KR20150140677A - 가상 현실 ｇｔａｗ 및 파이프 용접 시뮬레이터 및 셋업 - Google Patents

Abstract

시뮬레이터는 가상 용접 작업을 용이하게 해준다. 시뮬레이터는 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 가진 가상 용접 퍼들을 시뮬레이트함으로써, 시뮬레이트된 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 용접 작업을 에뮬레이트하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경을 생성하도록 동작 가능한 로직 프로세서 기반 서브시스템을 포함할 수 있다. 시뮬레이터는 로직 프로세서 기반 서브시스템과 유효하게 통신하고 풋 페달 디바이스의 사용자 제어에 반응하여 가상 용접 퍼들의 특성에 실시간으로 영향을 주도록 구성되는 풋 페달 디바이스를 포함할 수 있다. 시뮬레이터는 모의 용접 공구의 움직임을 추적하며 용접 공구의 오염을 초래하게 되는 가상 현실 공간 내 가상 용접 퍼들, 대응하는 가상 용접 공구 및 대응하는 충전 와이어 간의 상호작용을 결정하도록 구성될 수 있다.

Description

가상 현실 ＧＴＡＷ 및 파이프 용접 시뮬레이터 및 셋업{VIRTUAL REALITY GTAW AND PIPE WELDING SIMULATOR AND SETUP}

관련 출원의 상호 참조

본 특허출원은 본 출원에서 그 전체가 참조문헌으로 인용되는 2008년 8월 21일자로 출원한 미국 가출원 제61/090,794호의 우선권을 주장하는, 본 출원에서 그 전체가 참조문헌으로 인용되는 2009년 7월 10일자로 출원한 미국 특허 출원 제12/501,263호의 일부 계속 출원인, 본 출원에서 그 전체가 참조문헌으로 인용되는 2012년 7월 10일자로 출원한 미국 특허 출원 제13/545,058호의 일부 계속 출원이다.

기술 분야

본 발명은 가상 용접 환경(virtual welding environment)을 에뮬레이트(emulate)하기 위한 시스템에 관한 것으로, 특히 가스 텅스텐 아크 용접(Gas Tungsten Arc Welding, GTAW 또는 TIG), 파이프의 용접 및 오픈 루트 조인트(open root joint)를 실시간으로 에뮬레이트하는 가상 용접 환경과, 그의 셋업에 관한 것이다. 더욱 특히, 본 발명은 각기 청구항 제 1 항 및 제 8 항의 전제부에 따른 가상 용접을 용이하게 하기 위한 시뮬레이터 및 시스템에 관한 것이다.

수십 년 동안 회사는 용접 기술을 가르쳐 왔다. 전통적으로 용접은 실제 환경에서 가르쳐 왔는데, 즉 금속 조각 위에서 아크를 전극으로 실제로 부딪침으로써 가르쳐 왔다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자인 강사는 몇몇 사례에서 훈련생이 용접을 수행할 때 수정하는 훈련 프로세스를 감독한다. 지시와 반복에 의해, 새로운 훈련생은 하나 이상의 프로세스를 사용하여 용접하는 방법을 배운다. 그러나 용접을 수행할 때마다 비용이 발생하고, 비용은 가르치는 용접 프로세스에 따라 변한다.

더 최근에, 용접공 훈련 비용 절감 시스템이 채용되었다. 일부 시스템은 동작 분석기를 부품으로 포함한다. 분석기는 용접물의 물리적 모델, 모의 전극, 및 모의 전극의 움직임을 추적하는 감지 수단을 포함한다. 전극 팁이 움직임 허용 범위를 벗어나 어느 정도 이동했는지 표시하는 보고서가 생성된다. 더 진보된 시스템은 가상 설정으로 모의 전극의 조작을 시뮬레이트하는 가상 현실의 사용을 통합하고 있다. 유사하게, 이러한 시스템은 위치 및 방향을 추적한다. 그러한 시스템은 단지 머슬 메모리(muscle memory)만을 가르칠 뿐, 숙련된 용접공에게 필요한 고급 용접 기술을 가르치지 못한다.

일 실시예는 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터를 제공한다. 시뮬레이터는 가상 용접 쿠폰 상에서 용접 작업을 에뮬레이트하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경을 생성하기 위한 코딩된 명령어를 실행하도록 동작 가능한 로직 프로세서 기반 서브시스템을 포함하며, 대화형 용접 환경은 가상 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖는, 가상 용접 쿠폰 상에서 가상 용접 퍼들(virtual weld puddle)을 에뮬레이트한다. 시뮬레이터는 로직 프로세서 기반 서브시스템과 유효하게 통신하는 풋 페달 디바이스를 더 포함하며, 풋 페달 디바이스는 풋 페달 디바이스의 사용자 제어에 반응하여, 실시간으로 가상 용접 퍼들의 적어도 하나의 특성에 영향을 미치도록 구성된다. 시뮬레이터는 또한 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작적으로 연결되어 가상 용접 쿠폰 상에서 가상 용접 퍼들을 포함하는, 대화형 용접 환경을 실시간으로 가상으로 묘사하도록 구성되는 디스플레이 수단을 포함한다.

일 실시예는 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터를 제공한다. 시뮬레이터는 가상 현실 공간에서 가상 용접 쿠폰에 의해 표현되는 모의 용접 쿠폰, 및 가상 현실 공간에서 가상 용접 공구에 의해 표현되는 모의 용접 공구를 포함한다. 시뮬레이터는 가상 용접 공구에 의해 가상 용접 쿠폰 상에서 용접 작업을 에뮬레이트하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경을 생성하기 위한 코딩된 명령어를 실행하도록 동작 가능한 로직 프로세서 기반 서브시스템을 더 포함하며, 대화형 용접 환경은 가상 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖는, 가상 용접 쿠폰 상에서 가상 용접 퍼들을 에뮬레이트한다. 시뮬레이터는 또한 모의 용접 공구의 3차원 위치에 관한 데이터를 로직 프로세서 기반 서브시스템에 전달함으로써 적어도 모의 용접 공구의 팁의 움직임을 실시간으로 추적하기 용이하게 구성되는 하나 이상의 제 1 센서를 포함한다. 로직 프로세서 기반의 서브시스템은 가상 용접 작업 동안 가상 현실 공간에서 모의 용접 공구의 팁에 대응하는 가상 용접 공구의 팁이 가상 용접 퍼들의 표면과 교차할 때를 결정하도록 구성되며, 로직 프로세서 기반의 서브시스템은 또한 교차로 인해 가상 용접 공구가 오염되었다는 표시를 발생하여 사용자에게 제공되도록 구성된다. 본 발명의 또 다른 실시예 및 특징은 다음의 설명, 도면 및 청구범위로부터 짐작할 수 있다.

도 1은 시뮬레이터를 사용하여 가상 용접 작업에 종사하는 최종 사용자 운용자의 사시도이다.
도 2는 시뮬레이터의 정면도이다.
도 3a는 파이프 용접 위치를 도시하는 차트이다.
도 3b는 플레이트 용접 위치를 도시하는 차트이다.
도 4는 시뮬레이터의 제 1 실시예의 표현의 예시적인 개략적 블록도이다.
도 5는 모의 용접 공구의 측면 사시도이다.
도 6은 용접 사용자 인터페이스의 확대 모습이다.
도 6a는 관찰자 디스플레이 디바이스의 확대 모습이다.
도 7a는 개인용 디스플레이 디바이스의 사시도이다.
도 7b는 최종 사용자가 착용한 개인용 디스플레이의 사시도이다.
도 7c는 용접 헬멧에 장착된 개인용 디스플레이 디바이스의 사시도이다.
도 8은 공간 추적기의 사시도이다.
도 9는 용접 구폰을 지지하기 위한 스탠드의 사시도이다.
도 9a는 파이프 용접 쿠폰의 사시도이다.
도 9b는 스탠드에 장착된 파이프 용접 쿠폰의 사시도이다.
도 10은 로직 프로세서 기반 서브시스템의 서브시스템 블록도의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 11은 로직 프로세서 기반 서브시스템의 그래픽 프로세싱 유닛(graphics processing unit, GPU)의 블록도의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 12는 시뮬레이터의 기능 블록도의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 13은 가상 현실 훈련 시스템을 사용하여 훈련하는 방법의 일 실시예의 플로우차트이다.
도 14a 내지 도 14b는 용접 픽셀(welding pixel, wexel) 변위 맵의 개념을 예시한다.
도 15는 시뮬레이터에서 시뮬레이트된 평평한 용접 쿠폰의 쿠폰 공간과 용접 공간의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 16은 시뮬레이터에서 시뮬레이트된 코너 용접 쿠폰의 쿠폰 공간과 용접 공간의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 17은 시뮬레이터에서 시뮬레이트된 파이프 용접 쿠폰의 쿠폰 공간과 용접 공간의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 18은 파이프 용접 쿠폰의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 19a 내지 도 19c는 시뮬레이터의 이중-변위 퍼들 모델(dual-displacement puddle model)의 개념의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 20은 궤도 용접 환경에서 사용되는 궤도 용접 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다.
도 21은 도 20의 궤도 용접 시스템과 함께 사용하기 위한 용접 트랙터를 도시한다.
도 22는 도 20의 궤도 용접 시스템의 전원 및 제어기를 도시한다.
도 23은 도 20의 궤도 용접 시스템과 함께 사용하기 위한 펜던트를 도시한다.
도 24는 시뮬레이터의 제 2 실시예의 예시적인 표현의 개략적인 블록도를 예시한다.
도 25는 도 24의 시뮬레이터에서 사용되는 풋 페달 디바이스의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 26은 도 24의 풋 페달 디바이스를 도시하는 도 24의 시뮬레이터의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 27은 가상 현실 공간에서 가상 용접 작업의 예시적인 실시예를 예시한다.
도 28은 모의 용접 공구 및 센서를 가진 모의 충전 와이어(mock filler wire)를 사용하여, 도 27의 가상 용접 작업을 나타내는 시뮬레이트된 용접 작업의 예시적인 실시예를 예시한다.

이제 본 발명의 실시예를 제한할 목적이 아니라 단지 본 발명의 실시예를 예시할 목적으로 도시하는 도면을 참조하면, 도 1 및 도 2는 일반적으로 (10)으로 표기되고 본 출원에서 시뮬레이터(10) 또는 시스템(10)으로 지칭되는 용접을 시뮬레이트하기 위한 시스템을 도시한다. 시뮬레이터(10)는 현실 세계에서의 것과 유사한 용접 세팅을 묘사할 수 있고 가상 현실 아크 용접(virtual reality arc welding, VRAW)으로 알려져 있을 수 있는 가상 환경(15)을 생성할 수 있다. 가상 환경(15)에서, 시뮬레이터(10)는 한 명 이상의 최종 사용자(12)와의 상호작용을 가능하게 한다. 최종 사용자(12)로 하여금 시뮬레이터(10)에 의해 추적되고 가상 작업으로 변환되는 현실 세계 작업에 종사할 수 있게 하는 입력 디바이스(155)가 포함된다. 이와 같이 가상 환경(15)은 대화형 가상 용접 환경(15)을 포함한다. 가상 환경(15)과 최종 사용자(12)의 작업으로 가상 접근을 제공하는 디스플레이 디바이스(200)가 포함된다. 일 실시예에서, 시뮬레이터(10)는 복수의 최종 사용자(12) 또는 다른 관찰자가 볼 수 있는 디스플레이 스크린(150)을 포함할 수 있다. 또한, 시뮬레이터(10)는 훈련생 사용자(12a) 또는 강사 사용자(12b)일 수 있는 단일의 최종 사용자(12)에 의해 사용되도록 맞추어진 개인용 디스플레이(140)를 포함할 수 있다. 현실 세계에서 최종 사용자(12)의 작업이 가상 용접 작업으로 변환되고 하나 이상의 디스플레이(140, 150)에서 실시간으로 볼 수 있다는 것이 특히 주목된다. 본 출원에서 사용된 바와 같이, "실시간(real-time)"이라는 용어는 최종 사용자(12)가 현실 세계 세팅에서 시간에 맞추어 인식하고 경험하는 것과 동일한 방식으로 가상 환경을 시간에 맞추어 인식하고 경험하는 것을 의미한다.

대화형 가상 용접 환경(15)을 생성할 때, 시뮬레이터(10)는 여러 용접 위치에서 복수의 용접 조인트에 대한 하나 이상의 용접 프로세스를 에뮬레이트하고, 복수의 조인트 구성에 대한 여러 종류의 전극의 영향을 추가로 에뮬레이트한다. 특정한 일 실시예에서, 시뮬레이터(10)는 파이프 용접 및/또는 개방 루트 조인트의 용접을 에뮬레이트하는 대화형 가상 용접 환경(15)을 생성한다. 시스템은 실시간 용융 금속 유동도(molten metal fluidity) 및 방열 특성을 갖는 용접 퍼들(weld puddle)을 시뮬레이트할 수 있다. 시뮬레이터(10)는 또한 가상 용접 작업이 어떻게 기본 기자재와 같은 용접 조인트에 영향을 미치는가를 모델링할 수 있다. 예시적으로, 시뮬레이터(10)는 루트 패스(root pass) 및 핫 패스(hot pass)뿐만 아니라 후속 충전재 및 캡 패스(cap pass)를 용접하는 것을 에뮬레이트할 수 있고, 각각의 패스는 현실 세계 시나리오와 유사한 특성을 지닌다. 각각의 후속 패스는 이전 패스 동안 이루어진 기자재의 변화의 결과로 및/또는 상이하게 선택된 전극의 결과로 이전의 패스의 것과 상당히 다르게 용접할 수 있다. 퍼들 모델링(puddle modeling)의 실-시간 피드백은 최종 사용자(12)가 디스플레이(200) 상에서 가상 용접 프로세스를 관찰할 수 있게 하고 가상 용접이 수행될 때 최종 사용자의 가르침을 조정 또는 유지할 수 있게 한다. 관찰된 가상 표시기의 종류의 예는 몇 가지 예를 들면, 용접 퍼들의 흐름, 용융된 퍼들의 반짝임, 퍼들 응고시 색의 변화, 퍼들의 결빙 속도, 방열의 색 그라디언트(gradient), 음향, 비드 형성(bead formation), 위브 패턴(weave pattern), 슬래그의 형성(formation of slag), 언더컷, 다공성, 스패터(spatter), 슬래그 포착, 과충전, 용락(blow through), 및 폐색을 포함할 수 있다. 퍼들 특성이 입력 디바이스(155)의 최종 사용자(12)의 움직임에 의존한다는 것, 즉 움직임에 응답한다는 것이 실현될 것이다. 이러한 방식으로 디스플레이된 용접 퍼들은 선택된 용접 프로세스 및 최종 사용자(12)의 용접 기술에 기초하여 실시간으로 형성되는 현실 세계 용접 퍼들을 나타낸다. 또한, "웨곤 트랙(wagon tracks)"은 SMAW 프로세스를 사용하여 파이프 용접하는 동안 이루어진 루트 패스의 토(toe) 뒤에 남겨진 용접 결함 및 슬래그(slag)의 시각적 흔적이다. 핫 패스라 불리는 파이프 용접에서의 제 2 패스는 왜건 트랙이 최종 용접에서 제거되도록, 웨곤 트랙을 재용융하기에 충분할 정도로 뜨거워야 한다. 또한, 웨곤 트랙은 그라인딩 프로세스에 의해 제거될 수 있다. 그러한 웨곤 트랙 및 웨곤 트랙의 제거는 본 발명의 실시예에 따라, 본 출원에서 기술되는 시뮬레이터(10)에서 적절히 시뮬레이트된다.

도 1 및 도 2를 계속 참조하고 이제 도 3a 및 도 3b도 또한 참조하면, 시뮬레이터(10)는 용접 퍼들이 각각의 위치에서 어떻게 반응하는지 다양한 용접 위치 및 모델에서 용접 프로세스를 에뮬레이트할 수 있다. 보다 구체적으로, 시뮬레이터(10)는 본 기술에서 각각 도 5G, 도 2G 및 도 6G 위치라고 언급되는 수직, 수평 및/또는 경사 위치에서 파이프 용접을 에뮬레이트할 수 있다. 또한, 시뮬레이터(10)는 파이프의 회전 수평 위치에 관련된 1G 위치, 또는 인접 플레이트에서 그루브 용접과 관련될 수 있는 용접 오버헤드와 관련된 4G 위치에서 용접을 에뮬레이트할 수 있다. 다른 용접 위치는 평판의 다양한 구성을 위해 개방 루트 조인트의 용접에 관련될 수 있다. 아래의 단락에서 상세히 기술될 모델링 및 분석 엔진을 포함하는 시뮬레이터(10)는 용접 퍼들에서 중력의 효과를 고려한다. 따라서, 용접 퍼들은 예를 들면, 6G 위치의 용접 파이프의 경우와 다르게 5G 위치에서의 용접 파이프에 대해 반응한다. 전술한 예는 한정하는 것으로 해석되지 않으며, 예시적인 목적을 위해 포함된다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 임의의 용접 조인트, 용접 위치, 또는 상이한 종류의 기자재를 포함하는 용접물의 유형에 대한 적용을 쉽게 이해할 것이다.

도 2 및 도 4를 참조하면, 시뮬레이터(10)는 프로그램 가능하며 대화형 가상 용접 환경(15)을 생성하는 코딩된 명령어를 실행하도록 동작할 수 있는 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)을 포함한다. 시뮬레이터(10)는 또한 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 동작 가능하게 연결되는 공간 추적기(120)로 구성될 수 있는 센서 및/또는 센서 시스템을 포함한다. 시뮬레이터(10)는 또한 시뮬레이터(10)의 셋업 및 제어를 위해 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)과 통신하는 용접 사용자 인터페이스(130)를 포함한다. 위에서 언급된 바와 같이, 디스플레이 디바이스(들)(200)가 포함되고, 디스플레이 디바이스(200)는 각기 대화형 가상 용접 환경(15)에 가상 접근을 제공하는 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 연결되는 안면 장착 디스플레이 디바이스(140) 및 관찰자 디스플레이 디바이스(150)를 포함할 수 있다. 디스플레이 디바이스(200) 중 하나 이상의 디스플레이 디바이스는 아래에 기술되는 바와 같이, 공간 추적기(120)에 연결되어 공간 추적기(120)의 위치 및/또는 움직임에 응답하여 디바이스에서 관찰되는 이미지를 변경할 수 있다.

입력 디바이스

이제 도 5를 참조하면, 위에서 언급된 바와 같이, 시뮬레이터(10)는 최종 사용자(12)와의 상호작용을 용이하게 하는 입력 디바이스(155)를 포함한다. 일 실시예에서, 입력 디바이스(155)는 모의 용접 공구(160)를 포함한다. 모의 용접 공구(160)는 예를 들면 수동 용접 전극 홀더 또는 전극에 연속적으로 공급되는 용접 건과 같은 현실 세계 용접 공구, 즉 IG, FCAW 또는 GTAW 용접 공구와 유사하도록 구성될 수 있다. 또한 모의 용접 공구(160)의 다른 구성은 본 발명의 실시예의 적용 범위의 의도된 범주를 벗어나지 않고도 구현될 수 있다. 논의를 목적으로, 본 발명의 실시예는 수동 용접 전극 홀더(156)와 유사한 모의 용접 공구(160)를 사용하는 맥락에서 기술될 것이다. 모의 용접 공구(160)는 현실 세계 용접 공구에 매우 유사할 수 있다. 특정 실시예에서, 모의 용접 공구(160)는 현실 세계 용접 공구와 동일한 모양, 무게 및 느낌을 가질 수 있다. 실제로, 실제 용접 공구는 시뮬레이터(10)에서 실제 용접 공구가 실제 아크를 실제로 생성하도록 사용되지 않는다고 할지라도 사용자의 손에서 공구의 실제 느낌을 제공하도록 모의 용접 공구(160)로서 사용될 수 있었다. 이러한 방식으로, 훈련생 사용자(12a)일 수 있는 최종 사용자(12)는 현실 세계 용접 공구의 취급에 익숙해질 수 있고 따라서 가상 용접 경험을 향상시킬 수 있다. 그러나 모의 용접 공구(160)는 음향을 판단하여 선택되는 어느 방식으로든 구성될 수 있다.

예시적으로, 모의 용접 공구(160)는 파이프 용접용 스틱 용접 공구를 시뮬레이트하고 홀더(161)와 홀더에서 연장되는 시뮬레이트된 스틱 전극(162)을 포함한다. 시뮬레이트된 스틱 전극(162)은 현실 세계 세팅에서 용접하는 동안 발생하는 저항 피드백을 시뮬레이트하도록 촉각 저항 팁(163)을 포함할 수 있다. 최종 사용자(12)가 시뮬레이트되는 스틱 전극(162)을 (아래에 기술되는) 루트로부터 아주 멀리 뒤로 이동시키면, 최종 사용자(12)는 감소된 저항을 느끼거나 감지할 수 있을 것이고 따라서 현재의 용접 프로세스를 조정하거나 유지하는데 사용하기 위한 피드백을 전달할 것이다. 스틱 용접 공구가 가상 용접 프로세스 동안 시뮬레이트된 스틱 전극(162)을 철회하는 도시되지 않은 액추에이터를 포함할 수 있다는 것이 예상된다. 즉, 최종 사용자(12)가 가상 용접 작업에 종사함에 따라, 홀더(161)와 시뮬레이트된 스틱 전극(162)의 팁 사이의 거리는 전극이 소모되는 것을 시뮬레이트하기 위해 줄어들 것이다. 소모율, 즉 스틱 전극(162)의 철회는 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 의해, 특히 로직 프로세서 기반 서브시스템(10)에 의해 실행되는 코딩된 명령어에 의해 제어될 수 있다. 시뮬레이트된 소모율은 또한 최종 사용자(12)의 기술에 달려 있을 수 있다. 시뮬레이터(10)가 가상 용접을 여러 유형의 전극으로 가능하게 함에 따라 스틱 전극(162)의 소모율 또는 감소는 시뮬레이터(10)의 사용된 및/또는 셋업된 용접 절차에 따라 변할 수 있다.

