ES3037263T3 - Systems and methods to simulate robotic joining operations - Google Patents

Abstract

Se describen sistemas y métodos para simular operaciones de unión robótica. Un sistema de ejemplo para simular una aplicación robótica incluye: un sensor de imagen configurado para capturar imágenes de una pieza de trabajo de simulación física y una antorcha de soldadura de simulación física, manipulada por un brazo robótico durante una operación simulada; y un simulador configurado para calcular un resultado simulado a partir de las imágenes capturadas y de las comunicaciones emitidas por el brazo robótico; y generar una representación visual del resultado simulado. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistemas y métodos para simular operaciones de unión robótica

Esta descripción se refiere a entrenamiento virtual y, más particularmente, a un método para hacer funcionar un sistema de entrenamiento de soldadura que comprende un simulador que simula una operación de unión robótica sobre una pieza de trabajo física, y a un sistema para simular operaciones de unión robótica.

ANTECEDENTES

Los sistemas y métodos convencionales para simular operaciones de unión, tales como soldadura, soldadura fuerte, unión adhesiva y/u otras operaciones de unión, requieren un uso sustancial de unidades de procesamiento gráfico (GPU) para realizar la simulación. En los sistemas de simulación de soldadura convencionales, los cálculos y la renderización del cordón de soldadura simulado requieren una potencia computacional sustancial, limitando de ese modo las plataformas en las que podría implementarse eficazmente tal simulación. Por ejemplo, dispositivos móviles y/o navegadores web no podrían implementar una simulación convencional. Además, los sistemas y métodos de simulación de soldadura convencionales son engorrosos, y presentan dificultades para el desarrollo de nuevas características y funcionalidad tales como formas de soldadura complejas y/o simulación de diferentes materiales de soldadura.

En la simulación de soldadura convencional, la cantidad de material transferido desde el relleno (tal como el electrodo para procesos de soldadura SMAW) al cordón de soldadura no puede modelarse con precisión. El modelado preciso es importante para simular pasadas de raíz en soldadura de múltiples pasadas, porque la pasada de raíz coloca una base para el resto de las pasadas. Cuando no hay separación entre las partes soldadas, la pasada de raíz llena demasiado espacio. En muchos casos, la geometría del cordón puede ser o bien demasiado convexa o bien demasiado cóncava, haciendo que las pasadas posteriores encajen mal. Las soldaduras tejidas pueden producir cordones que parecen demasiado planos. Si la soldadura se ejecuta en el mismo lugar (es decir, sin hacer avanzar sustancialmente el soplete o la pistola de soldadura), el cordón de soldadura puede crecer verticalmente. En alguna ocasión, puede no haber transición entre el cupón y el cordón de soldadura. Por ejemplo, parece que el cordón se hubiese pegado al cupón.

En la simulación de soldadura convencional, la fusión del material de la pieza de trabajo base y/o los cordones de soldadura subyacentes es muy difícil de simular con precisión. En particular, la simulación convencional del proceso de soldadura GTAW adolece de falta de esta capacidad.

Algunas propuestas conocidas para simular resultados de soldadura en entornos de realidad aumentada o virtual se dan a conocer, por ejemplo, en los documentos EP 2863376 A1 (Seabery Soluciones, SL), US 2013/183645 A1 (Lincoln Global, Inc.) o “AugmentedArc(TM) Augmented Reality Welding System" (20 de mayo de 2017, págs. 1-4, XP05501429). Sin embargo, estos documentos no dicen nada sobre soluciones específicas para simular resultados de operaciones robóticas tales como soldadura robótica simulada o pintura por pulverización robótica simulada.

Por otro lado, se conocen algunas propuestas para programar la acción de robots en entornos de realidad aumentada, tales como H.C. Fang,et al.,“Robot Path and End-Effector Orientation Planning Using Augmented Reality”, Procedia CIRP, volumen 3, 2012, páginas 191-196, ISSN 2212-8271. Sin embargo, estas propuestas se centran en planificar la trayectoria y la orientación del robot a lo largo de una trayectoria visible basándose únicamente en su movimiento, pero sin considerar los resultados simulados (por ejemplo, un cordón de soldadura simulado o un recubrimiento por pulverización simulado) en la información usada para programar el robot. Por tanto, los errores de funcionamiento del robot basados en resultados simulados ineficientes solo pueden identificarse y corregirse manualmente según la técnica anterior.

SUMARIO

Se divulgan sistemas y métodos para simular operaciones de unión robótica, sustancialmente tal como se ilustra y se describe en conexión con al menos una de las figuras, tal como se expone más completamente en las reivindicaciones. La invención se expone en el conjunto de reivindicaciones adjuntas.

DIBUJOS

Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente divulgación se entenderán mejor cuando se lea la siguiente descripción detallada con referencia a los dibujos adjuntos en los que caracteres similares representan partes similares en todos los dibujos, en donde:

La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de entrenamiento de soldadura que incluye la simulación de un resultado de soldadura basándose en la monitorización del rendimiento de la soldadura de entrenamiento, según aspectos de esta divulgación.

La figura 2 es un diagrama de bloques de una implementación del simulador de la figura 1.

Las figuras 3A y 3B ilustran piezas de trabajo físicas con marcadores que puede reconocer el detector de marcadores de la figura 2, según aspectos de esta divulgación.

Las figuras 3C-3G ilustran partes personalizadas que pueden estar provistas de marcadores para simulación usando el sistema de entrenamiento de soldadura de la figura 1.

La figura 4 ilustra múltiples vistas de un soplete de entrenamiento físico con marcadores que puede reconocer el detector de marcadores de la figura 2, según aspectos de esta divulgación.

La figura 5 ilustra secciones transversales de piezas de trabajo y parámetros que puede usar el generador de marcos de referencia de la figura 2 para definir una pieza de trabajo, según aspectos de esta divulgación.

La figura 6 ilustra una extrusión de una sección transversal de pieza de trabajo que puede realizar el generador de marcos de referencia de la figura 2 para formar una pieza de trabajo resultante.

La figura 7 ilustra un marco de referencia que puede generar el generador de marcos de referencia de la figura 2 para la pieza de trabajo de la figura 6.

La figura 8 ilustra un marco de referencia que puede generar el generador de marcos de referencia de la figura 2 para una pieza de trabajo de tipo placa.

La figura 9 ilustra un marco de referencia que puede generar el generador de marcos de referencia de la figura 2 para una pieza de trabajo de tipo junta en T.

Las figuras 10A-10D ilustra estructuras de datos que puede usar el gestor de cortes de la figura 2 para representar cortes.

La figura 11 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina que puede ejecutar el simulador de la figura 2 para simular un resultado de una soldadura de entrenamiento.

La figura 12 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina que puede ejecutar el solucionador de soldadura de la figura 2 para calcular una sección transversal de un cordón de soldadura simulado. La figura 13 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina que puede ejecutar el solucionador de soldadura de la figura 2 para solucionar una forma y volumen de baño de soldadura.

La figura 14 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina que puede ejecutar el solucionador de soldadura de la figura 2 para fusionar un nuevo volumen de baño de soldadura con un volumen de baño de soldadura previo.

Las figuras 15A a 15C ilustran un cálculo de una sección transversal de un cordón de soldadura simulado.

Las figuras 16A a 16C ilustran caracterizaciones de cordones de soldadura basándose en puntos de control calculados para un cordón de soldadura simulado dentro de un corte.

Las figuras 17A a 17F ilustran cordones de soldadura para cortes de múltiples tipos de piezas de trabajo y/o juntas basándose en puntos de control calculados.

La figura 18 ilustra un cálculo de un cordón de soldadura simulado y un baño de soldadura simulado a través de múltiples cortes.

La figura 19 ilustra un muestreo de una superficie visible de un resultado de soldadura para un corte.

La figura 20 ilustra una construcción de una malla triangular, que puede realizar el renderizador de cordón de la figura 2, para renderizar dos cortes adyacentes basándose en formas de cordón de soldadura poligonales calculadas para los cortes.

La figura 21 ilustra una construcción de una malla triangular, que puede realizar el renderizador de cordón de la figura 2, para renderizar un cordón de soldadura sobre múltiples cortes incluidos los cortes de la figura 20.

La figura 22A ilustra una proyección por el renderizador de cordón de la figura 2 de un resultado de soldadura sobre un espacio de imagen bidimensional.

La figura 22B ilustra un contorno de la porción de cordón de soldadura y un contorno de la porción de baño de soldadura tal como se proyectan sobre el espacio de imagen bidimensional de la figura 22A.

Las figuras 23A-23C ilustran vistas de una pasada de raíz calculada y renderizada usando los sistemas y métodos dados a conocer en el presente documento.

La figura 24 ilustra un corte sobre el que se realizan múltiples pasadas de soldadura simuladas para una única junta de soldadura.

La figura 25 es un diagrama de bloques de una implementación del modelador de piezas de trabajo 120 de la figura 1.

La figura 26 ilustra una parte que tiene una trayectoria de soldadura y múltiples filas de marcadores.

La figura 27 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina que puede ejecutar el modelador de piezas de trabajo de la figura 25 para crear una parte personalizada para su uso en operaciones de unión simuladas por el sistema de entrenamiento de soldadura de la figura 1.

La figura 28 es un diagrama de bloques de un sistema de entrenamiento de soldadura robótica que puede usarse para entrenar a un operario para programar un robot para realizar operaciones de unión sobre una pieza de trabajo simulando una actividad de unión robótica, según aspectos de esta divulgación.

La figura 29 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina 2900 que puede ejecutar el simulador de la figura 28 para simular un resultado de una operación de robot sobre una pieza de trabajo simulada.

La figura 30 es un diagrama de bloques de un sistema informático que puede usarse para implementar los sistemas y métodos dados a conocer en el presente documento.

Las figuras no están necesariamente a escala. Cuando sea apropiado, se usan números de referencia similares o idénticos para referirse a componentes similares o idénticos.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

Tradicionalmente, existen dos modos de entrenar a operarios y programar robots para operaciones de unión de robots como soldadura: Enseñanza por demostración y programación de robots fuera de línea.

La enseñanza por demostración es cara porque implica soldar o aplicar un material de polímero a una parte cara. La mayor parte del tiempo, programar el robot por demonstración implica usar un dispositivo de control de robot. Sin embargo, mover el robot a coordenadas precisas no es tan sencillo como con otros métodos. Esto es especialmente cierto con algunos sistemas basados en palanca de mando, donde no hay modo de introducir un valor numérico. La falta de precisión puede ser especialmente problemática en el caso de la soldadura donde la precisión es primordial. Por tanto, la enseñanza por demostración puede requerir ensayo y error significativo y es, por tanto, un método muy ineficaz.

En la programación fuera de línea convencional, los modelos virtuales completos no son capaces de representar el mundo real con una precisión adecuada. Puede ser necesario todavía que los programas desarrollados fuera de línea se alteren después de que se apliquen al robot real. Además, la programación fuera de línea lleva más tiempo en general. Aunque la programación fuera de línea reduce el tiempo de inactividad del robot, el programador debe dedicar un tiempo adicional al desarrollo de la simulación, así como a probarla en el robot real.

La invención se refiere a sistemas y métodos que proporcionan un sistema de realidad mixta que proporciona las ventajas de tanto la programación fuera de línea como de la enseñanza por demostración. Los sistemas y métodos dados a conocer en el presente documento proporcionan la disponibilidad y el realismo de la enseñanza al robot por demostración y la eficiencia de la virtualización de la unión de los materiales. Más específicamente, la invención se refiere a un método y a un sistema según las reivindicaciones del presente documento.

Los sistemas y métodos de ejemplo dados a conocer en el presente documento implican presentar y modelar piezas de trabajo de soldadura y cordones de soldadura en un entorno de entrenamiento simulado de realidad aumentada. Se describen ejemplos de sistemas, aparatos y métodos convencionales para proporcionar un entorno de entrenamiento simulado de realidad aumentada en la solicitud de patente estadounidense n.° 14/406.228, presentada como solicitud de patente internacional n.° PCT/ES2013/070315 el 17 de mayo de 2013, titulada “Advanced Device for Welding Training, Based on Augmented Reality Simulation, Which can be Updated Remotely”.

Un sistema dado a conocer para proporcionar un entorno de entrenamiento simulado de realidad aumentada incluye: (1) un sistema operativo que es capaz de soportar gráficos 3D (tridimensionales) y comunicaciones entre usuarios de un software de simulación, (2) implementación de métodos matemáticos y/o algoritmos que simulan procesos de soldadura en tres dimensiones, (3) software que gestiona un aula virtual y (4) una aplicación de realidad aumentada que simula un proceso de soldadura en una pieza de trabajo real. Mediante el uso de técnicas de realidad aumentada, las imágenes virtuales generadas por un ordenador se superponen o se transponen sobre entornos reales para definir y/o crear una realidad mixta que proporciona a los usuarios una herramienta para aprender diferentes técnicas de soldadura. En algunos ejemplos, el usuario (por ejemplo, soldador, aprendiz de soldadura) usa una pantalla montada en la cabeza comercial o personalizada, gafas de vídeo y/o cualquier otro dispositivo de visualización que lleve puesto el usuario. La pantalla o las gafas pueden estar integradas en una máscara de soldadura comercial, y presentan la realidad mixta a un usuario que lleva puesta la máscara de soldadura.

Los sistemas y métodos dados a conocer proporcionan una presentación visual simulada de piezas de trabajo de soldadura (también denominadas en el presente documento “cupones”) y cordones de soldadura que representa de manera realista el cordón de soldadura ejecutado. Por ejemplo, tales sistemas y métodos pueden reproducir defectos del cordón de soldadura de manera que un usuario pueda visualizar el defecto y comprender cómo y por qué se había producido. Como otro ejemplo, tales sistemas y métodos pueden distinguir entre diferentes técnicas usadas para formar una soldadura y representar cada soldadura de manera diferente.

En relación con la simulación convencional de operaciones de unión, los sistemas y métodos dados a conocer calculan correctamente la cantidad de material transferido desde el relleno hasta la pieza de trabajo, ajustan la concavidad o convexidad de la geometría del cordón para mejorar la precisión de la interacción entre diferentes pasadas, mejoran la representación de soldaduras tejidas, controlan el crecimiento no natural resultante de la falta de movimiento del soplete de soldadura, proporcionan una transición precisa entre el cupón y el cordón de soldadura, simulan con precisión la fusión de las piezas de trabajo base y los cordones de soldadura subyacentes.

Los sistemas y métodos dados a conocer aumentan sustancialmente la eficiencia del modelado y la simulación de las operaciones de unión, proporcionando de ese modo la capacidad de ejecutarse en dispositivos móviles y/o navegadores web anteriormente no usados que tienen menos potencia computacional, y/o de transportarse a sustancialmente cualquier plataforma. Los sistemas y métodos dados a conocer simplifican la creación e implementación de características y funcionalidades desarrolladas más adelante, tales como importación de piezas de trabajo de soldadura personalizadas y/o modelado de variables adicionales tales como adición de piezas de trabajo y/o materiales de relleno.

Los sistemas y métodos dados a conocer son modulares, en esos sistemas y métodos permiten cambios localizados sin afectar a toda la geometría de la pieza de trabajo o al resultado de la soldadura. Los sistemas y métodos dados a conocer calculan la geometría del cordón de soldadura basándose en parámetros de soldadura medidos de una manera iterativa, para ubicaciones individuales a lo largo del cordón de soldadura. El volumen de relleno añadido durante una etapa de simulación se añade al volumen ya presente (por ejemplo, de la pieza de trabajo original, de etapas anteriores, etc.). Los sistemas y métodos dados a conocer usan técnicas de conservación de masa para simular con precisión volúmenes de material depositado.

Los sistemas y métodos dados a conocer calculan la sección transversal del cordón de soldadura y el perfil lateral del cordón de soldadura por separado (por ejemplo, independientemente), y combinan la sección transversal y el perfil lateral calculados para determinar un volumen resultante. A diferencia de las técnicas de entrenamiento de soldadura convencionales, los sistemas y métodos dados a conocer calculan y representan tanto las superficies del cordón de soldadura como la penetración del cordón de soldadura en la pieza de trabajo. Las representaciones de la penetración del cordón de soldadura pueden mostrarse usando secciones transversales del cordón de soldadura en cualquier ubicación de corte. La simulación dada a conocer de la soldadura GTAW sin material de varilla de relleno, que puede ser particularmente útil para simular la soldadura de láminas delgadas de metal.

Los sistemas y métodos implementados por ordenador dados a conocer para la simulación de materiales de unión con o sin material de relleno incluyen: circuitería de procesamiento; y un dispositivo de almacenamiento legible por máquina que almacena instrucciones legibles por máquina que, cuando se ejecutan por la circuitería de procesamiento, hacen que la circuitería de procesamiento muestre una simulación visual de una operación de unión tridimensional dentro de un dominio de simulación simulando el dominio de simulación como un conjunto de cortes en sección transversal interconectados.

Algunos sistemas y métodos implementados por ordenador incluyen además uno o más sensores de imagen configurados para capturar imágenes de una pieza de trabajo física y una herramienta de unión física correspondiente a la operación de unión, en los que las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento simule el dominio de simulación basándose en las imágenes. En algunos ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento represente un resultado de unión para un grupo de cortes concatenados usando uno o más polígonos y datos de polígonos asociados. En algunos de tales ejemplos, los datos de polígonos asociados para el primero de los cortes comprenden al menos uno de: una indicación de si el polígono representa una pieza de trabajo, un cordón de relleno de junta o datos auxiliares; un número de pasada de junta; datos de defectos de junta para el primero de los cortes; presión aplicada; tiempo expuesto a entrada de calor fuente o aplicado para el primero de los cortes.

