JP2017223966A - 仮想溶接システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】
仮想溶接システムは、プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムと、このプログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続された空間トラッカーとを含む。空間トラッカーによって空間的に追跡可能なモック溶接ツールを用いる。モック溶接ツールは、1つ以上のアダプタを有しており、各アダプタは、特定の溶接タイプの実世界の外観をエミュレートする。ベースが、1つ以上のアダプタのそれぞれに取外し可能に結合されている。
【選択図】図1
Description
本願は、2009年7月10日に出願された米国特許出願第12/501,257号の一部継続出願である。
ここで図面を参照すると、本発明のいくつかの実施形態又は実装形態は、以下で、図面とともに説明する。ここで、同様の参照符号は、全体を通して同様の要素を参照するために使用される。本発明の実施形態は、複数のアダプタを収容するためのベースを有するモック溶接ツールを用いる仮想溶接システムを対象としており、ここで、各アダプタは、異なる溶接タイプをシミュレートする。アダプタは、必要なときにベースとの取外し可能なシームレスな結合が可能な共通のサイズを有することができる。様々な例示的な仮想溶接システムを以下に本明細書の文脈で示し且つ説明するが、本発明は、示された例に限定されるものではない。
[実施例1]
仮想溶接システム(100)であって、当該システムは:
プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム(110)と;
前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム(110)に動作可能に接続された空間トラッカー(120)と;
前記空間トラッカー(120)によって空間的に追跡可能なモック溶接ツール(160)と;を備えており、
該モック溶接ツール(160)は、
1つ以上のアダプタ(162)であって、各アダプタ(162)は、特定の溶接タイプの実世界の外観をエミュレートする、アダプタ(162)と;
前記1つ以上のアダプタ(162)のそれぞれに取外し可能に接続されたベース(166)と;を有する、
仮想溶接システム。
[実施例2]
前記ベース(166)内に配置された1つ以上のセンサ(168)と;
空間位置を有する磁石(172)であって、前記磁石は、前記1つ以上のセンサ(168)によって追跡されて、前記磁石(172)に対する前記モック溶接ツール(160)の相対位置を識別する、磁石(172)と;をさらに含む、
実施例1に記載の仮想溶接システム。
[実施例3]
少なくとも1つの表面を有し且つ溶接される実世界の部品のシミュレーションを行う溶接クーポン(180)であって、該溶接クーポン(180)は、前記磁石(172)から既知の距離に配置されており、ここで前記溶接クーポン(180)の少なくとも1つの表面は、ソリッド変位層とパドル変位層とを含む二重変位層として仮想現実空間においてシミュレートされ、前記パドル変位層は、前記ソリッド変位層を変更可能である、溶接クーポン(180)をさらに含み、
前記磁石(172)と前記溶接クーポン(80)とを所定の空間的関係でサポートするようなスタンド(170)が提供される、
実施例2に記載の仮想溶接システム。
[実施例4]
ユーザによって着用されるヘルメット(146)と;
該ヘルメット(146)内に配置された顔面装着型ディスプレイ装置(150)であって、該顔面装着型ディスプレイ装置(150)は、前記顔面装着型ディスプレイ装置(150)に表示される際に、リアルタイムの視覚的フィードバックを前記モック溶接ツール(160)のユーザに提供するために、シミュレートされた溶接パドルのリアルタイムの溶湯流動性及び熱放散特性を表示して、リアルタイムの視覚的フィードバックに応答して、ユーザがリアルタイムで溶接技術を調整する又は維持することを可能にする、顔面装着型ディスプレイ装置(150)と;をさらに含む、
実施例1乃至3のいずれか一項に記載の仮想溶接システム。
[実施例5]
前記ヘルメット(146)の位置は、前記空間トラッカー(120)により決定されるとともに、前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム(110)に通信される、
実施例4に記載の仮想溶接システム。
[実施例6]
前記磁石(172)に対する前記ヘルメット(146)の空間位置を追跡するために、前記ヘルメット(146)内に配置された1つ以上のセンサ(168);をさらに含み、
前記センサは、好ましくは、静電容量センサ、圧電センサ、赤外線近接センサ、ホール効果センサ、渦電流センサ、誘導センサ、及び超音波センサのうちの1つ又は複数である、
実施例4又は5に記載の仮想溶接システム。
