KR101861975B1 - 가상 현실 용접 시뮬레이터용 유니쿠폰 - Google Patents

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Abstract

가상 용접 시스템용 모조 용접 유니쿠폰(22, …)은 제1 외부 표면 및 제1 외부 표면과 수직한 제2 외부 표면을 포함한다. 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면은 모조 용접 유니쿠폰 상에서 복수의 상이한 유형의 홈 용접을 시뮬레이션하도록 구성되는 복수의 홈(36, 38, 40, …)을 함께 제공한다. 곡선의 외부 표면(42, …)은 모조 용접 유니쿠폰 상에서 파이프 필릿 용접을 시뮬레이션하도록 구성된다. 자석 소스(46)는 모조 용접 유니쿠폰에 대한 모조 용접 공구의 움직임을 추적하기 위해서 모조 용접 유니쿠폰 주위에 자기장을 발생하도록 구성된다.

Description

가상 현실 용접 시뮬레이터용 유니쿠폰{UNICOUPON FOR VIRTUAL REALITY WELDING SIMULATOR}
본 개시는 가상 용접 환경에서 용접을 시뮬레이션하기 위한 시스템 및 이와 같은 시스템에 사용하기 위한 용접 쿠폰에 관한 것이다.
수십 년간 사업체에서는 용접 기술을 가르쳐 왔다. 전통적으로, 용접은 현실 세계 환경에서 가르쳐 왔으며, 즉 용접은 금속 조각 상에서 아크를 전극과 실제로 충돌시키는 것으로 가르쳐 왔다. 기술분야의 숙련된 강사는 실습생이 용접을 수행할 때 경우에 따라서 수정하는 훈련 과정을 감독한다. 지시와 반복에 의해서, 새로운 실습생은 하나 이상의 절차를 이용하여 어떻게 용접할지를 배운다. 그러나, 수행되는 모든 용접에 비용이 발생하며, 이와 같은 비용은 배우게 될 용접 과정에 따라서 변하게 된다.
더 최근에, 용접공을 훈련하기 위한 비용 절약 시스템이 사용되어 왔다. 몇몇 시스템은 모션 분석기(motion analyzer)를 포함한다. 분석기는 용접물의 물리적 모형, 모조 전극 및 모조 전극의 움직임을 추적하는 감지 수단을 포함한다. 모션 허용 범위 밖으로 어느 범위까지 전극 팁(tip)이 이동할지를 나타내는 보고서가 생성된다. 더욱 발전된 시스템은 용접공에 의해 실시간으로 관찰(예를 들어, 시각, 청각, 등)될 수 있는 가상 환경에서 모조 전극의 조종과 결과적인 용접을 시뮬레이션하는 가상 현실의 사용을 포함한다.
가상 현실 용접 시뮬레이터는 전형적으로, 용접물(예를 들어, 모조 용접 쿠폰)에 대한 다수의 상이한 물리적 모형을 포함하며, 각각의 물리적 모형은 용접공이 특정 유형의 용접을 실습하게 한다. 예를 들어, 하나의 모조 용접 쿠폰은 용접공이 필릿 용접(fillet weld)을 실습하게 하는 2개의 수직 표면을 가질 수 있는 반면에, 다른 모조 용접 쿠폰은 용접공이 홈 용접(groove weld)을 실습하게 하는 홈진 표면(grooved surface)을 가질 수 있다. 상이한 유형의 모의 용접 간에 전환하기 위해, 용접공은 모조 용접 쿠폰을 재위치시키거나 교체해야 한다. 용접공이 모조 용접 쿠폰을 재위치시키거나 교체하기 위해서 훈련을 중단하는 것은 불편할뿐만 아니라, 모조 용접 쿠폰을 재위치시키거나 교체하는 것은 용접 쿠폰이 부적절하게 장착되는 결과를 초래할 수 있다. 예를 들어, 모조 용접 쿠폰이 특정의 고정된 장소에 위치될 것을 예상하도록 가상 현실 용접 시뮬레이터가 프로그램되며 용접공이 용접 쿠폰을 다른 부적절한 장소에 장착한다면, 부정확한 모의 용접 데이터를 야기할 것이다.
다음의 요약은 본 발명에서 논의되는 장치와 시스템의 몇몇 양태에 대한 기본 이해를 제공하기 위해서 간단한 요약을 제시한다. 이와 같은 요약은 본 발명에서 논의되는 장치와 시스템에 대한 광범위한 개요는 아니다. 이는 중요한 요소를 식별하거나 이와 같은 장치와 시스템의 범주를 기술하려고 의도된 것이 아니다. 이의 유일한 목적은 이후에 제시되는 더 상세한 설명의 서두로서 몇몇 개념만을 간단한 형태로 제시하는 것이다. 특히, 본 발명은 청구범위 제1항에 따른 모조 용접 유니쿠폰 및 청구범위 제6항 또는 제12항에 따른 가상 용접 시스템을 제안한다. 바람직한 실시예는 상세한 설명, 종속항 및/또는 도면에 개시된다. 그 때문에, 복수의 홈이 수직 홈 용접의 시뮬레이션용으로 구성되는 수직 홈, 및 수평 홈 용접 또는 평탄한 홈 용접의 시뮬레이션용으로 구성되는 수평 홈을 포함하고/포함하거나, 곡선의 외부 표면이 파이프 홈 용접의 시뮬레이션용으로 구성되는 홈을 포함하는 경우에 바람직할 수 있다.
일 양태에 따라서, 가상 용접 시스템용 모조 용접 유니쿠폰이 제공된다. 모조 용접 유니쿠폰은 제1 외부 표면 및 제1 외부 표면과 수직한 제2 외부 표면을 포함한다. 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면이 모조 용접 유니쿠폰 상에서 복수의 상이한 유형의 홈 용접을 시뮬레이션하도록 구성되는 복수의 홈을 함께 제공한다. 곡선의 외부 표면은 모조 용접 유니쿠폰 상에 파이프 필릿 용접을 시뮬레이션하도록 구성된다. 자석 소스(magnet source)는 모조 용접 유니쿠폰에 대한 모조 용접 공구의 움직임을 추적하기 위해서 모조 용접 유니쿠폰 주위에 자기장을 발생하도록 구성된다.
다른 양태에 따라서, 가상 용접 시스템이 제공된다. 가상 용접 시스템은 모의 용접을 수행하기 위한 모조 용접 공구를 포함한다. 모조 용접 유니쿠폰은 모조 용접 공구를 사용하여 복수의 상이한 유형의 모의 용접을 수용하도록 구성된다. 모조 용접 유니쿠폰은 적어도 하나의 홈진 수직 표면, 적어도 하나의 홈진 수평 표면 및 적어도 하나의 곡선 표면을 포함한다. 복수의 상이한 유형의 모의 용접은 파이프 필릿 용접, 수직 홈 용접, 수평 홈 용접 또는 평탄한 홈 용접, 및 수평 필릿 용접을 포함한다. 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템은 모조 용접 유니쿠폰에 대응하는 가상 용접 유니쿠폰 상에서 용접 행위를 시뮬레이션하는 대화형 가상 현실 용접 환경을 발생하기 위한 코드화된 명령어를 실행하도록 작동할 수 있다. 대화형 가상 현실 용접 환경은 모조 용접 유니쿠폰 상의 모의 용접에 반응하여 실시간으로 발생되는 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들(puddle)을 포함한다. 디스플레이 장치는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템에 작동적으로 연결되고 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함하는, 대화형 가상 현실 용접 환경을 실시간으로 시각적으로 묘사하도록 구성된다.