En algunos ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento muestre un material de unión simulado dentro de una visualización del dominio de simulación basándose en una ubicación del primero de los cortes, el uno o más polígonos y los datos de polígonos asociados. En algunos ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento muestre un resultado de la unión como una sección transversal de una pieza de trabajo simulada y un cordón de soldadura simulado basándose en los datos de soldadura simulados para uno de los cortes correspondientes a una ubicación de la sección transversal.

En algunos sistemas y métodos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento defina uno o más dominios de simulación con referencia a una pieza de trabajo, y permita la unión simulada de una o más juntas dentro de cada uno de los dominios de simulación. En algunos ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento muestren un resultado de la operación de unión (por ejemplo, soldadura) para al menos uno de los cortes desde cualquier perspectiva.

En algunos sistemas y métodos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento almacene los datos de simulación como datos vectoriales representativos de la operación de unión basándose en los cortes en sección transversal. En algunos de tales ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento renderice la pieza de trabajo y el cordón de relleno de junta basándose en los datos vectoriales para los cortes en sección transversal. En algunos ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento renderice la pieza de trabajo y el cordón de relleno de unión: generando una malla tridimensional basándose en los datos vectoriales; y mapeando al menos uno de información de color, información de tipo de superficie, información de zona afectada por calor, información de resistencia de zona afectada por calor, presión aplicada, tiempo expuesto a la fuente o información de baño de soldadura para la malla tridimensional.

En algunos sistemas y métodos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento calcule un volumen de material depositado y determine los datos vectoriales para los cortes en sección transversal basándose en el volumen calculado. En algunos de tales sistemas y métodos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento calcule el volumen de material depositado basándose en parámetros de simulación programados. En algunos sistemas y métodos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento calcule al menos una de una geometría de superficie o una penetración de cordón de soldadura para los cortes en sección transversal, e incluya la al menos una de la geometría de superficie o la penetración de cordón de soldadura en los datos vectoriales para los cortes en sección transversal.

En algunos sistemas y métodos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento: defina una junta de soldadura dentro del dominio de simulación; defina los respectivos marcos de referencia de corte para los cortes basándose en un marco de referencia de junta de la junta de soldadura; simule la operación de unión (por ejemplo, soldadura) para los cortes; y proyecte datos de simulación desde los cortes sobre la junta de soldadura para simular visualmente un cordón de soldadura resultante de la operación de unión (por ejemplo, soldadura). En algunos ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento simule la operación de unión (por ejemplo, soldadura) para cada uno de los cortes determinando una pluralidad de puntos de control en cada uno de los cortes basándose en los parámetros de unión. En algunos de tales ejemplos, los parámetros de soldadura incluyen al menos uno de: anchura del cordón de soldadura, altura del cordón de soldadura, convexidad o concavidad del cordón de soldadura, profundidad de refuerzo, profundidad de penetración, área reforzada, área penetrada o factor de dilución.

En algunos ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento defina una o más secuencias dentro de uno o múltiples dominios de simulación simultáneamente o una después de la otra dentro de una pieza de trabajo. En algunos sistemas y métodos, las instrucciones hacen que dos o más procesadores definan la misma pieza de trabajo y simulen simultáneamente operaciones de unión (por ejemplo, soldadura) separadas en diferentes dominios de simulación. En algunos sistemas y métodos, las instrucciones están configuradas para hacer que la circuitería de procesamiento muestre la simulación visual como una visualización de realidad mixta o una visualización de realidad aumentada, en la que solo se renderiza información asociada con el dominio de simulación para su visualización sobre una imagen capturada. En algunos ejemplos, las instrucciones hacen que la circuitería de procesamiento simule los cortes en sección transversal como secciones transversales bidimensionales de una operación de unión que está simulándose.

Los sistemas y métodos implementados por ordenador dados a conocer para la simulación de materiales de unión, con o sin material de relleno, incluyen: circuitería de procesamiento; y un dispositivo de almacenamiento legible por máquina que almacena instrucciones legibles por máquina que, cuando se ejecutan por la circuitería de procesamiento, hacen que la circuitería de procesamiento: simule una operación de unión tridimensional dentro de un dominio de simulación; y muestre una sección transversal de un resultado simulado de la operación de unión simulada en respuesta a la recepción de una selección de una ubicación de la sección transversal.

Algunos sistemas y métodos dados a conocer para generar piezas de trabajo de entrenamiento personalizadas para simulación basadas en partes físicas reales, incluyen: analizar un modelo tridimensional de una parte física para determinar un número de marcadores visuales según sea necesario y una colocación de los marcadores visuales en la parte física, basándose el número y la colocación de los marcadores visuales en la geometría de la parte física; y generar marcadores físicos representativos de los marcadores visuales determinados para la unión a la parte física basándose en la colocación determinada de los marcadores visuales.

En algunos sistemas y métodos, los marcadores incluyen códigos legibles por máquina, y la generación de los marcadores físicos incluye seleccionar los marcadores visuales para que representen códigos que tienen distancias de Hamming que cumplen con al menos un umbral inferior. Algunos sistemas y métodos incluyen además determinar una trayectoria de al menos una o más operaciones de unión simuladas que van a realizarse, basándose el número y la colocación de los marcadores visuales en la una o más operaciones de unión simuladas. En algunos de tales ejemplos, el análisis del modelo tridimensional incluye determinar el número de marcadores visuales, los tamaños de los marcadores visuales y la colocación de los marcadores visuales basándose en una razón entre 20 centímetros cuadrados de marcadores visuales por 1 centímetro de longitud de soldadura de entrenamiento y 30 centímetros cuadrados de marcadores visuales por 1 centímetro de longitud de soldadura de entrenamiento. Algunos de tales sistemas y métodos incluyen además determinar los tamaños respectivos de los marcadores visuales basándose en las distancias entre los marcadores visuales y la una o más operaciones de unión simuladas.

En algunos sistemas y métodos, el análisis del modelo tridimensional incluye determinar segundos marcadores configurados para aumentar un límite superior de distancia de visualización de la parte física. En algunos ejemplos, el análisis del modelo tridimensional incluye determinar el número de marcadores que son visibles simultáneamente en la parte física basándose en un límite superior de marcadores visibles simultáneamente. En algunos sistemas y métodos, el análisis del modelo tridimensional incluye determinar la colocación de los marcadores visuales basándose en una curvatura de la parte física.

En algunos sistemas y métodos, el análisis del modelo tridimensional incluye omitir una o más pegatinas basándose en un objeto presente en la parte física que interferiría con la colocación de una o más pegatinas. En algunos ejemplos, la generación de los marcadores físicos incluye imprimir pegatinas de los marcadores visuales. Algunos sistemas y métodos incluyen además generar instrucciones de colocación para unir los marcadores físicos a la parte física. En algunos sistemas y métodos, el análisis del modelo tridimensional incluye determinar el número de los marcadores visuales y la colocación de los marcadores visuales para proporcionar un tiempo de detección de marcadores menor que un tiempo umbral superior mediante el equipo de detección de marcadores.

Algunos sistemas y métodos incluyen además generar instrucciones de entrenamiento de soldadura basándose en una especificación de procedimiento de soldadura correspondiente a la parte física. Algunos sistemas y métodos incluyen además determinar una ubicación de al menos una o más superficies en las que van a realizarse operaciones de pintura simuladas en la parte física, basándose el número y la colocación de los marcadores visuales en la una o más superficies. En algunos sistemas y métodos, el análisis del modelo tridimensional incluye determinar el número de los marcadores visuales, los tamaños de los marcadores visuales y la colocación de los marcadores visuales basándose en una razón entre 1 centímetro cuadrado de marcadores visuales por al menos 5 centímetros cuadrados de la una o más superficies y 5 centímetros cuadrados de marcadores visuales por al menos 5 centímetros cuadrados de la una o más superficies. Algunos ejemplos incluyen además determinar los tamaños respectivos de los marcadores visuales basándose en las distancias entre los marcadores visuales y la una o más superficies.

Los sistemas y métodos implementados por ordenador dados a conocer para generar piezas de trabajo personalizadas para una simulación de realidad mixta incluyen: un procesador; y un medio legible por máquina acoplado al procesador y que almacena instrucciones legibles por máquina que, cuando se ejecutan, hacen que el procesador: analice un modelo tridimensional de una parte física para determinar un número de puntos clave visuales y una colocación de los marcadores visuales en la pieza de trabajo de entrenamiento de soldadura propuesta, basándose el número y la colocación de los marcadores visuales en una geometría de la parte física; y genere marcadores físicos representativos de los marcadores visuales determinados para la unión a la parte física basándose en la colocación determinada de los marcadores visuales.

Los sistemas y métodos implementados por ordenador dados a conocer para generar piezas de trabajo de entrenamiento de pintura por pulverización personalizadas incluyen un procesador; y un medio legible por máquina acoplado al procesador y que almacena instrucciones legibles por máquina que, cuando se ejecutan, hacen que el procesador: analice un modelo tridimensional de una pieza de trabajo de entrenamiento de pintura por pulverización para determinar un número de puntos clave visuales y una colocación de los marcadores visuales en la pieza de trabajo de entrenamiento de pintura por pulverización propuesta, basándose el número y la colocación de los marcadores visuales en una geometría de la pieza de trabajo de entrenamiento de pintura por pulverización; y genere marcadores físicos representativos de los marcadores visuales determinados para la unión a la pieza de trabajo de entrenamiento de pintura por pulverización basándose en la colocación determinada de los marcadores visuales.

Los sistemas y métodos dados a conocer para simular una aplicación robótica incluyen un sensor de imagen configurado para capturar imágenes de una pieza de trabajo de simulación física y un implemento de simulación física manipulado por un brazo robótico durante una operación simulada; y un simulador configurado para: calcular un resultado simulado basándose en las imágenes capturadas y basándose en las comunicaciones emitidas por el brazo robótico; y emitir una representación visual del resultado simulado.

En algunos sistemas y métodos, el simulador determina uno o más parámetros de soldadura basándose en la interpretación de marcadores visuales en las imágenes capturadas, y calcula el resultado simulado basándose en el uno o más parámetros de soldadura. En algunos ejemplos, el simulador determina uno o más parámetros basándose en las comunicaciones emitidas por el brazo robótico. Algunos sistemas y métodos incluyen además un intérprete de robot para convertir las comunicaciones del brazo robótico a un formato de comunicación de simulador. En algunos de tales ejemplos, las comunicaciones desde el brazo robótico incluyen un formato de bus de campo estandarizado.

Algunos sistemas y métodos incluyen además un controlador de robot para programar el robot para ejecutar la operación de soldadura simulada. En algunos ejemplos, el simulador está configurado para calcular el resultado simulado para cortes diferenciados de un dominio de simulación, comprendiendo los cortes diferenciados secciones transversales respectivas de la pieza de trabajo simulada. En algunos ejemplos, el simulador se acopla al brazo robótico usando una interfaz de fuente de alimentación de soldadura del brazo robótico. En algunos sistemas y métodos, el simulador genera una visualización de la pieza de trabajo y una junta en la pieza de trabajo, al menos uno de durante la operación simulada en un entorno de realidad mixta o después de la operación simulada en un entorno completamente digitalizado. En algunos de tales ejemplos, el simulador está configurado para transmitir el resultado simulado a un dispositivo remoto configurado para proporcionar una perspectiva diferente de la pieza de trabajo y la junta basándose en el resultado simulado. En algunos ejemplos, la operación simulada incluye una operación de soldadura simulada. En algunos ejemplos, la operación simulada incluye una operación de unión simulada. En algunos ejemplos, la operación simulada comprende una operación de pintura por pulverización simulada.

Los sistemas y métodos dados a conocer para simular una aplicación robótica incluyen: capturar, con uno o más sensores de imagen, imágenes de una pieza de trabajo de simulación física y un soplete de soldadura de simulación física manipulado por un brazo robótico durante una operación simulada; calcular, con un procesador, un resultado simulado basándose en las imágenes capturadas y basándose en las comunicaciones emitidas por el brazo robótico; y emitir una representación visual del resultado simulado.

Los sistemas y métodos dados a conocer para simular una aplicación robótica incluyen un sensor de imagen configurado para capturar imágenes de una pieza de trabajo de simulación física y un implemento de simulación física manipulado por un brazo robótico durante una operación simulada; un simulador configurado para: calcular un resultado simulado basándose en las imágenes capturadas y basándose en las comunicaciones emitidas por el brazo robótico; y transmitir el resultado simulado; y un dispositivo informático configurado para: recibir el resultado simulado; y generar una visualización del resultado simulado usando al menos una de las imágenes capturadas por el sensor de imagen o las segundas imágenes capturadas por el dispositivo informático.

La figura 1 es un diagrama de bloques de un sistema de entrenamiento de soldadura 100 que incluye la simulación de un resultado de soldadura basándose en la monitorización del rendimiento de la soldadura de entrenamiento. El sistema de entrenamiento de soldadura 100 puede usarse para proporcionar entrenamiento de soldadura a estudiantes y/u operarios de soldadura en múltiples tipos diferentes de piezas de trabajo. El sistema 100 puede adaptarse para realizar la simulación y visualización de otros tipos de técnicas de unión de piezas de trabajo, tales como soldadura fuerte o unión adhesiva. Por claridad y brevedad, se describen ejemplos a continuación con referencia a la soldadura.

El sistema de entrenamiento de soldadura 100 incluye un simulador 102, uno o más sensores de imagen 104, una o más pantallas 106 y una interfaz de simulador 108. El sistema de entrenamiento de soldadura 100 puede comunicarse con un servidor de entrenamiento 110 y/o una o más pantallas remotas 112, tal como por medio de una red 114.

El simulador 102 recibe datos del/de los sensor(es) de imagen 104, la interfaz de simulador 108 y/o el servidor de entrenamiento 110. El simulador 102 genera y simula un dominio de simulación como un conjunto de cortes bidimensionales en sección transversal interconectados del dominio de simulación. Al simular los cortes bidimensionales, el simulador 102 genera y muestra una operación de soldadura tridimensional dentro del dominio de simulación.

El simulador 102 puede enfocar la simulación solo dentro del dominio de simulación, que puede estar definido por una o más piezas de trabajo simuladas 116.

El/los sensor(es) de imagen 104 genera(n) imágenes para su uso por el simulador 102 en la determinación de parámetros de soldadura y/o el reconocimiento de una perspectiva de un soldador. Por ejemplo, el/los sensor(es) de imagen 104 puede(n) estar situado(s) y/u orientado(s) para obtener imágenes estereoscópicas representativas de un campo de visión del soldador para permitir que se generen imágenes de realidad aumentada a partir de la(s) imagen(es) capturada(s) y la simulación. Por ejemplo, el/los sensor(es) de imagen 104 y una o más pantallas 106 pueden estar situados en un casco de soldadura que lleva puesto el soldador. Cuando el soldador mira a la(s) pieza(s) de trabajo simulada(s) 116, el/los sensor(es) de imagen 104 captura(n) una vista igual o similar a la que vería el soldador a través de una lente de casco de soldadura típica.

El sistema de entrenamiento de soldadura 100 puede incluir una o más pantallas adicionales, que pueden estar situadas para que las observen otros además del soldador, tal como un instructor. En algunos ejemplos, la(s) pantalla(s) adicional(es) 106 muestra(n) la misma vista de realidad aumentada observada desde la perspectiva del soldador. En algunos otros ejemplos, la(s) pantalla(s) 106 muestra(n) parámetros de soldadura, información de ejercicios de entrenamiento de soldadura y/o cualquier otra información de entrenamiento de soldadura.

Tal como se describe en más detalle a continuación, la(s) pieza(s) de trabajo simulada(s) 116 y un soplete simulado 118 usados para ejercicios de entrenamiento de soldadura están provistos de marcadores que puede reconocer el sistema de entrenamiento de soldadura 100. El/los sensor(es) de imagen 104 observa(n) los marcadores cuando los marcadores están dentro del campo de visión del/de los sensor(es) de imagen 104. Cada uno de los marcadores contiene datos únicos que permiten una rápida identificación de la identidad del marcador, la determinación de la ubicación del marcador en la pieza de trabajo simulada 116 o el soplete simulado 118 (por ejemplo, por medio de un mapa de marcador a pieza de trabajo o un mapa de marcador a soplete) y/o la orientación del marcador para la determinación de la perspectiva del/de los sensor(es) de imagen 104.

La interfaz de simulador 108 incluye uno o más dispositivos de entrada, tales como diales, mandos, botones, interruptores y/o cualquier otro tipo de dispositivo de entrada, para permitir la entrada de instrucciones o datos en el simulador 102. Por ejemplo, la interfaz de simulador 108 permite la selección de un programa de entrenamiento de soldadura predeterminado, la programación de parámetros de soldadura, la selección de la pieza de trabajo simulada 116, la identificación del soldador u otro usuario y/o cualquier otra configuración del simulador 102.

Tal como se describe en más detalle a continuación, la simulación de soldadura dada a conocer implica definir y gestionar múltiples cortes de un dominio de soldadura para rastrear la estructura y/o forma de un cordón de soldadura u otro resultado de soldadura, y renderizar un cordón de soldadura simulado basándose en los datos asociados con los cortes.

