DE202009018950U1

DE202009018950U1 - Schweisssimulator

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Publication number: DE202009018950U1
Application number: DE202009018950.3U
Authority: DE
Original assignee: Lincoln Global Inc
Current assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2014-10-15
Anticipated expiration: 2019-08-21
Also published as: BRPI0917273B1; US20160012750A1; EP2329479A2; CA2730545A1; RU2011110478A; US20170046982A1; WO2010020869A3; BRPI0917273A2; US20100048273A1; US10762802B2; CN102171744B; WO2010020869A2; MX2011001223A; CN102171744A; US9483959B2

Abstract

Spiel, das auf einer prozessorgestützten Computervorrichtung (24) gespielt wird, die codierte Instruktionen ausführt, und ein Verarbeitungsmittel, das dafür ausgelegt ist, codierte Instruktionen zum Generieren einer interaktiven virtuellen Umgebung (9) auszuführen, wobei das Verarbeitungsmittel Eingangssignale von einem zugehörigen Eingabegerät (13) empfängt, umfasst und ausgestaltet ist zum: Erzeugen eines virtuellen Gegenstandes (16) innerhalb der virtuellen Umgebung (9), der einen Betriebszustand besitzt, der zwischen funktionstüchtig und nicht-funktionstüchtig umgeschaltet werden kann; Festlegen eines Spiele-Ziels, um den Betriebszustand des virtuellen Gegenstandes (16) durch einen virtuellen Schweißvorgang zu ändern; und Anweisen eines Endnutzers (11), einen virtuellen Schweißvorgang auszuführen, der den Betriebszustand des virtuellen Gegenstandes (16) ändert.

Description

Diese Gebrauchsmusteranmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 61/090,794, eingereicht am 21. August 2008, mit dem Titel „Welding Simulator”, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit in den vorliegenden Text aufgenommen wird.
TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung betrifft Systeme zum Einführen möglicher neuer Mitarbeiter in das Gebiet des Schweißens, und betrifft insbesondere computergenerierte virtuelle Umgebungen, die Schweißprozesse simulieren, und betrifft insbesondere ein Spiel, das auf einer prozessorgestützten Computervorrichtung gespielt wird, die codierte Instruktionen ausführt, ein Kit und ein Eingabegerät für eine prozessorgestützte Computervorrichtung und ein Schulungssystem für Schweißarbeiten unter Verwendung einer prozessorgestützten Computervorrichtung.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
In den vergangenen Jahrzehnten hat sich das Schweißen zu einem vorherrschenden Prozess bei der Herstellung und dem Bau verschiedener Produkte entwickelt. Die Anwendungsmöglichkeiten für das Schweißen sind vielfältig, und es wird auf der ganzen Welt für den Bau von Schiffen, Gebäuden, Brücken, Fahrzeugen und Pipelines verwendet, um nur ein paar Beispiele zu nennen. Viele Schweißaufgaben lassen sich automatisieren, wodurch weniger Facharbeiter benötigt werden. Jedoch müssen automatische Schweißanwendungen durch geschulte Schweißer eingerichtet und gemanagt werden. Andere Schweißanwendungen sind nicht auf Produktionshallen beschränkt. Anwendungen wie zum Beispiel der Bau von Pipelines oder Gebäuden werden im Feld geschweißt und erfordern die Mobilität eines erfahrenen Schweißers. Dementsprechend besteht nach wie vor Bedarf an geschultem Personal, das in der Lage ist, die Herausforderungen von Schweißprozessen zu meistern.
Der Bedarf an qualifizierten Schweißern bleibt hoch, auch wenn in viele Teilen der Welt die Produktion rückläufig ist. In den Vereinigten Staaten steigt das Durchschnittsalter der Schweißfacharbeiter, und viele gehen inzwischen auf das Rentenalter zu. Man erwartet, dass im Verlauf des kommenden Jahrzehnts die Anzahl der verfügbaren erfahrenen Schweißer erheblich sinken wird, wenn diese in Rente gehen. Viele junge Leute, die heute ins Berufsleben einsteigen, ziehen höhere Bildung dem Facharbeiterberuf vor, und vielen der Arbeiter, die einen Handwerksberuf wählen, wird vom Beruf des Schweißers abgeraten, auch wenn die Arbeitsbedingungen gut sind. Programme und Organisationen, die S. T. E. M.(Science Technology Engineering Math)- und S. T. E.(Science and Technology/Engineering)-Bildung fördern, sind eine unschätzbare Hilfe bei der Wiederbelebung des Interesses an technischen Berufen.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen ein Computerprogrammprodukt und ein prozessorgestütztes Computersystem, das ein Verarbeitungsmittel zum Ausführen codierter Instruktionen und ein Eingabemittel zum Interagieren mit dem Verarbeitungsmittel bereitstellt, um eine einen virtuelle Schweißumgebung zu erzeugen. Das System gibt ein Ziel vor, um einen Funktions- oder Betriebszustand eines virtuellen Gegenstands zu ändern, und weist den Endnutzer an, mindestens einen virtuellen Schweißvorgang auszuführen, um seinen Funktionszustand zu ändern. Weitere nicht-einschränkende Ausführungsformen, Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden beispielhaft in der folgenden Beschreibung, den Ansprüchen und den Zeichnungen dargelegt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine perspektivische Ansicht einer Simulationsvorrichtung und eines Endnutzers gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine perspektivische Großansicht einer Simulationsvorrichtung, die eine virtuelle Umgebung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist ein Bild einer virtuellen Umgebung, wobei ein virtueller Gegenstand gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
4 ist ein Bild einer virtuellen Umgebung, wobei ein virtueller Gegenstand und ein Benutzerschnittstellenbildschirm gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt sind.
5 ist ein Bild einer virtuellen Umgebung, wobei ein Benutzerschnittstellenbildschirm gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gezeigt ist.
6 ist ein Blockschaubild, das ein Verfahren eines Spiels zeigt, das auf einer prozessorgestützten Computervorrichtung gespielt wird, die codierte Instruktionen ausführt.
7 ist ein Blockschaubild, das ein Schulungsverfahren für eine Schweißarbeit zeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Wir wenden uns nun den Zeichnungen zu, in denen die Darstellungen lediglich dem Zweck der Veranschaulichung von Ausführungsformen der Erfindung und nicht dem Zweck ihrer Einschränkung dienen. 1 und 2 zeigen einen Simulator oder eine Simulationsvorrichtung, der bzw. die allgemein bei 10 gezeigt sind. Die Simulationsvorrichtung 10 erzeugt eine virtuelle Umgebung 9, die ein dreidimensionales Umfeld simuliert, das ein industrielles oder ein gewerbliches Umfeld sein kann, in dem ein oder mehrere Herstellungsprozesse ablaufen. Die virtuelle Umgebung 9 kann auf einer Bildgabevorrichtung 22 gezeigt werden, die von einem Endnutzer 11 betrachtet wird. Insbesondere kann die Simulationsvorrichtung 10 eine virtuelle Umgebung 9 zeigen, die eine Interaktion zwischen dem Endnutzer 11 und einem oder mehreren virtuellen Gegenständen 16 ermöglicht. Ein Eingabegerät 13 kann enthalten sein, das eine Aktivität detektiert, wenn es durch den Endnutzer 11 betätigt wird. Daten aus dem Eingabegerät 13 können an die Simulationsvorrichtung 10 übermittelt werden und dienen dem Zweck, Objekte in der virtuellen Umgebung 9 in Echtzeit oder fast mit Echtzeit zu bewegen. In einer Ausführungsform generiert die Simulationsvorrichtung 10 einen oder mehrere virtuelle Gegenstände 16, die mit virtuellen Werkzeugen 26 bearbeitet werden können, die in einer ähnlichen Weise generiert wurden. Daraus folgt, dass die virtuellen Werkzeuge 26 in der virtuellen Umgebung 9 verwendet werden können, wenn das Eingabegerät 13 durch den Endnutzer 11 in der realen Welt.
