CN105531750A - 用于实时仿真的虚拟现实焊接训练环境的学习管理*** - Google Patents
用于实时仿真的虚拟现实焊接训练环境的学习管理*** Download PDFInfo
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Abstract
一种用于在学员在实时仿真的虚拟现实焊接训练环境中学习如何焊接时追踪学员的进展的学习管理***(LMS)。提供了***和方法，以帮助焊接指导人员和学员管理与在虚拟现实焊接环境中的指导和学习相关联的数据。在使用虚拟现实焊接***时由学员生成的焊接学员训练数据被存储在集中式数据库中。所述集中式数据库可由使用者(例如焊接指导人员)使用具有安装在其上的学习管理软件应用程序(LMSA)的个人计算机进行访问。所述LMSA被配置为用于允许所述使用者访问所述学员训练数据的至少一部分，用于观看、分析、分级和报告中的一个或多个。
Description
该美国专利申请要求于2013年9月11日提交的美国临时专利申请序列号61/876,352和于2014年2月26日提交的美国专利申请序列号14/190,812的权益和优先权，这些专利申请以其全文通过引用结合在此。
技术领域
某些实施方案涉及虚拟现实仿真和训练。更特别地，某些实施方案涉及用于在学员在实时仿真的虚拟现实焊接训练环境中学习如何焊接时追踪学员的进展的***和方法。再更特别地，本发明涉及分别根据权利要求1和10的序言的一种学习管理***以及一种方法。
背景
学***的训练的多个班级中的多个学员的焊接指导人员可以发现追踪学员的进展并且整理该学员的相关反馈非常具有挑战性。因此，期望提供***和方法，以帮助焊接指导人员和学员管理与在虚拟现实焊接环境中的指导和学习相关联的数据。
通过常规、传统和所提出的方法与本申请的其余部分中参照附图阐述的本发明的实施方案相比较，这些方法的进一步的局限性和缺点对本领域内的技术人员而言将变得明显。
概述
本发明的实施方案提供用于在学员在实时仿真的虚拟现实焊接训练环境中学习如何焊接时追踪学员的进展的***和方法，并且本发明的实施方案提供***和方法，以帮助焊接指导人员和学员管理与在虚拟现实焊接环境中的指导和学习相关联的数据。
本发明的一个实施方案提供一种学***均值、总评分、所使用的焊接工艺和技法、接缝配置和位置、不连贯性和百分比、每个接缝配置完成的焊接的数量、用于投资回报率报告的数据、学员电弧时间、学员材料使用、学员仿真器时间以及虚拟现实破坏性试验的结果。
本发明的一个实施方案提供一种方法。所述方法包括：使用具有安装在其上的学***的焊接学员获得的虚拟认证。所述方法还可以包括：使用所述LMSA输入在第一学员焊工使用真实世界焊接机器执行的真实世界焊接工艺期间生成的真实世界焊接数据；以及使用所述LMSA将所述真实世界焊接数据与同所述第一学员焊工相关联的所述学员训练数据的至少一部分进行比较。
所要求保护的发明的这些和其他特征以及所要求保护的发明的图示说明的实施方案的细节从后面的说明、附图以及权利要求书将会被更加全面地理解。
附图简要描述
图1图示说明在实时虚拟现实环境中提供弧焊训练的***的***方框图的示例性实施方案；
图2图示说明图1的***的组合的仿真的焊接控制台和观察者显示装置(ODD)的示例性实施方案；
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；
图4图示说明图2的仿真的焊接控制台的前部的示例性实施方案，其示出了物理焊接使用者界面(WUI)；
图5图示说明图1的模拟焊接工具(MWT)的示例性实施方案；
图6图示说明图1的***的桌台/底座(T/S)的示例性实施方案；
图7A图示说明图1的***的管焊接试样(WC)的示例性实施方案；
图7B图示说明安装在图6的桌台/底座(TS)的臂上的图7A的管WC；
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元件；
图9A图示说明图1的***的戴于面部的显示装置(FMDD)的示例性实施方案；
图9B是图9A的FMDD如何固定在使用者的头部的图示说明；
图9C图示说明安装在焊接头盔内的图9A的FMDD的示例性实施方案；
图10图示说明图1的***的基于可编程处理器的子***(PPS)的子***方框图的示例性实施方案；
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；
图12图示说明图1的***的功能方框图的示例性实施方案；
图13是使用图1的虚拟现实训练***的训练方法的实施方案的流程图；
图14图示说明虚拟现实焊接***的实施方案；
图15图示说明为平板设备的个人计算机的实施方案；
图16图示说明图15的平板设备的示例性实施方案的示意方框图；
图17图示说明学习管理***(LMS)的实施方案的示意方框图；
图18图示说明学习管理软件应用程序(LMSA)的指导人员主页的屏幕截图的实施方案；并且
图19图示说明学习管理软件应用程序(LMSA)的学员主页的屏幕截图的实施方案。
详细描述
首先，本文描述虚拟现实弧焊(VRAW)***的实施方案以将在虚拟现实焊接环境中训练的想法放入上下文中。随后，本文在从一个或多个VRAW***(或类似的虚拟现实焊接***)收集数据并且存储和分析该数据的上下文中描述学习管理***(LMS)。该数据可以代表由学员焊工在VRAW***上执行的仿真的焊接操作，并且数据的分析可以由例如焊接指导人员发起，以追踪学员的进展并向学员焊工提供恰当的反馈。
虚拟现实弧焊***