El sistema de entrenamiento de soldadura 100 de la figura 1 puede recibir datos de piezas de trabajo personalizadas desde un modelador de piezas de trabajo 120. El modelador de piezas de trabajo 120 de la figura 1 genera piezas de trabajo de entrenamiento personalizadas para la simulación basándose en una parte física real 122, y proporciona datos representativos de las piezas de trabajo de entrenamiento personalizadas al sistema de entrenamiento de soldadura 100. Los datos representativos de las piezas de trabajo de entrenamiento personalizadas pueden incluir datos de geometría de piezas de trabajo (por ejemplo, un conjunto de puntos y/o funciones definidas con referencia a un marco de referencia de pieza de trabajo o un dominio de simulación), un archivo de disposición que especifica la disposición de marcadores sobre la parte física, especificaciones del procedimiento de soldadura para realizar secuencias de soldaduras de entrenamiento sobre la parte física y/o definiciones de trayectoria de soldadura que identifican las ubicaciones de soldaduras de entrenamiento que van a realizarse sobre la parte física.

La figura 2 es un diagrama de bloques de una implementación del simulador 102 de la figura 1. El simulador 102 recibe imágenes del/de los sensor(es) de imagen 104 y/o recibe parámetros de soldadura de la interfaz de simulador 108 y/o del servidor de entrenamiento 110. El simulador 102 incluye un detector de marcadores 202, un generador de marcos de referencia 204, un detector de parámetros de soldadura 206, un solucionador de soldadura 208, una base de datos de simulación 210, un gestor de cortes 212, un renderizador de sección transversal 214 y un renderizador de cordón 216.

El detector de marcadores 202 analiza imágenes generadas por el/los sensor(es) de imagen 104 para detectar marcadores presentes en las imágenes. Los marcadores indican la ubicación y/u orientación de la(s) pieza(s) de trabajo simulada(s) 116 y/o el soplete simulado 118 en relación con el/los sensor(es) de imagen 104 (por ejemplo, en relación con el punto de vista del soldador). Las figuras 3A y 3B ilustran piezas de trabajo físicas 302, 304 con marcadores 306 que puede reconocer el detector de marcadores 202. La figura 4 ilustra múltiples vistas de un soplete de entrenamiento físico 400 con marcadores 306 que puede reconocer el detector de marcadores 202. Cada uno de los marcadores 306 de las figuras 3A, 3B y 4 es único y tiene un tamaño conocido. Los marcadores 306 se mapean en posiciones predeterminadas en la(s) pieza(s) de trabajo simulada(s) 116 o el soplete simulado 118. Al identificar uno o más de los marcadores 306 dentro de una imagen, el detector de marcadores 202 puede determinar la porción de la(s) pieza(s) de trabajo 116 y/o el soplete 118 que son visibles, la distancia desde el/los sensor(es) de imagen 104 hasta la(s) pieza(s) de trabajo 116 y/o el soplete 118, la ubicación y/u orientación del soplete en relación con la(s) pieza(s) de trabajo 116 y/o la orientación de la(s) pieza(s) de trabajo 116 desde la perspectiva del/de los sensor(es) de imagen 104.

Las figuras 3C-3G ilustran partes personalizadas 308, 310, 314, 316, 318 que pueden estar provistas de marcadores para permitir la simulación usando el sistema de entrenamiento de soldadura 100 de la figura 1. En contraste con piezas de trabajo convencionales estandarizadas tales como juntas en T y juntas de tuberías, las partes personalizadas 308, 310, 314, 316, 318 de las figuras 3C-3G pueden tener una complejidad sustancial, incluida una variedad de diferentes tipos de formas y trayectorias de juntas. Tal como se describe en más detalle a continuación, las partes personalizadas 308, 310, 314, 316, 318 pueden modelarse en el simulador 102 usando conjuntos de puntos y/o funciones matemáticas dentro de un dominio de simulación o marco de referencia de pieza de trabajo.

Las juntas de ejemplo 312 que pueden definirse para las partes personalizadas 308, 310, 314, 316, 318 se ilustran en las figuras 3C-3G. Las juntas 312 pueden simularse según una especificación de procedimiento de soldadura asociada con las partes 308, 310, 314, 316, 318. Tal como se describe en más detalle a continuación, las partes físicas 122 correspondientes a las partes personalizadas 308, 310 pueden estar provistas de marcadores físicos (por ejemplo, los marcadores 306 de las figuras 3A y 3B) para permitir que el simulador determine las porciones de las partes personalizadas 308, 310, 314, 316, 318 que están observándose en un momento dado.

Las juntas de ejemplo que pueden incluirse en una parte personalizada incluyen, pero no se limitan a: para juntas a tope: ranuras cuadradas individuales, ranuras en V individuales, ranuras en U individuales, ranuras en V abocinadas y/o juntas a tope con reborde; para juntas en T: filetes, filetes de bisel individuales y/o filetes de bisel abocinados, incluidas juntas en ángulo diedro; para juntas solapadas: filetes, filetes de bisel individuales y/o filetes de bisel en J; para juntas de esquina: esquinas exteriores de ranura cuadrada, esquinas exteriores de ranura en V, esquinas exteriores de filete, esquinas exteriores de ranura en U y/o bordes en una esquina con reborde, que pueden incluir biseles asimétricos; para juntas de borde: ranuras cuadradas, ranuras de bisel, ranuras en V, ranuras en J, ranuras en U y/o ranuras en V abocinadas; biseles abocinados de tubería para juntas de tubería a placa; soldaduras de tapón; soldaduras de rendijas; soldaduras de superficie; y/o soldaduras usando placas de refuerzo.

Volviendo a la figura 2, el detector de marcadores 202 proporciona información de detección al generador de marcos de referencia 204 y al detector de parámetros de soldadura 206. La información de detección puede incluir las identidades y/o características de uno o más marcadores identificados.

El generador de marcos de referencia 204 genera un marco de referencia para el solucionador de soldadura 208 basándose en la(s) pieza(s) de trabajo 106. Por ejemplo, el generador de marcos de referencia 204 puede usar un sistema de coordenadas X, Y, Z que se define con respecto a la pieza de trabajo, que corresponde a la(s) pieza(s) de trabajo física(s) 116. La figura 5 ilustra secciones transversales de piezas de trabajo 502, 504, y parámetros que puede usar el generador de marcos de referencia 204 de la figura 2 para definir una pieza de trabajo. El generador de marcos de referencia 204 puede definir piezas de trabajo básicas capaces de extrusión matemática usando parámetros tales como grosor de placa 506, grosor de cara de raíz 508, longitud de abertura de raíz 510, un ángulo de bisel 512 y/o una forma de bisel. Las formas de bisel incluyen sin corte, corte en V, corte en U, simétrica y/o asimétrica. Adicional o alternativamente, pueden definirse piezas de trabajo básicas usando un conjunto de puntos dentro del sistema de coordenadas.

El generador de marcos de referencia 204 puede definir una sección transversal de pieza de trabajo usando los parámetros, y extruir la sección transversal para definir la forma tridimensional completa de la pieza de trabajo. La figura 6 ilustra una extrusión de una sección transversal de pieza de trabajo 602 que puede realizar el generador de marcos de referencia 204 de la figura 2 para formar una pieza de trabajo resultante 604. En la figura 6, el generador de marcos de referencia 204 extruye la sección transversal en forma de ranura 602 a lo largo de un círculo para formar la pieza de trabajo en forma de tubería 604.

El generador de marcos de referencia 204 define la pieza de trabajo con referencia a un dominio de simulación y/o un marco de referencia de pieza de trabajo. El marco de referencia de pieza de trabajo puede ser un sistema de coordenadas, tal como un sistema de coordenadas X, Y, Z que tiene un punto designado como punto de origen (0, 0, 0). El generador de marcos de referencia 204 define otros marcos de referencia con respecto al marco de referencia de pieza de trabajo (por ejemplo, el dominio de simulación). La figura 7 ilustra marcos de referencia que puede generar el generador de marcos de referencia 204 para realizar una simulación usando la pieza de trabajo 604 de la figura 6. Tal como se ilustra en la figura 7, el generador de marcos de referencia 204 define un marco de referencia de pieza de trabajo 702 con vectores X, Y y Z. El marco de referencia de pieza de trabajo 702 genera la pieza de trabajo 604 basándose en el marco de referencia de pieza de trabajo 702. El marco de referencia de pieza de trabajo 702 es absoluto, ya que ninguno de los vectores X, Y o Z cambia durante la simulación.

El generador de marcos de referencia 204 define un marco de referencia de junta de soldadura 704 en relación con el marco de referencia de pieza de trabajo 702. Una junta de soldadura 706 se define (por ejemplo, basándose en una soldadura de entrenamiento especificada, una especificación de procedimiento de soldadura, etc.) dentro del marco de referencia de pieza de trabajo 702, y el marco de referencia de junta de soldadura 704 se especifica con referencia a la junta de soldadura 706. La junta de soldadura 706 discurre alrededor de la circunferencia de la pieza de trabajo 604. En el ejemplo de la figura 7, el vector Y local y/o el vector X local del marco de referencia de junta de soldadura 704 pueden cambiar con respecto al marco de referencia de pieza de trabajo 702, mientras que el vector Z local permanece igual entre los marcos de referencia 702, 704. Aunque en la figura 7 se muestran una junta de soldadura 706 y un marco de referencia de junta de soldadura 704, el generador de marcos de referencia 204 puede incluir cualquier número de juntas de soldadura y marcos de referencia de junta de soldadura correspondientes.

La junta de soldadura 706 se modela usando varios cortes que son perpendiculares a la junta de soldadura 706 en cada punto. Los cortes pueden estar situados a intervalos de muestreo respectivos a lo largo de la junta de soldadura, y puede considerarse que son bidimensionales y/o que tienen una anchura equivalente a la distancia entre los intervalos de muestreo. El generador de marcos de referencia 204 define, para cada uno de los cortes, un marco de referencia de corte 708. El marco de referencia de corte 708 se define con referencia al marco de referencia de junta de soldadura 704. Como resultado, los vectores X, Y y/o Z locales del marco de referencia de corte 708 pueden diferir de los vectores X, Y y/o Z locales del marco de referencia de pieza de trabajo 702 y/o el marco de referencia de junta de soldadura 704. En el ejemplo de la figura 7, para un punto dado a lo largo de la junta de soldadura 706, el vector Y local y/o el vector X local del marco de referencia de corte 708 pueden cambiar con respecto al marco de referencia de pieza de trabajo 702 y/o con respecto al marco de referencia de junta de soldadura, mientras que el vector Z local permanece igual entre los marcos de referencia 702, 704, 706.

La figura 8 ilustra juntas de soldadura y marcos de referencia de junta de soldadura correspondientes que pueden definir el generador de marcos de referencia 204 de la figura 2 para una pieza de trabajo de tipo placa de ejemplo 800. Para simular la soldadura de una pieza de trabajo, el generador de marcos de referencia 204 define una o más juntas de soldadura 802, 804, 806 en la pieza de trabajo. Para el fin de simulación, las juntas de soldadura 802, 804, 806 se definen por trayectorias de junta 808, 810, 812 yzonas de junta 814, 816, 818.

Cada una de las trayectorias de junta 808, 810, 812 es una curva en el espacio tridimensional que define la línea central de la junta 802, 804, 806. Las trayectorias de junta pueden expresarse como expresiones matemáticas simples (por ejemplo, una línea recta, un círculo, etc.), una función polinómica, una secuencia de puntos y/o cualquier otra técnica. Las zonas de junta 814, 816, 818 definen las áreas alrededor de las trayectorias de junta 808, 810, 812 que pueden soldarse. En algunos ejemplos, la simulación se limita a las zonas de junta 814, 816, 818. Uno o más cordones de soldadura pueden colocarse o realizarse dentro de una junta de soldadura 802, 804, 806 (por ejemplo, una o más pasadas de una soldadura).

Como se ilustra en la figura 8, pueden definirse múltiples juntas de soldadura 802, 804, 806 en una pieza de trabajo. Tal como se ilustra en la figura 7, pueden definirse juntas de soldadura en bucle, en las que toda la circunferencia puede soldarse sin un hueco. El generador de marcos de referencia 204 puede colocar juntas de soldadura en cualquier lugar sobre la pieza de trabajo. El generador de marcos de referencia 204 define un marco de referencia de junta de soldadura 820, 822, 824, en relación con un marco de referencia de pieza de trabajo 826, para cada una de las juntas de soldadura 802, 804, 806.

Pueden expresarse marcos de referencia de junta como matrices de transformación respectivas. El generador de marcos de referencia 204 define transformaciones que mapean el espacio de junta de soldadura (por ejemplo, marcos de referencia de junta de soldadura) en el espacio de pieza de trabajo (por ejemplo, el marco de referencia de pieza de trabajo), así como transformaciones inversas desde el espacio de pieza de trabajo hasta el espacio de junta de soldadura. Se crea un dominio de simulación para cada junta de soldadura. El dominio de simulación es una estructura de datos que contiene los datos para la simulación de la soldadura de esa junta de soldadura. El dominio de simulación puede almacenarse en, por ejemplo, la memoria principal del ordenador (RAM) durante la ejecución de la simulación.

El generador de marcos de referencia 204 determina una transformación de un sistema de coordenadas designado (por ejemplo, un sistema de coordenadas X, Y, Z) a las imágenes. El renderizador de cordón 216 determina, basándose en la información de detección, la posición y/u orientación de un dominio de simulación dentro de las imágenes. Cuando se renderiza el cordón de soldadura (tal como se comenta en más detalle a continuación), el renderizador de cordón 216 renderiza el cordón de soldadura basándose en la determinación de una locación y/u orientación del espacio de pieza de trabajo dentro de la imagen y la aplicación de las transformaciones apropiadas a espacios de junta y espacios de corte para renderizar la perspectiva para que coincida con la(s) imagen(es) capturada(s).

La figura 9 ilustra una junta de soldadura 902 y un corte 904 que puede definir el generador de marcos de referencia 204 de la figura 2 para una pieza de trabajo de tipo junta en T 900. La junta de soldadura de ejemplo 902 tiene una trayectoria de soldadura 906 que se define como una línea recta (por ejemplo, a lo largo de una costura entre dos piezas de la pieza de trabajo 900). Para generar cortes, la junta de soldadura 902 se muestrea a intervalos regulares o irregulares. En cada intervalo de muestra, el generador de marcos de referencia 204 define un corte (por ejemplo, el corte 904) que tiene un plano de corte. El intervalo de muestreo puede configurarse dependiendo de la precisión deseada. Un intervalo de muestreo es de 50 muestras por 2,54 cm (1 pulgada). El generador de marcos de referencia 204 puede proporcionar las definiciones de corte (por ejemplo, como una función o transformación del espacio de junta de soldadura y/o como una función o transformación del espacio de pieza de trabajo) al gestor de cortes 212 de la figura 2. Para cada corte, el generador de marcos de referencia 204 define un plano para que sea perpendicular a la trayectoria de la junta y representa la sección transversal de la pieza de trabajo y cualquier cordón de soldadura en ese punto a lo largo de la trayectoria de soldadura.

Cada corte tiene un sistema de coordenadas bidimensional y un marco de referencia. La posición y orientación de un corte dado dentro del marco de referencia tridimensional de la junta de soldadura puede expresarse como una matriz de transformación (por ejemplo, una matriz de transformación 4x4). La figura 10A ilustra un sistema de coordenadas 1000 que puede usar el gestor de cortes 212 de la figura 2 para el corte 904 en la pieza de trabajo de la figura 9. Tal como se describe en más detalle a continuación, el resultado de una simulación de soldadura (por ejemplo, tal como se determina por el solucionador de soldadura 208 de la figura 2) se representa dentro del corte 904 usando puntos de control y polígonos. Los puntos de control y polígonos se definen y/o almacenan con referencia al sistema de coordenadas 1000, a partir del cual los datos pueden transformarse al espacio de junta y/o espacio de pieza de trabajo para la renderización del cordón de soldadura resultante. El sistema de coordinación 1000 para un corte se denomina en el presente documento “espacio de corte”. El generador de marcos de referencia 204 define una proyección que mapea el espacio de corte al espacio de junta tridimensional y/o define una proyección inversa.

El gestor de cortes 212 almacena una representación de los datos de sección transversal de cada corte usando polígonos con interpolación lineal de segmentos. En algunos ejemplos, los polígonos se definen a través de secuencias de puntos en dos dimensiones, y puede definirse que están siempre cerrados. El gestor de cortes 212 almacena polígonos con datos asociados. Los datos de polígonos incluyen: si el polígono representa el cupón, el cordón de soldadura o datos auxiliares; un número de pasadas (por ejemplo, número de cordones) del polígono; una probabilidad de defectos de soldadura simulados tales como porosidad o grietas en el polígono; entrada de calor aplicado; y/o datos adicionales almacenados por segmento de polígono, tal como una secuencia de cortes que representan el volumen de la pieza de trabajo simulada y todos los cordones de soldadura dentro del área de junta de soldadura.

