现在VR模拟260范围内在焊接操作员和各种虚拟对象中的选定虚拟对象之间进行交互。例如，虚拟对象可包括虚拟工件262、虚拟焊接支架264、虚拟焊炬266、虚拟焊丝切割器268、虚拟软件配置270、虚拟训练数据结果272和/或虚拟手套274。
在某些实施例中，焊接操作员可与虚拟对象交互而无需接触实体物体。例如，感测装置16可检测焊接操作员的移动，并且可基于焊接操作员在现实世界中的移动导致在VR模拟260中发生的类似移动。在其它实施例中，焊接操作员可利用手套或焊炬14与虚拟对象交互。例如，手套或焊炬14可通过感测装置16进行检测，和/或手套或焊炬14可对应于VR模拟260中的虚拟对象。此外，焊接操作员可能够利用虚拟软件配置270和/或虚拟训练数据结果272在VR模拟260范围内操作焊接训练软件244。例如，焊接操作员可利用他们的手、手套或焊炬14来选择焊接训练软件244范围内的项目，这些项目虚拟地显示于VR模拟260内。此外，焊接操作员可执行其它动作，例如挑选焊丝切割器和切割从虚拟焊接266延伸的虚拟焊丝，所有这些动作都是在VR模拟260内执行。
图16是用于整合训练结果数据的方法276的实施例。方法276包括计算机18的焊接训练软件244从存储装置(例如，存储装置24)接收第一组焊接训练数据(方框278)。第一组焊接训练数据可包括对应于第一焊接训练作业的焊接训练数据。方法276还包括焊接训练软件244从存储装置接收第二组焊接训练数据(方框280)。在某些实施例中，第一组焊接训练数据和/或第二组焊接训练数据可以从网络存储装置接收。网络存储装置可配置成从焊接训练系统10和/或外部焊接训练系统40接收焊接训练数据和/或提供焊接训练数据给焊接训练系统10和/或外部焊接训练系统40。焊接训练软件244可将第一组焊接训练数据和第二组焊接训练数据整合成图表以允许第一组焊接训练数据与第二组焊接训练数据的视觉比较(方框282)。如可以理解的是，图表可为条形图、饼形图、线图、直方图等。在某些实施例中，整合第一组焊接训练数据与第二组焊接训练数据包括过滤第一组焊接训练数据和第二组焊接训练数据以显示第一组焊接训练数据的子组和第二组焊接训练数据的子组。焊接训练软件244可将图表提供给显示器装置(例如，显示器32)(方框284)。在某些实施例中，将图表提供给显示器装置包括提供图表上的可选因素，所述可选因素在被选定时显示对应于可选因素的相应选定因素的数据(例如，从图表选择焊丝速度可改变屏幕以显示用于具体焊接训练作业的焊丝速度历史)。
第一组焊接训练数据和/或第二组焊接训练数据可包括焊炬取向、焊炬行进速度、焊炬位置、触头至工件距离、焊炬相对于工件的接近度、焊炬的目标、焊接得分、焊接级别，等等。此外，第一组焊接训练数据和第二组焊接训练数据可对应于由一个焊接操作员和/或由焊接操作员的班级执行的训练。此外，第一焊接训练作业和第二焊接训练作业可对应于由一个焊接操作员和/或由焊接操作员班级执行的训练。在某些实施例中，第一焊接训练作业可对应于由第一焊接操作员执行的训练，并且第二焊接训练作业可对应于由第二焊接操作员执行的焊接。此外，第一训练作业和第二训练作业可对应于相同焊接训练情景。
图17是示出了用于焊接操作员的多组焊接训练数据的图表285的实施例。图表285可由焊接训练软件244生成，并且可提供给显示器32以由焊接教员用来审查由焊接学员执行的焊接训练操作，和/或可提供给显示器32以由焊接学员用来审查由该焊接学员执行的焊接训练操作。图表285示出了由焊接操作员执行的第一组焊接训练作业的不同训练作业之间的条形图比较。第一组焊接训练作业包括作业286、288、290、292和294。图表285还示出了由焊接操作员执行的第二组焊接训练作业的不同训练作业之间的条形图比较。第二组焊接训练作业包括作业296、298、300、302和304。因此，焊接训练作业可进行相互比较以用于分析、指导、认证和/或训练目的。如图所示，焊接训练作业可利用任意数量的标准(例如，总得分、工作角度、行进角度、行进速度、触点至工作距离、接近度、模式(例如，实况弧模式(live-arc mode)、模拟模式等)、完成状态(例如，完成、未完成、部分完成等)、接合类型(例如，角接、对接、T型、搭接等)、焊接位置(例如，平坦、垂直、空中等)、所用金属的类型、填料金属的类型，等等)中的一个进行相互比较。
