ES2274736A1 - Weld simulation device has simulated welding torch and simulated welding equipment that are connected to control system through communication device - Google Patents
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Abstract
Description
Dispositivo para simulación de soldadura.Device for welding simulation.
La presente invención hace referencia a un dispositivo de simulación de soldadura.The present invention refers to a welding simulation device.
En particular, la presente invención hace referencia a un dispositivo de simulación de soldadura especialmente adecuado para la simulación de soldadura por arco voltaico, si bien la invención no queda necesariamente limitada a esta aplicación. Dicho dispositivo para simulación podrá utilizarse tanto para formar como para, eventualmente, entrenar o evaluar soldadores.In particular, the present invention makes reference to a welding simulation device especially suitable for simulation of arc welding, although The invention is not necessarily limited to this application. Said simulation device may be used both to form as if, eventually, to train or evaluate welders.
En la soldadura, el buen desempeño del soldador resulta crítico para la obtención de una buena calidad de soldadura. Dado que la realización de soldaduras requiere de un desempeño de alta calidad en un entorno hostil, el coste de la mano de obra soldador de calidad resulta muy elevada. Sin embargo, no siempre es fácil obtener la calidad deseada. Por ello, la correcta formación de los soldadores resulta crítica para aumentar la calidad de las soldaduras realizadas. Sin embargo, uno de los problemas a la hora de formar soldadores consiste en obtener una reproducción suficientemente adecuada y segura de entornos reales de soldadura, puesto que los equipos y materiales de soldadura son de coste muy elevado. Sin embargo, una formación adecuada de soldador requiere dotar a los soldadores de una notable experiencia previa específica para cada situación, siendo dicha experiencia adquirida en condiciones de completa seguridad.In welding, the welder's good performance it is critical for obtaining a good quality of welding. Since the completion of welding requires a High quality performance in a hostile environment, the cost of the hand Quality welder work is very high. Not however It is always easy to obtain the desired quality. Therefore, the correct welder training is critical to increase quality of the welds made. However, one of the problems to when training welders is to obtain a reproduction sufficiently adequate and safe from real welding environments, since welding equipment and materials are very expensive high. However, proper welder training requires provide welders with a remarkable specific previous experience for each situation, said experience being acquired in conditions of complete security.
Debido al alto coste de los equipos y materiales de soldadura, la mayor parte de los centros formativos no pueden costear los costes derivados de la cantidad de material no reutilizable que conllevan las prácticas en materia de soldadura. Por ello, se han dado a conocer dispositivos de simulación de soldadura que son utilizables para el aprendizaje de nuevos soldadores, así como en la mejora, evaluación o reeducación de soldadores ya veteranos. Un objetivo de dichos simuladores es simular la soldadura proporcionando un aprendizaje adecuado al soldador en prácticas sin incurrir en costes de materiales no reutilizables y en condiciones de seguridad.Due to the high cost of equipment and materials welding, most of the training centers cannot pay the costs derived from the amount of material not reusable that involve welding practices. Therefore, simulation devices of welding that are usable for learning new welders, as well as in the improvement, evaluation or reeducation of Welders and veterans. An objective of such simulators is simulate welding by providing adequate learning to welder in practice without incurring material costs not Reusable and safe.
Sin embargo, dichos simuladores siguen siendo excesivamente caros, no son aplicables a todas las situaciones y, en general, no proporcionan al soldador en prácticas una experiencia lo suficientemente cercana a la realidad como para que ésta sea útil. Por ejemplo, la empresa VRsim cuenta entre sus aplicaciones con un dispositivo de simulación de soldadura basado en tecnología háptica (sensores de contacto) que comprende un brazo robot, el cual es un medio ideal como elemento de realimentación de fuerza, pero de coste económico muy elevado y, debido a los condicionantes que impone el brazo y la tecnología háptica actualmente disponible, presenta determinadas limitaciones.However, such simulators remain excessively expensive, they are not applicable to all situations and, in general, they do not provide the trainer with an experience close enough to reality so that it is Useful. For example, the VRsim company counts among its applications with a technology-based welding simulation device haptic (contact sensors) comprising a robot arm, the which is an ideal medium as a force feedback element, but of very high economic cost and, due to the conditions which imposes the arm and haptic technology currently available, It has certain limitations.
En definitiva, los simuladores hasta ahora conocidos resultan de coste muy elevado y/o no provocan una simulación suficientemente adecuada como para provocar un entrenamiento adecuado del soldador.In short, the simulators so far known results are very high cost and / or do not cause simulation sufficiently adequate to cause a adequate welder training.
Es un objetivo de la presente invención dar a conocer un simulador de soldadura que soluciona los problemas antes planteados.It is an objective of the present invention to give know a welding simulator that solves the problems before raised.
Es otro objetivo de la presente invención dar a conocer un simulador que incrementa las posibilidades en cuanto a tipos de materiales, escenarios de trabajo, simulación de inclemencias meteorológicas o de iluminación de lugar, simulación de diferentes tipos de equipos (mascarillas, cajas de control y pistolas) evitando accidentes debidos a quemaduras, altas tensiones o chispas, especialmente comunes en las manos y de notable gravedad en la cara y los ojos.It is another objective of the present invention to give know a simulator that increases the possibilities in terms of types of materials, work scenarios, simulation of inclement weather or spot lighting, simulation of different types of equipment (masks, control boxes and guns) avoiding accidents due to burns, high tensions or sparks, especially common in the hands and of remarkable severity In the face and eyes.