[実施例7]
仮想溶接システム(100)内で使用されるモック溶接ツール(160)であって、当該モック溶接ツール(160)は:
1つ以上のアダプタ(162)であって、各アダプタ(162)は、特定の溶接タイプの物理的特性をエミュレートする、アダプタ(162)と;
前記1つ以上のアダプタ(162)のそれぞれに取外し可能に結合されたベース(166)であって、前記ベース(166)は、基準位置に対する前記モック溶接ツール(160)のリアルタイム空間位置を特定する、
モック溶接ツール。
[実施例8]
基準点は、溶接される実世界の部品をシミュレートする際の、少なくとも1つの表面を有する溶接クーポン(180)であり、該溶接クーポン(180)は、少なくとも1つの表面を有しており且つ溶接される実世界の部品をシミュレートし、前記溶接クーポン(180)の少なくとも1つの表面は、ソリッド変位層とパドル変位層とを含む二重変位層として、仮想現実空間においてシミュレートされ、前記パドル変位層は、前記ソリッド変位層を変更可能である、
実施例7に記載のモック溶接ツール。
[実施例9]
前記溶接クーポン(180)に対して所定の位置で配置される磁石(172);をさらに含み、
前記溶接クーポン(180)に対して前記磁石(172)の空間位置を固定するようなスタンド(170)が提供されており;
1つ以上のセンサ(168)が、前記ベース(166)内に配置されており、前記1つ以上のセンサは、前記磁石(172)に対する前記ベース(166)の位置を決定し;
前記センサは、好ましくは、これらの位置を前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム(110)に通信する;
実施例8に記載のモック溶接ツール。
[実施例10]
前記ベース(166)の第1の端部に配置されたインターフェイスであって、該インターフェイスは、前記1つ以上のアダプタ(162)のそれぞれとの取外し可能な機械的結合を容易にする、インターフェイスをさらに含む、
実施例7乃至9のいずれか一項に記載のモック溶接ツール。
[実施例11]
前記インターフェイスは、前記アダプタ(162)内の少なくとも1つの第2の機械的機構に相補的な少なくとも1つの第1の機械的機構を含んでおり、前記ベース(166)に対する各アダプタ(162)の取外し可能な機械的結合を容易にする、
実施例10に記載のモック溶接ツール。
[実施例12]
前記ベース(166)は、仮想溶接システム(100)内のアクティブな溶接状態を示すために使用されるトリガーをさらに含んでおり、
好ましくは、前記トリガーは、スリーブを介して各アダプタ内で係合され、前記スリーブは、前記アダプタを介してアクティブ溶接状態をユーザによって開始するために、機械的に操作される、
実施例7乃至11のいずれか一項に記載のモック溶接ツール。
[実施例13]
仮想溶接システム(100)内でモック溶接ツール(160)を使用する方法あって、当該方法は、
第1のアダプタ(162)をベース(166)に取外し可能に接続するステップであって、第1のアダプタ(162)は、第1の溶接タイプに関連付けられている、接続するステップと;
前記ベース(166)から第1のアダプタ(162)を取外すステップと;
第2のアダプタ(162)を前記ベース(166)に取外し可能に接続するステップであって、第2のアダプタ(162)は第2の溶接タイプに関連付けられている、接続するステップと;を含み、
前記ベース(166)は、溶接クーポン(180)に対する前記モック溶接ツール(160)の空間位置を判定するセンサ(168)を含み、前記ベース(166)の位置は、ディスプレイにリアルタイムで更新される、
方法。
[実施例14]
前記溶接クーポン(180)に対して既知の位置に配置された磁石(172);をさらに含み、
前記センサ(168)は、前記磁石(172)の位置を判定するとともに、前記磁石(172)の位置に少なくとも基づいて前記溶接クーポン(180)位置を計算する、
実施例13に記載の方法。
[実施例15]
第1の溶接技術に従って、第1のアダプタ(162)を含むモック溶接ツール(160)を溶接クーポン(180)に対して移動させるステップと;
仮想現実溶接システム(100)を用いて、三次元空間において第1のアダプタ(162)を含むモック溶接ツール(160)を追跡するステップと;
第1のアダプタ(162)を含むシミュレートされたモック溶接ツール(160)が、第1のアダプタ(162)を含むモック溶接ツール(160)から放出されるシミュレートされたアークの近傍でシミュレートされた溶接パドルを形成することによって、第1のシミュレートした溶接ビード材料を、シミュレートされた溶接クーポン(180)の少なくとも1つの表面に堆積させる際に、第1のアダプタ(62)及び溶接クーポン(180)を含むモック溶接ツール(160)のリアルタイム仮想現実シミュレーションを仮想現実空間に示す前記仮想現実溶接装置(100)のディスプレイを確認するステップと;