Die Simulationsvorrichtung 10 kann eine virtuelle Umgebung 9 mit virtuellen Gegenständen 16 generieren, die Komponenten eines bestimmten Herstellungs- oder Bauprozesses ähneln. In einer Ausführungsform kann die virtuelle Umgebung 9 eine Schweißumgebung 9a umfassen, die einen oder mehrere Gegenstände zur Montage zusammen mit einem Schweißprozess zeigt. Dementsprechend können die virtuellen Werkzeuge 26 ein Schweißgerät 32 und einen Schweißbrenner 34 umfassen. Auf diese Weise zeigt die Simulationsvorrichtung 10 virtuelle Gegenstände 16, die durch ein virtuelles Schweißgerät 32, das durch den Endnutzer 11 interaktiv gesteuert wird, miteinander verschweißt werden. Die Simulationsvorrichtung 10 kann als eine Schulungsplattform realisiert werden, um Personen mit einem bestimmten Herstellungsprozess zu konfrontieren, oder kann als ein Spiel realisiert werden, das gespielt wird, um ein vorgegebenes Ziel zu erreichen; beides wird in einem Absatz weiter unten noch ausführlicher besprochen. Es wird ausdrücklich angemerkt, dass die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zwar im Kontext einer virtuellen Schweißumgebung 9a und eines oder mehrerer Schweißprozesse beschrieben werden, dass dem Fachmann aber einleuchtet, dass sie auch im Rahmen anderer industrieller oder gewerblicher Prozesse verwendet werden kann.
Wir bleiben bei 1. Die Simulationsvorrichtung 10 kann aus elektronischer Hardware hergestellt werden, die eine prozessorgestützte Computervorrichtung 24 umfasst, die dafür ausgelegt ist, ein Computerprogrammprodukt ablaufen zu lassen, d. h. auszuführen. In einer Ausführungsform umfasst die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 einen Mikrocomputer in einer beliebigen von verschiedenen Konfigurationen, einschließlich beispielsweise einen Laptop-Computer, einen Desktop-Computer, eine Workstation, ein Server oder dergleichen. Alternativ kann die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 ein Spielesystem umfassen, wie es beispielsweise durch Nintendo^®, Microsoft^® oder Sony^® angeboten wird. Auf diese Weise kann die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 ein handelsübliches System sein, an das ein Endnutzer 11 ohne Weiteres gelangen kann. Die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 kann ein oder mehrere logische prozessorgestützte Systeme 25 oder Logikprozessoren 25 enthalten, wie zum Beispiel einen programmierbaren Mikroprozessor, obgleich jeder beliebige Typ von Logikprozessor 25 in der Simulationsvorrichtung 10 verwendet werden kann, ohne vom beabsichtigten Schutzumfang der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 kann des Weiteren Hilfsschaltungen enthalten, einschließlich elektronischen Speicher, wie zum Beispiel RAM oder ROM, zusammen mit anderen peripheren Hilfsschaltungen, die den Betrieb des einen oder der mehreren Logikprozessoren 25 ermöglichen. Zusätzlich kann die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 Massenspeicher, wie zum Beispiel Festplattenlaufwerke, optische Speichervorrichtungen und/oder Flash-Speicher, zum Speichern und Abrufen von Daten in einer dem Fachmann bestens bekannten Weise enthalten. Somit kann die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 so programmiert und betrieben werden, dass sie codierte Instruktionen ausführt, die auch als programmierte Algorithmen bezeichnet werden, die ein Computerprogrammprodukt sein können, die in einer höheren oder niederen Programmiersprache geschrieben sind. Es ist anzumerken, dass jede beliebige Form einer Programmierung oder Art von Programmiersprache verwendet werden kann, um Algorithmen zu codieren, die durch die Simulationsvorrichtung 10 zum Simulieren der virtuellen Umgebung 9, 9a ausgeführt werden.
Die Simulationsvorrichtung 10 und insbesondere die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 können mit anderen ähnlich oder ungleich aufgebauten Systemen kommunizieren oder in Verbindung mit ihnen verwendet werden. Eingaben in die, und Ausgaben aus der, Simulationsvorrichtung 10, als E/A bezeichnet, können in dieser Ausführungsform durch Vernetzungshardware realisiert werden, einschließlich Drahtlos- und festverdrahteter (direkt verbundener) Vorrichtungen. Die Kommunikation zwischen Simulationsvorrichtungen 10 oder Systemen kann räumlich abgesetzt durch ein Netzwerk, wie zum Beispiel ein Fernbereichsnetz (WAN) oder ein Nahbereichsnetz (LAN), über Netzwerkhubs, Repeater oder durch sonstige zweckmäßig ausgewählte Mittel realisiert werden. Die Kommunikation kann beispielsweise durch eine Direktverbindung mehrerer Simulationsvorrichtungen 10, durch Web-gestützte Konnektivität, durch virtuelle private Netzwerke und/oder durch SSL(Secure Sockets Layer)verschlüsselte Kommunikation bewerkstelligt werden. Es ist anzumerken, dass die Beziehung zwischen Simulationsvorrichtungen 10 Peer-to-Peer, Client-Server oder eine beliebige Hybridkombination davon sein kann, ohne vom Schutzumfang der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Auf diese Weise können Informationen zwischen Systemen 10 gesendet werden, so wie es für das Simulieren oder Interagieren mit der virtuellen Umgebung 9, 9a zweckmäßig ist. In einer Ausführungsform kann eine Netzwerkkommunikation verwendet werden, um virtuelle Gegenstände 16 oder virtuelle Werkzeuge 26 herunterzuladen und so das Spielszenario zu ändern. Alternativ können neue Umgebungen für die Schulung eines anderen Herstellungsprozesses heruntergeladen werden. Die Einzelheiten dazu werden weiter unten besprochen. Es wird des Weiteren in einer anderen Ausführungsform in Betracht gezogen, dass die Simulationsvorrichtung 10 eine virtuelle Umgebung 9, 9a generieren kann, in der mehrere Endnutzer 11 wirken können, die jeweils vom selben System oder von miteinander vernetzten separaten Systemen aus arbeiten. Auch hier kann jede beliebige Art und Weise des Kommunizierens zwischen einer oder mehreren Simulationsvorrichtungen 10 verwendet werden, ohne vom beabsichtigten Schutzumfang der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Wir bleiben bei den 1 und 2. Die Simulationsvorrichtung 10 kann eine Bildgabevorrichtung 22 zum Anzeigen der virtuellen Umgebung 9, die eine virtuelle Schweißumgebung 9a sein kann, enthalten. Die Bildgabevorrichtung 22 kann einen Anzeigebildschirm umfassen, der dafür ausgelegt ist, Bilder anzuzeigen, die durch die prozessorgestützte Computervorrichtung 24 und das Computerprogrammprodukt generiert werden. In einer Ausführungsform kann der Anzeigebildschirm einen Computermonitor und/oder einen Fernsehbildschirm enthalten, der aus einer Kathodenstrahlröhre oder einem Flüssigkristallanzeige besteht, obgleich jede beliebige Art von Monitor, Bildschirm, Anzeige oder Projektionsgerät verwendet werden kann, das für die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zweckdienlich ist. Informationen zum Generieren der Bilder auf dem Anzeigebildschirm können in einem Speicher innerhalb der prozessorgestützten Computervorrichtung 24 gespeichert werden. Wenn der Speicher während der Ausführung des Computerprogrammprodukts aktualisiert oder geändert wird, können die Bilder auf dem Anzeigebildschirm dynamisch in Echtzeit geändert werden. Auch hier kann jedes beliebige Verfahren oder Mittel zum Anzeigen der virtuellen Umgebung 9, 9a auf der Bildgabevorrichtung 22 ausgewählt werden, das zur Verwendung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zweckdienlich ist.