Es otro objetivo de la presente invención, proporcionar un simulador que sea útil, cómodo, compacto, práctico y transportable.It is another objective of the present invention, provide a simulator that is useful, convenient, compact, practical and transportable.
El dispositivo simulador objeto de la presente invención se basa en la utilización y mantenimiento de las interfaces y prestaciones de los equipos de soldadura comercialmente disponibles combinados con técnicas de realidad virtual para simular, en todo lo posible, una situación real de trabajo.The simulator device object of the present invention is based on the use and maintenance of interfaces and performance of welding equipment commercially available combined with virtual reality techniques to simulate, as much as possible, a real work situation.
Para ello, la presente invención consiste en un dispositivo simulador de soldadura que comprende:For this, the present invention consists of a welding simulator device comprising:
- una pistola de soldadura simulada cuyas dimensiones y mandos de usuario corresponden con una pistola de soldadura, estando dicha pistola de soldadura simulada dotada de un sensor de posición y orientación;- a simulated welding gun whose dimensions and user controls correspond to a gun welding, said simulated welding gun having a position and orientation sensor;
- un equipo o caja de soldadura simulada cuyos mandos de usuario se corresponden con un equipo o caja de soldadura;- a simulated welding equipment or box whose User controls correspond to a device or box welding;
- un casco de realidad virtual con seis grados de libertad y un sensor de posición;- a virtual reality helmet with six degrees of freedom and a position sensor;
estando dicha pistola y dicho equipo conectados a través de un dispositivo de comunicación asaid gun and said equipment being connected through a communication device to
- un dispositivo de control que, a su vez, comprende:- a control device that, in turn, understands:
- --
- medios de recepción de las señales procedentes de los mandos de usuario citados y de la información procedente de los citados sensores de posición;media of reception of the signals coming from the user controls cited and the information from the aforementioned sensors position;
- --
- medios de simulación de las condiciones físicas de soldadura a partir de la información procedente de la pistola y del equipo;media of simulation of the physical welding conditions from the information from the gun and equipment;
- --
- medios de visualización para producción de una imagen a reproducir por el casco de realidad virtual correspondiente a la visión del soldador a partir de las condiciones simuladas por los medios de simulación y de la información procedente del sensor de posición del casco de realidad virtual.media of visualization to produce an image to be reproduced by the virtual reality helmet corresponding to the vision of the welder from the conditions simulated by the simulation means and of the information from the hull position sensor of virtual reality.
Mediante esta configuración se obtienen las siguientes ventajas:Through this configuration you get the following advantages:
- la mano del soldador interactúa con elementos que reproducen fielmente los elementos de soldadura reales (pistola, caja de control) y pueden utilizarse en su fabricación las carcasas de dichos elementos, abaratando costes. Con la invención se puede reproducir fielmente casi cualquier posición de agarre de pistola que puede darse en obra. De acuerdo con las pruebas realizadas por los inventores, la modificación forzada del agarre de la pistola provoca una clara disminución de la calidad de soldadura, por lo que resulta ventajoso que la pistola del simulador se corresponda, en sus dimensiones funcionales, con una pistola real.- the welder's hand interacts with elements that faithfully reproduce the actual welding elements (gun, control box) and can be used in its manufacture housings of said elements, lowering costs. With the invention you can faithfully reproduce almost any grip position of gun that can be given on site. According to the tests made by the inventors, the forced modification of the grip of the gun causes a clear decrease in the quality of welding, so it is advantageous that the gun of the simulator corresponds, in its functional dimensions, with a real gun
- El casco de realidad virtual requerido puede tratarse de un casco de realidad virtual de tipo comercialmente disponible, no siendo necesario fabricar y/o adaptar una máscara de soldadura específica, lo que abarata costes.- The required virtual reality helmet can to be a commercially available virtual reality helmet available, not being necessary to manufacture and / or adapt a mask of specific welding, which lowers costs.
- El sistema de sensores requerido es sencillo, lo que disminuye el coste en sensores, dispositivos de comunicaciones y dispositivos electrónicos de cálculo necesarios.- The required sensor system is simple, which decreases the cost in sensors, devices electronic communications and computing devices necessary.
- Además, el conjunto de elementos permite, si se desea, no simular computacionalmente todo el comportamiento físico de los materiales con el correspondiente ahorro de medios computacionales. En efecto, dada la adecuada simulación de condiciones obtenida mediante la presente invención, resultará suficiente, si se desea, que los medios de simulación generen una secuencia de imágenes y sonidos pregrabados correspondiente a un conjunto de parámetros de la acción de soldar.- In addition, the set of elements allows, if desired, not computationally simulate all behavior physical of the materials with the corresponding saving of means computational Indeed, given the proper simulation of conditions obtained by the present invention will result sufficient, if desired, that the simulation means generate a sequence of prerecorded images and sounds corresponding to a set of welding action parameters.
