WO2024009259A1 - Método y sistema de simulación de operaciones de soldadura - Google Patents

Método y sistema de simulación de operaciones de soldadura Download PDF

Info

Publication number
WO2024009259A1
WO2024009259A1 PCT/IB2023/056999 IB2023056999W WO2024009259A1 WO 2024009259 A1 WO2024009259 A1 WO 2024009259A1 IB 2023056999 W IB2023056999 W IB 2023056999W WO 2024009259 A1 WO2024009259 A1 WO 2024009259A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
welding
physical
bead
simulated
tool
Prior art date
Application number
PCT/IB2023/056999
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Pavel Gunia
Javier CASTILLA GUTIÉRREZ
Pedro Marquínez
Original Assignee
Seabery Soluciones, S.L.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Seabery Soluciones, S.L. filed Critical Seabery Soluciones, S.L.
Publication of WO2024009259A1 publication Critical patent/WO2024009259A1/es

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G09—EDUCATION; CRYPTOGRAPHY; DISPLAY; ADVERTISING; SEALS
    • G09B—EDUCATIONAL OR DEMONSTRATION APPLIANCES; APPLIANCES FOR TEACHING, OR COMMUNICATING WITH, THE BLIND, DEAF OR MUTE; MODELS; PLANETARIA; GLOBES; MAPS; DIAGRAMS
    • G09B9/00—Simulators for teaching or training purposes