Wir wenden uns nun den 2 und 3 zu. Das Eingabegerät 13 kann dazu dienen, Aktivitäten in der realen Welt mit der virtuellen Umgebung 9 zu verknüpfen. Insbesondere detektiert das Eingabegerät 13 die Aktionen des Endnutzers 11 und übersetzt diese Aktionen in Daten, die von der Simulationsvorrichtung 10 erkannt werden können. Die Daten werden an die Logikprozessoren 25 übermittelt und können dafür verwendet werden, die virtuellen Werkzeuge 26 und/oder die virtuellen Gegenstände 16 interaktiv in das Geschehen einzubinden. In einer Ausführungsform verarbeitet das Computerprogrammprodukt die Daten und nimmt Änderungen an der virtuellen Umgebung 9 in Echtzeit vor. Auf diese Weise bewegen sich, wenn der Endnutzer 11 das Eingabegerät 13 im dreidimensionalen Raum bedient, Gegenstände in der virtuellen Umgebung 9, 9a in einer entsprechenden Weise, d. h. in direkter Beziehung zu der Bewegung des Eingabegerätes 13. Zum Beispiel kann der Endnutzer 11 einen oder mehrere virtuelle Gegenstände auf der Bildgabevorrichtung 22 visualisieren, einschließlich einer virtuellen Darstellung eines echten Werkzeugs. Dementsprechend kann der Endnutzer 11 das Eingabegerät 13 in einer bestimmte Richtung bewegen, was eine entsprechende Bewegung des virtuellen Gegenstandes zur Folge hat. Bei der im vorliegenden Text veranschaulichten Schweißausführungsform kann das Eingabegerät 13 den Schweißbrenner 34 darstellen. Das heißt, eine Bewegung des Eingabegerätes 13 wird in eine Bewegung des virtuellen Schweißbrenners 34 in der virtuellen Umgebung 9a übersetzt. Das Eingabegerät 13 kann Schalter enthalten, die das virtuelle Schweißgerät aktivieren, wodurch der Schweißprozess eingeleitet wird. Der Endnutzer 11 kann dann das Eingabegerät 13 entlang einer Trajektorie führen, die mit der Schweißfuge übereinstimmt, so wie es auf der Bildgabevorrichtung 22 angezeigt wird.
Wir bleiben bei 2. Das Eingabegerät 13 kann einen oder mehrere Sensoren 37 enthalten, die eine Bewegung und/oder Ausrichtung im dreidimensionalen Raum detektieren. Die Sensoren 37 können in das Eingabegerät 13 integriert sein und können an verschiedenen Stellen positioniert sein, um verschiedene Arten von Aktivität zu detektieren. Zum Beispiel kann der Sensor 37, oder können die Sensoren, die räumliche Ausrichtung detektieren, d. h. die Richtung, in die ein Gegenstand weist, wie oben erwähnt. Die Sensoren 37 können auch eine Bewegung in einer bestimmten Richtung detektieren. Zusätzlich können die Sensoren 37 eine Geschwindigkeit und/oder Beschleunigung detektieren, was nicht nur die Größenordnung der Änderung der Position oder Geschwindigkeit, sondern auch der Richtung umfassen kann. Jedoch kann jede beliebige Art von Aktivität in Verbindung mit dem Eingabegerät 13 durch die Sensoren 37 detektiert werden, ohne vom beabsichtigten Schutzumfang der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Zu Beispielen von Sensoren 37 gehören beispielsweise Trägheitssensoren wie Beschleunigungsmesser, Näherungssensoren, Infrarotsensoren, photoelektrische und optische Sensoren und dergleichen. Hier ist anzumerken, dass das Eingabegerät 13 des Weiteren ein Schaltmittel 38 enthalten kann, um eine Verbindung mit der virtuellen Umgebung 9 herzustellen. Das Schaltmittel 38 kann Druckknöpfe, Auslöser oder Schalter enthalten. Auf diese Weise kann die virtuelle Aktivität nach Wunsch durch Drücken bzw. Loslassen des Schalters initiiert, unterbrochen oder beendet werden. Zur Veranschaulichung kann das virtuelle Schweißgerät 34 durch Drücken oder Loslassen eines Auslöseschalters ein- oder ausgeschaltet werden. Es versteht sich, dass jede zweckmäßige Art, Menge oder Gruppierung von Sensoren 37 oder Schaltmitteln 38 in das Eingabegerät 13 integriert werden kann. Es können noch weitere Mittel zum Verfolgen der Bewegung des Eingabegerätes 13 als eine separate Einheit enthalten sein, die sich in einer benachbarten Region nahe dem Werkstück befinden. Positions- und/oder Ausrichtungsdaten, die durch die Verfolgungseinheit, d. h. das Verfolgungsmittel, generiert werden, können in Verbindung mit, oder anstelle von, Daten verwendet werden, die durch das Eingabegerät 13 generiert werden.
In einer Ausführungsform kann das Eingabegerät 13 von handelsüblicher Bauart sein, wie man es auf dem freien Markt kaufen und verwenden kann. Ein Beispiel wäre ein von Hand bewegbares Gerät, wie eine Computermaus mit einem optischen Sensor zum Detektieren einer Bewegung entlang einer benachbarten Oberfläche. Ein anderes Beispiel des Eingabegerätes 13 wäre ein Spielejoystick oder ein Steuergerät, der bzw. das einen Verbinder zum Einstecken in einen E/A-Port enthalten kann oder ein Drahtlosmittel zur Kommunikation enthalten kann. Der von Nintendo^® hergestellte Wii-Drahtlos-Controller ist eine beispielhafte Art eines Eingabegerätes, obgleich auch andere handelsübliche Steuergeräte verwendet werden können, die zur Verwendung mit einer bestimmten prozessorgestützten Computervorrichtung 24 geeignet sind. Andere Ausführungsformen ziehen kundenspezifische Steuergeräte in Betracht, die äußerlich so gestaltet sein können, dass sie wie ein bestimmtes virtuelles Werkzeug 26, zum Beispiel ein Schweißbrenner 34, aussehen. Die Interaktion mit der Simulationsvorrichtung 10 wird dadurch verbessert, indem man einen körperlichen Gegenstand in der Hand hält, der sich wie echt anfühlt und den virtuellen Werkzeugen 26 ähnelt, die auf der Bildgabevorrichtung 22 gezeigt werden. Es ist anzumerken, dass das kundenspezifische Steuergerät im Wesentlichen eine ähnliche Größe, eine ähnliche Form und/oder ein ähnliches Gewicht wie das echte Werkzeug haben kann, dem das Steuergerät ähneln soll. Andere Ausführungsformen enthalten ein Zubehör, das an das handelsübliche Eingabegerät 13 angeschlossen wird und einem bestimmten virtuellen Werkzeug 26 ähnelt, um das Erlebnis des Endnutzers beim Interagieren mit der virtuellen Umgebung 9 zu verbessern. In einer Ausführungsform kann das Zubehör eine darübergelegte Komponente und/oder eine Komponente sein, die an das Eingabegerät 13 angeschlossen wird und von dort abgeht. Jedoch ist ausdrücklich anzumerken, dass jede beliebige Konfiguration von kundenspezifischen Steuergeräten oder Zubehör gewählt werden kann, die zur Verwendung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zweckdienlich ist. Dementsprechend kann mindestens ein Teil der Simulationsvorrichtung 10 als ein Kit zur Verwendung mit einer beliebigen Art von prozessorgestützter Computervorrichtung 24, ob handelsüblich oder von anderer Art, in einem Paket angeboten werden. In einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Kit ein Schweißwerkstück enthalten, das einem virtuellen Gegenstand 16 ähneln kann, der in der virtuellen Umgebung 9, 9a angezeigt wird. Dementsprechend kann das Schweißwerkstück als ein Hilfsmittel in der echten Welt dienen, um den Endnutzer beim Agieren in der virtuellen Umgebung 9, 9a zu unterstützen. Das Kit kann auch ein Verfolgungsmittel wie das oben erwähnte umfassen. Oder anders ausgedrückt: Eine Verfolgungseinheit kann zusätzlich zu dem Eingabegerät 13 bereitgestellt werden, um die Bewegungen des Endnutzers 11 während des Spiels zu detektieren.