- Por otro lado, la reproducción de los mandos de la caja o equipo de soldadura también provoca un entrenamiento del soldador en la correcta administración de los parámetros de soldadura variables a su voluntad, así como de los procedimientos de ajuste en obra.- On the other hand, the reproduction of the controls of the box or welding equipment also causes training of the welder in the correct administration of the parameters of welding variables at your will, as well as procedures of adjustment in work.
De una manera especialmente preferente, el dispositivo simulador dispondrá también de medios para simular y reproducir el sonido de la soldadura, preferentemente teniendo en cuenta para la generación del sonido simulado parámetros tales como la intensidad de corriente de soldadura, el voltaje de soldadura y la velocidad del hilo de soldadura.In a particularly preferred way, the simulator device will also have means to simulate and reproduce the sound of welding, preferably taking into Account for the generation of simulated sound parameters such as welding current intensity, welding voltage and The speed of the welding wire.
Esta característica resulta extremadamente importante para la correcta simulación de determinadas condiciones de soldadura. Por ejemplo, en condiciones de mala visibilidad, el sonido es un dato importante que permite al soldador experimentado guiarse y controlar la soldadura. De ahí la utilidad de realizar una buena simulación no sólo de las características físicas dimensionales visibles de la soldadura, sino también del sonido reproducido.This feature is extremely important for the correct simulation of certain conditions Welding For example, in conditions of poor visibility, the sound is an important fact that allows the experienced welder guide and control welding. Hence the utility of making a good simulation not only of physical characteristics visible dimensions of the weld but also of the sound reproduced
En cuanto a los sensores de posición, resultará preferente que puedan proporcionar información sobre la posición y orientación de la pistola con seis grados de libertad y una precisión inferior a 1 mm, puesto que de dicha precisión dependerá de que los medios de simulación del dispositivo de control produzcan y transmitan al casco de realidad virtual una información fiable para el soldador sobre la soldadura que está realizando.As for the position sensors, it will result preferred that they can provide information on the position and gun orientation with six degrees of freedom and one precision less than 1 mm, since this precision will depend that the simulation means of the control device produce and transmit reliable information to the virtual reality headset for the welder about the welding he is doing.
En cuanto a la pistola de simulación, el sensor o conjunto de sensores de la pistola podrá proporcionar al dispositivo de control, directa o indirectamente, información sobre la posición, inclinación (ángulo con respecto al plano de soldadura), distancia del arco (respecto de dicho plano y pistola) y posición del mando o mandos de la pistola. Por ello, el sensor presentará seis grados de libertad. Para ello, el sensor también puede comprender un sistema o conjunto de sensores individuales. En principio, los sensores de la pistola podrán estar conectados todos al dispositivo de control, si bien resultará posible, en algunos casos, conectarlos a la caja de control.As for the simulation gun, the sensor or set of gun sensors can provide the control device, directly or indirectly, information on the position, inclination (angle with respect to the plane of welding), arc distance (relative to said plane and gun) and position of the gun control or controls. Therefore, the sensor will present six degrees of freedom. To do this, the sensor also It can comprise a system or set of individual sensors. In In principle, the gun sensors can all be connected to the control device, although it will be possible, in some cases, connect them to the control box.
De acuerdo con una realización especialmente preferente, el dispositivo de control comprenderá medios de memoria electrónica para almacenar datos geométricos que podrán corresponder al espacio de trabajo, la pieza a soldar y la pistola. La combinación de los datos geométricos de espacio de trabajo y pieza a soldar con el sensor de posición de la pistola hace innecesario la disposición de sensores en la pieza a soldar, simplificando enormemente el dispositivo y permite colocar el sensor de posición en cualquier punto fijo de la pistola. Dichos datos geométricos podrán ser capturados antes de la simulación y almacenados en una memoria electrónica, y/o podrán ser capturados on-line, por ejemplo, mediante cámaras.According to an embodiment especially Preferably, the control device will comprise memory means electronics to store geometric data that may correspond to the workspace, the piece to be welded and the gun. The combination of geometric workspace and part data welding with the gun position sensor makes unnecessary the arrangement of sensors in the workpiece, simplifying enormously the device and allows to position the position sensor at any fixed point of the gun. Such geometric data they can be captured before simulation and stored in a electronic memory, and / or may be captured online, for example, through cameras.
En una realización preferente, la caja simulada de control podrá comprender una carcasa exterior de equipo de soldadura (también denominado "caja de soldadura") en cuyo interior puede situarse un dispositivo electrónico de control que podrá comprender una placa electrónica programable o bien una placa electrónica no programable, fabricada a medida, para control de los periféricos y transmisión de información al dispositivo de control.In a preferred embodiment, the simulated box of control may comprise an outer casing of equipment welding (also called "welding box") in whose an electronic control device can be placed inside it may comprise a programmable electronic board or a board non-programmable electronics, custom made, for control of peripherals and transmission of information to the device control.