图18是示出了与一个班级的焊接训练数据相比的焊接工的焊接训练数据的图表305的实施例。例如，图表305示出了针对第一作业相比于班级得分308(例如，平均值、中值或一些其它得分)的焊接操作员得分306。此外，将针对第二作业焊接操作员的得分310与班级的得分312(例如，平均值、中值或一些其它得分)相比较。此外，将针对第三作业焊接操作员的得分314与班级的得分316(例如，平均值、中值或一些其它得分)相比较。如可以理解的是，一个或多个焊接操作员的得分可与整个班级的得分相比较。此类比较允许焊接教员评估个体焊接学员相比于焊接学员班级的进步。此外，一个或多个焊接操作员的得分可与一个或多个其它焊接操作员的得分相比较。在某些实施例中，一个班级的得分可与另一个班级的得分相比较。此外，可选择第一作业、第二作业和/或第三作业的得分以进行比较。
数据存储和分析
图19是用于存储认证状态数据的数据存储系统318的实施例的方框图。认证状态数据可在焊接操作员完成焊接训练系统10中的各种作业时生成。例如，预定的一组作业可认证焊接操作员适于具体焊接装置和/或焊接工艺。数据存储系统318包括控制电路320、一个或多个内存装置322和一个或多个存储装置324。控制电路320可包括一个或多个处理器，该处理器可类似于处理器20。此外，内存装置322可类似于内存装置22，并且存储装置324可类似于存储装置24。内存装置322和/或存储装置324可配置成存储对应于焊接操作员的焊接训练认证的认证状态数据326。
认证状态数据326可包括焊接操作员的焊接训练数据(例如，与用于认证焊接操作员的作业有关的任何数据)、与实际认证有关的任何数据(例如，已认证、未认证、合格、不合格，等等)、由焊接操作员执行的一次或多次焊接的量、由焊接操作员执行的一次或多次焊接的时间戳、由焊接操作员执行的一次或多次焊接的焊接参数数据、焊接操作员的质量等级、焊接操作员的质量水平、由焊接操作员执行的训练焊接的历史、由焊接操作员执行的生产焊接的历史、第一焊接工艺(例如，金属惰性气体(MIG)焊接工艺、钨极惰性气体(TIG)焊接工艺、焊条焊接工艺，等等)认证状态(例如，对焊接操作员认证第一焊接工艺，对焊接操作员未认证第一焊接工艺)、第二焊接工艺认证状态(例如，对焊接操作员认证第二焊接工艺，对焊接操作员未认证第二焊接工艺)、第一焊接装置(例如，送丝器、电源、型号等)认证状态(例如，对焊接操作员认证第一焊接装置，对焊接操作员未认证第一焊接装置)，和/或第二焊接装置认证状态(例如，对焊接操作员认证第二焊接装置，对焊接操作员未认证第二焊接装置)。
控制电路320可配置成接收对焊接操作员的第一焊接工艺认证状态、第二焊接工艺认证状态、第一焊接装置认证状态和/或第二焊接装置认证状态的请求。此外，控制电路320可配置成提供对请求的响应。对请求的响应可包括焊接操作员的第一焊接工艺认证状态、第二焊接工艺认证状态、第一焊接装置认证状态和/或第二焊接装置认证状态。在某些实施例中，焊接操作员可被授权至少部分地基于响应使用第一焊接工艺、第二焊接工艺、第一焊接装置和/或第二焊接装置。此外，在一些实施例中，可至少部分地基于响应允许或不允许焊接系统的第一焊接工艺、第二焊接工艺、第一焊接装置和/或第二焊接装置。