Definitions

  • the present invention relates, in general, to the field of learning through augmented reality techniques and, more specifically, to methods and systems for simulating welding operations by computer, preferably through augmented reality procedures.
  • augmented reality will also be understood to refer to any other visual representation techniques through virtual reality or mixed reality.
  • the amount of material transferred from the used welding tool e.g., a welding torch, a welding electrode, a welding robotic arm, etc.
  • the weld bead is not can be modeled with great precision, as a consequence of the aforementioned computational limitations.
  • obtaining an accurate modeling of the weld bead is crucial, in this field, to realistically simulate the successive passes of deposited material carried out in each welding operation.
  • simulation calculation techniques for welding mechanical properties can also be beneficial in real welding operations.
  • the realistic simulation of the mechanical properties of a simulated weld bead, based on the characteristics of a real bead can advantageously replace traditional techniques based on destructive and non-destructive tests, whose cost and need to specialization are very high.
  • the present invention is aimed at solving the previous problems and limitations, through a novel method for simulating welding operations, and a system that implements said method.
  • the method and system of the invention are preferably intended to simulate welding joining operations as represented and described, respectively, in relation to the description, figures and claims herein.
  • a first object of the invention refers, in general, to a method and a system adapted to provide simulation environment by means of augmented reality, which comprise hardware/software means adapted to support the calculation, rendering and visualization of preferably three-dimensional (3D) graphics, as well as means of communication between users of simulation software, together with an implementation of mathematical methods and/or algorithms that simulate welding processes in 3D.
  • augmented reality comprise hardware/software means adapted to support the calculation, rendering and visualization of preferably three-dimensional (3D) graphics, as well as means of communication between users of simulation software, together with an implementation of mathematical methods and/or algorithms that simulate welding processes in 3D.
  • the method and system of the invention are implemented, in a preferred embodiment thereof, by means of software that can be used, for example, to manage a virtual classroom for learning welding techniques, and a reality application.
  • augmented reality that simulates a welding process in a real environment.
  • computer-generated virtual images corresponding to welding operations are superimposed or transposed onto real environments to define and/or create an augmented, virtual or mixed reality that provides users with users a tool to learn different welding techniques.
  • the user for example, a welder or a welding apprentice
  • the display or glasses can, in turn, be integrated into a commercial welding mask and present mixed reality to a user wearing the welding mask. In this way, a realistic simulation of real welding conditions is achieved.
  • the present invention usually refers to the operations performed by a user, said user will be understood, generically, not only as a human user, but as any robotic element that performs or tests welding operations.
  • Embodiments of the systems and methods described as an example of the invention preferably provide a simulated visual representation of welding workpieces (generally referred to as "coupons").
  • said workpieces will be understood, within the scope of the invention, as any elements, real or simulated, that comprise the regions that are welded.
  • a workpiece can be understood as an industrial part, a vehicle, a construction element, or an engineering element, real or simulated, on which the welding operation is to be performed.
  • the weld beads obtained with the method and simulation system of the invention realistically represent the typically longitudinal depositions of welding material, in one or several passes, depending on the type of welding operation performed.
  • said method and system can be used to realistically reproduce the generation of defects in the weld bead, in such a way that a user can visualize them and better understand how and why they have occurred, learning to avoid them in successive operations.
  • the systems and methods of the invention can distinguish between different techniques used to form a weld and represent it, realistically, under different formats in the visualization medium chosen to represent the simulation.
  • the systems and methods described by the invention allow correctly calculating the amount of material transferred from a welding tool to a workpiece, adjusting the concavity or convexity of the bead geometry to improve the precision of the interaction between different passes, improving the representation of the formed welds.
  • it is possible to control unnatural growth resulting from the lack of movement of the welding tool, providing a precise transition between the workpiece and the weld bead, and accurately simulating the fusion of the workpieces and the underlying welding materials, among many other advantages.
  • the invention also allows the mechanical properties of the weld beads obtained to be realistically calculated, showing them to the user in detail along the bead, for each successive pass of deposited material.
  • This improved capacity cannot be obtained in real welding operations since, in them, the weld bead is formed non-reversibly, as successive passes of material are deposited on top of each other.
  • the embodiments of the systems and methods of the invention are based, essentially, on the calculation of the cross sections of the weld bead, with the objective of calculating the mechanical properties of said bead along its extension.
  • the invention allows the aforementioned mechanical properties of the weld bead to be represented at any cutting location, which allows the user to indicate, among other advantages, at which points of the weld bead the weld has been carried out with less or greater resistance, where passes have been made that improve or do not improve said properties, etc. This capability cannot be obtained with traditional techniques.
  • the present invention is based on incorporating the calculation for the cross sections of the bead, of the value of the generated weld throat plane.
  • This magnitude is defined, in welding theory, as the maximum area contained in a cross section of the weld bead, said area being delimited by a straight line perpendicular to the bisector drawn between the two elements to be welded (typically, two workpieces). , or two portions of a workpiece to be welded).
  • the value of the throat plane can be directly related to the mechanical resistance of the bead in a given cut, knowing the welding material.
  • throat plane Although this relationship between the throat plane and the welding material is, in general, known in the state of the art, its application to simulated welding techniques is novel compared to the methods known in the present invention. Furthermore, as previously mentioned, the application of the throat plane calculation to simulated weld beads allows us to know the mechanical resistance with each successive pass of material, which is not possible, as mentioned, in real welding.
  • a first object of the invention relates to a method of simulating a welding operation, where said welding operation represents the application of one or more passes of welding material on a physical workpiece, and where said passes of welding material configure a welding bead, where said method includes the operation of:
  • simulation equipment connected to the physical tool; where said simulation equipment is adapted with hardware and software means that comprise a welding parameter detector, a welding calculator, a renderer and a display where said method comprises carrying out the following steps, with the simulation equipment: - rendering, with the renderer, at least one simulation domain in which the weld bead is represented within a three-dimensional weld space; and at least one of a simulated workpiece and a simulated welding tool representing, respectively, the physical workpiece and the physical tool within the three-dimensional welding space; and
  • one or more input welding parameters that characterize a welding operation performed by a user with the physical tool, for one or more passes of welding material, where said input welding parameters comprise , at least one of the following: volume of deposited material, surface of deposited material, composition of the deposited material, type of welding process, welding voltage, welding current, wire feed speed, type of electrode, composition of the electrode, welding gas type, welding gas flow rate.
  • the method of the invention additionally comprises the following steps:
  • the information relating to the mechanical properties of the weld bead comprises a representation, in the display, of information in the form of a color scale along the weld bead. More preferably, the information relating to the mechanical properties of the weld bead includes the value of the mechanical resistance of the weld bead, obtained from the throat plane in the transverse sections.
  • the information relating to the mechanical properties of the weld bead comprises one or more values relating to the mechanical resistance of the weld bead, obtained from the throat plane of the cross sections. More preferably, the values relating to the mechanical resistance of the weld bead comprise the compressive stress, the tensile stress, and/or the torsional stress.
  • the information relating to the throat plane comprises a representation of the passes along the weld bead.
  • the input parameters detected by the welding detector comprise the volume of deposited material, the surface of deposited material, the composition of the deposited material, the type of welding process, welding voltage, welding current. welding, wire feed speed, electrode type, electrode composition, welding gas type and/or the welding gas flow rate corresponding to an actual welding operation.
  • the physical workpiece and/or the physical tool comprise at least one position indicator
  • the method additionally comprises a step in which at least one position detector is arranged, adapted to receive information corresponding to the position of the workpiece and/or the physical tool, through the position indicator; and where the method also includes carrying out the following steps:
  • the step of determining, with the detector, the position and orientation of the physical workpiece and/or the physical tool comprises obtaining information about at least one of the following: working angle, travel angle, travel speed, working distance between the physical workpiece and/or the physical tool.
  • the information relating to the mechanical properties of the weld bead comprises information regarding at least one value relative to the maximum mechanical resistance of the weld bead.
  • the value relative to the maximum mechanical resistance of the weld bead comprises information according to at least one of the following: number of passes, geometric discontinuities, inclusions, position of the geometric discontinuities, position of the inclusions, type of joint, position, welding material and/or welding process.
  • the information relating to the mechanical properties of the weld bead comprises information regarding a position of the weld bead where the mechanical resistance value of the weld bead is maximum.
  • the information related to the mechanical properties of the weld bead comprises a representation, when displayed ⁇ in the form of a color scale along the piece.
  • information related to one or more mechanical forces applied to the simulated workpiece is introduced into the simulation equipment, where said forces Mechanical functions are represented on the display and are parameterized by a module, a direction and/or an address.
  • the parameterization of the module, the direction and/or direction of the mechanical forces are set prior to carrying out the welding operation, and/or are modified during the welding operation depending on the input welding parameters.
  • At least one of the following execution parameters for a weld is represented on the display, depending on the parameterization of the mechanical forces: welding geometry, welding process and/or number of passes, where said execution parameters are shown previously and/or during the welding operation.
  • the step of calculating, with the calculator, the throat plane associated with the cross sections of the welding bead, for each pass additionally comprises the estimation of the carbon footprint generated in each of the passes, and/or in the simulated welding operation.
  • the estimation of the carbon footprint generated in a simulated welding operation additionally comprises saving, in the simulation equipment, information related to said carbon footprint estimate for each of the welding operations. Simulated welding performed with simulation equipment.
  • the information, stored in the simulation equipment, relative to the estimate of the carbon footprint for each of the simulated welding operations carried out with the simulation equipment comprises a value relative to the learning evolution of the simulated welding operations carried out.
  • the estimation of the carbon footprint generated in a simulated welding operation further comprises calculating the relationship between said carbon footprint and the value relative to the learning evolution of the welding operations. simulated performed.
  • the step of calculating, with the calculator, the throat plane associated with the transverse cuts of the welding bead, for each pass additionally comprises calculating the relationship between the value of the throat plane and the carbon footprint of each of the passes, where said relationship is characterized by being correct, excessive or inferior.
  • the step of calculating, with the calculator, the throat plane associated with the cross sections of the welding bead, for each pass additionally comprises calculating the relationship between the carbon footprint of each of the passes of a weld performed on a simulated workpiece subjected to one or more mechanical forces and its welding procedure specification (WPS).
  • WPS welding procedure specification
  • the step of representing, with the visualization ⁇ the rendered weld bead together with information related to the throat plane and/or the calculated mechanical properties of said weld bead comprises representing the weld bead.
  • weld rendered in a plurality of regions of a simulated workpiece, where said regions are occlusive from at least one viewpoint in the simulation domain. And, more preferably, the occlusive regions are located on opposite surfaces of the simulated workpiece.
  • the physical workpiece comprises a plurality of position indicators of said physical workpiece
  • - position indicators comprise one or more of the following: optical markers, printed markers and/or natural markers;
  • the position indicators are arranged in regions of the physical workpiece corresponding to the occlusive regions of the simulated workpiece.
  • a second object of the invention relates to a simulation system for a welding operation, where said welding operation represents the application of one or more passes of welding material on a physical workpiece, and where said passes of welding material welding form a weld bead; where said system includes:
  • simulation equipment - a physical tool operable by a user, said user being a human or a robotic component; and - a simulation equipment connected to the physical tool (said connection being understood as any means that allows information to be exchanged between the simulation equipment and the physical tool, or from one to the other), where said simulation equipment is adapted with hardware and software comprising a welding parameter detector, a welding calculator, a renderer and a display and where, advantageously, the simulation equipment is adapted to perform the steps of a method according to any of the embodiments described herein.
  • the physical tool comprises an actual welding tool, a training tool, and/or an actual welding inspection tool.
  • the physical tool comprises a robotic arm or a robotic tool.
  • the system comprises at least one position indicator of a physical workpiece and/or of the physical tool and, additionally, comprises at least one position detector, adapted to receive information corresponding to the position of the workpiece and/or the physical tool by means of the position indicator.
  • the position indicator comprises one or more of the following: optical markers, printed markers and/or natural markers.
  • the position detector comprises one or more of the following: cameras, inertial sensors, haptic sensors, thermal sensors, mechanical sensors, electromagnetic sensors.
  • Figure 1 shows a perspective view of the main elements simulated with the method of the invention, in a preferred embodiment thereof, where a simulated weld bead formed by three simulated passes of material is shown (differentiated in the figure by three filling patterns), where said simulated bead is deposited on a simulated workpiece, by means of a simulated welding tool that, for said embodiment, represents a welding torch.
  • Figure 2 represents, schematically, the main elements of the simulation equipment of the invention, in a preferred embodiment thereof.
  • Figure 3 shows a perspective view of the weld bead obtained from the method of the invention, where the shape and volume of said weld bead are calculated as a succession of interconnected cross sections, which together correspond to one or more simulated passes of welding material.
  • the left part of the figure also shows an enlarged profile view of the passes of simulated welding material, for one of said cuts, deposited on a simulated workpiece.
  • Figure 4 illustrates, as an example, obtaining the value of the throat plane by measuring two straight lines, from the bisector corresponding to a welding bead that includes three passes of material, arranged between two welded elements. in a “T” shaped joint.
  • one of the two lines is the one that defines a larger area in the cross section and, consequently, the one that determines the throat plane of the weld bead, for each cross section thereof.
  • Figures 5a-5c show an example of representation, by the method of the invention, of the information related to the mechanical properties of the weld bead, in the form of a color scale along said bead, for an embodiment of the invention. based on three passes of simulated weld material. So that, In each of said figures, the aforementioned information is represented, for each pass incrementally.
  • Figure 6 illustrates a preferred embodiment of the invention, where the workpiece and/or the tool comprises one or more position indicators, as well as one or more position detectors adapted to receive information corresponding to the position of the workpiece. work and/or tool.
  • a first object of the invention refers to a simulation method of a welding operation, where said simulation is carried out, preferably, in an augmented reality, virtual reality or computer environment. mixed reality.
  • the simulated welding operation preferably represents the application of a simulated welding material on a simulated work piece (1), where said application of material is carried out by a simulated welding tool (2) (said tool (2) may be, for example, a simulated welding torch, a simulated welding electrode, a simulated welding robotic arm, a simulated welding inspection tool, etc.) .
  • the simulated weld material is deposited as one or more simulated passes (3, 3', 3") (understood as substantially longitudinal extensions of simulated weld material, which can be arranged one above the other, in total or partial superposition between them as they are generated), and where the set formed by said simulated passes (3, 3'. 3”) configures a simulated welding bead (4).
  • the simulated passes (3, 3', 3”) therefore represent the material passes that typically make up the real weld beads.
  • certain elements simulated through the described method can be generated in relation to corresponding real elements, such as a physical workpiece (T) or a physical tool (2'), the latter being, in different embodiments, a real welding tool (i.e., adapted to the deposition of actual solder material) or a training tool (whose dimensions, weight or other properties are similar to those of a real welding tool, but without the ability to deposit actual solder material).
  • a real welding tool i.e., adapted to the deposition of actual solder material
  • a training tool whose dimensions, weight or other properties are similar to those of a real welding tool, but without the ability to deposit actual solder material.
  • the physical tool (2') may comprise an actual weld inspection tool, configured to obtain, for example, information on the surface, volume, shape or material composition corresponding to an actual weld bead. , from which the simulation of the welding bead (4) can be generated.
  • the physical tool (2') can be operated by a human, robotic or computerized user, both directly and indirectly, from a corresponding interface or control means.
  • the method of the invention may comprise the representation of a simulated work piece (1) and a simulated welding tool (2) on a piece (1). ') of physical work and a physical tool (2'), respectively (said physical elements are represented in Figure 2 of this document).