모의 용접 공구(160)의 액추에이터는 전기적으로 구동될 수 있다. 액추에이터에 사용하기 위한 전력은 외부 전원으로부터 또는 내부 배터리 전력으로부터 나올 수 있다. 일 실시예에서, 액추에이터는 전기 모터와 같은 전동 디바이스일 수 있다. 또한, 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 전자기 액추에이터, 공압식 액추에이터, 기계식 또는 스프링 하중식 액추에이터를 그들의 임의의 조합으로 포함하는 임의의 유형의 액추에이터 또는 원동력의 유형이 사용될 수 있다.

위에서 표시된 바와 같이, 모의 용접 공구(160)는 시뮬레이터(10)와 인터페이스하기 위해 공간 추적기와 함께 작업할 수 있다. 특히, 모의 용접 공구(160)의 위치 및/또는 방향은 공간 추적기(120)에 의해 실시간 모니터되거나 추적될 수 있다. 위치 및 방향을 나타내는 데이터는 따라서 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 전달될 수 있고 가상 용접 환경(15)과 인터페이스하는데 필요한 것으로 사용하기 위해 수정되거나 변환될 수 있다.

공간 추적기

도 8을 참조하면, 공간 추적기(120)의 일 예가 도시된다. 공간 추적기(120)는 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)과 인터페이스할 수 있다. 일 실시예에서, 공간 추적기(120)는 모의 용접 공구(160)를 자기적으로 추적할 수 있다. 즉, 공간 추적기는 자기 엔벨로프를 생성하고, 자기 엔벨로프는 위치 및 방향과 속도 및/또는 속도의 변화를 결정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 공간 추적기(120)는 자기 소스(121) 및 소스 케이블, 하나 이상의 센서(122), 디스크(123) 상의 호스트 소프트웨어, 전원(124), USB 및 RS-232 케이블(125), 프로세서 추적 유닛(126), 및 다른 관련 케이블을 포함한다. 자기 소스(121)는 센서(122)의 경우에서처럼 케이블을 통해 프로세서 추적 유닛(126)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 전원(124)은 또한 케이블을 통해 프로세서 추적 유닛(126)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 프로세서 추적 유닛(126)은 USB 또는 RS-232 케이블(125)을 통해 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 동작 가능하게 연결될 수 있다. 디스크(123) 상의 호스트 소프트웨어는 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 로딩될 수 있고 공간 추적기(120)와 로직 프로세서 기반 서브시스템(110) 사이의 기능적 통신을 가능하게 한다.

자기 소스(121)는 최종 사용자(12)의 작업이 시뮬레이터(10)와의 상호작용을 위해 추적될 수 있는 3차원 공간을 정의하는 소스(121)를 둘러싸는 자계 또는 엔벨로프를 생성한다. 엔벨로프는 기준이 되는 공간 프레임을 설정한다. 엔벨로프 내에서 사용되는 물체, 예를 들면 모의 용접 공구(160), 및 쿠폰 스탠드(아래에서 설명됨)는 자기 소스(121)에 의해 생성되는 자계를 왜곡하지 않도록 비금속, 즉 비철 및 비전도성 재료로 구성될 수 있다. 센서(122)는 실질적으로 직교하여 정렬될 수 있는, 교차하는 공간 방향으로 정렬되는 다중 유도 코일을 포함할 수 있다. 유도 코일은 프로세서 추적 유닛(126)에 정보를 제공하는 세 방향 각각에서 자계의 강도를 측정한다. 일 실시예에서, 센서(122)는 모의 용접 공구(160)에 부착되어 모의 용접 공구(160)가 기준의 공간 프레임에 대해 위치 및 방향 모두에서 추적될 수 있게 한다. 특히, 유도 코일은 전극(162)의 팁에 설치될 수 있다. 이러한 방식으로, 시뮬레이터(10)는 3차원 엔벨로프 내의 어디에 모의 용접 공구(160)가 배치될지 결정할 수 있다. 추가의 센서(122)가 제공되어 하나 이상의 디스플레이 디바이스(200)에 동작 가능하게 부착될 수 있다. 따라서, 시뮬레이터(10)는 센서 데이터를 사용하여 최종 사용자(12)의 움직임에 반응하는, 최종 사용자(12)가 볼 수 있는 모습을 변경할 수 있다. 이와 같이, 시뮬레이터(10)는 가상 용접 환경(15)으로 변환하기 위해 현실 세계에서 최종 사용자(12)의 작업을 포착(capture)하고 추적할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 센서(122)는 프로세서 추적 유닛(126)에 무선으로 인터페이스할 수 있고, 프로세서 추적 유닛(126)은 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 무선으로 인터페이스할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 예를 들면 가속도계/자이로스코프 기반 추적기, 광 추적기, 적외선 추적기, 음향 추적기, 레이더 추적기, 무선 주파수 추적기, 관성 추적기, 능동 또는 수동 광 추적기 및 증강 현실 기반 트래킹을 비롯한 다른 유형의 공간 추적기(120)가 시뮬레이터(10)에서 사용될 수 있다. 또한, 다른 유형의 추적기가 본 발명의 실시예의 적용 범위의 의도된 범주를 벗어나지 않고 사용될 수 있다.

디스플레이 디바이스

이제 도 7a를 참조하면, 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)의 예가 기술될 것이다. 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)는 도 7c에 도시된 바와 같이 용접 헬멧(900)에 통합될 수 있거나 대안으로 도 7b에 도시된 바와 같이 별도로 장착될 수 있다. 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)는 유체 풀 모션 비디오를 2D로 그리고 프레임 순차 비디오 모드로 전달할 수 있는 두 개의 하이 콘트라스트 SVGA 3D OLED 마이크로 디스플레이를 포함할 수 있다. 가상 용접 환경(15)으로부터의 가상 이미지, 예를 들면 비디오가 제공되고 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)에 디스플레이된다. 본 발명의 일 실시예에서, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)에 입체 영상을 제공하여, 사용자의 깊이 지각을 향상시킨다. 입체 영상은 후술하는 그래픽 프로세싱 유닛일 수 있는 로직 프로세싱 유닛에 의해 생성될 수 있다. 줌, 예를 들면 2배 모드가 또한 제공되어, 사용자로 하여금 저렴한 플레이트를 시뮬레이트하게 해줄 수 있다. 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)는 유선 또는 무선 수단을 통해 로직 프로세서 기반 서브시스템(110) 및 공간 추적기(120)에 동작 가능하게 연결된다. 공간 추적기(120)의 센서(122)는 안면 장착 디스플레이 디바이스(140) 또는 용접 헬멧(900)에 부착되어, 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)가 공간 추적기(120)에 의해 생성되는 기준의 3D 공간 프레임을 추적하게 할 수 있다. 이러한 방식으로, 용접 헬멧(900)의 움직임은 그에 반응하여 3차원 가상 현실 세팅에서 최종 사용자(12)가 볼 수 있는 이미지를 변경할 수 있다.

안면 장착 디스플레이 디바이스(140)는 또한 나중에 기술되는 바와 같이, 관찰자 디스플레이 디바이스(150)의 기능과 유사하게 메뉴 아이템을 불러오고 디스플레이하도록 기능할 수 있다. 이러한 방식으로, 그 결과 최종 사용자는 모의 용접 공구(160) 상의 콘트롤(예를 들면 버튼 또는 스위치)을 사용하여 메뉴로부터 옵션을 활성화하고 선택할 수 있다. 이로 인해 사용자는 예를 들면, 그가 실수를 할 경우 용접을 쉽게 리셋하거나, 특정 파라미터를 변경하거나, 또는 용접 비드 궤적의 일부를 다시 수행하도록 백업할 수 있다.

안면 장착 디스플레이 디바이스(140)는 사용자로 하여금 시뮬레이터(10)에 의해 발생된 시뮬레이트된 용접 관련 환경 음향을 듣게 하는 스피커(910)를 더 포함할 수 있다. 음향 콘텐츠 기능 및 용접 음향은 특정 용접 파라미터가 공차 내에 있는지 공차를 벗어나 있는지에 따라 변하는 특정 유형의 용접 음향을 제공한다. 음향은 다양한 용접 프로세스 및 파라미터에 맞추어진다. 예를 들면, MIG 스프레이 아크 용접 프로세스에서, 사용자가 모의 용접 공구(160)를 정확하게 배치하지 않을 때 딱딱거리는 소리가 제공되고 모의 용접 공구가 정확하게 배치될 때 쉬쉬하는 음향이 제공된다. 단락 아크 용접 공정에서 언더컷이 발생할 때 쉬쉬하는 음향이 제공된다. 이러한 음향은 정확한 용접 기술과 부정확한 용접 기술에 대응하는 현실 세계 음향을 모방한다.

고충실도 음향 콘텐츠는 다양한 전자 및 기계 수단을 사용하여 실제 용접의 현실 세계 기록물로부터 가져올 수 있다. 음향의 인지된 음량 및 방향은 모의 용접 공구(160)와 용접 쿠폰(175) 사이에서 시뮬레이트된 아크에 대하여, 최종 사용자의 머리, 즉 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)의 위치, 방향 및 거리에 따라 수정된다. 음향은 스피커(910)를 통해 사용자에게 제공될 수 있고, 스피커(910)는 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)에 장착되거나 또는 대안으로 콘솔(135) 및/또는 스탠드(170)에 장착되는, 이어버드 스피커(earbud speaker)이거나 임의의 다른 유형의 스피커 또는 음향 발생 디바이스일 수 있다. 또한, 가상 용접 작업에 종사하는 동안 최종 사용자(12)에게 음향을 제공하는 임의의 방식이 선택될 수 있다. 다른 유형의 음향 정보가 스피커(910)를 통해 전달될 수 있다는 것이 본 출원에서 또한 주목된다. 그 예는 실시간으로 또는 미리 녹음된 메시지를 통해 강사 사용자(12b)로부터의 구두 명령을 포함한다. 미리 녹음된 메시지가 특정한 가상 용접 작업에 의해 자동으로 트리거될 수 있다. 실시간 명령은 현장에서 또는 원거리 위치에서 생성될 수 있다. 또한, 임의의 유형의 메시지 또는 명령은 최종 사용자(12)에게 전달될 수 있다.

콘솔

이제 도 2, 도 6 및 도 7을 참조하면, 시뮬레이터(10)는 시뮬레이터(10)의 하나 이상의 컴포넌트를 수용하는 콘솔(135)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 콘솔(135)은 용접 전원과 유사하게 구성될 수 있다. 즉, 콘솔(135)의 모양과 크기는 현실 세계 디바이스의 모양과 크기와 일치할 수 있다. 시뮬레이터(10)의 동작은 용접 전원 노브, 다이얼 및/또는 스위치(133, 134)와 유사하게 구성될 수 있는 용접 유닛 인터페이스(130)에 의해 가능해질 수 있다. 시뮬레이터(10)는 또한 디스플레이 디바이스(200)일 수 있는 디스플레이를 포함할 수 있다. 시뮬레이터(10)에 설치되는 코딩된 명령어, 즉 소프트웨어는 디스플레이 스크린(200) 상에 명령 및/또는 메뉴 동작을 디스플레이함으로써 시뮬레이터(10)와 최종 사용자(12)와의 상호작용을 명령할 수 있다. 시뮬레이터(10)와의 상호작용은 관리적 활동 또는 시뮬레이션 셋업 및 활성화에 관한 기능을 포함할 수 있다. 이것은 특정 용접 프로세스 및 전극 유형의 선택뿐만 아니라 용접 위치를 포함하는 부분 셋업을 포함할 수 있다. 용접 유닛 인터페이스(130)를 통해 이루어진 선택은 디스플레이 디바이스(200)에 반영된다.

도 6은 콘솔(135) 및 용접 사용자 인터페이스(130)의 예시적인 실시예를 도시한다. 용접 유닛 인터페이스(130)는 시뮬레이터(10)의 셋업 및 동작 동안 사용되는 사용자 선택(153)에 대응하는 한 셋의 버튼(131)을 포함할 수 있다. 버튼(131)은 디스플레이 디바이스(200)에 디스플레이되는 사용자 선택(153)의 컬러에 대응하도록 채색될 수 있다. 버튼(131) 중 하나가 눌러지면, 신호는 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 전송되어 대응 기능을 활성화한다. 용접 유닛 인터페이스(130)는 또한 디스플레이 디바이스(200)에 디스플레이되는 다양한 파라미터 및 선택을 선택하기 위해 사용자에 의해 사용될 수 있는 조이스틱(132)을 포함할 수 있다. 용접 유닛 인터페이스(130)는 또한 예시적인 방식에서 와이어 공급 속도/암페어를 조정하기 위해 사용될 수 있는 다이얼 또는 노브(133)와, 전압/트림(trim)을 조정하기 위한 다른 다이얼 또는 노브(134)를 더 포함한다. 용접 유닛 인터페이스(130)는 또한 아크 용접 프로세스를 선택하는 다이얼 또는 노브(136)를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 플럭스 코어드 아크 용접(flux cored arc welding, FCAW), 가스 금속 아크 용접(gas metal arc welding, GMAW), 차폐 금속 아크 용접(shielded metal arc welding, SMAW)를 포함하는 세 가지의 아크 용접 프로세스가 선택가능하다. 용접 유닛 인터페이스(130)는 용접 극성을 선택하는 다이얼 또는 노브(137)를 더 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 교류(AC), 양의 직류(DC+), 및 음의 직류(DC-)를 포함하는 세 가지 아크 용접 극성이 선택 가능하다. 또한, 다른 용접 프로세스 및 셋업 특성은 이것으로 한정되는 것은 아니지만 TIG 용접을 포함하는, 본 발명의 실시예의 적용범위의 의도된 범주를 벗어나지 않고 시뮬레이터(10)에 통합될 수 있다. 전술한 바로부터, 시뮬레이터(10)의 셋업이 현실 세계 디바이스의 셋업과 유사하다는 것을 쉽게 알 수 있을 것이다.

그래픽 사용자 인터페이스 기능(1213) (도 12 참조)은 관찰자 디스플레이 디바이스(150)를 통해 볼 수 있고 물리적 사용자 인터페이스(130)의 조이스틱(132)을 사용할 수 있는 사용자가 용접 시나리오를 셋업하게 한다. 용접 시나리오의 셋업은 언어를 선택하는 단계, 최종 사용자명을 입력하는 단계, 연습 플레이트(예를 들면 용접 쿠폰, T-플레이트, 평판)를 선택하는 단계, 용접 프로세스(예를 들면 FCAW, GMAW, SMAW, TIG) 및 관련 축방향 분무, 펄스, 또는 단락 아크 전달 모드를 선택하는 단계, 가스 유형 및 유량을 선택하는 단계, 스틱 전극의 유형(예를 들면 E6010 또는 E7018)을 선택하는 단계, 및 플럭스 코어드 와이어의 유형(예를 들면 자체-차폐, 가스-차폐)을 선택하는 단계를 포함할 수 있다. 용접 시나리오의 셋업은 또한 아래에 상세히 기술되는 쿠폰 스탠드(170)를 셋업하는 단계를 포함할 수 있다. 용접 시나리오의 셋업은 환경(예를 들면 가상 현실 공간에서의 배경 환경)을 선택하는 단계, 와이어 공급 속도를 설정하는 단계, 전압 레벨을 설정하는 단계, 극성을 선택하는 단계, 특정 가상 큐를 턴온 또는 턴오프하는 단계를 더 포함한다. 일 실시예에서, 선택된 프로세스를 위한 적절한 설정이 적절히 입력될 때까지 주어진 용접 시나리오의 동작을 방지하는 소프트웨어 제한 설정일 수 있는 제한 설정이 시뮬레이터(10)에 통합될 수 있다. 이러한 방식으로, 훈련생 사용자(12a)는 가상 용접 시나리오를 셋업함으로써 현실 세계 용접 세팅의 적절한 범위를 교습받거나 배운다.

따라서, 디스플레이 디바이스(200)는 메뉴, 액션, 시각적 큐, 새로운 쿠폰 셋업, 및 스코어링을 포함하는 최종 사용자 선택(153)에 대응하는 작업을 반영한다. 이러한 사용자 선택은 콘솔(135) 위의 사용자 버튼에 연결될 수 있다. 사용자가 디스플레이 디바이스(200)를 통해 다양한 선택을 함에 따라, 디스플레이된 특징은 사용자에게 선택된 정보 및 다른 선택을 제공하기 위해 바뀔 수 있다. 그러나, 관찰자 디스플레이 디바이스(150)일 수 있는 디스플레이 디바이스(200)는 시뮬레이터(10)의 동작 동안, 즉 가상 용접 작업에 종사하는 동안 최종 사용자(12)가 보는 가상 이미지를 디스플레이하는 다른 기능을 가질 수 있다. 디스플레이 디바이스(200)는 최종 사용자(12)가 보는 것과 동일한 이미지를 보여주도록 셋업될 수 있다. 대안으로, 디스플레이 디바이스(200)는 또한 가상 용접 작업의 상이한 모습 또는 상이한 사시도를 디스플레이하도록 사용될 수 있다.

일 실시예에서, 디스플레이 디바이스(150, 200)는 도 10에 도시된 데이터 저장 디바이스(300)에 전자적으로 저장된 가상 용접 작업을 재생하는데 사용될 수 있다. 최종 사용자(12)의 가상 용접 작업을 표현하는 데이터는 재생 및 리뷰용으로 저장되고/되거나, 보관 목적으로 다운로드되고/되거나 실시간으로 보고 평가하기 위해 원거리 위치로 전송될 수 있다. 가상 용접 작업을 재생할 때, 퍼들 유동도, 이동 속도와 같은 세부사항뿐만 아니라, 예를 들면 부적절한 필렛 크기, 불량 비드 배치, 오목한 비드, 과도한 볼록함, 언더컷, 다공성, 불완전한 융합, 슬래그 엔트랩먼트(slag entrapment), 과잉 스패터(excess spatter), 및 용락(burn-through)을 포함하는 불연속 상태(152)가 표현될 수 있다. 공차 각도로부터 벗어난 결과인 언더컷이 또한 디스플레이될 수 있다. 또한, 아크를 용접물로부터 아주 멀리 이동시킴으로써 유발되는 다공성이 디스플레이될 수 있다. 이러한 방식으로, 시뮬레이터(10)는 특정 가상 용접 작업의 일부 또는 전체를 재생하고, 최종 사용자의 작업에 직접 관련된 폐색 및 결함을 포함하는 가상 용접 시나리오의 모든 양태를 모델링할 수 있다.

도 6a를 참조하면, 시뮬레이터(10)는 또한 가상 용접 작업의 결과를 분석하고 디스플레이할 수 있다. 결과를 분석함으로써, 시뮬레이터(10)는 용접 패스 동안, 용접 조인트를 따라서 최종 사용자(12)가 용접 프로세스의 허용 가능한 한계에서 벗어난 때와 장소를 결정할 수 있다. 점수는 최종 사용자(12)의 성과에 부여될 수 있다. 일 실시예에서, 점수는 이상적인 용접 패스에서부터 한계 또는 허용할 수 없는 용접 작업으로까지 이어지는 공차의 범위 전체에서 모의 용접 공구(160)의 위치, 방향 및 속도의 편차의 함수일 수 있다. 임의의 경사도의 범위가 최종 사용자(12)의 성과를 점수화하기 위해 선택되는 시뮬레이터(10)에 통합될 수 있다. 받은 점수는 숫자로 또는 영문-숫자로 디스플레이될 수 있다. 또한, 최종 사용자(12)의 성과는 용접 조인트를 따른 시간 및/또는 위치에서, 모의 용접 공구가 용접 조인트에 얼마나 근접하게 이동하는지를 그래픽으로 도시하여 디스플레이될 수 있다. 이동 각도, 작업 각도, 속도 및 용접 조인트로부터의 거리와 같은 파라미터는 임의의 파라미터가 점수화 목적으로 분석될 수 있을지라도 측정될 수 있는 파라미터의 예이다. 파라미터의 공차 범위는 현실 세계 용접 데이터로부터 구해지고, 따라서 최종 사용자가 현실 세계에서 수행하는 방법에 관한 정확한 피드백을 제공한다. 다른 실시예에서, 최종 사용자(12)의 성과에 대응하는 결함의 분석은 또한 디스플레이 디바이스(150, 200)에 합쳐져 디스플레이될 수 있다. 이 실시예에서, 다양한 파라미터를 측정한 결과 어떤 유형의 불연속성이 가상 용접 작업 동안 모니터링되는지 나타내는 그래프가 도시될 수 있다. 폐색이 디스플레이 디바이스(200) 상에서 보이지 않을 수 있지만, 결함은 최종 사용자(12)의 성과의 결과로도 또한 발생할 수 있고, 성과의 결과는 또한 상응하게 디스플레이되고 즉, 그래프로 표시될 수 있다.

