MX2011001223A

MX2011001223A - Simulador de soldadura.

Info

Publication number: MX2011001223A
Application number: MX2011001223A
Authority: MX
Inventors: Matthew Wayne Wallace; Andrew Paul Lundell; David Anthony Zboray; Matthew Alan Bennett
Original assignee: Lincoln Global Inc
Priority date: 2008-08-21
Filing date: 2009-08-20
Publication date: 2011-03-15
Also published as: BRPI0917273A2; US9483959B2; US20160012750A1; BRPI0917273B1; EP2329479A2; US20100048273A1; CA2730545A1; DE202009018950U1; RU2011110478A; US10762802B2; CN102171744B; WO2010020869A3; WO2010020869A2; US20170046982A1; CN102171744A

Abstract

Las modalidades de la presente invención pertenecen a un producto de programa de computadora y sistema de computación en base a procesador que proporciona medios de procesamiento para ejecutar instrucciones codificadas y medios de entrada para interactuar con los medios de procesamiento a fin de crear un ambiente de soldadura virtual. El sistema establece un objetivo para cambiar un estado funcional u operativo de un artículo virtual, y dirige a un usuario final para ejecutar por lo menos una operación de soldadura virtual para cambiar su estado funcional. El sistema capacita a nuevos usuarios y soladores no experimentados en los aspectos fundamentales de soldadura y otros técnicos.

Description

SIMULADOR DE SOLDADURA Esta solicitud de patente de utilidad reclama la prioridad de la solicitud de patente provisional de los Estados Unidos 61/090,794 presentada el 21 de agosto de 2008 titulada Welding Simulator, la cual está incorporada a la presente mediante referencia en su totalidad.

CAMPO TÉCNICO La presente invención pertenece a métodos y sistemas para introducir a nuevos trabajadores potenciales al campo de la soldadura y, de modo más particular, a ambientes virtuales generados por computadora que simulan procesos de soldadura, y de forma más particular a un juego que se juega en un dispositivo de computación en base a procesador que ejecuta instrucciones codificadas, un equipo y un dispositivo de entrada para un dispositivo de computación en base a procesador y un método para capacitación de actividad de soldadura que usa un dispositivo de computación en base a procesador.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN En décadas recientes, la soldadura se ha convertido en un proceso dominante en la manufactura y construcción de varios productos. Las aplicaciones de soldadura están diseminadas y son utilizadas en todo el mundo para la construcción de embarcaciones, edificios, puentes, vehículos, y líneas de tubería, por nombrar unos cuantos ejemplos. Muchas de las tareas de soldadura pueden ser automatizadas reduciendo la necesidad de mano de obra experimentada. Sin embargo, las aplicaciones de soldadura automatizada deben ser instaladas y manejadas por soldadores expertos. Otras aplicaciones de soldadura no están confinadas a un piso de fábrica. Las aplicaciones, que incluyen la construcción de tuberías o edificios, son soldadas en el campo y requieren de la movilidad de un soldador experimentado. En consecuencia, existe la continua necesidad de personal capacitado que pueda adaptarse a los retos de los procesos de soldadura.

La demanda de soldadores experimentados se mantiene a la alza, a pesar de las reducciones en la manufactura, en muchas regiones del mundo. En los Estados Unidos, la edad promedio del profesional de la soldadura se está incrementando, con muchos individuos que se aproximan a la edad de retiro. Durante la siguiente década, se espera que el número de soldadores experimentados se reduzca de manera significati a a medida que los trabajadores se retiren de la profesión de la soldadura. Mucha gente joven que ingresa a la fuerza laboral está seleccionando la educación avanzada por encima de los oficios especializados y muchos de esos trabajadores que entran a los oficios son disuadidos de una carrera en el área de la soldadura a pesar de las buenas condiciones de trabajo. Los programas y organizaciones que promueven la educación S.T.E.M. (Science Technology Engineering Math) y S.T.E. (Science y Technology/Engineering) son valiosos para revitalizar el interés de las personas en los campos relacionados con la tecnología.

BREVE DESCRIPCIÓN Las modalidades de la presente invención pertenecen a un producto de programa de computadora y un sistema de cómputo en base a procesador que proporciona medios de procesamiento para ejecutar instrucciones codificadas y medios de entrada para interactuar los medios de procesamiento a fin de crear un ambiente de soldadura virtual. El sistema establece un objetivo para cambiar un estado funcional u operativo de un artículo virtual, y dirige al usuario final a ejecutar por lo menos una operación de soldadura virtual para cambiar su estado funcional. Modalidades no limitantes, ventajas y características adicionales de la presente invención se ejemplifican en la siguiente descripción, reivindicaciones y dibujos.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista en perspectiva de un dispositivo de simulación y usuario final de acuerdo con las modalidades de la presente invención.

La Figura 2 es una vista en perspectiva en acercamiento de un dispositivo de simulación que muestra un ambiente virtual de acuerdo con las modalidades de la presente invención.

La Figura 3 es una imagen de un ambiente virtual que muestra un artículo virtual de acuerdo con las modalidades de la presente invención.

La. Figura 4 es una imagen de un ambiente virtual que muestra un articulo virtual y pantalla de interfaz de usuario de acuerdo con las modalidades de la presente invención.

La Figura 5 es una imagen de un ambiente virtual que muestra a pantalla de interfaz de usuario de acuerdo con las modalidades de la presente invención.

La Figura 6 es un diagrama de bloque que ilustra un método de un juego que se juega en un dispositivo de computación en base a procesador que ejecuta instrucciones codificadas.