本发明的实施方案提供了一个或多个虚拟现实弧焊(VRAW)***，每个***具有基于可编程处理器的子***、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***，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***。所述***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***还能够在所述显示装置上实时地显示所述仿真的熔池。所述仿真的熔池的实时熔融金属流动性和散热特征在被显示时向模拟焊接工具的使用者提供实时视觉反馈，从而允许使用者响应于实时视觉反馈而实时调节或维持焊接技法(即，帮助使用者学习正确地焊接)。所显示的熔池代表基于使用者的焊接技法和所选择的焊接工艺和参数而将在真实世界中形成的熔池。通过观看熔池(例如形状、颜色、熔渣、大小、堆积币状体)，使用者可以改变他的技法以进行良好的焊接并且确定正在进行的焊接的类型。熔池的形状响应于焊枪或棒的移动。如本文所使用的，术语“实时”意指以与使用者在真实世界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，熔池响应于物理环境包括重力的影响，从而允许使用者在各种位置实际地实习焊接，包括仰焊及各种管焊接角度(例如1G、2G、5G、6G)。该***进一步能够保存与用于学员焊工的仿真的虚拟现实焊接会话相关联的数据。
图1图示说明在实时虚拟现实环境中提供弧焊训练的***100的***方框图的示例性实施方案。***100包括具有处理单元和计算机存储器的基于可编程处理器的子***(PPS)110。***100进一步包括可操作地连接到PPS110的空间追踪器(ST)120。***100还包括可操作地连接到PPS110的物理焊接使用者界面(WUI)130和可操作地连接到PPS110和ST120的戴于面部的显示装置(FMDD)140。***100进一步包括可操作地连接到PPS110的观察者显示装置(ODD)150。***100还包括可操作地连接到ST120和PPS110的至少一个模拟焊接工具(MWT)160。***100进一步包括桌台/底座(T/S)170和能够被附接到T/S170的至少一个焊接试样(WC)180。根据本发明的可替换实施方案，提供仿真保护气体的来源并且具有可调节的流量调节器的模拟气体瓶(未示出)。
图2图示说明组合的仿真的焊接控制台135(仿真焊接电源使用者界面)和图1的***100的观察者显示装置(ODD)150的示例性实施方案。物理WUI130驻留在控制台135的前部并且提供旋钮、按钮以及操纵杆，用于对各种模式和功能的使用者选择。ODD150附接到控制台135的顶部。MWT160停留在附接到控制台135侧部的夹持器中。在内部，控制台135夹持PPS110以及ST120的一部分。根据可替换实施方案，对WUI130所提供的模式和功能的选择可以是以触摸屏显示器的形式。
图3图示说明图2的观察者显示装置(ODD)150的示例性实施方案。根据本发明的实施方案，ODD150是液晶显示器(LCD)装置。其他显示装置也是可能的。例如，根据本发明的另一个实施方案，ODD150可以是触摸屏显示器。ODD150从PPS110接收视频(例如SVGA格式)和显示信息。
如图3中所示，ODD150能够显示呈现各种焊接参数151的第一使用者情景，焊接参数151包括位置、末端到工件间隙(tiptowork)、焊接角度、行进角度以及行进速度。这些参数可以被选择并以图形形式实时显示并且被用于教示正确的焊接技法。此外，如图3中所示，ODD150能够显示仿真的焊接不连贯状态152，例如包括不恰当的焊接大小、不佳的焊道布置、凹入的焊道、过于外凸、咬边、多孔、未焊透、夹渣、过度飞溅、溢出以及烧穿(熔穿)。咬边是熔融到邻近焊接或焊根的基础金属中并且未通过焊接金属填充的凹槽。咬边往往是由于焊接的不正确角度。多孔是由常常由于移动电弧过于远离试样引起的凝固期间的气体夹带形成的空腔类型的不连贯。与参数和状态相关联的数据可以针对学员焊工被存储在VRAW***上。
此外，如图3中所示，ODD50能够显示使用者选择内容153，包括菜单、动作、视觉提示、新的试样以及结束行程。这些使用者选择内容被绑定到控制台135上的使用者按钮。当使用者经由(例如)ODD150的触摸屏或经由物理WUI130进行各种选择时，所显示的特征可以改变来提供所选择的信息和其他选项给所述使用者。此外，ODD150可以焊工的相同的角度视图或以(例如)由指导人员选择的各种不同的角度显示由戴着FMDD140的焊工看到的视图。出于各种训练目的，ODD150可以由指导人员和/或学员观看。例如，可以使视图围绕已完成焊接旋转，从而允许由指导人员进行视觉检查。根据本发明的可替换实施方案，来自***100的视频可通过(例如)互联网被发送至远程位置，进行远程观看和/或评论。此外，音频可以被提供，从而允许学员和远程指导人员之间的实时音频通信。
图4图示说明图2的仿真的焊接控制台135的前部的示例性实施方案，其示出了物理焊接使用者界面(WUI)130。WUI130包括对应于在ODD150上显示的使用者选择内容153的一组按钮131。按钮131被着色以对应于显示在ODD150上的使用者选择内容153的颜色。当按钮131中的一个被按下时，信号被发送到PPS110来激活对应的功能。WUI130还包括操纵杆132，操纵杆132能够被使用者使用来选择显示在ODD150上的各种参数和选择内容。WUI130还包括用于调节焊丝送进速度/安培数的刻度盘或旋钮133，以及用于调节伏特/微调的另一刻度盘或旋钮134。WUI130还包括用于选择弧焊工艺的刻度盘或旋钮136。根据本发明的实施方案，三种弧焊工艺是可选择的，包括：包括气体保护和自保护工艺的焊剂芯弧焊(FCAW)；包括短弧、轴向喷射、STT和脉冲的气体金属弧焊(GMAW)；气体钨弧焊(GTAW)；以及包括E6010和E7010焊条的保护金属弧焊(SMAW)。WUI130进一步包括用于选择焊接极性的刻度盘或旋钮137。根据本发明的实施方案，三种弧焊极性是可选择的，包括交流电(AC)、正接直流电(DC+)以及负接直流电(DC-)。