다른 양태에 따라서, 가상 용접 시스템이 제공된다. 가상 용접 시스템은 모의 용접을 수행하기 위한 모조 용접 공구를 포함한다. 모조 용접 공구는 자기장 센서를 포함한다. 모조 용접 유니쿠폰은 모조 용접 공구를 사용하여 복수의 상이한 유형의 모의 용접을 수용하도록 구성된다. 모조 용접 유니쿠폰은 모조 용접 유니쿠폰에 대한 모조 용접 공구의 움직임을 추적하기 위해서 모조 용접 유니쿠폰 주위에 자기장을 발생하도록 구성되는 자석 소스를 포함한다. 모조 용접 유니쿠폰은 적어도 하나의 홈진 수직 표면, 적어도 하나의 홈진 수평 표면, 및 적어도 하나의 곡선 표면을 더 포함한다. 복수의 상이한 유형의 모의 용접은 파이프 필릿 용접, 수직 홈 용접, 수평 홈 용접, 평탄한 홈 용접, 수평 필릿 용접, 및 파이프 홈 용접 또는 오버헤드 필릿 용접을 포함한다. 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템은 모조 용접 유니쿠폰에 대응하는 가상 용접 유니쿠폰 상에서 용접 행위를 시뮬레이션하는 대화형 가상 현실 용접 환경을 발생하기 위한 코드화된 명령어를 실행하도록 작동할 수 있다. 대화형 가상 현실 용접 환경은 모조 용접 유니쿠폰 상의 모의 용접에 반응하여 실시간으로 발생되는 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함한다. 가상 용접 퍼들은 동적 실시간 용융 금속 유동성 및 열 분산 특징을 포함한다. 디스플레이 장치는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템에 작동적으로 연결되고 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함하는, 대화형 가상 현실 용접 환경을 실시간으로 시각적으로 묘사하도록 구성된다.
도 1은 가상 용접 시스템을 사용하는 용접공의 사시도이며,
도 2는 가상 용접 시스템을 사용하는 용접공의 사시도이며,
도 3은 가상 용접 시스템의 사시도이며,
도 4는 가상 용접 시스템의 개략적인 블록선도이며,
도 5는 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 6은 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 7은 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 8은 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 9은 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 10은 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 11은 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 12는 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 13은 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 14는 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 15는 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 16은 모조 용접 유니쿠폰의 사시도이며,
도 17a 내지 도 17c는 가상 현실 공간에서 모조 용접 유니쿠폰의 표면을 시뮬레이션하기 위한 예시적인 더블 변위 층을 개략적으로 도시한다.
본 발명의 요지는 용접 작업을 훈련하거나 시연하는데 사용하기 위한 가상 용접 시스템에 관한 것이고, 이와 같은 시스템에 사용하기 위한 모조 용접 쿠폰에 관한 것이다. 가상 용접 시스템의 세부사항은 2012년 7월 26일자로 공개되어 그 전체가 원용에 의해 본 발명에 포함되는 발명의 명칭이 "가상 용접 시스템(VIRTUAL WELDING SYSTEM)"인 미국 특허 출원 공개 번호 2012/0189993 A1(Kindig 외), 및 2013년 7월 25일자로 공개되어 그 전체가 원용에 의해 본 발명에 포함되는 발명의 명칭이 "가상 현실 GTAW 및 파이프 용접 시뮬레이터 및 설정(VIRTUAL REALITY GTAW AND PIPE WELDING SIMULATOR AND SETUP)"인 미국 특허 출원 공개 번호 2013/1089657 A1(Wallace 외)에서 찾을 수 있다.
본 발명의 요지는 이제, 동일한 참조 번호가 전체적으로 동일한 요소를 지칭하는데 사용된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 다양한 도면은 한 도면으로부터 다른 도면에 이르기까지 반드시 축척대로 도시된 것은 아닐 뿐만 아니라, 주어진 도면 내에서도 반드시 그러하지는 않으며, 특히 구성요소의 크기는 도면의 이해를 용이하게 하기 위해서 임의로 도시된 것을 이해할 것이다. 다음의 설명에서, 설명의 목적으로 다수의 구체적인 세부사항이 본 발명의 요지에 대한 철저한 이해를 제공하기 위해서 제시된다. 그러나, 본 발명의 요지는 이들의 구체적인 세부사항 없이도 실시될 수 있다는 것이 자명할 수 있다. 또한, 본 발명의 요지의 다른 실시예가 가능하며 그 요지는 설명된 것과 다른 방식으로 실시되고 수행될 수 있다. 본 발명의 요지를 설명하는 데 사용된 용어 및 문구는 본 발명의 요지에 대한 이해를 촉진시킬 목적으로 사용된 것이며 제한적인 것으로 간주되어서는 안 된다.
도 1 내지 도 3은 가상 용접 시스템의 구성요소를 도시하며, 도 4는 가상 용접 시스템(10)의 블록선도를 제공한다. 가상 용접 시스템은 상이한 용접 기술과 공정에 관한 훈련을 용접공 또는 사용자(14)에게 제공하기 위한 대화형 가상 현실 용접 환경을 발생시키는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)을 포함한다. 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)은 가상 현실 공간에서 상이한 용접 공정, 예컨대 가스 금속 아크 용접(GMAW), 피복 금속 아크 용접(SMAW), 가스 텅스텐 아크 용접(GTAW) 등을 시뮬레이션할 수 있으며 모의 용접의 진행과 품질에 관한 실시간 피드백을 사용자(14)에게 제공한다. 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)은 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템이 본 발명에서 그에게 할당된 기능을 제공하게 하는 코드화된 프로그램 명령어를 저장하고 실행하기 위한 하나 이상의 프로세서(예를 들어, 마이크로프로세서, 마이크로제어기 등) 및 관련 메모리(RAM, ROM 등)를 포함할 수 있다.
가상 용접 시스템(10)은 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템과 통신하는 용접 사용자 인터페이스(16)를 포함한다. 용접 사용자 인터페이스(16)는 사용자(14)가 시뮬레이션될 용접 공정을 설정하게 한다. 용접 사용자 인터페이스(16)는 입력 및 출력 장치, 예컨대 비디오 디스플레이, 키보드, 마우스, 조이스틱, 터치스크린 등을 포함할 수 있다. 용접 사용자 인터페이스(16)를 통해서, 사용자(14)는 다양한 가상 또는 모의 용접 매개변수, 예컨대 용접 전압, 용접 전류, 용접 극성, 용접 파형, 와이어 공급 속도 등을 선택하거나 설정할 수 있다. 가상 용접 작업의 실시간 피드백은 용접 사용자 인터페이스(16)를 통해 사용자(14)에게 제공될 수 있다. 예를 들어, 용접 품질, 결함, 및 용접 퍼들(weld puddle)에 대한 묘사를 포함하는 용접 진행이 실시간으로 용접 사용자 인터페이스(16) 상에서 사용자(14)에게 표시될 수 있다. 가상 용접 작업의 실시간 청각 피드백이 또한 용접 사용자 인터페이스(16)를 통해 사용자(14)에게 제공될 수 있다. 따라서, 현실 세계에서 사용자(14)의 모의 용접 행위가 가상 용접 행위로 변환되어 실시간으로 출력된다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, 용어 "실시간"은 최종 사용자(14)가 현실 세계 환경에서 시간적으로 인지하고 경험할 수 있는 것과 실질적으로 동일한 방식으로 가상 환경을 시간적으로 인지하고 경험하는 것을 의미한다.