El gestor de cortes 212 almacena datos de cortes usando datos de vectores para la eficiencia de almacenamiento. En algunos ejemplos, el gestor de cortes 212 comprime los datos de cortes (por ejemplo, los datos de vectores) para una eficiencia de almacenamiento adicional. La eficiencia de almacenamiento permite que el gestor de cortes 212 transmita datos de cortes a través de una red a uno o más dispositivos remotos (por ejemplo, por medio de la red 114 de la figura 1, por medio de Internet, etc.) en sustancialmente tiempo real. Por ejemplo, el software del instructor puede recibir los datos del simulador 102 y renderizar el cordón de soldadura localmente basándose en los datos de cortes recibidos. Adicional o alternativamente, puede usarse un dispositivo móvil ubicado próximo a la pieza de trabajo simulada para proporcionar la visión del soldador o una visión separada basándose en la perspectiva del dispositivo móvil, recibiendo los datos de cortes en tiempo real desde el simulador 102. Los componentes de análisis que generan los datos volumétricos que representan el corte pueden separarse de los componentes de renderización gráfica y, por tanto, pueden tener un tamaño considerablemente más pequeño que los sistemas de simulación convencionales. En algunos ejemplos, el gestor de cortes 212 crea volúmenes usando secuencias de múltiples cortes, en los que cada uno de los cortes en la secuencia almacena una sección transversal en un punto respectivo a lo largo del cordón de soldadura.

Los métodos y sistemas de simulación dados a conocer que usan la estructura de datos de cortes tienen múltiples beneficios en comparación con técnicas de simulación de soldadura convencionales. Por ejemplo, la estructura de datos de cortes mejora la escalabilidad de la simulación, permitiendo que la simulación se realice a diferentes resoluciones dependiendo de los recursos y capacidades disponibles del sistema. En algunos ejemplos, el cálculo de polígonos puede implementarse completamente en una CPU, sin el uso de la GPU. La GPU puede usarse entonces para realizar renderización, sombreado y/u otras técnicas gráficas basándose en los recursos de GPU disponibles. Los métodos y sistemas de simulación dados a conocer que usan la estructura de datos de cortes también mejoran la eficiencia de simulación, lo que permite la transmisión en tiempo real de datos a través de una red a otros dispositivos (por ejemplo, el/los dispositivo(s) remoto(s) 114 de la figura 1). La estructura de datos de cortes puede renderizarse entonces desde el mismo punto de vista o incluso desde un punto de vista diferente al del soldador (por ejemplo, desde el punto de vista de un observador), porque los datos de cortes se proporcionan sin renderización, lo que reduce sustancialmente las cargas de procesamiento y/o transmisión de datos en el simulador 102.

Los métodos y sistemas de simulación dados a conocer que usan la estructura de datos de cortes pueden dar como resultado una movilidad mejorada de los sistemas de simulación. Por ejemplo, los métodos de simulación dados a conocer son adecuados para su implementación en dispositivos móviles y/o cualquier otro dispositivo informático adecuado (por ejemplo, usando un procesador del dispositivo informático e instrucciones almacenadas en la memoria del dispositivo informático). Tales métodos y/o sistemas de simulación pueden generar la forma simplificada del cordón de soldadura, lo que permite usar un reproductor de módulos de análisis sin la necesidad de descargar los datos desde un servicio externo.

Los métodos y sistemas de simulación dados a conocer que usan la estructura de datos de cortes permiten múltiples juntas de soldadura en un único cupón y la simulación de juntas de soldadura con geometría compleja. La estructura de datos de cortes separa la forma del cordón de soldadura simulado en una sección transversal y un perfil lateral. Cada uno de la sección transversal y el perfil lateral puede calcularse por separado y/o combinarse en una fase posterior para producir un volumen final de cordón de soldadura. La estructura de datos de cortes permite almacenar los lados orientados hacia delante y hacia atrás de la unión de soldadura, permitiendo la inspección, simulación y soldadura de una unión desde múltiples lados. Por ejemplo, algunos procesos de soldadura que requieren soldar una pasada de raíz desde ambos lados pueden realizarse usando los métodos y sistemas de simulación dados a conocer.

Los métodos y sistemas de simulación dados a conocer que usan la estructura de datos de cortes mejoran la flexibilidad del sistema de simulación, incluido permitir el uso de piezas de trabajo más complejas (por ejemplo, personalizadas y/o no estándar). Tales piezas de trabajo personalizadas pueden tener múltiples juntas de soldadura con una variedad de procedimientos de soldadura, y pueden ser particularmente útiles para entrenar a los soldadores a soldar las partes que se soldarán realmente en un taller u otro entorno de fabricación. Las modificaciones de la geometría del cupón de base, así como de todos los cordones de soldadura subyacentes, pueden almacenarse y visualizarse. La flexibilidad en el diseño de la pieza de trabajo también es útil para simular procesos de soldadura GTAW, en los que el baño de soldadura podría formarse a partir del metal fundido de la pieza de trabajo (por ejemplo, en lugar del relleno). La flexibilidad también es útil para simular piezas de trabajo delgadas y/o simular la soldadura de ciertos materiales tales como aluminio, donde existe un riesgo real de deformación de la pieza de trabajo. Los sistemas y métodos dados a conocer pueden simular, almacenar y/o visualizar perforaciones de la pieza de trabajo de base y/o de cualquiera o todos los cordones de soldadura subyacentes, lo que es útil para simular piezas de trabajo delgadas para las que la perforación de la pieza de trabajo es un riesgo sustancial.

Para cada pasada de soldadura, los sistemas y métodos dados a conocer almacenan el volumen del cordón de soldadura simulado. Los datos del cordón de soldadura se almacenan como polígonos y, por tanto, ya se almacenan eficazmente. Además, pueden almacenarse datos adicionales para cualquier punto a lo largo del cordón de soldadura. Tales datos adicionales podrían incluir una probabilidad de defectos de soldadura simulados (por ejemplo, porosidad) y/o una probabilidad de entrada de calor aplicada simulada. Los ejemplos dados a conocer también proporcionan la capacidad de deshacer la totalidad o parte del cordón de soldadura (por ejemplo, eliminando el cordón de soldadura simulado en orden inverso del que se creó el cordón de soldadura) almacenando cambios en los cortes entre muestras y/o entre pasadas. La capacidad de deshacer permite una revisión de pasadas anteriores por el soldador después de que se haya realizado una pasada posterior.

Los sistemas y métodos dados a conocer permiten la visibilidad y el examen de secciones transversales de soldadura y/o entalladuras. Debido a que los cortes se extienden a través de una sección transversal de la pieza de trabajo, así como a través de los cordones y/o pasadas de soldadura, los sistemas y métodos dados a conocer pueden mostrar una sección transversal para cualquier corte (por ejemplo, cualquier punto de muestra) a lo largo del cordón de soldadura. Dichos sistemas y métodos también pueden mostrar la sección transversal del cordón de soldadura en formación en sustancialmente tiempo real, mientras que el estudiante está soldando.

La figura 10B ilustra una estructura de datos de un corte 1002 de una pieza de trabajo de junta en T 1004. El corte 1002 es una representación visual de una estructura de datos que incluye primeros polígonos 1006 que representan la pieza de trabajo 1004, y segundos polígonos 1008 que representan el cordón de soldadura. Los primeros polígonos 1006 incluyen datos que indican que los primeros polígonos 1006 son representativos de la pieza de trabajo 1004, y los segundos polígonos 1008 incluyen datos que indican que los segundos polígonos 1008 son representativos del cordón de soldadura. Los primeros y segundos polígonos 1006, 1008 se definen usando puntos de control y/o ecuaciones, con referencia a un sistema de coordenadas (por ejemplo, el sistema de coordenadas 1000 de la figura 10A).

La figura 10C ilustra una estructura de datos de otro corte 1010 de la pieza de trabajo de junta en T, que incluye polígonos 1012, 1014 asociados con diferentes cordones de soldadura (y polígonos asociados con la pieza de trabajo). Como en la figura 10B, los polígonos 1012, 1014 se definen usando puntos de control y/o ecuaciones, con referencia a un sistema de coordenadas (por ejemplo, el sistema de coordenadas 1000 de la figura 10A). Sin embargo, los polígonos 1012, 1014 pertenecen a diferentes cordones de soldadura, de manera que los polígonos 1012, 1014 pueden tener diferentes transformaciones con respecto a los marcos de referencia de cordones de soldadura separados.

La figura 10D ilustra una estructura de datos de aún otro corte 1016 de una pieza de trabajo en forma de Y, que incluye polígonos 1018, 1020, 1022 (y polígonos asociados con la pieza de trabajo). Como en las figuras 10B y 10C, los polígonos 1018, 1020, 1022 se definen usando puntos de control y/o ecuaciones, con referencia a un sistema de coordenadas (por ejemplo, el sistema de coordenadas 1000 de la figura 10A). Sin embargo, los polígonos 1018, 1020, 1022 pertenecen cada uno a un cordón de soldadura diferente, de manera que los polígonos 1018, 1020, 1022 pueden tener diferentes transformaciones con respecto a los marcos de referencia de cordones de soldadura separados.

Volviendo a la figura 2, cuando el espacio de pieza de trabajo, las juntas de soldadura, el espacio de junta de soldadura, los cortes y/o los marcos de referencia de cortes se han generado para una simulación de entrenamiento de soldadura, el simulador 102 puede simular una operación de soldadura. En algunos ejemplos, la simulación de soldadura se produce en respuesta a un inicio de la simulación por el soldador. Por ejemplo, el soldador puede pulsar un botón de “ iniciar simulación” en la interfaz de simulador 108, apretar un disparador en el soplete simulado 118 y/o iniciar de otro modo la simulación.

La figura 11 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina de ejemplo 1100 que puede ejecutar el simulador 102 de la figura 2 para simular un resultado de una soldadura de entrenamiento. El simulador 102 y/o las instrucciones 1100 pueden implementarse mediante el sistema informático 3000 de la figura 30. Las instrucciones 1100 de la figura 11 pueden ejecutarse como etapas iterativas para proporcionar una sensación al usuario de una simulación continua. Cada etapa de simulación (o trama) actualiza los datos de cordón de soldadura y pieza de trabajo simulados (por ejemplo, datos de cortes) para un diferencial de tiempo particular. Una velocidad de trama o velocidad de etapa de ejemplo puede ser de aproximadamente 60 tramas por segundo.

En el bloque 1102, el detector de parámetros de soldadura 206 calcula parámetros de soldadura de entrada. Por ejemplo, el detector de parámetros de soldadura 206 determina parámetros de soldadura basándose en imágenes capturadas por el/los sensor(es) de imagen 104 y/o marcadores reconocidos en las imágenes. Por ejemplo, usando la información de marcadores, el detector de parámetros de soldadura 206 detecta la velocidad de desplazamiento (por ejemplo, cambios en la ubicación del soplete en relación con la pieza de trabajo, basándose en el reconocimiento de marcadores), el ángulo de trabajo, el ángulo de desplazamiento, la longitud del arco y/o la distancia de la punta de contacto al trabajo. El detector de parámetros de soldadura 206 proporciona los parámetros de soldadura detectados al solucionador de soldadura 208 a una velocidad de muestreo designada.

Además de los parámetros de soldadura detectados visualmente, los parámetros de soldadura programados afectan al resultado de la simulación. Los parámetros de soldadura programados incluyen valores de fuente de alimentación tales como el tipo de proceso de soldadura (por ejemplo, SMAW, GMAW, FCAW, GTAW, etc.), el voltaje de soldadura, la corriente de soldadura, la velocidad de alimentación de alambre, el tipo de electrodo, la composición del electrodo, el tipo de gas de soldadura y/o la velocidad de flujo del gas de soldadura. El solucionador de soldadura 208 puede determinar y/o recibir los parámetros de soldadura programados.

En el bloque 1104, el solucionador de soldadura 208 calcula una sección transversal del cordón de soldadura simulado basándose en los parámetros de soldadura de entrada para cortes afectados. Por ejemplo, el solucionador de soldadura 208 calcula de manera iterativa la sección transversal del cordón de soldadura simulado (por ejemplo, para cada corte afectado por el arco simulado en un momento dado) y calcula las características del baño de soldadura, basándose en los parámetros de entrada. A continuación se describe una implementación de ejemplo del bloque 1104 con referencia a la figura 12.

En el bloque 1106, el solucionador de soldadura 208 soluciona una forma y volumen de baño de soldadura basándose en las secciones transversales de cortes afectados. Por ejemplo, el solucionador de soldadura 208 puede usar las secciones transversales de los cortes y/o una forma esperada de un baño de soldadura para simular una forma resultante del baño de soldadura. A continuación se describe una implementación del bloque 1106 con referencia a la figura 13.

Para calcular las secciones transversales y el baño de soldadura, el solucionador de soldadura 208 accede a la base de datos de simulación 210 usando los parámetros de entrada y los datos de una o más iteraciones anteriores. Por ejemplo, iteraciones anteriores pueden determinar una forma de la pieza de trabajo y el relleno, a la que puede añadirse un nuevo relleno durante una iteración posterior.

La base de datos de simulación 210 de la figura 2 incluye una tabla de consulta que mapea combinaciones de parámetros de entrada y datos de polígonos a formas de baño de soldadura y/o resultados de soldadura. La base de datos de simulación 210 puede rellenarse basándose en datos de prueba empíricos, modelado por ordenador y/o cualquier otro método de determinación de relaciones entre parámetros de entrada, datos de polígonos, formas baño de soldadura y/o resultados de soldadura disponibles. El solucionador de soldadura 208 consulta la base de datos de simulación 210 en cada iteración o muestra, usando parámetros de entrada detectados incluidos parámetros de soldadura detectados y/o parámetros de soldadura programados.

Además de consultar la base de datos de simulación 210, el solucionador de soldadura 208 aplica reglas para evaluar y determinar el resultado de soldadura en un punto dado durante la simulación de soldadura. Los datos de cortes (por ejemplo, sección transversal de soldadura) se representan en términos simplificados, usando puntos de control y relaciones entre los puntos de control.

La figura 12 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina 1200 que puede ejecutar el solucionador de soldadura 208 de la figura 2 para calcular una sección transversal de un cordón de soldadura simulado. El solucionador de soldadura 208 y/o las instrucciones 1200 pueden implementarse por el sistema informático 3000 de la figura 30.

Las instrucciones 1200 pueden ejecutarse para implementar el bloque 1104 de la figura 11 para calcular una sección transversal del cordón de soldadura simulado basándose en los parámetros de soldadura de entrada para cortes afectados. Las instrucciones 1200 se describen a continuación con referencia a un único corte de un conjunto de cortes afectados durante una sola etapa de la soldadura simulada, pero se ejecutan casos de las instrucciones 1200 (por ejemplo, en serie y/o en paralelo) para cada uno de los cortes afectados en la etapa. Las figuras 15A-15C ilustran uno de calcular un polígono para una sección transversal (por ejemplo, un corte 1502) durante una simulación. El proceso ilustrado en las figuras 15A-15C puede realizarse para múltiples cortes en cada etapa de la simulación. Las figuras 15A-15C se comentan a continuación con referencia a las instrucciones 1200 de la figura 12.

En el bloque 1202 de la figura 12, el solucionador de soldadura 208 muestrea superficie(s) próxima(s) a la fuente de depósito de soldadura. La figura 15A ilustra el muestreo de una superficie 1504 alrededor de una fuente de depósito de soldadura 1506 (por ejemplo, un electrodo). Tal como se ilustra en la figura 15A, el solucionador de soldadura 208 muestrea la superficie en múltiples intervalos, lo que incluye muestrear una pieza de trabajo 1508 y cualquier superficie de cordón de soldadura que pueda estar presente (de etapas anteriores).

Después del muestreo, el solucionador de soldadura 208 determina un conjunto de puntos de control para cada corte afectado. En el bloque 1204, el solucionador de soldadura 208 determina si la iteración actual es la primera iteración (por ejemplo, para la etapa de simulación actual). Si la iteración actual es la primera iteración (bloque 1204), en el bloque 1206 el solucionador de soldadura 208 coloca puntos de control para el corte basándose en los parámetros de soldadura usando valores por defecto. Los valores por defecto pueden determinarse usando una o más reglas. En el bloque 1208, el solucionador de soldadura 208 genera un contorno de sección transversal a partir de los puntos de control.

Si la iteración actual no es la primera iteración (bloque 1204), en el bloque 1210 el solucionador de soldadura 208 coloca puntos de control para el corte basándose en los parámetros de soldadura usando puntos de control de una o más iteraciones anteriores. En el bloque 1212, el solucionador de soldadura 208 genera un contorno de sección transversal a partir de los puntos de control y datos de la(s) iteración/iteraciones anterior(es).

La figura 15B ilustra una colocación de puntos de control 1510. La figura 15B ilustra una primera iteración (por ejemplo, bloques 1206, 1208), en la que el solucionador de soldadura 208 coloca puntos de control 1510 basándose en valores por defecto. Para iteraciones posteriores, los puntos de control se colocan basándose en datos de una o más iteraciones anteriores (véase la figura 15C para puntos de control 1512 establecidos durante una iteración posterior (por ejemplo, bloques 1210, 1212). Los puntos de control funcionan como una forma intermedia de la sección transversal del cordón de soldadura dentro del corte.

