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。所述方法还可以包括手动检验所述呈现的第二受测试的虚拟焊件的显示的版本。
[0051]根据本发明的实施方案，在虚拟现实空间中形成的完整的虚拟焊件可以针对焊缝缺陷进行分析，并且可以做出关于这样的焊件是否会通过或不通过标准行业测试的结论。特定的缺陷可以在所述焊件内的特定的位置内造成特定类型的不合格。作为虚拟焊接工艺的一部分，表征任何缺陷和不连贯性的数据通过使用虚拟现实焊接仿真器系统(例如，虚拟现实弧焊(VRAW)系统)预先限定虚拟焊件或创建虚拟焊件被捕获为所述虚拟焊件的限定(definit1n)的部分。
[0052]再者，基于预先限定的焊接代码和标准(例如，AWS焊接标准)，对任何特定的测试的合格/不合格的准则是先验得知的(known apr1ri)。根据本发明的实施方案，创建动画以允许虚拟焊件的仿真的破坏性或非破坏性测试的可视化。可以以许多不同的方式测试相同的虚拟焊件。虚拟焊件的测试与检验可以发生在本文稍后具体描述的虚拟现实焊接仿真器系统(例如，虚拟现实弧焊(VRAW)系统)上。虚拟焊件的检验可以发生在本文稍后具体描述的独立式虚拟焊件检验(VWI)系统上。
[0053]VRAW系统能够允许使用者通过仿真焊接情景实时创建虚拟焊件，犹如使用者实际上在焊接一样，并且捕获所有限定虚拟焊件的所得数据(resultant data)，包括缺陷和不连贯性。VRAW系统还能够进行虚拟焊件的虚拟破坏性和非破坏性测试与检验以及虚拟焊件的材料测试和检验。独立式VWI系统能够使用VRAW系统输入预先限定的虚拟焊件或被创建的虚拟焊件，并且能够进行虚拟焊件的虚拟检验。根据本发明的实施方案，三维虚拟焊件或部件可以得自计算机辅助设计(CAD)模型。因此，可以在不规则几何结构上针对具体的部件仿真测试与检验。根据本发明的实施方案，VRAM系统还能够进行预先限定的虚拟焊件的虚拟检验。例如，VRAM系统可以包括预先形成的虚拟焊件，学员可以参照所述预先形成的虚拟焊件以便学习好的焊缝看起来应当是如何的。
[0054]各种类型的焊接不连贯性和缺陷包括本领域均熟知的不适当的焊缝大小、不佳的焊道(bead)布置、凹入的焊道、过于外凸、咬边(undercut)、多孔(porosity)、未焊透、夹渣(slag inclus1n)、过度飞派、过度填充(overfill)、裂缝以及烧穿或焊穿。例如，咬边通常是由于不正确的焊接角度造成的。多孔是由固化期间的夹气(gas entrapment)形成的空腔类不连贯，通常是由电弧过于远离焊件移动而造成的。其他问题可能由于不正确的工艺(填充材料、焊丝尺寸或技法，所有这些均可以被仿真)而发生。
[0055]可以进行的各种类型的破坏性测试包括本领域均熟知的焊根弯曲测试、表面弯曲测试、侧面弯曲测试、拉力或拉伸测试、断裂测试(例如，凹口断裂测试或T-接头断裂测试)、冲击测试以及硬度测试。针对这些测试中的多个，工件从所述焊件切断，并且在该工件上进行测试。例如，焊根弯曲测试是将从所述焊件切下的工件弯曲以至于焊缝焊根在具有特定的弯曲半径的凸面上的测试。侧面弯曲测试是将焊件弯曲以至于焊缝的横断面的侧面在具有特定的弯曲半径的凸面上的测试。表面弯曲测试是将焊件弯曲以至于焊缝表面在具有特定的弯曲半径的凸面上的测试。
[0056]进一步的破坏性测试是拉力或拉伸测试，其中从焊件割下的工件被拉伸或被伸展直到焊缝断裂，来测试焊缝的弹性极限和拉力强度。另一破坏性测试是断裂测试。断裂测试中的一种类型是对具有以90度彼此焊接在一起以形成T-接头的两段的焊件的测试，其中一段朝向另一段被弯起来，以确定焊缝是否断裂。如果焊缝断裂，则可以检验内部焊道。冲击测试是冲击元件在各种温度下被强制进入焊件来确定焊件抵抗冲击能力的测试。焊件在静负荷下可以具有良好的强度，然而如果经受高速冲击，焊件可能折断。例如，摆锤装置可以用来不停摇摆并且撞击焊件(可能使焊件断裂)，并且被称为沙比冲击测试(Charpy impacttest)ο