此外，在某些实施例中，可自动地允许或不允许焊接系统的第一焊接工艺、第二焊接工艺、第一焊接装置和/或第二焊接装置。因此，焊接操作员的认证数据可用于允许或不允许焊接操作员使用具体焊接系统、焊接装置和/或焊接工艺的能力。例如，焊接操作员可具有对第一焊接工艺的认证，但不具有对第二焊接工艺的认证。因此，在某些实施例中，焊接操作员可在焊接系统核实他们的身份(例如，通过登录或一些其它形式的授权)。在核实焊接操作员的身份之后，焊接系统可检查焊接操作员的认证状态。焊接系统可基于焊接操作员的认证状态允许焊接操作员利用第一焊接工艺来执行操作，但可基于焊接操作员的认证状态阻止焊接操作员执行第二焊接工艺。
图20是示出了对应于训练焊接的数据的屏幕327的实施例。屏幕327可通过焊接训练软件244生成并且可显示于显示器32上。屏幕327示出了可在执行焊接操作之前、期间和/或之后以图表显示给焊接操作员的参数。例如，参数可包括工作角度328、行进角度330、触头至工件距离332、焊炬行进速度334、焊炬相对于工件336的接近度、焊接电压337、焊接电流338、焊炬取向、焊炬位置、焊炬目标，等等。
如图所示，以图表示出的参数可包括参数的当前值的指示339(例如，在执行焊接作业时)。此外，图表340可示出参数值的历史，并且得分341可示出对应于焊接操作员在焊接作业期间处于可接受值范围内的时间量的总体百分比。在某些实施例中，焊接作业的视频重播342可提供于屏幕327上。视频重播342可示出焊接操作员执行现实焊接的实况视频、焊接操作员执行模拟焊接的实况视频、焊接操作员执行虚拟现实焊接的实况视频、焊接操作员执行增强现实焊接的实况视频、焊弧的实况视频、焊接熔池的实况视频，和/或焊接操作的模拟视频。
在某些实施例中，焊接训练系统10可在焊接作业期间捕捉视频数据，并且将视频数据存储在存储装置24上。此外，焊接训练软件244可配置成从存储装置24取回视频数据、从存储装置24取回焊接参数数据、使视频数据与焊接参数数据同步，和给显示器32提供同步的视频和焊接参数数据。
焊接训练软件244可分析焊接参数数据以确定可示出于显示器32上的横穿路径344。在一些实施例中，在焊接期间的时间346可由焊接操作员来选择。通过选择时间346，焊接操作员可结合在处于选定时间346时的焊接参数(保持原样)查看视频重播342和/或横穿路径344以建立焊接参数、视频重播342和/或横穿路径344之间的关联。焊接训练软件244可配置成至少部分地基于焊接参数数据重建焊接训练数据，以使视频重播342与重建的焊接训练数据同步并将同步的视频重播342和重建的焊接训练数据提供给显示器32。在某些实施例中，重建的焊接训练数据可为焊接熔池数据和/或模拟焊接。
在某些实施例中，存储装置24可配置成存储对应于由焊接操作员执行的多次训练焊接的第一数据组，和存储对应于由焊接操作员执行的多次非训练焊接的第二数据组。此外，控制电路320可配置成从存储装置24取回至少部分的第一数据组，从存储装置24取回至少部分的第二数据组，使至少部分的第一数据组与至少部分的第二数据组同步并将同步的至少部分的第一数据组和至少部分的第二数据组提供给显示器32。
图21是示出了训练焊接的不连续性分析348的屏幕347的实施例。不连续性分析348包括列表350，该列表350可列举焊接操作的潜在问题。不连续性分析348向焊接操作员提供关于焊接操作中焊接不符合预定质量阈值的时间段的反馈。例如，在时间352和354之间存在高不连续性(例如，焊接质量差，焊接具有高故障概率，焊接有缺陷)。此外，在时间356和358之间存在中等不连续性(例如，焊接质量一般，焊接具有中等失败概率，焊接为部分有缺陷)。此外，在时间360和362之间存在高不连续性，并且在时间364和366之间存在低不连续性(例如，焊接质量好，焊接具有低失败概率，焊接不是有缺陷的)。通过该信息，焊接操作员可能够快速分析焊接操作的质量。
