虚拟焊件的虚拟测试与检验的制作方法【专利说明】虚拟焊件的虚拟测试与检验[0001]本申请是2011年5月27日递交的PCT国际申请PCT/IB2011/001157于2013年I月28日进入中国国家阶段的中国专利申请号为201180037063.9、发明名称为“虚拟焊件的虚拟测试与检验”的发明专利申请的分案申请。[0002]PCT国际申请PCT/IB2011/001157要求于2009年7月10日递交的待审美国专利申请序号N0.12/501，257的优先权，并且是该待审美国专利申请的部分继续(CIP)专利申请，该待审美国专利申请通过引用将其全部内容并入本文。PCT国际申请PCT/IB2011/001157还要求于2010年5月27日递交的美国临时专利申请序号N0.61/349，029的优先权，该美国临时专利申请通过引用将其全部内容并入本文。
技术领域：
[0003]特定的实施方案涉及虚拟现实仿真(simulat1n)。更具体地，特定的实施方案涉及针对虚拟焊件的虚拟测试和检验的系统和方法，所述系统和方法用于焊接者、焊接检验员、焊接教学者、结构工程师以及材料工程师的训练。【
背景技术：
】[0004]在真实世界的焊接和训练中，焊件可能经受破坏性测试和/或非破坏性测试。这样的测试帮助确定焊件的质量，并且从而确定焊接者的能力。不幸的是，特定类型的非破坏性测试(例如，X射线照相测试)可能需要昂贵的测试器材，并且进行这些测试可能是耗时的。另外，根据定义，破坏性测试破坏焊件。结果是，焊件仅可以在破坏性测试中被测试一次。再者，在业内形成焊件和知晓焊缝是否是优良的焊缝之间存在很大差距。焊接检验训练通常依靠这样的破坏性和非破坏性测试来适当地训练焊接检验员确定焊件可能是多么优良或多么不佳。美国焊接标准(AWS)以及其他焊接标准组织提供目检(visualinspect1n)标准，所述目检标准设定了关于在特定类型的焊件中允许的不连贯性和缺陷的类型及等级的准则。[0005]通过将这样的途径与如参照附图在本申请其余内容中阐述的本发明的实施方案进行比较，本领域技术人员将清楚常规的、传统的以及已提出的途径的其他限制和缺点。【
发明内容】[0006]本文公开了出于训练目的的弧焊仿真，该弧焊仿真提供虚拟破坏性和非破坏性测试与检测的仿真以及虚拟焊件的材料测试。可以在使用虚拟现实焊接仿真器系统(例如，虚拟现实弧焊(VRAM)系统)创建的虚拟焊件上进行虚拟测试仿真。虚拟检验仿真可以在“预先备好的(precanned)”(即被预先限定的)虚拟焊件上进行，或使用通过使用虚拟现实焊接仿真器系统创建的虚拟焊件。总地来说，可以使用虚拟现实焊接仿真器系统(例如，虚拟现实弧焊(VRAW)系统)进行虚拟测试，并且可以使用独立式的虚拟焊件检验(VffI)系统或使用虚拟现实焊接仿真器系统(例如，虚拟现实弧焊(VRAW)系统)进行虚拟检验。然而，根据本发明的特定改善的实施方案，虚拟测试还可以在独立式VWI系统上进行。根据本发明的实施方案，所述独立式VWI系统是具有显示能力的硬件和软件的基于可编程处理器的系统。根据本发明的另一实施方案，所述VRAW系统包括基于可编程处理器的子系统、空间追踪器、至少一个模拟焊接工具以及至少一个显示装置，所述空间追踪器被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统，所述至少一个模拟焊接工具能够被所述空间追踪器在空间上追踪，所述至少一个显示装置被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统。所述VRAW系统能够在虚拟现实空间中仿真实时焊接情景，所述实时焊接情景包括由使用者(焊接者)实现的焊件的形成以及与所述焊件相关联的各种缺陷和不连贯特征。所述独立式VWI系统和所述VRAW系统两者能够进行虚拟焊件的虚拟检验并且显示在检验之下的所述虚拟焊件的动画，以观察效果。所述VRAW系统能够进行虚拟焊件的虚拟测试与虚拟检验两者，并且显示在测试与检验之下的所述虚拟焊件的动画。虚拟焊件可以通过使用对应的虚拟现实焊接仿真器系统或对应的独立式虚拟焊件检验系统反复地被破坏性和非破坏性地测试或检验。