La Figura 7 es un diagrama de bloque que muestra un método para capacitación de la actividad de soldadura.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Haciendo referencia ahora a los dibujos en donde las figuras son únicamente para fines de ilustración de las modalidades de la invención y no para limitar las mismas, las Figuras 1 y 2 muestran un simulador o dispositivo de simulación ilustrado de manera general en 10. El dispositivo simulador 10 genera un ambiente virtual 9 que simula un ajuste tridimensional, el cual puede ser un ajuste industrial o comercial que utiliza uno o más procesos de manufactura. El ambiente virtual 9 puede ser mostrado en un dispositivo de formación de imágenes 22 como lo ve un usuario final 11. En particular, el dispositivo simulador 10 puede mostrar un ambiente virtual 9 que facilita la interacción entre el usuario final 11 y uno o más artículos virtuales 16. Se puede incluir un dispositivo de entrada 13 que detecta la actividad cuando es manipulado por el usuario final 11. Los datos desde el dispositivo de entrada 13 pueden ser comunicados al dispositivo simulador 10 y son utilizados para maniobrar objetos con el ambiente virtual 9 en o cerca del tiempo real. En una modalidad, el dispositivo simulador 10 funciona para generar uno o más artículos virtuales 16 que pueden ser accionados por medio de herramientas virtuales 26 generadas de una manera similar. A continuación las herramientas virtuales 26 pueden ser empleadas en el ambiente virtual 9 cuando el dispositivo de entrada 13 es maniobrado por el usuario final 11 en el mundo real.

El dispositivo simulador 10 puede generar un ambiente virtual 9 que tiene artículos virtuales 16 que se asemejan a componentes de un proceso de manufactura o construcción particular. En una modalidad, el ambiente virtual 9 puede comprender un ambiente de soldadura 9a que muestra uno o más artículos para ensamblarse juntos a través de un proceso de soldadura. En consecuencia, las herramientas virtuales 26 pueden comprender un soldador 32 y soplete de soldadura 34. De esta manera, el dispositivo simulador 10 exhibe artículos virtuales 16 que son soldados juntos por medio de un soldador virtual 32 a medida que son controlados de modo interactivo por el usuario final 11. El dispositivo simulador 10 se puede concebir como una plataforma de capacitación para exponer a las personas a un proceso de manufactura particular, o se puede idear como un juego jugado para lograr un objetivo establecido, los cuales serán descritos de modo adicional en un párrafo subsecuente. Se observa de forma expresa que en tanto que las modalidades de la presente invención se describen en el contexto de un ambiente de soldadura virtual 9a y uno o más procesos de soldadura, las personas con experiencia en la técnica entenderán su aplicación a otros procesos industriales o comerciales.

Con referencia continua a la Figura 1 , el dispositivo simulador 10 puede ser construido con elementos electrónicos que comprenden un dispositivo de computación en base a procesador 24 operable para correr, es decir, ejecutar, un producto de programa de computadora. En una modalidad, el dispositivo de computación en base a procesador 24 comprende una microcomputadora en cualquiera de varias configuraciones que incluyen aunque no se limitan a: una computadora portátil, una computadora de escritorio, estación de trabajo, servidor o similar. De manera alternativa, el dispositivo de computación en base a procesador 24 puede comprender una consola de juegos como aquellas fabricadas por Nintendo®, Microsoft® o Sony®. De esta manera, el dispositivo de computación en base a procesador 24 puede ser un sistema disponible a nivel comercial fácilmente disponible para adquisición por parte de un usuario final 11. El dispositivo de computación en base a procesador 24 puede incluir uno o más sistemas en base a procesador lógico 25, o procesadores lógicos 25, tal como un microprocesador programable, aunque se puede usar cualquier tipo de procesador lógico 25 en el dispositivo simulador 10 sin apartarse del alcance de cobertura pretendido de las modalidades de la presente invención. El dispositivo de computación en base a procesador 24 puede incluir además circuitos de soporte que incluyen memoria electrónica, tal como RAM o ROM junto con otros circuitos de soporte periféricos que facilitan la operación del (los) procesador(es) lógico(s) 25. De modo adicional, el dispositivo de computación en base a procesador 24 puede incluir almacenamiento de datos, ejemplos del cual incluyen unidades de disco duro, dispositivos de almacenamiento óptico y/o memoria flash para el almacenamiento y recuperación de datos de una manera bien conocida en la técnica. Por lo tanto, el dispositivo de computación en base a procesador 24 puede ser programable y operable para ejecutar instrucciones codificadas, referidas también como algoritmos programados, que pueden ser un producto de programa de computadora escrito en lenguaje de programación de alto o bajo nivel. Se observa que cualquier forma de programación o tipo de lenguaje de programación puede ser utilizado para codificar algoritmos a medida que son ejecutados por el dispositivo simulador 10 para simular el ambiente virtual 9, 9a.

El dispositivo simulador 10 y, de modo más particular, el dispositivo de computación en base a procesador 24 pueden estar comunicados con y usados en conjunción con otros sistemas construidos de manera similar o diferente. La entrada al y la salida del dispositivo simulador 10, denominadas l/O (por sus siglas en inglés), se pueden facilitar en esta modalidad a través de hardware de conexión en red que incluye dispositivos inalámbricos así como cableados (conectados de manera directa). La comunicación entre los dispositivos de simulación 10, o sistemas, de puede lograr de forma remota por medio de una red, tal como una red de área amplia (WAN, por sus siglas en inglés) o red de área local (LAN, por sus siglas en inglés) a través de concentradores de red, repetidores, o a través de cualesquiera medios seleccionados con buen criterio. Las comunicaciones de pueden establecer a través de, aunque sin limitarse a: conexión directa de múltiples dispositivos de simulación 10, conectividad en base a red, redes privadas virtuales, y/o comunicación encriptada SSL (Capa de Conexión Segura, Secure Sockets Layer). Se observa que la relación entre los dispositivos de simulación 10 puede ser de par a par, cliente-servidor o cualquier combinación híbrida de las mismas sin apartarse del alcance de cobertura de las modalidades de la presente invención. De esta manera, la información puede ser transmitida entre los sistemas 10 según resulte útil para simulación o interacción con el ambiente virtual 9, 9a. En una modalidad, se pueden utilizar las comunicaciones de red para descargar artículos virtuales 16 o herramientas virtuales 26 para cambiar el escenario de juego. De manera alternativa, se pueden descargar nuevos ambientes para capacitación de un proceso de manufactura distinto, los detalles del cual se describirán más adelante. Se considera además en otra modalidad que el dispositivo simulador 10 puede generar un ambiente virtual 9, 9a que puede ser activado por múltiples usuarios finales 11 cada uno que trabaja desde el mismo sistema o sistemas separados conectados en red. Incluso, se puede usar cualquier forma para comunicar uno o más dispositivos de simulación 10 sin apartarse del alcance de cobertura pretendido de las modalidades de la presente invención.