가상 용접 작업의 실시간 피드백은 또한, 얼굴 장착형 디스플레이 장치(18)를 통해 사용자에게 제공될 수 있다. 얼굴 장착형 디스플레이 장치(18)는 용접 헬멧과 통합될 수 있거나, 대안으로 도 1에 도시된 바와 같이 별개로 장착될 수 있다. 얼굴 장착형 디스플레이 장치(18)는 2차원 및 프레임 시퀀셜 비디오 모드(frame sequential video mode)로 유체 풀-모션(full-motion) 비디오를 전달할 수 있는 2개의 고 대비 마이크로 디스플레이를 포함할 수 있다. 가상 용접 환경으로부터의 가상 이미지, 예를 들어 비디오가 얼굴 장착형 디스플레이 장치(18)에 제공되고 표시된다. 줌 모드가 또한 제공될 수 있어서, 사용자(14)가 가짜 평판(cheater plate)을 시뮬레이션하게 한다. 얼굴 장착형 디스플레이 장치(18)는 스피커를 더 포함할 수 있어서, 사용자(14)가 모의 용접 관련 및 환경음을 들을 수 있게 한다. 얼굴 장착형 디스플레이 장치(18)는 유선 또는 무선 수단을 통해서 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)에 작동적으로 연결된다.
훈련 중에, 사용자(14)는 모조 용접 공구(20)를 사용하여 모의 용접을 수행한다. 모조 용접 공구(20)는 예를 들어, 수동 용접 전극 홀더 또는 아크 용접 토치와 같은 현실 세계 용접 공구와 유사하게 만들어질 수 있다. 모조 용접 공구(20)는 현실 세계 용접 공구와 동일한 형상, 중량 및/또는 촉감을 가질 수 있다. 모조 용접 공구(20)는 유선 또는 무선 수단을 통해서 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)에 작동적으로 연결된다.
모조 용접 공구(20)를 사용하여, 사용자(14)는 모조 용접 쿠폰, 예컨대 모조 용접 유니쿠폰(22, 22a, 22b) 상에서 모의 용접을 수행한다. 아래에서 구체적으로 설명되는 바와 같이, 모조 용접 유니쿠폰(22, 22a, 22b)은 모조 용접 공구(20)를 사용하여 복수의 상이한 유형의 모의 용접을 수용하도록 구조적으로 구성된다. 통상적인 모조 용접 쿠폰은 한 유형의 모의 용접, 예컨대 수평 필릿 용접을 수용하도록 구성된다. 반대로, 본 발명에서 논의되는 모조 용접 유니쿠폰은 여러 상이한 유형의 모의 용접을 수용하도록 구성된다. 종래의 모조 용접 쿠폰은 또한, 가상 용접 시스템이 적절히 작동하도록 하기 위해서, 공간 추적 시스템의 요소에 대해 정확히 위치되어야 한다. 본 발명에서 논의되는 특정한 모조 용접 유니쿠폰(22, 22a, 22b)은 유니쿠폰이 본질적으로 정확하게 위치되도록 유니쿠폰에 대해 고정된 위치 관계로 그들에 내장되는 공간 추적 시스템의 요소를 가진다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 가상 용접 시스템(10)은 가상 용접 시스템의 구성요소를 저장하고 운반하기 위한 외함(enclosure)(24)을 포함할 수 있다. 외함(24)은 뚜껑(26)과 기저부(28)를 포함한다. 가상 용접 시스템(10)이 사용 중일 때, 외함(24)의 뚜껑(26)은 모의 용접 중에 모조 용접 유니쿠폰을 지지하기 위한 스탠드로서 사용될 수 있는 반면에, 시스템의 다른 구성요소, 예컨대 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템 또는 용접 사용자 인터페이스는 기저부(28)에 유지된다.
도 5 내지 도 8를 참조하면, 하나의 예시적인 모조 용접 유니쿠폰(22a)이 여러 상이한 사시도로 도시된다. 모조 용접 유니쿠폰(22a)은 복수의 상이한 용접이 모조 용접 공구를 사용하여 시뮬레이션되게 한다. 모조 용접 유니쿠폰(22a)은 기저부(30) 및 기저부와 서로에 수직한 제1 및 제2 벽 부재(32, 34)를 포함한다. 기저부(30) 그리고 제1 및 제2 벽 부재(32, 34)는 시뮬레이션 용접이 발생할 수 있는 모조 용접 유니쿠폰의 외부 표면을 제공한다. 예를 들어, 모의 선형 필릿 용접, 예컨대 모의 수평 필릿 용접(예를 들어, 용접 위치(2F))는 기저부(30)와 제1 벽 부재(32)의 교차점(33)을 따라 수행될 수 있다. 상이한 유형의 모의 선형 필릿 용접, 예컨대 모의 수직 필릿 용접(예를 들어, 용접 위치(3F))는 제1 및 제2 벽 부재(32, 34)의 교차점을 따라 수행될 수 있다.
기저부(30) 그리고 제1 및 제2 벽 부재(32, 34)는 다양한 홈 용접을 시뮬레이션하기 위한 각각의 홈(36, 38, 40)을 포함한다. 기저부(30)는 평탄한 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(1G))가 모조 용접 공구를 사용하여 시뮬레이션되게 하는 홈진 수평 표면을 형성한다. 제1 벽 부재(32)는 수평 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(2G))이 시뮬레이션되게 하는 수평 홈(38)을 포함한다. 제2 벽 부재(34)는 수직 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(3G))이 시뮬레이션되게 하는 수직 홈(40)을 포함한다. 따라서, 홈진 기저부(30) 그리고 제1 및 제2 벽 부재(32, 34)는 적어도 5개의 상이한 유형의 용접(2개 유형의 필릿 용접 및 3개 유형의 홈 용접)이 모조 용접 공구를 사용하여 시뮬레이션되게 한다. 특정 실시예에서, 표면 경화와 같은 추가의 용접 작업이 모조 용접 유니쿠폰(22a)을 사용하여 시뮬레이션될 수 있다. 또한, 특정 실시예에서, 모조 용접 유니쿠폰(22a)은 추가의 용접 작업, 예컨대 오버 헤드 선형 필릿 용접(예를 들어, 용접 위치(4F)), 오버헤드 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(4G)), 평탄한 필릿 용접(예를 들어, 용접 위치(1F)) 등이 시뮬레이션되게 하도록 재위치 될(예를 들어, 뒤집힐) 수 있다.
모조 용접 유니쿠폰(22a)은 다양한 파이프 용접이 시뮬레이션되게 하는 곡선 표면(42)을 포함할 수 있다. 모조 용접 유니쿠폰(22a)의 기저부(30)는 곡선 표면(42)을 넘어서 돌출하며, 이는 파이프 필릿 용접이 곡선 표면과 기저부의 교차점(43)을 따라서 시뮬레이션되게 한다. 곡선 표면은 곡선 홈(44)을 포함하며, 이는 파이프 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(2G))가 시뮬레이션되게 한다. 특정 실시예에서, 모조 용접 유니쿠폰(22a)은 추가의 파이프 용접, 예컨대 수평 고정(예를 들어, 용접 위치(5G)) 또는 경사(예를 들어, 용접 위치(6G)) 용접 위치가 시뮬레이션되게 하도록 재위치될 수 있다.
모조 용접 유니쿠폰(22a)은 유니쿠폰의 주위에 자기 외막(magnetic envelope)을 발생시키는 자석 소스(46)를 포함함으로써, 모조 용접 공구 및 선택적으로 얼굴 장착형 디스플레이 장치의 위치가 추적될 수 있다. 모조 용접 유니쿠폰(22a)은 자기 외막과 간섭하지 않거나 이를 실질적으로 왜곡시키지 않을 재료, 예컨대 플라스틱으로 만들어질 수 있다. 자석 소스(46)는 모의 용접이 수행될 때 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템에 의해 활성화된다. 모조 용접 유니쿠폰(22a) 주위에 발생되는 자기 외막은 3차원 공간을 형성하며, 그 내부에서 예컨대 모조 용접 공구의 움직임과 사용자 머리 움직임(예를 들어, 관찰 위치)과 같은 사용자 행위가 추적될 수 있다.