[0057]进一步的破坏性测试是硬度测试，所述硬度测试测试焊件抵抗在焊接接缝处的缩进或穿透的能力。焊件的硬度取决于在焊接接缝处的所得冶金特性，这部分基于焊接接缝如何在热影响区域冷却。硬度测试的两种类型是布氏硬度测试(Brinell test)和洛氏硬度测试(Rockwell test)。两种测试使用具有硬球体或尖的金刚石刻刀的穿头。所述穿头在标准化的负荷下被施加到焊缝。当所述负荷被移除时，测量穿透深度。可以在周围的金属中的数个点处进行所述测试，并且所述测试是潜在裂缝的良好的指示器。破坏性测试的又一类型是在管上的弯曲测试，其中焊接的管被切割来从管的四个象限的每个中取出工件。焊根弯曲在工件中的两个上进行，并且表面弯曲在其他两个工件上进行。
[0058]可以进行的非破坏性测试的各种类型包括射线照相测试和超声波测试。在射线照相测试中，所述焊件被暴露到X-射线，并且生成可以被检查的焊接接缝的X-射线图像。在超声波测试中，焊件被暴露到超声波能量，并且焊接接缝的各种特性从反射的超声波中得出。针对特定类型的非破坏性测试，焊件(以虚拟的方式)经受X-射线或超声波暴露，并且例如内部的多孔、夹渣、未穿透的缺陷被可视地呈现给使用者。另一类型的非破坏性测试是可以以虚拟现实的方式仿真的染色渗透测试或液体渗透测试。焊件经受染色材料，并且焊件然后被暴露到显影剂来确定例如是否表面存在非肉眼可见的裂缝。进一步的非破坏性测试是磁性粒子测试，所述磁性粒子测试还用来检测裂缝，并且可以以虚拟现实的方式仿真。在焊件的表面之下的小裂缝可以由输入到焊件的不适当的热创建。根据本发明的实施方案，行进速度和其他焊接工艺参数在虚拟现实环境中被追踪，并且被用来确定输入到焊件的热，并且从而确定可以使用虚拟非破坏性测试被检测的在焊件的表面附近的裂缝。
[0059]另外，可以在仿真的结构中进行焊件的仿真。例如，由VRAW系统的使用者创建的具有虚拟焊接接缝的虚拟焊件可以被包括到用于测试的桥梁的虚拟仿真中。例如，虚拟焊件可以对应于桥梁的关键结构元件。桥梁可以被指定为在不合格之前的上一百年。所述测试可以包括随着时间(即虚拟时间)的流逝观察桥梁来看焊件是否不合格。例如，如果焊件具有差的质量(即，具有令人无法接受的不连贯性或缺陷)，所述仿真可以示出桥梁在45年后塌倒的动画。
[0060]图1-19C公开了能够在虚拟现实空间中仿真的虚拟现实弧焊(VRAW)系统100的实施方案，实时焊接情景包括由使用者(焊接者)实现的虚拟焊件的形成以及与焊件相关联的各种缺陷和不连贯性特征，并且仿真虚拟焊件的测试与检验以及显示在测试之下的虚拟焊件的动画以观察效果。VRAW系统能够创建焊件的精细的虚拟呈现，并且进行所述虚拟呈现的精细的分析，该分析将虚拟焊件的各种特征与焊接代码相比较。
[0061]虚拟检验可以在VRAW系统上以多种不同方式中的任何一种或多种不同方式的组合实现。根据本发明的实施方案，VRAW系统包括专家系统，并且VRAW系统由一组规则驱动。专家系统是这样的软件，即试图提供问题的答案，或者阐明通常需要向一个或多个人类皇家咨询的不确定性。专家系统在特殊的问题领域中是最普通的，并且是传统的应用和/或人造智能的子领域。各种各样的方法可以被用来仿真专家的表现，然而，对很多人来说通常是I)知识库的创建，所述知识库使用一些知识表达形式体系来获得主题专家(SME)的知识(例如，持有证件的焊接检验者的知识)，以及2)从SME收集知识并且根据形式体系编写该知识的过程，被称之为知识工程。专家系统可以具有或可以不具有学习部件，而第三常见的要素(a third common element)是这样的，S卩一旦系统被开发，通过被置于与人类SME相同的真实世界问题解决情形中而被证实的是，一般地对人类工人起到辅助作用或对一些信息系统起到补充的作用。