El casco de realidad virtual podrá ser de tipo comercialmente disponible y su función es reproducir imágenes, y preferentemente sonido, correspondiendo a la visión que tendría el soldador en las condiciones físicas de soldadura calculadas por los medios de simulación y desde el punto de vista en el que se encuentra. Para una mejor reproducción de las condiciones de soldadura, el casco de realidad virtual estará dotado de visión estereoscópica. El sensor asociado (o "tracker") permitirá preferentemente seguir los movimientos de la cabeza del usuario en posición real y quedará conectado al dispositivo de control mediante una conexión de comunicaciones, tal como USB ó puerto serie, por ejemplo.The virtual reality helmet may be of type commercially available and its function is to reproduce images, and preferably sound, corresponding to the vision that the welder in the physical welding conditions calculated by the simulation means and from the point of view in which find. For a better reproduction of the conditions of welding, the virtual reality helmet will be equipped with vision Stereoscopic The associated sensor (or "tracker") will allow preferably follow the movements of the user's head in actual position and will be connected to the control device via a communications connection, such as USB or port series, for example.
El término "casco de realidad virtual" no debe entenderse restringido a una forma geométrica determinada. De hecho, muchos dispositivos englobados bajo la denominación "casco de realidad virtual" no cubren totalmente la zona craneal del usuario, siendo geométricamente más similares a unas gafas.The term "virtual reality helmet" does not It should be construed as restricted to a specific geometric shape. From in fact, many devices encompassed under the name "helmet of virtual reality "does not fully cover the cranial area of the user, being geometrically more similar to glasses.
En base a la información procedente de los sensores, preferentemente, el dispositivo de control presentará medios de determinación de la velocidad de la pistola. Esto podrá llevarse a cabo, por ejemplo, mediante medios computacionales en función de la información proporcionada por el sensor y de un reloj electrónico.Based on information from sensors, preferably, the control device will present means for determining the speed of the gun. This may be carried out, for example, by computational means in function of the information provided by the sensor and a clock electronic.
En otra realización preferente, el dispositivo dispondrá medios de simulación del comportamiento de un carrete hilo de soldadura en la pistola de soldadura, para por ejemplo, determinar cuándo se ha acabado el carrete y no continuar con la simulación de la soldadura.In another preferred embodiment, the device will have means of simulating the behavior of a reel welding wire in the welding gun, for example, determine when the reel has run out and not continue with the welding simulation.
En cuanto a los medios de simulación, estos presentarán una estructura basada en motores, para permitir el funcionamiento en paralelo de los mismos. Entre dichos motores se podrán encontrar:As for the means of simulation, these present a structure based on engines, to allow parallel operation thereof. Among these engines are You can find:
- un simulador de partículas que preferentemente comprenderá medios para calcular a partir de los datos recibidos por el dispositivo de control los siguientes parámetros:- a particle simulator that preferably will comprise means to calculate from the received data by the control device the following parameters:
- --
- forma de partículashape of particle
- --
- color de partículacolor of particle
- --
- tamaño de partículasize of particle
- --
- tiempo de partículaweather of particle
- --
- posiciónposition
- --
- velocidad;speed;
disponiendo el dispositivo de control de medios para transmitir dichos parámetros simulados al resto de módulos o motores del dispositivo de control, tales como:arranging the media control device to transmit said simulated parameters to the rest of the modules or control device motors, such as:
- un simulador de cordón de soldadura;- a welding cord simulator;
- un detector de colisión entre la punta de la pistola y el cordón de soldadura calculado por el simulador del cordón de soldadura.- a collision detector between the tip of the gun and weld bead calculated by the simulator Weld.
Los medios de visualización podrán comprender un filtrador de la imagen generada para filtrar la imagen producida según el patrón de filtrado de un filtro fotosensible de una máscara de soldadura antes de su reproducción por parte del casco de realidad virtual. De esta manera, el casco de realidad virtual podrá reproducir la imagen que vería el soldador a través de la máscara de soldadura y, además, puede variarse el tipo de filtro óptico de la máscara de soldadura.The display means may comprise a generated image filter to filter the produced image according to the filtering pattern of a photosensitive filter of a mask welding before reproduction by the hull of virtual reality. In this way, the virtual reality helmet can reproduce the image that the welder would see through the mask of welding and, in addition, the type of optical filter of The welding mask.
Por último, el dispositivo de control podrá disponer de un módulo de evaluación de defectos de soldadura (defectos del cordón de soldadura, etc.)Finally, the control device may have a welding defect evaluation module (weld bead defects, etc.)
Para una mejor compresión de la invención, se adjunta a título de ejemplo explicativo pero no limitativo, unos dibujos de una realizaciones de la presente invención.For a better understanding of the invention, attached by way of explanatory example but not limiting, some drawings of an embodiments of the present invention.
La figura 1 muestra una vista en perspectiva de algunos elementos correspondientes a una posible realización del dispositivo objeto de la presente invención.Figure 1 shows a perspective view of some elements corresponding to a possible realization of device object of the present invention.
La figura 2 muestra un esquema de conexión entre los diferentes elementos del ejemplo de la figura 1.Figure 2 shows a connection scheme between the different elements of the example in figure 1.
La figura 1 muestra los elementos externos de una posible realización del dispositivo objeto de la presente invención. Dicha realización corresponde con un dispositivo de simulación de soldadura de tipo MIG/MAG (soldadura de metal con gas, Inerte o Activo respectivamente).Figure 1 shows the external elements of a possible embodiment of the device object of the present invention. Said embodiment corresponds to a device of MIG / MAG type welding simulation (metal welding with gas, Inert or Active respectively).