자석 소스(46)는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템에 알려진 고정된 위치로 모조 용접 유니쿠폰(22a)에 부착되며, 사용자는 이전의 가상 용접 시스템에서와 같이 자석 소스(46)에 대해 모조 용접 유니쿠폰을 수동으로 정확하게 위치시킬 필요가 없다. 도 5 내지 도 8의 실시예에서, 자석 소스(46)는 모조 용접 유니쿠폰(22a)의 외부 표면에 부착된다. 대안으로, 모조 용접 유니쿠폰은 자석 소스(46)용 외함을 형성할 수 있으며, 자석 소스는 모조 용접 유니쿠폰의 내측에 위치될 수 있다. 특정 실시예에서, 자석 소스(46)는 모조 용접 유니쿠폰(22a)의 방위를 결정하기 위한 하나 이상의 위치 센서를 포함할 수 있다. 모조 용접 유니쿠폰(22a)의 방위는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템으로 전송될 수 있어서, 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템은 모조 용접 유니쿠폰(22a)의 방위를 알고, 어떤 용접이 시뮬레이션될 것인지를 안다. 예를 들어, 모조 용접 유니쿠폰(22a)의 방위에 기초하여, 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템은 두 표면의 교차점에서(예를 들어, 기저부(30)와 제1 벽 부재(32)의 교차점(33)에서) 시뮬레이션될 수평 필릿 용접과 오버헤드 필릿 용접 사이를 구별할 수 있다.
모조 용접 공구 및 얼굴 장착형 디스플레이 장치는 자석 소스(46)에 의해 발생되는 자기장에 반응하는 센서를 포함할 수 있으며, 대응하는 상대 위치 정보를 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템으로 송신할 수 있다. 센서는 실질적으로 직각으로 정렬될 수 있는 교차 공간 방향으로 정렬되는 다중 유도 코일을 포함할 수 있다. 유도 코일은 3개의 방향 각각으로 자기장의 세기를 측정하며, 따라서 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템으로 제공되는 위치 정보를 발생할 수 있다. 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템은 자석 소스(46)를 활성화하고 제어하며 모조 용접 공구 및 얼굴 장착형 디스플레이 장치 내의 위치 센서로부터의 위치 정보를 수신하고/해석하기 위한, 독립형 모듈 형태일 수 있는 적절한 전자기기를 포함할 수 있다.
프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템은 가상 현실 공간에서 모조 용접 유니쿠폰(22a)의 다양한 표면을 시뮬레이션하고, 사용자의 현실 세계 움직임을 추적하며 이를 가상 현실 공간에서 대응하는 움직임으로 변환할 수 있다. 이와 같은 대화형 가상 현실 용접 환경은 사용자의 실제 물리적인 투시 관점에 따라서 사용자에게 표시될 수 있다.
도 9 내지 도 12를 참조하면, 모조 용접 유니쿠폰(22b)의 다른 실시예가 도시된다. 도 9 내지 도 12에 도시된 모조 용접 유니쿠폰(22b)의 실시예에서, 모조 용접 유니쿠폰은 모조 용접 유니쿠폰용 기저부를 제공하는 자석 소스(46a) 위에 위치된다. 모조 용접 유니쿠폰(22b)은 일반적으로, 상이한 유형의 용접이 시뮬레이션되게 하는 홈 또는 돌출 부분을 갖는 다양한 외부 표면을 갖는 직육면체 형상이다.
모조 용접 유니쿠폰(22b)의 상부 표면(50)은 수평 홈(52) 및 상향-돌출 원통형 부분(54)을 가진다. 수평 홈(52)은 평탄한 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(1G))이 모조 용접 공구를 사용하여 시뮬레이션되게 한다. 원통형 부분(54)은 원통형 부분과 상부 표면(50)의 교차점(55)을 따라서 파이프 필릿 용접이 시뮬레이션되게 한다. 원통형 부분(54)은 파이프 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(2G))이 시뮬레이션되게 하기 위한 원주 홈(도시 않음)을 포함할 수 있다.
모조 용접 유니쿠폰(22b)의 제1 수직 표면(56)은 제1 수직 표면으로부터 외부로 돌출하는 수평 태브(58)를 포함할 수 있다. 모의 수평 필릿 용접(예를 들어, 용접 위치(2F))은 수평 태브(58)의 상부 표면과 제1 수직 표면(56)의 교차점(59)을 따라서 수행될 수 있다. 모의 오버헤드 필릿 용접(예를 들어, 용접 위치(4F))은 수평 태브(58)의 하부 표면과 제1 수직 표면의 교차점을 따라서 수행된다.
모조 용접 유니쿠폰(22b)의 제2 수직 표면(60)은 제2 수직 표면으로부터 외부로 돌출하는 수직 태브(62)를 포함할 수 있다. 모의 수직 필릿 용접(예를 들어, 용접 위치(3F))은 수직 태브(62)와 제2 수직 표면의 교차점(63)을 따라서 수직 태브(62)의 양 측면에서 수행될 수 있다.
모조 용접 유니쿠폰(22b)의 제3 수직 표면(64)은 수직 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(3G))이 시뮬레이션되게 하는 수직 홈(66)을 포함할 수 있다.
모조 용접 유니쿠폰(22b)의 제4 수직 표면(68)은 수평 홈 용접(예를 들어, 용접 위치(2G))이 시뮬레이션되게 하는 수평 홈(70)을 포함할 수 있다.
따라서, 모조 용접 유니쿠폰(22b)은 단지 하나의 모조 용접 쿠폰을 사용하여 복수의 다양한 유형의 용접(예를 들어, 평탄한 홈 용접, 수직 홈 용접, 수평 홈 용접, 파이프 필릿 용접, 수평 필릿 용접, 및 오버헤드 필릿 용접)을 시뮬레이션하도록 구성된다. 위에서 논의된 바와 같이, 자석 소스(46a)는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템에 알려진 고정된 위치로 모조 용접 유니쿠폰(22b)에 부착되며, 사용자는 자석 소스에 대해서 모조 용접 유니쿠폰을 수동으로 정확하게 위치시킬 필요가 없다. 또한, 자석 소스(46a)는 모조 용접 유니쿠폰(22b)의 바닥에 장착되고 모조 용접 유니쿠폰을 위한 기저부로서의 역할을 한다. 수직 표면(56, 60, 64, 68)은 자석 소스(46a)로부터 상향으로 돌출하며 유니쿠폰(22b)이 사용 중일 때 자석 소스 상부에 지지된다.
특정 실시예에서, 모조 용접 유니쿠폰(22b)은 유니쿠폰의 동일한 표면에 다중 홈 및/또는 태브를 포함함으로써, 다수의 상이한 용접이 모조 용접 유니쿠폰의 동일한 측면을 사용하여 시뮬레이션될 수 있다. 예를 들어, 모조 용접 유니쿠폰(22b)의 하나의 수직 측면은 수평 태브(58) 및 수직 태브(62) 모두를 포함할 수 있어서, 수평, 수직 및 오버헤드 필릿 용접이 모조 용접 유니쿠폰의 공통 측면에서 시뮬레이션될 수 있다.
도 13 내지 도 16을 참조하면, 모조 용접 유니쿠폰(22c)의 또 다른 실시예가 도시된다. 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 하나의 모조 용접 유니쿠폰을 사용하여 복수의 상이한 용접을 시뮬레이션하기 위해서 위에서 논의된 바와 같은 다양한 원통형 돌기, 태브 및 홈을 포함할 수 있다.