[0007]本申请的一个方面提供一种用于虚拟焊件的虚拟测试与检验的系统，尤其是用于虚拟焊件的虚拟测试与检验的系统，所述系统包括:基于可编程处理器的子系统，所述基于可编程处理器的子系统可操作来执行编码指令，所述编码指令包括:呈现引擎，所述呈现引擎被配置来呈现在仿真的测试之前的三维(3D)虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个；以及分析引擎，所述分析引擎被配置来进行3D虚拟焊件的仿真的测试，并且进一步地被配置来对在仿真的测试之前的3D虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个进行针对合格/不合格条件与缺陷/不连贯特征的检验;至少一个显示装置，所述至少一个显示装置被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统，用来显示在仿真的测试之前的3D虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个；以及使用者界面，所述使用者界面被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统，并且被配置来在所述至少一个显示装置上至少操纵在仿真的测试之前的3D虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个的定向。[0008]在一些实施方案中，所述基于可编程处理器的子系统包括中央处理单元以及至少一个图形处理单元，其中所述至少一个图像处理单元包括统一计算设备架构(CUDA)和着色器。[0009]在一些实施方案中，所述分析引擎包括专家系统、支持向量机(SVM)、神经网络以及智能代理中的至少一个。[0010]在一些实施方案中，所述分析引擎使用焊接代码数据或焊接标准数据来分析在仿真的测试之前的3D虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个。[0011]在一些实施方案中，所述分析引擎包括程序化的虚拟检验工具，所述程序化的虚拟检验工具可以被使用所述使用者界面的使用者触及和操纵，以检验虚拟焊件。[0012]在一些实施方案中，所述仿真的测试包括仿真的破坏性测试和仿真的非破坏性测试中的至少一个。[0013]本申请的另一个方面提供一种虚拟焊接测试及检验仿真器，所述仿真器包括:用于对呈现的3D虚拟焊件进行一个或更多个仿真的破坏性和非破坏性测试的装置;用于分析对所述呈现的3D虚拟焊件的所述一个或更多个仿真的破坏性和非破坏性测试的结果的装置；以及用于至少在所述3D虚拟焊件的仿真的测试之后检验所述呈现的3D虚拟焊件的装置。[0014]在一些实施方案中，本发明的仿真器还包括用于呈现3D虚拟焊件的装置。[0015]在一些实施方案中，本发明的仿真器还包括用于在进行所述一个或更多个仿真的破坏性和非破坏性测试的同时呈现所述虚拟焊件的3D动画的装置，并且优选地还包括用于显示和操纵所述虚拟焊件的所述3D动画的定向的装置。[0016]在一些实施方案中，本发明的仿真器还包括用于检验在所述3D虚拟焊件的仿真的测试之前、期间以及之后的3D虚拟焊件的装置。[0017]本申请的另一个方面提供一种评估在虚拟现实空间中呈现的基线虚拟焊件的质量的方法，尤其是使用所述系统或仿真器来评估在虚拟现实空间中所呈现的基线虚拟焊件的质量的方法，所述方法包括:使所述基线虚拟焊件经受第一计算机仿真的测试，所述第一计算机仿真的测试被配置来测试所述基线虚拟焊件的至少一个特征;呈现第一受测试的虚拟焊件，并且响应于所述第一测试生成第一测试数据；以及使所述第一受测试的虚拟焊件和所述第一测试数据经受计算机仿真的分析，所述计算机仿真的分析被配置来相对于所述至少一个特征确定所述第一受测试的虚拟焊件的至少一个合格/不合格条件。[0018]在一些实施方案中，所述第一计算机仿真的测试仿真真实世界破坏性测试，并且用于真实世界非破坏性测试。