El solucionador de soldadura 208 genera un polígono de sección transversal basándose en los puntos de control. La figura 15C ilustra una generación del contorno de sección transversal 1514 a partir de puntos de control y datos a partir de cero o más iteraciones anteriores. El solucionador de soldadura 208 puede añadir y/o eliminar puntos de control 1510, 1512 y relaciones entre puntos de control según sea necesario para representar la sección transversal (por ejemplo, limitada por el área de sección transversal determinada anteriormente). El solucionador de soldadura 208 puede procesar la forma intermedia a una mayor resolución que los datos almacenados para mejorar la calidad de la forma del cordón de soldadura resultante.

Después de generar el contorno de sección transversal (bloque 1208 o bloque 1212), en el bloque 1214 el solucionador de soldadura 208 calcula un área dentro del contorno de sección transversal que no se ocupó durante la etapa de simulación anterior. El área que no se ocupó anteriormente representa un volumen añadido (por ejemplo, debido a metal de relleno añadido). Por ejemplo, el solucionador de soldadura 208 calcula un volumen de material depositado a partir del relleno usando una tasa de depósito de relleno (por ejemplo, una tasa de depósito programada tal como velocidad de alimentación de alambre, un valor observado basado en cambios en la longitud del arco y/o CTWD usando información visual, y/o una combinación de tasa de depósito programada y datos observados visualmente) y la velocidad de desplazamiento del soplete simulado 118 (por ejemplo, datos observados visualmente). El solucionador de soldadura 208 determina un área correspondiente en cortes afectados basándose en el volumen calculado de material. El solucionador de soldadura 208 usa el área calculada como parámetro primario que controla la forma resultante de la sección transversal (por ejemplo, las formas poligonales del cordón de soldadura). Tal como se ilustra en la figura 15C, el solucionador de soldadura 208 puede calcular un área total 1516 dentro del corte 1502 que no se ocupó por ningún material (por ejemplo, material de pieza de trabajo o material de relleno) durante una etapa anterior. El área total 1516 está limitada por el contorno 1514.

En el bloque 1216, el solucionador de soldadura 208 evalúa la sección transversal actual basándose en una o más reglas y parámetros especificados. El solucionador de soldadura 208 evalúa el corte actual 1502 basándose en reglas y/o parámetros, que pueden aplicarse basándose en el proceso de soldadura y/o material de relleno usados para la soldadura simulada. Las reglas establecen restricciones sobre la forma de sección transversal (por ejemplo, polígono). Las reglas de ejemplo incluyen: requerir que el volumen del cordón de soldadura resultante deba coincidir (por ejemplo, dentro de un margen de error) con un volumen de material depositado a partir del relleno dentro del corte y/o a través de los cortes afectados para la iteración; las extremidades del polígono debe conectarse al material que estaba presente en una iteración anterior (por ejemplo, el cordón no puede flotar en el aire, desconectado de la pieza de trabajo); el polígono debe formar una curva continua, no solapante; el polígono debe alinearse con la fuente de soldadura (por ejemplo, un electrodo, una pistola de soldadura, etc.); y/o la estimación de base para la forma de sección transversal se deriva de la superficie subyacente. Pueden añadirse reglas adicionales o alternativas.

En el bloque 1218, el solucionador de soldadura 208 determina si la solución para la sección transversal actual cumple con los requisitos umbral. Si la solución para la sección transversal actual no cumple con los requisitos umbral (bloque 1218), en el bloque 1220 el solucionador de soldadura 208 determina si un número de iteraciones realizadas para la sección transversal durante la etapa actual es al menos un número umbral de iteraciones. Si el número de iteraciones realizadas para la sección transversal durante la etapa actual es menor que el número umbral de iteraciones (bloque 1220), el control vuelve al bloque 1210 para colocar puntos de control para otra iteración.

Por ejemplo, después de evaluar un corte basándose en las reglas, el solucionador de soldadura 208 puede comenzar una nueva iteración en la colocación de puntos de control (por ejemplo, figura 15B). Cada iteración se basa en datos de la iteración anterior. El solucionador de soldadura 208 refina de manera iterativa la colocación de puntos de control basándose en las reglas, los parámetros específicos para cada proceso de soldadura, el tipo y/o diámetro de relleno y en los parámetros de entrada en tiempo real. Los parámetros de ejemplo específicos para el proceso de soldadura y el tipo/diámetro de relleno incluyen: anchura y/o altura del cordón de soldadura; convexidad y/o concavidad del cordón de soldadura; refuerzo y profundidad de penetración; y/o área reforzada, área penetrada y/o factor de dilución.

Las figuras 16A a 16C ilustran caracterizaciones de ejemplo de cordones de soldadura 1602, 1604, 1606 basándose en puntos de control calculados 1608 para un cordón de soldadura simulado dentro de un corte. Las caracterizaciones representadas en las figuras 16A-16C puede usarlas el solucionador de soldadura 208 para evaluar una iteración de colocación de puntos de control dentro de un corte.

La figura 16A ilustra una caracterización de un cordón de soldadura de pasada de raíz 1602 para una junta a tope 1610. La caracterización del cordón de soldadura 1602 incluye cálculos de una anchura de cordón 1612, una profundidad de garganta 1614, una profundidad de refuerzo 1616 y una profundidad de penetración 1618. La figura 16B ilustra caracterizaciones similares 1612-1618 para un cordón de esquina 1604 (por ejemplo, una junta en T 1622). La figura 16C ilustra caracterizaciones similares 1612-1616 para un cordón plano 1606 (por ejemplo, una placa 1626), con una profundidad de garganta de 0. Cada una de las caracterizaciones 1612-1618 puede estar definida por puntos de control y/o polígonos particulares, que tienen diferentes interpretaciones para los diferentes tipos de juntas 1610, 1622, 1626.

Las figuras 17A a 17F ilustran cordones de soldadura de ejemplo para cortes de múltiples tipos de piezas de trabajo y/o juntas basándose en puntos de control y vectores calculados. La figura 17A ilustra un corte 1702 con un cordón de raíz de junta a tope calculado. La figura 17B ilustra un corte 1704 con un cordón de raíz de junta en T calculado. La figura 17C ilustra un corte 1706 con un cordón plano de placa calculado. La figura 17D ilustra un corte 1708 con un cordón de bisel de junta en T. La figura 17E ilustra un corte 1710 con un cordón de borde de junta solapada. La figura 17F ilustra un cordón de segunda pasada de junta solapada 1712 sobre una primera pasada.

Si la solución para la sección transversal actual cumple con los requisitos umbral (bloque 1218), o si el número de iteraciones realizadas para la sección transversal durante la etapa actual cumple con el número umbral de iteraciones (bloque 1220), en el bloque 1222 el solucionador de soldadura 208 selecciona la mejor solución a partir de las iteraciones. Las instrucciones 1200 pueden entonces iterarse para otro corte y/o finalizar y devolver el control al bloque 1106 de la figura 11. Las iteraciones pueden finalizar cuando se realiza un número umbral de iteraciones y/o cuando se ha identificado una solución que cumple con las reglas seleccionadas (o todas) de las reglas aplicadas.

La figura 13 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina 1300 que puede ejecutar el solucionador de soldadura 208 de la figura 2 para solucionar una forma y volumen de baño de soldadura. El solucionador de soldadura 208 y/o las instrucciones 1300 pueden implementarse por el sistema informático 3000 de la figura 30.

Las instrucciones 1300 pueden ejecutarse para implementar el bloque 1106 de la figura 11 para solucionar una forma y volumen de baño de soldadura. Las instrucciones 1300 no calculan directamente todo el volumen del baño de soldadura. En su lugar, las instrucciones 1300, cuando se ejecutan, hacen que el solucionador de soldadura 208 calcule solo la sección transversal del cordón de soldadura simulado resultante y luego se aproxime a la forma del baño de soldadura.

Las instrucciones 1300 se describen a continuación con referencia a un único corte de un conjunto de cortes afectados durante una única etapa de la soldadura simulada, pero se ejecutan casos de las instrucciones 1300 (por ejemplo, en serie y/o en paralelo) para cada uno de los cortes afectados en la etapa. La figura 18 ilustra un cálculo de un baño de soldadura simulado 1800 a través de múltiples cortes de un cordón de soldadura simulado 1802. Las instrucciones 1300 se describen a continuación con referencia al cálculo del baño de soldadura de ejemplo de la figura 18.

En el bloque 1302, el solucionador de soldadura 208 determina un conjunto de cortes 1804 afectados por la zona de soldadura de la etapa actual. Por ejemplo, el conjunto de cortes 1804 se determinan basándose en parámetros de soldadura medidos (por ejemplo, la ubicación del soplete de soldadura simulado 118 en relación con la pieza de trabajo simulada 116 tal como se determina por el detector de marcadores 202) y/o parámetros de soldadura programados. Los cortes afectados se ilustran en la figura 18 como líneas verticales separadas por intervalos.

En el bloque 1304, el solucionador de soldadura 208 define una curva de interpolación lateral para el baño de soldadura. La curva de interpolación lateral determina la forma lateral del baño de soldadura (por ejemplo, a través de los cortes afectados 1804). Se ilustra una curva de interpolación lateral de ejemplo en la figura 18 como una curva de superficie 1806 sobre los cortes afectados 1804 y una curva de penetración 1808 en un lado de pieza de trabajo de los cortes. El solucionador de soldadura 208 puede seleccionar o calcular la interpolación lateral como una relación predeterminada basándose en parámetros de soldadura medidos y/o programados para proporcionar una pendiente y curvatura características de un baño de soldadura del mundo real, que a menudo adopta una forma consistente.

En el bloque 1306, el solucionador de soldadura 208 determina una sección transversal de corte primario basándose en los cortes afectados. Por ejemplo, la sección transversal de corte primario puede seleccionarse simulando las secciones transversales de cortes tal como se describió anteriormente con referencia a la figura 12. Se ilustra una sección transversal de corte primario 1810 en la figura 18.

En el bloque 1308, el solucionador de soldadura 208 deriva un corte intermedio a partir de la sección transversal de cordón basándose en la curva de interpolación lateral y la sección transversal de corte primario. En el bloque 1310, el solucionador de soldadura 208 deriva un corte distal a partir de la sección transversal de cordón basándose en la curva de interpolación lateral y la sección transversal de corte primario. Por ejemplo, el solucionador de soldadura 208 ajusta la curva de interpolación lateral 1806, 1808 a la sección transversal de corte primario para determinar las ubicaciones y establecer los datos de polígonos de sección transversal del corte intermedio y el corte distal. Se ilustran un corte intermedio 1812 y un corte distal 1814 en la figura 18. Sin embargo, las posiciones del corte intermedio 1812 y/o el corte distal 1814 pueden seleccionarse para que sean diferentes de los cortes de ejemplo 1812, 1814.

En el bloque 1312, el solucionador de soldadura 208 interpola los cortes afectados restantes basándose en el corte primario, el corte intermedio, el corte distal y la curva de interpolación lateral. Por ejemplo, el solucionador de soldadura 208 puede reconfigurar las geometrías de cortes y/o puntos de control para ajustar la curva de interpolación lateral tal como se establece basándose en el corte primario, el corte intermedio y el corte distal.

Después de interpolar el baño de soldadura, las instrucciones puede finalizar y devolver el control al bloque 1108 de la figura 11.

Volviendo a la figura 11, en el bloque 1108, el solucionador de soldadura 208 fusiona un volumen de baño de soldadura actual con un volumen de baño de soldadura de la etapa anterior. Para cada corte afectado del baño de soldadura (bloque 1106), el solucionador de soldadura 208 fusiona el polígono de sección transversal del baño de soldadura con cualquier polígono de baño de soldadura anterior. La fusión de baños de soldadura mejora la precisión de simulación de soldaduras tejidas.

La figura 14 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina 1400 que puede ejecutar el solucionador de soldadura 208 de la figura 2 para fusionar un nuevo volumen de baño de soldadura con un volumen de baño de soldadura anterior. El solucionador de soldadura 208 y/o las instrucciones 1400 pueden implementarse por el sistema informático 3000 de la figura 30. Las instrucciones 1400 pueden ejecutarse para implementar el bloque 1108 de la figura 11 para fusionar un nuevo volumen de baño de soldadura con un volumen de baño de soldadura anterior.

En el bloque 1402, el solucionador de soldadura 208 selecciona un corte afectado en el baño de soldadura. El corte afectado puede ser uno de los cortes 1804 de la figura 18. En el bloque 1404, el solucionador de soldadura 208 muestrea el contorno de sección transversal para determinar un área de contorno de sección transversal.

En el bloque 1406, el solucionador de soldadura 208 muestrea el polígono de cordón para determinar un área de polígono de cordón.

En el bloque 1408, el solucionador de soldadura 208 determina si el área de contorno de sección transversal es mayor que o igual al área de polígono de cordón. Si el área de contorno de sección transversal es mayor que o igual al área de polígono de cordón (bloque 1408), en el bloque 1410 el gestor de cortes 212 almacena el contorno de sección transversal para el corte seleccionado. Por otro lado, si el área de contorno de sección transversal es menor que el área de polígono de cordón (bloque 1408), en el bloque 1410 el gestor de cortes 212 almacena el polígono de cordón para el corte seleccionado.

Después de almacenar el contorno de sección transversal (bloque 1410) o almacenar el polígono de cordón (bloque 1412), en el bloque 1414 el solucionador de soldadura 208 determina si hay cualquier corte afectado adicional para la fusión. Si hay cortes adicionales para la fusión (bloque 1414), el control vuelve al bloque 1402 para seleccionar otro corte afectado.

Cuando no hay más cortes para la fusión (por ejemplo, todos los cortes afectados se han combinado con el baño de soldadura anterior) (bloque 1414), en el bloque 1416 el solucionador de soldadura 208 vuelve a muestrear todos los polígonos de cortes afectados a una resolución seleccionada. Las resoluciones de muestreo pueden estar entre 0,1 mm y 1 mm (0,004 pulgadas y 0,04 pulgadas). Una resolución de muestreo es de 0,5 mm (0,02 pulgadas). La figura 19 ilustra un muestreo de superficies visibles de un resultado de soldadura (por ejemplo, un cordón) para un corte 1900. El corte de la figura 19 ilustra una resolución de muestreo como líneas verticales correspondientes a una función de muestreo 1902. Una superficie frontal (o superior) 1904 y una superficie trasera (o inferior) 1906 se muestrean para determinar las respectivas posiciones.

Las instrucciones 1400 finalizan entonces y devuelven el control al bloque 1110 de la figura 11.

Volviendo a la figura 11, después del bloque 1108, el gestor de cortes 212 ha almacenado datos de geometría de cortes y datos de muestras para los cortes anteriores y para cortes dentro del baño de soldadura para la etapa actual. En el bloque 1110, el renderizador de cordón 216 genera una malla triangular aproximada basándose en secciones transversales (por ejemplo, cortes) del cordón de soldadura simulado y el baño de soldadura actualizado.

La figura 20 ilustra una construcción de una malla triangular 2000, que puede realizar el renderizador de cordón de ejemplo 216 de la figura 2, para renderizar dos cortes adyacentes 2002, 2004 basándose en las formas de cordón de soldadura poligonales calculadas para los cortes. Cada uno de los cortes de ejemplo 2002, 2004 está representado por múltiples puntos muestreados 2006a-2006i, 2008a-2008i. Los puntos muestreados 2006a-2006i, 2008a-2008i se generan basándose en los datos poligonales para los cortes (por ejemplo, bloque 1416 de la figura 14). Para facilitar la referencia, determinados puntos muestreados de la figura 20 se marcan como A1, A2, A3 (para los puntos muestreados en el corte A 2002) y B1, B2, B3 (para los puntos muestreados en el corte B 2004).

El renderizador de cordón 216 construye la malla triangular conectando conjuntos de tres puntos, de manera que las conexiones (es decir, los vértices en la figura 20) no se solapen. Tal como se ilustra en la figura 20, se construye un primer triángulo 2010 entre las muestras A1, B1 y B2. Se construye un segundo triángulo 2012 entre las muestras A1, A2 y B2. Se construye un tercer triángulo 2014 entre las muestras A2, B2 y B3. Se construye un cuarto triángulo 2016 entre las muestras A2, A3 y B3. Se construyen triángulos adicionales para los conjuntos restantes de muestras 2006c-2006i, 2008c-2008i para formar una malla triangular entre los cortes adyacentes 2002, 2004.

La figura 21 ilustra una malla triangular 2100, que puede construir el renderizador de cordón 216 de la figura 2, para renderizar un cordón de soldadura sobre múltiples cortes incluidos los cortes 2002, 2004 de la figura 20. Se conectan cortes adyacentes en la figura 21 con una malla triangular de una manera idéntica a la descrita anteriormente con referencia a la figura 20. La malla triangular de las figuras 20 y 21 es escalable. El número de triángulos puede aumentarse o disminuirse aumentando o disminuyendo (respectivamente) el número de muestras de las superficies de polígonos de cortes.

Volviendo a la figura 11, en el bloque 1112 el renderizador de cordón 216 proyecta el resultado de soldadura (por ejemplo, la representación tridimensional del cordón de soldadura y el baño de soldadura, como malla triangular generada) sobre un espacio de imagen bidimensional. La figura 22A ilustra una proyección 2202 por el renderizador de cordón 216 de un resultado de soldadura 2204 sobre un espacio de imagen bidimensional 2206. El resultado de soldadura 2204 de la figura 22A incluye una porción de cordón de soldadura 2208 y una porción de baño de soldadura 2210. La figura 22B ilustra un contorno 2212 de la porción de cordón de soldadura 2208 y un contorno de la porción de baño de soldadura 2210 tal como se proyectan sobre el espacio de imagen bidimensional 2206. Además de generar la proyección, el renderizador de cordón 216 puede generar también una proyección inversa.