  • a physical work piece can be understood as an industrial part, a vehicle, a construction element, an engineering element, or a part thereof, on which you want to perform the welding operation and/or its corresponding simulation.
  • the method of the invention comprises the operation of a simulation equipment (5), where said simulation equipment (5) is adapted with hardware means and software that comprises a detector (6) of welding parameters, a welding calculator (7), a renderer (8) and a viewer (9).
  • said simulation equipment (5) can be used connected to a physical tool (2'), in other embodiments it can be used independently of said tool (2').
  • the simulation equipment (5) will be adapted to receive information obtained from the operation of said physical tool (2'), for example from its interaction with a human, robotic or computerized user, and/or with a physical workpiece (T), which generates data related to the simulated welding operation that can be analyzed by the detector (6).
  • the connection between the simulation equipment (5) and the physical tool (2') can occur through a material connection (for example, through a cable and/or information port) or in a wirelessly, and both directly and through intermediary elements, adapted for the exchange of said data between the simulation equipment (5) and the physical tool (2'), or to provide information about one with respect to the other.
  • the simulation equipment (5) may comprise any type of computer or a mobile device (for example, a mobile phone, a tablet, etc.).
  • the welding parameter detector (6) is adapted to receive and process information related to one or more of the following parameters related to the material or type of welding: volume of material deposited, surface of material deposited, composition of the deposited material, type of welding process, voltage welding speed, welding current, wire feeding speed, electrode type, electrode composition, welding gas type, welding gas flow rate.
  • the simulations of the welding operations are based, mainly, on the input information received by the simulation equipment (5) about the properties of the material or type of welding, according to the mentioned parameters.
  • the input information can be generated artificially (for example, through simulation parameterizations, neural networks, artificial intelligence tools) or in a real way, through the analysis of information corresponding to the deposition of a real welding material, for example and in a non-limiting way, by analyzing the properties of shape, volume or composition of a bead (4) of real welding deposited, in one or several successive passes, on a piece (T) physical work.
  • Other parameters detected by the detector (6) may comprise, in other preferred embodiments of the invention, information relating to the position or movement of the physical tool (1') (such as, for example, the working angle, the angle displacement, the displacement speed, or the working distance between the physical tool (1') and the physical work piece (2'), and/or their corresponding simulated elements.
  • the welding calculator (7) is configured, for its part, to calculate the shape and volume of the welding bead (4) from the input welding parameters processed by the detector (6). Preferably, said calculation is performed for each pass (3, 3', 3") of simulated welding material.
  • the calculation techniques associated with determining the shape and volume of the welding bead (4) from welding parameters are known and are detailed, as a non-limiting example of the invention, in the application for patent WO 2019/171172 A1.
  • the renderer (8) is configured to generate realistic or photorealistic image information from two-dimensional (2D) or three-dimensional (3D) models in a simulation environment. 2D or 3D rendering techniques from models are, in general, known in the state of the art.
  • the viewer (9) is configured to represent and display the image information generated by the renderer (8). To do this, the display (9) may comprise, in different embodiments of the invention, a monitor or a screen, optionally touch screen.
  • the method of the invention comprises carrying out, with the simulation equipment (5), the following steps, in any technically possible order: i) Rendering, with the renderer (8), at least a simulation domain in which the simulated welding bead (4) is represented in a three-dimensional welding space, and at least one of a simulated workpiece (1) and a simulated welding tool (2) representing, respectively, the physical workpiece (T) and the physical tool (2') within said three-dimensional welding space.
  • each of the aforementioned cuts (10) corresponds, substantially, to different cross sections of the welding bead (4), formed by the total or partial superposition of the passes (3, 3', 3") included in said cord (4).
  • Render with the renderer (8), the welding bead (4) in the simulation domain.
  • the method of the invention also comprises the following steps: v) Calculate, with the calculator (7), the throat plane (11) associated with the welding parameters detected for each of the transverse cuts (10). of the simulation domain and, from said throat plane (11), calculate one or more mechanical properties of the welding bead (4) for each of said transverse cuts (10).
  • the throat plane (11) corresponds, in welding theory, to the maximum area contained in a transversal cut (10) of the welding bead (4), said area being defined by a straight line perpendicular to the bisector (12) drawn between the two pieces or elements (13, 13') to be welded, as illustrated in Figure 4.
  • the tracing of two straight lines (14, 14') is represented (defined as dashed lines) from the bisector (12) (defined as a dashed line with dots) corresponding to a welding bead (4) that comprises three passes (3, 3', 3”) of material, arranged between two elements (13, 13') welded in “T”.
  • a line (14) of the two drawn is the one that defines a larger area in the transverse section (10) and, consequently, the one that determines the throat plane (11) (represented as the region occupied by the striped pattern in Figure 4).
  • the determination of said throat plane (11), together with the information on the composition of the welding material, allows the mechanical resistance of the welding bead (4) in each cut (10) to be determined unequivocally (typically, by means of prior parameterization). , consequently, determining one or more mechanical properties of said cord (4) from the calculated mechanical resistance value.
  • the invention substantially improves the ability to analyze the mechanical properties of the bead (4) with respect to other known techniques, including those for real welding analysis.
  • the information relating to the mechanical properties of the welding bead (4) may comprise a representation in the form of a color scale along the bead (4), for each pass (3, 3', 3”) of simulated welding material.
  • a representation in the form of a color scale along the bead (4), for each pass (3, 3', 3”) of simulated welding material is shown in Figures 5a-5c of this document. In them, it is observed how, from the values of width (w), throat (t) (obtained from the bisector (12)) and effective lengths (a1, a2) welded in each element (13, 13' ) of the work piece or pieces, it is possible to calculate the throat plane (11) for each pass (3) in the sections (10) of the welding bead (4).
  • FIG. 5a- 5c an example of welding is represented based on three passes (3, 3', 3”) of simulated weld material, where information about the mechanical strength value (shown as a color scale) is represented. represents for each successive pass (3, 3', 3”), respectively.
  • This information can be displayed, in a preferred embodiment of the invention, on the display (9) of the welding equipment or under any other means of representation of information where, for example, the simulated welding bead (4) can be represented jointly.
  • Said information can be represented, in different embodiments of the invention, statically in a certain section (10), or dynamically, through a reproduction functionality that shows the values obtained moving along the welding bead (4), for example as the simulated welding material is deposited during the application of each pass (3, 3', 3”), or when the welding operation has been completed for each pass (3, 3', 3 ").
  • Said playback functionality can, in different embodiments, be configured to travel, in forward or reverse, the cord (4) of welding both in time and space, either during the welding operation, as the welding bead (4) is formed with each pass (3, 3', 3"), or when said welding operation has already finalized.
  • each transversal cut (10) it is possible to calculate other mechanical properties obtained from it, such as the compressive stress, the tensile stress, and/or the torsional stress of the simulated welding bead (4). It is important to highlight, once again, that the results obtained from the method of the invention provide detailed information for each defined cut (10), which allows knowing, in a realistic way, the mechanical properties of the welding bead (4). on a millimeter or micrometer scale, throughout each of its (3) successive passes.
  • the information relating to the mechanical properties of the welding bead (4) comprises information regarding at least one value relative to the maximum mechanical resistance of the welding bead (4). With this functionality, the maximum mechanical resistance of the calculated welding bead (4) is determined.
  • the value relative to the maximum mechanical resistance of the welding bead (4) considering the phenomena that typically take place in real welding processes and that modify the mechanical resistance of the bead (4). welding. These phenomena include the number of passes (3), the presence of geometric discontinuities and inclusions of slag or tungsten, the position of the geometric discontinuities, the position of the inclusions, type of welding joint, position, welding material and/or welding process.
  • the information relating to the mechanical properties of the welding bead (4) comprises information regarding a position of the welding bead (4) where the value of the mechanical resistance of the welding bead (4) is maximum. This functionality makes it possible to associate the value relative to the maximum resistance of the welding bead (4) with the position of the welding bead (4) where the resistance of the welding bead (4) corresponds to the value of said maximum resistance.
  • the information related to the mechanical properties of the welding bead (4) comprises a representation, on the display (9), in the form of a color scale along the piece.
  • information related to one or more mechanical forces applied to the simulated workpiece (1) is introduced into the simulation equipment (5), where said mechanical forces They are represented in the display (9) and are parameterized by a module, a direction and a direction.
  • module, direction and direction refer to the module, direction and direction of the force vector.
  • the parameterization of the module, the sense and/or direction of the mechanical forces is set prior to carrying out the welding operation, and/or is modified during the welding operation depending on the input welding parameters.
  • the user establishes, prior to the welding operation, the parameterization referring to the module, the sense and/or the direction of the mechanical forces, so that, during the welding operation, said parameterization is applied. on the simulated workpiece (1), simulating that mechanical forces of module, direction and/or direction are applied to the piece according to the initially established parameterization.
  • the user once the welding operation has begun, can modify the initially established parameterization regarding the module, the sense and/or the direction of the mechanical forces.
  • the user can set additional parameterizations referring to new mechanical forces. In this way, new mechanical stresses would be generated on the simulated workpiece (1).
  • at least one of the following execution parameters for a weld is represented on the display (9), depending on the parameterization of the mechanical forces: welding geometry, welding process and /or number of passes, where said execution parameters are shown previously and/or during the welding operation.
  • the execution parameters represented prior to the welding operation are determined based on the initial parameterization of the module, the direction and/or direction of the forces, so that, following said parameters, the user after the welding operation obtains a weld bead (4) with good mechanical resistance to the mechanical stresses generated by the parameterized mechanical forces.
  • execution parameters can be proposed during the welding operation, acting as corrective measures. In this way, if during the welding operation the user does not make an adequate weld, the simulation equipment (5) proposes execution parameters that allow the user to rectify the weld until an adequate weld is achieved. Following these parameters, the welding operation is modified until a weld with good resistance to the mechanical stresses generated by the parameterized mechanical forces is achieved.
  • This embodiment is applicable to any welding calculation procedure, it is not limited to the calculation of the welding bead (4).
  • the step of calculating, with the calculator (7), the throat plane (11) associated with the transverse cuts of the welding bead (4), for each pass (3) additionally comprises the estimation of the carbon footprint generated in each of the passes (3).
  • the carbon footprint is understood as the environmental impact of carrying out the welding operation, based on one or more of the input welding parameters: volume of deposited material, surface of deposited material, composition of material deposited, type of welding process, welding voltage, welding current, wire feeding speed, type of electrode, electrode composition, type of welding gas, welding gas flow rate.
  • the estimation of the carbon footprint generated in a simulated welding operation additionally comprises saving, in the simulation equipment (5), information related to said estimation of the carbon footprint. carbon for each of the simulated welding operations carried out with the simulation equipment (5).
  • this functionality it is possible to save in the simulation equipment (5) the information regarding the carbon footprint generated for each of the welding operations carried out by the user.
  • the information, stored in the simulation equipment (5), related to the estimation of the carbon footprint for each of the simulated welding operations carried out with the simulation equipment (5) comprises a value relative to the learning evolution of the simulated welding operations carried out.
  • the value relative to the learning evolution is understood to be the average value of all the carbon footprints generated during each welding operation carried out by the user.
  • the estimation of the carbon footprint generated in a simulated welding operation additionally comprises calculating the relationship between said carbon footprint and the value relative to the learning evolution of the simulated welding operations carried out.
  • the calculated ratio is represented on the display (9).
  • the simulation equipment (9) would show the average necessary value of said relationship to obtain a valid qualification.
  • the simulation equipment (9) would estimate the slope of the learning evolution to be followed to obtain a valid qualification and, given this slope, it would estimate in which position the user is located. The user is considered to have acquired a valid qualification when he or she is able to perform standard welding after achieving a good result in simulated welding operations.
  • the step of calculating, with the calculator (7), the throat plane (11) associated with the cross sections of the welding bead (4), for each pass (3) additionally comprises calculating the relationship between the value of the throat plane (11) and the carbon footprint of each of the passes (3). It is possible to evaluate the relationship between the throat plane (11) and the carbon footprint generated in the resulting joint after several passes (3) or evaluate said relationship for each of the passes (3) independently. In this way, the ratio is evaluated as correct, excessive or inferior and the result is represented on the display (9) after the welding operation. It is understood as a correct relationship that in which the value of the throat plane (11) is correct and the carbon footprint value is the minimum possible for the union or pass (3) of welding material to take place.
  • an excessive ratio is understood to be one in which the contribution of welding material is greater than required or the geometry of the piece is incorrect according to the parameters defined, either by international standards or by WPS or IWM.
  • a distinction must be made between the passes (3) of welding material and the total welding. Per pass (3), a lower carbon footprint value is obtained, which must be compensated with a greater contribution of material in the next pass (3).
  • a throat plane (11) lower than the required one, it must be evaluated whether it is possible to carry out another pass of welding material.
  • the step of calculating, with the calculator (7), the throat plane (11) associated with the transverse cuts of the welding bead (4), for each pass (3) additionally comprises calculating the relationship between the carbon footprint of each of the passes (3) of a weld performed on a simulated workpiece (1) subjected to one or more mechanical forces and its welding procedure specification (WPS).
  • WPS welding procedure specification
  • the simulation method comprises the operation of a physical work piece (1') and/or a physical tool (2'), where said work piece (T) and/or said tool (2') comprise one or more position indicators (15) (see Figure 6), said indicators (15) being able to comprise, for example, optical markers such as LEDs, QR codes, barcodes, retroreflective spheres, and/or printed bookmarks; as well as natural markers such as characteristic points of the work piece (T) and/or of the tool (2') (for example, the corners of said elements can be used as characteristic points, without the need to provide external marking elements. or identification thereof).
  • optical markers such as LEDs, QR codes, barcodes, retroreflective spheres, and/or printed bookmarks
  • natural markers such as characteristic points of the work piece (T) and/or of the tool (2') (for example, the corners of said elements can be used as characteristic points, without the need to provide external marking elements. or identification thereof).
  • position detectors (16) adapted to receive information corresponding to the position of the work piece (1') and/or the tool (2').
  • Said position detectors (16) may comprise, by way of non-limiting example, one or several cameras and/or, in other cases embodiments, other detection means such as inertial, haptic, thermal, mechanical, electromagnetic sensors, etc.
  • the method of the invention additionally comprises carrying out the following steps:
  • the step of determining, with the detectors (16), the position and orientation of the physical work piece (1) and/or the physical tool (2) preferably comprises obtaining information about at least one of the following: work angle, travel angle, travel speed, working distance between the physical work piece (1) and/or the physical tool (2).
  • the step of representing, with the display (9), the rendered weld bead (4) together with information related to the throat plane (11) and/or the calculated mechanical properties of said welding bead (4) comprises representing the rendered weld bead (4) in a plurality of regions of a simulated workpiece (1), where said regions are occlusive from at least one point of view in the simulation domain.
  • the occlusive regions are those that, from the selected point of view, would prevent being seen simultaneously in the piece (1') of real work.
  • the display (9) allows the information relating to the formation of the cord (4) to be displayed in all or part of the occlusive regions and, with this, the user can understand with greater precision what their performance has been in the joint operation relating to these regions.
  • the information cited will preferably also include the calculation, with the calculator (8), of the throat plane (11) associated with the transverse cuts (10) of the weld bead (4) in the occlusive regions, for each pass. (3, 3', 3”) and, from said throat plane (11), calculate one or more mechanical properties of the welding bead (4) for said transverse cuts (10).
  • the physical workpiece (T) comprises, more preferably, a plurality of position indicators (15) of said physical workpiece (T), where the position indicators (15) comprise one or more of the following: optical markers, printed markers and/or natural markers. And, additionally, the position indicators are arranged in regions of the physical workpiece (T) corresponding to the occlusive regions of the simulated workpiece (1).
  • a second aspect of the invention refers to a simulation system for a welding operation, where said welding operation represents the application of one or more passes (3, 3', 3") of welding material on a piece (T ) of physical work, and where said passes (3, 3', 3”) of welding material configure a welding bead (4); where said system includes:
  • simulation equipment (5) connected to the physical tool (2), where said simulation equipment (5) is adapted with hardware and software means that They comprise a detector (6) of welding parameters, a welding calculator (7), a renderer (8) and a display (9); and where, advantageously, the hardware/software means of the simulation equipment (5) is adapted to carry out the steps of a method according to any of the embodiments described herein.