디스플레이 디바이스(200)는 또한 최종 사용자(12)를 훈련시키는데 사용되는 개인 지도 정보를 디스플레이하기 위해 사용될 수 있다. 개인 지도 정보의 예는 비디오 또는 사진으로 도시되는 바와 같이 그래프로 디스플레이될 수 있는 명령을 포함할 수 있다. 또한, 명령은 위에서 언급된 오디오 포맷으로 기록되거나 제공될 수 있다. 그러한 정보는 데이터 저장 디바이스(300)에 저장되고 유지될 수 있다. 일 실시예에서, 시뮬레이터(10)는 본 출원에서 가상 큐라고 명명되는, 위치, 작업할 팁, 용접 각도, 이동 각도, 및 이동 속도를 비롯한 다양한 용접 파라미터(151)를 보여주는 가상 용접 장면을 디스플레이할 수 있다.

일 실시예에서, 원격 통신은 유사하게 또는 유사하지 않게 구성된 디바이스, 즉 시뮬레이터로부터 작업하는 오프 사이트 직원, 즉 원거리 사용자에 의해 가상 명령을 제공하는데 사용될 수 있다. 가상 용접 프로세스를 묘사하는 것은 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 인터넷, LAN, 및 다른 데이터 송신 수단을 포함하는 네트워크 연결을 통해 이루어질 수 있다. (성능 변수를 포함하는) 특정 용접을 나타내는 데이터는 가상 이미지 및/또는 용접 데이터를 디스플레이할 수 있는 다른 시스템에 전송될 수 있다. 송신된 데이터는 원격 사용자가 용접기의 성능을 분석할 수 있도록 충분히 상세하다는 것을 주목해야 한다. 원거리 시스템에 전송된 데이터는 가상 용접 환경을 생성하여, 특정 용접 프로세스를 재현하도록 사용될 수 있다. 또한, 성능 데이터 또는 가상 용접 작업을 다른 디바이스에 전달하는 임의의 방식은 본 발명의 실시예의 적용범위의 의도된 범주를 벗어나지 않고 구현될 수 있다.

용접 쿠폰

도 1, 도 9a 및 도 9b를 참조하면, 시뮬레이터(10)는 용접 조인트(176)를 형성하도록 병설된 파이프 섹션과 유사한 용접 쿠폰(175)을 포함할 수 있다. 용접 쿠폰(175)은 가상 용접 작업에 종사하는 동안 최종 사용자(12)용 가이드로서 서비스하는 시뮬레이터(10)와 함께 작업할 수 있다. 복수의 용접 쿠폰(175)이 사용될 수 있는데, 즉 가상 용접 작업의 주어진 사이클에서 사용하기 위해 교체될 수 있다. 용접 쿠폰의 유형은 몇 가지 예만 들면, 원통형 파이프 섹션, 아치형 파이프 세그먼트, 평판 및 T-플레이트 용접 조인트를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 용접 쿠폰 각각은 개방 루트 조인트 또는 그루브를 포함할 수 있다. 그러나 용접 조인트의 임의의 구성은 본 발명의 실시예의 적용범위의 의도된 범주를 벗어나지 않고 용접 쿠폰에 포함될 수 있다.

용접 쿠폰(175)의 치수는 변할 수 있다. 원통형 파이프는 내경의 범위가 1½ 인치(내경)에서 18 인치(내경)까지 확장될 수 있다. 특정한 일 실시예에서, 내경의 범위는 18인치로 확장될 수 있다. 다른 실시예에서, 정확한 파이프 세그먼트는 1½ 인치(내경)에서부터 18 인치(내경)를 초과하여 확장되는 범위에 속하는 특징 반경을 가질 수 있다. 또한, 용접 쿠폰(175)의 임의의 내경, 즉 1½ 인치 미만의 내경과 18 인치를 초과하는 내경 모두 사용될 수 있다는 것으로 해석된다. 실질적인 의미에서, 용접 쿠폰(175) 또는 용접 쿠폰(175)의 일부가 공간 추적기(120)에 의해 생성되는 엔벨로프 내에 맞는 한, 용접 쿠폰(175)의 임의의 크기가 사용될 수 있다. 평판 플레이트는 길이가 또한 18 인치를 초과하여 확장될 수 있다. 또한, 용접 쿠폰(175)의 치수 상한은 용접 쿠폰(175) 각각의 배치될 공간 추적기(120)와 공간 추적기(120)의 능력에 의해 생성되는 감지 필드의 크기 및 강도에 의해서만 제한된다는 것을 이해해야 한다. 모든 그러한 변형예는 본 발명의 실시예의 적용범위의 범주 내에 속하는 것으로 해석되어야 한다.

위에서 언급한 바와 같이, 용접 쿠폰(175)은 공간 추적기(120)를 간섭하지 않는 재료로 구성될 수 있다. 자계를 생성하는 공간 추적기의 경우, 용접 쿠폰(175)은 비철 및 비전도성 재료로 구성될 수 있다. 그러나 공간 추적기의 유형 또는 선택된 다른 센서와 함께 사용하기 적합한 임의의 유형의 재료가 선택될 수 있다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 용접 쿠폰(175)은 공간 추적기(120)에 대해 용접 쿠폰(175)을 일정하게 유지하도록 (적어도 부분적으로) 작용하는 테이블 또는 스탠드(170)에 맞도록 구성될 수 있다. 따라서, 용접 쿠폰(175)은 연결부(177), 즉 커넥터(177)를 포함할 수 있다. 연결부(177)는 도시된 바와 같이 밑면일 수 있는 용접 쿠폰(175)의 한 측면으로부터 연장할 수 있고, 스탠드(170)에 포함된 기계식 연동 장치에 수용될 수 있다. 용접 쿠폰(175)이 스탠드(170)에 삽입되는 방향이 가상 용접 환경(15) 내에서 생성되는 가상 용접물, 즉 파이프와 밀접하게 일치하도록 일정할, 즉 반복 가능할 필요가 있을 수 있다는 것이 인식될 것이다. 이러한 방식으로, 시뮬레이터(10)가 용접 쿠폰(175)의 위치가 어떻게 변화했는지 알고 있는 한, 가상의 상대편에 따라 조정이 이루어질 수 있다. 예를 들면 셋업 기간 동안, 최종 사용자(12)는 용접될 파이프의 크기를 선택할 수 있다. 최종 사용자(12)는 적절한 용접 쿠폰(175)을 스탠드(170)에 삽입하여, 용접 쿠폰을 제 위치에 고정할 수 있다. 그런 다음, 최종 사용자(12)는 용접 사용자 인터페이스(130)를 통해 선택할 원하는 용접 위치를 선택할 수 있다. 후술하는 바와 같이, 스탠드(170)는 시뮬레이터(10)에 의해 인식된 임의의 용접 위치에 용접 쿠폰(175)을 배치하도록 기울어지거나 조정될 수 있다. 물론, 용접 쿠폰(175)의 위치를 조정하는 것은 또한 공간 추적기(120)의 위치를 조정하여, 감각 추적 필드 내에서 용접 쿠폰(175)의 상대적 위치를 인지하는 것이라는 것이 인식될 것이다.

도 9는 스탠드(170)의 일 실시예를 도시한다. 스탠드(170)는 조정 가능한 테이블(171), 스탠드 받침대(172), 조정 가능한 암(173), 및 수직 포스트(174)를 포함할 수 있다. 테이블(171) 및 암(173)은 각각 수직 포스트(174)에 부착된다. 테이블(171) 및 암(173)은 각각 수직 포스트(174)의 높이를 따라 조절될 수 있고, 이는 수직 포스트(174)에 대해 상방, 하방, 및/또는 회전 움직임을 포함할 수 있다. 암(173)은 본 출원에서 논의되는 것과 일치하는 방식으로, 용접 쿠폰(175)을 보유하도록 사용될 수 있다. 테이블(171)은 사용하는 동안 최종 사용자의 팔이 테이블(171) 위에 놓일 수 있도록 함으로써 최종 사용자(12)를 조력할 수 있다. 특정한 일 실시예에서, 수직 포스트(174)는 위치 정보로 인덱스되어 사용자가 암(173) 및 테이블(171)이 배치되는 곳을 정확히 알 수 있도록 한다. 정보는 또한 셋업 기간 동안 용접 사용자 인터페이스(130) 및 디스플레이 디바이스(150)를 통해 시뮬레이터(10)에 입력될 수 있다.

테이블(171) 및 암(173)의 위치가 시뮬레이터(10)의 셋업 기간 동안 이루어지는 선택에 응답하여 자동으로 조정되는 본 발명의 다른 실시예가 고려된다. 이 실시예에서, 용접 사용자 인터페이스(130)를 통한 선택은 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 전달될 수 있다. 스탠드(170)에 의해 사용되는 액추에이터 및 피드백 센서는 암(173) 또는 테이블(171)을 물리적으로 이동시키지 않고 용접 쿠폰(175)을 배치하기 위해 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 액추에이터 및 피드백 센서는 전기적으로 구동되는 서보모터를 포함할 수 있다. 그러나 임의의 이동 디바이스가 음향 공학적 판단으로 선택되는 것처럼 스탠드(170)의 위치를 자동 조정하는데 사용될 수 있다. 이러한 방식으로, 용접 쿠폰(175)을 셋업하는 프로세스가 자동화되어, 최종 사용자(12)에 의한 수동 조정을 필요로 하지 않는다.

본 발명의 다른 실시예는 본 출원에서 "스마트" 쿠폰(175)이라 지칭되는 용접 쿠폰(175)과 함께 사용되는 지능 디바이스의 사용을 포함한다. 이 실시예에서, 용접 쿠폰(175)은 스탠드(170)에 의해 감지될 수 있는 특정 용접 쿠폰(175)에 관한 정보를 갖는 디바이스를 포함한다. 특히, 암(173)은 용접 쿠폰(175)에 위치하는 디바이스에 또는 디바이스 내에 저장되는 데이터를 판독하는 검출기를 포함할 수 있다. 그 예는 검출기의 부근으로 이동되었을 때 무선으로 판독될 수 있는, 센서, 예를 들면 마이크로 전자 디바이스 상에서 인코딩된 디지털 데이터의 사용을 포함할 수 있다. 다른 예는 바 코딩과 같은 수동 디바이스의 사용을 포함할 수 있다. 또한, 용접 쿠폰(175)에 관한 정보를 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 지능적으로 전달하는 임의의 방식은 음향 공학적 판단으로 선택될 수 있다.

용접 쿠폰(175)에 저장된 데이터는 스탠드(170)에 삽입된 용접 쿠폰(175)의 종류를 시뮬레이터(10)에 자동으로 표시할 수 있다. 예를 들면 2 인치 파이프 쿠폰은 그 직경과 관련된 정보를 포함할 수 있다. 대안으로, 평판 쿠폰은 쿠폰에 포함된 용접 조인트의 종류, 예를 들면 그루브 용접 조인트(groove weld joint) 또는 버트 용접 조인트(butt weld joint)뿐만 아니라, 그의 물리적 치수를 나타내는 정보를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 용접 쿠폰(175)에 관한 정보는 용접 쿠폰(175)을 선택하고 설치하는 것과 관련된 시뮬레이터(10)의 셋업의 일부를 자동화하는데 사용될 수 있다.

교정 기능(calibration functionality)(1208) (도 12를 참조)은 가상 용접 환경(15)에서 가상 컴포넌트와 현실 세계 공간(참조의 3D 프레임)에서의 물리적 컴포넌트를 일치시킬 능력을 제공한다. 각각의 상이한 유형의 용접 쿠폰(175)은 용접 쿠폰(175)을 스탠드(170)의 암(173)에 설치하고 (예를 들면 용접 쿠폰(175) 상의 세 개의 딤플(dimple)(179)로 표시되는) 미리 정의된 포인트(179)에서 용접 쿠폰(175)을 스탠드(170)에 동작적으로 연결되는 교정 스타일러스와 접촉시킴으로써 공장에서 교정된다. 시뮬레이터(10)는 미리 정의된 포인트(179)에서 자계 강도를 판독하고, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 위치 정보를 제공하고, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 교정(즉, 현실 세계 공간에서 가상 현실 공간으로의 변환)을 수행하기 위해 위치 정보를 사용한다.

동일한 유형의 용접 쿠폰(175)의 임의의 부분은 따라서 매우 엄격한 공차 내에서 반복할 수 있는 동일한 방식으로 스탠드(170)의 암(173)에 끼워진다. 따라서, 특정 유형의 용접 쿠폰(175)이 교정되면, 유사한 쿠폰의 반복된 교정은 필요하지 않고, 즉 특정 유형의 용접 쿠폰(175)의 교정은 일회성 이벤트이다. 달리 말하자면, 동일한 유형의 용접 쿠폰(175)은 교체 가능하다. 교정은 용접 프로세스 동안 사용자에 의해 인지되는 물리적 피드백이 가상 현실 공간에서 사용자에게 디스플레이되는 것과 일치하여, 시뮬레이션이 보다 실감나게 하도록 한다. 예를 들면 사용자가 모의 용접 공구(160)의 팁을 실제 용접 쿠폰(175)의 코너 주변에 미끄러뜨리면, 사용자는 사용자가 실제 코너 주변에서 미끄러지는 팁을 느끼는 것처럼 디스플레이 디바이스(200)에서 가상 용접 쿠폰의 코너 주변에서 미끄러지는 팁을 볼 것이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 모의 용접 공구(160)는 또한 알려진 지그 위치에 기초하여, 미리 배치된 지그에 배치되고 유사한 방식으로 교정될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라, "스마트" 쿠폰은 시뮬레이터(10)가 미리 정의된 교정 포인트 또는 "스마트" 쿠폰의 코너를 추적할 수 있게 하는 센서를 포함할 수 있다. 센서는 미리 정의된 교정 포인트의 정확한 위치에서 용접 쿠폰(175) 위에 장착될 수 있다. 그러나 교정 데이터를 시뮬레이터(10)에 전달하는 임의의 방식이 선택될 수 있다. 따라서 시뮬레이터(10)는 "스마트" 쿠폰이 현실 세계 3D 공간에서 어디에 있는지 지속적으로 알고 있다. 또한, 라이센싱 키가 "잠금 해제된(unlock)" 용접 쿠폰(175)에 제공될 수 있다. 특정 용접 쿠폰(175)이 구입될 때, 최종 사용자(12a, 12b)가 라이센싱 키를 시뮬레이터(10)에 끼워서, 특정 용접 쿠폰(175)과 관련된 소프트웨어를 잠금 해제할 수 있도록 하는 라이센싱 키가 제공될 수 있다. 대안의 실시예에서, 특정한 비표준 용접 쿠폰이 부품의 현실 세계 CAD 도면을 기초하여 제공될 수 있다.

프로세서 기반 시스템

이제 도 2, 도 4 및 도 10을 참조하면, 위에서 언급된 바와 같이, 시뮬레이터(10)는 가상 용접 환경(15)을 생성하는데 사용된 코딩된 명령어를 실행할 프로그래머블 전자 회로(200)를 포함할 수 있는 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)을 포함한다. 프로그래머블 전자 회로(200)는 하나 이상의 마이크로프로세서(204)로 구성될 수 있는 하나 이상의 로직 프로세서(203) 또는 로직 프로세서 기반 시스템(203)을 포함할 수 있다. 특정한 일 실시예에서, 프로그래머블 전자 회로(200)는 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 중앙 처리 장치(central processing unit(s), CPU)) 및 그래픽 처리 장치(graphics processing unit(s), GPU)로 구성될 수 있다. 예를 들면, 전자 회로, 즉 RAM, ROM 뿐만 아니라 다른 주변기기 지원 회로와 같은 추가적인 회로가 포함될 수 있다. 전자 메모리는 각각 본 출원에서 기술되는 가상 용접 환경(15)의 양태를 렌더링할 때 사용하기 위해 별도로 프로그래밍할 수 있는 CPU 및 GPU 용도로 포함될 수 있다. 더욱이, 프로그래머블 전자 회로(200)는 하드 디스크 드라이브, 광학 저장 디바이스, 플래시 메모리 등과 같은 데이터 저장 디바이스(300)를 포함하며 이를 활용할 수 있다. 또한, 시뮬레이터(10) 내의 디바이스 사이 또는 상이한 시뮬레이터(10) 사이에서 데이터의 전송을 용이하게 해주는 다른 유형의 전자 회로가 포함될 수 있다. 이것은 예를 들면, 공간 추적기 또는 센서와 같은 하나 이상의 입력 디바이스(155)로부터 데이터를 수신하는 단계, 또는 근거리 통신 네트워크(local area networks, LAN), 광역 통신 네트워크(wide area network, WAN) 및/또는 인터넷일 수 있는 하나 이상의 네트워크를 통해 데이터를 전송하는 단계를 포함할 수 있다. 위에서 언급된 디바이스 및 프로세스는 사실상 예시적인 것이고 한정하는 것으로 해석되지 말아야 한다. 실제로, 프로그래머블 회로, 지원 회로, 통신 회로 및/또는 데이터 저장장치는 음향 공학적 판단에 따라 선택된 본 발명의 실시예에 포함될 수 있다.

도 10은 시뮬레이터(10)의 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)의 서브시스템 블록도의 예시적인 실시예를 도시한다. 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 중앙 처리 장치(CPU)(111)와 두 개의 그래픽 처리 장치(GPU)(115)를 포함할 수 있다. 두 개의 GPU(115)는 실시간 용융 금속 유동도와 흡열 및 방열 특징을 갖는 용접 퍼들의 가상 현실 시뮬레이션을 제공하도록 프로그래밍될 수 있다.

도 11을 참조하면, 그래픽 처리 장치(GPU)(115)의 블록도가 도시된다. 각각의 GPU(115)는 데이터 병렬 알고리즘의 구현을 지원한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 각각의 GPU(115)는 두 개의 가상 현실 뷰를 제공할 수 있는 두 개의 비디오 출력(118, 119)을 제공한다. 비디오 출력 중 두 출력은 뷰의 용접기 포인트를 렌더링하는 안면 장착 디스플레이 디바이스(140)에 라우팅될 수 있고, 제 3 비디오 출력은 예를 들면 뷰의 용접기 포인트 또는 뷰의 몇몇 다른 포인트를 렌더링하는 관찰자 디스플레이 디바이스(150)에 라우팅될 수 있다. 나머지 제 4 비디오 출력은 예를 들면 프로젝터에 라우팅될 수 있거나, 가상 용접 환경(15)을 시뮬레이트하기에 적합한 임의의 다른 목적으로 사용될 수 있다. 두 GPU(115)는 모두 동일한 용접 물리적 특성 계산을 수행할 수 있지만 뷰의 동일 포인트 또는 상이한 포인트로부터 가상 용접 환경(15)을 렌더링할 수 있다. GPU(115)는 계산된 통합 디바이스 아키텍처(computed unified device architecture, CUDA)(116) 및 쉐이더(shader)(117)를 포함한다. CUDA(116)는 산업 표준 프로그래밍 언어를 통해 소프트웨어 개발자에게 접근 가능한 GPU(115)의 계산 엔진이다. CUDA(116)는 병렬 코어를 포함하고 본 출원에서 기술되는 용접 퍼들 시뮬레이션의 물리적 특성 모델을 실행하는데 사용된다. CPU(111)는 실시간 입력 데이터를 GPU(115) 상의 CUDA(116)에 제공한다. 특정한 일 실시예에서, 쉐이더(117)는 시뮬레이션의 모든 시각 자료를 그리고 적용하는 기능을 수행한다. 비드 및 퍼들의 시각 자료는 본 출원에서 후술하는 용접 픽셀 변위 맵의 상태에 의해 구동된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 물리적 특성 모델은 30회/초의 속도로 실행하고 업데이트한다.

도 12는 시뮬레이터(10)의 기능적 블록도의 예시적인 실시예를 도시한다. 시뮬레이터(10)의 다양한 기능 블록은 주로 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에서 실행하는 소프트웨어 명령어 및 모듈을 통해 구현될 수 있다. 시뮬레이터(10)의 다양한 기능 블록은 물리적 인터페이스(1201), 토치 및 클램프 모델(1202), 환경 모델(1203), 음향 콘텐츠 기능(1204), 용접 음향(1205), 스탠드/테이블 모델(1206), 내부 아키텍처 기능(1207), 교정 기능(1208), 쿠폰 모델(1210), 용접 물리학(1211), 내부 물리적 특성 조정 공구(트위커)(1212), 그래픽 사용자 인터페이스 기능(1213), 그래프 기능(1214), 학습생 레포트 기능(1215), 렌더러(1216), 비드 렌더링(1217), 3D 텍스처(1218), 비주얼 큐 기능(1219), 스코어링 및 공차 기능(1220), 공차 편집기(1221), 및 공간 효과(1222)를 포함한다.