Después del bloque 1112, el renderizador de cordón 216 ha generado una geometría aproximada del cordón de soldadura simulado. En el bloque 1114, el renderizador de cordón 216 traza un detalle de superficie más fino sobre un conjunto de imágenes. El detalle de superficie puede superponerse sobre la proyección generada en el bloque 1112 para mejorar la calidad visual del cordón de soldadura. El renderizador de cordón 216 genera datos adicionales para el detalle de superficie usando un formato de imagen bidimensional, lo que mejora el rendimiento de la simulación. El detalle de superficie incluye: un mapa de color, un mapa normal, un mapa de zona afectada por calor (HAZ) y un mapa de baño de soldadura. El renderizador de cordón 216 almacena el mapa de color como una imagen de rojo, azul, verde, opacidad (RGBA), en la que la información de color se almacena usando los canales RGB y la información de tipo de superficie se almacena en el canal A. El mapa normal se almacena como una imagen RGB, en la que se almacena información de microgeometría usando los canales RGB. El mapa HAZ se almacena como una imagen RGBA, en la que el color HAZ se almacena en canales RGB y la intensidad HAZ se almacena en el canal A. El mapa de baño de soldadura se almacena como una imagen RGB, en la que los canales RGB almacenan información usada para renderizar el baño de soldadura y la incandescencia del cordón de soldadura simulado.

El mapa de color, el mapa normal, el mapa HAZ y/o el mapa de baño de soldadura pueden calcularse haciendo referencia a la base de datos de simulación 210 basándose en las características del cordón de soldadura. La base de datos de simulación 210 puede rellenarse con información de color, información de microgeometría, información de tipo de superficie, color de zona afectada por calor, intensidad de zona afectada por calor, color de baño de soldadura y/o información de incandescencia de baño de soldadura usando observaciones empíricas realizadas con soldadura real. Por ejemplo, puede realizarse una soldadura real (u otra operación de relleno) con parámetros conocidos. Al capturar imágenes antes, durante y/o después de la operación, puede extraerse información de color, información de microgeometría, información de tipo de superficie, color de zona afectada por calor, intensidad de zona afectada por calor, color de baño de soldadura y/o información de incandescencia de baño de soldadura de las imágenes y correlacionarse con los parámetros conocidos. Aunque un mayor número de muestras de parámetros conocidos es generalmente mejor para la precisión, puede usarse algo de mezclado y/o extrapolación entre muestras de parámetros conocidos para calcular información de color, información de microgeometría, información de tipo de superficie, color de zona afectada por calor, intensidad de zona afectada por calor, color de baño de soldadura y/o información de incandescencia de baño de soldadura a partir de datos almacenados en la base de datos de simulación 210.

Cada una de las imágenes que representan el mapa de color, el mapa normal, el mapa de zona afectada por calor (HAZ) y el mapa de baño de soldadura puede usar una resolución diferente, basándose en la cantidad de detalle deseada. En algunos ejemplos, las imágenes tienen recuentos de píxeles que son una potencia de dos para mejorar el rendimiento (por ejemplo, tanto la anchura como la altura, en píxeles, o 306, 512, 1024, 2048, 4096 u 8192 píxeles). Las imágenes proporcionan detalle de superficie adicional al aspecto del cordón de soldadura simulado. Las resoluciones de los mapas de detalle de superficie pueden ser sustancialmente mayores (por ejemplo, varias veces mayores) que la resolución de la geometría aproximada. En cada etapa de la simulación (por ejemplo, cada trama), el conjunto de imágenes se actualiza y se genera nueva información.

En el bloque 1116, el renderizador de cordón 216 proyecta un detalle de superficie del conjunto de imágenes de detalle de superficie (por ejemplo, tal como se mapea en el espacio de imagen bidimensional 2206 de las figuras 22A y 22B) sobre la superficie del cordón de soldadura. Por ejemplo, el contorno del baño de soldadura actual se proyecta en el espacio de imagen bidimensional para mapear sobre imágenes de detalle de superficie (por ejemplo, para una orientación consistente de las imágenes en el conjunto). La información de detalle de superficie proyectada a partir del conjunto de imágenes sobre la pieza de trabajo y el cordón de soldadura simulado se usa para determinar la iluminación y el color final de la pieza de trabajo y el cordón de soldadura simulado. La iluminación puede basarse, por ejemplo, en la presencia o ausencia de un arco de soldadura simulado y un oscurecimiento simulado de un casco de soldadura.

En el bloque 1118, el renderizador de cordón 216 combina la geometría de malla triangular y el detalle de superficie proyectado para producir y emitir el resultado de soldadura (por ejemplo, a la(s) pantalla(s) 106 de la figura 1). Por ejemplo, el conjunto de imágenes se proyecta a la geometría de malla triangular usando la proyección inversa generada por el renderizador de cordón 216. Aunque se ha determinado la información de cordón de soldadura y baño de soldadura, la imagen final producida en la(s) pantalla(s) 106 puede implicar un procesamiento adicional tal como un remuestreo basado en la resolución de la pantalla, la aplicación de filtros Bloom basados en la energía de píxeles, y/o la generación y renderización de información adicional tal como indicadores virtuales o iconos auxiliares para ayudar al soldador con la soldadura. Pueden mostrarse indicadores virtuales para ayudar con el ángulo de trabajo, el ángulo de desplazamiento, la velocidad de desplazamiento, la distancia de punta de contacto al trabajo y/o cualquier otra información.

Las instrucciones 1100 pueden finalizar entonces.

Cuando el soldador está observando un lado posterior de la pieza de trabajo (por ejemplo, un lado de la pieza de trabajo opuesto al lado donde se colocó el cordón de soldadura), las instrucciones 1100 se ejecutan de la misma manera, pero muestran la superficie opuesta del cordón de soldadura debido al reconocimiento por el detector de marcadores 202 de marcadores colocados en el lado posterior de la pieza de trabajo.

Aunque se describen técnicas de simulación, pueden añadirse características o consideraciones adicionales o alternativas a las técnicas de simulación. Debido al cálculo de la sección transversal y el perfil lateral del cordón por separado, así como al rendimiento modular del cálculo de la geometría del cordón de soldadura y la renderización del cordón de soldadura, los sistemas y métodos dados a conocer se actualizan fácilmente para tener en cuenta tales características recién desarrolladas. Los ejemplos de tales características pueden incluir considerar la influencia de la gravedad sobre el baño de soldadura, indicar defectos de soldadura adicionales y/o específicos tales como submordida, y/o considerar la idoneidad de la preparación de una pieza de trabajo antes de la soldadura cuando se determina la geometría y/o los defectos de la soldadura.

Las figuras 23A-23C ilustran una pasada de raíz calculada y renderizada usando los sistemas y métodos dados a conocer en el presente documento. El realismo del cordón de soldadura ilustrado es superior al de las técnicas de simulación convencionales que utilizan recursos informáticos comparables.

La figura 24 ilustra un corte 2400 sobre el que se realizan múltiples pasadas de soldadura simulada 2402-2420 para una única junta de soldadura. En la figura 24, pueden simularse tantas como 10 pasadas de soldadura. Cuando se simulan pasadas de soldadura posteriores, pueden usarse las mismas o similares técnicas de simulación de soldadura y técnicas de renderización descritas en el presente documento que para la pasada de soldadura inicial. Por ejemplo, el muestreo de la superficie 1504 ilustrada en la figura 15A se realiza basándose en datos de cortes almacenados por el gestor de cortes 212. En lugar de que la superficie muestreada sea idéntica a la superficie de la pieza de trabajo subyacente 1508, al menos una porción de la superficie muestreada incluiría la superficie resultante de las pasadas de soldadura anteriormente depositadas.

La base de datos de simulación 210 almacena datos representativos de los efectos de añadir una pasada de soldadura a la junta de soldadura que tiene una o más pasadas de soldadura anteriores. El volumen de pasadas anteriores (por ejemplo, una combinación de pieza de trabajo y volumen de relleno) también se considera cuando se añade volumen de relleno durante pasadas posteriores, tal como añadiendo, moviendo y/o eliminando puntos de control, y/o ajustando los polígonos y/o contornos de pasadas anteriores a pasadas posteriores.

La figura 25 es un diagrama de bloques de una implementación del modelador de piezas de trabajo 120 de la figura 1. El modelador de piezas de trabajo 120 permite la simulación de partes mecánicas reales (por ejemplo, la parte 122) mediante el sistema de entrenamiento de soldadura 100 de la figura 1. Por ejemplo, la simulación en partes mecánicas reales usando un proceso de soldadura manual puede usarse para el entrenamiento de operarios en las partes mecánicas reales antes de soldar realmente las partes. Al simular la soldadura en las partes mecánicas reales de antemano, el sistema de entrenamiento de soldadura 100 descrito en el presente documento puede mejorar la calidad de soldadura manual proporcionando una repetición de soldadura simulada anterior al operario (sin los costes asociados de la soldadura real).

El modelador de piezas de trabajo 120 recibe como entradas: uno o más modelos de diseño asistido por ordenador (CAD) u otros modelos digitales de la parte personalizada deseada, las ubicaciones de los cordones de soldadura que han de realizarse sobre la parte y una especificación del procedimiento de soldadura. También se usa un modelo de la parte física 122 correspondiente al modelo de CAD conjuntamente con el modelador de piezas de trabajo 120. En lugar de o además de un modelo de CAD generado usando un programa de dibujo, el modelador de piezas de trabajo 120 puede recibir un escaneo tridimensional de la pieza de trabajo (por ejemplo, generado usando un escáner láser u otro dispositivo de escaneo de objetos tridimensionales).

El modelador de piezas de trabajo 120 crea un archivo de disposición de marcadores que especifica la posición, el tamaño y/o la orientación de los marcadores visuales en la parte física 122. El archivo de disposición de marcadores se proporciona al sistema de entrenamiento de soldadura 100 con una definición de la pieza de trabajo. El modelador de piezas de trabajo 120 puede emitir además pegatinas de marcadores y/u otros tipos de marcadores para la unión física a la parte física 122.

El modelador de piezas de trabajo 120 incluye un analizador de viabilidad 2502, un selector de marcadores 2504 un generador de marcadores visuales 2506 y un generador de marcadores físicos 2508.

El analizador de viabilidad 2502 analiza el modelo de CAD de la pieza de trabajo para verificar el cumplimiento con las reglas de viabilidad. Por ejemplo, el analizador de viabilidad 2502 puede determinar si el tamaño de la pieza de trabajo física cumple con las limitaciones en una o más dimensiones. Adicional o alternativamente, las trayectorias de soldadura propuestas que van a realizarse en la pieza de trabajo pueden estar sujetas a limitaciones de longitud, limitaciones de ángulo de visualización y/u obstrucciones que podrían limitar la colocación de marcadores y/o limitar la capacidad del simulador 102 para reconocer y/o renderizar la pieza de trabajo y/o las soldaduras. Por ejemplo, puede restringirse una pieza de trabajo que implica realizar una primera soldadura, luego ajustar un subcomponente de la pieza de trabajo sobre la primera soldadura para ensamblar la ubicación de una segunda soldadura.

En algunos ejemplos, el analizador de viabilidad 2502 determina si está presente suficiente área de superficie en la pieza de trabajo cerca de las ubicaciones de las trayectorias de soldadura para permitir la selección y/o colocación de los marcadores. El analizador de viabilidad 2502 puede determinar si pueden lograse distancias de trabajo mínimas y/o máximas para realizar soldaduras en las trayectorias de soldadura definidas.

El selector de marcadores 2504 analiza el modelo de pieza de trabajo para analizar puntos clave que pueden usarse como marcadores naturales, y/o para seleccionar ubicaciones, tamaños y/u orientaciones de marcadores adicionales que van a unirse o fijarse a la parte física 122. En algunos ejemplos, el identificador de puntos clave 2504 determina ubicaciones sobre las que van a unirse pegatinas físicas, que contienen los marcadores visuales. Tal como se describe en más detalle a continuación, el selector de marcadores 2504 selecciona números, posiciones, tamaños y/u orientaciones para marcadores añadidos para aumentar (por ejemplo, optimizar) la precisión de detección.

El selector de marcadores de ejemplo 2504 determina área(s) para la colocación de marcadores basándose en las trayectorias de soldadura. La parte física 122 no está necesariamente cubierta de marcadores. El selector de marcadores 2504 puede determinar dos tipos diferentes de áreas como áreas de marcadores obligatorias y áreas de marcadores opcionales. Las áreas de marcadores obligatorias son áreas designadas en las que los marcadores se colocan cerca de una trayectoria de soldadura para garantizar una detección precisa por el identificador de marcadores 202 de la figura 2. Los marcadores pueden tener diferentes tamaños para permitir la detección a diferentes distancias. A la inversa, las áreas de marcadores opcionales pueden incluir marcadores para mejorar la experiencia de detección. Por ejemplo, después de la colocación de los marcadores obligatorios, la parte física puede tener áreas que están desprovistas de marcadores. En tal caso, pueden colocarse marcadores adicionales, tales como marcadores más grandes, para extender la distancia máxima de detección de la pieza de trabajo por el identificador de marcadores 202.

Cuando se seleccionan los marcadores obligatorios en condiciones preferidas (por ejemplo, sin curvatura, iluminación correcta y enfoque correcto), las distancias de trabajo (por ejemplo, distancia de detección) pueden estar entre aproximadamente 10 centímetros (cm) y aproximadamente 80 cm. El intervalo de detección (por ejemplo, distancia(s) de detección mínima y/o máxima) puede aumentarse (por ejemplo, ensancharse) aumentando la resolución del/de los sensor(es) de imagen 104. Por ejemplo, el detector de marcadores 202 puede funcionar con resoluciones de cámara de 600x800 píxeles, pero puede aumentar la distancia de trabajo máxima, usando resoluciones superiores (por ejemplo, hasta 4.000x4.000 píxeles, 8.000x8.000 píxeles, u otras resoluciones mayores de 600x800).

El selector de marcadores 2504 determina las coordenadas de cada posición de marcador usando una o más proyecciones planas de cada superficie del marcador sobre la superficie de la parte digital. En algunos ejemplos, el selector de marcadores 2504 designa posiciones de marcador para colocar los marcadores sobre superficies planas y/o superficies con una pequeña curvatura. Las posiciones seleccionadas de los marcadores también pueden determinarse usando la proyección plana de las trayectorias de soldadura para las que se colocan los marcadores.

El selector de marcadores 2504 puede seleccionar números, posiciones, tamaños y/u orientaciones de uno o más marcadores basándose en la restricción de un número de marcadores disponibles que pueden usarse en la parte física 122. Cada marcador puede identificarse de manera única, tal como al ser un código de barras bidimensional representativo de datos únicos. La resolución de los marcadores y/o la separación de datos entre marcadores (por ejemplo, distancias de Hamming entre marcadores) puede limitar el número de marcadores que están disponibles. En algunos ejemplos, el número de marcadores disponibles puede limitarse a aproximadamente 1000. El número de marcadores disponibles puede aumentarse aumentando los tamaños y/o la resolución de los marcadores y/o disminuyendo la separación de datos entre marcadores. Una biblioteca de 2500 marcadores puede tener la misma distancia entre marcadores (por ejemplo, 5 bits) que una biblioteca de 1000 marcadores. Una biblioteca de más de 15000 marcadores puede tener una distancia entre marcadores más pequeña de (por ejemplo, 3 bits) a la misma resolución, pero la diferencia puede ser pequeña. Sin embargo, aumentar la resolución de los marcadores y/o disminuir la separación de datos entre marcadores puede aumentar la probabilidad de detección errónea de marcadores y/o aumentar el tiempo (o recursos informáticos) requeridos por el detector de marcadores 202 para detectar marcadores, afectando de ese modo a la velocidad de trama de la simulación. Sin embargo, pueden emplearse técnicas de corrección de errores para reducir la probabilidad de detección errónea de marcadores.

El selector de marcadores 2504 puede seleccionar números, posiciones, tamaños y/u orientaciones de uno o más marcadores basándose en la restricción de un número de marcadores aplicados o unidos a la parte. Un gran número de marcadores afecta a la eficiencia de detección por el detector de marcadores 202. Si una parte tiene un número de marcadores que, si se observan simultáneamente, afectarían al rendimiento de detección, pero los marcadores no son visibles simultáneamente en la imagen, la eficiencia de la detección no se ve afectada sustancialmente. Sin embargo, si la parte tiene demasiados marcadores y los marcadores son visibles simultáneamente, la eficiencia de la detección puede verse afectada. La visualización simultánea de más de un número umbral de marcadores podría producirse cuando se usan marcadores opcionales para detectar el cupón a mayores distancias, y cuando un gran número de pequeños marcadores que rodean el cordón de soldadura son visibles simultáneamente. En tales casos, la eficiencia de la detección puede verse afectada. Por ejemplo, una parte con 100 marcadores visibles simultáneamente puede tener un tiempo de detección de 7 milisegundos (ms), mientras que una parte con más de 1000 marcadores visibles simultáneamente visible puede tener un tiempo de detección de aproximadamente 9 ms. En algunos ejemplos, el detector de marcadores 202 puede usar técnicas para mejorar la eficiencia de detección cuando más de un número umbral de marcadores son visibles simultáneamente en la parte física 122.