Con referencia continua a las Figuras 1 y 2, el dispositivo simulador 10 puede incluir un dispositivo de formación de imágenes 22 para exhibir el ambiente virtual 9, que puede ser un ambiente de soldadura virtual 9a. El dispositivo de formación de imágenes 22 puede comprender una pantalla de exhibición operable para exhibir imágenes generadas por el dispositivo de computación en base a procesador 24 y el producto de programa de computadora. En una modalidad, la pantalla de exhibición puede incluir un monitor de computadora y/o una pantalla de televisión que comprende CRT (Tubo de rayos Catódicos) o LCD (Pantalla de Cristal Líquido), aunque se puede utilizar cualquier tipo de monitor, pantalla, dispositivo de exhibición o proyección según sea apropiado para las modalidades de la presente invención. La información para generar las imágenes en la pantalla de exhibición puede ser almacenada en memoria dentro del dispositivo de computación en base a procesador 24. A medida que se actualiza o cambia la memoria durante la ejecución del producto de programa de computadora, las imágenes en la pantalla de exhibición pueden ser cambiadas de manera dinámica en tiempo real. Incluso es posible seleccionar cualquier método o medio para exhibir el ambiente virtual 9, 9a en el dispositivo de formación de imágenes 22 según sea apropiado para uso con las modalidades de la presente invención.

Con referencia ahora a las Figuras 2 y 3, el dispositivo de entrada 13 puede funcionar para actividad de interfaz en el mundo real con el ambiente virtual 9. En particular, el dispositivo de entrada 13 detecta las acciones del usuario final 11 y traduce estas acciones en datos reconocibles para el dispositivo simulador 10. Los datos son comunicados a los procesadores lógicos 25 y pueden ser usados para poner en funcionamiento de manera interactiva las herramientas virtuales 26 y/o los artículos virtuales 16. En una modalidad, el producto de programa de computadora procesa los datos y hace cambios al ambiente virtual 9 en tiempo real. De este modo, a medida que el usuario el usuario final 11 manipula el dispositivo de entrada 13 en el espacio tridimensional, los objetos en el ambiente virtual 9, 9a se mueven de una manera correspondiente, es decir, en relación directa con el movimiento del dispositivo de entrada 13. Por ejemplo, el usuario final 11 puede visualizar uno o más objetos virtuales en el dispositivo de formación de imágenes 22, incluyendo una representación virtual de una herramienta real. En consecuencia, el usuario final 11 puede mover el dispositivo de entrada 13 en una dirección particular que resulta en un movimiento correspondiente del objeto virtual. En la modalidad de soldadura ilustrada en la presente, el dispositivo de entrada 13 puede representar el soplete de soldadura 34. El movimiento del dispositivo de entrada 13 se traduce por lo tanto en movimiento del soplete de soldadura virtual 34 en el ambiente virtual 9a. El dispositivo de entrada 13 puede incluir interruptores que activan el soldador virtual iniciando de este modo el proceso de soldadura. El usuario final 11 puede entonces guiar el dispositivo de entrada 13 a lo largo de una trayectoria que coincide con la unión de soldadura como se ilustra en el dispositivo de formación de imágenes 22.

Haciendo referencia aún a la Figura 2, el dispositivo de entrada 13 pude incluir uno o más sensores 37 que detectan el movimiento y/o la orientación en el espacio tridimensional. Los sensores 37 pueden estar integrados dentro del dispositivo de entrada 13 y colocados en varias ubicaciones para detectar diferentes tipos de actividad. Por ejemplo, el sensor 37, o sensores, pueden detectar la orientación espacial, es decir la dirección en que señala el objeto, como se mencionó con anterioridad. Los sensores 37 pueden detectar también el movimiento en una dirección particular. De forma adicional, los sensores 37 pueden detectar la velocidad y/o aceleración, las cuales pueden comprender no sólo la magnitud de cambio en posición o velocidad, sino también la dirección. Sin embargo, cualquier tipo de actividad relacionado con el dispositivo de entrada 13 puede ser detectado por los sensores 37 sin apartarse del alcance de cobertura pretendido de las modalidades de la presente invención. Los ejemplos de sensores 37 pueden incluir, aunque no se limitan a: sensores inerciales como acelerómetros, sensores de proximidad, sensores infrarrojos, sensores fotoeléctricos y ópticos y similares. Se observa aquí que el dispositivo de entrada 13 puede incorporar además medios de interruptor 38 para hacer interfaz con el ambiente virtual 9. Los medios de interruptor 38 pueden incluir: pulsadores, activadores o interruptores. De esta manera, se puede iniciar, interrumpir o terminar la actividad virtual según se desee presionando o liberando el interruptor respectivamente. De modo ilustrativo, el soldador virtual 34 puede ser "encendido" o "apagado" al presionar o liberar un interruptor activador. Se entiende que cualquier tipo, cantidad o agrupamiento de sensores 37 o medios de interruptor 38 pueden estar integrados dentro del dispositivo de entrada 13 según se elija con el adecuado criterio. Pueden estar incluidos otros medios de seguimiento de movimiento del dispositivo de entrada 13 tales como una unidad separada que reside en una región adyacente próxima a la muestra de material. Los datos de posición y/u orientación generados por el rastreador, es decir, el medio de rastreo, pueden ser utilizados en conjunción con o en lugar de los datos generados por el dispositivo de entrada 13.