图5图示说明图1的***100的模拟焊接工具(MWT)160的示例性实施方案。图5的MWT160仿真用于板和管焊接的手工焊接工具，并且包括夹持器161和仿真的手工焊条162。MWD160上的触发器用于将信号传送到PPS110来激活所选择的仿真的焊接工艺。仿真的手工焊条162包括触觉电阻末端163来仿真在(例如)真实世界管焊接中的焊根焊道焊接过程期间或在焊接板时发生的电阻反馈。如果使用者过于背离焊根移动仿真的手工焊条162，使用者将能够感觉或觉察到较低的阻力，从而获得用于调节或保持当前焊接工艺的反馈。
要考虑的是，手工焊接工具可以包括致动器(未示出)，所述致动器在虚拟焊接工艺期间缩回仿真的手工焊条162。也就是说，当使用者从事虚拟焊接活动时，夹持器161和仿真的手工焊条162的末端之间的距离被减小来仿真焊条的消耗。消耗速率，即手工焊条162的缩回，可以由PPS110控制，并且更具体地，可以由PPS110执行的编码指令控制。仿真的消耗速率还可以取决于使用者的技法。在此值得一提的是，当***100便利利用不同类型焊条的虚拟焊接时，消耗速率或手工焊条162的减少可以随所使用的焊接过程和/或***100的设置而变化。
根据本发明的其他实施方案，其他模拟焊接工具也是可能的，包括仿真具有例如通过焊枪送进的焊丝焊条的手持式半自动焊枪的MWD。此外，根据本发明的其他特定实施方案，真实的焊接工具可以被用作MWT160来更好地仿真所述工具在使用者手中的实际感觉，即使是在***100中，所述工具也不会被用于实际上创建真实电弧。另外，可以提供仿真的研磨工具，用于仿真器100的仿真的研磨模式中。类似地，可以提供仿真的切割工具，用于仿真器100的仿真的切割模式中。此外，可以提供仿真的气体钨弧焊(GTAW)焊炬或填充材料，用于仿真器100中。
图6图示说明图1的***100的桌台/底座(T/S)170的示例性实施方案。T/S170包括可调节的桌台171、底座或基座172、可调节的臂173以及立柱174。桌台171、底座172和臂173各自被附接到立柱174。桌台171和臂173各自能够相对于立柱174被向上、向下和旋转地手动调节。臂173被用于夹持各种焊接试样(例如焊接试样175)并且使用者在训练时可以将他/她的手臂停留在桌台171上。立柱174被标记有位置信息从而使用者可以确切地知晓臂173和桌台171被垂直定位在柱171上何处。此垂直位置信息可被使用者使用WUI130和ODD150输入到***中。
根据本发明的可替换实施方案，桌台171和臂173的位置可以自动地由PSS110经由编程的设置来设置或根据使用者的命令经由WUI130和/或ODD150来设置。在这样的可替换实施方案中，T/S170包括(例如)马达和/或伺服机构，并且来自PPS110的信号命令激活马达和/或伺服机构。根据本发明的进一步的可替换实施方案，桌台171和臂173的位置以及试样的类型由***100检测。以这种方式，使用者不必经由使用者界面手动输入位置信息。在这样的可替换实施方案中，T/S170包括位置和定向检测器并且发送信号命令到PPS110来提供位置和定向信息，并且WC175包括位置检测传感器(例如用于检测磁场的线圈传感器)。根据本发明的实施方案，在调节参数被改变时，使用者能够在ODD150上看到T/S170调节的呈现。
图7A图示说明图1的***100的管焊接试样(WC)175的示例性实施方案。WC175仿真被布置在一起以形成要进行焊接的焊根176的两个六英寸直径的管175’和175”。WC175包括在WC175的一端的连接部分177，允许WC175以精确和可重复的方式被附接到臂173。图7B图示说明安装在图6的桌台/底座(TS)170的臂173上的图7A的管WC175。WC175能够被附接到臂173的精确和可重复的方式允许仅在工厂进行一次WC175的空间校准。然后，在现场，只要***100被告知臂173的位置，***100便能够在虚拟环境中相对于WC175追踪MWT160和FMDD140。WC175附接的臂173的第一部分能够相对于臂173的第二部分倾斜，如图6中所示。这允许使用者在管处于若干不同的定向和角度中的任何定向和角度时实习管焊接。
图8图示说明图1的空间追踪器(ST)120的示例性实施方案的各种元件。ST120是能够与***100的PPS110可操作地接口连接的磁性追踪器。ST120包括磁源121和源线缆、至少一个传感器122和相关联线缆、磁盘123上的主机软件、电源124和相关联线缆、USB和RS-232线缆125以及处理器追踪单元126。磁源121能够经由线缆可操作地连接到处理器追踪单元126。传感器122能够经由线缆可操作地连接到处理器追踪单元126。电源124能够经由线缆可操作地连接到处理器追踪单元126。处理器追踪单元126能够经由USB或RS-232线缆125可操作地连接到PPS110。磁盘123上的主机软件能够被加载到PPS110上并且允许ST120和PPS110之间的功能通信。
参照图6，ST120的磁源121被安装在臂173的第一部分上。磁源121围绕源121创建磁场，包括包围附接到臂173的WC175的空间，该磁场建立3D空间参考框架。T/S170主要是非金属的(非铁的和非导电的)，以便不扭曲由磁源121创建的磁场。传感器122包括沿三个空间方向正交对准的三个感应线圈。传感器122的感应线圈各自测量磁场在三个方向中的每个上的强度并且提供该信息给处理器追踪单元126。因此，当WC175被安装在臂173上时，***100能够知道WC175的任何部分相对于由磁场建立的3D空间参考框架在何处。传感器122可以被附接到MWT160或FMDD140，从而允许MWT160或FMDD140由ST120相对于3D空间参考框架在空间和定向两者上进行追踪。当两个传感器122被提供并且可操作地连接到处理器追踪单元126时，MWT160和FMDD140两者可以被追踪。以这种方式，***100能够在虚拟现实空间中创建虚拟WC、虚拟MWT以及虚拟T/S并且在MWT160和FMDD140相对于3D空间参考框架被追踪时在FMDD140和/或ODD150显示该虚拟WC、该虚拟MWT以及该虚拟T/S。