내부 아키텍처 기능(1207)은 예를 들면 파일 로딩, 정보 보유, 쓰레드 관리, 물리적 특성 모델의 터닝 온, 메뉴 트리거링을 포함하는 시뮬레이터(10)의 프로세스의 상위 레벨 소프트웨어 로지스틱을 제공한다. 내부 아키텍처 기능(1207)은 본 발명의 실시예에 따라서 CPU(111) 상에서 실행된다. 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)으로의 특정 실시간 입력은 아크 위치, 건(gun) 위치, 안면 장착 디스플레이 디바이스 또는 헬멧 위치, 건 온/오프 상태, 및 접촉이 이루어진 상태(contact made state) (예/아니오)를 포함한다.

시뮬레이트된 용접 시나리오 동안, 그래프 기능(1214)은 사용자 성과 파라미터를 수집하고 (예를 들면 관찰자 디스플레이 디바이스(150) 상에서) 그래픽 포맷으로 디스플레이하기 위해 그래픽 사용자 인터페이스 기능(1213)에 사용자 성과 파라미터를 제공한다. 공간 추적기(120)로부터의 추적 정보는 그래프 기능(1214)에 공급한다. 그래프 기능(1214)은 단순 분석 모듈(simple analysis module, SAM) 및 휩/위브 분석 모듈(whip/weave analysis module, WWAM)을 포함한다. SAM은 용접 파라미터를 비드 테이블에 저장된 데이터와 비교함으로써 용접 이동 각도, 이동 속도, 용접 각도, 위치, 작업할 팁을 포함하는 사용자 용접 파라미터를 분석한다. WWAM은 다임 간격(dime spacing), 휩 시간(whip time), 및 퍼들 시간을 포함하는 사용자 휘핑 파라미터(user whipping parameters) 분석한다. WWAM은 또한 위브의 폭, 위브 간격, 및 위브 타이밍을 포함하는 사용자 위빙 파라미터(user weaving parameters)를 분석한다. SAM 및 WWAM은 (예를 들면 위치 및 방향 데이터와 같은) 원 입력 데이터를 그래프 작성을 위해 기능적으로 사용 가능한 데이터로 해석한다. SAM 및 WWAM 에 의해 분석된 각각의 파라미터마다, 공차 윈도우는 공차 에디터(1221)를 사용하여 비드 테이블에 입력된 최적 또는 이상적 셋 포인트 근방의 파라미터 한계치에 의해 한정되고, 스코어링 및 공차 기능(1220)이 수행된다.

공차 에디터(1221)는 재료 용도, 전기적 용도, 및 용접 시간을 근사화하는 웰도미터(weldometer)를 포함한다. 뿐만 아니라, 특정 파라미터가 공차를 벗어날 때 용접 불연속(즉, 용접 결함)이 발생할 수 있다. 임의의 용접 불연속 상태는 그래프 기능(1214)에 의해 처리될 수 있고, 그래픽 사용자 인터페이스 기능(1213)을 통해 그래픽 포맷으로 제시된다. 그러한 용접 불연속은 필렛 크기, 불량한 비드 배치, 오목한 비드, 과도한 볼록함, 언더컷, 다공성, 불완전한 융합, 슬래그 엔트랩먼트, 및 과잉 스패터를 포함한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 불연속 레벨 또는 불연속 양은 특정 사용자 파라미터가 최적 또는 이상적인 셋 포인트로부터 얼마나 떨어져 있는지에 달려있다.

상이한 파라미터 한계치는 예를 들면 용접 초보자, 용접 전문가, 및 무역 박람회에 있는 사람들과 같은 상이한 유형의 사용자를 위해 미리 정의될 수 있다. 스코어링 및 공차 기능(1220)은 사용자가 특정 파라미터에 대해 얼마나 최적(이상)에 가까운지에 따라 그리고 용접에 존재하는 불연속 또는 결함의 레벨에 따라 숫자 점수를 제공한다. 스코어링 및 공차 기능(1220) 및 그래픽 기능(1214)으로부터의 정보는 강사 및/또는 학습생에 대한 성과 레포트를 생성하는 학습생 레포트 기능(1215)에 의해 사용될 수 있다.

가시적 큐 기능(1219)은 안면 장착 디스플레이 디바이스(140) 및/또는 관찰자 디스플레이 디바이스(150)에 컬러 및 표시기를 오버레이하여 디스플레이함으로써 사용자에게 즉각적인 피드백을 제공한다. 시각적 큐는 위치, 작업할 팁, 용접 각도, 이동 각도, 및 이동 속도를 포함하는 용접 파라미터(151) 각각 마다 제공되고, 사용자의 용접 기술의 몇몇 양태가 미리 한정된 한계치 또는 공차를 기반으로 조정되어야 한다면 사용자에게 시각적으로 표시한다. 시각적 큐는 또한 예를 들면 휩/위브 기술 및 용접 비드 "다임" 간격에 대해서 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 가상 현실 공간에서 용접 퍼들 또는 풀의 시뮬레이션은 시뮬레이트된 용접 퍼들이 실시간 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖는 경우에 달성된다. 본 발명의 실시예에 따르면, 용접 퍼들 시뮬레이션의 중심부에는 GPU(115)에서 실행될 수 있는 용접 물리적 특성 기능(1211)(물리적 특성 모델이라고도 알려짐)이 있다. 용접 물리적 특성 기능은 동적 유동도/점도, 견고성, 열 경사(흡열 및 방열), 퍼들 웨이크(puddle wake), 및 비드 모양을 정확히 모델링하는 이중 변위 층 기술을 사용하며, 이는 도 14a 내지 도 14c와 관련하여 본 출원에서 더 상세히 기술된다.

용접 물리적 특성 기능(1211)은 가열 용융 상태에서부터 냉각 응고 상태까지의 모든 상태에서 용접 비드를 렌더링하기 위해 비드 렌더링 기능(1217)과 통신한다. 비드 렌더링 기능(1217)은 용접 비드를 가상 현실 공간에서 실시간으로 정확하고 현실성있게 렌더링하기 위해 용접 물리적 특성 기능(1211)으로부터의 정보(예를 들면, 열, 유동성, 변위, 다임 간격)를 사용한다. 3D 텍스처 기능(1218)은 추가적인 텍스처(예를 들면 스코칭(scorching), 슬래그(slag), 그레인(grain))을 시뮬레이트된 용접 비드에 오버레이하기 위해 텍스처 맵을 비드 렌더링 기능(1217)에 제공한다. 렌더러 기능(1216)은 공간 효과 모듈(1222)로부터의 정보를 사용하여 스파크, 스패터, 연기, 아크 광선, 매연, 및 예를 들면 언더컷과 다공성과 같은 불연속성을 포함하는 다양한 비-퍼들 특정 특성을 렌더링하기 위해 사용된다.

내부 물리적 특성 조정 공구(1212)는 다양한 물리적 특성 파라미터가 다양한 용접 프로세스를 위해 정의되고, 업데이트되고, 수정될 수 있게 하는 미세조정 공구이다. 본 발명의 실시예에 따르면, 내부 물리적 특성 조정 공구(1212)는 CPU(111)에서 구동하며, 조정되거나 업데이트된 파라미터는 GPU(115)에 다운로드된다. 내부 물리적 특성 조정 공구(1212)를 통해 조정될 수 있는 파라미터의 유형은 용접 쿠폰과 관련된 파라미터, 용접 쿠폰을 리셋하지 않고 프로세스가 변경될 수 있게 하는 (제 2 패스를 실행하게 하는) 프로세스 파라미터, 전체 시뮬레이션을 리셋하지 않고 변경될 수 있는 다양한 글로벌 파라미터, 및 다른 다양한 파라미터를 포함한다.

도 13은 가상 현실 훈련 시뮬레이터(10)를 사용하여 훈련하는 방법(1300)의 실시예에 대한 플로우차트이다. 단계(1310)에서, 용접 기술에 따라 용접 쿠폰에 대해 모의 용접 공구를 이동시킨다. 단계(1320)에서, 가상 현실 시스템을 사용하여 3차원 공간에서 모의 용접 공구의 위치 및 방향을 추적한다. 단계(1330)에서, 시뮬레이트된 모의 용접 공구로부터 방출되는 시뮬레이트된 아크의 근방에서 시뮬레이트된 용접 퍼들을 형성함으로써 시뮬레이트된 모의 용접 공구가 시뮬레이트된 용접 쿠폰의 적어도 하나의 시뮬레이트된 표면에 시뮬레이트된 용접 비드 재료를 용착할 때 가상 현실 공간에서 모의 용접 공구 및 용접 쿠폰의 실시간 가상 현실 시뮬레이션을 보여주는 가상 현실 용접 시스템의 디스플레이를 관찰한다. 단계(1340)에서, 디스플레이 상에서 시뮬레이트된 용접 퍼들의 실시간 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 관찰한다. 단계(1350)에서, 시뮬레이트된 용접 퍼들의 실시간 용융 금속 유동도 및 방열 특성의 관찰에 반응하여 용접 기술의 적어도 하나의 양태를 실시간으로 수정한다.

방법(1300)은 사용자가 가상 현실 공간에서 용접 퍼들을 관찰하고 실시간 용융 금속 유동도(예를 들면 점도) 및 방열을 포함하는 시뮬레이트된 용접 퍼들의 다양한 특성의 관찰에 반응하여 그의 용접 기술을 수정할 수 있는 방법을 도시한다. 사용자는 또한 실시간 퍼들 웨이크 및 다임 공간을 포함하는 다른 특성을 관찰하고 반응할 수 있다. 용접 퍼들의 특성을 관찰하고 반응하는 것은 얼마나 많은 용접 동작이 현실 세계에서 실제로 수행되는가 하는 것이다. GPU(115)에서 구동되는 용접 물리적 특성 기능(1211)의 이중 변위 레이어 모델링은 그러한 실시간 용융 금속 유동도 및 방열 특성이 사용자에게 정확히 모델링되고 제시될 수 있게 한다. 예를 들면, 방열은 응고 시간(즉, 용접 픽셀이 완전히 응고하기 위해 얼마나 많은 시간이 걸리는지)을 결정한다.

뿐만 아니라, 사용자는 동일한 또는 상이한(예를 들면, 제 2의) 모의 용접 공구, 용접 전극 및/또는 용접 프로세스를 사용하여 용접 비드 재료 위로 제 2 패스를 진행할 수 있다. 그러한 제 2 패스 시나리오에서, 시뮬레이션은 시뮬레이트된 모의 용접 공구로부터 방출되는 시뮬레이트된 아크의 근방에서 제 2의 시뮬레이트된 용접 퍼들을 형성함으로써 시뮬레이트된 모의 용접 공구가 제 1의 시뮬레이트된 용접 비드 물질과 합쳐지는 제 2의 시뮬레이트된 용접 비드 물질을 용착할 때 가상 현실 공간에서 시뮬레이트된 모의 용접 공구, 용접 쿠폰 및 원래 시뮬레이트된 용접 비드 물질을 보여준다. 동일하거나 상이한 용접 공구 또는 프로세스를 사용하는 추가적인 후속 패스는 유사한 방식으로 이루어질 수 있다. 임의의 제 2 또는 후속 패스에서, 이전의 용접 비드 재료는 본 발명의 특정 실시예에 따라 새로운 용접 퍼들이 이전의 용접 비드 재료, 새로운 용접 비드 재료, 및 아마도 기본 쿠폰 재료 중 임의의 재료의 조합으로부터 가상 현실 공간에서 형성될 때 용착되는 새로운 용접 비드 재료와 합쳐진다. 그러한 후속 패스는 예를 들면 이전의 패스에 의해 형성되는 용접 비드를 복구하기 위해 수행될 수 있거나, 파이프 용접에서 수행되는 것처럼 루트 패스 후 열 패스 및 하나 이상의 갭 폐쇄 패스를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예에 따르면, 베이스 및 용접 비드 재료는 연강, 스테인레스 강, 및 알루미늄을 포함하도록 시뮬레이트될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 실시간 가상 환경에서 스테인레스 강 재료로 용접하는 것이 시뮬레이트된다. 모재(base metal) 외형이 스테인레스 강 용접의 사실적인 표현을 제공하도록 시뮬레이션된다. 광의 시각적 스펙트럼을 변경하는 시각적 효과의 시뮬레이션이 아크의 채색을 맞추어주도록 제공된다. 현실적인 음향이 또한 적적한 작업 거리, 점화, 및 속도에 기반하여 시뮬레이트된다. 아크 퍼들 외관 및 용착 외관이 열 영향받은 구역 및 토치 움직임을 기반으로 하여 시뮬레이트된다. 용접 비드를 통해 흩어질 수 있는 산화 알루미늄 또는 질화 알루미늄 필름의 부스러기 또는 파손 입자의 시뮬레이션이 제공된다. 가열 및 냉각 영향받은 구역에 관련된 계산은 스테인레스 강 용접에 맞게 조정된다. 스테인레스 강 GMAW 용접의 외관을 더 가까이 정확하게 시뮬레이트하기 위해 스패터와 관련된 불연속 동작이 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 실시간 가상 환경에서 알루미늄 재료로 용접하는 것이 시뮬레이트된다. 알루미늄 용접을 현실 세계에서 보이는 것과 가깝게 일치하도록 비드 웨이크가 시뮬레이트된다. 모재 외관이 알루미늄 용접의 현실적인 표현을 나타내도록 시뮬레이트된다. 광의 시각적 스펙트럼을 변경하는 가시적 효과의 시뮬레이션이 아크의 채색을 맞추기 위해 제공된다. 조명의 계산은 반사율을 생성하기 위해 제공된다. 가열 및 냉각 영향받은 구역에 관련된 계산은 알루미늄 용접에 맞게 조정된다. 산화의 시뮬레이션이 현실적인 "세정 작용"을 생성하기 위해 제공된다. 현실적인 음향이 또한 적합한 작업 거리, 점화 및 속도를 기반으로 하여 시뮬레이트된다. 아크 퍼들 외관 및 용착 외관이 열 영향 존과 토치 움직임을 기반으로 하여 시뮬레이트된다. 알루미늄 와이어의 외관이 현실적이고 적절한 외관을 제공하기 위해 GMAW 토치에서 시뮬레이트된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 실시간 가상 환경에서 GTAW 용접이 시뮬레이트된다. 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 유량, 펄싱 주파수, 펄스 폭, 아크 전압 제어, AC 밸런스, 및 출력 주파수 제어를 비롯한, GTAW 용접을 위한 동작 파라미터의 시뮬레이션이 제공된다. 퍼들 "스플래시(splash)" 또는 침지 기술 및 용융되는 용접 소모품의 시각적 표현이 또한 시뮬레이트된다. 뿐만 아니라, 용접 퍼들에서 충전 금속 용접 동작에 따른 (충전 금속 없는) 자생 용접 및 GTAW의 표현이 시각적 및 청각적으로 렌더링된다. 이것으로 한정되는 것은 아니지만, 탄소 강, 스테인레스 강, 알루미늄, 및 크롬 몰리브덴 강을 포함하는 추가 충전 금속의 변동의 구현이 시뮬레이트될 수 있다. 외부 풋 패달의 선택할 수 있는 구현이 용접하는 동안 동작을 위해 제공될 수 있다.

모델링용 엔진

도 14a 및 도 14b는 본 발명의 실시예에 따라 용접 요소(wexel, 웩셀) 변위 맵(1420)의 개념을 도시한다. 도 14a는 평평한 상부 표면(1410)을 갖는 평평한 용접 쿠폰(1400)의 측면도를 도시한다. 용접 쿠폰(1400)은 예를 들면 플라스틱 부품처럼 현실 세계에서 존재하고, 또한 시뮬레이트된 용접 부품처럼 가상 현실 공간에도 존재한다. 도 14b는 웩셀 맵(1420)을 형성하는 "웩셀로 지칭되는 용접 요소의 그리드 또는 어레이로 나누어진 시뮬레이트된 용접 쿠폰의 상부 표면(1410)의 표현을 도시한다. 각각의 웩셀(예를 들면 웩셀(1421))은 용접 쿠폰의 표면(1410)의 작은 부분을 정의한다. 웩셀 맵은 표면 해상도를 정의한다. 변동가능한 채널 파라미터 값이 각각의 웩셀에 할당되며, 이로 인하여 각각의 웩셀의 값이 시뮬레이트된 용접 프로세스 기간 동안 가상 현실 용접 공간에서 실시간으로 동적으로 변하게 한다. 변동가능한 채널 파라미터 값은 채널 퍼들(용융된 금속 유동성/점도 변위), 열(흡열/방열), 변위(고체 변위), 및 엑스트라(슬래그, 그레인, 스코칭, 순수 금속과 같은 다양한 엑스트라 상태)에 해당한다. 이러한 변동가능한 채널은 본 출원에서 각각 퍼들, 열, 엑스트라, 및 변위를 대신해 PHED라고 지칭한다.

도 15는 도 1 및 도 2의 시뮬레이터(10)에서 시뮬레이트되는 도 14의 평평한 용접 쿠폰(1400)의 쿠폰 공간 및 용접 공간의 예시적인 실시예를 도시한다. 포인트 O, X, Y, Z은 로컬 3D 쿠폰 공간을 정의한다. 일반적으로, 각각의 쿠폰 유형은 3D 쿠폰 공간에서부터 2D 가상 현실 용접 공간으로의 맵핑을 정의한다. 도 14의 웩셀 맵(1420)은 가상 현실에서 용접 공간에 맵핑하는 값의 2D 어레이이다. 사용자는 도 15에 도시된 바와 같이 포인트 B에서부터 포인트 E까지 용접하려고 한다. 포인트 B에서 포인트 E까지 궤적 선은 도 15에서 3D 쿠폰 공간 및 2D 용접 공간 모두에 도시된다.

각각의 유형의 쿠폰은 웩셀 맵에서 각각의 위치마다 변위의 방향을 정의한다. 도 15의 평평한 용접 쿠폰의 경우, 변위의 방향은 웩셀 맵에서 (즉, Z 방향으로) 모든 위치에서 동일하다. 웩셀 맵의 텍스처 좌표는 맵핑을 명료하게 하기 위해, 3D 쿠폰 공간 및 2D 용접 공간 모두에서 S, T(때로는 U, V라고 칭함)로 도시된다. 웩셀 맵이 용접 쿠폰(1400)의 사각형 표면(1410)에 맵핑되어 그 표면을 표현한다.

도 16은 시뮬레이터(10)에서 시뮬레이트되는 코너 용접 쿠폰(1600)의 쿠폰 공간 및 용접 공간의 예시적인 실시예를 도시한다. 코너 용접 쿠폰(1600)은 도 16에 도시되는 바와 같이 2D 용접 공간에 맵핑되는 3D 쿠폰 공간 내 두 표면(1610, 1620)을 갖는다. 또한, 포인트 O, X, Y, 및 Z은 로컬 3D 쿠폰 공간을 정의한다. 웩셀 맵의 텍스처 좌표는 맵핑을 명료하게 하기 위해 3D 쿠폰 공간 및 2D 용접 공간 모두에서 S, T로 도시된다. 사용자는 도 16에 도시된 바와 같이 포인트 B에서 포인트 E까지 용접하려 한다. 포인트 B에서 포인트 E까지의 궤적 선은 도 16에서 3D 쿠폰 공간 및 2D 용접 공간 모두에 도시된다. 그러나 변위의 방향은 반대측 코너 방향으로, 3D 쿠폰 공간에서 도시된 바와 같이 라인 X'-O' 방향이다.

도 17은 시뮬레이터(10)에서 시뮬레이트된 파이프 용접 쿠폰(1700)의 쿠폰 공간 및 용접 공간의 예시적인 실시예를 도시한다. 파이프 용접 쿠폰(1700)은 2D 용접 공간에 맵핑되는 3D 쿠폰 공간에서 곡면(1710)을 갖는다. 되풀이 하자면 포인트 O, X, Y, 및 Z은 로컬 3D 쿠폰 공간을 한정한다. 웩셀 맵의 텍스처 좌표는 맵핑을 명확히 하기 위해, 3D 쿠폰 공간 및 2D 용접 공간 모두에서 S, T로 도시된다. 최종 사용자(12)는 도 17에 도시된 바와 같은 곡선 궤적을 따라 포인트 B에서 포인트 E까지 용접하고자 한다. 포인트 B에서 포인트 E까지의 궤적 곡선 및 선은 각각 3D 쿠폰 공간 및 2D 용접 공간에 도시된다. 변위의 방향은 라인 Y-O에서 벗어난다 (즉, 파이프의 중심에서 벗어난다). 도 18은 도 17의 파이프 용접 쿠폰(1700)의 예시적인 실시예를 도시한다. 파이프 용접 쿠폰(1700)은 비철, 비전도성 플라스틱으로 만들어지고, 루트 조인트(1703)를 형성하기 위해 함께 나오는 두 개의 파이프 조각(1701, 1702)을를 시뮬레이트한다. 스탠드(170)의 암(173)에 부착하기 위한 부착 조각 부분(1704)이 또한 도시된다.