En la figura puede observarse diferentes componentes conectados entre sí:In the figure you can see different connected components:
- una pistola de soldadura simulada (1), que en este caso comprende una carcasa (102) de pistola de soldadura real, con su correspondiente mando o gatillo accionable (101);- a simulated welding gun (1), which in this case comprises a real welding gun housing (102), with its corresponding control or actionable trigger (101);
- un equipo (2) o caja de soldadura simulada que comprende igualmente en este caso la carcasa exterior de un equipo o caja de soldadura disponible comercialmente con sus correspondientes mandos, tales como el numeral indicado con el numeral (201) y el potenciómetro indicado con el numeral (202);- an equipment (2) or simulated welding box that it also includes in this case the outer casing of a device or commercially available welding box with its corresponding controls, such as the number indicated with the numeral (201) and the potentiometer indicated with numeral (202);
- un casco de realidad virtual (6), cuya función es la de proporcionar imágenes al usuario correspondientes a las que tendría el soldador en el caso de que se produjese una soldadura real y, preferentemente, reproducir el sonido de la soldadura;- a virtual reality helmet (6), whose function is to provide images to the user corresponding to the that the welder would have in the event of a weld real and, preferably, reproduce the sound of welding;
- un dispositivo de control (3) que en este caso se ha representado como un PC, si bien podría tratarse un dispositivo electrónico específico, o bien una combinación de PC programable y dispositivos electrónicos para realizar las funciones requeridas.- a control device (3) that in this case it has been represented as a PC, although it could be a specific electronic device, or a combination of PC programmable and electronic devices to perform the functions required
En el caso mostrado, además, se ha representado un carrete de hilo de soldadura (5), una botella (4) que simula una bombona de gas de soldadura, con su correspondiente mando (401), así como una pinza (9). Estos último componentes, si bien no son estrictamente necesarios, pueden contribuir a una mejor simulación de las condiciones reales, pudiendo el dispositivo controlar si la pinza (9) ha sido conectada, o el estado del mando (401) de la botella de gas (4), por ejemplo, de apertura.In the case shown, it has also been represented a spool of welding wire (5), a bottle (4) that simulates a welding gas cylinder, with its corresponding control (401), as well as a clamp (9). These last components, although they are not strictly necessary, can contribute to a better simulation of the actual conditions, the device being able to control if the clamp (9) has been connected, or the status of the control (401) of the gas bottle (4), for example, opening.
Además, adicionalmente, en el ejemplo mostrado se han realizado conexiones entre los diferentes elementos de soldadura simulada, de manera similar a un dispositivo de soldadura real. Puede citarse, por ejemplo, el cable de conexión (103) entre la pistola (1) y el conjunto de caja (2) y carrete (5), o la conexión (901) entre la pinza (9) y la caja (2). También se han representado otras conexiones propias del dispositivo simulador, tal como la conexión (301) entre el dispositivo de control (3) y la caja (2), o la conexión (601) entre el dispositivo de control (3) y el casco (6) de realidad virtual. Por supuesto, también serán posibles otras conexiones.Additionally, additionally, in the example shown connections have been made between the different elements of simulated welding, similar to a welding device real. For example, the connection cable (103) between the gun (1) and the box assembly (2) and reel (5), or the connection (901) between the clamp (9) and the box (2). Also they have been represented other connections of the simulator device, such as the connection (301) between the control device (3) and the box (2), or the connection (601) between the control device (3) and the helmet (6) of virtual reality. Of course, they will also be Possible other connections.
Si bien no se ha representado en la figura 1, en disposición de utilización, el simulador debe completarse con una pieza o piezas a soldar situadas en un espacio de soldadura. También podrán incluirse elementos reproductores de sonido para reproducción de un sonido de soldadura simulado.Although not represented in Figure 1, in usage arrangement, the simulator must be completed with a piece or parts to be welded located in a welding space. Too sound reproductive elements may be included for Reproduction of a simulated welding sound.
A continuación se pasa a describir con mayor detalle los diferentes elementos que componen el dispositivo simulador objeto de la presente invención.Then it goes on to describe with greater detail the different elements that make up the device simulator object of the present invention.
La pistola (1) comprende un sensor o más propiamente un sistema sensor o conjunto de sensores individuales (no representados) que, preferentemente, proporcionan al dispositivo de control (3) datos para que éste determine o mida, mediante lectura directa o previo cálculo, las siguientes variables de carácter físico:The gun (1) comprises a sensor or more properly a sensor system or set of individual sensors (not shown) that preferably provide the device control (3) data for it to determine or measure, by Direct reading or prior calculation, the following variables of physical character:
- posición de la mano del soldador (ángulo de incidencia)- position of the welder's hand (angle of incidence)
- velocidad del hilo- thread speed
- extensión del hilo (stick out)- thread extension (stick out)
- velocidad de la pistola- gun speed
- posición de la junta- board position
La simulación del sistema de arrastre y calidad del hilo (en función del tipo de hilo que se considere) se realiza únicamente para simulaciones de soldadura de tipo MIG/MAG.The drag system simulation and quality of the thread (depending on the type of thread considered) is performed only for welding simulations of MIG / MAG type.