En una modalidad, el dispositivo de entrada 13 puede estar comercialmente disponible para adquisición y uso. Un ejemplo puede incluir un dispositivo manualmente móvil, como un ratón ("mouse") de computadora que tiene un sensor óptico para detectar movimiento a lo largo de una superficie adyacente. Otro ejemplo de dispositivo de entrada 13 puede comprender una palanca de juegos ("joystick") o controlador, el cual puede incluir un conector para conexión dentro de un puerto l/O o puede incluir medios inalámbricos para comunicación. El controlador inalámbrico Wii manufacturado por Nintendo® es un tipo ilustrativo de dispositivo de entrada, aunque se pueden utilizar otros dispositivos de controlador comercialmente disponibles según resulten adecuados para el uso con un dispositivo de computación en base a procesador 24 particular. Otras modalidades consideran controladores adaptados, los cuales pueden ser presentados para asemejarse físicamente a una herramienta virtual 26 particular, por ejemplo un soplete de soldadura 34. Por tanto, se mejora la interacción con el dispositivo simulador 10 a través de un objeto físico que tiene una sensación y apariencia reales que se asemejan a las herramientas virtuales 26 mostradas en el dispositivo de formación de imágenes 22. Se observa que el controlador adaptado puede ser muy similar en tamaño, forma y/o peso a la herramienta real a que se pretende que se asemeje mediante el controlador. Otras modalidades incluyen un accesorio que conecta al dispositivo de entrada 13 comercialmente disponible y se asemeja a una herramienta virtual 26 particular para mejorar la experiencia del usuario final en la interacción con el ambiente virtual 9. En una modalidad, el accesorio puede ser un componente sobrepuesto y/o un componente que se une a o se extiende desde el dispositivo de entrada 13. Sin embargo, se observa de manera expresa que se puede seleccionar cualquier configuración de controlador adaptado o accesorio según resulte apropiado para el uso con las modalidades de la presente invención. En consecuencia, al menos parte del dispositivo simulador 10 puede ser empacado como un equipo para uso con cualquier tipo de dispositivo de computación en base a procesador 24, comercialmente disponible o de otro modo. En otra modalidad de la presente invención, el equipo puede incluir una muestra de material de soldadura que puede asemejarse a un artículo virtual 16 exhibido en el ambiente virtual 9, 9a. En consecuencia, la muestra de material de soldadura puede funcionar como una guía en el mundo real para ayudar al usuario final en la actuación en el ambiente virtual 9, 9a. El equipo puede comprender también medios de rastreo como aquellos mencionados con anterioridad. Dicho en otras palabras, se puede proporcionar una unidad de rastreo además del dispositivo de entrada 13 para detectar el movimiento del usuario final 11 durante la operación.

Con referencia a las Figuras 3, 4 y 6, el dispositivo simulador 10 puede comprender un juego que tiene un objetivo establecido que debe ser alcanzado por el usuario final 11. En una modalidad particular, el juego puede comprender un juego de soldadura en donde el objetivo es soldar uno o más artículos virtuales 16 juntos. El logro del objetivo puede requerir que el usuario final 11 ejecute un número de soldaduras, cada una para un nivel de calidad predeterminado. Es decir, que el juego facilita la interacción del usuario con el dispositivo de computación en base a procesador 24 a través del dispositivo de entrada 13 para ejecutar de modo satisfactorio una o más soldaduras virtuales en el ambiente de soldadura virtual 9a. Durante el juego, éste presenta al usuario final 11 un escenario qüe incorpora uno o más artículos virtuales 16a temáticos. De forma ilustrativa, el escenario puede relacionarse con vehículos motorizados y puede mostrar un número de componentes virtuales que pueden ser soldados juntos para asemejarse a una motocicleta o auto de carreras en funcionamiento. En otro escenario ilustrativo se simula una aeronave tipo jet que necesita de reparaciones, las cuales pueden requerir de soldadura antes de la prueba en la pista y el despegue. Otros ejemplos incluyen estructuras de construcción o puentes que requieren de reparación o construcción antes de ocupar el edificio o que el tren atraviese el puente respectivamente. Sin embargo, se puede seleccionar cualquier tema de escenario sin apartarse del alcance de cobertura pretendido de las modalidades de la presente invención. Se percibirá que el juego recompensa el logro exitoso del objetivo, de alguna manera, al exhibir de forma gráfica el artículo temático que funciona en su ambiente, por ejemplo la motocicleta que se desplaza o el tren que atraviesa el puente. El dispositivo simulador 10 también considera los intereses personales del usuario final 11. En una modalidad, el juego brinda al usuario final 11 la opción de seleccionar un escenario que es familiar incrementando su nivel de interés. En consecuencia, el juego puede ser programado con múltiples opciones de escenario para poner a prueba a un amplio rango de individuos.

A partir de la descripción anterior, el articulo virtual temático 16a del escenario tiene alguna deficiencia que requiere de reparación o ensamble antes de volverse operativo. Durante la inicialización del juego, es decir durante el inicio del juego, el artículo virtual temático 16a se puede ilustrar en un estado no operativo o, en dicho con otras palabras, se crea sin que funcione de modo adecuado o sin que funcione en lo absoluto. En los ejemplos actuales, el estado "no operativo" inicial puede ser representado y simulado por uno o más abrazaderas rotas, un apilamiento de perfiles doble T no ensamblados, una tubería agrietada, o cualquier elemento reparable que ajusta en el tema del escenario. El logro del objetivo del juego requiere que el usuario final 11 interactúe con el ambiente virtual 9a para realizar la soldadura virtual que cambia el estado operativo del artículo virtual temático 16a. se observa aquí que el objetivo del juego puede requerir de la terminación exitosa de múltiples niveles de juego. Eso significa que ganar el juego requiere del cambio exitoso del estado operativo de cada artículo virtual 16a en cada nivel del juego.

En un nivel introductorio, el juego exhibe uno o más artículos virtuales 16 que corresponden al escenario seleccionado por el usuario final 11. Se indica entonces al usuario final 11 que ejecute un tipo particular de soldadura con relación a la deficiencia del el articulo virtual 16. Se puede asumir que el usuario final 11 tiene poca o ninguna experiencia en soldadura. En consecuencia, se puede proporcionar una guía de aprendizaje (tutorial) que presenta información para usuario final 11 acerca del proceso de soldadura o técnicas de soldadura necesarias para lograr el objetivo para ese nivel. La exhibición de la guia de aprendizaje puede ser iniciada o controlada por el usuario final 11 a través de una interfaz gráfica de usuario (GUI), en un ejemplo, como se selecciona mediante por medio de un botón de "ayuda". En una alternativa, las pantallas de guía de aprendizaje pueden ser presentadas de manera automática si el desempeño del usuario queda por debajo de un nivel satisfactorio. De una manera ilustrativa, las instrucciones pueden ser exhibidas en forma escrita, un ejemplo de las cuales puede incluir una pantalla de instalación. Las instrucciones también pueden ser proporcionadas de modo audible, y de modo más específico de manera verbal, para describir el proceso y/o movimientos necesarios para completar la instalación y una tarea de soldadura particular. En cualquier caso, las instrucciones pueden ser presentadas en uno de una pluralidad de idiomas para adaptarse a individuos que residen en diferentes regiones del mundo. Está considerada una modalidad en donde el juego presenta de manera gráfica o ilustrativa la información de la guía de aprendizaje. En dicha instancia, no se requiere de los conocimientos básicos del usuario final 11 para jugar el juego.