[0019]在一些实施方案中，本发明的方法还包括:在虚拟现实空间中再呈现所述基线虚拟焊件;使所述基线虚拟焊件经受第二计算机仿真的测试，所述第二计算机仿真的测试被配置来测试所述基线虚拟焊件的至少一个其他特征;呈现第二受测试的虚拟焊件，并且响应于所述第二测试生成第二测试数据；以及使所述第二受测试的虚拟焊件和所述第二测试数据经受计算机仿真的分析，所述计算机仿真的分析被配置来相对于所述至少一个其他特征确定所述第二受测试的虚拟焊件的至少一个其他合格/不合格条件。[0020]在一些实施方案中，所述第二计算机仿真的测试仿真真实世界破坏性测试，并且用于真实世界非破坏性测试。[0021]在一些实施方案中，本发明的方法还包括手动检验所述呈现的第一受测试的虚拟焊件的显示的版本。[0022]从以下的说明和附图将更完整地理解要求保护的本发明的这些和其他特点，以及本发明的图示说明的实施方案的细节。【附图说明】[0023]图1图示说明在实时虚拟现实环境下提供弧焊训练的系统的系统方框图的示例性实施方案；[0024]图2图示说明结合的仿真焊接控制台和图1的系统的观察者显示装置(ODD)的示例性实施方案；[°°25]图3图示说明图2的观察者显示装置(ODD)的示例性实施方案；[0026]图4图示说明图2的仿真的焊接控制台的前部分的示例性实施方案，示出物理焊接使用者界面(WUI);[0027]图5图示说明图1的系统的模拟焊接工具(MWT)的示例性实施方案；[0028]图6图示说明图1的系统的桌台/底座(table/stand)(T/S)的示例性实施方案；[0029]图7A图示说明图1的系统的管焊接(pipewelding)试样(coupon)(WC)的示例性实施方案；[0030]图7B图示说明安装于图6的桌台/底座(T/S)的臂的图7A的管状WC;[0031]图8图示说明图1的空间追踪器(ST)的示例性实施方案的各种部件；[0032]图9A图示说明图1的系统的戴于面部的(face-mounted)显示装置(FMDD)的示例性实施方案；[0033]图9B为图9A的FMDD如何被固定在使用者的头部上的示意图；[0034]图9C图示说明安装于焊接头盔内的图9A的FMDD的示例性实施方案；[0035]图10图示说明图1的系统的基于可编程处理器的子系统(PPS)的子系统方框图的示例性实施方案；[0036]图11图示说明图10的PPS的图形处理单元(GPU)的方框图的示例性实施方案；[0037]图12图示说明图1的系统的功能方框图的示例性实施方案；[0038]图13为使用图1的虚拟现实训练系统的训练方法的实施方案的流程图；[0039]图14A-14B根据本发明的实施方案图示说明焊接像元(weldingpixel)(焊元(wexel))移置图(displacementmap)的概念；[0040]图15图示说明仿真于图1的系统中的平坦焊接试样(WC)的试样空间(couponspace)和焊缝空间(weldspace)的示例性实施方案；[0041]图16图示说明仿真于图1的系统中的拐角(T型接头)焊接试样(WC)的试样空间和焊缝空间的示例性实施方案；[0042]图17图示说明仿真于图1的系统中的管焊接试样(WC)的试样空间和焊缝空间的示例性实施方案；[0043]图18图示说明图17的管焊接试样(WC)的示例性实施方案；[0044]图19A-19C图示说明图1的系统的双移置熔池模型的概念的示例性实施方案；[0045]图20图示说明独立式虚拟焊件检验(VWI)系统的示例性实施方案，该独立式虚拟焊件检验系统能够仿真虚拟焊件的检验并且显示在检验之下的虚拟焊件的动画以进行观察由于与焊件相关联的各种特征产生的效果；[0046]图21图示说明评估在虚拟现实空间中呈现的基线虚拟焊件的质量的方法的示例性实施方案的流程图；以及[0047]图22-24图示说明针对相同的虚拟焊件段的仿真的弯曲测试、仿真的拉伸测试以及仿真的断裂测试的虚拟动画的实施方案。【具体实施方式】[0048]本发明的实施方案包括一种用于虚拟焊件的虚拟测试与检验的系统。所述系统包括可操作来执行编码指令的基于可编程处理器的子系统。所述编码指令包括呈现引擎以及分析引擎。