El mando (101) de la pistola (1) es accionable e, igual que el sensor de posición, proporciona información sobre su estado al dispositivo de control (3) bien sea directamente o a través del equipo de control (2).The control (101) of the gun (1) is operable e, like the position sensor, provides information on its status to the control device (3) either directly or to through the control equipment (2).
El sensor de posición y orientación de la pistola (1) debe presentar seis grados de libertad y un error inferior al milímetro para permitir una simulación de la soldadura de calidad adecuada. Dicho sensor es una de las alternativas más críticas del dispositivo, por tanto, además de la precisión, el sensor debe estar suficientemente libre de interferencias y debe garantizar mantener adecuadamente la ergonomía de la pistola (1). El sensor utilizado puede ser de tecnología magnética ("Wanda" o "Space Pad" de Ascension Technolgies), de tecnología MOCAP, guiados por láser y ópticos. De acuerdo con las pruebas y estudios realizados por los inventores, éstos serán ventajosamente de tecnología guiada por láser, por ejemplo un sensor "Laser Bird" comercializado por Ascension Technologies, puesto que presentan una gran precisión y el impacto sobre la ergonomía de la pistola es mínimo.The position and orientation sensor of the gun (1) must present six degrees of freedom and an error less than a millimeter to allow a welding simulation of adequate quality. Said sensor is one of the most device reviews, therefore, in addition to accuracy, the sensor must be sufficiently free of interference and must ensure proper maintenance of gun ergonomics (1). He Sensor used can be magnetic technology ("Wanda" or "Space Pad" by Ascension Technolgies), of MOCAP technology, guided by lasers and opticians. According to the tests and studies made by the inventors, these will be advantageously of laser-guided technology, for example a "Laser Bird" sensor marketed by Ascension Technologies, since they present a great precision and the impact on the ergonomics of the gun is minimum.
Dentro de la carcasa, el equipo de soldadura
comprende dispositivos electrónicos y de comunicación que transmiten
al dispositivo de control información referente al estado de los
diferentes mandos de usuario (201), (202) o de variables
directamente dependientes de éstos. Las realizaciones particulares
de dichos dispositivos electrónicos y de comunicación dependerán
del grado de personalización que se
desee.Within the housing, the welding equipment comprises electronic and communication devices that transmit information to the control device regarding the status of the different user controls (201), (202) or of variables directly dependent on them. The particular embodiments of said electronic and communication devices will depend on the degree of customization that is
wish.
En una primera posibilidad, el equipo de soldadura comprenderá interiormente una placa de circuitos a medida, opción que puede ser la más barata.In a first possibility, the team of welding will internally comprise a custom circuit board, option that may be the cheapest.
En una segunda posibilidad, el equipo de soldadura puede comprender una placa programable, por ejemplo una placa de "PC Embbeded" disponible comercialmente, que permite programar los periféricos (mandos de usuario) con intermedio de operativos estándar como Linux. También deberán añadirse las correspondientes entradas/salidas de comunicaciones. Esta posibilidad es más costosa de cara al coste final del equipo, es, sin embargo, más fácil de implementar.In a second possibility, the team of welding can comprise a programmable plate, for example a Commercially available "Embbeded" PC board, which allows program peripherals (user controls) through Standard operating systems such as Linux. You must also add the corresponding communications inputs / outputs. This possibility is more expensive facing the final cost of the equipment, it is, However, easier to implement.
La función a llevar a cabo consiste en detectar las señales procedentes de los mandos y enviarlas (tras un eventual procesado) al dispositivo de control. También puede eventualmente preverse una actualización de parámetros de funcionamiento. Para ello, la placa dispondrá, por ejemplo, de un puerto serie o USB para comunicación con el dispositivo de control y de un bus CAN para recibir actualizaciones de parámetros, por ejemplo, desde un PC de mantenimiento. También puede preverse un sistema de comunicaciones con la pistola que, preferentemente, tendrá en consideración la posibilidad de utilizar diferentes tipos de pistolas.The function to be carried out is to detect the signals from the controls and send them (after an eventual processed) to the control device. Can also eventually provide for an update of operating parameters. For the board will have, for example, a serial or USB port for communication with the control device and a CAN bus to receive parameter updates, for example, from a PC maintenance. A communications system can also be provided with the gun that, preferably, will take into account the possibility of using different types of guns.
La placa del equipo de soldadura también podrá gobernar las pantallas e indicadores luminosos simulando el funcionamiento de un equipo de soldadura real.The welding equipment plate may also govern the screens and lights simulating the operation of a real welding equipment.
De una manera preferente, el casco de realidad virtual podrá presentar las siguientes característicasIn a preferred way, the reality helmet virtual may present the following characteristics
- visión estereoscópica- stereoscopic vision
- sensor incorporado de, al menos, tres grados de libertad (3 ángulos de rotación).- built-in sensor of at least three degrees of freedom (3 angles of rotation).
Ejemplos de cascos de realidad virtual adecuados y disponibles comercialmente podrían ser I-Glasses SVGA con auriculares, Cy-visor DH-400, CyberMind HiRes900, CyberMInd Visette Pro y 5DT HMD800.Examples of suitable and commercially available virtual reality helmets could be I-Glasses SVGA with headphones, Cy-visor DH-400, CyberMind HiRes900, CyberMInd Visette Pro and 5DT HMD800 .