前記ディスプレイ上で、第1のシミュレートされた溶接パドルの第1のリアルタイムの溶湯流動性及び熱放散特性を確認するステップと;
リアルタイムで、第1のシミュレートされた溶接パドルの第1のリアルタイムの溶湯流動性及び熱放散特性の確認に応答して、第1の溶接技術の少なくとも1つの態様を変更するステップと;を含み、
さらに好ましくは、
第2の溶接技術に従って、第2のアダプタ(162)を含む前記モック溶接ツール(160)を溶接クーポン(180)に対して移動させるステップと;
前記仮想現実溶接システム(100)を用いて、第2のアダプタ(162)を含む前記モック溶接ツール(160)を三次元空間において追跡するステップと;
第2のアダプタ(162)を含むシミュレートされたモック溶接ツール(160)が、第2のアダプタ(162)を含むシミュレートされたモック溶接ツール(160)から放出されるシミュレートされたアークの近傍で第2のシミュレートされた溶接パドルを形成することによって、第2のシミュレートされた溶接ビード材料を、シミュレートされた溶接クーポン(180)のシミュレートされた少なくとも1つの表面上に堆積する際に、第2のアダプタ(162)及び前記溶接クーポン(180)を含む前記モック溶接ツール(160)のリアルタイムの仮想現実シミュレーションを仮想現実空間に示す前記仮想現実溶接装置(100)のディスプレイを確認するステップと;
前記ディスプレイ上で、第2のシミュレートされた溶接パドルの第2のリアルタイムの溶湯流動性及び熱放散特性を確認するステップと;
リアルタイムで、第2のシミュレートされた溶接パドルの第2のリアルタイムの溶湯流動性及び熱放散特性の確認に応答して、第2の溶接技術の少なくとも1つの態様を変更するステップと;をさらに含む、
実施例13又は14に記載の方法。
110 プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム
111 中央処理装置
112 メモリ
114 プロセッサ
115 グラフィック処理装置
116 コンピュータ統合化デバイスアーキテクチャ
117 シェーダ
118 ビデオ出力
119 ビデオ出力
120 空間トラッカー
130 溶接ユーザインターフェイス
132 ジョイスティック
140 顔装着型ディスプレイ装置
142 センサ
146 ヘルメット
150 ディスプレイ装置
160 モック溶接ツール
162 アダプタ
166 ベース
168 センサ
170 スタンド
172 磁石
178 所定の距離
180 溶接クーポン
200 システム
300 溶接ガン
310 ノズル
312 チューブ
318 インターフェイス
400 スティック形状溶接ツール
410 シミュレートされたスティック形状電極
422 ホルダー
500 酸素燃焼トーチ
510 ノズル
518 インターフェイス
520 プッシュボタン
522 カラー
600 ベース
610 インターフェイス
614 ランディング
616 ディンプル
618 プッシュボタン
620 本体
630 配線接続ケーブル
640 締結具
652 センサ
654 ケーブル
658 締結具
672 ベーン(翼)
700 スタンド
710 磁石
714 アーム
722 直立部
724 ベース
732 プランジャ
738 ランディング
758 溶接クーポン
762 ピン
764 ピン
766 孔
768 孔
800 モック溶接ツール
810 容器
830 ユーザインターフェイス
832 セレクター
836 温度計
838 電流計
842 電圧計
854 ステップ
856 ステップ
860 代替ユーザインターフェイス
900 ヘルメット
1201 物理インターフェイス
1202 トーチ/クランプモデル
1203 環境モデル
1204 サウンドコンテンツ機能
1205 溶接サウンド
1206 スタンド/テーブルモデル
1207 内部アーキテクチャ機能
1208 キャリブレーション機能
1210 溶接クーポンモデル
1211 溶接物理
1212 内部物理調整ツール
1213 ユーザインターフェイス機能
1214 グラフ作成機能
1215 生徒レポート機能
1216 レンダー
1217 ビードレンダリング
1218 3次元テクスチャ
1219 視覚的な手がかり機能
1220 スコアリング/公差機能
1221 公差エディタ
1222 空間エフェクト
1300 方法
1310 ステップ
1320 ステップ
1330 ステップ
1340 ステップ
1350 ステップ
1400 平坦な溶接クーポン
1410 平坦な上面
1420 変位マップ
1421 wexel
1600 溶接クーポン
1610 表面
1620 表面
1700 パイプ溶接クーポン
1710 湾曲した表面
1910 長方形のバー
1920 粒子
1930 粒子の高さ
1940 影付きの長方形
6010 スティック形状電極
7018 スティック形状電極
B 点B
D 情報のチャネル
E 情報の位置/チャネル
H 情報のチャネル
O 点O
O’ ライン
P 情報のチャネル