根据本发明可替换的实施方案，一个或更多个传感器122可以无线的方式连接到处理器追踪单元126，并且处理器追踪单元126可以无线的方式连接到PPS110。根据本发明的其他可替换实施方案，其他类型的空间追踪器120可以用于***100，例如包括基于加速度计/陀螺仪的追踪器、光学追踪器(有源或无源的)、红外追踪器、声学追踪器、激光追踪器、射频追踪器、惯性追踪器以及基于增强现实的追踪***。其他类型的追踪器也可以是可能的。
图9A图示说明图1的***100的戴于面部的显示装置140(FMDD)的示例性实施方案。图9B是图9A的FMDD140如何被固定在使用者的头部的图示说明。图9C图示说明被集成到焊接头盔900中的图9A的FMDD140的示例性实施方案。FMDD140通过有线方式或以无线方式可操作地连接到PPS110和ST120。根据本发明的各种实施方案，ST120的传感器122可以被附接到FMDD140或焊接头盔900，从而允许FMDD140和/或焊接头盔900相对于由ST120创建的3D空间参考框架被追踪。
根据本发明的实施方案，FMDD140包括能够以2D和帧序列视频模式传送流体全活动视频(fluidfull-motionvideo)的两个高对比度SVGA3DOLED微显示器。虚拟现实环境的视频被提供和显示于FMDD140上。可以提供缩放(例如2倍(2X))模式，允许使用者仿真更加以假乱真的透镜。
FMDD140还包括两个耳塞扬声器910，允许使用者聆听由***100生成的仿真的焊接相关声音和环境声音。根据本发明的各种实施方案，FMDD140可以通过有线或无线方式可操作地接口连接到PPS110。根据本发明的实施方案，PPS110提供立体视频到FMDD140，从而提供增强深度感知给使用者。根据本发明的可替换实施方案，使用者能够使用MWT160上的控件(例如按钮或开关)来调用和选择FMDD140上的菜单和显示选项。这可以允许使用者在其出现失误、改变特定参数或者例如回退一点点以重新完成焊道轨迹的一部分时容易地重置焊接。
图10图示说明图1的***100的基于可编程处理器的子***(PPS)110的子***方框图的示例性实施方案。根据本发明的实施方案，PPS110包括中央处理单元(CPU)111和两个图形处理单元(GPU)115。根据本发明的实施方案，两个GPU115被编程以提供具有实时熔融金属流动性和吸热与散热特征的熔池(又叫焊池)的虚拟现实仿真。
图11图示说明图10的PPS110的图形处理单元(GPU)115的方框图的示例性实施方案。每个GPU115支持数据并行算法的实现。根据本发明的实施方案，每个GPU115提供能够提供两个虚拟现实视图的两个视频输出118和119。视频输出中的两个可以被路由至FMDD140，呈现焊接者的视野，并且第三视频输出例如可以被路由至ODD150，呈现焊接者的视野或者一些其他的视野。剩余的第四视频输出可被路由到例如投影仪。两个GPU115执行相同的焊接物理计算，但可以从相同或不同的视野呈现虚拟现实环境。GPU115包括统一计算设备架构(CUDA)116和着色器117。CUDA116是软件开发商通过行业标准编程语言可使用的GPU115的计算引擎。CUDA116包括并行核心并且被用于运行本文所描述的熔池仿真的物理模型。CPU111提供实时焊接输入数据至GPU115上的CUDA116。着色器117负责绘制并应用全部的仿真画面。焊道和熔池画面由本文稍后描述的焊元移置图的状态来驱动。根据本发明的实施方案，物理模型以约每秒30次的速率运行和更新。
图12图示说明图1的***100的功能方框图的示例性实施方案。如图12中所示的***100的各种功能方框在很大程度上是通过在PPS110上运行的软件指令和模块实现。***100的各种功能块包括物理界面1201、焊炬和夹具模型1202、环境模型1203、声音内容功能1204、焊接声音1205、底座/桌台模型1206、内部架构功能1207、校准功能1208、试样模型1210、焊接物理1211、内部物理调节工具(调整装置(tweaker))1212、图形使用者界面功能1213、绘图功能1214、学员报告功能1215、呈现装置1216、焊道呈现1217、3D纹理1218、视觉提示功能1219、评分和公差功能1220、公差编辑器1221以及特殊效果1222。
内部架构功能1207提供***100的处理的更高等级的软件逻辑，包括例如加载文件、保持信息、管理线程、启用物理模型以及触发菜单。根据本发明的实施方案，内部架构功能1207运行在CPU111上。针对PPS110的特定实时输入包括电弧位置、焊枪位置、FMDD或头盔位置、焊枪启用/关闭状态以及接触产生的状态(是/否)。
图形使用者界面功能1213允许使用者经由ODD150使用物理使用者界面130的操纵杆132来设置焊接情景。根据本发明的实施方案，焊接情景的设置包括选择语言，输入使用者姓名，选择实***，设定安培数，选择极性以及启用或关闭特定视觉提示。
在仿真的焊接情景期间，绘图功能1214收集使用者表现参数并将所述使用者表现参数提供至图形使用者界面功能1213，来以图形格式进行显示(例如在ODD150上)。来自ST120的追踪信息馈入绘图功能1214。绘图功能1214包括简单分析模块(SAM)和抖动(whip)/摆动(weave)分析模块(WWAM)。SAM通过比较焊接参数和存储在焊道表格中的数据分析使用者焊接参数，所述使用者焊接参数包括焊接行进角度、行进速度、焊接角度、位置以及末端到工件距离。WWAM分析使用者抖动参数，包括币状体间隔、抖动时间以及熔池时间。WWAM还分析使用者摆动参数，包括摆动宽度、摆动间隔以及摆动定时。SAM和WWAM将原输入数据(例如位置和定向数据)解释为在功能上可使用的数据，用于进行绘图。针对由SAM和WWAM分析的每个参数，公差窗口由参数限制(parameterlimits)围绕使用公差编辑器1221输入焊道表格的最佳或理想设定点来限定，并且评分和公差功能1220被执行。各种类型的学员训练数据(例如参数数据和评分数据)可以被存储在VRAW***上并且可以稍后相对于学习管理***(LMS)使用，如本文稍后描述。