Wir wenden uns den 3, 4 und 6 zu. Die Simulationsvorrichtung 10 kann ein Spiel umfassen, das ein vorgegebenes Ziel hat, das durch den Endnutzer 11 erreicht werden muss. In einer konkreten Ausführungsform kann das Spiel ein Schweißspiel umfassen, dessen Ziel es ist, einen oder mehrere virtuelle Gegenstände 16 miteinander zu verschweißen. Für die Erreichung des Ziels kann es erforderlich sein, dass der Endnutzer 11 eine Anzahl von Schweißnähten zieht, die jeweils eine bestimmte Qualität aufweisen müssen. Das heißt, dass das Spiel die Nutzer-Interaktion mit der prozessorgestützten Computervorrichtung 24 über das Eingabegerät 13 ermöglicht, um eine oder mehrere virtuelle Schweißnähte in der virtuellen Schweißumgebung 9a in zufriedenstellender Weise auszuführen. Während des Spiels präsentiert das Spiel dem Endnutzer 11 ein Szenario, das einen oder mehrere kontextbezogene virtuelle Gegenstände 16a beinhaltet. Zur Veranschaulichung kann sich das Szenario auf ein Kraftfahrzeug beziehen und kann eine Anzahl virtueller Komponenten zeigen, die miteinander verschweißt werden können, um ein funktionstüchtiges Motorrad oder einen funktionstüchtigen Rennwagen zusammenzubauen. In einem weiteren beispielhaften Szenario wird ein reparaturbedürftiges Flugzeug mit Strahltriebwerken simuliert, das geschweißt werden muss, bevor es zur Startbahn rollen und abheben kann. Weitere Beispiele sind Gebäudestrukturen oder Brücken, die repariert oder gebaut werden müssen, bevor Personen in das Gebäude einziehen können bzw. der Zug die Brücke überqueren kann. Es kann jedoch jedes beliebige Szenariothema gewählt werden, ohne vom beabsichtigten Schutzumfang der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist zu erkennen, dass das Spiel die erfolgreiche Erreichung des Ziels – gemäß einer Art und Weise – dadurch belohnt, dass der kontextbezogene Gegenstand grafisch in seiner Umgebung funktionierend dargestellt wird. Zum Beispiel fährt das Motorrad davon, oder der Zug überquert die Brücke. Die Simulationsvorrichtung 10 berücksichtigt auch die persönlichen Interessen des Endnutzers 11. In einer Ausführungsform gibt das Spiel dem Endnutzer 11 die Option, ein Szenario auszuwählen, mit dem er vertraut ist, wodurch sein Interesse verstärkt wird. Dementsprechend kann das Spiel mit mehreren Szenario-Optionen programmiert werden, damit es bei einem breiten Personenspektrum auf Anklang stößt.
Aus der obigen Beschreibung geht hervor, dass der kontextbezogene virtuelle Gegenstand 16a des Szenarios irgendeinen Mangel hat, der eine Reparatur oder Montage erfordert, bevor er funktionieren kann. Während der Initialisierung des Spiels, d. h. während das Spiel hochfährt, kann der kontextbezogene virtuelle Gegenstand 16a mit einem nicht-funktionstüchtigen Zustand instanziiert werden, oder anders ausgedrückt: Er wird so erzeugt, dass er nicht ordnungsgemäß oder überhaupt nicht funktioniert. In den hier besprochenen Beispielen kann der „nicht-funktionstüchtige” Ausgangszustand durch eine oder mehrere gebrochene Halterungen, einen Stapel aus nicht-zusammengebauten I-Trägern, ein gerissenes Rohr oder ein beliebiges reparierbares Element, das in den Kontext des Szenarios passt, dargestellt und simuliert werden. Um das Ziel des Spiels zu erreichen, muss der Endnutzer 11 also mit der virtuellen Umgebung 9a interagieren, um ein virtuelles Schweißen auszuführen, das den Betriebszustand des kontextbezogenen virtuellen Gegenstandes 16a ändert. Es ist hier anzumerken, dass das Erreichen des Spiele-Ziels die erfolgreiche Vollendung mehrerer Spiele-Ebenen erfordern kann. Das heißt, um das Spiel zu gewinnen, muss man erfolgreich den Betriebszustand jedes virtuellen Gegenstandes 16a auf jeder Ebene des Spiels ändern.
Auf einer Einführungsebene zeigt das Spiel einen oder mehrere virtuelle Gegenstände 16 an, die dem durch den Endnutzer 11 ausgewählten Szenario entsprechen. Der Endnutzer 11 wird dann angewiesen, eine bestimmte Art von Schweißnaht zu ziehen, die zur Beseitigung des Mangels an dem virtuellen Gegenstand 16 gezogen werden muss. Es kann angenommen werden, dass der Endnutzer 11 über nur wenig oder gar keine Schweißerfahrung verfügt. Dementsprechend kann eine Unterweisung gegeben werden, die dem Endnutzer 11 Informationen zu dem Schweißprozess oder den Schweißtechniken vermittelt, die für die Erreichung des Ziels auf dieser Ebene benötigt werden. Die Anzeige der Unterweisung kann durch den Endnutzer 11 über eine grafische Benutzerschnittstelle (GUI) initiiert oder gesteuert werden, die in einem Beispiel durch eine „Hilfe”-Schaltfläche ausgewählt wird. Alternativ können Unterweisungsschirme auch automatisch dargestellt werden, wenn die Leistung des Endnutzers unter einen zufriedenstellenden Grad abfällt. In einer beispielhaften Form können die Instruktionen schriftlich angezeigt werden. Ein Beispiel davon kann einen Einrichtungsschirm enthalten. Instruktionen können auch akustisch und insbesondere verbal ausgegeben werden, um den Prozess und/oder die Bewegungen zu beschreiben, die nötig sind, um die Einrichtung und eine bestimmte Schweißaufgabe zu erfüllen. In jedem Fall können die Instruktionen in einer von mehreren Sprachen präsentiert werden, damit sie von Personen verstanden werden können, die in verschiedenen Regionen der Welt leben. Es wird eine Ausführungsform in Betracht gezogen, wo das Spiel grafisch oder in Bildern Unterweisungsinformationen darstellt. In diesem Fall ist es nicht erforderlich, dass der Endnutzer 11 des Lesens mächtig ist.