S テクスチャ座標
T テクスチャ座標
U テクスチャ座標
V テクスチャ座標
X 点X
X’ ライン
Y 点Y
Z 点Z
Claims (33)
- 仮想溶接システムであって、当該仮想溶接システムは、
プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムと、
磁石に対するモック溶接ツールの空間位置を決定するベースを有するモック溶接ツールと、
第1のディスプレイ装置を有するヘルメットであって、第1のディスプレイ装置は、前記プロセッサベースのサブシステムと通信して、第1のディスプレイ装置の空間位置に関するデータを送受信するように動作可能である、ヘルメットと、
前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続され、前記モック溶接ツールを空間的に追跡するように構成された空間トラッカーと、を有しており、
当該仮想溶接システムは、
仮想現実空間にシミュレートされた溶接クーポンを表示し、
シミュレートされた溶接パドルを形成することによって、前記シミュレートされた溶接クーポンの少なくとも1つのシミュレートされた表面上にシミュレートされた溶接ビート材料を表示し、
第1のディスプレイ上に前記シミュレートされた溶接パドルのリアルタイムの溶湯流動性及び熱放散特性を表示する、ように動作可能である、
仮想溶接システム。 - 監視員用ディスプレイ装置をさらに有する、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムは、ソフトウェア命令によって実施される当該仮想溶接システムの複数の機能ブロックを含む、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムは、各アダプタに関連する適切な命令セットを実行して、第1のディスプレイ装置上の表示をレンダリングする、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 冷却された固化状態の溶接ビードをレンダリングするためにビードレンダリング機能と通信する溶接物理的機能をさらに有する、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 前記モック溶接ツール(160)は、該ツールの実際の感触をシミュレートするための実際の溶接ツールである、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 前記モック溶接ツールの前記ベースは、複数のアダプタに接続可能である、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 前記複数のアダプタは、特定の溶接タイプの実世界の外観をエミュレートする、請求項7に記載の仮想溶接システム。
- 前記シミュレートされた溶接クーポンは、異なるタイプの溶接接合部をシミュレートするのに互換性を有して利用され且つシミュレートするのに適した複数のクーポンのうちの1つである、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 前記シミュレートされた溶接クーポンは、平板クーポン、T継手クーポン、突合せ継手クーポン、溝溶接クーポン、及びパイプクーポンのうちの1つである、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 前記ヘルメットは、スピーカーを含むことができる、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 仮想現実空内に様々なバックグラウンドのシーンを提供するための環境モデルをさらに含む、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 前記溶接クーポンのためのスタンドをさらに有しており、該スタンドは、前記溶接クーポンを複数の姿勢で位置付けするように構成可能である、請求項1に記載の仮想溶接システム。
- 溶接活動をシミュレートするためのシステムであって、当該システムは、
シミュレートされた溶接動作を行うためにユーザによって操作されるように構成されたモック溶接ツールと、
溶接クーポンと、
前記シミュレートされた溶接動作中に前記溶接クーポンに対して前記ユーザによって操作が行われたときに、前記モック溶接ツールの動き及び姿勢を追跡するように構成された空間トラッカーと、
前記ユーザにシミュレートされた溶接環境を表示するための第1のディスプレイ装置を有するヘルメットと、
前記シミュレートされた溶接動作中に、前記シミュレートされた溶接環境及び複数の溶接パラメータを表示するための第2のディスプレイ装置を有する溶接コンソールと、
該溶接コンソール内に収容され、前記モック溶接ツールの動き及び姿勢に関する情報を受信するために前記空間トラッカーに動作可能に結合され、且つ前記シミュレートされた溶接環境の表示に関連する情報を送信するために前記ヘルメットに動作可能に結合されたプロセッサベースのサブシステムと、を有しており、