Además, estos cascos de realidad virtual o HMDs necesitan para la presente aplicación un sensor o tracker asociado que permita seguir los movimientos de la cabeza de usuario en tiempo real, por ejemplo vía conexión puerto serie ó USB. Dicho sensor puede tratarse, por ejemplo, de un Intersense Intertrax 2, Intersense InertiaCube 2 o un 3D Bird.In addition, these virtual reality helmets or HMDs need for the present application an associated sensor or tracker that allows to follow the movements of the user's head in real time, for example via serial or USB port connection. This sensor can be, for example, an Intersense Intertrax 2, Intersense InertiaCube 2 or a 3D Bird .
El dispositivo de simulación debe disponer de información sobre el entorno de trabajo y la pieza a soldar.The simulation device must have information about the work environment and the piece to be welded.
La información geométrica sobre el entorno y la pieza a soldar (forma, posición) puede adquirirse con anterioridad a la utilización del dispositivo y almacenarse en medios de memoria electrónica del dispositivo de control, o bien puede ser suministrada en línea al dispositivo de control a través, por ejemplo, de un sistema de cámaras. En este caso, por ejemplo, será ventajoso que la pieza o piezas a soldar sean de un color determinado para determinación de su situación. Esto implica la desventaja de dotar al dispositivo de nuevos dispositivos y requerirle necesidades computacionales mayores, a cambio de una total libertad, por ejemplo, para mover piezas.Geometric information about the environment and the piece to be welded (shape, position) can be purchased before to the use of the device and stored in memory media electronic control device, or it can be supplied online to the control device through, by example of a camera system. In this case, for example, it will be advantageous that the piece or pieces to be welded are of one color determined to determine your situation. This implies the disadvantage of providing the device with new devices and require greater computing needs, in exchange for a total freedom, for example, to move pieces.
Como se ha indicado, el sistema debe responder en tiempo real a las acciones realizadas por el soldador en prácticas en función de las variables de soldadura definidas. Esto debe conseguirse con un dispositivo de tipo electrónico que comprenda los medios computacionales necesarios y las instrucciones necesarias para gobernar los distintos elementos periféricos del dispositivo (imagen y sonidos a reproducir, etc...).As indicated, the system must respond in real time to the actions performed by the welder in practices depending on the defined welding variables. This must be achieved with an electronic type device that understand the necessary computational media and instructions necessary to govern the different peripheral elements of the device (image and sounds to play, etc ...).
En definitiva, el dispositivo de control debe tener medios para:In short, the control device must have means to:
- recibir las señales procedentes de los mandos de usuario y de los sensores (módulo de control),- receive signals from the controls of user and sensors (control module),
- simular las condiciones físicas de soldadura a partir de la información recibida (módulo de simulación), y- simulate the physical welding conditions a from the information received (simulation module), and
- generar la imagen, y preferentemente sonido, a reproducir en el casco de realidad virtual a partir de las condiciones físicas simuladas y de la información de posición y orientación del casco de realidad virtual (módulo de visualización).- generate the image, and preferably sound, to play in the virtual reality helmet from simulated physical conditions and position information and virtual reality helmet orientation (module display).
Para ello, el dispositivo de control consistirá en una combinación de dispositivos de comunicaciones, electrónicos, dotados de las instrucciones adecuadas. El dispositivo podrá estar basado ventajosamente en arquitectura PC con los periféricos adecuados para las funciones.For this, the control device will consist in a combination of communications, electronic devices, equipped with the appropriate instructions. The device may be advantageously based on PC architecture with peripherals suitable for functions.
En el caso preferente de que deba proporcionarse al dispositivo de control, de manera previa, los datos geométricos (forma, posición) del entorno, o de la pieza a soldar, éste almacenará esta información en la correspondiente memoria electrónica, quedando a disposición de los medios que ejecuten la simulación de las condiciones físicas (módulo de simulación).In the preferred case that must be provided to the control device, in advance, the geometric data (shape, position) of the environment, or of the piece to be welded, this store this information in the corresponding memory electronic, being available to the media that execute the simulation of physical conditions (simulation module).
Igualmente, podrán almacenarse en memoria electrónica información sobre la geometría de la pistola, de tal manera que el dispositivo de control podrá determinar la posición de la punta de la pistola sin necesidad de que el sensor de posición se sitúe en dicho preciso lugar.They can also be stored in memory electronic information on the geometry of the gun, such so that the control device can determine the position of the tip of the gun without the need for the position sensor be in that precise place.
Ventajosamente, el dispositivo de control estará configurado para comprender:Advantageously, the control device will be configured to understand:
- un simulador de partículas de soldadura; de acuerdo con la presente invención, el simulador de partículas calculará preferentemente la forma, color tamaño y vida de las partículas desprendidas del hilo de soldadura, así como su posición y velocidad;- a welding particle simulator; from according to the present invention, the particle simulator preferably calculate the shape, color size and life of the particles detached from the welding wire, as well as their position and speed;
- un simulador del cordón de soldadura a partir de la simulación realizada por el simulador de partículas de soldadura;- a welding cord simulator starting of the simulation performed by the particle simulator of welding;
- un detector de colisión virtual entre el cordón calculado y la pistola.- a virtual collision detector between the Calculated cord and gun.