Der Spielverlauf wird fortgesetzt, indem der Endnutzer 11 das Eingabegerät 13 benutzt, um Bewegungen nachzuahmen, die für das Ausführen einer Schweißnaht charakteristisch sind. Das Voranschreiten durch das Spiel kann davon abhängen, wie gut der Endnutzer 11 eine virtuelle Schweißnaht ausführt, was zum Grad der Qualität der virtuellen Schweißnaht in Beziehung stehen kann. Auf diese Weise erfordert das Voranschreiten zur nächsten Ebene, wie in einem späteren Absatz noch näher besprochen wird, die erfolgreiche Vollendung der vorherigen Spielstufe. Beim Treffen dieser Feststellung können ein oder mehrere Parameter gemessen werden, um den Qualitätsgrad der virtuellen Schweißnaht zu bestimmen. In Prozessen, die dem Fachmann in der realen Welt vertraut sind, hängt die Schweißnahtqualität von vielen Faktoren ab, wie dem Abstand zwischen der Brennerspitze und der Schweißfuge, der je nach der Art des Schweißprozesses variieren kann, den geschweißten Materialien, den Schweißgeräteinstellungen und dergleichen. Entsprechende echte Parameter können in das Computerprogrammprodukt hineincodiert werden, um die Arbeitsleistung des Endnutzers 11 zu beurteilen und die Qualität der virtuellen Schweißnaht zu bestimmen.
Die Vollendung einer bestimmten Spiel-Ebene kann erfordern, dass der Endnutzer 11 die eine oder die mehreren virtuellen Schweißnähte gemäß vorgegebenen Leistungsstandards zieht, die durch das Computerprogrammprodukt bestimmt werden. Es können Leistungsparameter in das Computerprogrammprodukt einprogrammiert werden, die der allgemein anerkannten Schweißpraxis entsprechen, wie zum Beispiel: Position des Schweißbrenners 34, Roll- und Anstellwinkel der Ausrichtung und Vorschubgeschwindigkeit. Sensordaten aus dem Eingabegerät 13 können mit vorprogrammierten Parametern verglichen werden, um zu bestimmen, ob der Endnutzer 11 innerhalb akzeptabler Grenzen geblieben ist oder nicht. In einer konkreten Ausführungsform kann die Schweißnahtqualität durch Überwachen des Abstands zwischen der Brennerspitze in Bezug auf die Mitte der Schweißnaht bestimmt werden, während die richtigen Anstell- und Rollwinkel während des virtuellen Schweißprozesses beibehalten werden. Es versteht sich jedoch, dass auch andere Parameter verwendet werden können, um zu bestimmen, ob der Endnutzer 11 eine virtuelle Schweißnaht erfolgreich vollendet hat.
In einer Ausführungsform übermittelt oder berechnet die Simulationsvorrichtung 10 eine Punktwertung, die sich während des Spiels ergibt. Die Punktwertung, die auch eine Benotung sein kann, kann aus den Leistungsdaten des Endnutzers 11 abgeleitet werden. Die Leistungsdaten können sich darauf beziehen, wie gut der Endnutzer 11 die virtuelle Schweißnaht ausführt, das heißt, wie genau der Endnutzer 11 die virtuellen Werkzeuge 26 oder den Schweißbrenner 34 innerhalb der Grenzen für eine akzeptable Schweißpraxis hält. Als nicht-einschränkende Beispiele seien der Schweißbrennerwinkel oder der Schweißbrennerabstand zu dem virtuellen Gegenstand 16 genannt. Die Punktwertung oder Benotung kann auch aus Auswahlentscheidungen abgeleitet werden, die der Endnutzer mit Bezug auf die problembasierten Szenarios trifft, was in einem späteren Absatz noch näher besprochen wird.
Die Simulationsvorrichtung 10 kann Feedback übermitteln, um den Endnutzer 11 beim Ausführen der virtuellen Schweißnähte zu unterstützen. In der realen Welt empfängt ein Schweißer Feedback durch Betrachten der Schweißraupe, während sich der Brenner entlang der Schweißfuge bewegt. Die Simulationsvorrichtung 10 kann in ähnlicher Weise eine virtuelle Schweißraupe zeigen, die der durch den Endnutzer ausgeführten Bewegung des virtuellen Schweißbrenners 34 entspricht. In einer Ausführungsform wird die Form der virtuellen Schweißraupe durch Faktoren wie Brennerwinkel, Vorschubgeschwindigkeit und Distanz zum Werkstück sowie die Einstellungen der Schweißstromquelle bestimmt, obgleich auch andere Faktoren integriert werden können, die für die Verwendung mit den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung zweckdienlich sind. Auf diese Weise kann der Endnutzer 11 Justierungen während des virtuellen Schweißprozesses vornehmen, um eine akzeptable Schweißraupe zu ziehen, wodurch eine echte Aktivität simuliert wird.
Wir wenden uns 5 zu. Um den Endnutzer 11 weiter zu unterstützen, können Ausführungshinweise 41 enthalten sein, die eine quantitative Rückmeldung zur Position und Ausrichtung des virtuellen Schweißbrenners 34 geben. In einer konkreten Ausführungsform sind „Hinweisbalken” 42 enthalten, die die Anstell- und Rollwinkel des virtuellen Schweißbrenners 34 zeigen. Es werden noch weitere Arten von Ausführungshinweisen 41 in Betracht gezogen, die die Distanz zwischen der Brennerspitze und der Schweißfuge anzeigen. Zusätzliche Schweißparameter, die in die Ausführungshinweise 41 eingebunden werden können, sind für den Fachmann offensichtlich.
Die Ausführungshinweise 41 können die tatsächlichen numerischen Werte der Brennerposition, die in der vorliegenden Ausführungsform durch Anstell- und Rollwinkel dargestellt ist, anzeigen. Die angezeigten Werte können die Winkel zeigen, die anhand einer absoluten Referenz wie der vertikalen oder horizontalen Ebene gemessen werden. Alternativ können die Ausführungshinweise 41 Winkelwerte anzeigen, die sich auf einen Versatz von der idealen Brennerposition oder -ausrichtung beziehen. Die Ausführungshinweise 41 können anzeigen, welche Werte außerhalb des Bereichs für die Erreichung einer akzeptablen Schweißnaht liegen. In einer Ausführungsform können die Ausführungshinweise 41 von einem Blinken, einem Farbwechsel und einem akustischen Signal begleitet sein, das anzeigt, wenn sich der Schweißbrenner 34 außerhalb der Position befindet. Auf diese Weise erlernt der Endnutzer 11 durch wiederholte Verwendung die richtigen Schweißtechniken. In dem Maße, wie der Endnutzer 11 erfahrener wird, wird er den Schweißbrenner 34 ganz selbstverständlich während des gesamten Schweißprozesses in der richtigen Ausrichtung halten. Irgendwann wird es dann nicht mehr erforderlich sein, die Ausführungshinweise 41 anzuzeigen. Dementsprechend kann das Computerprogrammprodukt dafür programmiert werden, die Hinweise 41 wahlweise ein- oder auszuschalten.
Wie zuvor angesprochen, kann das Spiel verschiedene Spiele-Ebenen enthalten. Die Ebenen können sich anhand von Szenarien unterscheiden, d. h. anhand von Änderungen an den geschweißten kontextbezogenen Gegenständen 16a. Alternativ können sich die Spiele-Ebenen in einem bestimmten Szenario anhand der Arten von Schweißfugen und/oder der Anzahl der miteinander zu verschweißenden einzelnen virtuellen Gegenstände unterscheiden. Zum Beispiel kann eine fundamentalere Ebene das Schweißen einer einzelnen Überlappnaht simulieren, die durch übereinandergelegte Rahmenkomponenten einer Gebäudestruktur verkörpert werden. Eine weitere Ebene des Spiels kann das Schweißen einer Rohrnaht simulieren, wie man sie am Auspuffendrohr eines Motorrades oder bei einer Pipeline findet. Es werden noch weitere Beispiele in Betracht gezogen, bei denen Überkopf- oder vertikale Stumpfstöße zu schweißen sind, um den Rahmen eines Kraftfahrzeugs zu reparieren. Auf jeder Spiele-Ebene müssen die einzelnen Schweißziele nacheinander innerhalb vorgegebener Qualitätsgrenzen erreicht werden, bevor zur nächsten Ebene übergegangen wird. Auf diese Weise können nacheinander grundlegende Schweißfertigkeiten vermittelt werden, indem man schrittweise zunehmend kompliziertere Schweißnahtkonfigurationen und fortgeschrittenere Schweißtechniken einführt.