Abstract

La presente invención se refiere, principalmente, a un método de simulación de operaciones de soldadura adaptado para resolver, en un entorno de simulación, la forma y el volumen de un cordón (4) de soldadura a partir de parámetros de soldadura de entrada para cada una o más pasadas (3, 3', 3") de material de soldadura, donde dicha forma y volumen se calculan como una sucesión de cortes (10) transversales interconectados. El método de la invención comprende, ventajosamente, calcular el plano (11) de garganta asociado a los cortes (10) transversales del cordón de soldadura (4), para cada pasada (3, 3', 3") y, a partir de dicho plano (11) de garganta, calcular una o más propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura para dichos cortes (10) transversales. La invención se refiere, asimismo, a un sistema de simulación que comprende medios configurados para implementar el método descrito.

Description

DESCRIPCIÓN
MÉTODO Y SISTEMA DE SIMULACIÓN DE OPERACIONES DE SOLDADURA
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere, con carácter general, al campo del aprendizaje mediante técnicas de realidad aumentada y, más concretamente, a métodos y a sistemas para simular operaciones de soldadura por ordenador, preferentemente mediante procedimientos de realidad aumentada. En el ámbito de la presente invención, el término “realidad aumentada” se entenderá referido, además, a cualesquiera otras técnicas de representación visual mediante realidad virtual o mediante realidad mixta.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los sistemas y métodos conocidos para simular operaciones de unión mediante deposición de material, tales como las operaciones de soldadura, requieren un uso intensivo de recursos de procesamiento gráfico para realizar las simulaciones. Así, en los sistemas de simulación de soldadura convencionales, los cálculos y la representación del cordón de soldadura simulada (esto es, el hilo de material de soldadura depositado en la interfaz de las superficies soldadas) requieren una potencia computacional considerable. Ello limita de manera efectiva los equipos en los que dicha simulación puede implementarse, quedando por lo general limitados a ordenadores con unidades de procesamiento gráfico dedicadas. A modo de ejemplo, los dispositivos móviles y/o los navegadores web no permiten, con carácter general, implementar las técnicas de simulación de soldadura convencionales. Además, dichos sistemas y métodos convencionales son engorrosos de implementar y presentan dificultades para el desarrollo de nuevas características y funcionalidades, tales como la implementación de formas de soldadura complejas y/o de simulación de diferentes materiales de soldadura.
En las técnicas de simulación de soldadura conocidas, la cantidad de material transferido desde la herramienta de soldadura utilizada (por ejemplo, una antorcha de soldadura, un electrodo de soldadura, un brazo robótico de soldadura, etc.) hasta el cordón de soldadura no se puede modelar con gran precisión, como consecuencia de las limitaciones computacionales mencionadas. A pesar ello, obtener un modelado preciso del cordón de soldadura resulta crucial, en este campo, para simular de forma realista las pasadas sucesivas de material depositado que se realizan en cada operación de soldadura.
Con el objetivo de mejorar las técnicas de simulación de soldadura convencionales, en los últimos años se han desarrollado diversas soluciones que permiten reducir sustancialmente los requisitos computacionales de las operaciones de simulación, manteniendo a la vez resultados de visualization realistas e, incluso, fotorrealistas, obteniéndose imágenes de simulación equiparables a los resultados de una soldadura real. Un ejemplo de estas técnicas se describe en la solicitud de patente WO 2019/171172 A1. Dicho documento describe un procedimiento de simulación de un cordón de soldadura mediante una segmentación de dicho cordón en una pluralidad de cortes transversales, lo que facilita su cálculo y posterior rendehzación en un entorno de simulación, al precisar de menores recursos computacionales que otras alternativas conocidas del estado de la técnica.
Como consecuencia del reciente perfeccionamiento de las técnicas de simulación de operaciones de soldadura, resultaría deseable desarrollar procedimientos de cálculo realista de las propiedades mecánicas del cordón de soldadura, que puedan utilizarse como indicadores de la calidad de la soldadura alcanzada en cada operación, a través de la herramienta utilizada (antorcha de soldadura, brazo robótico, etc.). Disponer de estos indicadores resulta de gran valor en el ámbito de las tecnologías de entrenamiento y de aprendizaje de habilidades de soldadura ya que, con ello, las personas que se encuentran aprendiendo, así como sus profesores, pueden obtener información cuantitativa acerca de la calidad de una determinada operación. Por su parte, en el ámbito de la soldadura robótica, esta capacidad permitiría refinar las procedimientos de aprendizaje de los robots de soldadura.
Es importante aclarar que, hasta la fecha, no existen técnicas maduras para calcular las propiedades mecánicas de los cordones de soldadura simulados, que resulten además asumibles en términos de exigencia de recursos computacionales. Así pues, la única alternativa realista a esta posibilidad, actualmente, es la realización de ensayos de soldadura real, lo que requiere el consumo de importantes recursos materiales, principalmente en forma de piezas y material de soldadura, con el consiguiente impacto ambiental, y supone un riesgo mayor de accidente para los usuarios con menos experiencia, lo que impone necesariamente además una mayor necesidad de supervisión humana.
En este contexto, la obtención de los citados procedimientos de simulación de propiedades mecánicas resultaría, adicionalmente, muy valioso para poder simular una gran variedad de ensayos de soldadura, tanto de tipo destructivo (tracción, torsión o compresión de la pieza soldada para verificar sus propiedades mecánicas y su resistencia, así como la posible existencia de defectos de soldadura) como no destructivo (por ejemplo, ensayos de tipo óptico o acústico). De nuevo, la obtención de información realista sobre estas propiedades mediante simulación supondría un importante ahorro de materiales y costes humanos, con el correspondiente beneficio en segundad e impacto medioambiental.
Por otra parte, disponer de técnicas de cálculo por simulación de propiedades mecánicas de soldadura puede resultar beneficioso, además, en las operaciones de soldadura real. En este contexto, la simulación realista de las propiedades mecánicas de un cordón de soldadura simulado, a partir de las características de un cordón real, puede sustituir, ventajosamente, a las técnicas tradicionales basadas en ensayos destructivos y no destructivos, cuyo coste y necesidad de especialización son muy elevados.
La presente invención está orientada a resolver los problemas y limitaciones anteriores, mediante un novedoso método de simulación de operaciones de soldadura, y de un sistema que implementa dicho método.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN
El método y el sistema de la invención tienen por objeto, preferentemente, la simulación de operaciones de unión por soldadura según se representa y se describe, respectivamente, en relación con la descripción, las figuras y las reivindicaciones del presente documento.
Más concretamente, un primer objeto de la invención se refiere, de forma general, a un método y a un sistema adaptados para proporcionar entorno de simulación mediante realidad aumentada, que comprenden medios hardware/software adaptados para soportar el cálculo, renderizado y visualization de gráficos preferentemente tridimensionales (3D), así como de medios de comunicación entre usuarios de un software de simulación, junto con una implementation de métodos matemáticos y/o algoritmos que simulan procesos de soldadura en 3D.
El método y el sistema de la invención se implementan, en una realización preferente de la misma, por medio de un software que puede utilizarse, por ejemplo, para administrar un aula virtual destinada al aprendizaje de técnicas de soldadura, y de una aplicación de realidad aumentada que simula un proceso de soldadura en un entorno real. Así pues, mediante el uso de técnicas de realidad aumentada, las imágenes virtuales correspondientes a las operaciones de soldadura, generadas por ordenador, se superponen o transponen a entornos reales para definir y/o crear una realidad aumentada, virtual o mixta que proporciona a los usuarios una herramienta para aprender diferentes técnicas de soldadura. En algunos ejemplos de la invención, el usuario (por ejemplo, un soldador o un aprendiz de soldadura) utiliza una pantalla, gafas de vídeo y/o cualquier otro dispositivo de visualization adaptado al efecto. La pantalla o las gafas pueden, a su vez, integrarse en una máscara de soldadura comercial y presentan la realidad mixta a un usuario que usa la máscara de soldadura. De ese modo, se consigue una simulación realista de las condiciones de la soldadura real.
Si bien la presente invención se refiere habitualmente a las operaciones realizadas por un usuario, dicho usuario se entenderá, con carácter genérico, no sólo como un usuario humano, sino como cualquier elemento robótico que realice o ensaye las operaciones de soldadura.
Las realizaciones de los sistemas y métodos descritos como ejemplo de la invención proporcionan, preferentemente, una representación visual simulada de piezas de trabajo de soldadura (generalmente denominadas como "cupones"). No obstante, dichas piezas de trabajo se entenderán, en el ámbito de la invención, como cualesquiera elementos, reales o simulados, que comprendan las regiones que son soldadas. Así, por ejemplo, además de los cupones, una pieza de trabajo puede entenderse como una pieza industrial, un vehículo, un elemento constructivo, o un elemento de ingeniería, real o simulado, sobre el que se desea realizar la operación de soldadura. Por su parte, los cordones de soldadura obtenidos con el método y el sistema de simulación de la invención representan, de manera realista, las deposiciones típicamente longitudinales de material de soldadura, en una o varias pasadas, dependiendo del tipo de operación de soldadura ejecutada. En diferentes realizaciones de la invención, dicho método y sistema pueden utilizarse para reproducir de forma realista la generación de defectos en el cordón de soldadura, de tal manera que un usuario pueda visualizarlos y comprender mejor cómo y por qué han ocurrido, aprendiendo a evitarlos en operaciones sucesivas. En otras realizaciones, los sistemas y métodos de la invención pueden distinguir entre diferentes técnicas utilizadas para formar una soldadura y representarla, de manera realista, bajo formatos diferentes en el medio de visualization elegido para representar la simulación.
En relación con la simulación convencional de operaciones de soldadura, los sistemas y métodos descritos por la invención permiten calcular correctamente la cantidad de material transferido desde una herramienta de soldadura hasta una pieza de trabajo, ajustando la concavidad o convexidad de la geometría del cordón para mejorar la precisión de la interacción entre diferentes pasadas, mejorando la representación de las soldaduras formadas. De este modo, es posible controlar el crecimiento no natural resultante de la falta de movimiento de la herramienta de soldadura, proporcionando una transición precisa entre la pieza de trabajo y el cordón de soldadura, y simulando con precisión la fusión de las piezas de trabajo y los materiales de soldadura subyacentes, entre otras muchas ventajas. En comparación con los métodos y sistemas conocidos la invención permite, además, calcular de forma realista las propiedades mecánicas de los cordones de soldadura obtenidos, mostrándolos al usuario de forma detallada a lo largo del cordón, para cada pasada sucesiva de material depositado. Esta capacidad mejorada no puede obtenerse en operaciones de soldadura real ya que, en ellas, el cordón de soldadura se forma de modo no reversible, a medida que las pasadas sucesivas de material se depositan unas sobre otras.
Adicionalmente, las realizaciones de los sistemas y métodos de la invención se basan, esencialmente, en el cálculo de las secciones transversales del cordón de soldadura, con el objetivo de calcular las propiedades mecánicas de dicho cordón a lo largo de su extensión. De ese modo, la invención permite representar las citadas propiedades mecánicas del cordón de soldadura en cualquier ubicación de corte, lo que permite indicar al usuario, entre otras ventajas, en qué puntos del cordón la soldadura se ha realizado con menor o mayor resistencia, dónde se han realizado pasadas que mejoran o no dichas propiedades, etc. Esta capacidad no se puede obtener con las técnicas tradicionales.
Para calcular las propiedades mecánicas del cordón de soldadura, la presente invención se basa en incorporar el cálculo para los cortes transversales del cordón, del valor del plano de garganta de soldadura generado. Esta magnitud se define, en teoría de soldadura, como el área máxima contenida en un corte transversal del cordón de soldadura, estando delimitada dicha área por una línea recta perpendicular a la bisectriz trazada entre los dos elementos a soldar (típicamente, dos piezas de trabajo, o dos porciones de una pieza de trabajo que se desea soldar). El valor del plano de garganta puede relacionarse de forma directa con la resistencia mecánica del cordón en un determinado corte, conociendo el material de soldadura. Si bien esta relación entre el plano de garganta y el material de soldadura es, con carácter general, conocida en el estado de la técnica, su aplicación a técnicas de soldadura simulada resulta novedosa frente a los métodos conocidos en la presente invención. Además, según se ha mencionado previamente, la aplicación del cálculo del plano de garganta a cordones de soldadura simulados permite conocer la resistencia mecánica con cada pasada sucesiva de material, lo que no resulta posible, como se ha mencionado, en soldadura real.
Más concretamente, un primer objeto de la invención se refiere a un método de simulación de una operación de soldadura, donde dicha operación de soldadura representa la aplicación de una o más pasadas de material de soldadura sobre una pieza de trabajo física, y donde dichas pasadas de material de soldadura configuran un cordón de soldadura, donde dicho método comprende la operación de:
- una herramienta física operable por un usuario, siendo dicho usuario humano o un componente robótico; y
- un equipo de simulación conectado a la herramienta física; donde dicho equipo de simulación está adaptado con medios hardware y software que comprenden un detector de parámetros de soldadura, un calculador de soldadura, un renderizador y un visualizados donde dicho método comprende la realización de los siguientes pasos, con el equipo de simulación: - renderizar, con el renderizador, al menos un dominio de simulación en el que se representa el cordón de soldadura dentro de un espacio de soldadura tridimensional; y al menos una de entre una pieza de trabajo simulada y una herramienta de soldadura simulada que representan, respectivamente, la pieza de trabajo física y la herramienta física dentro del espacio de soldadura tridimensional; y
- detectar, con el detector de soldadura, uno o más parámetros de soldadura de entrada que caracterizan una operación de soldadura realizada por un usuario con la herramienta física, para una o más pasadas de material de soldadura, donde dichos parámetros de soldadura de entrada comprenden, al menos, uno de los siguientes: volumen de material depositado, superficie de material depositado, composición del material depositado, tipo de proceso de soldadura, voltaje de soldadura, corriente de soldadura, velocidad de alimentación de hilo, tipo de electrodo, composición del electrodo, tipo de gas de soldadura, caudal de gas de soldadura.
Ventajosamente, el método de la invención comprende, adicionalmente, los siguientes pasos:
- resolver, con el calculador, la forma y el volumen del cordón de soldadura a partir de los parámetros de soldadura de entrada para cada una de las pasadas, donde dicha forma y volumen se calculan como una sucesión de cortes transversales interconectados que, en conjunto, configuran el cordón de soldadura;