El selector de marcadores 2504 puede seleccionar tamaños de marcador basándose en la proximidad de un marcador dado a una trayectoria de soldadura y/o basándose en un intervalo de detección máximo deseado. En algunos ejemplos, el selector de marcadores 2504 no tiene un tamaño físico mínimo, porque la detección de un marcador depende de la proyección del marcador en una imagen, la distancia de la cámara y la resolución de la imagen, en lugar de no depender del tamaño físico del marcador. Por ejemplo, un marcador que tiene un tamaño de 25 milímetros (mm) x 25 mm puede ser suficiente para detectar un marcador, basándose en factores tales como ángulo de visualización, iluminación, enfoque y/o resolución.

En algunos ejemplos, el selector de marcadores 2504 establece el tamaño de los marcadores para que aumenten de un modo progresivo a medida que la distancia entre la trayectoria de soldadura y el marcador aumenta. La figura 26 ilustra una parte de ejemplo 2600 que tiene una trayectoria de soldadura 2601 y múltiples filas 2602-2610 de marcadores 2612. Por ejemplo, tal como se representa en la figura 26, las filas 2602-22610 de marcadores comienzan con un tamaño de marcador de 1,4 cm y aumentan hasta 3 cm. En la parte mostrada en la figura 26, los tamaños de los marcadores 2612 son: fila 12602: 1,4 cm; fila 22604: 1,6 cm; fila 32606: 2,1 cm; fila 42608: 2,6 cm; y fila 52610: 2,9 cm.

Si los marcadores no pueden colocarse debido al espacio disponible (por ejemplo, en una tubería de diámetro pequeño tal como una tubería de 2 pulgadas), el límite superior de distancia de detección se reduce. En algunos ejemplos, puede usarse un aumento en la resolución del sensor de imagen para reducir el tamaño de marcadores y/o mejorar la detección de marcadores. La reducción del tamaño de marcadores también puede implicar una reducción en el límite inferior de distancia de detección.

El selector de marcadores 2504 puede seleccionar tamaños para marcadores basándose en la superficie disponible para los marcadores obligatorios. Por ejemplo, si la superficie disponible próxima a la trayectoria de soldadura es pequeña (por ejemplo, menor de 20 cm) y visible durante un ejercicio. El tamaño de la superficie para los marcadores obligatorios puede depender de la longitud del cordón de soldadura. Por ejemplo, se estima que, por cada 10 cm de cordón, puede requerirse una superficie de 200-300 cm2 o una razón de entre 20 y 30 de superficie de colocación de marcadores (cm2) con respecto a longitud del cordón (cm). Razones más pequeñas pueden afectar a la distancia de trabajo máxima. La superficie de los marcadores obligatorios puede distribuirse en uno o más lados de una trayectoria de soldadura.

El selector de marcadores 2504 puede colocar marcadores cerca de la trayectoria de soldadura para evitar afectar a la detección. Pueden permitirse discontinuidades en las pegatinas (por ejemplo, orificios en la parte, etc.) siempre que la razón de superficie no se vea afectada.

El selector de marcadores 2504 no requiere necesariamente una longitud mínima para una trayectoria de soldadura o cordón de soldadura. Sin embargo, tal como se describió anteriormente, puede estar presente un límite inferior de efecto sobre el tamaño de un marcador, lo que puede afectar al límite inferior de la trayectoria de soldadura próxima.

La longitud máxima de una trayectoria de soldadura en una parte puede depender del número de marcadores disponibles. Por ejemplo, por cada 10 cm de cordón de soldadura, el selector de marcadores 2504 puede colocar entre 30-40 marcadores. Si el selector de marcadores 2504 tiene un límite superior en el número de marcadores disponibles en la biblioteca de marcadores, el selector de marcadores 2504 puede colocar un límite superior en la longitud de una trayectoria de soldadura. Para una biblioteca de aproximadamente 980 marcadores designados para marcadores obligatorios solo, usando las razones de ejemplo descritas anteriormente, el selector de marcadores 2504 puede limitar la longitud de la trayectoria de soldadura a 250-330 cm.

En algunos casos, el selector de marcadores 2504 puede reutilizar marcadores para diferentes secciones del cordón de soldadura para lograr longitudes superiores más largas para una trayectoria de soldadura. En algunos ejemplos, el número de marcadores puede aumentarse para permitir la simulación de un cordón de soldadura que tiene una mayor longitud.

Basándose en la selección y las características de los marcadores determinados por el selector de marcadores 2504, el generador de marcadores visuales 2506 genera un archivo de disposición de marcadores que mapea la parte física a los marcadores. El archivo de disposición de marcadores incluye la distribución tridimensional de los marcadores, y es el archivo de disposición de marcadores que puede determinarse basándose en los planes, las orientaciones, los tamaños, las posiciones (por ejemplo, coordenadas), los bordes y/o las discontinuidades de los marcadores seleccionados. El simulador 102 usa el archivo de disposición de marcadores para reconocer la posición y orientación de la parte física 122 dentro de un campo de visión del/de los sensor(es) de imagen 104, basándose en los mapeos de los marcadores identificados en posiciones. Tal como se describió anteriormente, las posiciones y los marcos de referencia de las juntas de soldadura (por ejemplo, trayectorias de soldadura), los cordones de soldadura y/o los cortes se definen con referencia al marco de referencia de pieza de trabajo identificado por el detector de marcadores 202 usando el archivo de disposición de marcadores.

El generador de marcadores visuales 2506 genera una imagen física de los marcadores para su aplicación a la parte física 122. Por ejemplo, el generador de marcadores visuales 2506 puede genera un archivo de imagen para imprimir sobre una o más pegatinas, que luego pueden unirse físicamente a la parte física 122 (impresa por el generador de marcadores físicos 2508 y colocada en la parte física 122). El archivo de imagen resultante puede ser una imagen de una pegatina con los marcadores incluidos. En otros ejemplos, los marcadores pueden pintarse o fijarse o unirse de otro modo a la parte física 122 por el generador de marcadores físicos 2508.

El generador de marcadores físicos 2508 crea representaciones físicas de los marcadores visuales. Tal como se mencionó anteriormente, las representaciones físicas pueden incluir pegatinas, adhesivos, pintura, serigrafías y/o cualquier otra realización física que pueda unirse a ubicaciones correspondientes en la parte física 122. En algunos ejemplos, el generador de marcadores físicos 2508 combina múltiples marcadores (por ejemplo, marcadores adyacentes o campos de marcadores) sobre un mismo sustrato que puede unirse a la parte física 122 con una alineación particular proporcionada por el generador de marcadores físicos.

Las pegatinas pueden imprimirse y colocarse en la misma posición en la parte real (por ejemplo, cupón) que en la salida del modelo del archivo de disposición de marcadores. Las pegatinas pueden combinarse con instrucciones de aplicación, tales como instrucciones de alineación de las pegatinas con características de la parte física 122.

Después de la creación del archivo de disposición de marcadores y la unión de los marcadores a la parte física 122, la parte física, el archivo de disposición de marcadores y la especificación de procedimiento de soldadura se suministran al sistema de entrenamiento de soldadura 100. El sistema de entrenamiento de soldadura 100 renderiza la pieza de trabajo con un marco de referencia de pieza de trabajo tal como se describió anteriormente. En lugar de extruir la pieza de trabajo a partir de una sección transversal como con tipos de pieza de trabajo estándar, el generador de marcos de referencia 204 usa puntos y/o funciones de pieza de trabajo para definir las ubicaciones de la pieza de trabajo y la juntas de soldadura dentro del marco de referencia de pieza de trabajo. Entonces se simulan operaciones de soldadura mediante el simulador con referencia a marcos de referencia de junta de soldadura y espacios de cortes tal como se describió en detalle anteriormente.

La figura 27 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina 2700 que puede ejecutar el modelador de piezas de trabajo 120 de la figura 25 para crear una parte personalizada para su uso en operaciones de unión simuladas por el sistema de entrenamiento de soldadura 100 de la figura 1.

En el bloque 2702, el analizador de viabilidad 2502 analiza un modelo 3D de una parte física (por ejemplo, la parte física 122 de la figura 1) para determinar la viabilidad de usar como parte personalizada para operaciones de unión. En el bloque 2704, el analizador de viabilidad 2502 determina si la parte física 122 es capaz de simulación. Si la parte física 122 es capaz de simulación (bloque 2704), en el bloque 2706 el selector de marcadores 2504 determina un número de marcadores visuales y una colocación de los marcadores visuales en la parte física 122. El número y la colocación determinados de los marcadores visuales pueden incluir características de la propia parte física 122 y/o marcadores añadidos.

En el bloque 2708, el selector de marcadores 2504 determina si añadir marcadores físicos a la parte física 122. Por ejemplo, el selector de marcadores 2504 puede determinar que se necesitan marcadores adicionales si las características intrínsecas de la parte física 122 no proporcionan una capacidad de marcaje suficiente. Si van a añadirse marcadores físicos a la parte física 122 (bloque 2708), en el bloque 2710 el selector de marcadores 2504 selecciona marcadores físicos que van a unirse y las ubicaciones de unión de los marcadores. Por ejemplo, el selector de marcadores 2504 puede seleccionar marcadores y/o ubicaciones basándose en uno o más de un número de marcadores disponibles, una longitud del cordón de soldadura, áreas de unión de marcadores disponibles y/o cualquier otro factor.

Después de seleccionar los marcadores físicos (bloque 2710), o si no van a añadirse marcadores físicos (bloque 2708), en el bloque 2712 el generador de marcadores visuales 2506 genera un mapa de disposición de marcadores que correlaciona los marcadores (por ejemplo, marcadores intrínsecos seleccionados y/o marcadores añadidos) con la parte física 122. Por ejemplo, el mapa de disposición de marcadores puede incluir un mapeo tridimensional de los marcadores sobre las superficies de la parte física 122.

En el bloque 2714, el generador de marcadores físicos 2508 genera cualquier marcador físico añadido para que sea representativo de los marcadores determinados para su unión a la parte física 122. Por ejemplo, el generador de marcadores físicos 2508 puede generar uno o más archivos de imagen para producir pegatinas u otros sustratos, incluidos uno o más de los marcadores que van a unirse a la parte física.

Después de generar los marcadores físicos (bloque 2714), o si la parte física 122 no es viable para la simulación (bloque 2704), las instrucciones 2700 finalizan.

La figura 28 es un diagrama de bloques de un sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 que puede usarse para entrenar a un operario para programar un robot para realizar operaciones de unión sobre una pieza de trabajo simulando una actividad de unión robótica. El sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 proporciona un sistema de simulación de realidad aumentada que puede conectarse a robots de múltiples ejes (por ejemplo, dispositivos robóticos que pueden funcionar y/o moverse en múltiples ejes) para entrenar la soldadura robótica, y simular el comportamiento de una fuente de alimentación de soldadura u otro equipo que sea compatible con los robots.

El sistema de entrenamiento de soldadura incluye un simulador 2802, un robot 2804, uno o más sensores de imagen 2806, una interfaz de robot 2808 y un controlador de robot 2810. Un usuario 2812 puede controlar o programar el robot 2804 usando el controlador de robot 2810 y visualizar un resultado de simulación generado por el simulador 2802. Por ejemplo, el simulador 2802 puede incluir o estar conectado a uno o más dispositivos de visualización.

El simulador 2802 realiza la simulación de una operación de unión tal como se describió en más detalle anteriormente. Por ejemplo, el simulador 2802 incluye el detector de marcadores 202, el generador de marcos de referencia 204, el detector de parámetros de soldadura 206, el solucionador de soldadura 208, la base de datos de simulación 210, el gestor de cortes 212, el renderizador de sección transversal 214 y el renderizador de cordón 216 de la figura 2. La simulación puede realizarse sobre partes convencionales y/o personalizadas. Por ejemplo, las partes personalizadas pueden proporcionar entrenamiento a medida para que un operario experimente con la programación del robot 2804 para soldar una parte que va a fabricarse, sin el tiempo y gasto necesarios para programar el operario de robot 2804 sobre partes reales.

En algunos ejemplos, el sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 funciona como una extensión de un sistema de simulación de realidad aumentada para entrenar la soldadura manual. Por ejemplo, el sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 puede implementarse para proporcionar un dispositivo de entrenamiento de soldadura robótica como opción adicional de un sistema de soldadura de realidad aumentada, que incluye cualquier hardware y/o software adicional, y/o como robot dedicado y sistema de simulación de realidad aumentada como un sistema independiente, que incluye configuraciones de hardware específicas. Dependiendo del tipo de sistema proporcionado, las implementaciones de hardware y/o software específicas pueden ser diferentes. Por ejemplo, pueden hacerse modificaciones en relación con el hardware y/o software proporcionados en un sistema de soldadura de realidad aumentada dedicado.

El simulador 2802 y/o la interfaz de robot 2808 pueden implementar una o más bibliotecas y/o extensiones de software para facilitar y/o gestionar la comunicación con el robot 2804. Para un robot de soldadura 2804, el simulador 2802 puede estar acoplado a una interfaz de fuente de alimentación de soldadura a la que estaría acoplado el robot 2804 para intercambiar datos y/o comandos con una fuente de alimentación real. Las bibliotecas de software de comunicación robótica pueden abstraer el sistema de soldadura de realidad aumentada del robot conectado 2804 (por ejemplo, las bibliotecas interpretarán las entradas/salidas que el robot envía/recibe a/de una fuente de alimentación de soldadura convencional, y envía/recibe los correspondientes datos/comandos al sistema de soldadura de realidad aumentada). De esta manera, las bibliotecas de software actúan como un intermediario entre el robot 2804 y el simulador 2802. Las comunicaciones pueden usar formatos de comunicación de robots estandarizados, tales como FIELDBUS y/o TCP/IP, y/o formatos de comunicación patentados.

Las comunicaciones, comandos y/o datos de ejemplo que pueden intercambiarse entre el robot 2804 y el simulador 2802 (por ejemplo, directamente o por medio de la interfaz de robot 2808) incluyen: obtener y/o iniciar el programa de control para realizar interacciones de hardware; abrir canales de comunicación; intercambiar datos entre el simulador 2802 y el robot 2804, incluidos lectura de datos y/o escritura de código; iniciar la soldadura (por ejemplo, iniciar el flujo simulado de energía, gas y/o electrodo de soldadura); detener la soldadura (por ejemplo, detener el flujo simulado de energía, gas y/o electrodo de soldadura); recibir y/o transmitir información de estado sobre el robot y/o el suministro de energía simulado; cerrar canales de comunicación; y/o detener el programa de control del hardware.

Las bibliotecas de software pueden implementarse en hardware de procesamiento y comunicaciones designado en la interfaz de robot separada 2808, y/o implementarse en hardware dentro del simulador 2802. Por ejemplo, pueden implementarse componentes y/o modificaciones adicionales a los componentes existentes del simulador 2802 para ejecutar las bibliotecas de software y facilitar la comunicación con el robot 2804. Los componentes incluyen circuitos PHY para soportar los protocolos de comunicación.

Los sensores de imagen 2806 están montados en el robot 2804 para proporcionar información visual similar a la información visual proporcionada por los sensores de imagen 104 de la figura 1. Las imágenes capturadas por los sensores de imagen 2806 se reciben en el simulador 2802 y se usan para simular el funcionamiento del robot, tal como simular operaciones de soldadura tal como se dio a conocer anteriormente. El hardware del módulo de visión puede ser diferente para permitir su unión a un brazo, soplete y/o soporte de soplete del robot 2804.

El robot 2804 puede ser un robot convencional y/o comercialmente disponible para facilitar el entrenamiento de personal con sistemas robóticos convencionales. Pueden usarse robots de soldadura fabricados por FANUC, KUKA, Comau, CLOOS, Panasonic, y otros fabricantes de sistemas de soldadura y robóticos para el robot 2804. Adicionalmente, el simulador 2802 y la interfaz de robot 2808 pueden usarse indistintamente con múltiples robots, siempre que estén disponibles las bibliotecas de comunicaciones apropiadas para el simulador 2802 y/o la interfaz de robot 2808.

El sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 puede usarse en un contexto de comercialización y/o preventa de dispositivos robóticos demostrando cómo pueden funcionar los robots, mostrando los dispositivos robóticos y los resultados de la operación de unión que pueden lograrse usando el robot. Pueden vincularse múltiples robots y/o simuladores (por ejemplo, intercambiando datos de cortes en tiempo real tal como se dio a conocer anteriormente) para demostrar operaciones de unión de múltiples robots. Por ejemplo, un observador podría descargar una aplicación en un dispositivo móvil para permitir la recepción de los datos de cortes de los robots y para renderizar los resultados de las operaciones de unión de múltiples robots a partir de los datos de cortes en el dispositivo móvil.

El sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 puede usarse en un contexto de entrenamiento, tal como cuando se vende un robot de soldadura. Convencionalmente, un vendedor puede proporcionar entrenamiento que incluye información sobre cómo hacer funcionar el robot, pero no incluye información de soldadura básica relacionada con la tecnología robótica. La falta de información de soldadura básica puede dar como resultado problemas, lo que ha dado como resultado nuevas regulaciones sobre los programas de entrenamiento de soldadura. El sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 puede usarse para proporcionar y/o demostrar información de soldadura adicional y entrenamiento específico para un dispositivo robótico al comprador.

El sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 puede usarse para ayudar a fabricantes de robots y clientes industriales a mejorar los procesos de fabricación robótica integrando el entrenamiento de soldadura robótica con una simulación de realidad aumentada. El sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 se conecta con los robots de soldadura del cliente para entrenar a los operarios de robots con un riesgo reducido de daño al equipo por un operario novato y/o con un coste de entrenamiento reducido.

El sistema de entrenamiento de soldadura robótica 2800 permite el autoaprendizaje de la soldadura robótica. Por ejemplo, el simulador 2802 puede proporcionar una evaluación de la soldadura simulada realizada por el robot 2804. La información de evaluación puede procesarse mediante un sistema de inteligencia artificial para ajustar los parámetros en la rutina programada en el robot 2804 para mejorar los resultados de evaluación.

La figura 29 es un diagrama de flujo representativo de instrucciones legibles por máquina 2900 que puede ejecutar el simulador 2802 de la figura 28 para simular un resultado de una operación de robot sobre una pieza de trabajo simulada.

En el bloque 2902, los sensores de imagen 2806 capturan imágenes de una pieza de trabajo de simulación física y un soplete de soldadura de simulación física manipulado por un brazo robótico (por ejemplo, el robot 2804 de la figura 28). En el bloque 2904, el simulador 2802 determina (por ejemplo, por medio del solucionador de soldadura 208) si se han recibido comunicaciones desde el brazo robótico (por ejemplo, por medio de la interfaz de robot 2808). Las comunicaciones que pueden recibirse incluyen: obtener y/o iniciar el programa de control para realizar interacciones de hardware; abrir canales de comunicación; intercambiar datos entre el simulador 2802 y el robot 2804, incluidos lectura de datos y/o escritura de código; iniciar la soldadura (por ejemplo, iniciar el flujo simulado de energía, gas y/o electrodo de soldadura); detener la soldadura (por ejemplo, detener el flujo simulado de energía, gas y/o electrodo de soldadura); recibir y/o transmitir información de estado sobre el robot y/o la fuente de alimentación simulada; cerrar canales de comunicación; y/o detener el programa de control de hardware.

Si se han recibido comunicaciones (bloque 2904), en el bloque 2906 el solucionador de soldadura 208 actualiza los parámetros del proceso de soldadura basándose en las comunicaciones. Después de actualizar los parámetros del proceso de soldadura (bloque 2906), o si no se han recibido comunicaciones (bloque 2904), en el bloque 2908 el simulador 2802 calcula un resultado simulado basándose en las imágenes capturadas y basándose en los parámetros del proceso de soldadura (que pueden actualizarse basándose en las comunicaciones robóticas).

En el bloque 2910, el simulador 2802 renderiza y emite una representación visual del resultado simulado (por ejemplo, por medio de uno o más dispositivos de visualización). Adicional o alternativamente, el simulador 2802 puede transmitir información de cortes a otros dispositivos para renderizar el resultado de la soldadura. Los bloques 2902-2912 pueden implementarse usando los sistemas y métodos de simulación dados a conocer anteriormente con referencia a las figuras 1-27 y, particularmente, con referencia a las instrucciones de las figuras 11, 12, 13 y/o 14.

En el bloque 2912, el simulador 2802 determina si la simulación ha finalizado. Por ejemplo, la simulación puede finalizar en respuesta a una comunicación desde el robot 2804 y/o una entrada del usuario. Si la simulación no ha finalizado (bloque 2912), el control vuelve al bloque 2902 para continuar la simulación. Cuando la simulación ha finalizado (bloque 2912), las instrucciones 2900 finalizan.

La figura 30 es un diagrama de bloques de un sistema informático 3000 que puede usarse para implementar el detector de marcadores 202, el generador de marcos de referencia 204, el detector de parámetros de soldadura 206, el solucionador de soldadura 208, la base de datos de simulación 210, el gestor de cortes 212, el renderizador de sección transversal 214, el renderizador de cordón 216, el analizador de viabilidad 2502, el selector de marcadores 2504, el generador de marcadores visuales 2506, el generador de marcadores físicos 2508 y/o, más generalmente, el simulador 102, el modelador de piezas de trabajo 120 y/o el sistema de entrenamiento de soldadura 100 de la figura 1. El sistema informático 3000 puede ser un dispositivo informático integrado, un aparato informático, un ordenador de escritorio, u ordenador todo en uno, un servidor, un portátil u otro ordenador portátil, un dispositivo informático de tableta, un teléfono inteligente y/o cualquier otro tipo de dispositivo informático.

El sistema informático 3000 de la figura 30 incluye un procesador 3002. El procesador 3002 puede ser cualquier unidad central de procesamiento (CPU) de propósito general de cualquier fabricante. En algunos otros ejemplos, el procesador 3002 puede incluir una o más unidades de procesamiento especializadas, tales como procesadores RISC con un núcleo ARM, unidades de procesamiento gráfico, procesadores de señales digitales y/o sistema en chips (SoC). En algunos ejemplos, el sistema informático 3000 incluye dos o más procesadores. Dos o más procesadores pueden ejecutar conjuntos separados de instrucciones para permitir que los dos o más procesadores definan la misma pieza de trabajo, y para simular simultáneamente operaciones de soldadura separadas en diferentes dominios de simulación. Simular las operaciones de soldadura separadas permitiría a múltiples operarios realizar simultáneamente operaciones de soldadura simuladas en la misma pieza de trabajo.

El procesador 3002 ejecuta instrucciones legibles por máquina 3004 que pueden almacenarse localmente en el procesador (por ejemplo, en una memoria caché incluida o SoC), en una memoria de acceso aleatorio 3006 (u otra memoria volátil), en una memoria de solo lectura 3008 (u otra memoria no volátil tal como memoria FLASH), y/o en un dispositivo de almacenamiento masivo 3010. El dispositivo de almacenamiento masivo 3010 puede ser un disco duro, un disco de almacenamiento de estado sólido, un disco híbrido, una matriz RAID y/o cualquier otro dispositivo de almacenamiento de datos masivo.

Un bus 3012 permite las comunicaciones entre el procesador 3002, la RAM 3006, la ROM 3008, el dispositivo de almacenamiento masivo 3010, una interfaz de red 3014 y/o una interfaz de entrada/salida 3016.

La interfaz de red 3014 incluye hardware, firmware y/o software para conectar el sistema informático 3000 a una red de comunicaciones 3018 tal como Internet. Por ejemplo, la interfaz de red 3014 puede incluir hardware de comunicaciones inalámbricas y/o cableadas conforme a IEEE 2802.X para transmitir y/o recibir comunicaciones.

La interfaz de E/S de ejemplo 3016 de la figura 30 incluye hardware, firmware y/o software para conectar uno o más dispositivos de entrada/salida 3020 al procesador 3002 para proporcionar entrada al procesador 3002 y/o proporcionar salida del procesador 3002. Por ejemplo, la interfaz de E/S 3016 puede incluir una unidad de procesamiento gráfico para interactuar con un dispositivo de visualización, un puerto de bus serie universal para interactuar con uno o más dispositivos compatibles con USB, un FireWire, un bus de campo y/o cualquier otro tipo de interfaz. El sistema informático 3000 incluye un dispositivo de visualización 3024 (por ejemplo, una pantalla LCD) acoplado a la interfaz de E/S 3016. Otro(s) dispositivo(s) de E/S de ejemplo 3020 puede(n) incluir un teclado, un teclado numérico, un ratón, una bola de seguimiento, un dispositivo apuntador, un micrófono, un altavoz de audio, una unidad de medios ópticos, una pantalla táctil multitáctil, una interfaz de reconocimiento de gestos, una unidad de medios magnéticos y/o cualquier otro tipo de dispositivo de entrada y/o salida.

El sistema informático 3000 puede acceder a un medio legible por máquina no transitorio 3022 por medio de la interfaz de E/S 3016 y/o el/los dispositivo(s) de E/S 3020. Los ejemplos del medio legible por máquina 3022 de la figura 30 incluyen discos ópticos (por ejemplo, discos compactos (CD), discos digitales versátiles/de vídeo (DVD), discos Blu-ray, etc.), medios magnéticos (por ejemplo, disquetes), medios de almacenamiento portátiles (por ejemplo, unidades flash portátiles, tarjetas digitales seguras (SD), etc.) y/o cualquier otro tipo de medio legible por máquina extraíble y/o instalado.

Los presentes métodos y sistemas pueden realizarse en hardware, software y/o una combinación de hardware y software. Los presentes métodos y/o sistemas pueden realizarse de manera centralizada en al menos un sistema informático, o de manera distribuida en la que diferentes elementos se extienden a través de varios sistemas informáticos interconectados. Cualquier tipo de sistema informático u otro aparato adaptado para llevar a cabo los métodos descritos en el presente documento es adecuado. Una combinación típica de hardware y software puede incluir un sistema informático de propósito general con un programa u otro código que, cuando se carga y se ejecuta, controla el sistema informático de manera que lleva a cabo los métodos descritos en el presente documento. Otra implementación típica puede comprender un circuito integrado o chip específico de aplicación. Algunas implementaciones pueden comprender un medio legible por máquina no transitorio (por ejemplo, legible por ordenador) (por ejemplo, unidad FLASH, disco óptico, disco de almacenamiento magnético o similar) que tiene almacenadas en el mismo una o más líneas de código ejecutables por una máquina, haciendo de este modo que la máquina realice procesos tal como se describe en el presente documento. Tal como se usa en el presente documento, el término “medio legible por máquina no transitorio” se define para incluir todos los tipos de medios de almacenamiento legibles por máquina y para excluir señales de propagación.

Tal como se utilizan en el presente documento, los términos “circuitos” y “circuitería” se refieren a componentes electrónicos físicos (es decir, hardware) y cualquier software y/o firmware (“código”) que pueda configurar el hardware, ejecutarse por el hardware y o estar asociado de otro modo con el hardware. Tal como se usa en el presente documento, por ejemplo, un procesador y una memoria particulares pueden comprender un primer “circuito” cuando se ejecuta una primera una o más líneas de código y pueden comprender un segundo “circuito” cuando se ejecuta una segunda una o más líneas de código. Tal como se utiliza en el presente documento, “y/o” significa uno cualquiera o más de los elementos en la lista unidos por “y/o”. Como ejemplo, “x y/o y” significa cualquier elemento del conjunto de tres elementos {(x), (y), (x, y)}. En otras palabras, “x y/o y” significa “uno o ambos de x e y”. Como otro ejemplo, “x, y y/o z” significa cualquier elemento del conjunto de siete elementos {(x), (y), (z), (x, y), (x, z), (y, z), (x, y, z)}. En otras palabras, “x, y y/o z” significa “uno o más de x, y y z”. Tal como se utiliza en el presente documento, el término “a modo de ejemplo” significa que sirve como ejemplo, caso o ilustración no limitante. Tal como se utilizan en el presente documento, los términos “p. ej.” y “por ejemplo” establecen listas de uno o más ejemplos, casos o ilustraciones no limitantes. Tal como se utiliza en el presente documento, la circuitería es “operable” para realizar una función siempre que la circuitería comprenda el hardware y el código necesarios (si es necesario alguno) para realizar la función, independientemente de si la realización de la función está deshabilitada o no habilitada (por ejemplo, por un ajuste configurable por el usuario, ajuste de fábrica, etc.).

Aunque el presente método y/o sistema se ha descrito con referencia a ciertas implementaciones, los expertos en la técnica entenderán que pueden realizarse diversos cambios y que pueden sustituirse equivalentes sin apartarse del alcance del presente método y/o sistema. Por ejemplo, el bloque y/o los componentes de los ejemplos dados a conocer pueden combinarse, dividirse, reorganizarse y/o modificarse de otro modo. Además, pueden hacerse muchas modificaciones para adaptar una situación o material particular a las enseñanzas de la presente divulgación sin apartarse de su alcance. Por tanto, el presente método y/o sistema no se limita a las implementaciones particulares dadas a conocer. En su lugar, el presente método y/o sistema incluirá todas las implementaciones que se encuentren dentro del alcance de las reivindicaciones adjuntas, tanto literalmente como bajo la doctrina de equivalentes.

Claims (14)

1. REIVINDICACIONES

   i.Sistema (2800) para simular un resultado de una operación de pintura o unión robótica, comprendiendo el sistema:

   un brazo robótico programare (2804);

   un implemento de simulación física (400) manipulado por el brazo robótico (2804);

   una pieza de trabajo de simulación física (116, 302, 304);

   en donde el brazo robótico (2804) está configurado para realizar una operación de pintura o unión robótica programada sobre la pieza de trabajo de simulación física (116, 302, 304) con el implemento de simulación física (400);

   comprendiendo además el sistema (2800):

   un sensor de imagen (2806) configurado para capturar imágenes de la pieza de trabajo de simulación física (116, 302, 304) y el implemento de simulación física (400) manipulado por el brazo robótico (2804) durante la realización de la operación de pintura o unión robótica programada; y

   un simulador (102, 2802), caracterizado porque el simulador (102, 2802) está configurado para: calcular un resultado simulado basándose en las imágenes capturadas y basándose en las comunicaciones emitidas por el brazo robótico (2804) durante la realización de la operación de pintura o unión robótica programada;

   el simulador (102, 2802) está configurado para evaluar el rendimiento de la operación de pintura o unión robótica programada, basándose en el resultado simulado, durante la realización de la operación de pintura o unión robótica programada;

   el brazo robótico (2804) y el simulador (102, 2802) están adaptados para intercambiar datos en una comunicación bidireccional durante la realización de la operación de pintura o unión robótica programada, basándose en el resultado simulado; y

   los datos intercambiados en la comunicación bidireccional comprenden al menos uno seleccionado de: iniciar y/o detener un programa de control de hardware; abrir y/o cerrar un canal de comunicación entre el brazo robótico (2804) y el simulador (102, 2802); iniciar y/o detener la operación de pintura o unión robótica programada; lectura de datos y/o escritura de código en el brazo robótico (2804) y/o el simulador (102, 2802); recibir y/o transmitir información de estado sobre el brazo robótico (2804), el simulador (102, 2802) y/o una fuente de alimentación simulada.
2. 2. Sistema (2800) según la reivindicación anterior, en donde la operación de pintura o unión robótica programada es una operación de soldadura simulada, y en donde el simulador (102, 2802) está configurado para determinar uno o más parámetros de soldadura basándose en las imágenes capturadas y/o basándose en las comunicaciones intercambiadas entre el brazo robótico (2804) y el simulador (102, 2802).
3. 3. Sistema (2800) según la reivindicación anterior, en donde el uno o más parámetros de soldadura incluyen al menos uno de los siguientes: velocidad de desplazamiento, ángulo de trabajo, ángulo de desplazamiento, longitud de arco, distancia de la punta de contacto al trabajo.
4. 4. Sistema (2800) según cualquiera de las reivindicaciones 2-3, en donde el inicio y/o la detención de la operación de soldadura simulada comprende:

   - iniciar o detener la soldadura;

   - iniciar o detener un flujo simulado de energía, gas y/o electrodo de soldadura.
5. 5. Sistema (2800) según cualquiera de las reivindicaciones 2-4, en donde el resultado simulado comprende una probabilidad de defectos de soldadura simulada.
6. 6. Sistema (2800) según la reivindicación anterior, en donde los defectos de soldadura simulada incluyen porosidad o grietas.
7. 7. Sistema (2800) según cualquiera de las reivindicaciones 2-6, en donde el simulador (102, 2802) se acopla al brazo robótico (2804) usando una interfaz de fuente de alimentación de soldadura del brazo robótico (2804).
8. 8. Sistema (2800) según cualquiera de las reivindicaciones 2-7, en donde el implemento de simulación física (400) comprende un soplete de soldadura.
9. 9. Sistema (2800) según la reivindicación 1, en donde la operación de pintura o unión robótica programada es una operación de pintura por pulverización simulada.
10. 10. Sistema (2800) según cualquiera de las reivindicaciones 1-9, en donde el simulador (102, 2802) está configurado para determinar uno o más parámetros del resultado simulado basándose en la interpretación de marcadores visuales o puntos clave en las imágenes capturadas, y para calcular el resultado simulado basándose en el uno o más parámetros.
11. 11. Sistema (2800) según cualquiera de las reivindicaciones 1-10, que comprende además un controlador de robot (2810) configurado para programar el brazo robótico (2804) para ejecutar la operación de pintura o unión robótica programada.
12. 12. Sistema (2800) según cualquiera de las reivindicaciones 1-11, en donde el simulador (102, 2802) está configurado para calcular el resultado simulado para cortes diferenciados de un dominio de simulación, comprendiendo los cortes diferenciados secciones transversales respectivas de la pieza de trabajo de simulación física (116, 302, 304).
13. 13. Sistema (2800) según cualquiera de las reivindicaciones 1-12, en donde el simulador (102, 2802) está configurado para generar una visualización de la pieza de trabajo de simulación física (116, 302, 304) y un resultado simulado sobre la pieza de trabajo de simulación física (116, 302, 304), al menos uno de durante la operación de pintura o unión robótica programada en un entorno de realidad mixta, o después de la operación de pintura o unión robótica programada en un entorno completamente digitalizado.
14. 14. Sistema (2800) según la reivindicación anterior, en donde el simulador (102, 2802) está configurado para transmitir el resultado simulado a un dispositivo remoto (110, 112) configurado para proporcionar una perspectiva diferente de la pieza de trabajo de simulación física (116, 302, 304) y el resultado simulado.