Das Spiele-Ziel kann erreicht werden, wenn der Endnutzer 11 alle virtuellen Schweißnähte in einem bestimmten Szenario erfolgreich ausführt, d. h. die vorgegebenen Werte für die Schweißnahtqualität erfüllt oder übererfüllt. Das heißt, dass der Endnutzer 11 jede Schweißnaht auf jeder Ebene gemäß einem Mindestqualitätsstandard ausführt. Es können alternative Spiele-Ziele integriert werden, die erreicht werden, indem ein Leistungsdurchschnitt für virtuelle Schweißnähte über die verschiedenen Ebenen hinweg übererfüllt wird. Anschließend können einige Spiele-Ebenen unterhalb der Leistungsminima mit anderen gemäß dem oben Dargelegten ausgeführt werden. Das Spiele-Ziel wird erreicht, solange der gewichtete Durchschnitt für das gesamte Spiel ein vorgegebenes Minimum übersteigt.
Bei der Beurteilung der Leistung des Endnutzers 11 kann die Simulationsvorrichtung 10 die Bewegungen des Endnutzers 11 durch das Eingabegerät 13 verfolgen und die Daten mit Parametern vergleichen, die in einem Speicher gespeichert oder in das Computerprogrammprodukt codiert sind. Die Daten und/oder Parameter können in einer Datenbank oder durch ein beliebiges Mittel zur Datenspeicherung gespeichert werden, das zweckdienlich ausgewählt wird. In einer Ausführungsform zeichnet die Simulationsvorrichtung 10 Informationen zur Leistung des Endnutzers 11 auf und speichert diese, um sie zu einem Zeitpunkt nach der virtuellen Aktivität zu vergleichen. In anderen Ausführungsformen erfolgt der Vergleich mit den Schweißqualitätsparametern in Echtzeit mit den Ergebnissen, die dynamisch angezeigt oder zur späteren Begutachtung katalogisiert werden. Zusätzlich zu den Daten, die über das Eingabegerät 13 erfasst wurden, können noch andere Arten von Daten erfasst werden, wie zum Beispiel Zeit- und Datumsdaten, Benutzername, Szenario sowie Spielstatus-Daten. Es leuchtet ein, dass jede beliebige Art von Daten verfolgt und gespeichert werden kann, die zum Ermitteln und Berichten der Ergebnisse des Spiels benötigt werden.
Wir wenden uns nun 7 zu. Wie oben erwähnt, kann die Simulationsvorrichtung 10 auch ein System umfassen, das die Schulung von Fertigkeiten ermöglicht, die in industriellen oder gewerblichen Umfeldern gebraucht werden. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Simulationsvorrichtung 10 eine virtuelle Schweißumgebung 9a zeigen, die Szenarien enthält, in denen ein oder mehrere kontextbezogene Gegenstände 16a – im Einklang mit dem oben Dargelegten – vorkommen. Die Simulationsvorrichtung 10 kann den Endnutzer 11 mit einem zu lösenden Problem konfrontieren, wie zum Beispiel einer Gebäudestruktur, die zusammengebaut werden muss, oder ein Rennwagenrahmen, der repariert werden muss. Das Problem kann ausdrücklich benannt werden, wobei der Endnutzer 11 direkt mit der Lösung des Problems beauftragt wird, wofür ihm eine Reihe virtueller Werkzeuge 26 zur Verfügung gestellt werden. Es können Instruktionen gegeben werden, die beschreiben, wie das Problem zu lösen ist, einschließlich, welche Schweißtechniken oder -prozesse zu verwenden sind. Die Simulationsvorrichtung 10 kann auch Schweißgeräteinstellungen oder -Einstellbereiche anzeigen, die die benötigt werden, um den oder die virtuellen Gegenstände 16 für das spezielle Szenario zu schweißen. Zusätzlich kann die Simulationsvorrichtung 10 anzeigen, welche Art von Elektrode für eine bestimmte Reparatur benötigt wird, und/oder mit welcher Vorschubgeschwindigkeit die Schweißnaht herzustellen ist, um eine akzeptable virtuelle Schweißnaht zu erhalten, die einer echten Schweißnaht entsprechen kann. Jedoch kann dem Endnutzer 11 jede beliebige Art von Instruktion präsentiert werden, um die virtuellen Gegenstände 16 zusammenzufügen oder zu reparieren. Auch hier ist anzumerken, dass die Instruktionen in einer beliebigen von verschiedenen Sprachen in Textform angezeigt oder akustisch ausgegeben werden können und/oder grafisch mit Grafiken angezeigt werden können, so wie es für verschiedene Schulungsumfelder zweckdienlich ist.
In dem Maße, wie der Endnutzer 11 Fortschritte macht, kann die Instruktionsebene entsprechend angepasst werden. Auf den Anfängerebenen kann sich die Instruktionsebene beispielsweise auf die Grundlagen der Schweißtheorie, die grundlegende Schweißpraxis und/oder die Schweißgeräteinrichtung konzentrieren. Andere Schulungsebenen können Unterweisungen enthalten, die sich auf verschiedene Schweißkonfigurationen und/oder das Schweißen mit verschiedenen Arten von Materialien und Elektroden beziehen. Fortgeschrittenere Ebenen können sich auf bestimmte Schweißprozesses und -techniken konzentrieren. Natürlich kann jede Ebene um ein oder mehrere Szenarien erweitert werden, die echte Aktivitäten simulieren, wie oben beschrieben.
In einer Ausführungsform kann die Schweißschulung problembasierte Szenarien enthalten. Das problembasierte Szenario kann dadurch charakterisiert werden, dass man einen betrieblichen Mangel an einem virtuellen Gegenstand 16 integriert, der entdeckt und analysiert und für den eine Lösung durch den Endnutzer 11 formuliert werden muss. Für die Lösung des Problems kann man sich auf früher gewonnene Erkenntnisse oder vorausgegangene Schulungsebenen stützen. In einem Beispiel kann ein Rennwagen gezeigt und als nicht ordnungsgemäß funktionierend beschrieben werden. Die virtuelle Umgebung 9a kann so programmiert werden, dass sie visuelle und/oder akustische Hinweise gibt, die es dem Endnutzer 11 erlauben, das konkrete Problem, das für das spezielle Szenario präsentiert wurde, zu erkennen. Nach dem Analysieren des Problems wird der Endnutzer 11 angewiesen, eine Lösung zu ersinnen, die in einer beispielhafte Weise Folgendes beinhalten kann: Auswählen des richtigen Schweißprozesses, Justieren der Einstellungen der Schweißstromversorgung, Auswählen einer bestimmten Elektrode und anschließendes Ausführen einer virtuellen Schweißnaht. Eine ordnungsgemäße Reparatur erfordert darum nicht nur die körperliche Bewegung zum Implementieren einer geeigneten virtuellen Schweißnaht, sondern auch das Auswählen des richtigen Schweißprozesses und der damit einhergehenden Parameter. Eine erfolgreiche Reparatur oder Montage kann anzeigt werden, indem der virtuelle Rennwagen davonfährt oder in einem Rennen startet. Wenn eine unsachgemäße oder unvollständige Reparatur vorgenommen wurde, so fährt der Rennwagen möglicherweise schlecht oder überhaupt nicht, während dem Endnutzer 11 weitere Hinweise gegeben werden, welche verbliebenen Probleme noch gelöst werden müssen. Auf diese Weise umfasst die Schweißschulung nicht nur die Schulung des Muskelgedächtnisses zum erfolgreichen Ausführen einer bestimmten Schweißnaht, sondern lehrt den Endnutzer 11 auch, wie er den oder die virtuellen Gegenstände 16 richtig analysieren muss, um den richtigen Schweißprozess auszuwählen, der benötigt wird, um ihre betrieblichen Mängel abzustellen. Die Schweißschulung kann auch einen Lemprozess umfassen, der über die Schulung des Muskelgedächtnisses hinausgeht, indem die Modellierung von Schweißpfützen integriert wird, die den Endnutzer 11 lehrt, Justierungen während des Schweißprozesses vorzunehmen.