公差编辑器1221包括估计材料使用、电气使用和焊接时间的焊接度量计(weldometer)。此外，当特定参数超出公差时，可能发生焊接不连贯(即焊接缺陷)。任何焊接不连贯的状态由绘图功能1214处理并经由图形使用者界面功能1213以图形格式呈现。这样的焊接不连贯包括不恰当的焊接大小、不佳的焊道布置、凹入的焊道、过于外凸、咬边、多孔、未焊透、夹渣、溢出、烧穿以及过度飞溅。根据本发明的实施方案，不连贯的等级或量取决于特定使用者参数偏离最佳或理想的设定点的程度。
不同的参数限制可以针对不同类型的使用者(例如焊接初学者、焊接专家以及在交易展览会中的人)被预先限定。评分和公差功能1220根据使用者接近针对特定参数的最佳(理想)值的程度并且根据出现在焊接中的不连贯或缺陷的等级提供数字评分。最佳值从真实世界数据获得。来自评分和公差功能1220和来自绘图功能1214的信息可以被学员报告功能1215使用，来为指导人员和/或学员创建表现报告。
***100能够分析和显示虚拟焊接活动的结果。通过分析所述结果，意味着***100能够确定在该焊接行程期间是何时以及沿焊接接缝是何处，使用者偏离焊接工艺可接受的限制。评分可以归因于使用者的表现。在一个实施方案中，评分可以是在多个公差范围上模拟焊接工具160在位置、定向和速度上的偏离的函数，这可以从理想的焊接行程延伸到临界的或不可接受的焊接活动。根据用于对使用者的表现进行评分的选择，多个范围的任何梯度均可以被包括在***100中。评分可以以数字的方式或字母数字的方式来显示。此外，使用者的表现可以以图形的方式来显示，在时间上和/或沿焊接接缝的位置上示出所述模拟焊接工具如何接近地横过焊接接缝。诸如行进角度、加工角度、速度以及离焊接接缝的距离的参数是可以被测量的内容的例子，然而出于评分的目的任何参数均可以被分析。所述参数的公差范围取自真实世界的焊接数据，从而提供关于使用者在真实世界中将会如何表现的准确反馈。在另一实施方案中，与使用者的表现对应的缺陷的分析也可以被包括并显示在ODD150上。在这个实施方案中，可以描绘示出由测量在虚拟焊接活动期间所监控的各种参数而造成的不连贯是何种类型的图形。尽管吸留在ODD150上可能不是可视的，但由于使用者的表现，缺陷仍可能已经发生，使用者的表现结果仍可能会相应地被显示(即图形化)。同样，各种类型的学员训练数据(例如参数数据和评分数据)可以被存储在VRAW***上并且可以稍后相对于学习管理***(LMS)使用，如本文稍后描述。
视觉提示功能1219通过在FMDD140和/或ODD150上显示覆盖的颜色和指示标记，向使用者提供立即的反馈。针对焊接参数151中的每个提供视觉提示，焊接参数151包括位置、末端到工件距离、焊接角度、行进角度、行进速度以及弧长度(例如针对手工焊接)，并且如果基于预先限定的限制或公差使用者的焊接技法的某些方面应当被调节，则在视觉上指示所述使用者。例如，还可以针对抖动/摆动技法以及焊道“币状体(dime)”间隔提供视觉提示。视觉提示可被单独或以任何期望的组合来设定。
校准功能1208提供使真实世界空间(3D参考框架)中的实物部件与虚拟现实空间中的可视部件匹配的能力。通过将WC安装到T/S170的臂173上，并且利用可操作地连接到ST120的校准笔(stylus)接触WC预先限定的点(例如由WC上的三处浅凹指示的)，每种不同类型的焊接试样(WC)在工厂中被校准。ST120读取预先限定的点处的磁场强度，提供位置信息至PPS110，并且PPS110使用所述位置信息来进行所述校准(即从真实世界空间到虚拟现实空间的转换)。
任何特定类型的WC在非常严格的公差之内以相同的可重复方式装入T/S170的臂173。因此，一旦特定WC类型被校准，该WC类型不必被重新校准(即特定类型的WC的校准是一次性事件)。相同类型的WC是可互换的。校准确保使用者在焊接工艺期间所感知的物理反馈匹配在虚拟现实空间中向所述使用者显示的内容，使得仿真看上去更加真实。例如，如果使用者围绕实际WC180的拐角滑动MWT160的末端，所述使用者将会在FMDD140上看到所述末端围绕虚拟WC的拐角滑动，就像所述使用者感觉到的所述末端围绕所述实际的拐角滑动那样。根据本发明的实施方案，MWT160被放置在预先定位的架子(jig)上并且也基于已知的架子位置被校准。
根据本发明的可替换实施方案，提供“智能”试样，在例如试样的拐角上具有传感器。ST120能够追踪“智能”试样的拐角，使得***100持续知道“智能”试样在真实世界3D空间中的何处。根据本发明的进一步的可替换实施方案，提供许可密钥以“解锁”焊接试样。当特定WC被购买时，提供许可密钥，允许使用者将所述许可密钥输入***100，解锁与该WC相关联的软件。在本发明的另一个实施方案中，基于部件的真实世界CAD制图，可以提供特殊的非标准焊接试样。使用者可以甚至能够在CAD部件在真实世界中实际产生之前训练焊接该部件。
声音内容功能1204和焊接声音1205提供特定类型的焊接声音，所述焊接声音根据特定焊接参数是否在公差内或超出公差而改变。声音根据各种焊接工艺和参数来调整。例如，在MIG喷弧焊工艺中，当使用者未使MWT160正确定位时提供噼啪的声音，而当MWT160被正确定位时提供嘶嘶的声音。在短弧焊接工艺中，针对恰当的焊接技法提供稳定的噼啪或油炸的声音，并且当咬边发生时可以提供嘶嘶的声音。这些声音模仿(mimic)对应于正确和错误焊接技法的真实世界的声音。
根据本发明的各种实施方案，高保真声音内容可以使用各种电子和机械装置取自实际焊接的真实世界录音。根据本发明的实施方案，根据使用者头部(假设使用者正戴着由ST120追踪的FMDD140)相对于MWT160和WC180之间的仿真的电弧的位置、定向和距离改变声音的感知音量和方向性。例如，声音可以经由FMDD140中的耳塞扬声器910或经由在控制台135或T/S170中配置的扬声器被提供给使用者。