도 13 내지 도 16에 도시된 모조 용접 유니쿠폰(22c)의 실시예에서, 모조 용접 유니쿠폰은 스탠드(72)에 제거 가능하게 장착된다. 스탠드는 암(74)을 포함하며, 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 암(74)의 단부 상으로 미끄러지는 칼라(76)를 포함한다. 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 유니쿠폰을 암(74)에 고정하기 위한 세트 스크류와 같은 체결기를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 상이한 용접이 시뮬레이션될 수 있도록 암(74) 상에서 회전될 수 있다. 예를 들어, 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 45°, 90°, 180° 등으로 회전될 수 있으며, 이는 시뮬레이션될 수 있는 다양한 용접의 방위를 변경시킨다. 예를 들어, 도 14에 도시된 수직 홈(75)은 도 15에 도시된 바와 같이 수평 위치로 회전될 수 있어서, 수직 홈 용접 및 평탄한 홈 용접 모두가 동일한 홈진 표면을 사용하여 시뮬레이션될 수 있다. 유사하게, 하향 돌출 태브(77)는 모조 용접 유니쿠폰(22c)이 도 14에 도시된 바와 같이 위치될 때 오버헤드 필릿 용접이 시뮬레이션되게 할 수 있으며 모조 용접 유니쿠폰이 도 15에 도시된 바와 같이 위치될 때 수직 필릿 용접이 시뮬레이션되게 할 수 있다.
칼라(76) 및 암(74) 그리고 스탠드(72)는 모조 용접 유니쿠폰(22c)이 스탠드/암 상에 항상 정확하게 위치되는 것을 보장하는 데 중요할 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같은 특정 실시예에서, 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 스탠드(72)의 상부 상에 대안적으로 놓일 수 있어서, 상이한 유형의 용접이 시뮬레이션되게 한다. 즉, 유니쿠폰을 재구성하기 위해서 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 암(74)으로부터 제거될 수 있으며 칼라(76)는 스탠드(72)의 상부 원통형 단부(78) 위로 미끄러질 수 있다. 모조 용접 유니쿠폰(22c)을 재위치시키는 것은 유니쿠폰을 90°로 회전시키며, 이는 시뮬레이션될 수 있는 다양한 용접의 방위를 변경시킨다. 예를 들어, 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 유니쿠폰이 암(74)에 장착될 때 수직 축선을 따라 상부로 지향되며 유니쿠폰이 스탠드의 단부(78)에 장착될 때 수평 축을 따라 수평변위로 지향되는 원통형 돌기(80)를 포함할 수 있다. 상이한 유형의 파이프 용접은 모조 용접 유니쿠폰(22c)을 암(74)으로부터 스탠드의 단부(78)로 재위치시킴으로써 시뮬레이션될 수 있다. 유사한 방식으로, 상이한 유형의 선형 필릿 용접은 모조 용접 유니쿠폰(22c)을 암(74)으로부터 스탠드(72)의 단부(78)로 재위치시킴으로써 시뮬레이션될 수 있다. 예를 들어, 도 14의 하향 돌출 태브(77)는 모조 용접 유니쿠폰(22c)이 암(74) 상에 위치될 때 오버헤드 필릿 용접이 시뮬레이션되게 할 수 있다. 모조 용접 유니쿠폰(22c)이 도 16에 도시된 바와 같이 스탠드(72)의 단부(78)로 이동될 때, 동일한 태브가 수평으로 돌출하여 수평 필릿 용접이 시뮬레이션되게 할 것이다. 상이한 유형의 홈 용접이 또한, 암(74)으로부터 스탠드의 단부(78)로 모조 용접 유니쿠폰(22c)을 재위치시킴으로써 시뮬레이션될 수 있다. 예를 들어, 도 14에 도시된 수직 홈(75)은 모조 용접 유니쿠폰(22c)이 암(74) 상에 위치될 때 수직 홈 용접이 시뮬레이션되게 할 수 있다. 모조 용접 유니쿠폰(22c)이 도 16에 도시된 바와 같이 스탠드(72)의 단부(78)로 이동될 때, 동일한 홈이 수평으로 지향되어 수평 홈 용접이 시뮬레이션되게 할 것이다.
상이한 용접을 시뮬레이션하기 위해서 홈, 돌기, 태브 등을 갖는 것에 더하여, 도 13 내지 도 16에 도시된 모조 용접 유니쿠폰(22c)은 다양한 직경의 구멍(82, 84) 및 계단형 부분(86, 88)을 더 가진다. 구멍(82, 84)은 플러그 용접이 시뮬레이션되게 하는 반면에, 계단형 부분(86, 88)은 겹치기 용접이 시뮬레이션되게 한다. 도 5 내지 도 12에 도시된 모조 용접 유니쿠폰(22a, 22b)은 플러그 및 겹치기 용접이 시뮬레이션되게 하기 위해서, 원한다면 유사한 구멍 및 계단형 부분을 가질 수 있다는 것이 이해될 것이다.
도 13 내지 도 16에 도시된 실시예에서, 자석 소스(46b)는 모조 용접 유니쿠폰(22c)에 직접적으로 부착되지 않는다. 오히려, 자석 소스(46b)는 모조 용접 유니쿠폰(22c)을 지지하는 스탠드(72)에 부착(예를 들어, 암(74)에 부착)된다. 자석 소스(46b)는 모조 용접 유니쿠폰(22c)이 암(74) 또는 스탠드의 단부(78)에 장착되는 것에 관계없이 모조 용접 유니쿠폰(22c)을 둘러싸기에 충분히 큰 자기 외막을 발생하도록 구성될 수 있다. 모조 용접 유니쿠폰(22c), 자석 소스(46b) 또는 스탠드(72)는 유선 또는 무선 통신을 통해서(즉, 모조 용접 유니쿠폰(22c)이 암(74) 또는 스탠드의 단부(78)에 장착되는 것에 관계없이) 스탠드 상의 유니쿠폰의 위치를 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템에게 통보하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 유니쿠폰(22c) 또는 스탠드(72)는 한계 스위치 또는 스탠드 상의 유니쿠폰의 위치를 식별하기 위한 다른 유형의 센서를 포함할 수 있다.
도 4에 대해서 위에서 논의한 바와 같이, 가상 용접 시스템(10)은 모조 용접 유니쿠폰에 대응하는 가상 현실 용접 유니쿠폰에서 용접 행위를 시뮬레이션하는 대화형 가상 현실 용접 환경을 발생하기 위한 코드화된 명령어를 실행하도록 작동할 수 있는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)을 포함한다. 대화형 가상 현실 용접 환경은 (모조 용접 유니쿠폰에 대응하는)가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함한다. 가상 용접 퍼들은 현재 용접 매개변수(예를 들어, 전압, 전류, 파형, 극성, 등)에 기초한 모조 용접 유니쿠폰 상의 사용자의 모의 용접에 반응하여 실시간으로 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)에 의해 발생된다. 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)에 의해 발생되는 대화형 가상 현실 용접 환경 및 사용자의 가상 용접 행위에 대한 모의 결과는 용접 사용자 인터페이스(16) 및/또는 얼굴 장착형 디스플레이 장치(18)를 통해서 사용자에게 표시되고 청각적으로 재생된다. 가상 용접 시스템은 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함한 대화형 가상 현실 용접 환경을 실시간으로 묘사함으로써 실제 용접 작업을 시뮬레이션할 수 있다.
가상 용접 퍼들은 모의 용접 동안에 사용자에게 표시되는 동적 실시간 용융 금속 유동성 그리고 열 흡수 및 분산 특성을 포함할 수 있다. 비드 및 퍼들 비주얼(visual)은 아래에서 추가로 논의되는 웩셀(즉, 용접 요소) 변위 맵(wexel displacement map)의 상태에 의해 구동된다. 동적 용접 퍼들을 시뮬레이션하고 그의 특성을 표시하기 위해서, 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)은 용접 공정 및 모조 용접 유니쿠폰에 대한 용접의 물리적 기능 또는 물리적 모형을 사용할 수 있다. 용접의 물리적 기능은 동적 유동성/점성, 고화, 열 구배(열 흡수 및 분산), 퍼들 웨이크(puddle wake), 및 비드 형상을 정확히 모형화하기 위한 더블 변위 레이어 기술(double displacement layer technique)을 사용한다.