[0062 ]根据本发明的另一实施方案，VRAW系统包括支持向量机。多个支持向量机(SVM)是一套用于分类和回归的相关的监督式学习方法。考虑到一套训练实例的每个被标记为属于两个类别中的一个，SVM训练算法建立预测一新的实例是否落入一个类别或其他类别(例如针对特定的缺陷和不连贯性的合格/不合格类别)的模型。直观地，SVM模型是作为空间映射点的实例的表征，从而分开的类别的实例被尽可能宽的明显的间隙所划分开。新的实例则被映射到这一相同的空间中，并且基于这些新的实例落入该间隙的哪一侧来预测为属于一类别。
[0063]仍根据本发明的又一实施方案，VRAW系统包括神经网络，所述神经网络能够被训练并且被适应到新的情景。神经网络由互相连接的人工神经元(模仿生物神经元的特性的程序化构造)构成。神经网络可以被用来获得生物神经网络的认知，或用于解决人工智能问题而不必创建真实生物系统模型。根据本发明的实施方案，神经网络被这样设计，即从虚拟焊件数据输入缺陷和不连贯性，并且输出合格/不合格数据。
[0064]根据本发明的各种实施方案，可以采用智能代理(intelligentagent)给学员提供关于学员需要更多练习的区域的反馈，或者给指导者或教学者提供关于如何修改教学课程来改善学员学习的反馈。在人工智能中，智能代理是通常在软件中实施的自治实体，所述自治实体观察并且作用于环境，并且朝向要达到的目标引导其行动。智能代理能够学习并且使用知识来实现目标(例如将相关反馈提供给焊接学员或焊接教学者的目标)。
[0065]根据本发明的实施方案，使用VRAW系统创建的焊件的虚拟呈现被输出至系统的破坏性/非破坏性测试部分。系统的测试部分能够自动生成(针对破坏性测试的)虚拟焊件的切割段，并且将那些切割段提交至VRAW系统的测试部分之内的多个可能的测试中的一个。多个测试中的每个能够生成图示说明特定的测试的动画。VRAW系统能够向使用者显示测试的动画。动画向使用者清楚地示出由使用者生成的虚拟焊件是否通过测试。针对非破坏性测试，焊件(以虚拟的方式)经受X-射线或超声波暴露，并且诸如内部多孔、夹渣以及未穿透的缺陷被可视地呈现给使用者。
[0066]例如，经受虚拟弯曲测试的虚拟焊件可以被示出在动画中在虚拟焊件的焊接接缝中发生特定类型的缺陷的位置处断裂。作为另一个实施例，经受虚拟弯曲测试的虚拟焊件可以被示出在所述动画中弯曲并且破裂，或者尽管焊件没有完全断裂，在动画中示出大量缺陷。相同的虚拟焊件可以针对不同的测试使用虚拟焊件的相同的切割段(例如，切割段可以是由VRAW系统重新构成的或重新呈现的)或不同的切割段反复被测试。根据本发明的实施方案，虚拟焊件用冶金特征标记，例如，举例说明，纳入特定选择的破坏性/非破坏性测试进行考虑的金属类型以及拉力强度。根据本发明的各种实施方案，仿真各种常见的基底焊接金属，包括例如铝和不锈钢的焊接金属。
[0067]根据本发明的实施方案，背景运行专家系统可以在VRAW系统的显示画面上的窗口中弹出并且(例如，经由文本消息和/或用图形表示地)向使用者指出焊件为何未通过所述测试(例如，在焊接接缝中的这些特定的点处有太多的孔)以及什么特定的焊接标准(一个或多个)未满足。根据本发明的另一实施方案，VRAW系统可以以超文本的形式链接到将目前的测试约束到特定焊接标准的外部工具。另外，使用者可以利用知识库(包括文本、图片、视频以及图表)来支持其训练。
[0068]根据本发明的实施方案，特定的破坏性/非破坏性测试的动画是随着测试的改变的虚拟焊件的3D呈现，以至于在测试期间，使用者可以以三维的方式在VRAW系统的显示画面上四处移动呈现的虚拟焊件，以从各个角度和视角观看所述测试。特定测试的相同的3D呈现的动画可以反复播放，以针对相同使用者或针对多个使用者允许最大的训练好处。
[0069]根据本发明的实施方案，在测试之下的呈现的虚拟焊件和/或虚拟焊件的对应的3D呈现的动画可以被输出到系统的检验部分，以进行焊缝的检验和/或在焊接检验方面训练使用者(例如，以成为持有证件的焊接检验员)。系统的检验部分包括教学模式和训练模式。