环境模型1203被提供以在虚拟现实空间中提供各种背景场景(静止的和移动的)。这样的背景环境可以包括(例如)室内焊接车间、室外跑道、车库等并且可以包括移动的汽车、人、鸟、云以及各种环境声音。根据本发明的实施方案，背景环境可以是交互性的。例如，使用者在开始焊接之前可能必须调查背景区域，以确保环境对于焊接是合适的(例如安全的)。提供焊炬和夹具模型1202，其在虚拟现实空间中建模各种MWT160，包括(例如)焊枪、具有手工焊条的夹持器等。
提供试样模型1210，其在虚拟现实空间中建模各种WC180，包括(例如)平板试样、T形接缝试样、对接接缝试样、凹槽焊接试样以及管试样(例如2英寸直径的管和6英寸直径的管)。提供底座/桌台模型1206，其在虚拟现实空间中建模T/S170的各种部件，包括可调节的桌台171、底座172、可调节的臂173以及立柱174。提供物理界面模型1201，其在虚拟现实空间中建模焊接使用者界面130、控制台135和ODD150的各种部件。
根据本发明的实施方案，实现了虚拟现实空间中的熔池或焊池的仿真，其中所述仿真的熔池具有实时熔融金属流动性和散热特征。根据本发明的实施方案，位于熔池仿真的中心的是运行在GPU115上的焊接物理功能1211(又叫物理模型)。焊接物理功能采用双移置层技术来准确地建模动态流动性/粘滞性(viscosity)、凝固性、热梯度(吸热与散热)、熔池痕迹(wake)以及焊道形状。
焊接物理功能1211与焊道呈现功能1217连通，来表现焊道从加热的熔融状态到冷却固化状态之间的全部状态。焊道呈现功能1217使用来自焊接物理功能1211的信息(例如热、流动性、移置、币状体间隔)，来准确地且逼真地以实时的方式在虚拟现实空间中呈现焊道。3D纹理功能1218将纹理图(texturemaps)提供至焊道呈现功能1217，来使附加的纹理(例如焦痕(scorching)、熔渣、颗粒(grain))覆盖到仿真的焊道上。例如，熔渣可以被示为在焊接工艺期间和恰好在焊接工艺之后呈现在焊道上，并且然后被除去以露出下面的焊缝。呈现装置功能1216用于使用来自特殊效果模块1222的信息表现各种非熔池的具体特征，包括火星(sparks)、飞溅、烟尘、电弧光、烟和气体以及特定不连贯性(例如咬边和多孔)。
内部物理调节工具1212是允许各种焊接物理参数针对各种焊接工艺被限定、更新和修改的调整装置。根据本发明的实施方案，内部物理调节工具1212运行在CPU111上并且调节的或更新的参数被下载到GPU115中。可以经由内部物理调节工具1212被调节的参数类型包括与焊接试样相关联的参数、允许工艺被改变而无需重置焊接试样(允许形成第二焊道)的工艺参数、可以被改变而不会重置整个仿真的各种全局参数以及各种其他参数。
图13为使用图1的虚拟现实训练***100的训练方法1300的实施方案的流程图。在步骤1310中，按照焊接技法相对于焊接试样移动模拟焊接工具。在步骤1320中，使用虚拟现实***在三维空间内追踪模拟焊接工具的位置和定向。在步骤1330中，观看所述虚拟现实焊接***的显示画面，在仿真的模拟焊接工具通过在从所述仿真的模拟焊接工具射出的仿真的电弧附近形成仿真的熔池，来将仿真的焊道材料堆积到所述仿真的焊接试样的至少一个仿真的表面上时，所述显示画面示出所述模拟焊接工具和所述焊接试样在虚拟现实空间中的实时虚拟现实仿真。在步骤1340中，在所述显示画面上观看所述仿真的熔池的实时熔融金属流动性和散热特征。在步骤1350中，响应于观看所述仿真的熔池的所述实时熔融金属流动性和散热特征而实时地改变所述焊接技法的至少一个方面。
方法1300图示说明使用者如何能够观看虚拟现实空间中的熔池并响应于观看仿真的熔池的各种特征(包括实时熔融金属流动性(例如粘滞性)和散热)而改变其焊接技法。使用者还可以观看并响应于其他特征，包括实时熔池痕迹和币状体间隔。观看并响应于熔池的特征是大多数焊接操作在真实世界中实际上如何被执行。焊接物理功能1211的双移置层模型运行在GPU115上，允许这样的实时熔融金属流动性和散热特征被准确地建模并向使用者展示。例如，散热确定固化时间(即焊元需要多少时间彻底地固化)。
此外，使用者可以使用相同或不同的(例如第二)模拟焊接工具和/或焊接工艺，在焊道材料上完成第二焊道。在这样的第二焊道情景中，在仿真的模拟焊接工具通过在从仿真的模拟焊接工具射出的仿真的电弧附近形成第二仿真的熔池，堆积与第一仿真的焊道材料结合的第二仿真的焊道材料时，所述仿真示出虚拟现实空间中的所述仿真的模拟焊接工具、焊接试样以及原始的仿真焊道材料。可以以类似的方式形成使用相同或不同的焊接工具或工艺的附加的后续焊道。根据本发明的特定实施方案，当由先前的焊道材料、新焊道材料以及有可能在下面的试样材料中的任何组合在虚拟现实世界中形成新熔池时，在任一第二或后续焊道中，先前的焊道材料与被堆积的新焊道材料结合。这样的后续焊道可能需要进行大的圆角或坡口焊接，例如可以被执行来修复由先前的焊道形成的焊道，或者可以包括热焊道和在管焊接中完成焊根焊道后的一个或多个填充和盖帽焊道。根据本发明的各种实施方案，焊道和母材可以包括软钢、不锈钢、铝、镍基合金或其他材料。同样，各种类型的学员训练数据(例如参数数据和评分数据)可以被存储在VRAW***上并且可以稍后相对于学习管理***(LMS)使用，如本文稍后描述。其他类型的学员训练数据也可以被存储，例如学员标识数据。
学习管理***(LMS)
如上文所描述，焊接学员可以在虚拟现实焊接***上针对各种类型的焊接工艺和试样进行训练，并且与该训练相关联的学员训练数据可以被生成并存储在虚拟现实焊接***上。可以在学员焊工的虚拟现实焊接训练会话(虚拟焊接工艺)期间生成显著量的数据。在不同水平的训练的多个班级具有多个学员的焊接指导人员可以发现追踪学员的进展并且整理该学员的相关反馈非常具有挑战性。因此，期望提供***和方法，以帮助焊接指导人员和学员管理与在虚拟现实焊接环境中的指导和学习相关联的数据。