텍스처 맵이 기하학의 사각형 표면 영역에 맵핑될 수 있는 것과 유사한 방식으로, 용접 가능한 웩셀 맵은 용접 쿠폰의 사각형 표면에 맵핑될 수 있다. 용접 가능한 맵의 각각의 요소는 화상의 각각의 요소가 픽셀(화소의 축약어)이라 부르는 것과 동일한 의미로 웩셀이라 칭한다. 픽셀은 컬러(예를 들면, 적색, 녹색, 청색 등)를 정의하는 정보의 채널을 포함한다. 웩셀은 가상 현실 공간에서 용접할 수 있는 표면을 정의하는 정보의 채널(예를 들면, P, H, E, D)을 포함한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 웩셀의 포맷은 4 개의 부동 소수점 수를 포함하는 채널 PHED(퍼들, 열, 엑스트라, 변위)이라고 요약된다. 엑스트라 채널은 예를 들면 웩셀 위치에 임의의 슬래그가 있는지 없는지와 같은 웩셀에 관한 로직 정보를 저장하는 일련의 비트로 취급된다. 퍼들 채널은 웩셀 위치에 임의의 액화 금속에 대한 변위 값을 저장한다. 변위 채널은 웩셀 위치에서 응고된 금속의 변위 값을 저장한다. 열 채널은 웩셀 위치에 열의 크기를 부여하는 값을 저장한다. 이러한 방식으로, 쿠폰의 용접 가능한 부분은 용접된 비드로 인한 변위, 유체 금속으로 인한 일렁이는 표면 "퍼들", 열로 인한 색상 등을 보여줄 수 있다. 이러한 효과는 모두 용접 가능한 표면에 적용되는 버텍스 및 픽셀 쉐이더에 의해 성취된다.

본 발명의 실시예에 따라, 변위 맵 및 입자 시스템은 입자가 서로 상호작용하고 변위 맵과 충돌할 수 있는 곳에서 사용된다. 입자는 가상의 유체 역학 입자이고 용접 퍼들의 유체 작용을 제공하지만 직접적으로 렌더링되지 않는다(즉 직접 시각적으로 보이지 않는다). 그 대신, 변위 맵에 대한 입자 효과는 시각적으로 보인다. 웩셀로의 열 입력은 근처에 있는 입자의 움직임에 영향을 미친다. 퍼들 및 변위를 포함하는 용접 퍼들을 시뮬레이트할 때 관련되는 두 가지 유형의 변위가 있다. 퍼들은 "일시적(temporary)"이고, 다만 입자 및 열이 존재하는 한 지속된다. 변위는 "영구적(permanent)"이다. 퍼들 변위는 급속히 변하고(예를 들면, 일렁이고) 변위의 "맨 위(on top)"에 있는 것으로 생각될 수 있는 용접의 유체 금속이다. 입자는 가상 표면 변위 맵(즉, 웩셀 맵)의 일부에 오버레이한다. 변위는 초기 모재와 응고된 용접 비드를 모두 포함하는 영구 고체 금속을 나타낸다.

본 발명의 실시예에 따르면, 가상 현신 공간에서 시뮬레이트된 용접 프로세스는 다음과 같이 작업한다. 즉, 입자는 얇은 원뿔에서 에미터(시뮬레이트된 모의 용접 공구(160)의 에미터)로부터 흐른다. 입자는 표면이 웩셀 맵에 의해 정의되는 시뮬레이트된 용접 쿠폰의 표면과 먼저 접촉한다. 입자는 서로 그리고 웩셀 맵과 상호작용하고, 실시간으로 덧붙여진다. 더 많은 열이 추가되면 웩셀은 에미터에 더 가까워진다. 열은 아크 포인트로부터의 거리와, 열이 아크로부터 입력되는 시간의 양에 따라 모델링된다. 특정 시각물(예를 들면 컬러 등)은 열에 의해 구동된다. 용접 퍼들은 가상 현실 공간에서 충분한 열을 갖는 웩셀에 대해 그려지거나 렌더링된다. 열이 충분히 발생되는 곳마다, 웩셀 맵이 액화되어, 퍼들 변위가 그러한 웩셀 위치에 대해 "상승(raise up)"하게 한다. 퍼들 변위는 각각의 웩셀 위치에서 "최고(highest)" 입자를 샘플링함으로써 결정된다. 에미터가 용접 궤적을 따라 이동함에 따라, 웩셀 위치는 냉각되어 진다. 열은 웩셀 위치로부터 특정 속도로 제거된다. 냉각 임계치에 이를 때, 웩셀 맵은 응고한다. 이와 같이, 퍼들 변위는 변위(즉, 응고된 비드)로 점차 변환된다. 부가되는 변위는 전체 높이가 변하지 않도록 제거되는 퍼들과 대등하다. 입자 수명은 응고가 완료될 때까지 지속하도록 수정되거나 조정된다. 시뮬레이터(10)에서 모델링된 특정 입자 특성은 당기기/밀어내기, (열과 관련된) 속도, (방열과 관련된) 댐핑, (중력과 관련된) 방향을 포함한다.

도 19a 내지 도 19c는 시뮬레이터(10)의 이중 변위(변위 및 입자) 퍼들 모델의 개념의 예시적인 실시예를 도시한다. 용접 쿠폰은 적어도 하나의 표면을 갖는 가상 현실 공간에서 시뮬레이트된다. 용접 쿠폰의 표면은 고체 변위 레이어 및 퍼들 변위 레이어를 포함하는 이중 변위 레이어와 같은 가상 현실 공간에서 시뮬레이트된다. 퍼들 변위 레이어는 고체 변위 레이어를 수정할 수 있다.

본 출원에서 논의된 바와 같이, "퍼들"은 퍼들 값이 입자의 존재에 의해 상승되는 웩셀 맵의 영역에 의해 정의된다. 샘플링 프로세스는 도 19a 내지 도 19c에서 제시된다. 웩셀 맵의 섹션은 7 개의 인접 웩셀을 갖는 것으로 도시된다. 현재의 변위 값은 주어진 높이(즉, 각각의 웩셀에 대한 주어진 변위)의 음영이 없는 사각형 바(1910)로 표시된다. 도 19a에서, 입자(1920)는 현재의 변위 레벨과 충돌하는 음영이 없는 원형 점으로 도시되며 이 입자는 쌓인다. 도 19b에서 "최고(highest)" 입자 높이(1930)는 각각의 웩셀 위치에서 샘플링된다. 도 19c에서, 음영 처리된 사각형(1940)은 얼마나 많은 퍼들이 입자의 결과로 변위의 상부에 추가되었는지를 도시한다. 용접 퍼들 높이는 퍼들이 열에 기반하여 특정 액화 속도로 추가되기 때문에 샘플링된 값으로 순간적으로 세팅되지 않는다. 도 19a 내지 도 19c에 도시되지 않았지만, 퍼들을 정확히 대처하기 위해 퍼들(음영 처리된 사각형)이 점차 가라앉고 변위(음영이 없는 사각형)가 점차 아래로부터 성장하는 것으로서 응고 프로세스를 시각화할 수 있다. 이러한 방식으로, 실시간 용융 금속 유동도 특성이 정확하게 시뮬레이트된다. 사용자가 특정 용접 프로세스를 수행할 때, 사용자는 가상 현실 공간에서 실시간으로 용접 퍼들의 용융된 금속 유동도성 특성과 방열 특성을 관찰할 수 있고, 사용자의 용접 기술을 조정하고 유지하기 위해 이러한 정보를 사용할 수 있다.

용접 쿠폰의 표면을 나타내는 웩셀의 수는 고정된다. 뿐만 아니라, 유동성을 모델링하기 위해 시뮬레이션에 의해 생성되는 퍼들 입자는 본 출원에서 기술되는 바와 같이 일시적이다. 따라서, 시뮬레이터(10)를 사용하여 시뮬레이트된 용접 프로세스 기간 동안 가상 현실 공간에서 초기 퍼들이 생성되면, 웩셀 펄스 퍼들 입자의 수는 비교적 일정하게 유지되는 경향이 있다. 이것은 처리되는 웩셀의 수가 고정되기 때문이고, 퍼들 입자가 유사한 속도로 생성되고 "파괴되기" 때문에 (즉, 퍼들 입자는 일시적임), 용접 처리 기간 동안 존재하고 처리되는 퍼들 입자의 수는 비교적 일정하게 유지되는 경향이 있다. 따라서, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)의 프로세싱 로드는 시뮬레이트된 용접 세션 동안 비교적 일정하게 유지된다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 퍼들 입자는 용접 쿠폰의 표면 내 또는 아래에 생성될 수 있다. 그러한 실시예에서, 변위는 원래 그대로의(즉, 용접되지 않은) 쿠폰의 원래 표면 변위에 대해 양이나 음으로 모델링될 수 있다. 이러한 방식으로, 퍼들 입자는 용접 쿠폰의 표면에 쌓일 수 있을 뿐만 아니라, 용접 쿠폰에 침투할 수도 있다. 그러나, 웩셀의 수는 그대로 고정되며, 생성되고 파괴되는 퍼들 입자는 여전치 비교적 일정하다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 모델링 입자 대신, 퍼들의 유동도를 모델링하기 위해 더 많은 채널을 갖는 웩셀 변위 맵이 제공될 수 있다. 아니면, 입자를 모델링하는 대신, 조밀한 복셀 맵(voxel map)이 모델링될 수 있다. 또는, 웩셀 맵 대신, 샘플링되고 결코 벗어나지 않는 입자 만이 모델링될 수 있다. 그러나, 그러한 대안의 실시예는 시스템에 비교적 상시적인 처리 부하를 제공하지 않을 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명의 실시예에 따르면, 재료를 제거함으로써 용락 또는 열쇠구멍이 시뮬레이트된다. 예를 들면, 현실 세계에서 사용자가 아크를 동일한 위치에 너무 오래 유지하는 경우, 재료가 연소하여 구멍을 유발할 것이다. 그러한 현실 세계의 용락은 시뮬레이터(10)에서 웩셀 데시메이션(decimation) 기술에 의해 시뮬레이트된다. 웩셀에 의해 흡수되는 열의 양이 시뮬레이터(10)에 의해 너무 높게 되도록 결정되면, 그 웩셀은 연소되어 사라지거나 (예를 들면 구멍으로 렌더링되는 것)과 같이 렌더링되는 것으로 표시되거나 지정될 수 있다. 이후, 그러나 재료가 초기에 연소되어 사라진 후 다시 추가되는 특정 용접 프로세스 (예를 들면 파이프 용접)에 대한 웩셀 재구성이 이루어질 수 있다. 일반적으로, 시뮬레이터(10)는 웩셀 데시메이션(물질을 사라지게 함) 및 웩셀 재구성(즉, 물질을 다시 추가함)을 시뮬레이트한다.

또한, 루트 패스 용접 용접에서 재료를 제거하는 것이 시뮬레이터(10)에서 적절히 시뮬레이트된다. 예를 들면 현실 세계에서, 후속 용접 패스 전에 루트 패스의 그라인딩이 수행될 수 있다. 유사하게, 시뮬레이터(10)는 가상 용접 조인트로부터 물질을 제거하는 그라인딩 패스를 시뮬레이트할 수 있다. 제거된 재료는 웩셀 맵에서 음의 변위로 모델링된다. 즉, 그라인딩 패스는 시뮬레이터(10)에 의해 모델링되는 재료를 제거하고, 비드 윤곽이 변형되게 한다. 그라인딩 패스의 시뮬레이션은 자동일 수 있는데, 즉 시뮬레이터(10)는 루트 패스 용접 비드의 표면에 있을 수 있는 미리 결정된 두께의 재료를 제거한다. 대안의 실시예에서, 모의 용접 공구(160) 또는 다른 입력 디바이스의 활성화에 의해 턴온 및 턴오프하는 실제 그라인딩 공구, 즉 그라인더가 시뮬레이트될 수 있다. 그라인딩 공구는 현실 세계 그라인더와 유사하게 시뮬레이트될 수 있다. 이 실시예에서, 사용자는 그의 움직임에 대해 반응하는 재료를 제거하기 위해 루트 패스를 따라서 놓인 그라인딩 공구를 조정한다. 사용자는 재료가 과도하게 제거될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 위에서 기술된 것과 유사한 방식으로, 사용자가 과도하게 재료를 "연마 제거(grinds away)"하면, (위에서 기술된) 구멍 또는 열쇠구멍, 또는 다른 결함이 초래될 수 있다. 또한, 사용자가 재료를 과도하게 제거하는 것을 방지하거나 재료가 과도하게 제거될 때를 표시하기 위해 엄격한 한계치 또는 중지가 구현될 수 있고, 즉 프로그래밍될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 본 출원에서 기술된 비가시성 "퍼들" 입자뿐만 아니라, 시뮬레이터(10)는 또한 아크, 화염, 및 스파크 효과를 표현하는 세 가지 다른 유형의 가시성 입자를 사용한다. 이러한 유형의 입자는 임의의 유형의 다른 입자와 상호작용하지 않고, 단지 변위 맵과 상호작용한다. 이러한 입자가 시뮬레이트된 용접 표면과 충돌하지만, 입자는 서로 상호작용하지 않는다. 본 발명의 실시예에 따르면, 단지 퍼들 입자만이 서로 상호작용한다. 스파크 입자의 물리적 특성은 스파크 입자가 이리 저리 유동하고 가상 현실 공간에서 타오르는 것처럼 렌더링되도록 셋업된다.

아크 입자의 물리적 특성은 아크 입자가 시뮬레이트된 쿠폰 또는 용접 비드의 표면과 부딪치거나 잠시 머무르도록 셋업된다. 아크 입자는 가상 현실 공간에서 더 큰 희미한 푸른색-흰색 반점으로 렌더링된다. 그러한 많은 반점이 중첩되게 하여 임의의 종류의 시각적 이미지를 형성한다. 최종 결과는 푸른 에지를 갖는 흰색의 빛나는 후광이다.

화염 입자의 물리적 특성은 천천히 위쪽을 향해 상승하도록 모델링된다. 화염 입자는 중간 크기의 어두운 적색-황색 반점으로 렌더링된다. 그러한 많은 스폿이 중첩되게 하여 임의의 종류의 가시적 이미지를 형성한다. 최종 결과는 위로 올라가는 적색 에지와 페이딩 아웃을 갖는 오렌지-적색 화염의 얼룩이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 다른 유형의 비퍼들 입자가 시뮬레이터(10)에서 구현될 수 있다. 예를 들면, 연기 입자는 화염 입자와 유사한 방식으로 모델링되고 시뮬레이트될 수 있다.

시뮬레이트된 시각화에서 최종 단계는 GPU(115)의 쉐이더(117)에 의해 제공되는 버텍스 및 픽셀 쉐이더에 의해 처리된다. 버텍스 및 픽셀 쉐이더는 퍼들 및 변위뿐만 아니라, 열 등으로 인해 변화된 표면 컬러 및 반사도를 적용한다. 본 출원에서 앞에서 논의된 바와 같은 PHED 웩셀 포맷의 엑스트라(Extra, E) 채널은 웩셀 당 사용되는 엑스트라 정보 모두를 가지고 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 엑스트라 정보는 원래 것이 아닌 비트(non virgin bit)(참=비드, 거짓=원래 것이 아닌 강), 슬래그 비트, 언더컷 값(이러한 웩셀에서 언더컷의 양, 여기서 0은 언더컷이 없는 것임), 다공성 값(이러한 웩셀에서 다공성의 양, 여기서 0은 다공성이 없는 것임), 및 비드가 응고되는 시간을 인코딩하는 비드 웨이크 값을 포함한다. 원래 것이 아닌 강(steel), 슬래그, 비드, 다공성을 비롯한 상이한 쿠폰 시각물과 관련된 한 셋의 이미지 맵이 있다. 이들 이미지 맵은 범프 맵핑 및 텍스처 맵핑에 대해 전부 사용된다. 이러한 이미지 맵을 혼합하는 양은 본 출원에서 기술된 다양한 플래그 및 값에 의해 제어된다.

비드 웨이크 효과는 1D 이미지 맵과 주어진 비드 비트가 응고되는 시간을 인코딩하는 웩셀 당 비드 웨이크 값을 사용하여 성취된다. 열이 발생한 퍼들 웩셀 위치가 "퍼들"이라 부르기에 충분할 정도로 더 이상 뜨겁지 않으면, 그 위치에서 시간이 저장되며 이 시간은 "비드 웨이크(bead wake)"라 부른다. 최종 결과는 쉐이더 코드가 1D 텍스처 맵을 사용하여, 비드가 놓이는 방향을 묘사하는 비드의 고유 외관을 만들어주는 "리플"을 그릴 수 있다는 것이다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이터(10)는 시뮬레이트된 용접 퍼들이 용접 궤적을 따라 이동함에 따라, 시뮬레이트된 용접 퍼들이 실시간 유동도로부터 응고되는 천이로 인하여 발생하는 실시간 용접 비드 웨이크 특성을 갖는 용접 비드를 가상 현실 공간에서 시뮬레이트하고 디스플레이할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이터(10)는 용접 머신을 고장수리하는 방법을 사용자에게 가르칠 수 있다. 예를 들면, 시스템의 고장수리 모드는 사용자에게 그가 (예를 들면, 정확한 가스 유량, 연결된 정확한 전력 코드 등과 같이) 시스템을 정확히 셋업할 수 있도록 훈련시킬 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 시뮬레이터(10)는 용접 세션 (또는 예를 들면 N 프레임과 같은 용접 세션의 적어도 일부)을 기록 및 재생할 수 있다. 비디오 프레임을 통해 스크롤링하는 트랙볼이 제공되어, 사용자 또는 강사가 용접 세션을 평론하게 할 수 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 분할 화면 재생이 제공되어, 두 가지 용접 세션이 예를 들면 관찰자 디스플레이 디바이스(150) 상에서 나란히 시청될 수 있게 한다. 예를 들면 비교를 위해 "양호한" 용접 세션이 "불량한" 용접 세션 옆에서 시청될 수 있다.

자동화된 용접은 본 발명의 일 양태이다. 자동화된 용접의 예시적인 일 예는 다양한 유형의 재료의 튜브 또는 파이프의 결합을 위해 종종 사용되는 궤도 용접이다. 예를 들면, TIG(GTAW) 용접 토치는 자동화된 기계 시스템에 의해 함께 용접될 파이프 주변의 궤도를 그리며 도는데 사용될 수 있다. 도 20은 궤도 용접 환경에서 사용되는 궤도 용접 시스템의 예시적인 실시예를 도시한다. 궤도 용접 시스템은 파이프 또는 튜브 주위를 이동하는 용접 트랙터, 용접 전원 및 제어기, 및 조작자 콘트롤을 제공하는 펜던트를 포함한다. 도 21은 용접될 두 개의 파이프에 동작 가능하게 연결되는 것으로서, 도 20의 궤도 용접 시스템의 용접 트랙터(2010)를 도시한다. 도 22는 도 20의 궤도 용접 시스템의 전원 및 제어기(2020)를 도시하고, 도 23은 도 20의 궤도 용접 시스템의 팬던트(2030)를 도시한다.

상기 설명이 궤도 용접을 포함하는 프로세스의 가상 현실 시뮬레이션에 집중되었지만, 본 발명의 실시예는 그 양태로 한정되는 것은 아니고 사용자 정의된 셋업에 따라 만들어진 용접과 관련된 실제 셋업 및 성능 특성의 가르침 및 피드백 양태를 포함한다. 위에서 논의된 바와 같이, GTAW/GMAW 용접은 조작자가 이러한 프로세스의 실습을 위해 사용 가능한 콘트롤을 이해하는 것을 보장하도록 훈련하는 것이 필요하다. 머신이 용접을 수행하기 때문에 궤도 용접 시스템과 관련된 자동화가 훈련에 대한 필요성을 없앤다는 것은 오해이다. 자동화된 궤도 용접은 조작자가 용접과, TIG 비드를 제어하기 위한 고유한 셋업 및 구현 기술 모두를 이해하는 것을 보장하기 위한 훈련을 요구한다. 이것은 에러 정정, 대구경 파이프 용접, 원거리 카메라의 사용, 및 적절한 에러 평가 및 보정을 포함한다. 훈련 프로그램은 각기 실행하거나, 반응하거나 또는 정정할 양호한 용접 상황, 불량한 용접 상황을 가르치는데 모순되고 불충분한 적용범위를 제공한다. 이러한 유형의 틈새 해법을 위한, 충분한 배경 및/또는 산업 지식 및 경험을 지닌 강사는 찾기 어렵다. 인증된 강사가 가르치는 고급 훈련을 통해서만 궤도 용접 장비의 조작자가 오늘날의 용접 환경에서 엄격한 허용 기준에 부합하는데 필요한 복잡한 기술을 얻을 수 있다. 또한, 긴 용접 조인트를 갖는 큰 원주 프로젝트에서, 관심 및 집중을 유지하는 어려움은 중요한 문제로 나타난다.

GTAW 프로세스에서, 전기 아크는 비소모성 텅스텐 전극과 공작물 사이에서 유지된다. 전극은 아크의 열을 지원하고 공작물의 금속은 용융되어 용접 퍼들을 형성한다. 공작물과 전극의 용융된 금속은 대기 중에서 산소로부터 보호되어야 하며, 그래서 전형적으로 차폐 가스로서 아르곤과 같은 불활성 가스를 사용한다. 충전 금속이 추가 사용되면, 충전 와이어는 용접 퍼들에 공급될 수 있고 용접 퍼들에서 충전 와이어는 용접 퍼들에 공급될 수 있으며, 이곳에서 충전 와이어는 전기 아크에 의해 전달되는 에너지로 인해 용융된다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, GTAW/GMAW 자동화된 용접 동작을 시청하는 단계, 자동화된 용접과 관련된 팬던트(실제 또는 가상) 또는 리모콘을 사용하는 단계, 선택된 용접 파라미터 조합을 기반으로 용접 불연속성을 식별하는 단계, 및 자동화된 용접과 관련된 적절한 용어 및 시각적 요소와 다양한 파라미터 및 그들의 용접 품질에 미치는 영향의 상호작용을 이해하기 위해 사용자 스크린의 사용을 통해 조작자 선택 및 파라미터의 조합을 보정하는 단계와 관련된 기술을 통합한 가상 현실 용접 시스템이 제공된다.