所述呈现引擎被配置来呈现在仿真的测试之前的三维(3D)虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个。所述分析引擎被配置来进行3D虚拟焊件的仿真的测试。所述仿真的测试可以包括仿真的破坏性测试和仿真的非破坏性测试中的至少一个。所述分析引擎还被配置来对在仿真的测试之前的3D虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个进行针对合格/不合格条件和缺陷/不连贯性特征中的至少一个的检验。所述系统还包括至少一个显示装置，所述至少一个显示装置被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统，用来显示在仿真的测试之前的3D虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个。所述系统还包括使用者界面，所述使用者界面被可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统，并且被配置来在所述至少一个显示装置上至少操纵在仿真的测试之前的3D虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个的定向(orientat1n)。所述基于可编程处理器的子系统可以包括中央处理单元以及至少一个图形处理单元。所述至少一个图形处理单元可以包括统一计算设备架构(CUDA)以及着色器。所述分析引擎可以包括专家系统、支持向量机(SVM)、神经网络以及一个或更多个智能代理中的至少一个。所述分析引擎可以使用焊接代码数据或焊接标准数据来分析在仿真的测试之前的3D虚拟焊件、在仿真的测试之下的虚拟焊件的3D动画以及在仿真的测试之后的3D虚拟焊件中的至少一个。所述分析引擎还可以包括程序化的虚拟检验工具，所述程序化的虚拟检验工具可以被使用所述使用者界面的使用者触及和操纵，以检验虚拟焊件。[0049]本发明的另一实施方案包括一种虚拟焊接测试及检验仿真器。所述仿真器包括用于对呈现的3D虚拟焊件进行一个或更多个仿真的破坏性和非破坏性测试的装置。所述仿真器还包括用于分析对所述呈现的3D虚拟焊件的所述一个或更多个仿真的破坏性和非破坏性测试的结果的装置。所述仿真器还包括用于至少在所述3D虚拟焊件的仿真的测试之后检验所述呈现的3D虚拟焊件的装置。所述仿真器还可以包括用于呈现3D虚拟焊件的装置。所述仿真器还可以包括用于在进行所述一个或更多个仿真的破坏性和非破坏性测试的同时呈现所述虚拟焊件的3D动画的装置。所述仿真器还可以包括用于显示和操纵所述虚拟焊件的所述3D动画的定向的装置。所述仿真器还可以包括用于检验在所述3D虚拟焊件的仿真的测试之前、期间以及之后的3D虚拟焊件的装置。[0050]本发明的又一实施方案包括一种评估在虚拟现实空间中呈现的基线虚拟焊件的质量的方法。所述方法包括使所述基线虚拟焊件经受第一计算机仿真的测试，所述第一计算机仿真的测试被配置来测试所述基线虚拟焊件的至少一个特征。所述方法还包括呈现第一受测试的虚拟焊件，并且响应于所述第一测试生成第一测试数据。所述方法还包括使所述第一受测试的虚拟焊件和所述第一测试数据经受计算机仿真的分析，所述计算机仿真的分析被配置来相对于所述至少一个特征确定所述第一受测试的虚拟焊件的至少一个合格/不合格条件。所述第一计算机仿真的测试可以仿真真实世界破坏性测试或真实世界非破坏性测试。所述方法还可以包括在虚拟现实空间中重新呈现所述基线虚拟焊件，使所述基线虚拟焊件经受第二计算机仿真的测试，所述第二计算机仿真的测试被配置来测试所述基线虚拟焊件的至少一个其他特征，呈现第二受测试的虚拟焊件，并且响应于所述第二测试生成第二测试数据，并且使所述第二受测试的虚拟焊件和所述第二测试数据经受计算机仿真的分析，所述计算机仿真的分析被配置来相对于所述至少一个其他特征确定所述第二受测试的虚拟焊件的至少一个其他合格/不合格条件。所述第二计算机仿真的测试可以仿真真实世当前第1页1 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