프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12)은 모든 상태에서 용접 비드를 가열된 용융 상태로부터 냉각된 고화 상태로 만드는 비드 렌더링 기능(bead rendering functionality)을 추가로 사용할 수 있다. 비드 렌더링 기능은 용접 비드를 가상 현실 공간에 실시간으로 정확하고 현실적으로 만들기 위해서 용접 물리 기능(예를 들어, 열, 유동성, 변위, 다임 간격(dime spacing))으로부터의 정보를 사용한다.
추가의 텍스처(예를 들어, 스코칭(scorching), 슬래그, 입자)가 모의 용접 비드 상에 덧씌워지며, 다양한 특징, 예컨대 스파크, 스패터(spatter), 스모크, 아크 글로우(arc glow), 연무, 및 언더컷 그리고 다공성과 같은 불연속성이 만들어지고 사용자에게 표시된다.
모조 용접 유니쿠폰에 용접을 시뮬레이션할 때, 사용자는 가상 현실 공간에 용접 퍼들을 관찰할 수 있으며 실시간 용융 금속 유동성(예를 들어, 점성) 및 열 분산을 포함하는 모의 용접 퍼들의 다양한 특징을 관찰하는 것에 반응하여 그 용접 기술을 변경할 수 있다. 사용자는 또한, 실시간 퍼들 웨이크 및 다임 간격을 포함하는 다른 특징을 관찰하고 그에 반응할 수 있다. 용접 퍼들의 특징을 관찰하고 반응하는 것은 얼마나 많은 용접 작업이 현실 세계에서 실제로 수행되는가이다. 용접 물리 기능의 더블 변위 레이어 모형화는 이와 같은 실시간 용융 금속 유동성 및 열 분산 특징이 사용자에게 정확히 모형화되고 재현되게 한다. 예를 들어, 열 분산은 고화 시간(즉, 웩셀이 완전히 고화되는 데 얼마나 많은 시간이 걸리는가)을 결정한다.
또한, 사용자는 동일한 또는 상이한(예를 들어, 제2) 모조 용접 공구, 용접 전극 및/또는 용접 공정을 사용하여 용접 비드 재료에 걸친 제2 패스(pass)를 실시할 수 있다. 이와 같은 제2 패스 시나리오에 있어서, 시뮬레이션은 모의 모조 용접 공구가 모의 모조 용접 공구로부터 방출되는 모의 아크 근처에 제2 모의 용접 퍼들을 형성함으로써 제1 모의 용접 비드 재료와 통합되는 제2 모의 용접 비드 재료를 축적시킬 때, 모의 모조 용접 공구, 모조 용접 유니쿠폰, 및 본래 모의 용접 비드 재료를 가상 현실 공간에 나타낸다. 동일한 또는 상이한 용접 공구 또는 공정을 사용한 추가의 후속 패스가 유사한 방식으로 이루어질 수 있다. 임의의 제2 또는 후속 패스에서, 이전의 용접 비드 재료는 새로운 용접 퍼들이 이전의 용접 비드 재료, 새로운 용접 비드 재료, 및 가능하다면 하부 유니쿠폰 재료의 임의의 조합으로부터 가상 현실 공간에 형성될 때 축적될 새로운 용접 비드 재료와 통합된다. 이와 같은 후속 패스는 예를 들어, 이전 패스에 의해 형성되는 용접 비드를 보수하도록 수행될 수 있거나, 파이프 용접에 수행될 때의 루트 패스(root pass) 이후에 히트 패스(heat pass) 및 하나 이상의 갭 폐쇄(gap closing) 패스를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따라서, 기저부 및 용접 비드 재료는 연강, 스테인리스 스틸, 및 알루미늄을 포함하도록 시뮬레이션될 수 있다. 예를 들어, 모조 용접 유니쿠폰은 연강, 스테인리스 스틸 또는 알루미늄으로 나타나도록 가상 현실 공간에서 묘사될 수 있으며, 따라서 가상 용접 퍼들의 특징(예를 들어, 가열 또는 냉각)이 제어될 수 있다.
모조 용접 유니쿠폰은 예를 들어, 플라스틱 부품으로서 현실 세계에서 존재하며, 또한 가상 용접 유니쿠폰으로서 가상 현실 공간에(즉, 대화형 가상 현실 용접 환경에) 존재한다. 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템(12) 내에서, 모조 용접 유니쿠폰의 실제 표면에 대응하는 가상 용접 유니쿠폰의 모의 표면이 웩셀 맵을 형성하는 "웩셀"로 지칭되는 용접 요소의 그리드 또는 어레이로 분할된다. 각각의 웩셀은 모조 용접 유니쿠폰의 표면의 작은 부분을 형성한다. 웩셀 맵은 표면 해상도를 형성한다. 가변 채널 매개변수 값이 각각의 웩셀에 할당되어서, 각각의 웩셀의 값이 모의 용접 중에 대화형 가상 현실 용접 환경에서 실시간으로 동적으로 변하게 한다. 가변 채널 매개변수 값은 채널 퍼들(용융 금속 유동성/점성 변위), 열(열 흡수/분산), 변환(고체 변위), 및 엑스트라(Extra)(다양한 여분의 상태, 예를 들어 슬래그, 입자, 스코칭, 버진 금속(virgin metal))에 대응한다. 이들 가변 채널은 각각, 퍼들(Puddle), 열(Heat), 엑스트라(Extra), 및 변위(Displacement)로서 PHED로 지칭될 수 있다.
퍼들 채널은 웩셀 위치에서 임의의 액화 금속을 위한 변위 값을 저장한다. 변위 채널은 웩셀 위치에서 고화 금속을 위한 변위 값을 저장한다. 히트 채널은 웩셀 위치에서 열의 크기를 부여하는 값을 저장한다. 이와 같은 방식으로, 유니쿠폰의 용접 가능한 부품은 용접 비드로 인한 변위, 액체 금속으로 인한 반짝이는 표면(shimmering surface) "퍼들", 열로 인한 색깔, 등을 나타낼 수 있다.
변위 맵 및 입자 시스템이 사용될 수 있으며, 여기서 입자는 서로 상호작용하고 변위 맵과 충돌할 수 있다. 입자는 가상 동적 유체 입자이고 용접 퍼들의 액체 거동을 제공하나 직접적으로 렌더링되지 않는다(즉, 직접적으로 시각적으로 보이지 않는다). 그 대신에, 단지 변위 맵에 관한 입자 효과만이 시각적으로 보인다. 웩셀에 대한 열 입력은 근처 입자의 움직임에 영향을 끼친다. 퍼들 및 변위를 포함한 용접 퍼들을 시뮬레이션하는 데 포함되는 두 가지 유형의 변위가 있다. 퍼들은 "일시적(temporary)"이고 단지, 입자와 열이 존재하는 동안만 지속된다. 변위는 "영구적(permanent)"이다. 퍼들 변위는 급속히 변화하는(반짝이는) 용접의 액체 금속이며 변위의 "상부(on top)"에 있는 것으로 고려될 수 있다. 입자는 가상 표면 변위 맵(즉, 웩셀 맵)의 일부분 위에 덧씌워진다. 그 변위는 초기 기저 금속 및 고화된 용접 비드 모두를 포함하는 영구 고체 금속을 나타낸다.