前記プロセッサベースのサブシステムは、コード化された命令を実行して、
溶接接合部を有する前記溶接クーポンについてのシミュレートされた溶接面を生成して表示し、
前記シミュレートされた溶接動作中の、前記シミュレートされた溶接面に関するリアルタイムの溶湯流動性及びリアルタイムの熱放散特性を有するシミュレートされた溶接パドルを生成して表示し、
前記シミュレートされた溶接パドルに基づいて、シミュレートされた溶接ビードを生成して表示し、
前記空間トラッカーから受信した前記情報に少なくとも部分的に基づいて、前記複数の溶接パラメータを生成して表示する、ように動作可能である、
システム。 - 前記プロセッサベースのサブシステムは、前記シミュレートされた溶接動作中に、前記複数の溶接パラメータを経時的に追跡するための命令をさらに実行する、請求項14に記載のシステム。
- 前記プロセッサベースのサブシステムは、前記シミュレートされた溶接動作中に、前記溶接接合部に沿った位置に対する前記複数の溶接パラメータを追跡するための命令をさらに実行する、請求項14に記載のシステム。
- 前記プロセッサベースのサブシステムは、前記シミュレートされた溶接動作中に、前記複数の溶接パラメータをグラフ形式で表示するための命令をさらに実行する、請求項14に記載のシステム。
- 前記複数の溶接パラメータは、溶接角度、移動角度、及び移動速度のうちの少なくとも1つを含む、請求項14に記載のシステム。
- 前記プロセッサベースのサブシステムは、前記複数の溶接パラメータのうちの1つのパラメータを許容範囲と比較し、比較結果を第2のディスプレイ装置に表示するための命令をさらに実行する、請求項14に記載のシステム。
- 前記比較結果は、前記パラメータの設定点の周りの許容範囲ウィンドウのグラフ表示に関連してグラフ形式で表示される、請求項19に記載のシステム。
- 前記プロセッサベースのサブシステムは、前記複数の溶接パラメータのうちの1つの溶接パラメータの視覚的な手がかりを第1のディスプレイ装置上に表示させるための命令をさらに実行し、前記視覚的な手がかりは、所定の許容範囲からの前記溶接パラメータの偏差を示す、請求項14に記載のシステム。
- 仮想溶接システムを使用する方法であって、当該方法は、
溶接技術に従って、溶接クーポンに対してモック溶接ツールを移動させるステップと、
3次元空間における前記モック溶接ツールの位置及び姿勢を追跡するステップと、
シミュレートされた前記モック溶接ツールによって、シミュレートされた前記溶接クーポンの少なくとも1つのシミュレートされた表面上にシミュレートされた溶接ビード材料を堆積させる際に、前記モック溶接ツールのリアルタイムのシミュレーション及び前記溶接クーポンのリアルタイムのシミュレーションを表示するステップと、
シミュレートされた溶接パドルのリアルタイムの溶湯流動性及び熱放散特性を表示するステップと、を含み、
前記モック溶接ツールの前記リアルタイムシミュレーション及び前記リアルタイムの溶湯流動性を、ヘルメット内に配置されたディスプレイ装置に表示させる、
方法。 - 前記溶接技術の少なくとも1つの態様をリアルタイムで変更するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記シミュレートされた溶接パドルは、前記モック溶接ツールと前記シミュレートされた溶接クーポンのシミュレートされた表面との間にシミュレートされた溶接アークを表示することによって表示される、請求項22に記載の方法。
- 前記シミュレートされた溶接パドルの特性は、前記シミュレートされた溶接アークの特性に基づく、請求項24に記載の方法。
- 冷却された固化状態の前記溶接ビードを生成するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
- 前記モック溶接ツールは、該ツールの実際の感触をシミュレートする実際の溶接ツールである、請求項22に記載の方法。
- 前記モック溶接ツールのベースは、複数のアダプタに接続することができる、請求項22に記載の方法。
- 前記複数のアダプタは、特定の溶接タイプの実世界の外観をエミュレートする、請求項28に記載の方法。
- 前記シミュレートされた溶接クーポンは、異なるタイプの溶接接合部をシミュレートするのに互換性を有して利用され且つシミュレートするのに適した複数のクーポンのうちの1つである、請求項22に記載の方法。
- 前記シミュレートされた溶接クーポンは、平板クーポン、T継手クーポン、突合せ継手クーポン、溝溶接クーポン、及びパイプクーポンのうちの1つである、請求項22に記載の方法。
- 前記ヘルメットは、スピーカーを含むことができる、請求項22に記載の方法。
- 複数のシミュレートされた溶接音を提供するステップをさらに含む、請求項22に記載の方法。
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