El desarrollo del juego avanza a medida que el usuario final 11 acopla el dispositivo de entrada 13 para reproducir los movimientos característicos de la ejecución de una soldadura. El avance a través del juego puede depender de que tan bien desempeñe el usuario final 11 una soldadura virtual, lo cual puede referirse al nivel de calidad de soldadura virtual. De esta manera, el avance al siguiente nivel, como se describirá de forma adicional en un párrafo subsecuente, requiere de la terminación exitosa de la etapa de juego previa. Para tomar esa determinación, se pueden medir uno o más parámetros a fin de determinar el nivel de calidad de la soldadura virtual. En los proceso bien conocidos en el mundo real, la calidad de la soldadura depende de muchos factores tales como la distancia entre la punta del soplete y la unión de soldadura, la cual puede variar con el tipo de proceso de soldadura, los materiales que son soldados, los ajustes de soldadura y similares. Los parámetros reales correspondientes pueden ser codificados en el producto de programa de computadora para juzgar el desempeño del usuario final 11 y para determinar la calidad de la soldadura virtual.

La terminación de un nivel de juego particular puede requerir que el usuario final 11 ejecute una o más soldaduras virtuales para estándares de desempeño predeterminados según lo determine el producto de programa de computadora. Los parámetros de desempeño pueden ser programados dentro del producto de programa de computadora que se correlaciona con las buenas prácticas de soldadura y pueden constar de: posición del soplete de soldadura 34, ángulos de orientación y velocidad de desplazamiento de ondulación e inclinación. Los datos de sensor desde el dispositivo de entrada 13 pueden ser comparados con los parámetros pre-programados a fin de determinar si el usuario final 11 ha permanecido o no dentro de límites aceptables. En una modalidad particular, la calidad de soldadura se puede determinar a través del monitoreo de la distancia entre la punta de soplete en relación con el centro de la costura soldada en tanto que se mantienen los ángulos de la inclinación y ondulación adecuados durante el proceso de soldadura virtual. Sin embargo, se comprende que se pueden usar otros parámetros para determinar si el usuario final 11 ha completado de manera exitosa una soldadura virtual.

En una modalidad, el dispositivo simulador 10 proporciona o calcula un marcador que resulta a partir del juego. El marcador, que también puede ser una calificación, se puede derivar a partir de los datos de desempeño del usuario final 11. Los datos de desempeño pueden pertenecer a que tan bien ejecuta el usuario final 11 la soldadura virtual, es decir que tan cerca mantiene el usuario final 11 las herramientas virtuales 26 o el soplete de soldadura 34 dentro de los límites para las prácticas de soldadura aceptables. Los ejemplos pueden incluir aunque no se limitarán a, ángulos del soplete de soldadura o distancia hacia el artículo virtual 16. El marcador o calificación se puede derivar también a partir de las selecciones del usuario final realizadas con respecto los escenarios en base a problema como se describirá de forma adicional en un párrafo subsecuente.

El dispositivo de simulación 10 puede proporcionar retroalimentación para ayudar al usuario final 11 a ejecutar las soldaduras virtuales. En el mundo real, un soldador recibe retroalimentación mediante la observación del cordón de soldadura a mediad que el soplete se desplaza a lo largo de la unión de soldadura. El dispositivo simulador 10 puede mostrar de modo similar un cordón de soldadura virtual que se correlaciona con el movimiento del usuario final del soplete de soldadura virtual 34. En una modalidad, la forma del cordón de soldadura virtual es determinada mediante factores que incluyen el ángulo de soplete, velocidad de desplazamiento y distancia a la pieza de trabajo, así como los ajustes de la fuente de energía de soldadura, aunque se pueden incorporar otros factores según resulte apropiado para uso con las modalidades de la presente invención. De esta manera, el usuario final 11 puede hacer ajustes durante el proceso de soldadura para generar un cordón de soldadura aceptable simulando de este modo la actividad real.

Haciendo referencia a la Figura 5, para ayudar de forma adicional al usuario final 11, se pueden incluir guias de desempeño 41 que proporcionan retroalimentación cuantitativa sobre la posición y orientación del soplete de soldadura virtual 34. En una modalidad particular, se incluyen "barras indicadoras" 42 que muestran los ángulos de inclinación y oscilación del soplete de soldadura virtual 34. Están considerados otros tipos de guias de desempeño 41 que exhiben la distancia entre la punta de soplete y la unión de soldadura. Los parámetros de soldadura adicionales incorporados dentro de la guía de desempeño 41 se volverán evidentes para aquellos con experiencia en la técnica.

Las guías de desempeño 41 pueden exhibir los valores numéricos reales de la posición de soplete, los cuales en la modalidad actual muestran los ángulos de inclinación y oscilación. Los valores exhibidos pueden mostrar los ángulos como se midieron a partir de una referencia absoluta como el plano vertical u horizontal. De modo alternativo, las guías de desempeño 41 pueden exhibir valores de ángulo que se relacionan con los desfasamientos desde la posición u orientación de soplete ideal. La guía de desempeño 41 puede indicar que valores están fuera del rango para lograr una soldadura aceptable. En una modalidad, las guías de desempeño 41 pueden ser intermitentes, cambiar de color y reproducir un sonido audible que indica cuando el soplete de soldadura 34 está fuera de posición. De esta manera, el usuario final 11, a través del uso repetido, aprende las técnicas de soldadura correctas. A medida que el usuario final 11 obtiene experiencia, mantendrá de forma natural el soplete de soldadura 34 en la orientación adecuada a través de todo el proceso de soldadura. En un punto, puede ya no ser necesario exhibir las guías de desempeño 41. En consecuencia, el producto de programa de computadora puede ser programado para "encender" o "apagar" las guías 41 de manera selectiva.