- renderizar, con el renderizador, el cordón de soldadura en el dominio de simulación;
- calcular, con el calculador, el plano de garganta asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura, para cada pasada y, a partir de dicho plano de garganta, calcular una o más propiedades mecánicas del cordón de soldadura para dichos cortes transversales;
- representar, con el visualizado^ el cordón de soldadura renderizado junto con información relativa al plano de garganta y/o a las propiedades mecánicas calculadas de dicho cordón de soldadura para los cortes transversales en el dominio de simulación, y para una o más pasadas de material de soldadura.
En una realización preferente del método de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón de soldadura comprende una representación, en el visualizado^ de información en forma de una escala de color a lo largo del cordón de soldadura. Más preferentemente, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón de soldadura comprende el valor de la resistencia mecánica del cordón de soldadura, obtenida a partir del plano de garganta en los cortes transversales.
En otra realización preferente de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón de soldadura comprende uno o más valores relativos a la resistencia mecánica del cordón de soldadura, obtenidos a partir del plano de garganta de los cortes transversales. Más preferentemente, los valores relativos a la resistencia mecánica del cordón de soldadura comprenden el esfuerzo a compresión, el esfuerzo a tracción, y/o el esfuerzo a torsión.
En otra realización preferente de la invención, la información relativa al plano de garganta comprende una representación de las pasadas a lo largo del cordón de soldadura.
En otra realización preferente de la invención, los parámetros de entrada detectados por el detector de soldadura comprenden el volumen de material depositado, la superficie de material depositado, la composición del material depositado, el tipo de proceso de soldadura, voltaje de soldadura, corriente de soldadura, velocidad de alimentación de hilo, tipo de electrodo, composición del electrodo, tipo de gas de soldadura y/o el caudal de gas de soldadura correspondientes a una operación de soldadura real.
En otra realización preferente de la invención, la pieza de trabajo física y/o la herramienta física comprenden al menos un indicador de posición, donde el método comprende, adicionalmente, una etapa en la que se dispone al menos un detector de posición, adaptado para recibir información correspondiente a la posición de la pieza de trabajo y/o de la herramienta física, por medio del indicador de posición; y donde el método comprende, además, la realización de los siguientes pasos:
- obtener, con el detector de posición, información correspondiente a la localización de la pieza de trabajo física y/o de la herramienta física por medio del indicador;
- determinar, con el detector de posición, la posición y la orientación de la pieza de trabajo física y/o de la herramienta física, obteniendo información sobre al menos uno de los siguientes elementos: una parte la pieza de trabajo física y/o de la herramienta física que son visibles en un campo de visión; la distancia entre el detector de posición y la pieza de trabajo física y/o la herramienta física, la ubicación y orientación de herramienta física con relación a la pieza de trabajo física; la orientación de la pieza de trabajo física a partir de la información del detector; y
- representar, con el visualizado^ el dominio de simulación, basado en el mapeo del indicador de posición a posiciones en una pieza de trabajo simulada y/o una herramienta de soldadura simulada.
En otra realización preferente del método de la invención, el paso de determinar, con el detector, la posición y la orientación de la pieza de trabajo física y/o de la herramienta física comprende la obtención de información sobre, al menos, uno de los siguientes: ángulo de trabajo, ángulo de desplazamiento, velocidad de desplazamiento, distancia de trabajo entre la pieza de trabajo física y/o de la herramienta física.
En otra realización preferente de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón de soldadura comprende información respecto a, al menos, un valor relativo a la resistencia mecánica máxima del cordón de soldadura.
En otra realización preferente de la invención, el valor relativo a la resistencia mecánica máxima del cordón de soldadura comprende información según, al menos, uno de los siguientes: número de pasadas, discontinuidades geométricas, inclusiones, posición de las discontinuidades geométricas, posición de las inclusiones, tipo de unión, posición, material de soldadura y/o proceso de soldeo.
En otra realización preferente de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón de soldadura comprende información respecto una posición del cordón de soldadura donde el valor de resistencia mecánica del cordón de soldadura es máximo.
En una realización preferente del método de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón de soldadura comprende una representación, en el visualizado^ en forma de una escala de color a lo largo de la pieza.
En otra realización preferente de la invención, previamente a la operación de soldadura, se introduce, en el equipo de simulación, información relativa a una o más fuerzas mecánicas aplicadas sobre la pieza de trabajo simulada, donde dichas fuerzas mecánicas se representan en el visualizador y están parametrizadas por un módulo, un sentido y/o una dirección.
En otra realización preferente de la invención, la parametrización del módulo, el sentido y/o la dirección de las fuerzas mecánicas se fijan previamente a la realización de la operación de soldadura, y/o se modifica durante la operación de soldadura en función de los parámetros de soldadura de entrada.
En otra realización preferente de la invención, se representa, en el visualizador, al menos, uno de los siguientes parámetros de ejecución para una soldadura, en función de la parametrización de las fuerzas mecánicas: geometría de soldadura, proceso de soldadura y/o número de pasadas, donde dichos parámetros de ejecución se muestran previamente y/o durante la operación de soldadura.
En otra realización preferente de la invención, el paso de calcular, con el calculador, el plano de garganta asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura, para cada pasada, comprende adicionalmente la estimación de la huella de carbono generada en cada una de las pasadas, y/o en la operación de soldadura simulada. Más preferentemente, en otra realización la invención, la estimación de la huella de carbono generada en una operación de soldadura simulada comprende adicionalmente guardar, en el equipo de simulación, información relativa a dicha estimación de la huella de carbono para cada una de las operaciones de soldadura simulada realizadas con el equipo de simulación. Más preferentemente, en otra realización de la invención, la información, guardada en el equipo de simulación, relativa a la estimación de la huella de carbono para cada una de las operaciones de soldadura simulada realizadas con el equipo de simulación comprende un valor relativo a la evolución de aprendizaje de las operaciones de soldadura simulada realizadas. Más preferentemente, en otra realización preferente de la invención, la estimación de la huella de carbono generada en una operación de soldadura simulada comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre dicha huella de carbono y el valor relativo a la evolución de aprendizaje de las operaciones de soldadura simulada realizadas.
En otra realización preferente de la invención, el paso de calcular, con el calculador, el plano de garganta asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura, para cada pasada, comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre el valor del plano de garganta y la huella de carbono de cada una de las pasadas, donde dicha relación se caracteriza por ser correcta, excesiva o inferior.
En otra realización preferente de la invención, el paso de calcular, con el calculador, el plano de garganta asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura, para cada pasada, comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre la huella de carbono de cada una de las pasadas de una soldadura realizada en una pieza de trabajo simulada sometida a una o más fuerzas mecánicas y su especificación de procedimiento de soldadura (WPS).
En otra realización preferente del método de la invención, la etapa de representar, con el visualizado^ el cordón de soldadura renderizado junto con información relativa al plano de garganta y/o a las propiedades mecánicas calculadas de dicho cordón de soldadura, comprende representar el cordón de soldadura renderizado en una pluralidad de regiones de una pieza de trabajo simulada, donde dichas regiones son oclusivas desde al menos un punto de vista en el dominio de simulación. Y, más preferentemente, las regiones oclusivas se encuentran en superficies opuestas de la pieza de trabajo simulada.
Aún más preferentemente en el método de la invención:
- la pieza de trabajo física comprende una pluralidad de indicadores de posición de dicha pieza de trabajo física;
- los indicadores de posición comprenden uno o más de los siguientes: marcadores ópticos, marcadores impresos y/o marcadores naturales; y
- los indicadores de posición se encuentra dispuestos en regiones de la pieza de trabajo física correspondientes a las regiones oclusivas de la pieza de trabajo simulada.
Un segundo objeto de la invención se refiere a un sistema de simulación de una operación de soldadura, donde dicha operación de soldadura representa la aplicación de una o más pasadas de material de soldadura sobre una pieza de trabajo física, y donde dichas pasadas de material de soldadura configuran un cordón de soldadura; donde dicho sistema comprende:
- una herramienta física operable por un usuario, siendo dicho usuario humano o un componente robótico; y - un equipo de simulación conectado a la herramienta física (entendiéndose dicha conexión como cualquier medio que permita intercambiar información entre el equipo de simulación y la herramienta física, o de uno respecto al otro), donde dicho equipo de simulación está adaptado con medios hardware y software que comprenden un detector de parámetros de soldadura, un calculador de soldadura, un renderizador y un visualizados y donde, ventajosamente, el equipo de simulación está adaptado para realizar los pasos de un método según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento.
En una realización preferente del sistema de la invención, la herramienta física comprende una herramienta de soldadura real, una herramienta de entrenamiento y/o una herramienta de inspección de soldadura real.
En otra realización preferente del sistema de la invención, la herramienta física comprende un brazo robótico o una herramienta robótica.
En otra realización preferente de la invención, el sistema comprende al menos un indicador de posición de una pieza de trabajo física y/o de la herramienta física y, adicionalmente, comprende al menos un detector de posición, adaptado para recibir información correspondiente a la posición de la pieza de trabajo y/o de la herramienta física por medio del indicador de posición.
En otra realización preferente del sistema de la invención, el indicador de posición comprende uno o más de los siguientes: marcadores ópticos, marcadores impresos y/o marcadores naturales.
En otra realización preferente del sistema de la invención, donde el detector de posición comprende uno o más de los siguientes: cámaras, sensores inerciales, sensores hápticos, sensores térmicos, sensores mecánicos, sensores electromagnéticos.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán con mayor detalle a partir de la descripción detallada que se acompaña a continuación, con referencia a los dibujos adjuntos en los que los caracteres similares representan partes similares a lo largo de las figuras, en las que:
La Figura 1 muestra una vista en perspectiva de los elementos principales simulados con el método de la invención, en una realización preferente de la misma, donde se muestra un cordón de soldadura simulado formado por tres pasadas de material simuladas (diferenciadas en la figura por tres patrones de relleno), donde dicho cordón simulado se deposita sobre una pieza de trabajo simulada, por medio de una herramienta de soldadura simulada que, para dicha realización, representa una antorcha de soldadura.
La Figura 2 representa, esquemáticamente, los elementos principales del equipo de simulación de la invención, en una realización preferente de la misma.
La Figura 3 muestra una vista en perspectiva del cordón de soldadura obtenido a partir del método de la invención, donde la forma y el volumen de dicho cordón de soldadura se calculan como una sucesión de cortes transversales interconectados, que en conjunto corresponden a una o más pasadas simuladas de material de soldadura. En la parte izquierda de la figura se representa, asimismo, una vista de perfil ampliada de las pasadas de material de soldadura simulada, para uno de dichos cortes, depositadas sobre una pieza de trabajo simulada.
La Figura 4 ¡lustra, a modo de ejemplo, la obtención del valor del plano de garganta mediante el tazado de dos líneas rectas, a partir de la bisectriz correspondiente a un cordón de soldadura que comprende tres pasadas de material, dispuestas entre dos elementos soldados en una unión con forma de “T”. En este ejemplo, una línea de las dos trazadas es la que define un área mayor en el corte transversal y, en consecuencia, la que determina el plano de garganta del cordón de soldadura, para cada sección transversal del mismo.
Las Figuras 5a-5c muestran un ejemplo de representación, mediante el método de la invención, de la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón de soldadura, en forma de escala de color a lo largo de dicho cordón, para una realización de la invención basada en tres pasadas de material de soldadura simulado. Así pues, en cada una da dichas figuras, se representa la citada información, para cada pasada de forma incremental.
La Figura 6 ¡lustra una realización preferente de la invención, donde la pieza de trabajo y/o la herramienta comprenden uno o más indicadores de posición, así como uno o más detectores de posición adaptados para recibir información correspondiente a la posición de la pieza de trabajo y/o de la herramienta.
Referencias numéricas utilizadas en la descripción
(1) Pieza de trabajo simulada
(1 ’) Pieza de trabajo física
(2) Herramienta de soldadura simulada
(2’) Herramienta física
(3, 3’, 3”) Pasadas de material de soldadura simuladas
(4) Cordón de soldadura simulado
(5) Equipo de simulación
(6) Detector de parámetros de soldadura
(7) Calculador de soldadura
(8) Renderizador
(9) Visualizador
(10) Cortes transversales del cordón de soldadura
(11) Plano de garganta del corte transversal
(12) Bisectriz que define el plano de garganta
(13, 13’) Elementos soldados en una pieza o piezas de trabajo
(14’, 14’) Rectas trazadas a partir de la bisectriz para definir el plano de garganta
(15) Indicadores de posición de la pieza de trabajo física o de la herramienta física
(16) Detectores de posición de los indicadores
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
Las Figuras 1-6 del presente documento describen una serie de realizaciones preferentes de la invención, que se incorporan con fines ilustrativos y, por tanto, no limitativos del alcance de protección de las reivindicaciones. Tal y como se ha descrito en las secciones previas, un primer objeto de la invención se refiere a un método de simulación de una operación de soldadura, donde dicha simulación se realiza, preferentemente, en un entorno de realidad aumentada, de realidad virtual o de realidad mixta. En este entorno, tal y como se muestra en la Figura 1 , la operación de soldadura simulada representa, preferentemente, la aplicación de un material de soldadura simulado sobre una pieza (1) de trabajo simulada, donde la citada aplicación de material se realiza mediante una herramienta (2) de soldadura simulada (pudiendo dicha herramienta (2) ser, por ejemplo, una antorcha de soldadura simulada, un electrodo de soldadura simulado, un brazo robótico de soldadura simulado, una herramienta de inspección de soldadura simulada, etc.). Bajo esta representación, el material de soldadura simulado se deposita como una o más pasadas (3, 3’, 3”) simuladas (entendidas como extensiones de material de soldadura simulado sustancialmente longitudinales, que pueden disponerse unas sobre otras, en superposición total o parcial entre ellas a medida que se van generando), y donde el conjunto formado por dichas pasadas (3, 3’. 3”) simuladas configura un cordón (4) de soldadura simulado. Las pasadas (3, 3’, 3”) simuladas representan, por tanto, las pasadas de material que conforman, típicamente, los cordones de soldadura reales.