예시적인 실시예에 따라서, 가상 현실 공간에서의 모의 용접 공정은 다음과 같은, 얇은 원추체에서의 이미터(모의 모조 용접 공구의 이미터)로부터의 입자 스트림으로 동작한다. 입자는 표면이 웩셀 맵에 의해 형성되는 모조 용접 유니쿠폰의 표면과 먼저 접촉한다. 입자는 서로 그리고 웩셀 맵과 상호작용하며 실시간으로 쌓아 올려진다. 웩셀에 더 가까이 있을수록 더 많은 열이 이미터에 추가된다. 열은 아크 지점으로부터의 거리 및 아크로부터 열이 입력되는 시간의 양에 따라서 모형화된다. 특정 비주얼(예를 들어, 색깔, 등)이 열에 의해 구동된다. 용접 퍼들은 충분한 열을 갖는 웩셀을 위한 가상 현실 공간에서 보여지거나 만들어진다. 충분히 뜨거운 곳이라면 어디든, 웩셀 맵은 액화되어, 퍼들 변위가 이들 웩셀 위치에 대해 "상승(raise up)"되게 한다. 퍼들 변위는 각각의 웩셀 위치에서 "가장 높은" 입자를 샘플링함으로써 결정된다. 이미터가 용접 궤적을 따라서 이동하기 때문에, 웩셀 위치는 냉각 뒤에 남겨진다. 열은 특정 속도로 웩셀 위치로부터 제거된다. 냉각 임계치에 도달하면, 웩셀 맵은 고화된다. 그 때문에, 퍼들 변위는 변위(즉, 고화된 비드)로 점진적으로 전환된다. 추가된 변위는 전체 높이가 변하지 않도록 제거된 퍼들과 동일하다. 입자 수명은 고화가 완료될 때까지 지속하도록 조절된다. 모형화될 수 있는 특정 입자 특성은 인력/척력, (열과 관련된)속도, (열 분산과 관련된)습윤, 및 (중력과 관련된)방향을 포함한다.
도 17a 내지 도 17c는 가상 용접 시스템에 의해 사용되는 이중 또는 더블 변위(변위 및 입자) 퍼들 모형의 개념에 대한 예시적인 실시예를 도시한다. 전술된 바와 같이 복수의 표면을 갖는 모조 용접 유니쿠폰은 가상 현실 용접 환경에서 시뮬레이션된다. 전술된 표면(예를 들어, 홈진 수평 표면, 홈진 수직 표면, 홈진 곡선 표면, 겹침 표면 등)은 고체 변위 층과 퍼들 변위 층을 가지는 더블 변위 층으로서 가상 현실 용접 환경에서 시뮬레이션된다. 퍼들 변위 층은 고화 변위 층을 변경할 수 있다.
본 발명에서 설명된 바와 같이, "퍼들"은 퍼들 값이 입자들의 존재에 의해 상승되는 웩셀 맵의 면적에 의해 형성된다. 샘플링 공정은 도 17a 내지 도 17c에 나타나 있다. 7개의 인접한 웩셀을 갖는 웩셀 맵의 섹션이 도시된다. 현재 변위 값은 주어진 높이(즉, 각각의 웩셀에 대한 주어진 변위) 중의 비-음영 직사각형 바(1710)에 의해서 나타난다. 도 17a에서, 입자(1720)는 현재 변위 레벨과 충돌하는 둥근 비-음영 점으로서 도시되고 쌓여 있다. 도 17b에서, "가장 높은" 입자 높이(1730)가 각각의 웩셀 위치에서 샘플링된다. 도 17c에서, 음영 직사각형(1740)은 얼마나 많은 퍼들이 입자의 결과로서 변위 상부에 추가되었는지를 도시한다. 용접 퍼들 높이는 퍼들이 열에 기초한 특정 액화 속도로 추가되기 때문에 샘플링 값으로 즉각적으로 설정되지 않는다. 도 17a 내지 도 19c에 도시되지 않았지만, 퍼들 부위를 정확히 취하도록 퍼들(음영 직사각형)이 점진적으로 수축되고 변위(비-음영 직사각형)가 아래로부터 점진적으로 성장하는 것으로서 고화 공정을 가시화하는 것이 가능하다. 이와 같은 방식으로, 실시간 용융 금속 유동성 특징이 정확히 시뮬레이션된다. 사용자가 특정 용접 공정을 실습할 때, 사용자는 가상 현실 공간에서 실시간으로 용접 퍼들의 용융 금속 유동성 특징과 열 분산 특징을 관찰할 수 있고 이와 같은 정보를 그의 용접 기술을 조절하거나 유지하는데 사용할 수 있다.
모조 용접 유니쿠폰의 표면을 나타내는 웩셀의 수는 고정된다. 또한, 유동성을 모형화하기 위해 시뮬레이션에 의해 발생되는 퍼들 입자는 본 발명에서 설명된 바와 같이 일시적이다. 그러므로, 일단 최초 퍼들이 모의 용접 공정 중에 가상 현실 공간에서 발생되면, 웩셀 플러스 퍼들 입자의 수는 비교적 일정하게 남는 경향이 있다. 이는 처리될 웩셀의 수가 고정되어 있으며, 용접 공정 중에 존재하고 처리될 퍼들 입자의 수가, 퍼들 입자가 유사한 속도로 "생성되고" "파괴되기"(즉, 퍼들 입자가 일시적이기) 때문에 비교적 일정하게 남는 경향이 있기 때문이다. 그러므로, 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템의 처리 부담은 모의 용접 기간 동안 비교적 일정하게 남는다.
본 개시는 예를 든 것이며 다양한 변경이 본 개시 내에 포함된 교시의 타당한 범주로부터 이탈함이 없이 세부사항의 추가, 변경 또는 제거에 의해서 이루어질 수 있다는 것이 자명할 것이다. 그러므로, 본 발명은 다음의 청구범위가 필연적으로 그와 같이 제한되는 경우를 제외하고, 본 개시의 특정 세부사항에 제한되지 않는다.
10 : 가상 용접 시스템 12 : 서브시스템
14 : 사용자 16 : 용접 사용자 인터페이스
18 : 디스플레이 장치 20 : 모조 용접 공구
22 : 모조 용접 유니쿠폰 22a : 모조 용접 유니쿠폰
22b : 모조 용접 유니쿠폰 22c : 모조 용접 유니쿠폰
24 : 외함 26 : 뚜껑
28 : 기저부 30 : 기저부
32 : 제1 벽 33 : 교차점
34 : 제2 벽 36 : 홈
38 : 홈 40 : 홈
42 : 곡선 표면 43 : 교차점
44 : 곡선 홈 46 : 자석 소스
46a : 자석 소스 46b : 자석 소스
50 : 상부 표면 52 : 수평 홈
54 : 상향-돌출 원통형 부분 55 : 교차점
56 : 제1 수직 표면 58 : 수평 태브
60 : 제2 수직 표면 62 : 수직 태브
63 : 교차점 64 : 제3 수직 표면
66 : 수직 홈 68 : 제4 수직 표면
70 : 수평 홈 72 : 스탠드
74 : 암 75 : 수직 홈
76 : 칼라 77 : 하향 돌출 태브
78 : 상부 원통형 단부 80 : 원통형 돌기
82 : 구멍 84 : 구멍
86 : 계단형 부분 88 : 계단형 부분
1710 : 직사각형 바 1720 : 입자
1730 : 입자 높이 1740 : 음영 직사각형

Claims (19)

  1. 가상 용접 시스템용 모조 용접 유니쿠폰으로서,
    제1 외부 표면;
    제1 외부 표면과 수직한 제2 외부 표면으로서, 상기 제1 외부 표면 및 제2 외부 표면이 모조 용접 유니쿠폰 상에서의 복수의 상이한 유형의 홈 용접을 시뮬레이션하도록 구성되는 복수의 홈을 함께 제공하는 것인 제2 외부 표면;
    모조 용접 유니쿠폰 상에의 파이프 필릿 용접을 시뮬레이션하도록 구성되는 곡선의 외부 표면; 및
    모조 용접 유니쿠폰에 대한 모조 용접 공구의 움직임을 추적하기 위해서 모조 용접 유니쿠폰 주위에 자기장을 발생하도록 구성되며, 고정된 위치로 유니쿠폰에 부착되는 자석 소스
    를 포함하고,
    상기 자석 소스는 모조 용접 유니쿠폰을 위한 기저부이며 상기 기저부 상부에 있는 제1 및 제2 외부 표면을 지지하고,
    상기 복수의 홈은 수직 홈 용접의 시뮬레이션용으로 구성되는 수직 홈, 및 수평 홈 용접 또는 평탄한 홈 용접의 시뮬레이션용으로 구성되는 수평 홈을 포함하는 것인 가상 용접 시스템용 모조 용접 유니쿠폰.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 자석 소스는 모조 용접 유니쿠폰의 하나 이상의 외부 표면에 부착되는 것인 가상 용접 시스템용 모조 용접 유니쿠폰.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서, 상기 곡선의 외부 표면은 파이프 홈 용접의 시뮬레이션용으로 구성되는 홈을 포함하는 것인 가상 용접 시스템용 모조 용접 유니쿠폰.