Como se mencionó previamente, el juego puede incorporar diferentes niveles. Los niveles pueden ser diferenciados por el escenario, es decir por los cambios en los artículos temáticos en cuestión 16a que son soldados. De modo alternativo, los niveles de juego en un escenario particular pueden diferir por los tipos de uniones de soldadura y/o el número de piezas de artículo virtual que se van a soldar juntas. Por ejemplo, un nivel más fundamental puede simular la soldadura de unión de traslape individual presentada por componentes de estructura sobrepuestos de la estructura de construcción. Otro nivel de juego puede simular una soldadura de tubería como se encuentra en un escape o tubería de motocicleta. Incluso, están considerados otros ejemplos en donde uniones a tope superiores o verticales van a ser soldadas para reparar la estructura de vehículo de motor. En cada nivel de juego, cada uno de los objetivos de soldadura debe ser ejecutado dentro de los límites de calidad predeterminados en sucesión, antes de proceder al siguiente nivel. De esta manera, se pueden enseñar las habilidades de soldadura básicas al introducir de forma progresiva configuraciones de unión de soldadura cada vez más complicadas y técnicas de soldadura más avanzadas.

El objetivo de juego se puede lograr cuando el usuario final 11 realiza de manera exitosa, es decir cubre o excede los límites predeterminados de calidad de soldadura para todas las soldaduras virtuales en un escenario determinado. Es decir, que el usuario final 11 ejecuta cada soldadura en cada nivel para un estándar mínimo de calidad. Se pueden incluir objetivos de juego alternativos que se logren al exceder un promedio de desempeño de soldadura virtual sobre los diversos niveles. En consecuencia, ciertos niveles de juego se pueden lograr por debajo del mínimo de desempeño con otros conmensuradamente superiores. El objetivo de juego se logra en tanto que el promedio ponderado para todo el juego excede un mínimo predeterminado.

Al juzgar el desempeño del usuario final 11, el dispositivo simulador 10 puede rastrear los movimientos de los usuarios finales 11 a través del dispositivo de entrada 13 y comparar los datos con los parámetros almacenados en memoria, o codificados dentro del producto de programa de computadora. Los datos y/o parámetros pueden ser almacenados en una base de datos, o a través de cualesquiera medios de almacenamiento de datos seleccionados con adecuado criterio. En una modalidad, el dispositivo simulador 10 registra y almacena la información acerca del desempeño de los usuarios finales 11 para comparación en un momento subsecuente para la actividad virtual. En otras modalidades, la comparación con los parámetros de calidad de soldadura se realiza en tiempo real con los resultados que son exhibidos de manera dinámica o catalogados para revisión subsecuente. Además de los datos recolectados a través del dispositivo de entrada 13, es posible capturar otros tipos de datos, los cuales incluyen: datos de hora y fecha, nombre de usuario, escenario, así como datos de estatus de juego. Se apreciará que se puede rastrear y almacenar cualquier tipo de datos según resulte necesario para determinar y reportar los resultados de la realización del juego.

Con referencia ahora a la Figura 7, como se mencionó con anterioridad, el dispositivo simulador 10 puede comprender también un sistema que facilita la capacitación de las habilidades usadas en instalaciones industriales o comerciales. En una modalidad ilustrativa, el dispositivo simulador 10 puede mostrar un ambiente de soldadura virtual 9á que presenta escenarios que tienen uno o más artículos temáticos 16a consistentes con aquellos descritos con anterioridad. El dispositivo simulador 10 puede presentar al usuario final 11 un problema para ser resuelto, por ejemplo una estructura de construcción que necesita ser ensamblada o un auto de carreras que necesita ser reparado. El problema puede ser expresamente establecido por lo que el usuario final 11 está encargado de manera directa en resolver el problema dado un grupo de herramientas virtuales 26. Se pueden presentar instrucciones que describen como se solucionará el problema incluyendo que técnicas o procesos de soldadura se utilizarán. El dispositivo simulador 10 puede indicar también ajustes o rangos de ajuste de soldadura que son necesarios para soldar el (los) articulo(s) virtual(es) 16 para el escenario determinado. De modo adicional, el dispositivo simulador 10 puede indicar que tipo de electrodo es necesario para una reparación particular, y/o a qué velocidad de desplazamiento de hará la soldadura para realizar una soldadura virtual aceptable, la cual puede corresponder a una soldadura real. Sin embargo, se puede presentar cualquier, tipo de instrucción al usuario final 11 para ensamblar o reparar los artículos virtuales 16. Se observa una vez más que las instrucciones pueden ser exhibidas como un texto o presentadas de manera audible en uno de varios lenguajes, y/o exhibidas de forma gráfica con gráficos según sea apropiado para diferentes ajustes de capacitación.

A medida que avanza el usuario final 11, el nivel de instrucciones puede ser ajustado en consecuencia. En los niveles iniciales, el nivel de instrucción puede enfocarse en los fundamentos con relación a, por ejemplo, teoría de la soldadura, prácticas de soldadura básica y/o instalación del soldador. Otros niveles de capacitación pueden proporcionar guías de aprendizaje relacionadas con varias configuraciones de unión de soldadura y/o soldadura con diferentes tipos de materiales y electrodos. Los niveles más avanzados pueden concentrarse en procesos y técnicas de soldadura particulares. Por supuesto, cada nivel puede ser mejorado por medio de uno o más escenarios que simulan actividad del mundo real como se describió con anterioridad.