学员可以在虚拟现实焊接***上执行的焊接工艺的类型可以包括(例如)保护的金属弧焊工艺、气体金属弧焊工艺、焊剂芯弧焊工艺以及气体钨弧焊工艺。使用者使用虚拟现实焊接***可以获得的焊接技能的类型可以包括(例如)如何针对特定焊接工艺设置***、如何准备用于焊接的金属、如何在特定焊接工艺期间恰当夹持焊枪/焊炬、如何在特定焊接工艺的开始起电弧、如何在特定焊接工艺期间移动焊条、各种板焊接技能以及各种管焊接技能。根据其他各种实施方案，其他类型的焊接工艺和技能也是可能的。
根据实施方案，提供学习管理***(LMS)，用于在学员在实时仿真的虚拟现实焊接训练环境中学习如何焊接时追踪学员的进展。LMS提供：从一个或多个虚拟现实弧焊***收集学员训练数据；以有组织的方式将学员训练数据存储在集中式数据库中；以及允许焊接指导人员和/或焊接学员访问学员训练数据的至少一部分，用于观看、分析、分级和报告中的一个或多个。LMS还可以提供指导焊接课程和材料，以帮助焊接指导人员和焊接学员。
图14图示说明虚拟现实焊接***1400的实施方案。虚拟现实焊接***1400类似于图1的***100并且被配置为用于生成学员训练数据的一个或多个电子文件1420。根据实施方案，PPS110追踪学员在虚拟现实焊接***1400上的虚拟现实焊接进展并且生成代表学员的进展的学员训练数据的电子文件1420。例如，学员训练数据可以包括与参数(诸如在虚拟焊接工艺期间受焊接学员影响的接触末端到工件距离、焊接角度、行进角度和行进速度)相关的信息。学员训练数据也可以包括基于参数接近在特定公差内或满足由焊接过程规范(WPS)加载到虚拟现实焊接***上的特定条件的程度的评分。例如，电子文件1420可以是Excel(.xls)文件或逗号分隔值(.csv)文件。
根据实施方案，学员的学员训练数据还可以包括焊接学员姓名、由焊接学员执行的虚拟焊接工艺的日期和时间、在虚拟焊接工艺期间使用的默认公差、基于焊接过程规范(WPS)的技法参数评分、焊接行程编号和每个行程的焊接评分、焊接评分行程的平均值、总评分、所使用的焊接工艺和技法、接缝配置和位置、不连贯性和百分比、每个接缝配置完成的焊接的数量、用于投资回报率报告的数据、学员电弧时间、学员材料使用、学员仿真器时间以及虚拟现实破坏性试验(例如弯曲试验)的结果。
根据实施方案，虚拟现实焊接***1400包括用于将学员训练数据发送到某个其他外部目的地的通信设备1410。通信设备1410被可操作地连接到虚拟现实焊接***1400的基于可编程处理器的子***110并且提供用于以数字通信的方式向外部发送数据的所有电路和软件。例如，通信设备1410可以是提供到互联网的有线或无线连接的调制解调器设备。在其他实施方案中，例如，通信设备可以是WiFi通信电路和软件、3G或4G通信电路和软件或通用串行总线(USB)电路和软件。根据另外的其他实施方案，其他类型的通信设备也是可能的。
图15图示说明被配置为平板设备1500的个人计算机的实施方案。平板设备1500可以由焊接指导人员或焊接学员用来访问学员训练数据，用于观看、分析、分级和报告中的一个或多个。平板设备1500包括显示器、无线和/或有线通信装置以及至少存储学***板设备1500还包括可操作以执行LMSA的编码指令的处理装置。
图16图示说明图15的平板设备1500的示例性实施方案的示意方框图。平板设备1500包括无线通信设备1510。无线通信设备可以包括(例如)WiFi通信电路和软件和/或3G或4G通信电路和软件，其提供对VRAW***1400和/或外部通信基础设施(例如互联网)的访问。平板设备1500还包括显示器1520、处理器1530以及计算机存储器1540。根据实施方案，显示器1520可以是触摸屏显示器。例如，处理器1530可以是可编程微处理器，但其他类型的逻辑处理器也是可能的。计算机存储器1540可以是(例如)电子存储器，诸如随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)的组合。根据各种其他实施方案，其他类型的计算机存储器也可以是可能的。
计算机存储器1540存储至少学习管理软件应用程序(LMSA)1545，该学习管理软件应用程序(LMSA)1545具有可以在处理器1530上执行以追踪焊接学员的进展并帮助焊接指导人员和学员管理与在虚拟现实焊接环境中的指导和学习相关联的数据的编码指令。根据实施方案，虚拟现实焊接***1400可以经由无线通信设备1510被访问以检索存储在虚拟现实焊接***1400上的学员训练数据。例如，学员训练数据可以以一个或多个电子文件的形式被存储在虚拟现实焊接***1400上。当焊接学员(使用者)在虚拟现实焊接***1400上实习时，***1400记录学员训练数据。学员训练数据可以包括(例如)学员标识数据、标识学员已经在虚拟现实焊接***1400上执行的焊接工艺的类型的信息以及与使用者对焊接工艺中的每一个的表现相关的信息。
图17图示说明学***板设备)1500、外部通信基础设施(ECI)1710、服务器计算机1720和数据库1730。服务器计算机1720和数据库1730构成数据库服务器***。外部通信基础设施1710可以包括例如互联网、蜂窝式电话通信网络、WiFi通信网络或卫星通信网络中的一个或多个。根据各种其他实施方案，其他类型的外部通信基础设施也可以是可能的。根据实施方案，服务器计算机1720和数据库1730可以位于“云中”。在其他实施方案中，服务器计算机和数据库可以是本地的(例如接近虚拟现实焊接***)并且ECI可以替代地为局域网(LAN)。
学员训练数据1420在虚拟焊接训练过程期间被生成并存储在虚拟现实焊接***1400上。根据实施方案，PPS110提供用于存储学员训练数据1420的计算机存储器。同样，学员训练数据1420可以包括(例如)标识学员已经在虚拟现实焊接***1400上执行的焊接工艺的类型的信息以及与学员对焊接工艺中的每一个的表现相关的信息。
根据实施方案，学员训练数据可以无线方式经由通信设备1410和无线通信设备1510从虚拟现实焊接***1400下载到平板设备1500。根据可替换实施方案，无线通信设备1510可以是有线通信设备(例如USB设备)并且学员训练数据可以有线方式经由通信设备1410和1510从虚拟现实焊接***1400下载到平板设备1500。在又另一个实施方案中，学员训练数据可以从虚拟现实焊接***被复制到计算机磁盘或计算机闪速驱动器并且从磁盘或闪速驱动器传送到个人计算机1500。在这样的实施方案中，虚拟现实焊接***和个人计算机包括磁盘驱动器或闪速驱动器端口。