图22是焊接训练软件244的焊接教员屏幕368的实施例的方框图。焊接训练软件244配置成提供很多不同焊接配置的训练模拟。例如，焊接配置可包括MIG焊接工艺370、TIG焊接工艺372、焊条焊接工艺374、实况弧焊接模式346、模拟焊接模式248、虚拟现实焊接模拟250和/或增强现实焊接模式252。
焊接教员屏幕368可配置成允许焊接教员限制焊接操作员376的训练(例如，限制为一个或多个选定焊接配置)、限制焊接操作员班级378的训练(例如，限制为一个或多个选定焊接配置)和/或限制焊接操作员班级一部分380的训练(例如，限制为一个或多个选定焊接配置)。此外，焊接教员屏幕368可配置成允许焊接教员将选定训练作业分配给焊接操作员382、将选定训练作业分配给焊接操作员班级384，和/或将选定训练作业分配给焊接操作员班级一部分386。此外，焊接教员屏幕368可配置成允许焊接教员使焊接操作员(或焊接操作员班级)从第一训练作业自动地推进至第二训练作业388。例如，焊接操作员可至少部分地基于执行第一训练作业的质量从第一训练作业推进至第二训练作业。
图23是使用增强现实进行焊接训练的方法389的实施例。焊接操作员可选择焊接训练软件244的训练模式(方框390)。焊接训练软件244确定是否已选择增强现实模式252(方框392)。如果已选择增强现实模式252，那么焊接训练软件244执行增强现实模拟。应注意，焊接操作员可穿戴焊接头盔和/或配置成将显示器装置定位于焊接操作员视野的前方的某种其它头戴物。此外，显示器装置可大体上为透明的，以允许焊接操作员查看实际物体；然而，虚拟焊接环境可描绘于显示器装置的一些部分上。作为该增强现实模拟的一部分，焊接训练软件244例如从感测装置16接收焊炬14的位置和/或取向(方框394)。焊接训练软件244将虚拟焊接环境与焊炬14的位置和/或取向进行整合(方框396)。此外，焊接训练软件244将整合的虚拟焊接环境提供给显示器装置(方框398)。例如，焊接训练软件244可确定焊缝应定位于焊接操作员的视野范围内的哪个位置，并且焊接训练软件244可将焊缝显示于显示器装置上以使得焊缝看起来处于工件上。在完成焊接之后，增强现实模拟可允许焊接操作员消除虚拟焊接环境的一部分(例如，焊缝)(方框400)，并且焊接训练软件244返回至方框390。
如果尚未选择增强现实模式252，那么焊接训练软件244确定是否已选择实况弧模式(live-arc mode)246(方框402)。如果已选择实况弧模式(live-arc mode)246，那么焊接训练软件244进入实况弧模式(live-arc mode)246并且焊接操作员可执行实况弧焊接(方框404)。如果尚未选择实况弧模式(live-arc mode)246和/或在执行方框404之后，那么焊接训练软件244返回至方框390。因此，焊接训练软件244配置成允许焊接操作员在增强现实模式252中实践焊接，以将虚拟焊接环境的至少一部分从实践焊接消除并在实况弧模式(live-arc mode)246中执行实况焊接。在某些实施例中，焊接操作员可以多次在增强现实模式252中连续地实践焊接。