Wie oben erwähnt, kann eine Benotung aus der durch den Endnutzer vorgenommenen Analyse des problembasierten Szenarios abgeleitet werden. In einer Ausführungsform kann der Endnutzer 11 Informationen zum Grundwerkstoff des virtuellen Gegenstands 16a erhalten und kann angewiesen werden, eine Elektrode auszuwählen, die zur Verwendung mit diesem Grundwerkstoff geeignet ist. In der Realität beeinflusst die Auswahl einer Elektrode die Integrität einer Schweißfuge. In ähnlicher Weise beeinflusst die Auswahl der richtigen Elektrode in der virtuellen Schweißumgebung 9a die Punktwertung oder Benotung der Leistung des Endnutzers 11. Außerdem kann der Endnutzer 11 aufgefordert werden, die Wärmezufuhr zu berechnen, um sicherzustellen, dass die Eigenschaften des Grundwerkstoffs nicht dauerhaft durch mehrere Schweißdurchgänge verändert werden. In einer weiteren Ausführungsform kann die Simulationsvorrichtung 10 dem Endnutzer 11 Informationen zur Materialdicke und/oder zur Schweißfugenkonfiguration anzeigen. Dementsprechend kann der Endnutzer 11 aufgefordert werden, die richtige Vorschubgeschwindigkeit für die gewählten Einstellungen der virtuellen Schweißstromversorgung zu ermitteln, um die virtuelle Schweißnaht sachgerecht ziehen zu können. Es ist hier anzumerken, dass die Informationen ausdrücklich durch virtuelle Hinweise angegeben oder angezeigt werden können, woraus der Endnutzer 11 wichtige Faktoren ableiten kann, die zum Analysieren des Problems benötigt werden. Eine Kombination des oben Beschriebenen wird ebenfalls durch die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen. Es ist also zu erkennen, dass die Simulationsvorrichtung 10 dazu dient, zu lehren und die Fortschritte beim Lernen auf den Gebieten der Wissenschaft, der Technik, des Ingenieurwesens und/oder der Mathematik, wie sie durch verschiedene Bildungs- und staatliche Institutionen gefördert werden, zu beurteilen.
Es kann verlangt werden, dass jede Schulungsebene zufriedenstellend abgeschlossen wird, bevor zu den nachfolgenden Ebenen übergegangen wird. In einer Ausführungsform können Leistungskontrollen zum Schweißwissen und/oder zur Leistung beim virtuellen Schweißen durchgeführt werden. Daten, d. h. Prüfungsdaten oder Leistungsdaten, aus dem aktuellen Szenario können verfolgt, gespeichert und anhand vorprogrammierter Schweißparameter gemäß der obigen Beschreibung verglichen werden. In Bereichen, wo Mindestleistungsstufen nicht erreicht wurden, kann dem Endnutzer 11 Gelegenheit gegeben werden, sich Unterweisungen anzusehen und/oder das Schweißen einer bestimmten Schweißfuge zu üben. Nachdem die fachmännische Ausführung nachgewiesen wurde, kann der Endnutzer 11 zu allmählich schwierigeren Ebenen übergehen, wo neue Fertigkeiten gelehrt werden.
Die Erfindung wurde im vorliegenden Text mit Bezug auf die offenbarten Ausführungsformen beschrieben. Natürlich fallen anderen beim Lesen und Verstehen dieser Spezifikation Modifizierungen und Änderungen ein. Es ist beabsichtigt, alle derartigen Modifizierungen und Änderungen aufzunehmen, soweit sie in den Geltungsbereich der beiliegenden Ansprüche oder ihrer Äquivalente fallen.
Bezugszeichenliste

9: virtuelle Umgebung
9a: virtuelle Schweißumgebung
10: Simulationsvorrichtung
11: Endnutzer
13: Eingabegerät
16: virtuelle Gegenstände
16a: kontextbezogene virtuelle Gegenstände
22: Bildgabevorrichtung
24: Computervorrichtung
25: Logikprozessoren
26: virtuelle Werkzeuge
32: Schweißgerät
34: Schweißbrenner
37: Sensoren
38: Schaltmittel
41: Ausführungshinweise
42: Hinweisbalken
1000: Führen Sie eine ROHR-Schweißung innerhalb des Kastens aus, um das Auspuffrohr des Motorrades anzufügen
1010: Wählen Sie ein Projekt
1020: Wählen Sie ein Prozess
1030: Bewegen Sie beim Schweißen den Brenner so, dass die Winkelmesser für Anstellwinkel und Rollwinkel im grünen Bereich bleiben

Claims

Spiel, das auf einer prozessorgestützten Computervorrichtung (24) gespielt wird, die codierte Instruktionen ausführt, und ein Verarbeitungsmittel, das dafür ausgelegt ist, codierte Instruktionen zum Generieren einer interaktiven virtuellen Umgebung (9) auszuführen, wobei das Verarbeitungsmittel Eingangssignale von einem zugehörigen Eingabegerät (13) empfängt, umfasst und ausgestaltet ist zum: Erzeugen eines virtuellen Gegenstandes (16) innerhalb der virtuellen Umgebung (9), der einen Betriebszustand besitzt, der zwischen funktionstüchtig und nicht-funktionstüchtig umgeschaltet werden kann; Festlegen eines Spiele-Ziels, um den Betriebszustand des virtuellen Gegenstandes (16) durch einen virtuellen Schweißvorgang zu ändern; und Anweisen eines Endnutzers (11), einen virtuellen Schweißvorgang auszuführen, der den Betriebszustand des virtuellen Gegenstandes (16) ändert.
Spiel nach Anspruch 1, das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Instanziieren eines virtuellen Gegenstandes (16), dessen Betriebszustand auf nicht-funktionstüchtig gesetzt wurde, wobei der virtuelle Gegenstand (16) in der Lage ist, innerhalb der virtuellen Umgebung zu funktionieren, wenn der Betriebszustand zu funktionstüchtig geändert wird.
Spiel nach Anspruch 1 oder 2, das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Bereitstellen eines Anzeigemittels zum Anzeigen der virtuellen Umgebung (9); und wobei, wenn der Betriebszustand des virtuellen Gegenstandes (16) zu funktionstüchtig geändert wird, das Anzeigemittel den virtuellen Gegenstand (16) so zeigt, dass er eine Aktivität im Zusammenhang mit seiner Funktion aufweist.