가상 환경에서 궤도 GTAW 훈련을 구현함으로써, 복수의 문제가 해결될 수 있다. 예를 들면 궤도 용접에서 산업과 경험은 개발 회사의 지식을 기반으로 하며 그래서 일관성 있고 사용가능한 최신 기술 및 표준으로 업데이트되는데, 이것은 가상 환경에서 소프트웨어 업그레이드에 의해 쉽게 수행된다. 강사는 프로그램에 대한 조력자가 되고 궤도 GTAW 전문가일 필요는 없다. 경로 추종 큐 또는 시각적 오버레이와 같은 추가적인 훈련 보조기구는 가상 환경에서 훈련의 전달을 향상시킨다. 구식이 될 수 있는 궤도 GRAW 장비는 구매할 필요가 없다. 가상 현실 시스템은 일대일 훈련 환경 또는 클래스룸 유형의 세팅에서 사용될 수 있다.

가상 프레임워크의 사용은 다수의 펜던트가 하나의 훈련 디바이스로 시뮬레이트될 수 있게 한다. 가상 현실에서 궤도 GRAW를 구현할 때, 펜던트는 물리적 디바이스 또는 가상 펜던트로서 만들어질 수 있다. 물리적 디바이스를 사용하여, 학습생은 콘트롤과 상호작용을 할 수 있고 콘트롤에 대한 "느낌"을 얻을 수 있다. 콘트롤이 사용 가능하고 터치 스크린과 상호작용하는 가상 펜던트를 사용하여, 사용자는 펜던트가 주문제작되었든지 회사에 맞게 제작되었든지 관계없이, 제어를 위한 다양한 펜던트를 쉽게 선택할 수 있다. 가상 펜던트는 또한 (현장 작업 경험을 반영하는) 상이한 유형의 콘트롤 또는 레벨이 그들의 산업 레벨에 기반하여 사용할 수 있는 학습 레벨 또는 콘트롤에 따라 학습생에 의해 사용될 수 있게 한다. 전통적 훈련과 달리, 장비의 손상 없이 또는 시간을 소모하지 않고 보다 상세하고 완전한 경험을 사용자에게 제공하는 무작위 결함(예를 들면 와이어 네스팅(wire nesting))가 구현될 수 있다.

학습 상호작용의 일부는 조인트, 준비, 재료 유형 등을 기반으로 한 적절한 용접 파라미터의 이해이다. 실시예에 따르면, 가상 현실에서, 이론 활성화 스크린은 적절한 선택에 관한 지식을 갖춘 사용자에게 선택할 것을 촉구하도록 활성화될 수 있다. 추가의 스크린 또는 테이블은 무엇을 입력할지에 관한 지식을 갖춘 사용자에게 입력할 것을 촉구하도록 활성화될 수 있지만, 잘못된 선택이 이루질 때는 식별된 적절한 선택과 함께, 선택했던 것과 이것이 잘못된 이유를 하이라이트하도록 활성화될 수 있다. 이러한 유형의 지능형 에이전트는 학습생이 잘못 수행하지 않게 하고 긍정적 강화 및 학습이 핵심인 최종 결과에 의해 좌절하지 않게 보장할 수 있다. 본 발명의 실시예는 또한 시스템 또는 강사가 사용자의 지식을 질문하고 훈련 커리큘럼 및 테스팅을 개별 사용자의 맹점에 적용할 수 있게 할 것이다. 본 발명의 실시예는 필요한 영역에서 명령으로 돕고, 지식을 강화하고, 학습 지원을 제공하는 인공 지능(artificial intelligence, AI) 및 학습 관리 시스템(learning management system, LMS)을 채용한다.

셋업 파라미터는 이것으로 한정되지 않지만 불활성 가스(예를 들면, 아르곤, 헬륨), 아크 점화, 용접 전류(예를 들면, 펄스 대 언펄스(pulsed vs. unpulsed), 용접의 단부에서 분화구를 방지하기 위한 다운슬로프 기능, 토치 회전 주행 속도, 와이어 공급 특성(예를 들면 펄스 파형), 와이어 직경 선택, 아크 전압 전극과 공작물 사이의 거리, 용접 진동 제어, 리코콘, 일반적으로 통합된 폐루프 수냉식 회로의 냉각 특성, (보통 4 개의 축을 갖는) 용접 사이클 프로그래밍 등을 포함할 수 있다.

용접의 검사 및 평가는 학습 프로세스의 다른 양태이다. 학습생은 올바른 것과 틀린 것을 식별하고, 이러한 선택을 기반으로 그들이 올바른지를 식별하는 점수를 수신하고, 또한 산업 표준을 기반으로 무엇이 올바르고 틀린 것인지에 관한 입력을 더 수신한다. 이것은 이러한 상황을 보정하는 방법을 식별하기 위해 더 강화될 수 있다. 예를 들면, (식별된) 정확한 암페어 및 속도를 이용하는 용접이 특정 산업 표준을 기반으로 한 양호한 용접일 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 가상 현실 용접에서 입력 선택을 위한 물리적 훈련 펜던트 또는 휴대용 제어 디바이스가 제공될 수 있다. 대안으로, 가상 현실 용접에 필요한 제어 입력 선택을 위한 가상 훈련 펜던트 디바이스가 제공될 수 있다. 휴대용 또는 가상 디바이스와의 상호작용은 디바이스 상에서 활성화될 수 있는 학습생 학습 레벨 또는 산업 역할 종속물이다. 사용자를 기반으로 한 제어 또는 상호작용을 제한하는 것은 본 발명에 따라 학습 대상을 향상시키거나 산업 역할 상호작용을 강화하기 위해 제공될 수 있다.

시각적, 청각적 또는 물리적 변화를 기반으로 한 훈련 상호작용 또는 반응은 사용자가 적절한 셋업 또는 에러 복구를 알고 있는 것을 보장하도록 제공될 수 있다. 또한, 시각적, 청각적, 또는 물리적 변화를 기반으로 한 훈련 상호작용 또는 반응은 사용자가 이루어지는 환경적 또는 용접 특정 변동에 기반하여 필요로 하는 콘트롤에서의 적절한 변화를 확실히 알게 하기 위해 제공될 수 있다. 입력을 허용하고 입력된 값에 기반하여 출력을 제공하는 가상 계산기 또는 테이블이 활성화될 수 있다. 잘못된 셋업 파라미터 또는 선택을 기반으로 한 지능형 에이전트 활성화 결과는 정확한 산업 표준을 강화하기 위해 제공될 수 있다. 뿐만 아니라, 적합한 제어 입력이 수행되었음을 식별하는 지능형 에이전트 활성화 입력이 현재의 시각적, 청각적, 또는 물리적 표시기를 기반으로 제공될 수 있다. 실시예에 따르면, 카메라 기반 시스템의 시뮬레이션이 퍼지 로직 제어기 기반 시스템을 기반으로 하는 경로 추종 및 경로 결정 시스템의 생성과 함께 제공될 수 있다. 예를 들면, 카메라 뷰가 시뮬레이션 기간 동안 이동될 수 있도록 두 대의 카메라를 시뮬레이트함으로써 복수의 렌더링이 제공될 수 있다. 실시예에 따르면, 예를 들면, 퍼지 로직을 기반으로, 바람직한 경로가 이탈될 때 알람이 울릴 수 있다. 시뮬레이트된 TIG 용접 퍼들의 시각화는 TIG 용접 퍼들의 적합한 가시화를 제공하기에 충분할 정도로 작은 픽셀 사이즈를 통해 제공될 수 있다. 시뮬레이트된 TIG 용접 퍼들의 배율에 관한 시뮬레이션이 또한 사용자에 의한 더 좋은 가시화를 위해 제공될 수 있다.

사용자의 기술 레벨, 학습 장소 및 학습 스타일에 적응된 사용자를 위한 (LMS와 호환 가능한) 복수의 경험 레벨이 제공될 수 있다. 인공 지능(AI) 기반 결함 유도는 또한 문제점을 검출, 보정, 및 문제점으로부터 복구할 사용자의 능력을 테스트하기 위해 제공된다. 불안전한 조건, 머신 셋업 및 재료 결함에 관한 시뮬레이션이 제공될 수 있다. 또한, 실시예에 따르면, 다중 언어 가능 시스템이 제공되어, 글로벌 마켓플레이스를 위한 훈련의 조화를 가능하게 한다. 본 발명의 실시예는 둘 이상의 사용자(복수의 사람)가 특정 궤도 용접 시나리오에서와 같은 가상 용접을 생성하도록 하는 가상 시뮬레이션 환경을 제공할 수 있다.

강화된 시뮬레이트된 TIG 용접

일 실시예는 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터를 제공한다. 시뮬레이터는 가상 용접 쿠폰 상에서 용접 작업을 에뮬레이트하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경을 생성하기 위한 코딩된 명령어를 실행하도록 동작 가능한 로직 프로세서 기반 서브시스템을 포함하며, 대화형 용접 환경은 가상 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖는, 가상 용접 쿠폰 상에서 가상 용접 퍼들을 시뮬레이트한다. 용어 "로직 프로세서 기반 서브시스템" 및 "프로그래머블 프로세서 기반 서브시스템"은 본 출원에서 같은 의미로 사용될 수 있다. 본 출원에서 사용되는 용어 "가상"은 시뮬레이터의 컴퓨터 명령어에 의해 가상 현실 환경에서 시뮬레이트되는 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 몇몇 가상 요소는 본 출원에서 기술되는 바와 같이 디스플레이 수단을 통해 사용자에게 디스플레이될 수 있다.

시뮬레이터는 로직 프로세서 기반 서브시스템에 유효하게 통신하는 풋 페달 디바이스를 더 포함하고, 풋 페달 디바이스는 풋 페달 디바이스의 사용자 제어에 반응하여 가상 용접 퍼들의 적어도 하나의 특성에 실시간으로 영향을 미치도록 구성된다. 시뮬레이터는 또한 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작적으로 연결되고 가상 용접 쿠폰 상에서 가상 용접 퍼들을 포함하는 대화형 용접 환경을 실시간으로 시간적으로 묘사하도록 구성되는 디스플레이 수단을 포함한다. 풋 페달 디바이스는 유선 수단 또는 무선 수단 중 하나에 의해 로직 프로세서 기반 서브시스템과 유효하게 통신한다. 가상 용접 퍼들의 적어도 하나의 특성은 가상 용접 퍼들의 폭 및 가상 용접 퍼들의 높이 중 한 가지 이상일 수 있다.

풋 페달 디바이스는 실 세계 풋 페달 디바이스를 시뮬레이트하는 모의 풋 페달 디바이스일 수 있거나, 또는 풋 페달 디바이스는 실 세계 용접 시스템뿐만 아니라 시뮬레이터와 함께 사용될 수 있는 실 세계 풋 페달 디바이스일 수 있다. 로직 프로세서 기반 서브시스템은 풋 페달 디바이스의 사용자 제어에 응답하여 시뮬레이트된 용접 출력 전류 레벨 또는 시뮬레이트된 와이어 공급 속도 중 하나와 같은 용접 파라미터의 변동을 시뮬레이트하도록 구성될 수 있고, 그럼으로써 가상 용접 퍼들의 적어도 하나의 특성에 영향을 줄 수 있다. 시뮬레이터는 가상 현실 공간에서 가상 용접 쿠폰을 나타내는 모의 용접 쿠폰을 포함할 수 있다. 본 출원에서 사용되는 용어 "모의"는 가상 현실 공간이 아닌 실 세계에서 실 세계 요소를 나타내도록 시뮬레이트되는 요소를 지칭할 수 있다. 예를 들면, 모의 용접 공구는 플라스틱으로 제조되고 하나 이상의 센서를 가질 수 있으며 사용자가 모의 용접 공구를 다루고 조작할 때 사용자에게 실 세계 용접 공구의 모의 및 느낌과 비슷하도록 구성될 수 있다.

시뮬레이터는 또한 사용자가 모의 용접 쿠폰에 대해 모의 용접 공구를 조작할 때 가상 용접 쿠폰 상에서 실시간으로 가상 용접 작업을 수행하기 위한 가상 현실 공간 내 가상 용접 공구를 나타내는 모의 용접 공구를 포함한다. 시뮬레이터는 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작적으로 연결되는 공간 추적 서브시스템을 포함할 수 있다. 시뮬레이터는 모의 용접 공구의 일시적으로 변동하는 위치에 관한 데이터를 공간 추적 서브시스템에 전달함으로써 모의 용접 공구의 움직임을 실시간으로 추적하기 용이하도록 구성되는 하나 이상의 센서를 더 포함할 수 있다. 모의 용접 공구 및 대응하는 가상 용접 공구는 예를 들면, 비소모성 텅스텐 전극, 소모성 스틱 전극, 또는 소모성 와이어 전극 중 한가지를 포함하는 것으로 시뮬레이트될 수 있다. 풋 페달 디바이스는 풋 페달 디바이스의 현재 페달 위치가 결정된 적절한 용접 범위를 벗어났음을 표시하는 촉각 피드백을 사용자에게 제공하도록 구성될 수 있다.

도 24는 시뮬레이터(2400)의 제 2 실시예의 예시적인 표현의 개략적인 블록도를 예시한다. 시뮬레이터(2400)는 시뮬레이터(2400)가 풋 페달 디바이스(2410)를 포함하는 것과 선택 가능한 가스 흐름 선택기(2420)를 갖는 모의 용접 공구(160)를 포함하는 것을 제외하고는 도 4의 시뮬레이터(100)와 유사하다. 풋 페달 디바이스(2410)는 유선 수단(예를 들면, 전자 케이블) 또는 무선 수단(예를 들면, 블루투스^TM 연결) 중 어느 한 가지를 통해PPS(110)에 동작적으로 연결된다. 실시예에 따르면, 풋 페달 디바이스(2410)는 운용자(사용자)에 의해 예를 들면, 시뮬레이트된 용접 출력 전류 또는 시뮬레이트된 와이어 공급 속도를 조절하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 시뮬레이트된 TIG 용접 세션 동안, 운용자는 풋 페달 디바이스(2410)를 눌러서 유효한 용접 출력 전류 레벨을 증가시키도록 시뮬레이터에게 효과적으로 알려줌으로써 가상 용접 퍼들의 크기를 증가시킬 수 있다. 유사하게, 운용자는 풋 페달 디바이스(2410)을 눌러서 유효한 용접 출력 전류 레벨을 감소시키도록 시뮬레이터에게 효과적으로 알려줌으로써 가상 용접 퍼들의 크기를 감소시킬 수 있다. 가상 용접 퍼들의 길이, 폭, 및 높이 중 한 가지 이상이 실시간으로 영향 받을 수 있다. 일 실시예에 따르면, 풋 페달 디바이스는 운용자에 의해 결정되는 범위를 넘어 지속적으로 조절될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 풋 페달 디바이스는 결정된 범위를 넘어 단계적으로 조절될 수 있다.

도 25는 도 24의 시뮬레이터(2400)에서 사용되는 풋 페달 디바이스(2410)의 예시적인 실시예를 예시한다. 도 26은 도 25의 풋 페달 디바이스(2410)를 도시하는 도 24의 시뮬레이터(2400)의 예시적인 실시예를 예시한다. 풋 페달 디바이스(2410)는 "실제" 풋 페달 디바이스를 에뮬레이트하는 시뮬레이터와 함께 동작하도록 특별하게 구성된 모의 풋 페달 디바이스일 수 있다. 대안으로, 풋 페달 디바이스(2410)는 "실제" 용접 시스템과 함께 사용하도록 구성되는 "실제" 풋 페달 디바이스일 수 있다. 그러나, 실시예에 따르면, 시뮬레이터(2400)는 "실제" 풋 페달 디바이스와 호환 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들면, "실제" 풋 페달 디바이스는 풋 페달 디바이스의 페달 위치를 표시하는 데이터를 무선으로 출력하는 무선 디바이스일 수 있다. 로직 프로세서 기반 서브시스템(logic processor based subsystem, PPS(110))은 풋 페달 디바이스가 원래 의도되었던 실제 용접 시스템이 구성될 때 풋 페달 디바이스로부터 출력되는 데이터를 무선으로 수신하도록 구성될 수 있다.

시뮬레이터의 운용자에 의한 가상 용접 작업의 수행 동안, 모의 용접 쿠폰(180)은 가상 현실 공간에서 가상 용접 쿠폰으로서 표현된다. 모의 용접 공구(160)는 가상 현실 공간에서 가상 용접 공구로서 표현되며 운용자가 모의 용접 쿠폰에 대해 모의 용접 공구를 조작할 때는 가상 용접 쿠폰 상에서 실시간으로 가상 용접 작업을 수행하기 위해 사용된다. 실시예에 따르면, 하나 이상의 센서(122)는 모의 용접 공구의 일시적으로 변동하는 위치에 관한 데이터를 공간 추적 서브시스템(120)에 전달함으로써 모의 용접 공구의 움직임을 실시간으로 추적하기를 용이하도록 구성된다. 공간 추적기(spatial tracker, ST)(120)는 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)의 부품일 수 있으며 실시예에 따라서 추적 기능을 수행한다. 용어 "공간 추적기" 및 "공간 추적 서브시스템"은 본 출원에서 같은 의미로 사용될 수 있다. 대안으로, 공간 추적 서브시스템(120)은 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 동작적으로 연결되고, 추적 기능을 수행하며, 추적 정보를 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 제공한다. 모의 용접 공구 및 대응하는 가상 용접 공구는 예를 들면, 비소모성 텅스텐 전극, 소모성 스틱 전극, 또는 소모성 와이어 전극 중 한 가지를 포함하는 것으로서 시뮬레이트될 수 있다.

실시예에 따르면, 풋 페달 디바이스(2410)는 풋 페달 디바이스의 현재 페달 위치가 결정된 적절한 용접 범위를 벗어났음을 표시하는 촉각 피드백을 운용자에게 제공하도록 구성된다. 예를 들면, 풋 페달 디바이스(2410)는 풋 페달 디바이스의 현재 페달 위치가 결정된 적절한 용접 범위를 벗어났을 때 (진동이 촉각 피드백인 경우라면) 진동을 일으킬 수 있다. 대안으로, 풋 페달 디바이스(2410)는 풋 페달 디바이스의 현재 페달 위치가 결정된 적절한 용접 범위 내에 있을 때 (진동이 촉각 피드백인 경우라면) 진동을 일으킬 수 있다. 다른 피드백 표시기가 마찬가지로 제공될 수 있다. 예를 들면, 풋 페달 디바이스의 현재 페달 위치에 관한 범위 내 또는 범위 밖을 표시하는 디스플레이된 메시지가 운용자에게 제공될 수 있거나, 아니면 일부 다른 가시적(예를 들면, 섬광) 또는 가청 표시기(예를 들면, 비프음)가 제공될 수 있다.

일 실시예는 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터를 제공한다. 시뮬레이터는 가상 현실 공간에서 가상 용접 쿠폰에 의해 표현되는 모의 용접 쿠폰과, 가상 현실 공간에서 가상 용접 공구에 의해 표현되는 모의 용접 공구를 포함한다. 시뮬레이터는 가상 용접 쿠폰 상에서 가상 용접 공구에 의한 용접 작업을 에뮬레이트하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경을 생성하기 위한 코딩된 명령어를 실행하도록 동작 가능한 로직 프로세서 기반 서브시스템을 더 포함하며, 대화형 용접 환경은 가상 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖는, 가상 용접 쿠폰 상에서 가상 용접 퍼들을 시뮬레이트한다.

시뮬레이터는 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작적으로 연결된 공간 추적 서브시스템을 포함한다. 시뮬레이터는 또한 모의 용접 공구의 일시적으로 변동하는 위치에 관한 데이터를 공간 추적 서브시스템에 전달함으로써 적어도 모의 용접 공구의 팁의 움직임을 실시간으로 추적하기 용이하도록 구성된다. 로직 프로세서 기반 서브시스템은 공간 추적 서브시스템으로부터 추적 정보를 받아들이고 가상 용접 작업 동안 가상 현실 공간에서 모의 용접 공구의 팁에 대응하는 가상 용접 공구의 팁이 가상 용접 퍼들의 표면과 교차할 때를 결정하도록 구성되며, 로직 프로세서 기반의 서브시스템은 또한 교차로 인해 가상 용접 공구가 오염되었다는 표시를 발생하여 사용자에게 제공되도록 구성된다.

시뮬레이터는 가상 현실 공간에서 가상 충전 와이어 또는 가상 충전 로드에 의해 표현되는 모의 충전 와이어 또는 모의 충전 로드를 더 포함한다. 용어 "충전 와이어" 및 "충전 로드"는 본 출원에서 같은 의미로 사용될 수 있다. 시뮬레이터는 또한 모의 충전 와이어의 일시적으로 변동하는 위치에 관한 정보를 공간 추적 서브시스템에 전달함으로써 적어도 모의 충전 와이어의 팁의 움직임을 실시간으로 추적하기 용이하도록 구성된 하나 이상의 센서를 포함할 수 있다. 로직 프로세서 기반 서브시스템은 공간 추적 서브시스템으로부터 추적 정보를 받아들이고 가상 용접 작업 동안 가상 현실 공간에서 모의 충전 와이어의 팁에 대응하는 가상 충전 와이어의 팁이 가상 용접 공구를 터치할 때를 결정하도록 구성될 수 있다. 로직 프로세서 기반의 서브시스템은 또한 터치로 인해 가상 용접 공구가 오염되었다는 표시를 발생하여 사용자에게 제공되도록 구성될 수 있다.