En función de que la aplicación de la invención se refiera a realidad virtual, aumentada o mixta, determinados elementos simulados a través del método descrito (por ejemplo, la pieza (1) de trabajo simulada, la herramienta (2) de soldadura simulada, etc.) pueden generarse con relación a elementos reales correspondientes, tales como una pieza (T) de trabajo física o una herramienta (2’) física, pudiendo ser esta última, en diferentes realizaciones, una herramienta de soldadura real (es decir, adaptada para la deposición de material de soldadura real) o una herramienta de entrenamiento (cuyas dimensiones, peso u otras propiedades sean similares a las de una herramienta de soldadura real, pero sin capacidad de depositar material de soldadura real). En otras realizaciones de la invención, la herramienta (2’) física puede comprender una herramienta de inspección de soldadura real, configurada para obtener, por ejemplo, información sobre la superficie, volumen, forma o composición de material correspondiente a un cordón de soldadura real, a partir de la cual se puede generar la simulación del cordón (4) de soldadura. La herramienta (2’) física puede estar operada por un usuario humano, robótico o computerizado, tanto de forma directa como de forma indirecta, a partir de una interfaz o medio de control correspondiente. Así pues, a modo de ejemplo no limitativo, en un entorno de realidad aumentada, el método de la invención puede comprender la representación de una pieza (1) de trabajo simulada y de una herramienta (2) de soldadura simulada sobre una pieza (1 ’) de trabajo física y una herramienta (2’) física, respectivamente (dichos elementos físicos se representan en la Figura 2 del presente documento). Tal y como se ha mencionado previamente, en diferentes realizaciones de la invención, una pieza (T) de trabajo física puede entenderse como una pieza industrial, un vehículo, un elemento constructivo, un elemento de ingeniería, o una parte de los mismos, sobre la que se desea realizar la operación de soldadura y/o su simulación correspondiente.
En una realización preferente de la invención, tal y como se ¡lustra en la Figura 2, el método de la invención comprende la operación de un equipo (5) de simulación, donde dicho equipo (5) de simulación está adaptado con medios hardware y software que comprenden un detector (6) de parámetros de soldadura, un calculador (7) de soldadura, un renderizador (8) y un visualizador (9). Si bien, en una realización preferente de la invención, dicho equipo (5) de simulación puede utilizarse conectado a una herramienta (2’) física, en otras realizaciones puede utilizarse de forma independiente a dicha herramienta (2’). No obstante, en general el equipo (5) de simulación estará adaptado para recibir información obtenida de la operación de la citada herramienta (2’) física, por ejemplo a partir de su interacción con un usuario humano, robótico o computerizado, y/o con una pieza (T) de trabajo física, lo que genera datos relativos a la operación de soldadura simulada que pueden ser analizados por el detector (6). En diferentes realizaciones de la invención, la conexión entre el equipo (5) de simulación y la herramienta (2’) física puede producirse mediante una conexión material (por ejemplo, a través de un cable y/o puerto de información) o de forma inalámbrica, y tanto de forma directa como a través de elementos intermediarios, adaptados para el intercambio de dichos datos entre el equipo (5) de simulación y la herramienta (2’) física, o para proporcionar información de uno respecto del otro.
Típicamente, el equipo (5) de simulación puede comprender cualquier tipo de ordenador o un dispositivo móvil (por ejemplo, un teléfono móvil, una tableta, etc.). Por su parte, como se ha mencionado, el detector (6) de parámetros de soldadura está adaptado para recibir y procesar información relativa a uno o más de los siguientes parámetros relativos al material o tipo de soldadura: volumen de material depositado, superficie de material depositado, composición del material depositado, tipo de proceso de soldadura, voltaje de soldadura, corriente de soldadura, velocidad de alimentación de hilo, tipo de electrodo, composición del electrodo, tipo de gas de soldadura, caudal de gas de soldadura. De este modo, las simulaciones de las operaciones de soldadura se basan, principalmente, en la información de entrada que recibe el equipo (5) de simulación sobre las propiedades del material o tipo de soldadura, según los parámetros mencionados. Asimismo, en diferentes realizaciones de la invención, la información de entrada puede generarse de forma artificial (por ejemplo, mediante parametrizaciones de simulación, redes neuronales, herramientas de inteligencia artificial) o de forma real, a través del análisis de información correspondiente a la deposición de un material de soldadura real, por ejemplo y de forma no limitativa, mediante el análisis de las propiedades de forma, volumen o composición de un cordón (4) de soldadura real depositado, en una o vahas pasadas de forma sucesiva, sobre una pieza (T) de trabajo física.
Otros parámetros detectados por el detector (6) pueden comprender, en otras realizaciones preferentes de la invención, información relativa a la posición o el movimiento de la herramienta (1’) física (tal como, por ejemplo, el ángulo de trabajo, el ángulo de desplazamiento, la velocidad de desplazamiento, o la distancia de trabajo existente entre la herramienta (1’) física y la pieza (2’) de trabajo física), y/o de sus correspondientes elementos simulados.
El calculador (7) de soldadura está configurado, por su parte, para calcular la forma y el volumen del cordón (4) de soldadura a partir de los parámetros de soldadura de entrada procesados por el detector (6). Preferentemente, dicho cálculo se realiza para cada pasada (3, 3’, 3”) de material de soldadura simulada. En general, las técnicas de cálculo asociadas a la determinación de la forma y el volumen del cordón (4) de soldadura a partir de parámetros de soldadura son conocidas y se detallan, a modo de ejemplo no limitativo de la invención, en la solicitud de patente WO 2019/171172 A1.
El rendehzador (8) está configurado para generar información de imágenes realistas o fotorrealistas a partir de modelos bidimensionales (2D) o tridimensionales (3D) en un entorno de simulación. Las técnicas de renderización 2D o 3D a partir de modelos son, con carácter general, conocidas en el estado de la técnica. El visualizador (9) está configurado para representar y visualizar la información de imágenes generada por el renderizador (8). Para ello, el visualizador (9) puede comprender, en diferentes realizaciones de la invención, un monitor o una pantalla, opcionalmente táctil.
Para las diferentes realizaciones preferentes antes descritas, el método de la invención comprende la realización, con el equipo (5) de simulación, de los siguientes pasos, en cualquier orden técnicamente posible: i) Renderizar, con el renderizador (8), al menos un dominio de simulación en el que se representa el cordón (4) de soldadura simulado en un espacio de soldadura tridimensional, y al menos una de entre una pieza (1) de trabajo simulada y una herramienta (2) de soldadura simulada que representan, respectivamente, la pieza (T) de trabajo física y la herramienta (2’) física dentro del citado espacio de soldadura tridimensional.
¡i) Detectar, con el detector (6) de soldadura, uno o más parámetros de soldadura de entrada que caracterizan la operación realizada por un usuario con la herramienta (2’) física, donde dichos parámetros comprenden al menos uno de los siguientes: volumen de material depositado, superficie de material depositado, composición del material depositado, tipo de proceso de soldadura, voltaje de soldadura, corriente de soldadura, velocidad de alimentación de hilo, tipo de electrodo, composición del electrodo, tipo de gas de soldadura, caudal de gas de soldadura iii) Resolver, con el calculador (7), la forma y el volumen del cordón (4) de soldadura a partir de los parámetros de soldadura de entrada, donde dicha forma y volumen se calculan como una sucesión de cortes (10) transversales interconectados, que en conjunto corresponden a una o más pasadas (3, 3’, 3”) simuladas de material de soldadura (ver Figura 3). Así pues, cada uno de los citados cortes (10) corresponde, sustancialmente, a diferentes secciones transversales del cordón (4) de soldadura, conformado por la superposición total o parcial de las pasadas (3, 3’, 3”) comprendidas en dicho cordón (4). iv) Renderizar, con el renderizador (8), el cordón (4) de soldadura en el dominio de simulación. Ventajosamente, el método de la invención comprende, además, los siguientes pasos: v) Calcular, con el calculador (7), el plano (11) de garganta asociado a los parámetros de soldadura detectados para cada uno de los cortes (10) transversales del dominio de simulación y, a partir de dicho plano (11) de garganta, calcular una o más propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura para cada uno de dichos cortes (10) transversales.
Como se ha descrito previamente, el plano (11) de garganta corresponde, en teoría de soldadura, al área máxima contenida en un corte (10) transversal del cordón (4) de soldadura, estando definida dicha área por una línea recta perpendicular a la bisectriz (12) trazada entre las dos piezas o elementos (13, 13’) a soldar, tal y como se ¡lustra en la Figura 4. En dicha figura, se representa el trazado de dos líneas (14, 14’) rectas (definidas como líneas discontinuas) a partir de la bisectriz (12) (definida como una línea discontinua con puntos) correspondiente a un cordón (4) de soldadura que comprende tres pasadas (3, 3’, 3”) de material, dispuestas entre dos elementos (13, 13’) soldados en “T”. En este ejemplo, una línea (14) de las dos trazadas es la que define un área mayor en el corte (10) transversal y, en consecuencia, la que determina el plano (11) de garganta (representado como la región que ocupa la trama de rayas de la Figura 4). La determinación de dicho plano (11) de garganta, junto con la información sobre la composición del material de soldadura, permite determinar unívocamente (típicamente, mediante parametrización previa) la resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura en cada corte (10) y, en consecuencia, determinar una o más propiedades mecánicas de dicho cordón (4) a partir del valor de resistencia mecánica calculado. vi) Representar, con el visualizador (9), el cordón (4) de soldadura renderizado junto con información relativa al plano (11) de garganta y/o a las propiedades mecánicas de dicho cordón (4) de soldadura, para cada uno de los cortes (10) transversales del dominio de simulación en una o más pasadas (3, 3’, 3”) de soldadura.
De forma ventajosa en la invención, a lo largo de una operación de soldadura simulada es posible calcular las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura de forma incremental con cada pasada (3, 3’, 3”). De este modo, es posible verificar cómo varían dichas propiedades con pasadas (3, 3’, 3”) sucesivas, lo cual no es posible en una operación de soldadura real. Esta capacidad es sumamente importante y valiosa para los procesos de entrenamiento de habilidades de soldadura, ya que el aumento de pasadas (3, 3’, 3”) no mejora, necesariamente, la resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura. En este sentido la invención mejora sustancialmente la capacidad de análisis de propiedades mecánicas del cordón (4) respecto a otras técnicas conocidas, incluidas las de análisis de soldadura real. Así pues, en diferentes realizaciones preferentes de la invención, es posible mostrar la información relativa al plano (11) de garganta para cada pasada (3, 3’, 3”) sucesiva a lo largo del cordón (4) de soldadura.
En una realización preferente de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura puede comprender una representación en forma de escala de color a lo largo del cordón (4), para cada pasada (3, 3’, 3”) de material de soldadura simulada. Un ejemplo de este tipo de representación se muestra en la Figuras 5a-5c del presente documento. En ellas, se observa cómo, a partir de los valores de anchura (w), garganta (t) (obtenida a partir de la bisectriz (12)) y longitudes (a1 , a2) eficaces soldadas en cada elemento (13, 13’) de la pieza o piezas de trabajo, es posible calcular el plano de garganta (11) para cada pasada (3) en las secciones (10) del cordón (4) de soldadura. Y, a partir del valor del plano de garganta (11), es posible calcular, por ejemplo, el valor de la resistencia mecánica a lo largo del cordón (4). En las Figuras 5a- 5c, se representa un ejemplo de soldadura basado en tres pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura simulada, donde la información sobre el valor de resistencia mecánica (mostrado como una escala de color) se representa para cada pasada (3, 3’, 3”) sucesiva, respectivamente. Esta información puede mostrarse, en una realización preferente de la invención, en el visualizador (9) del equipo de soldadura o bajo cualquier otro medio de representación de información donde, por ejemplo, pueden representarse de forma conjunta el cordón (4) de soldadura simulado, las pasadas (3, 3’, 3”) aplicadas, y el plano de garganta (11) asociado a mismas, para cada sección (10) transversal del cordón (4) de soldadura. Dicha información puede representarse, en diferentes realizaciones de la invención, de forma estática en una determinada sección (10), o de forma dinámica, mediante una funcionalidad de reproducción que muestre los valores obtenidos desplazándose a lo largo del cordón (4) de soldadura, por ejemplo a medida que se va depositando el material de soldadura simulada durante la aplicación de cada pasada (3, 3’, 3”), o cuando se ha terminado de realizar la operación de soldadura para cada pasada (3, 3’, 3”). Dicha funcionalidad de reproducción puede, en diferentes realizaciones, configurarse para recorrer, en avance o en retroceso, el cordón (4) de soldadura tanto en tiempo como en espacio, bien durante la operación de soldadura, a medida que el cordón (4) de soldadura se va conformando con cada pasada (3, 3’, 3”), o bien cuando dicha operación de soldadura ya ha finalizado.
Adicionalmente, a partir del valor de la resistencia mecánica en cada corte (10) transversal, es posible calcular otras propiedades mecánicas obtenidas a partir del mismo, tales como el esfuerzo a compresión, el esfuerzo a tracción, y/o el esfuerzo a torsión del cordón (4) de soldadura simulado. Es importante remarcar, una vez más, que los resultados obtenidos a partir del método de la invención proporcionan información de detalle para cada corte (10) definido, lo que permite conocer, de forma realista, las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura a escala milimétrica o micrométrica, a lo largo de cada una de sus pasadas (3) sucesivas.
En otra realización preferente de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende información respecto a, al menos, un valor relativo a la resistencia mecánica máxima del cordón (4) de soldadura. Con esta funcionalidad se determina cual es la máxima de las resistencias mecánicas del cordón (4) de soldadura calculadas.
En otra realización preferente de la invención, es posible determinar el valor relativo a la resistencia mecánica máxima del cordón (4) de soldadura considerando los fenómenos que tienen lugar típicamente en los procesos de soldadura reales y que modifican la resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura. Entre estos fenómenos se contempla el número de pasadas (3), la presencia de discontinuidades geométricas e inclusiones de escorias o tungsteno, la posición de las discontinuidades geométricas, la posición de las inclusiones, tipo de unión de la soldadura, posición, material de soldadura y/o proceso de soldeo.