En una modalidad, la capacitación de soldadura puede incluir escenarios en base a problema. El escenario en base a problema puede estar caracterizado por la incorporación de una deficiencia operativa en un artículo virtual 16 que debe ser descubierta, analizada y recibir una solución por parte del usuario final 11. Se puede recurrir al conocimiento aprendido a partir de una lección o nivel previo de capacitación para la resolución del problema. En un ejemplo, se puede exhibir un auto de carreras y describirse que no funciona de manera adecuada. El ambiente virtual 9a puede ser programado a fin de presentar claves visuales, y/o audibles, que permiten al usuario final 11 distinguir el problema particular que se presenta para el escenario determinado. Después de analizar el problema, se indica al usuario final 11 que idee una solución la cual, de una manera ilustrativa, puede incorporar: seleccionar el proceso de soladura adecuado, ajusfar las disposiciones de la fuente de energía de soldadura, seleccionar un electrodo particular y después ejecutar una soldadura virtual. Por lo tanto una reparación apropiada requiere no solo del movimiento físico de implementación de una soldadura virtual adecuada, sino también seleccionar el proceso de soldadura adecuado y los parámetros asociados. Se puede indicar una reparación o ensamble exitoso, por lo que el auto de carreras virtual funciona o participa en una carrera. Si se ha efectuado una reparación impropia o incompleta, el auto de carreras puede tener un escaso rendimiento o no funcionar en lo absoluto con claves adicionales que son proporcionadas al usuario final 11 sobre qué problemas remanentes necesitan ser arreglados. De este modo, la capacitación de soldadura abarca no sólo la capacitación de la memoria muscular para efectuar de forma exitosa unja soldadura particular, sino que enseña también al usuario final 11 como analizar de manera adecuada el (los) artículo(s) virtual(es) 16 para seleccionar el proceso de soldadura adecuado necesario para corregir su deficiencia operativa. La capacitación de soldadura puede comprender también el aprendizaje que se extiende más allá de la capacitación de la memoria muscular al incorporar el modelado de poza de soldadura que enseña al usuario final 11 a realizar ajustes durante el proceso de soldadura.

Como se mencionó con anterioridad, se puede derivar una calificación a partir del análisis del usuario final el escenario en base a problema. En una modalidad, el usuario final 11 puede recibir información con relación el material de base del artículo virtual 16a y ser instruido para seleccionar un electrodo apropiado para uso con ese material de base. En el mundo real, la selección de un electrodo afecta la integridad de una unión de soldadura. De manera similar la selección del electrodo correcto en el ambiente de soldadura virtual 9a afecta el marcador o calificación de. rendimiento del usuario final 11. De modo adicional, se puede solicitar al usuario final 11 que calcule la entrada de calor a fin de asegurar que las propiedades del material de base no son alteradas de manera permanente por soldaduras de múltiples pasadas. En otra modalidad, el dispositivo simulador 10 puede proporcionar al usuario final 11 información relacionada con el espesor y/o configuración de unión del material. En consecuencia, se puede requerir al usuario final 11 que determine la velocidad de desplazamiento apropiada para las disposiciones de fuente de energía de soldadura virtual seleccionada a fin de realizar de forma adecuada la soldadura virtual. Se observa aquí que la información puede ser expresamente establecida o indicada mediante claves virtuales a partir de las cuales el usuario final 11 puede inferir factores importantes necesarios para analizar el problema. Está considerada también por las modalidades de la presente invención una combinación de lo antes mencionado. Se reconocerá que el dispositivo simulador 10 funciona por lo tanto para educar y evaluar la capacidad de aprendizaje para ciencias, tecnología, ingeniería y/o matemáticas como se promueve a través de varias instituciones educativas y gubernamentales.

Se puede requerir que cada nivel de capacitación deba ser completado de manera satisfactoria antes de avanzar a niveles subsecuentes. En una modalidad, se pueden efectuar pruebas relacionadas con el conocimiento de la soldadura y/o el desempeño de soldadura virtual. Los datos, es decir, los datos de prueba o datos de rendimiento, a partir del escenario actual pueden ser rastreados, almacenados y comparados contra parámetros de soldadura previamente programados de una manera consistente con aquella descrita de forma previa. En áreas en donde no se han alcanzado los niveles mínimos de aprovechamiento, se puede brindar al usuario final 11 la oportunidad de revisar las guías de aprendizaje y/o practicar la soldadura de una unión de soldadura particular. Una vez que se ha demostrado el aprovechamiento, el usuario final 11 puede avanzar hacia niveles progresivamente más difíciles que enseñan nuevas habilidades.

Se ha descrito la invención en la presente con referencia a las modalidades descritas. Obviamente, otras personas idearán modificaciones y alteraciones a la lectura y comprensión de esta especificación. Se pretende incluir todas esas modificaciones y alteraciones en tanto que queden dentro del alcance de las reivindicaciones anexas o la equivalencia de las mismas.

Números de referencia 9 ambiente virtual 9a ambiente de soldadura virtual 10 dispositivo simulador 11 usuario final 13 dispositivo de entrada 16 artículos virtuales 16a artículos virtuales temáticos 22 dispositivo de generación de imágenes 24 dispositivo de cómputo 25 procesadores lógicos 26 herramientas virtuales 32 soldador 34 soplete de soldadura 37 sensores 38 medios de interruptor 41 guías de desempeño 42 barras indicadoras

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un juego jugado en un dispositivo de computación en base a procesador (24) que ejecuta instrucciones codificadas, que comprende las etapas de: proporcionar medios de procesamiento operables para ejecutar instrucciones codificadas para generar un ambiente virtual interactivo (9), en donde los medios de procesamiento reciben la entrada desde un dispositivo de entrada asociado (13); crear un artículo virtual (16) dentro del ambiente virtual (9) que tiene un estado operativo que se puede cambiar entre operativo y no operativo; establecer un objetivo de juego para cambiar el estado operativo del artículo virtual (16) mediante una operación de soldadura virtual; y, dirigir a un usuario final (11) a ejecutar loa operación de soldadura virtual que cambia el estado operativo de del articulo virtual (16).

2. El juego de conformidad con la reivindicación 1, que comprende además la etapa de: ejemplificar un artículo virtual (16) con un estado operativo fijado a no operativo, en donde el artículo virtual (16) es capaz de funcionar dentro del ambiente virtual cuando el estado operativo es cambiado a operativo.

3. El juego de conformidad con la reivindicación 1 o 2, que comprende además la etapa de: proporcionar medios de exhibición para exhibir el ambiente virtual (9); y, en donde, cuando el estado operativo del artículo virtual (16) es cambiado a operativo, dichos medios de exhibición muestran el artículo virtual (16) que exhibe la actividad relacionada con su función.

4. El juego de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende además las etapas de: almacenar datos que representan los estándares de calidad de soldadura virtual; capturar datos de desempeño de la operación de soldadura virtual; y, determinar sí se ha logrado el objetivo del juego mediante la comparación de los datos de desempeño de la operación de soldadura virtual con los datos que representan los estándares de calidad de soldadura virtual.