图24是使用增强现实进行焊接训练的另一种方法406的实施例。焊接操作员可选择焊接训练软件244的训练模式(方框408)。焊接训练软件244确定是否已选择增强现实模式252(方框410)。如果已选择增强现实模式252，那么焊接训练软件244执行增强现实模拟。应注意，焊接操作员可穿戴焊接头盔和/或配置成将显示器装置定位于焊接操作员视野的前方的某种其它头戴物。此外，显示器装置可完全地阻挡焊接操作员的视野，这样焊接操作员所观察到的图像已被摄像机捕获并且显示于显示器装置上。作为该增强现实模拟的一部分，焊接训练软件244例如从感测装置16接收焊炬14的图像(方框412)。焊接训练软件244将虚拟焊接环境与焊炬14的图像进行整合(方框414)。此外，焊接训练软件244将整合的虚拟焊接环境与焊炬14的图像提供给显示器装置(方框416)。例如，焊接训练软件244可确定焊缝应定位于焊接操作员的视野范围内的哪个位置，并且焊接训练软件244可将焊缝与焊炬14的图像和焊接环境中的其它物体一同显示于显示器装置上。在完成焊接之后，增强现实模拟可允许焊接操作员消除虚拟焊接环境的一部分(例如，焊缝)(方框418)，并且焊接训练软件244返回至方框408。
如果尚未选择增强现实模式252，那么焊接训练软件244确定是否已选择实况弧模式(live-arc mode)246(方框420)。如果已选择实况弧模式(live-arc mode)246，那么焊接训练软件244进入实况弧模式(live-arc mode)246并且焊接操作员可执行实况弧焊接(方框422)。如果尚未选择实况弧模式(live-arc mode)246和/或在执行方框422之后，那么焊接训练软件244返回至方框408。因此，焊接训练软件244配置成允许焊接操作员在增强现实模式252中实践焊接，以将虚拟焊接环境的至少一部分从实践焊接消除并在实况弧模式(live-arc mode)246中执行实况焊接。在某些实施例中，焊接操作员可以多次在增强现实模式252中连续地实践焊接。
如可以理解的是，利用本文所述的系统、装置和技术，可提供焊接训练系统10用于训练焊接操作员。焊接训练系统10可为成本高效的，并且可允许焊接学员接受高质量实际动手训练。
虽然本文仅已示出并描述了本发明的某些特征，但是本领域的技术人员将做出许多修改和变更。因此，应当理解的是，所附权利要求书旨在涵盖落入本发明的真实精神范围内的所有此类修改和变更。
Claims (18)
1.一种焊接训练系统，包括：
永久性内存，所述永久性内存包括处理器可执行指令；以及
处理器，所述处理器联接至所述永久性内存并且配置成执行所述处理器可执行指令，其中所述处理器可执行指令包括执行以下操作的指令：
允许焊接训练系统在实况弧模式和另外两个或更多个模式下操作，其中所述另外两个或更多个模式包括模拟模式、虚拟现实模式或增强现实模式；
接收对应于所述实况弧模式和所述另外两个或更多个模式中的至少一个模式的输入；
当接收到的输入对应于所述实况弧模式时，控制训练开关以允许焊接电力流经焊炬；
当接收到的输入对应于所述模拟模式或所述虚拟现实模式时，控制所述训练开关以不允许焊接电力流经所述焊炬；
当接收到的输入对应于所述虚拟现实模式时，通过显示器装置显示所述虚拟现实模拟；以及
当接收到的输入对应于所述增强现实模式时，通过所述显示器装置显示所述增强现实模拟，其中所述增强现实模拟包括虚拟焊接环境，所述虚拟焊接环境整合有从感测装置接收的关于所述焊炬的对象数据，其中所述对象数据包括所述焊炬的位置、所述焊炬的取向或所述焊炬的图像，或它们的任意组合。
2.根据权利要求1所述的焊接训练系统，其中所述处理器可执行指令包括生成可听见的信息的指令。
3.根据权利要求2所述的焊接训练系统，其中所述可听见的信息包括用于配置所述焊接训练系统的指令。
4.根据权利要求2所述的焊接训练系统，其中所述可听见的信息包括在焊接操作期间生成的实时反馈。
5.根据权利要求1所述的焊接训练系统，其中所述输入包括来自焊接操作员的可听见的命令。
6.一种焊接训练系统，所述焊接训练系统包括：
永久性内存，所述永久性内存包括处理器可执行指令；以及