En otra realización preferente de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende información respecto a una posición del cordón (4) de soldadura donde el valor de la resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura es máxima. Esta funcionalidad permite asociar el valor relativo a la resistencia máxima del cordón (4) de soldadura con la posición del cordón (4) de soldadura donde la resistencia del cordón (4) de soldadura corresponde con el valor de dicha resistencia máxima. Adicionalmente, en otra realización preferente de la invención, la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende una representación, en el visualizador (9), en forma de una escala de color a lo largo de la pieza.
En otra realización preferente de la invención, previamente a la operación de soldadura, se introduce, en el equipo de simulación (5), información relativa a una o más fuerzas mecánicas aplicadas sobre la pieza de trabajo simulada (1), donde dichas fuerzas mecánicas se representan en el visualizador (9) y están parametrizadas por un módulo, un sentido y una dirección. En la presente invención los términos módulo, sentido y dirección hacen referencia al módulo, sentido y dirección del vector fuerza. Esta realización permite evaluar la calidad de la soldadura en términos de la resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura ante los esfuerzos mecánicos generados por la información relativa a la o las fuerzas mecánicas aplicadas sobre la pieza de trabajo simulada (1).
En otra realización preferente de la invención, la parametrización del módulo, el sentido y/o la dirección de las fuerzas mecánicas se fija previamente a la realización de la operación de soldadura, y/o se modifica durante la operación de soldadura en función de los parámetros de soldadura de entrada. En un ejemplo de esta realización particular, el usuario establece, previamente a la operación de soldadura, la parametrización referente al módulo, el sentido y/o la dirección de las fuerzas mecánicas, de manera que, durante la operación de soldadura se aplica dicha parametrización sobre la pieza de trabajo simulada (1), simulando que sobre la pieza se aplican fuerzas mecánicas de módulo, sentido y/o dirección según la parametrización inicialmente establecida. En otro ejemplo de esta realización particular, el usuario una vez ha comenzado la operación de soldadura, puede modificar la parametrización inicialmente establecida referente al módulo, al sentido y/o a la dirección de las fuerzas mecánicas. Modificando estos parámetros, es posible modular los esfuerzos mecánicos que se generan sobre la pieza y, por tanto, modular la resistencia mecánica de la pieza (1) ante las fuerzas mecánicas nuevamente parametrizadas. En otro ejemplo de esta realización particular, durante la operación de soldadura, además de modificar la parametrización inicialmente fijada, el usuario puede fijar parametrizaciones adicionales referentes a nuevas fuerzas mecánicas. De esta manera, se generarían nuevos esfuerzos mecánicos sobre la pieza de trabajo simulada (1). En otra realización preferente de la invención, se representa, en el visualizador (9), al menos, uno de los siguientes parámetros de ejecución para una soldadura, en función de la parametrización de las fuerzas mecánicas: geometría de soldadura, proceso de soldadura y/o número de pasadas, donde dichos parámetros de ejecución se muestran previamente y/o durante la operación de soldadura. Con dicha funcionalidad, los parámetros de ejecución representados previamente a la operación de soldadura se determinan en base a la parametrización inicial del módulo, del sentido y/o de la dirección de las fuerzas, de manera que, siguiendo dichos parámetros, el usuario tras la operación de soldadura obtiene un cordón (4) de soldadura con buena resistencia mecánica ante los esfuerzos mecánicos generados por las fuerzas mecánicas parametrizadas. Adicionalmente, los parámetros de ejecución se pueden proponer durante la operación de soldadura, actuando como medidas correctivas. De esta manera, si durante la operación de soldadura el usuario no realiza una soldadura adecuada, el equipo de simulación (5) propone parámetros de ejecución que le permitan rectificar la soldadura hasta lograr una soldadura adecuada. Siguiendo dichos parámetros, la operación de soldadura se modifica hasta conseguir una soldadura con buena resistencia ante los esfuerzos mecánicos generados por las fuerzas mecánicas parametrizadas. Esta realización es aplicable a cualquier procedimiento de cálculo de soldadura, no es limitativo al cálculo del cordón (4) de soldadura.
En otra realización preferente de la invención, el paso de calcular, con el calculador (7), el plano de garganta (11) asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura (4), para cada pasada (3), comprende adicionalmente la estimación de la huella de carbono generada en cada una de las pasadas (3). En la presente invención, la huella de carbono se entiende como el impacto ambiental que supone llevar a cabo la operación de soldadura, basándose este en uno o más de los parámetros de soldadura de entrada: volumen de material depositado, superficie de material depositado, composición del material depositado, tipo de proceso de soldadura, voltaje de soldadura, corriente de soldadura, velocidad de alimentación de hilo, tipo de electrodo, composición del electrodo, tipo de gas de soldadura, caudal de gas de soldadura.
En otra realización preferente de la invención, la estimación de la huella de carbono generada en una operación de soldadura simulada comprende adicionalmente guardar, en el equipo de simulación (5), información relativa a dicha estimación de la huella de carbono para cada una de las operaciones de soldadura simulada realizadas con el equipo de simulación (5). Con esta funcionalidad, es posible guardar en el equipo de simulación (5) la información referente a la huella de carbono generada para cada una de las operaciones de soldadura realizadas por el usuario.
En otra realización preferente de la invención, la información, guardada en el equipo de simulación (5), relativa a la estimación de la huella de carbono para cada una de las operaciones de soldadura simulada realizadas con el equipo de simulación (5) comprende un valor relativo a la evolución de aprendizaje de las operaciones de soldadura simulada realizadas. En esta invención, se entiende como valor relativo a la evolución de aprendizaje, al valor medio de las todas las huellas de carbono generadas durante cada operación de soldadura llevada a cabo por el usuario.
En otra realización preferente de la invención, la estimación de la huella de carbono generada en una operación de soldadura simulada comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre dicha huella de carbono y el valor relativo a la evolución de aprendizaje de las operaciones de soldadura simulada realizadas. La relación calculada se representa en el visualizador (9). En un ejemplo de realización, dada esta funcionalidad, el equipo de simulación (9) mostraría el valor necesario medio de dicha relación para obtener una calificación válida. En otro ejemplo de realización, el equipo de simulación (9) estimaría la pendiente de la evolución del aprendizaje a seguir para obtener una calificación válida y dada esta pendiente, estimaría en qué posición de la misma se encuentra el usuario. Se considera que el usuario adquiere una calificación válida cuando está apto para realizar soldaduras estándares tras alcanzar un buen resultado en las operaciones de soldadura simulada.
En otra realización preferente de la invención, el paso de calcular, con el calculador (7), el plano de garganta (11) asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura (4), para cada pasada (3), comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre el valor del plano de garganta (11) y la huella de carbono de cada una de las pasadas (3). Es posible evaluar la relación entre el plano de garganta (11) y la huella de carbono generada en la unión resultante tras varias pasadas (3) o evaluar dicha relación para cada una de las pasadas (3) de manera independiente. De este modo, la relación se evalúa como correcta, excesiva o inferior y el resultado de la misma se representa en el visualizador (9) tras la operación de soldadura. Se entiende como relación correcta aquella en la cual el valor del plano de garganta (11) es el correcto y el valor de huella de carbono es el mínimo posible para que la unión o pasada (3) de material de soldadura tenga lugar. Por contra, se entiende como relación excesiva aquella en la cual el aporte de material de soldadura es mayor del requerido o la geometría de la pieza es incorrecta según los parámetros definidos, bien sea por normas internacionales o por WPS o IWM. En el caso de obtener una relación inferior, ha de diferenciarse entre las pasadas (3) de material de soldadura y la soldadura total. Por pasada (3), se obtiene un valor inferior de huella de carbono, que debe ser compensada con un mayor aporte de material en la siguiente pasada (3). En cambio, por soldadura completa, al generar un plano de garganta (11) inferior al requerido, se ha de evaluar si es posible llevar a cabo otra pasada de material de soldadura.
En otra realización preferente de la invención, el paso de calcular, con el calculador (7), el plano de garganta (11) asociado a los cortes transversales del cordón (4) de soldadura, para cada pasada (3), comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre la huella de carbono de cada una de las pasadas (3) de una soldadura realizada en una pieza de trabajo simulada (1) sometida a una o más fuerzas mecánicas y su especificación de procedimiento de soldadura (WPS). De esta manera se determina la geometría mínima necesaria para llevar a cabo la soldadura y el impacto mínimo de dichas geometrías en el medio ambiente. El resultado de la relación calculada se representa en el visualizador (9) una vez finalizada la operación de soldadura.
En otra realización preferente de la invención, el método de simulación comprende la operación de una pieza (1’) de trabajo física y/o de una herramienta (2’) física, donde dicha pieza (T) de trabajo y/o dicha herramienta (2’) comprenden uno o más indicadores (15) de posición (ver Figura 6), pudiendo dichos indicadores (15) comprender, por ejemplo, marcadores ópticos tales como LEDs, códigos QR, códigos de barras, esferas retrorreflectivas, y/o marcadores impresos; así como marcadores naturales tales como puntos característicos de la pieza (T) de trabajo y/o de la herramienta (2’) (por ejemplo, las esquinas de dichos elementos pueden ser empleados como puntos característicos, sin necesidad de disponer elementos externos de mareaje o identificación sobre los mismos). En estas realizaciones, es posible incorporar uno o más detectores (16) de posición adaptados para recibir información correspondiente a la posición de la pieza (1’) de trabajo y/o de la herramienta (2’). Dichos detectores (16) de posición pueden comprender, a modo de ejemplo no limitativo, una o vahas cámaras y/o, en otras realizaciones, otros medios de detección tales como sensores inerciales, hápticos, térmicos, mecánicos, electromagnéticos, etc.
En la realización anterior, basada en indicadores (15) y detectores (16) de posición, el método de la invención comprende, adicionalmente, la realización de los siguientes pasos:
- obtener, con los detectores (16), información correspondiente a la localización de la pieza (T) de trabajo física y/o de la herramienta (2’) física por medio de la identificación de los indicadores (15) de posición;
- determinar, con los detectores (16), la posición y la orientación de la pieza (1’) de trabajo física y/o de la herramienta (2’) física, obteniendo información sobre al menos uno de los siguientes elementos: una parte la pieza (1’) de trabajo física y/o de la herramienta (2’) física que son visibles en un campo de visión; la distancia entre los detectores (16) y la pieza (T) de trabajo física y/o la herramienta (2’) física, la ubicación y orientación de herramienta (2’) física con relación a la pieza (T) de trabajo física; la orientación de la pieza (T) de trabajo física a partir de la información de los detectores (16); y
- representar, con el visualizador (9), el dominio de simulación, basado en el mapeo de los indicadores (15) de posición a posiciones en una pieza (1) de trabajo simulada y/o una herramienta (2) de soldadura simulada.
Según el método anterior, el paso de determinar, con los detectores (16), la posición y la orientación de la pieza (1) de trabajo física y/o de la herramienta (2) física comprende, preferentemente, la obtención de información sobre, al menos, uno de los siguientes: ángulo de trabajo, ángulo de desplazamiento, velocidad de desplazamiento, distancia de trabajo entre la pieza (1) de trabajo física y/o de la herramienta (2) física.
En otra realización posible del método de la invención, la etapa de representar, con el visualizador (9), el cordón (4) de soldadura renderizado junto con información relativa al plano (11) de garganta y/o a las propiedades mecánicas calculadas de dicho cordón (4) de soldadura, comprende representar el cordón (4) de soldadura renderizado en una pluralidad de regiones de una pieza (1) de trabajo simulada, donde dichas regiones son oclusivas desde al menos un punto de vista en el dominio de simulación. En el ámbito de interpretación de la invención, las regiones oclusivas son aquellas que, desde el punto de vista seleccionado, impedirían verse simultáneamente en la pieza (1’) de trabajo real. Ello sucedería, por ejemplo, en una pieza (1’) con forma de placa en la que fuese necesario soldar a ambos lados de la misma y donde, con carácter general, la operación de soldadura real no permitiría visualizar simultáneamente ambas regiones, ya que una bloquearía a la otra desde el punto de vista del operario o soldador. Así, por ejemplo, dicha realización del método de la invención es particularmente ventajosa cuando las regiones oclusivas se encuentran en superficies opuestas de la pieza (1) de trabajo simulada (esta situación es habitual en las operaciones de soldadura realizadas en fabricación, reparación o mantenimiento de barcos). Ventajosamente en la invención, el visualizador (9) permite visualizar la información relativa a la formación del cordón (4) en todas o parte de las regiones oclusivas y, con ello, el usuario puede entender con mayor precisión cuál ha sido su desempeño en la operación conjunta relativa a dichas regiones. Además, la información citada incluirá, preferentemente, también el cálculo, con el calculador (8), del plano (11) de garganta asociado a los cortes (10) transversales del cordón de soldadura (4) en las regiones oclusivas, para cada pasada (3, 3’, 3”) y, a partir de dicho plano (11) de garganta, calcular una o más propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura para dichos cortes (10) transversales.
Bajo la realización descrita, la pieza (T) de trabajo física comprende, más preferentemente, una pluralidad de indicadores (15) de posición de dicha pieza (T) de trabajo física, donde los indicadores (15) de posición comprenden uno o más de los siguientes: marcadores ópticos, marcadores impresos y/o marcadores naturales. Y, adicionalmente, los indicadores de posición se encuentra dispuestos en regiones de la pieza (T) de trabajo física correspondientes a las regiones oclusivas de la pieza (1) de trabajo simulada.
Un segundo aspecto de la invención se refiere a un sistema de simulación de una operación de soldadura, donde dicha operación de soldadura representa la aplicación de una o más pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura sobre una pieza (T) de trabajo física, y donde dichas pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura configuran un cordón (4) de soldadura; donde dicho sistema comprende:
- una herramienta (2’) física operable por un usuario; y
- un equipo (5) de simulación conectado a la herramienta (2) física, donde dicho equipo (5) de simulación está adaptado con medios hardware y software que comprenden un detector (6) de parámetros de soldadura, un calculador (7) de soldadura, un renderizador (8) y un visualizador (9); y donde, ventajosamente, los medios hardware/software del equipo (5) de simulación está adaptado para realizar los pasos de un método según cualquiera de las realizaciones descritas en el presente documento.