[0070]在教学模式下，在测试之下的虚拟焊件和/或虚拟焊件的3D呈现的动画被显示并且被评分者(训练者)与焊接学员一起观看。训练者和焊接学员能够观看并且与虚拟焊件进行交互。训练者能够(例如，经由计分方法)做出焊接学员在识别虚拟焊件中的缺陷和不连贯性方面表现得如何的结论，并且向焊接学员指出该焊接学员表现得如何以及(从不同的视角观看等)通过与显示的虚拟焊件进行交互指出该学员遗漏了什么内容。
[0071]在训练模式下，系统询问焊接检验学员各种关于虚拟焊件的问题，并且允许焊接检验学员输入问题的答案。系统可以在提问结束时对焊接检验学员给出评分。例如，系统最初可以针对一个虚拟焊件给焊接检验学员提供样本问题，并且然后针对在测试模式期间被评分的另一虚拟焊件继续给焊接检验学员提供限时的问题。
[0072]系统的检验部分还可以提供特定的交互工具，所述特定的交互工具帮助焊接检验学员或训练者检测缺陷，并且在虚拟焊缝上进行与预先确定的焊接标准相比的特定的测量(例如，测量焊根焊缝的熔深以及将所述测量值与要求的标准熔深相比的虚拟计量器)。焊接检验学员的评分还可以包括焊接检验学员是否使用正确的交互工具来评价所述焊缝。根据本发明的实施方案，基于评分(即，计分)的系统的检验部分确定哪些区域焊接检验学员需要帮助，并且给焊接检验学员提供更多的在其上练习检验的代表性的样本。
[0073]如本文先前所讨论的，智能代理可以被采用来给学员提供关于该学员需要更多练习的区域的反馈，或给指导者或教学者提供关于如何修改教学课程来改善学员的学习的反馈。在人工智能中，智能代理是通常在软件中实施的自治实体，所述自治实体观察并且作用于环境，并且朝向要达到的目标引导其行动。智能代理能够学习并且使用知识来实现目标(例如，将相关反馈提供给焊接学员或焊接教学者的目标)。根据本发明的实施方案，例如，由智能代理感知和作用于的环境是由VRAW系统生成的虚拟现实环境。
[0074]再者，各种交互检验工具可以用于在经受测试之前的虚拟焊件上或在经受测试之后的虚拟焊件上或该两者上。根据本发明的实施方案，各种交互检验工具和方法论针对各种焊接工艺、各种类型的金属以及各种类型的焊接标准被配置。在独立式VWI系统上，交互检验工具可以使用例如键盘或鼠标被操纵。在VRAW系统上，交互检验工具可以经由例如操纵杆(joystick)和/或控制面板被操纵。
[0075]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可操作地连接到所述基于可编程处理器的子系统。所述系统能够在虚拟现实空间中仿真具有实时熔融金属流动性和散热特征的熔池。所述系统还能够在所述显示装置上实时地显示所述仿真的熔池。当被显示时，所述仿真的熔池的实时熔融金属流动性和散热特征提供实时可视反馈给所述模拟焊接工具的使用者，允许所述使用者响应于所述实时可视反馈而实时地调节或保持焊接技法(即帮助使用者正确地学习焊接)。所显示的熔池是基于使用者的焊接技法和所选择的焊接工艺与参数而将会被形成于真实世界中的熔池的表征。通过观看恪池(例如形状、颜色、恪渣、大小、堆叠的币状体(stacked dimes))，使用者可以修正其技法来进行良好的焊接并确定被完成的焊接类型。所述熔池的形状响应于焊枪或焊条的运动。如本文所使用的，术语“实时”意指以与使用者在真实世界的焊接情景下将会感知和体验的相同的方式，在仿真的环境下及时感知和体验。此外，所述熔池响应于包括重力的物理环境的作用，允许使用者以各种位置(包括仰焊(overhead welding))和各种管焊接角度(例如1G、2G、5G、6G)逼真地练习焊接。这样的实时虚拟焊接场景导致虚拟焊件的数据表征的生成。
[0076]图1图示说明系统100的系统方框图的示例性实施方案，系统100在实时虚拟现实环境下提供弧焊训练。系统100包括基于可编程处理器的子系统(PPSHKLPPS 100提供被配置作为用于提供虚拟焊件的3D动画呈现的呈现引擎的硬件与软件。PPS 110还提供被配置作为用于进行虚拟焊件的测试和检验的分析引擎的硬件与软件。在图1的系统的上下文中，虚拟焊件是已通过仿真焊接工艺而形成焊道或焊接接缝的焊接试样的所得仿真。
[0077]系统100进一步包括可