处理器，所述处理器联接至所述永久性内存并联接至光学感测装置，所述光学感测装置配置成检测焊接操作员在相对于所述光学感测装置的环境中的在现实世界中的移动，其中所述处理器配置成执行所述处理器可执行指令，其中所述处理器可执行指令包括执行以下操作的指令：
在虚拟现实模式下通过显示器装置显示虚拟现实模拟，其中所述虚拟现实模式配置成允许使用所述虚拟现实模拟进行训练，所述虚拟现实模拟包括虚拟选择工具和多个虚拟对象，其中所述多个虚拟对象包括焊接训练软件配置项、训练结果数据或它们的任意组合；以及
接收对所述多个虚拟对象中选定的虚拟对象的选择输入，其中检测到的所述焊接操作员的相对于所述光学感测装置的在现实世界中的移动对应于所述虚拟选择工具在所述虚拟现实模拟中显示的移动，并且接收到的所述选择输入是所述虚拟选择工具和所述选定的虚拟对象在所述虚拟现实模拟中的显示的交互。
7.根据权利要求6所述的焊接训练系统，其中所述多个虚拟对象包括焊炬、工件、焊丝切割器或它们的任意组合。
8.根据权利要求6所述的焊接训练系统，其中所述选择输入被接收而无需焊接操作员接触对应于在所述虚拟现实模拟中的所述选定的虚拟对象的在所述环境中的现实世界中的实体物体。
9.根据权利要求6所述的焊接训练系统，其中所述多个虚拟对象包括在所述虚拟现实模拟中的图标。
10.根据权利要求6所述的焊接训练系统，其中所述多个虚拟对象包括虚拟训练数据结果。
11.根据权利要求6所述的焊接训练系统，其中检测到的所述焊接操作员的相对于所述光学感测装置的在现实世界中的移动包括所述焊接操作员的手的移动。
12.根据权利要求6所述的焊接训练系统，其中检测到的所述焊接操作员的相对于所述光学感测装置的在现实世界中的移动包括连接到所述焊接操作员的手套的移动。
13.根据权利要求6所述的焊接训练系统，其中检测到的所述焊接操作员的相对于所述光学感测装置的在现实世界中的移动包括焊炬的移动。
14.一种焊接训练系统，包括：
内存，所述内存包括处理器可执行指令；以及
处理器，所述处理器联接至所述内存并且配置成执行所述处理器可执行指令，其中所述处理器可执行指令包括允许焊接训练系统在训练模式下操作的指令；
用户界面，所述用户界面配置成接收对应于所述训练模式的输入；
显示器装置，所述显示器装置配置成显示训练模拟，其特征在于：
所述焊接训练系统能够在三个或更多个模式下训练，其中所述三个或更多个模式包括实况弧模式、模拟模式、虚拟现实模式或增强现实模式；
其中所述实况弧模式配置成允许使用实况焊弧进行训练，所述模拟模式配置成允许使用焊接模拟进行训练，所述虚拟现实模式配置成允许使用虚拟现实模拟进行训练，并且所述增强现实模式配置成允许使用增强现实模拟进行训练；
还包括训练开关，所述训练开关配置成：当接收到的输入对应于所述实况弧模式时，允许焊接电力流经焊炬，并且当接收到的输入对应于所述模拟模式或所述虚拟现实模式时，不允许焊接电力流经所述焊炬；
其中，所述显示器装置配置成：当接收到的输入对应于所述虚拟现实模式时显示虚拟现实模拟或当接收到的输入对应于所述增强现实模式时显示增强现实模拟，其中所述增强现实模拟包括虚拟焊接环境，所述虚拟焊接环境整合有从感测装置接收的关于所述焊炬的对象数据，其中所述对象数据包括所述焊炬的位置、所述焊炬的取向或所述焊炬的图像或它们的任意组合。
15.根据权利要求14所述的焊接训练系统，其中所述焊接训练软件配置成允许将可听见的信息提供给焊接操作员。
16.根据权利要求15所述的焊接训练系统，其中所述可听见的信息包括用于配置所述焊接训练系统的指令。
17.根据权利要求15所述的焊接训练系统，其中所述可听见的信息包括在焊接操作期间提供给所述焊接操作员的实时反馈。
18.根据权利要求14所述的焊接训练系统，其中所述焊接训练软件配置成允许从焊接操作员接收可听见的命令。
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