로직 프로세서 기반 서브시스템은 또한 가상 충전 와이어의 팁이 가상 용접 퍼들을 침투할 때를 결정하고 침투로 인한 적어도 가상 용접 퍼들의 높이 수정하도록 구성될 수 있다. 시뮬레이터는 또한 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작적으로 연결되고, 풋 페달 디바이스의 사용자 제어에 반응하여, 가상 용접 퍼들의 적어도 하나의 특성을 실시간으로 변동시키도록 구성되는 풋 페달 디바이스를 포함할 수 있다. 가상 용접 퍼들의 적어도 하나의 특성은 가상 용접 퍼들의 폭과 가상 용접 퍼들의 높이 중 한 가지 이상일 수 있다.

시뮬레이터는 또한 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작적으로 연결되어 대화형 용접 환경을 가시적으로 묘사하기 위한 디스플레이 수단을 포함할 수 있으며, 디스플레이 수단은 가상 용접 쿠폰 상에서 가상 용접 퍼들을 실시간으로 묘사한다. 로직 프로세서 기반 서브시스템은 가상 용접 작업 동안 가상 용접 퍼들을 가상 용접 비드로 변환하도록 구성될 수 있으며, 교차로 인해 가상 용접 공구가 오염되었다는 표시는 디스플레이 수단을 통해 가상 용접 비드가 하나 이상의 결함을 갖는 것으로 묘사하는 것에 대응한다.

모의 용접 공구 및 대응하는 가상 용접 공구는 비소모성 텅스텐 전극을 포함하는 것으로 시뮬레이트될 수 있다. 모의 용접 공구의 스틱 배출 위치는 사용자에 의해 조정될 수 있다. 시뮬레이터는 또한 모의 용접 공구 상에 설치되어서 제 1 위치에 있을 때 가상 용접 공구에서 나오는 시뮬레이트된 가스 흐름이 오프되고 제 2 위치에 있을 때 시뮬레이트된 가스 흐름이 온되는 것을 로직 프로세서 기반 서브시스템에 전달하도록 구성되는 사용자 선택 가능한 가스 흐름 선택기를 포함할 수 있다. 시뮬레이터는 또한 각기 모의 용접 공구에 탈착되도록 구성되는 복수의 모의 가스 흐름 컵(mock gas flow cup)을 포함할 수 있고, 복수의 모의 가스 흐름 컵의 각각의 모의 가스 흐름 컵은 모의 용접 공구에서 나오는 가스 흐름의 고유한 흐름 방향을 시뮬레이트하도록 구성된다.

로직 프로세서 기반 서브시스템은 사용자가 모의 용접 쿠폰을 향해 모의 용접 공구의 팁을 터치할 때 그리고 결정된 방식대로 모의 용접 쿠폰의 팁을 모의 용접 쿠폰으로부터 들어 올릴 때 가상 용접 공구의 팁과 가상 용접 쿠폰 사이의 아크의 설정을 시뮬레이트하도록 구성될 수 있다. 로직 프로세서 기반 서브시스템은 사용자가 결정된 방식대로 모의 용접 공구의 팁을 모의 용접 쿠폰의 표면을 가로질러 드래그할 때 가상 용접 공구의 팁과 가상 용접 쿠폰 사이의 아크의 설정을 시뮬레이트하도록 구성될 수 있다. 로직 프로세서 기반 서브시스템은 사용자가 결정된 방식대로 모의 용접 공구의 팁을 모의 용접 쿠폰을 향해 이동할 때 가상 용접 공구의 팁과 가상 용접 쿠폰 사이의 아크의 설정을 시뮬레이트하도록 구성될 수 있다.

실 세계에서, 비소모성 텅스텐 전극이 오염될 때, 사용자는 용접을 멈추고 오염된 전극을 교체하거나 아니면 오염된 전극을 세척 및 재준비하여야 한다. 이것은 시간이 걸리며 비효과적인 용접 세션을 유발한다. 그러므로, 사용자가 본 출원에서 시뮬레이터를 사용하여 GTAW 용접 프로세스를 수행하도록 훈련할 때, 사용자는 전극이 오염된 때를 인식하게 된다. 사용자는 전극의 팁 또는 단부를 용접 퍼들 쪽으로 낮춤으로써, 충전 와이어를 전극에 터치함으로써, 또는 충전 와이어를 가진 용접 퍼들을 밀어 올림으로써 전극을 오염시킬 수 있고, 이로 말미암아 용접 퍼들이 세워져서 전극의 팁 또는 단부에 터치하게 만든다. 사용자가 전극을 오염시키지 않게 교습하는 것은 GTAW 용접의 중요한 양상이다.

도 27은 가상 현실 공간에서 가상 용접 작업의 예시적인 실시예를 예시한다. 그러한 가상 용접 작업은 예를 들면, 디스플레이 디바이스(150) 상에 디스플레이될 수 있다. 도 27에 도시된 용접 작업은 시뮬레이트된 GTAW 용접 작업이다. 가상 용접 공구(2710) 및 가상 충전 와이어(2720)는 시뮬레이트된 GTAW 용접 프로세스 동안 가상 용접 쿠폰(2740) 상에서 가상 용접 퍼들(2730)을 생성하는 것으로 도시된다. 가상 용접 공구(2710)은 가상 현실 공간에서 비소모성 텅스텐 전극(2711), 콘택 튜브(2712) 및 GTAW 헤드(2713)를 시뮬레이트한다. 도 27에 도시된 용접 작업은 또한 가상 현실 공간에서 가상 전극 아크(2714) 및 가상 차폐 가스(2715)를 예시한다.

도 28은 모의 용접 쿠폰(2830)에 대해 시뮬레이트된 용접 작업 동안 사용자에 의해 조작될 수 있는 모의 용접 공구(2810) 및 모의 충전 와이어(2820)를 사용하는, 도 27의 가상 용접 작업을 나타내는 시뮬레이트된 용접 작업의 예시적인 실시예를 예시한다. 모의 용접 공구(2810), 모의 충전 와이어(2820), 및 모의 용접 쿠폰(2830)은 제각기 가상 현실 공간에서 가상 용접 공구(2710), 가상 충전 와이어(2720), 및 가상 용접 쿠폰(2740)으로 표현된다. 도 27에 도시된 바와 같이 가상 현실 공간에서 용접 작업의 표현은 모의 용접 공구(2810), 모의 충전 와이어(2820) 및 모의 용접 쿠폰(2830)에 대해 행한 사용자 행위에 대한 반응이다.

모의 용접 공구(2810)는 모의 비소모성 텅스텐 전극(2811)을 포함한다. 실시예에 따르면, 모의 비소모성 텅스텐 전극(2811)은 공간 추적 서브시스템(120)에 의한 모의 전극(2811)의 팁의 위치를 추적하기 용이하게 하는 하나 이상의 센서(2812)를 갖는다. 유사하게, 모의 충전 와이어(2820)의 팁은 공간 추적 서브시스템(120)에 의한 모의 충전 와이어(2820)의 팁의 위치를 추적하기 용이하게 하는 하나 이상의 센서(2821)를 갖는다. 실시예에 따르면, 센서(2812 및 2821)는 센서(122)와 유사할 수 있으며 본 출원에서 기술된 바와 같이 공간 추적 서브시스템(120)이 자기(magnetic) 추적 서브시스템일 때는 교차하는 공간 방향으로 정렬된 복수개의 유도 코일을 가질 수 있어서, 시뮬레이트된 용접 작업 동안 사용자가 모의 용접 공구(2810) 및 모의 충전 와이어(2820)를 이동시킬 때 모의 전극(2811) 및 모의 충전 와이어(2820)의 각 팁들이 3차원 공간에서 추적될 수 있다. 다른 유형의 센서는 다른 실시예에서 다른 추적 방법(예를 들면, 적외선 기반 추적 방법, 카메라 기반 추적 방법, 가속도계 기반 추적 방법)으로 사용될 수 있다.

되풀이 하면, 모의 용접 공구(2810)는 가상 현실 공간에서 가상 용접 공구(2710)로서 표현되며 모의 용접 쿠폰(2830)은 가상 현실 공간에서 가상 용접 쿠폰(2740)으로 표현된다. 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 가상 용접 공구(2710)에 의해 가상 용접 쿠폰(2740) 상에서 용접 작업을 시뮬레이트하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경을 생성하는 코딩된 명령어를 실행하도록 동작 가능하다. 모의 충전 와이어(2820)의 사용은 선택사양이고, 그러므로 모의 충전 와이어(2820)는 시뮬레이트된 용접 작업 동안 사용될 수도 있고 사용되지 않을 수도 있다.

대화형 용접 환경은 가상 현실 공간에서 가상 용접 쿠폰(2740) 상에서 가상 용접 퍼들(2730)을 시뮬레이트한다. 가상 용접 퍼들(2730)은 사용자가 시뮬레이트된 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖도록 시뮬레이트된다. 가상 용접 퍼들을 시뮬레이트할 때, 가상 아크(2714), 가상 차폐 가스(2715), 및 가상 충전 와이어(2720)가 모두 고려된다. GTAW(TIG) 용접 시, 비소모성 텅스텐 전극이 용접 퍼들 또는 충전 와이어를 터치하지 않는 것이 중요하다. 그렇지 않으면, 비소모성 텅스텐 전극이 오염될 수 있고, 이는 결과적인 용접 비드에 악영향을 미칠 수 있다. 예를 들면, 오염된 전극은 결과적인 용접 비드가 본 기술에서 공지된 바와 같은 다양한 형태의 결함이 유발되게 할 수 있다.

실시예에 따르면, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 공간 추적 서브시스템(120)로부터 추적 정보를 받아들이고 가상 용접 작업 동안 가상 현실 공간에서 모의 용접 공구(2810)의 모의 전극(2811)의 팁에 대응하는 가상 용접 공구(2710)의 가상 전극(2711)의 팁이 가상 용접 퍼들(2730)의 표면을 교차하여, 결국 가상적으로 전극을 오염시킬 때를 결정한다. 전극은 사용자가 전극의 팁 또는 단부를 용접 퍼들을 향해 낮춤으로 인해, 또는 충전 와이어를 가진 용접 퍼들을 밀어올림으로써 용접 퍼들의 표면을 교차할 수 있고, 이로 말미암아 용접 퍼들이 세워져서 전극의 팁 또는 단부를 터치하게 된다. 실시예에 따르면, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 가상 충전 와이어(2720)의 팁이 가상 용접 퍼들(2730)을 침투하는 때를 결정하고 예를 들어, 그 침투로 인해 가상 용접 퍼들(2730)의 높이를 수정한다. 또한, 실시예에 따르면, 본 출원에서 이미 기술한 바와 같이, 풋 페달 디바이스(2410)는 실시간으로 가상 용접 퍼들(2730)에 영향을 주도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 가상 용접 퍼들의 높이 또는 폭은 풋 페달 디바이스의 동작에 의거하여 변동될 수 있다. 풋 페달 디바이스의 부적절한 동작은 또한 전극의 오염을 초래할 수 있다. 유사하게, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 공간 추적 서브시스템(120)로부터 추적 정보를 받아들이고 가상 용접 작업 동안 가상 현실 공간에서 모의 충전 와이어(2820)의 팁에 대응하는 가상 충전 와이어(2720)의 팁이 가상 전극(2711)을 가상으로 터치하여 결국 가상으로 전극을 오염시킬 때를 결정한다.

실시예에 따르면, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)는 전극의 오염 및 오염된 전극이 용접 퍼들 그리고 결국은 결과적인 용접 비드에 어떻게 영향을 미치는지를 고려한다. 또한, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 가상의 느낌으로 용접 공구의 전극이 오염되었다는 표시를 발생하여 사용자에게 제공되도록 구성될 수 있다. 이 표시는 가시성 표시기(예를 들면, 섬광) 및/또는 가청 표시기(예를 들면, 비프음)의 형태일 수 있다. 대안으로 또는 부가적으로, 전극이 오염되었다고 표시하는 디스플레이된 메시지가 운용자에게 제공될 수 있다. 실시예에 따르면, 사용자는 사용자가 텅스텐 전극이 세척되었거나 교체되었다고 시뮬레이터에게 표시할 때까지 시뮬레이트된 용접 작업을 지속할 수 없게 할 수 있다. 이것은 사용자에 의해 용접 시뮬레이터의 사용자 인터페이스를 통해 입력되는 입력 시퀀스에 의해 성취될 수 있는데, 예를 들면, 사용자 입력 시퀀스를 입력하는 것은 사용자가 전극을 오염시키는 것을 회피하는 동기를 부여해주기에 충분히 불편한 것일 수 있다.

실시예에 따르면, 모의 비소모성 텅스텐 전극(2811)의 스틱 배출 위치는 조절 가능하다. 그러므로, 사용자는 모의 용접 공구(2810) 상의 모의 전극(2811)의 스틱 배출 량을 예를 들어, 사용자에 의한 대응하는 가상 전극(2711)의 가상 오염을 방지하기 위해 조절할 수 있다. 스틱 배출 위치의 조절은 예를 들어, 고정된 모의 콘택 튜브(2813)에 조절 가능하게 연결하는 것을 비롯하여, 여러 방법 중 임의의 방법으로 달성될 수 있다. 예를 들면, 그러한 조절은 모의 전극(2811)을 원하는 거리만큼 모의 콘택 튜브(2813)에 대고 내측 또는 외측으로 나사를 돌려서 고정함으로써 이루어질 수 있다. 다른 조절 방법이 또한 여러 다른 실시예에 따라서 가능하다.

시뮬레이트된 용접 작업 동안, 가상 용접 공구(2710)는 가상 용접 공구(2710)의 단부로부터 시뮬레이트된 차폐 가스(2715)를 제공하여 예를 들면, GTAW 용접 프로세스에서 제공되는 차폐 가스를 시뮬레이트한다. 도 24를 참조하면, 모의 용접 공구(160)(또는 도 28의 (2810))는 모의 용접 공구 상에 설치된 선택 가능한 모의 가스 흐름 선택기(2420)를 포함할 수 있다. 모의 가스 흐름 선택기(2420)는 제 1 위치에 있을 때 가상 용접 공구에서 나오는 시뮬레이트된 가스 흐름이 "오프" 되고, 제 2 위치에 있을 때 시뮬레이트된 가스 흐름이 "온"되는 것을 (유선 또는 무선 수단을 통해) 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 전달하도록 구성된다. 예를 들면, 모의 가스 흐름 선택기(2420)는 여러 실시예에 따르면 회전 가능한 노브 또는 스위치일 수 있다. GTAW 용접 프로세스의 경우, 사용자는 용접 프로세스 동안 가스 흐름을 턴 "온"하여 차폐 가스를 제공하는 것이 중요하다. 시뮬레이션에서 가스 흐름을 턴 "온"하지 못하면 용접 비드가 한 가지 이상의 결함 형태를 갖는 것으로 시뮬레이트되는 결과를 가져 올 수 있다.

실시예에 따르면, 시뮬레이터는 각기 모의 용접 공구에 탈착되도록 구성된 복수의 모의 가스 흐름 컵을 제공할 수 있다. 각각의 모의 가스 흐름 컵은 모의 용접 공구로부터 나오는 가스 흐름의 고유한 흐름 방향을 시뮬레이트하도록 구성될 수 있다. 탈착 가능한 모의 가스 흐름 컵(2805)의 일 예는 도 28에 도시된다. 실시예에 따르면, 모의 가스 흐름 컵(2805)은 모의 용접 공구(2810)의 모의 GTAW 헤드(2801) 내측으로 끼워진다. 모의 가스 흐름 컵을 모의 용접 공구에 부착하는 다른 수단은 다양한 다른 실시예에 따라서 마찬가지로 가능하다. 모의 전극(2811)의 팁 부근의 모의 가스 흐름 컵(2805)의 출력 단부의 형상은 용접 공구로부터 나오는 복수의 모의 가스 흐름의 방향을 결정하는 실제 가스 흐름 컵의 형상과 유사하다. 복수의 모의 가스 흐름 컵의 각각의 모의 가스 흐름 컵은 상이한 방향의 가스 흐름을 제공하는 상이한 실제 가스 흐름 컵을 나타내는 상이한 형상의 출력 단부를 가질 수 있다. 시뮬레이트된 용접 환경에서, 사용자는 모의 용접 공구에 부착할 모의 가스 흐름 컵을 선택할 수 있다.

실시예에 따르면, 사용자에 의해 모의 가스 흐름 컵(2805)이 모의 용접 공구(2810)에 부착될 때, 사용자는 사용자 인터페이스(130)를 통해 모의 가스 흐름 컵의 식별자를 시뮬레이터에 입력할 수 있다. 이와 같이, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 부착된 특정한 모의 가스 흐름 컵을 고려하고 식별된 모의 가스 흐름 컵을 기반으로 하여 가상 현실 공간에서 모의 용접 공구(2810)로부터 나오는 가스 흐름 방향을 시뮬레이트한다. 그 결과, 가상 용접 퍼들 및 결과의 가상 용접 비드의 시뮬레이션은 부착된 모의 가스 흐름 컵에 의해 영향받을 수 있다.

다른 실시예에 따르면, 모의 가스 흐름 컵이 모의 용접 공구에 부착될 때, 식별 데이터가 유선 또는 무선 수단을 통해 자동으로 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 제공될 수 있다. 예를 들면, 모의 가스 흐름 컵은 (예를 들면, 바 코딩 또는 무선 주파수 식별을 통해) 시뮬레이터에 의해 판독될 수 있는 식별 코드로 인코딩될 수 있다. 그러한 실시예에서, 스캐닝 또는 판독 디바이스(2430)(예를 들면, 바 코드 스캐닝 디바이스 또는 무선 주파수 식별 판독 디바이스)는 동작적으로 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 연결되고 부착된 모의 가스 흐름 컵의 식별 코드를 스캔하거나 판독하도록 구성될 수 있다. 모의 가스 흐름 컵의 식별 코드를 자동으로 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)에 전달하는 다른 수단은 다른 실시예에 따라서 마찬가지로 가능하다.

실시예에 따르면, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 사용자가 모의 용접 공구(2810)의 모의 전극(2811)의 팁을 모의 용접 쿠폰(2830)에 터치시켜서 결정된 방식으로 모의 용접 쿠폰(2830)의 팁을 들어 올릴 때 시뮬레이트된 용접 프로세스의 시작 시점에서 가상 용접 공구(2710)의 가상 전극(2711)의 팁과 가상 용접 쿠폰(2740) 사이에서 아크(2714)의 설정을 시뮬레이트하도록 구성된다. 그러한 실시예는 예를 들면, GTAW 용접 프로세스의 경우 "밀어올리기 시작"을 시뮬레이트한다. 시뮬레이트된 아크의 "밀어올리기 시작" 설정을 달성하기 위하여, 모의 용접 쿠폰에 대한 모의 전극의 팁의 위치는 본 출원에서 기술된 추적 기술을 사용하여 시뮬레이터에 의해 추적된다. 대안으로, 모의 용접 전극의 팁에 압력 센서(예를 들면, 압전 센서)가 장착되어, 예를 들면 모의 용접 전극이 모의 쿠폰을 터치할 때 그 압력 센서가 터치 발생을 표시하기 위해 로직 프로세서 기반 서브시스템으로 제공될 수 있는 전기 신호를 발생하도록 한다. 다른 대안의 실시예에 따르면, 모의 용접 전극의 팁 및 모의 용접 쿠폰은 시뮬레이터에게 팁이 쿠폰에 터치되었음을 표시하는 전기 전도성 (또는 적어도 부분적으로 전도성) 경로를 형성하도록 구성될 수 있다.

실시예에 따르면, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 사용자가 모의 용접 전극의 팁을 결정된 방식으로 모의 용접 쿠폰의 표면을 가로질러 드래그할 때 시뮬레이트된 용접 프로세스의 시작 시점에서 가상 용접 공구(2710)의 가상 전극(2711)의 팁과 가상 용접 쿠폰(2740) 사이에서 아크(2714)의 설정을 시뮬레이트하도록 구성된다. 그러한 실시예는 예를 들면, GTAW 용접 프로세스의 경우 "긁힘 시작"을 시뮬레이트한다. 되풀이하여 말하면, 시뮬레이트된 아크의 "긁힘 시작" 설정을 성취하기 위하여, 모의 용접 쿠폰에 대한 모의 전극의 팁의 위치는 본 출원에서 기술된 추적 기술을 사용하여 시뮬레이터에 의해 추적된다. 대안으로, 모의 용접 전극의 팁에 압력 센서(예를 들면, 압전 센서)가 장착되어서, 모의 용접 전극이 모의 쿠폰을 가로질러 드래그될 때 압력 센서가 로직 프로세서 기반 서브시스템으로 제공될 수 있는, 예를 들면 드래그하는 것을 표시하는 전기 신호를 발생하도록 한다. 다른 대안의 실시예에 따르면, 모의 용접 전극의 팁 및 모의 용접 쿠폰은 시뮬레이터에게 팁이 쿠폰에 터치되고 쿠폰을 가로질러 드래그 되고 있음을 표시하는 전기 전도성 (또는 적어도 부분적으로 전도성) 경로를 형성하도록 구성될 수 있다.