Claims

REIVINDICACIONES
1 Método de simulación de una operación de soldadura, donde dicha operación de soldadura representa la aplicación de una o más pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura sobre una pieza (T) de trabajo física, y donde dichas pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura configuran un cordón (4) de soldadura; donde dicho método comprende la operación de:
- una herramienta (2’) física operable por un usuario; y
- un equipo (5) de simulación conectado a la herramienta (2’) física, donde dicho equipo (5) de simulación está adaptado con medios hardware y software que comprenden un detector de parámetros de soldadura (6), un calculador (7) de soldadura, un renderizador (8) y un visualizador (9); donde dicho método comprende la realización de los siguientes pasos, con el equipo (5) de simulación:
- renderizar, con el renderizador (6), al menos un dominio de simulación en el que se representa el cordón (4) de soldadura dentro de un espacio de soldadura tridimensional; y al menos una de entre una pieza (1) de trabajo simulada y una herramienta (2) de soldadura simulada que representan, respectivamente, una pieza (T) de trabajo física y una herramienta (2’) física dentro del espacio de soldadura tridimensional;
- detectar, con el detector (7) de soldadura, uno o más parámetros de soldadura de entrada que caracterizan una operación de soldadura para una o más pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura, donde dichos parámetros de soldadura de entrada comprenden, al menos, uno de los siguientes: volumen de material depositado, superficie de material depositado, composición del material depositado, tipo de proceso de soldadura, voltaje de soldadura, corriente de soldadura, velocidad de alimentación de hilo, tipo de electrodo, composición del electrodo, tipo de gas de soldadura, caudal de gas de soldadura; y donde el método está caracterizado por que comprende, adicionalmente, los siguientes pasos:
- resolver, con el calculador (8), la forma y el volumen del cordón (4) de soldadura a partir de los parámetros de soldadura de entrada para cada una de las pasadas (3, 3’, 3”), donde dicha forma y volumen se calculan como una sucesión de cortes (10) transversales interconectados que, en conjunto, configuran el cordón (4) de soldadura; - renderizar, con el renderizador (8), el cordón (4) de soldadura en el dominio de simulación;
- calcular, con el calculador (8), el plano (11) de garganta asociado a los cortes (10) transversales del cordón de soldadura (4), para cada pasada (3, 3’, 3”) y, a partir de dicho plano (11) de garganta, calcular una o más propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura para dichos cortes (10) transversales;
- representar, con el visualizador (9), el cordón (4) de soldadura renderizado junto con información relativa al plano (11) de garganta y/o a las propiedades mecánicas calculadas de dicho cordón (4) de soldadura para los cortes (10) transversales en el dominio de simulación, y para una o más pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura.
2.- Método según la reivindicación anterior, donde la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende una representación, en el visualizador (9), de información en forma de escala de color a lo largo del cordón (4) de soldadura.
3.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende el valor de la resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura, obtenida a partir del plano (11) de garganta en los cortes (10) transversales.
4.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende uno o más valores relativos la resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura, obtenidos a partir del plano (11) de garganta de los cortes (10) transversales.
5.- Método según la reivindicación anterior, donde los valores relativos a la resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura comprenden el esfuerzo a compresión, el esfuerzo a tracción, y/o el esfuerzo a torsión.
6.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la información relativa al plano (11) de garganta comprende una representación de las pasadas (3, 3’, 3”) a lo largo del cordón (4) de soldadura y/o de sus propiedades mecánicas correspondientes.
7.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde los parámetros de entrada detectados por el detector (6) de soldadura comprenden información correspondiente a una operación de soldadura real.
8.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el usuario es un usuario humano, robótico o computerizado, y donde la herramienta (2’) física se opera de forma directa, o de forma indirecta a partir de una interfaz o medio de control.
9.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la pieza (T) de trabajo física y/o la herramienta (2’) física comprende al menos un indicador (15) de posición, y donde se disponen adicionalmente, al menos un detector (16) de posición, adaptado para recibir información correspondiente a la posición de la pieza (1’) de trabajo y/o de la herramienta (2’) física por medio del indicador (15) de posición; y donde el método comprende, además, la realización de los siguientes pasos:
- obtener, con el detector (16) de posición, información correspondiente a la localización de la pieza (T) de trabajo física y/o de la herramienta (2’) física por medio del indicador (15);
- determinar, con el detector (16) de posición, la posición y la orientación de la pieza (T) de trabajo física y/o de la herramienta (2’) física, obteniendo información sobre al menos uno de los siguientes elementos: una parte la pieza (T) de trabajo física y/o de la herramienta (2’) física que son visibles en un campo de visión; la distancia entre el detector (16) de posición y la pieza (T) de trabajo física y/o la herramienta (2’) física, la ubicación y orientación de herramienta (2’) física con relación a la pieza (1’) de trabajo física; la orientación de la pieza (1’) de trabajo física a partir de la información del detector (16); y
- representar, con el visualizador (9), el dominio de simulación, basado en el mapeo del indicador (15) de posición a posiciones en una pieza (1) de trabajo simulada y/o una herramienta (2) de soldadura simulada.
10.- Método según la reivindicación anterior, donde el paso de determinar, con el detector (16), la posición y la orientación de la pieza (T) de trabajo física y/o de la herramienta (2’) física comprende la obtención de información sobre, al menos, uno de los siguientes: ángulo de trabajo, ángulo de desplazamiento, velocidad de desplazamiento, distancia de trabajo entre la pieza (1) de trabajo física y/o de la herramienta (2) física.
11.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende información respecto a, al menos, un valor relativo a la resistencia mecánica máxima del cordón (4) de soldadura.
12.- Método según la reivindicación anterior, donde el valor relativo a la resistencia mecánica máxima del cordón (4) de soldadura comprende información según, al menos, uno de los siguientes: número de pasadas, discontinuidades geométricas, inclusiones, posición de las discontinuidades geométricas, posición de las inclusiones, tipo de unión, posición, material de soldadura y/o proceso de soldeo.
13.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 11-12, donde la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende información respecto a una posición del cordón (4) de soldadura donde el valor de resistencia mecánica del cordón (4) de soldadura es máxima.
14.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 11-13, donde la información relativa a las propiedades mecánicas del cordón (4) de soldadura comprende una representación, en el visualizador (9), en forma de una escala de color a lo largo de la pieza.
15.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores donde, previamente a la operación de soldadura, se introduce, en el equipo de simulación (5), información relativa a una o más fuerzas mecánicas aplicadas sobre la pieza de trabajo simulada (1), donde dichas fuerzas mecánicas se representan en el visualizador (9) y están parametrizadas por un módulo, un sentido y/o una dirección.
16.- Método según la reivindicación anterior donde la parametrización del módulo, el sentido y/o la dirección de las fuerzas mecánicas se fija previamente a la realización de la operación de soldadura, y/o se modifica durante la operación de soldadura en función de los parámetros de soldadura de entrada.
17.- Método según la reivindicación anterior donde se representa, en el visualizador (9), al menos, uno de los siguientes parámetros de ejecución para una soldadura, en función de la parametrización de las fuerzas mecánicas: geometría de soldadura, proceso de soldadura y/o número de pasadas, donde dichos parámetros de ejecución se muestran previamente y/o durante la operación de soldadura.
18.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde el paso de calcular, con el calculador (7), el plano de garganta (11) asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura (10), para cada pasada (3), comprende adicionalmente la estimación de la huella de carbono generada en cada una de las pasadas (3) y/o en la operación de soldadura simulada.
19.- Método según la reivindicación anterior, donde la estimación de la huella de carbono generada en una operación de soldadura simulada comprende adicionalmente guardar, en el equipo de simulación (5), información relativa a dicha estimación de la huella de carbono para cada una de las operaciones de soldadura simulada realizadas con el equipo de simulación (5).
20.- Método según la reivindicación anterior, donde la información, guardada en el equipo de simulación (5), relativa a la estimación de la huella de carbono para cada una de las operaciones de soldadura simulada realizadas con el equipo de simulación (5) comprende un valor relativo a la evolución de aprendizaje de las operaciones de soldadura simulada realizadas.
21. -Método según la reivindicación anterior, donde la estimación de la huella de carbono generada en una operación de soldadura simulada comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre dicha huella de carbono y el valor relativo a la evolución de aprendizaje de las operaciones de soldadura simulada realizadas.
22.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 18-21 , donde el paso de calcular, con el calculador (7), el plano de garganta (11) asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura (10), para cada pasada (3), comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre el valor del plano de garganta y la huella de carbono de cada una de las pasadas, donde dicha relación se caracteriza por ser correcta, excesiva o inferior.
23.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 18-22, donde el paso de calcular, con el calculador (7), el plano de garganta (11) asociado a los cortes transversales del cordón de soldadura (10), para cada pasada (3), comprende adicionalmente calcular la relación comprendida entre la huella de carbono de cada una de las pasadas de una soldadura realizada en una pieza de trabajo simulada sometida a una o más fuerzas mecánicas y su especificación de procedimiento de soldadura.
24.- Método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, donde la etapa de representar, con el visualizador (9), el cordón (4) de soldadura renderizado junto con información relativa al plano (11) de garganta y/o a las propiedades mecánicas calculadas de dicho cordón (4) de soldadura comprende representar el cordón (4) de soldadura renderizado en una pluralidad de regiones de una pieza (1) de trabajo simulada, donde dichas regiones son oclusivas desde al menos un punto de vista en el dominio de simulación.
25.- Método según la reivindicación anterior, donde las regiones oclusivas se encuentran en superficies opuestas de la pieza (1) de trabajo simulada.
26.- Método según cualquiera de las reivindicaciones 24-26, donde:
- la pieza (1’) de trabajo física comprende una pluralidad de indicadores (15) de posición de dicha pieza (T) de trabajo física;
- los indicadores (15) de posición comprenden uno o más de los siguientes: marcadores ópticos, marcadores impresos y/o marcadores naturales; y
- los indicadores de posición se encuentra dispuestos en regiones de la pieza (T) de trabajo física correspondientes a las regiones oclusivas de la pieza (1) de trabajo simulada.
27.- Sistema de simulación de una operación de soldadura, donde dicha operación de soldadura representa la aplicación de una o más pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura sobre una pieza (1’) de trabajo física, y donde dichas pasadas (3, 3’, 3”) de material de soldadura configuran un cordón (4) de soldadura; donde dicho sistema comprende:
- una herramienta (2’) física operable por un usuario; y
- un equipo (5) de simulación conectado a la herramienta (2’) física, donde dicho equipo (5) de simulación está adaptado con medios hardware y/o software que comprenden un detector (6) de parámetros de soldadura, un calculador (7) de soldadura, un renderizador (8) y un visualizador (9); caracterizado por que los medios hardware y/o software del equipo (5) de simulación está adaptados para realizar los pasos de un método según cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
28.- Sistema según la reivindicación anterior, donde la herramienta (2’) física comprende:
- una herramienta de soldadura real, y/o
- una herramienta de entrenamiento.
29.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 27-28, donde la herramienta (2’) física comprende un brazo robótico.
30.- Sistema según cualquiera de las reivindicaciones 27-29, que comprende:
- al menos un indicador (15) de posición de una pieza (T) de trabajo física y/o de la herramienta (2’) física y, adicionalmente,
- al menos un detector (16) de posición, adaptado para recibir información correspondiente a la posición de la pieza (T) de trabajo y/o de la herramienta (2’) física por medio del indicador (15) de posición.
31.- Sistema según las reivindicaciones 27-30, donde el indicador (15) de posición comprende uno o más de los siguientes: marcadores ópticos, marcadores impresos y/o marcadores naturales.
32.- Sistema según las reivindicaciones 27-31 , donde el detector (16) de posición comprende uno o más de los siguientes: cámaras, sensores inerciales, sensores hápticos, sensores térmicos, sensores mecánicos, sensores electromagnéticos.
PCT/IB2023/056999 2022-07-06 2023-07-06 Método y sistema de simulación de operaciones de soldadura WO2024009259A1 (es)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
ES202230616A ES2958167A1 (es) 2022-07-06 2022-07-06 Metodo y sistema de simulacion de operaciones de soldadura
ESP202230616 2022-07-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2024009259A1 true WO2024009259A1 (es) 2024-01-11

Family

ID=89454481

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2023/056999 WO2024009259A1 (es) 2022-07-06 2023-07-06 Método y sistema de simulación de operaciones de soldadura

Country Status (2)

Country Link
ES (1) ES2958167A1 (es)
WO (1) WO2024009259A1 (es)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2274736A1 (es) * 2006-06-29 2007-05-16 Fundacio Privada Universitat I Tecnologia Dispositivo para simulacion de soldadura.
ES2438440A1 (es) * 2012-06-13 2014-01-16 Seabery Soluciones, S.L. Dispositivo avanzado para la formacion en soldadura basado en simulacion con realidad aumentada y actualizable en remoto
US20140017642A1 (en) * 2012-07-10 2014-01-16 Lincoln Global Inc. Virtual reality pipe welding simulator and setup
ES2705059T3 (es) * 2013-03-11 2019-03-21 Lincoln Global Inc Soldeo GTAW de realidad virtual y simulador y configuración de soldeo de tubería
WO2019171172A1 (en) * 2018-03-07 2019-09-12 Seabery North America, S.L. Systems and methods to simulate joining operations
WO2022034252A1 (es) * 2020-08-10 2022-02-17 Seabery Augmented Technology, S.L. Sistema de realidad aumentada o realidad virtual con localización activa de herramientas, uso y procedimiento asociado

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2274736A1 (es) * 2006-06-29 2007-05-16 Fundacio Privada Universitat I Tecnologia Dispositivo para simulacion de soldadura.
ES2438440A1 (es) * 2012-06-13 2014-01-16 Seabery Soluciones, S.L. Dispositivo avanzado para la formacion en soldadura basado en simulacion con realidad aumentada y actualizable en remoto
US20140017642A1 (en) * 2012-07-10 2014-01-16 Lincoln Global Inc. Virtual reality pipe welding simulator and setup
ES2705059T3 (es) * 2013-03-11 2019-03-21 Lincoln Global Inc Soldeo GTAW de realidad virtual y simulador y configuración de soldeo de tubería
WO2019171172A1 (en) * 2018-03-07 2019-09-12 Seabery North America, S.L. Systems and methods to simulate joining operations
WO2022034252A1 (es) * 2020-08-10 2022-02-17 Seabery Augmented Technology, S.L. Sistema de realidad aumentada o realidad virtual con localización activa de herramientas, uso y procedimiento asociado

Also Published As

Publication number Publication date
ES2958167A1 (es) 2024-02-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6975762B2 (ja) 仮想現実環境で拡張された教育及びトレーニングを提供するシステム及び方法
ES2965176T3 (es) Inspección y prueba virtuales de un conjunto soldado virtual
JP2018101124A5 (es)
US11893901B2 (en) Systems and method to simulate joining operation on customized workpieces
CN104908038A (zh) 对工件的取出工序进行仿真的机器人仿真装置
Juang et al. SimCrane 3D+: A crane simulator with kinesthetic and stereoscopic vision
CN110553600B (zh) 一种用于工件检测的结构光传感器仿真激光线的生成方法
BR112012030156A2 (pt) teste e inspeção virtual de um conjunto soldado virtual
CN105740497A (zh) 对工件的加工进行仿真
JP2019141943A (ja) ロボットの動作をシミュレーションするシミュレーション装置
KR101230221B1 (ko) 실시간으로 비드 형상을 시뮬레이션 할 수 있는 용접 시뮬레이션 방법, 장치, 시스템 및 이를 위한 기록 매체
CN103970033B (zh) 基于matlab实现机器人实体建模与叶片激光检测仿真的方法
JP4896823B2 (ja) 現場作業支援システム
US20210012680A1 (en) Systems and methods to simulate joining operations
WO2024009259A1 (es) Método y sistema de simulación de operaciones de soldadura
Kniat Visualization of a lifeboat motion during lowering along ship’s side
KR101253542B1 (ko) 가상용접 훈련의 가시화 방법
CN112400199A (zh) 模拟机器人接合操作的系统及方法
JP5256330B2 (ja) 現場作業支援システムにおけるマーカ配置方法
JP2021072012A (ja) 表示装置
JP6880336B2 (ja) 加工面性状評価装置および加工面性状評価方法
CN115481489A (zh) 基于增强现实的白车身与生产线适配性验证系统及方法
JP3823758B2 (ja) 品質評価装置および品質評価方法
KR20220067828A (ko) 시뮬레이터를 위한 3차원 모델링 제작 장치 및 방법
CN112800582B (zh) 一种结构光视觉传感器仿真激光线生成方法