  6. 제5항에 있어서, 상기 모조 용접 유니쿠폰의 상기 표면들 또는 추가의 표면들은 수직 홈 용접, 수평 홈 용접, 평탄한 홈 용접, 수평 필릿 용접, 및 수직 필릿 용접 각각에 대한 시뮬레이션을 용이하게 하도록 함께 구성되는 것인 가상 용접 시스템용 모조 용접 유니쿠폰.
  7. 제1항에 있어서, 상기 모조 용접 유니쿠폰의 상기 표면들 또는 추가의 표면들은 수직 홈 용접, 평탄한 홈 용접, 및 오버헤드 필릿 용접 각각에 대한 시뮬레이션을 용이하게 하도록 함께 구성되는 것인 가상 용접 시스템용 모조 용접 유니쿠폰.
  8. 가상 용접 시스템으로서,
    모의 용접을 수행하기 위한 모조 용접 공구;
    모조 용접 공구를 사용하여 복수의 상이한 유형의 모의 용접을 수용하도록 구성되는 모조 용접 유니쿠폰으로서, 상기 모조 용접 유니쿠폰이 적어도 하나의 홈진 표면 및 적어도 하나의 곡선 표면을 포함하며, 상기 복수의 상이한 유형의 모의 용접이 파이프 필릿 용접, 홈 용접, 및 선형 필릿 용접을 포함하며, 모의 플러그 용접을 수용하도록 구성되는 복수의 구멍을 가지는 것인 모조 용접 유니쿠폰;
    모조 용접 유니쿠폰에 대응하는 가상 용접 유니쿠폰 상에서 용접 행위를 시뮬레이션하는 대화형 가상 현실 용접 환경을 발생하기 위한 코드화된 명령어를 실행하도록 작동할 수 있는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템으로서, 상기 대화형 가상 현실 용접 환경이 모조 용접 유니쿠폰 상의 모의 용접에 반응하여 실시간으로 발생되는 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함하는 것인 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템; 및
    상기 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템에 작동 가능하게 연결되고 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함하는, 대화형 가상 현실 용접 환경을 실시간으로 시각적으로 묘사하도록 구성되는 디스플레이 장치
    를 포함하고,
    상기 모조 용접 유니쿠폰은, 상기 모조 용접 쿠폰에 부착되고 모의 용접 중에 모조 용접 유니쿠폰에 대한 모조 용접 공구의 움직임을 추적하기 위해서 모조 용접 유니쿠폰 주위에 자기장을 발생하도록 구성되는 자석 소스를 포함하며,
    상기 자석 소스는, 모조 용접 유니쿠폰이 사용 중일 때 자석 소스 위에 있는 상기 표면을 지지하도록 구성되는 모조 용접 유니쿠폰의 기저부인 것인 가상 용접 시스템.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서, 상기 모조 용접 유니쿠폰은, 모의 수평 필릿 용접 및 오버헤드 필릿 용접 모두를 수용하도록 구성되는 태브를 포함하는 것인 가상 용접 시스템.
  12. 제8항에 있어서, 상기 모조 용접 유니쿠폰은, 모의 겹치기 용접을 수용하도록 추가로 구성되는 것인 가상 용접 시스템.
  13. 제8항에 있어서, 상기 가상 용접 퍼들은, 모의 용접 중에 디스플레이 장치 상에 표시되는 동적 실시간 용융 금속 유동성 및 열 분산 특징을 포함하는 것인 가상 용접 시스템.
  14. 제13항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈진 수직 표면, 적어도 하나의 홈진 수평 표면, 및 적어도 하나의 곡선 표면은 이중 변위 층으로서 대화형 가상 현실 용접 환경에서 각각 시뮬레이션되고, 각각의 이중 변위 층은 고체 변위 층 및 퍼들 변위 층을 포함하며, 상기 퍼들 변위 층은 고체 변위 층을 수정할 수 있는 것인 가상 용접 시스템.
  15. 가상 용접 시스템으로서,
    자기장 센서를 포함하고, 모의 용접을 수행하기 위한 것인 모조 용접 공구;
    모조 용접 공구를 사용하여 복수의 상이한 유형의 모의 용접을 수용하도록 구성되는 모조 용접 유니쿠폰으로서, 상기 모조 용접 유니쿠폰이 모조 용접 유니쿠폰에 대한 모조 용접 공구의 움직임을 추적하기 위해서 모조 용접 유니쿠폰 주위에 자기장을 발생하도록 구성되는 자석 소스를 포함하며, 상기 자석 소스가 고정된 위치로 유니쿠폰에 부착되며, 상기 모조 용접 유니쿠폰이 적어도 하나의 홈진 수직 표면, 적어도 하나의 홈진 수평 표면, 및 적어도 하나의 곡선 표면을 더 포함하며, 상기 복수의 상이한 유형의 모의 용접은, 파이프 필릿 용접과, 수직 홈 용접과, 수평 홈 용접과, 평탄한 홈 용접과, 수평 필릿 용접, 그리고 파이프 홈 용접 또는 오버헤드 필릿 용접을 포함하는 것인 모조 용접 유니쿠폰;
    모조 용접 유니쿠폰에 대응하는 가상 용접 유니쿠폰 상에서 용접 행위를 시뮬레이션하는 대화형 가상 현실 용접 환경을 발생하기 위해서 코드화된 명령어를 실행하도록 작동할 수 있는 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템으로서, 상기 대화형 가상 현실 용접 환경이 모조 용접 유니쿠폰 상의 모의 용접에 반응하여 실시간으로 발생되는 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함하며, 상기 가상 용접 퍼들이 동적 실시간 용융 금속 유동성 및 열 분산 특징을 포함하는 것인 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템; 및
    상기 프로그램 가능한 프로세서 기반 서브시스템에 작동적으로 연결되고 가상 용접 유니쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 포함하는, 대화형 가상 현실 용접 환경을 실시간으로 시각적으로 묘사하도록 구성되는 것인 디스플레이 장치
    를 포함하고,
    상기 자석 소스는, 모조 용접 유니쿠폰이 사용 중일 때 자석 소스 위에 있는 상기 표면을 지지하도록 구성되는 모조 용접 유니쿠폰의 기저부인 것인 가상 용접 시스템.
  16. 삭제
  17. 제15항에 있어서, 상기 모조 용접 유니쿠폰은 모의 수직 필릿 용접을 수용하도록 추가로 구성되는 것인 가상 용접 시스템.
  18. 제15항에 있어서, 상기 적어도 하나의 홈진 수직 표면, 적어도 하나의 홈진 수평 표면, 및 적어도 하나의 곡선 표면은, 이중 변위 층으로서 대화형 가상 현실 용접 환경에서 각각 시뮬레이션되며, 각각의 이중 변위 층은 고체 변위 층 및 퍼들 변위 층을 포함하며, 상기 퍼들 변위 층은 고체 변위 층을 수정할 수 있는 것인 가상 용접 시스템.
  19. 제15항에 있어서, 상기 동적 실시간 용융 금속 유동성 및 열 분산 특징은 모의 용접 중에 디스플레이 장치 상에 표시되는 것인 가상 용접 시스템.
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