Spiel nach einem der Ansprüche 1 bis 3, das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Speichern von Daten, die Standards für die Qualität virtueller Schweißnähte darstellen; Erfassen von Leistungsdaten des virtuellen Schweißvorgangs; und Bestimmen, ob das Spiele-Ziel erreicht wurde, durch Vergleichen von Leistungsdaten des virtuellen Schweißvorgangs mit den Daten, die Standards für die Qualität virtueller Schweißnähte darstellen.
Spiel nach einem der Ansprüche 1 bis 4, das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Vergeben einer Spiel-Punktwertung auf der Grundlage der Leistungsdaten des virtuellen Schweißvorgangs.
Spiel nach Anspruch 4 oder 5, wobei das Speichern von Daten, die Standards für die Qualität virtueller Schweißnähte darstellen, folgenden Schritt umfasst: Speichern von Bereichen von Daten, die Standards für die Qualität virtueller Schweißnähte darstellen, die von einem Anstellwinkel eines virtuellen Schweißbrenners oder von einem Rollwinkel eines virtuellen Schweißbrenners abgeleitet werden.
Spiel nach einem der Ansprüche 1 bis 6, das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Bereitstellen eines Anzeigemittels zum Anzeigen der interaktiven virtuellen Umgebung (9), wobei die virtuelle Umgebung aus einem von mehreren Szenarien generiert wird; Präsentieren einer Option zum Auswählen einer von mehreren Szenarien, aus dem die virtuelle Umgebung (9) generiert wird; und Anweisen des Endnutzers (11), eines von mehreren Szenarien auszuwählen.
Spiel nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Spiel mehrere Spiele-Ebenen enthält, die sich anhand der Anzahl der virtuellen Schweißvorgänge unterscheiden, die erforderlich sind, um den Betriebszustand des virtuellen Gegenstandes (16) zu ändern.
Spiel nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Spiel mehrere Spiele-Ebenen enthält, die sich jeweils anhand der Komplexität der virtuellen Schweißvorgänge unterscheiden.
Kit für eine zugehörige prozessorgestützte Computervorrichtung (24), die codierte Instruktionen ausführt, um eine interaktive virtuelle Schweißumgebung (9) anzuzeigen, und das ein zugehöriges Eingabegerät (13) aufweist, um eine Schnittstelle zu einem Endnutzer (11) zu bilden, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das Folgendes umfasst: ein schnell abnehmbares Zubehör, das dafür ausgelegt ist, fest mit dem zugehörigen Eingabegerät (13) verbunden zu werden, wobei das schnell abnehmbare Zubehör einem Schweißwerkzeug ähnelt, das in der interaktiven virtuellen Schweißumgebung (9) angezeigt.
Kit nach Anspruch 10, wobei das schnell abnehmbare Zubehör einem Lichtbogenschweißbrenner (34) ähnelt und/oder eine Form und ein Gewicht hat, die bzw. das einem echten Schweißbrenner (34) entspricht.
Kit nach Anspruch 10 oder 11, das des Weiteren Folgendes umfasst: ein Schweißwerkstück, das einem virtuellen Gegenstand entspricht, der in der interaktiven virtuellen Schweißumgebung (9) angezeigt wird, um den Endnutzer (11) während des Interagierens mit der virtuellen Schweißumgebung (9) anzuleiten.
Eingabegerät, insbesondere für ein Kit nach einem der Ansprüche 10 bis 12, für eine zugehörige prozessorgestützte Computervorrichtung (24), die ein zugehöriges Computerprogrammprodukt ausführt, um eine virtuelle Schweißumgebung (9) zu generieren, insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 9, das Folgendes umfasst: einen Eingabegerätekorpus, der so geformt ist, dass er einem echten Schweißbrenner (34) ähnelt; einen oder mehrere Sensoren (37), die einen Sensorausgang aufweisen, wobei der eine oder die mehreren Sensoren (37) in den Eingabegerätekorpus integriert sind, wobei der eine oder die mehreren Sensoren (37) dafür ausgelegt sind, eine räumliche Ausrichtung des Eingabegerätekorpus zu detektieren; und ein Mittel zum Übermitteln des Sensorausgangssignals an die zugehörige prozessorgestützte Computervorrichtung (24).
Eingabegerät nach Anspruch 13, wobei das Mittel zum Übermitteln Schaltungen umfasst, um das Sensorausgangssignal drahtlos zu der zugehörigen prozessorgestützten Computervorrichtung (24) zu übertragen.
Eingabegerät nach Anspruch 13 oder 14, wobei das Mittel zum Übermitteln Schaltungen umfasst, um das Sensorausgangssignal über ein Drahtkabel an die zugehörige prozessorgestützte Computervorrichtung (24) zu übermitteln, wobei das Drahtkabel dafür ausgelegt ist, schnell an einen Eingangsport an der zugehörigen prozessorgestützten Computervorrichtung (24) angeschlossen zu werden.
Schulungssystem für eine Schweißarbeit, ausgestaltet zum: Bereitstellen einer prozessorgestützten Computervorrichtung (24), die dafür ausgelegt ist, codierte Instruktionen auszuführen, einer Bildgabevorrichtung, die eine virtuelle Schweißumgebung (9) in Reaktion auf das Ausführen der codierten Instruktionen anzeigen kann, und ein Eingabegerät, das mit der prozessorgestützten Computervorrichtung (24) wirkverbunden ist, wobei das Eingabegerät Bewegungen in der realen Welt detektiert; Anzeigen eines oder mehrerer virtueller Gegenstände in der virtuellen Schweißumgebung (9), die einen betrieblichen Mangel aufweisen, der anhand eines oder mehrerer virtueller Hinweise erkannt werden kann; Anweisen eines Endnutzers (11), den einen oder die mehreren virtuellen Hinweise zu analysieren, um damit eine Lösung für die Beseitigung des betrieblichen Mangels auszuarbeiten; und Ermöglichen eines virtuellen Schweißvorgangs in der virtuellen Schweißumgebung zum Beseitigen des betrieblichen Mangels.
System nach Anspruch 16, das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Anzeigen mehrerer virtueller Schweißparameter auf der Bildgabevorrichtung, die, wenn sie geändert werden, einen virtuellen Schweißprozess definieren, und wobei die mehreren virtuellen Schweißparameter durch Manipulieren des Eingabegerätes geändert werden können; und wobei der Schritt des Ableitens der Lösung zum Beseitigen des betrieblichen Mangels das Ändern mindestens eines der mehreren virtuellen Schweißparameter enthält.
System nach Anspruch 16 oder 17, wobei das Ermöglichen eines virtuellen Schweißens in der virtuellen Schweißumgebung (9) zu einer virtuellen Schweißnaht führt, und das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Speichern von Daten, die eine Schwelle einer virtuellen Schweißqualität für die virtuelle Schweißnaht darstellen; und Beurteilen der virtuellen Schweißnaht mit Bezug auf die Schwelle der virtuellen Schweißqualität.
System nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Anzeigen eines oder mehrerer virtueller Gegenstände in der virtuellen Schweißumgebung, die einen betrieblichen Mangel aufweisen, der anhand eines oder mehrerer virtueller Hinweise erkennbar ist, umfasst: Anzeigen eines oder mehrerer virtueller Gegenstände in einem ersten Szenario der virtuellen Schweißumgebung (9), die einen ersten betrieblichen Mangel aufweisen, der anhand eines oder mehrerer virtueller Hinweise erkennbar ist; und das des Weiteren ausgestaltet ist zum: Anzeigen eines oder mehrerer virtueller Gegenstände in einem zweiten Szenario der virtuellen Schweißumgebung (9), die einen zweiten im Wesentlichen betrieblichen Mangel aufweisen, der anhand eines oder mehrerer virtueller Hinweise erkennbar ist.