5. El juego de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende además la etapa de: asignar un marcador de juego en base a los datos de desempeño de la operación de soldadura virtual.

6. El juego de conformidad con la reivindicación 4 o 5, caracterizado porque la etapa de almacenamiento de datos que representan estándares de calidad de soldadura virtual, comprende la etapa de: almacenar rangos de datos que representan estándares de calidad de soldadura virtual que se derivan a partir de un ángulo de inclinación de soplete de soldadura virtual o un ángulo de oscilación de soplete de soldadura virtual.

7. El juego de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 6, que comprende además las etapas de: proporcionar medios de exhibición para exhibir el ambiente virtual interactivo (9), en donde se crea el ambiente virtual a partir de uno de una pluralidad de escenarios; presentar una opción para seleccionar uno de una pluralidad de escenarios a partir de los cuales se creará el ambiente virtual (9); y, dirigir al usuario final (11) a seleccionar uno de una pluralidad de escenarios.

8. El juego de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque el juego incluye múltiples niveles de juego diferenciados por el número de operaciones de soldadura virtual requeridas para cambiar el estado operativo del artículo virtual (16).

9. El juego de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el juego incluye múltiples niveles de juego cada uno diferenciado por la complejidad de las operaciones de soldadura virtual.

10. Un equipo para un dispositivo de computación en base a procesador asociado (24) que ejecuta instrucciones codificadas para exhibir un ambiente de soldadura virtual interactivo (9) y que tiene un dispositivo de entrada asociado (13) para formar interfaz con un usuario final (11), en particular de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende: un accesorio fácilmente Mberable adaptado para conectar de modo fijo al dispositivo de entrada asociado (13), en donde el accesorio fácilmente liberable se asemeja a una herramienta de soldadura exhibida en el ambiente de soldadura virtual interactivo (9).

11. El equipo de conformidad con la reivindicación 10, caracterizado porque el accesorio fácilmente liberable se asemeja a un soplete de soldadura de arco (34), y/o tiene una forma y peso que corresponden al soplete de soldadura real (34).

12. El equipo de conformidad con la reivindicación 10 o 11, que comprende además: una muestra de material de soldadura que corresponde a un artículo virtual exhibido en el ambiente de soldadura virtual interactivo (9) para guiar al usuario final (11) mientras interactúa con el ambiente de soldadura virtual (9).

13. Un dispositivo de entrada, en particular para un equipo de conformidad con una de las reivindicaciones 10 a 12, para un dispositivo de computación en base a procesador asociado (24) que ejecuta un producto de programa de computadora para generar un ambiente de soldadura virtual (9), en particular de conformidad con una de las reivindicaciones 1 a 9, que comprende: un cuerpo de dispositivo de entrada formado para asemejarse a un soplete de soldadura real (34); uno o más sensores (37) que tienen salida de sensor, en donde dichos uno o más sensores (37) están incorporados con el cuerpo de dispositivo de entrada, uno o más sensores (37) que son operables para detectar la orientación espacial del cuerpo de dispositivo de entrada; y, medios para comunicar la salida de sensor al dispositivo de computación en base a procesador asociado (24).

14. El dispositivo de entrada de conformidad con la reivindicación 13, caracterizado porque dichos medios para comunicación comprenden circuitos para comunicación inalámbrica de la salida de sensor al dispositivo de computación en base a procesador asociado (24).

15. El dispositivo de entrada de conformidad con la reivindicación 13 o 14, caracterizado porque los medios para comunicación comprenden circuitos para comunicar la salida de sensor al dispositivo de computación en base a procesador asociado (24) a través de un cable alámbrico, en donde el cable alámbrico está adaptado para conectar fácilmente a un puerto de entrada en el dispositivo de computación en base a procesador asociado (24).

16. Un método para capacitación de una actividad de soldadura, que comprende: proporcionar un dispositivo de computación en base a procesador (24) operable para ejecutar instrucciones codificadas, un dispositivo de formación de imágenes que puede exhibir un ambiente de soldadura virtual (9) en respuesta a la ejecución de las instrucciones codificadas, y un dispositivo de entrada operativamente conectado al dispositivo de computación en base a procesador (24), en donde el dispositivo de entrada detecta el movimiento en el mundo real; exhibir uno o más objetos virtuales en el ambiente de soldadura virtual (9) que tienen una deficiencia operativa distinguible mediante una o más claves virtuales; dirigir a un usuario final (11) a analizar dichas una o más claves virtuales parta derivar una solución para corregir la deficiencia operativa; y, facilitar la soldadura virtual en el ambiente de soldadura virtual para corregir la deficiencia operativa.

17. El método de conformidad con la reivindicación 16, que comprende además la etapa de: mostrar una pluralidad de parámetros de soldadura virtual en el dispositivo de formación de imágenes que cuando son cambiados definen un proceso de soldadura virtual y en donde la pluralidad de parámetros de soldadura virtual se pueden cambiar por medio de la manipulación del dispositivo de entrada; y en donde la etapa de derivación de la solución para corregir la deficiencia operativa incluye cambiar al menos uno de la pluralidad de parámetros de soldadura virtual.

18. El método de conformidad con la reivindicación 16 o 17, caracterizado porque la etapa de facilitar la soldadura virtual en el ambiente de soldadura virtual (9) resulta en una soldadura virtual, y que comprende además las etapas de: almacenar datos que representan un umbral de calidad de soldadura virtual para la soldadura virtual; y, evaluar la soldadura virtual con respecto al umbral de calidad de soldadura virtual.

19. El método de conformidad con la reivindicación con una de las reivindicaciones 16 a 18, caracterizado porque la etapa de exhibir uno o más objetos virtuales en el ambiente de soldadura virtual que tienen una deficiencia operativa distinguible mediante una o más claves virtuales comprende la etapa de: exhibir uno o más objetos virtuales en un primer escenario del ambiente de soldadura virtual (9) que tienen una primera deficiencia operativa distinguible mediante una o más claves virtuales; y, que comprende además la etapa de: exhibir uno o más objetos virtuales en un segundo escenario del ambiente de soldadura virtual (9) que tienen una segunda deficiencia sustancialmente operativa distinguible mediante una o más claves virtuales.