Con todos los datos obtenidos en el módulo de simulación, y los datos geométricos del espacio de soldadura y la pieza a soldar, así como la información procedente del casco de realidad virtual, el módulo de visualización genera la imagen a mostrar en el casco de visualización. Para los cascos de visión estereoscópica, se generarán dos imágenes, una para cada ojo del usuario. Asimismo el módulo de visualización de otro módulo independiente coordinado con éste generará el sonido de soldadura simulado a reproducir.With all the data obtained in the module simulation, and the geometric data of the welding space and the piece to be welded, as well as information from the hull of virtual reality, the display module generates the image at show in the display helmet. For vision helmets stereoscopic, two images will be generated, one for each eye of the Username. Also the display module of another module independent coordinated with it will generate the welding sound simulated to reproduce.
El módulo de visualización podrá disponer de información referente a patrones de filtrado de diferentes máscaras utilizables en la soldadura simulada para filtrar según el patrón adecuado la imagen calculada.The display module may have information regarding filtering patterns of different masks usable in simulated welding to filter according to the pattern Adequate calculated image.
Adicionalmente, el dispositivo de control podrá disponer de un módulo de evaluación de la soldadura realizada durante la simulación.Additionally, the control device may have a welding evaluation module carried out during simulation
La figura 2 representa esquemáticamente la funcionalidad de las diferentes conexiones entre los diferentes elementos.Figure 2 schematically represents the functionality of different connections between different elements.
En esta figura se observa que el dispositivo de control (3), que en el caso de tratarse de o comprender un PC podría estar conectado a una red de ordenadores (1000), tal como una red Ethernet, queda conectado al casco de realidad virtual (6) para transmitirle las imágenes y, eventualmente, el sonido a transmitir. El PC de control también queda conectado al equipo de soldadura simulada (2), por ejemplo a través de una conexión serie o una conexión USB. El PC de control, si se desea, también puede estar conectado a través de un bus para sensores (1003) a la pistola de soldadura (1) e incluso, eventualmente, a otros sensores o cámaras (7) correspondientes al espacio de trabajo. Alternativamente, la conexión de estos elementos con el dispositivo de control también puede realizarse con intermedio del equipo de soldadura simulada (2). Por otra parte, el equipo de soldadura puede presentar buses de control propios (1002) para otros elementos tales como la pistola (1) (u otros mandos auxiliares relacionados con la botella de gas (4) o la pinza (9), por ejemplo). Obviamente, las propiedades del bus de control propio dependerán del diseño de los elementos a conectar. Por último, el equipo de conexiones puede presentar, eventualmente, una conexión (1004) con un PC (8) a través de bus CAN.This figure shows that the device control (3), which in the case of dealing with or understanding a PC could be connected to a computer network (1000), such as a Ethernet network, is connected to the virtual reality headset (6) to transmit the images and, eventually, the sound to be transmitted. The control PC is also connected to the welding equipment simulated (2), for example through a serial connection or a USB connection The control PC, if desired, can also be connected via a sensor bus (1003) to the gun welding (1) and even, eventually, to other sensors or cameras (7) corresponding to the workspace. Alternatively, the connection of these elements with the control device also can be done through simulated welding equipment (2). On the other hand, the welding team can present buses own control (1002) for other elements such as the gun (1) (or other auxiliary controls related to the gas bottle (4) or the clamp (9), for example). Obviously, the properties of own control bus will depend on the design of the elements to connect. Finally, the connection team can present, if necessary, a connection (1004) with a PC (8) via bus DOG.
Existen numerosas variantes del dispositivo aquí mostrado que resultarán obvias para el experto en la materia y que deberán considerarse como incluidas dentro de la presente invención.There are numerous device variants here shown that they will be obvious to the person skilled in the art and that shall be considered as included herein invention.
En general, todo lo que no afecte, altere, cambie o modifique la esencia de lo descrito, quedará comprendido dentro de la presente invención.In general, everything that does not affect, alter, change or modify the essence of what is described, it will be understood within the present invention.
Claims (22)
- --
- medios de recepción de las señales procedentes de los mandos de usuario citados y de la información procedente de los citados sensores de posición;media of reception of the signals coming from the user controls cited and the information from the aforementioned sensors position;
- --
- medios de simulación de las condiciones físicas de soldadura a partir de la información procedente de la pistola y del equipo;media of simulation of the physical welding conditions from the information from the gun and equipment;
- --
- medios de visualización para producción de una imagen a reproducir por el casco de realidad virtual correspondiente a la visión del soldador a partir de las condiciones simuladas por los medios de simulación y de la información procedente del sensor de posición del casco de realidad virtual.media of visualization to produce an image to be reproduced by the virtual reality helmet corresponding to the vision of the welder from the conditions simulated by the simulation means and of the information from the hull position sensor of virtual reality.
- --
- forma de partícula;shape of particle;
- --
- color de partícula;color of particle;
- --
- tamaño de partícula;size of particle;
- --
- tiempo de vida de partícula;weather of particle life;
- --
- posición;position;
- --
- velocidad;speed;
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