실시예에 따르면, 로직 프로세서 기반 서브시스템(110)은 사용자가 모의 용접 쿠폰을 모의 용접 공구의 팁에 터치하지 않고 모의 용접 전극의 팁을 결정된 방식으로 모의 용접 쿠폰을 향해 이동시킬 때 시뮬레이트된 용접 프로세스의 시작 시점에서 가상 용접 공구(2710)의 가상 전극(2711)의 팁과 가상 용접 쿠폰(2740) 사이에서 아크(2714)의 설정을 시뮬레이트하도록 구성된다. 그러한 실시예는 예를 들면, GTAW 용접 프로세스의 경우 "고주파 시작"을 시뮬레이트한다. 시뮬레이터는 시뮬레이트된 용접 프로세스의 시작 시점에서 모의 용접 공구가 모의 용접 쿠폰에 접근할 때 고주파 출력을 사용하는 것을 시뮬레이트한다. 가상 아크(2714)는 모의 용접 공구의 전극의 팁이 모의 용접 쿠폰의 표면으로부터 미리 결정된 거리에 도달하면 설정된다. 실시예에 따르면, 풋 페달 디바이스(2410)는 사용자에 의해 고주파 동작 모드에 들어가고 나가는데 사용될 수 있다.

실시예에 따르면, 디스플레이 수단(150)은 용접 사용자 인터페이스로서 사용될 수 있는 터치 스크린 디바이스로서 구성될 수 있다. 터치 스크린 디바이스는 사용자가 실 세계 용접 머신의 사용자 인터페이스를 모델링하는 사용자 인터페이스를 선택하게 할 수 있다. 사용자는 복수의 실 세계 용접 머신을 나타내는 복수의 사용자 인터페이스 중에서 선택할 수 있다. 그 결과, 사용자는 터치 스크린 디바이스에 디스플레이된 사용자 인터페이스를 사용하여 선택된 용접 머신 유형에 대해 시뮬레이트된 용접 작업을 셋업할 수 있다. 이러한 방식으로 사용자는 시뮬레이터를 사용하여 다양한 유형의 실 세계 용접 머신의 사용자 인터페이스와 친숙해질 수 있다. 뿐만 아니라, 일단 어떤 유형의 용접 머신이 선택되면, 시뮬레이터는 예를 들면, 용접 전원을 조작하는 방법과 사용할 수 있는 용접 파형의 유형에 관하여 그러한 특정 유형의 용접 머신을 시뮬레이트하도록 자동으로 적응될 수 있다.

실시예에 따르면, 시뮬레이터는 사용자가 시뮬레이트된 용접 작업 동안 사용할 텅스텐 전극의 유형을 선택하게 할 수 있다. 선택 가능한 유형의 텅스텐 전극은 예를 들면, 순수 텅스텐, 2%의 세린 텅스텐, 1.5%의 란탄 텅스텐, 및 2%의 토륨 텅스텐을 포함할 수 있다. 다른 유형의 텅스텐 전극이 다양한 다른 실시예에 따라서 마찬가지로 선택 가능할 수 있다. 만일 사용자가 시뮬레이트된 특정 용접 작업에 대해 부정확한 유형의 텅스텐 전극을 선택하면, 시뮬레이터는 사용자에게 그러한 부정확한 선택이 수행되었음을 표시할 수 있다. 이러한 방식으로 시뮬레이터는 사용자에게 어느 유형의 텅스텐 전극이 그 유형의 용접 작업에 대해 적절한지를 교습할 수 있다. 뿐만 아니라, 선택된 유형의 텅스텐 전극에 기초하여, 용접 작업의 시뮬레이션은 텅스텐 전극의 유형을 고려하여 수정될 수 있다. 예를 들면, 텅스텐 전극의 유형은 아크의 모양에 영향을 미칠 수 있다고 알려졌기 때문에, 시뮬레이터는 선택된 유형의 텅스텐 전극에 기초하여 아크의 모양을 맞추어줄 수 있다.

실시예에 따르면, 시뮬레이터는 사용자가 시뮬레이트된 파이프 용접 작업을 수행한 후 가상 파이프의 내측 상의 루트 비드를 검토하고 검사할 수 있도록 구성될 수 있다. 시뮬레이터를 사용하여 양호한 루트 비드를 생성한 이후라도, 연속적인 히트 패스(heat passes)가 적절하게 수행되지 않았다면 루트 비드가 열화될 수 있다. 실시예에 따르면, 시뮬레이터는 본 출원에서 기술된 용접 퍼들 및 용접 비드 시뮬레이션 방법을 채용함으로써 연속적인 히트 패스 용접에 기초한 가상 루트 비드를 수정하도록 구성된다. 시뮬레이터는 예를 들어, 파이프 용접 작업을 수행한 후 마치 사용자가 섬광을 이용하여 파이프 내부를 바라보는 것처럼 시뮬레이트된 용접을 마친 파이프의 내부를 디스플레이할 수 있다. 대안으로, 시뮬레이터는 시뮬레이트된 파이프를 마치 외측에서 보이는 것처럼 효과적으로 뒤집어서 시뮬레이트된 파이프의 내측을 디스플레이할 수 있거나 또는 그 반대로도 할 수 있다.

요약하면, 프로그래머블 프로세서 기반 서브시스템(로직 프로세서 기반 서브시스템이라고도 함), 프로그래머블 프로세서 기반 서브시스템에 동작적으로 연결된 공간 추적기, 공간 추적기에 의해 공간적으로 추적될 수 있는 적어도 하나의 모의 용접 공구, 및 프로그래머블 프로세서 기반 서브시스템에 동작적으로 연결되는 적어도 하나의 디스플레이 디바이스를 포함하는 가상 현실 용접 시스템이 개시된다. 로직 프로세서 기반 서브시스템은 시뮬레이트된 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖는, 가상 용접 쿠폰 상의 가상 용접 퍼들을 에뮬레이트함으로써 용접 작업을 에뮬레이트하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경을 생성하도록 동작할 수 있다. 시스템은 또한 시뮬레이트된 용접 퍼들을 디스플레이 디바이스 상에 실시간으로 디스플레이할 수 있다. 시스템은 로직 프로세서 기반 서브시스템과 유효하게 통신하며 풋 페달 디바이스의 사용자 제어에 반응하여, 가상 용접 퍼들의 특성에 실시간으로 영향을 주도록 구성되는 풋 페달 디바이스를 포함할 수 있다. 시스템은 모의 용접 공구 및 모의 충전 와이어의 움직임을 추적하고 용접 공구가 오염되는 결과를 초래하는 가상 현실 공간 내 가상 용접 퍼들과, 대응하는 가상 용접 공구, 그리고 대응하는 충전 와이어 간의 상호작용을 결정하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 본 출원에서 개시된 실시예를 참조하여 기술되었다. 명백히, 명세서를 읽고 이해하면 다른 수정예 및 변형예가 발생할 것이다. 본 발명은 그러한 모든 수정예 및 변형예가 첨부된 청구범위 또는 그 등가물의 범위 내에 속하는 한 그러한 모든 수정예 및 변형예를 포함하고자 한다.

참조 부호:
10: 시스템/시뮬레이터 12: 최종 사용자(들)
12a: 훈련생 사용자 12b: 강사 사용자
15: 환경 100: 시뮬레이터
110: 서브시스템 111: 중앙 처리 유닛
115: 그래픽 처리 유닛
116: 계산된 통합 디바이스 아키텍처
117: 쉐이더 118: 비디오 출력
119: 비디오 출력 120: 공간 추적기
121: 자석 소스 122: 센서
123: 디스크 124: 전력원
125: 케이블 126: 프로세서 추적 유닛
130: 용접 사용자 인터페이스 131: 버튼
132: 조이스틱 133: 다이얼/스위치/노브
134: 다이얼/스위치/노브 135: 콘솔
136: 다이얼/노브 137: 다이얼/노브
140: 개인용 디스플레이 150: 디스플레이 스크린
153: 사용자 선택 155: 입력 디바이스
156: 용접 전극 홀더 160: 모의 용접 공구
161: 홀더 162: 시뮬레이트된 스틱 전극
163: 저항 팁 170: 스탠드
171: 조절 가능한 테이블 172: 스탠드 베이스
173: 조절 가능한 암 174: 수직 포스트
175: 용접 쿠폰 176: 용접 조인트
177: 연결부 179: 미리 정의된 포인트/딤플
200: 디스플레이 디바이스 203: 로직 프로세서
204: 마이크로프로세서 300: 데이터 저장 디바이스
900: 용접 헬멧 1201: 물리적 사용자 인터페이스
1202: 클램프 모델 1203: 환경 모델
1204: 음향 콘텐츠 기능 1205: 용접 음향
1206: 스탠드/테이블 모델 1207: 내부 아키텍처 기능
1208: 교정 기능 1210: 쿠폰 모델
1211: 용접 물리학 1212: 트위커
1213: 사용자 인터페이스 기능 1214: 그래픽 기능
1215: 학습생 레포트 기능 1216: 렌더러
1217: 비드 렌더링 1218: 3D 텍스처
1219: 비주얼 큐 기능 1220: 공차 기능
1221: 공차 편집기 1222: 특수 효과
1300: 방법 1310: 단계
1320: 단계 1330: 단계
1340: 단계 1350: 단계
1400: 평평한 용접 쿠폰 1410: 평평한 상부 표면
1420: 배치 맵 1421: 웩셀
1600: 코너 용접 쿠폰 1610: 표면
1620: 표면 1700: 파이프 용접 쿠폰
1701: 파이프 조각 1702: 파이프 조각
1703: 루트 조인트 1704: 부착 조각
1710: 곡면 1910: 사각형 바
1920: 입자 1930: 입자 높이
1940: 음영 처리된 사각형 2400: 시뮬레이터
2410: 풋 페달 디바이스 2420: 가스 흐름 선택기
2430: 판독 디바이스 2710: 가상 용접 공구
2711: 텅스텐 전극 2712: 콘택 튜브
2713: GTAW 헤드 2714: 가상 전극 아크
2715: 가상 차폐 가스 2720: 가상 충전 와이어
2730: 가상 용접 퍼들 2740: 가상 용접 쿠폰
2801: 모의 GTAW 헤드 2805: 모의 가스 흐름 컵
2810: 모의 용접 공구 2811: 모의 텅스텐 전극
2812: 센서 2813: 모의 콘택 튜브
2820: 모의 충전 와이어 2821: 센서
2830: 모의 용접 쿠폰 B: 포인트
E: 포인트 O: 포인트
X: 포인트 Y: 포인트
Z: 포인트

Claims (15)

1. 가상 용접 작업(virtual welding activity)을 용이하게 하는 시뮬레이터(10, 2400)에 있어서,
   가상 용접 쿠폰(2740) 상에서 용접 작업을 에뮬레이트(emulate)하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경 - 상기 대화형 용접 환경은, 상기 가상 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖는, 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 상의 가상 용접 퍼들(2730)을 시뮬레이트함 - 을 생성하기 위해 코딩된 명령어를 실행하도록 동작 가능한 로직 프로세서 기반 서브시스템과,
   상기 로직 프로세서 기반 서브시스템과 동작가능하게 통신하는 풋 페달 디바이스(foot pedal device)(2410)로서, 상기 풋 페달 디바이스의 사용자 제어에 반응하여, 실시간으로 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 적어도 하나의 특성에 영향을 미치도록 구성되는 풋 페달 디바이스(2410)와,
   상기 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작가능하게 연결되고, 실시간으로 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 상의 상기 가상 용접 퍼들(2730)을 포함하는 상기 대화형 용접 환경을 시각적으로 묘사하도록 구성되는 디스플레이 수단(140, 150, 200)
   을 포함하는, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 풋 페달 디바이스(2410)는, 유선 수단 또는 무선 수단 중 한 가지를 통해 상기 로직 프로세서 기반 서브시스템과 동작가능하게 통신하는 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
   상기 풋 페달 디바이스(2410)는 실 세계 풋 페달 디바이스를 시뮬레이트하는 모의 풋 페달 디바이스이거나, 또는 상기 풋 페달 디바이스(2410)는 실 세계 용접 시스템과 함께 사용될 수 있는 실 세계 풋 페달 디바이스인 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 풋 페달 디바이스(2410)는, 상기 풋 페달 디바이스의 현재 페달 위치가 적절한 용접을 위해 결정된 범위를 벗어났음을 표시하는 촉각 피드백을 상기 사용자에게 제공하도록 구성되는 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 가상 용접 퍼들(2730)의 적어도 하나의 특성은, 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 폭 및 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 높이 중 한 가지 이상인 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은, 상기 풋 페달 디바이스(2410)의 사용자 제어에 응답하여 적어도 하나의 시뮬레이트된 용접 파라미터의 변동을 시뮬레이트함으로써, 상기 가상 용접 퍼들(2710)의 상기 적어도 하나의 특성에 영향을 미치게 하도록 구성되며, 상기 적어도 하나의 용접 파라미터는 바람직하게 시뮬레이트된 용접 출력 전류 레벨 또는 시뮬레이트된 와이어 공급 속도 중 적어도 하나인 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   가상 현실 공간에서 상기 가상 용접 쿠폰을 나타내는 모의 용접 쿠폰(2740)과,
   사용자가 상기 모의 용접 쿠폰(2740)에 대해 모의 용접 공구(2810)를 조작할 때 실시간으로 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 상에서 가상 용접 작업을 수행하기 위한, 가상 현실 공간에서 가상 용접 공구를 나타내는 모의 용접 공구(2810)와,
   상기 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작가능하게 연결되는 공간 추적 서브시스템과,
   상기 모의 용접 공구(2810)의 일시적으로 변동하는 위치에 관한 데이터를 상기 공간 추적 서브시스템에 전달함으로써 실시간으로 상기 모의 용접 공구(2810)의 움직임을 추적하기 용이하도록 구성되는 하나 이상의 센서(2812, 2821)를 더 포함하며,
   바람직하게 상기 모의 용접 공구(2810) 및 대응하는 가상 용접 공구는, 비소모성 텅스텐 전극(2811), 소모성 스틱 전극, 또는 소모성 와이어 전극 중 하나를 포함하는 것으로 시뮬레이트되는 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시뮬레이터.
8. 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시스템(10)으로서, 특히 청구항 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항의 시뮬레이터를 포함하는 시스템에 있어서,
   가상 현실 공간에서 가상 용접 쿠폰(2740)에 의해 표현되는 모의 용접 쿠폰(2830)과,
   가상 현실 공간에서 가상 용접 공구에 의해 표현되는 모의 용접 공구(2810)와,
   상기 가상 용접 공구에 의해 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 상에서 용접 작업을 에뮬레이트하는 가상 현실 공간 내 대화형 용접 환경 - 상기 대화형 용접 환경은, 상기 가상 용접 작업을 실시간으로 수행하는 것에 반응하여, 실시간 역학적 용융 금속 유동도 및 방열 특성을 갖는, 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 상의 가상 용접 퍼들(2730)을 시뮬레이트함 - 을 생성하기 위해 코딩된 명령어를 실행하도록 동작 가능한 로직 프로세서 기반 서브시스템과,
   상기 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작가능하게 연결되는 공간 추적 시스템과,
   상기 모의 용접 공구(2810)의 일시적으로 변동하는 위치에 관한 데이터를 상기 공간 추적 서브시스템에 전달함으로써 실시간으로 적어도 상기 모의 용접 공구(2810)의 팁의 움직임을 추적하기 용이하도록 구성되는 하나 이상의 제 1 센서(2812, 2821)를 포함하며,
   상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은, 상기 공간 추적 서브시스템으로부터 추적 정보를 받아들이고, 상기 가상 용접 작업 동안 가상 현실 공간에서 상기 모의 용접 공구(2810)의 팁에 대응하는 상기 가상 용접 공구의 팁이 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 표면을 교차할 때를 결정하도록 구성되며, 상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은 또한, 상기 가상 용접 공구가 상기 교차로 인하여 오염되었다고 사용자에게 제공될 표시를 생성하도록 구성되는 것인, 용접 작업을 용이하게 하는 시스템.
9. 제 8 항에 있어서,
   가상 현실 공간에서 가상 충전 와이어(2720)에 의해 표현되는 모의 충전 와이어와,
   상기 모의 충전 와이어의 일시적으로 변동하는 위치에 관한 데이터를 상기 공간 추적 서브시스템에 전달함으로써 실시간으로 적어도 상기 모의 충전 와이어의 팁의 움직임을 추적하기 용이하도록 구성되는 하나 이상의 제 2 센서(2812, 2821)를 더 포함하며,
   상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은, 상기 공간 추적 서브시스템으로부터 추적 정보를 받아들이고, 상기 가상 용접 작업 동안 가상 현실 공간에서 상기 모의 충전 와이어의 팁에 대응하는 상기 가상 충전 와이어(2720)의 팁이 상기 가상 용접 공구에 터치할 때를 결정하도록 구성되며, 상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은 또한, 상기 가상 용접 공구가 상기 터치로 인하여 오염되었다고 사용자에게 제공될 표시를 생성하도록 구성되는 것인, 용접 작업을 용이하게 하는 시스템.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은 또한,
    상기 가상 충전 와이어(2720)의 팁이 상기 가상 용접 퍼들(2730)을 침투할 때를 결정하고,
    상기 침투로 인하여 적어도 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 높이를 수정하도록 구성되는 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시스템.
11. 제 8 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작가능하게 연결되는 풋 페달 디바이스(2410)를 더 포함하고, 상기 풋 페달 디바이스는 상기 풋 페달 디바이스(2410)의 사용자 제어에 반응하여, 실시간으로 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 적어도 하나의 특성을 변동하도록 구성되며, 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 상기 적어도 하나의 특성은 바람직하게 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 폭 및 상기 가상 용접 퍼들(2730)의 높이 중 한 가지 이상인 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시스템.
12. 제 8 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로직 프로세서 기반 서브시스템에 동작 가능하게 연결되고 상기 대화형 용접 환경을 시각적으로 묘사하기 위한 디스플레이 수단을 더 포함하며, 상기 디스플레이 수단은, 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 상에서 상기 가상 용접 퍼들(2730)을 실시간으로 묘사하고, 바람직하게 상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은, 가상 용접 작업 동안 상기 가상 용접 퍼들(2730)을 가상 용접 비드로 변환하도록 구성되고, 상기 가상 용접 공구가 상기 교차로 인하여 오염되었다는 표시는 상기 디스플레이 수단 상에서 상기 가상 용접 비드를 하나 이상의 결함을 갖는 것으로 묘사하는 것에 대응하는 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시스템.
13. 제 8 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 모의 용접 공구(2810) 및 대응하는 가상 용접 공구는 비소모성 텅스텐 전극을 포함하는 것으로 시뮬레이트되며, 그리고/또는 상기 모의 용접 공구의 스틱 배출 위치는 조절 가능하며, 그리고/또는 상기 모의 용접 공구 상에 설치되고 제 1 위치에 있을 때 상기 가상 용접 공구에서 나오는 시뮬레이트된 가스 흐름이 오프되고 제 2 위치에 있을 때 상기 시뮬레이트된 가스 흐름이 온되는 것을 상기 로직 프로세서 기반 서브시스템에 전달하도록 구성되는 사용자 선택 가능한 가스 흐름 선택기를 더 포함하는, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시스템.
14. 제 9 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    복수의 모의 가스 흐름 컵(2805)을 더 포함하고, 각각의 상기 모의 가스 흐름 컵은 모의 용접 공구(2810)에 부착 및 탈착되도록 구성되며, 상기 복수의 모의 가스 흐름 컵(2805)의 각각의 모의 가스 흐름 컵(2805)은 상기 모의 용접 공구(2810)로부터 나오는 가스 흐름의 고유한 흐름 방향을 시뮬레이트하도록 구성되는 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시스템.
15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은, 사용자가 상기 모의 용접 공구(2810)의 팁을 상기 모의 용접 쿠폰에 터치하고 상기 모의 용접 공구의 팁을 결정된 방식으로 상기 모의 용접 쿠폰으로부터 들어올릴 때, 상기 가상 용접 공구의 팁과 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 사이의 아크의 설정을 시뮬레이트하도록 구성되며, 그리고/또는 상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은, 사용자가 상기 모의 용접 공구(2810)의 팁을 결정된 방식으로 상기 모의 용접 쿠폰을 가로질러 드래그할 때, 상기 가상 용접 공구의 팁과 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 사이의 아크의 설정을 시뮬레이트하도록 구성되며, 그리고/또는 상기 로직 프로세서 기반 서브시스템은, 사용자가 상기 모의 용접 쿠폰을 상기 모의 용접 공구(2810)의 팁과 터치하지 않고서 상기 모의 용접 공구(2810)의 팁을 결정된 방식으로 상기 모의 용접 쿠폰을 향해 이동시킬 때, 상기 가상 용접 공구의 팁과 상기 가상 용접 쿠폰(2740) 사이의 아크의 설정을 시뮬레이트하도록 구성되는 것인, 가상 용접 작업을 용이하게 하는 시스템.

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