平板设备1500上的LMSA1545可以由焊接指导人员用来观看和分析学员训练数据，以将学员分级并生成报告(例如学员报告单)。可以生成例如将学员的表现进行相互比较或者将班级的表现进行相互比较或者将今年的学员的表现与去年的学员的表现进行比较的可追溯的报告。LMSA提供确定学员表现如何并且标识学员有麻烦掌握的任何技能的分析工具。LMSA以易于阅读和理解的表格、图表和图形的形式总结学员表现。指导人员可以遇到个别学员并且通过在平板设备的显示器上观看总结了学员的表现的各种表格、图表和图形来审查学员的表现。
数据在虚拟现实焊接***、平板设备和服务器计算机之间的传送可以各种方式来实现。根据实施方案，焊接指导人员可以经由ECI1710从平板设备1500向服务器计算机1720上传原始学员训练数据、分析结果和报告，以存储在数据库1730中。根据实施方案，学员训练数据可以经由ECI1710自动地从虚拟现实焊接***1400上传到服务器计算机1720，以存储在数据库1730中。根据一个实施方案，学员训练数据可以经由服务器计算机1720和ECI1710从数据库1730下载到平板设备1500。例如，焊接指导人员可以下载班级中的所有学员或两个或更多个班级的学员训练数据，分析数据，并进行比较。
根据实施方案，在平板设备1500上运行的LMSA1545根据焊接指导人员的命令生成学员虚拟焊接进展的总结报告。学员虚拟焊接进展的总结报告可以包括(例如)平均表现信息或虚拟现实焊接***1400的学员的统一表现信息。例如，学员在特定虚拟焊接工艺期间如何夹持虚拟现实焊接***1400的模拟焊接工具的平均俯仰角可以由LMSA1545生成并且作为总结报告的一部分显示。此外，使用者在特定虚拟焊接工艺期间如何夹持模拟焊接工具的俯仰角对侧倾角的统一呈现可以由LMSA1545生成并且作为总结报告的一部分显示。
学员虚拟焊接进展的总结报告还可以包括示出与学员相关联的表现参数随着时间的推移如何改变(例如改进)的图形信息。例如，模拟焊接工具在由学员针对特定焊接工艺执行的多个连续焊接活动中的平均行进速度的图形可以由LMSA1545生成并且作为总结报告的一部分显示。该图形可以指示在(例如)针对特定焊接工艺的二十(20)个连续焊接活动的过程期间，平均行进速度如何开始在太快和太慢之间变化并且然后最终稳定到期望的行进速度，从而提供学员花了多长时间稳定到对虚拟现实焊接***1400的模拟焊接工具应用正确的行进速度的指示。
根据实施方案，可以与一个或多个虚拟现实焊接***相关联针对单个学员或针对多个学员访问学员训练数据。例如，焊接指导人员使用平板设备1500可以从数据库1730跨多个虚拟现实焊接***1400访问他的所有焊接学员的学员训练数据。平板设备1500上的LMSA1545可以为每个焊接学员创建总结报告并且也可以创建统一总结报告，该统一总结报告例如以比较的方式(例如班级中的焊接学员的排名)示出所有焊接学员的进展。
图18图示说明LMSA的指导人员主页的屏幕截图的实施方案。焊接指导人员可以登录观看与该指导人员负责的各个学员和班级相关的信息。从指导人员主页，指导人员可以导航以执行各种功能，包括下载和上传数据，如本文所述。指导人员还可以观看教案并根据需要对这些教案进行更新。
根据实施方案，LMSA提供简单的设置向导，该设置向导提供个性化的报告、班级的编号和班级名称的输入、用于投资回报率计算的材料的成本信息的输入、诊断工具、所下载的数据的确认以及备份数据的能力。例如，报告可以被上传到数据库或通过电子邮件发送给其他指导人员或学员。
由LMSA提供的其他功能包括从列表中选择分级的接缝配置来为班级创建等级簿的能力、输入不是直接从虚拟现实焊接***流出或获得的其他项目/任务以进行数据操纵(例如实验室工作评分、课堂前训练、其他任务)的能力、对数据应用定价以确定成本节约、按班级/周期/转换组织学员数据、测量两个练***均、基于由指导人员输入的截止评分生成通过/失败指示、生成学员信息总结、给针对焊接学员的报告添加表现评价的能力、按类别执行分析(分析：平均分、高分、低分、排名；类别：所有、接缝配置、工艺、班级、数据范围、行程)、定义并输入分级标准的能力、生成报告单并选择项目以包括或不包括在该报告单中的能力、生成可打印的报告的能力(按学员-报告单生成器、按班级、按时间框架；包括用于由指导人员书写的评价/总结的区域)、追踪学员的出勤的能力、进行对表现变量的分析(包括图形/图表)、将最终的班级结果归档到数据库服务器***的能力、在不同的焊接练***(例如通过6”Sch40管上2G位置的背面和正面弯曲试验)的焊接学员获得的虚拟认证的创建和追踪。
图19图示说明LMSA的学员主页的屏幕截图的实施方案。焊接学员可以登录观看与学员的课程和表现相关的信息。从学员主页，焊接学员可以导航以执行各种功能，包括上传学员数据、与指导人员联系以及审查课程和表现。
根据实施方案，真实世界焊接数据(在真实世界焊接机器上生成)可以与相同的学员的学员训练数据(在虚拟现实焊接***上生成)一起被下载到平板设备1500。LMSA1545可以用于执行真实世界焊接数据和该学员的学员训练数据的比较分析，以确定学员在从虚拟焊接环境到真实世界焊接环境的转换中的进展。真实世界焊接数据被匹配到相应的学员训练数据并被比较。以这种方式，可以追踪和评估学员通过焊接学校从虚拟焊接到真实世界焊接的进展。
综上所述，提供了一种用于在学员在实时仿真的虚拟现实焊接训练环境中学习如何焊接时追踪学员的进展的学习管理***。提供了***和方法，以帮助焊接指导人员和学员管理与在虚拟现实焊接环境中的指导和学习相关联的数据。在使用虚拟现实焊接***时由学员生成的焊接学员训练数据被存储在***的集中式数据库中。集中式数据库可由使用者(例如焊接指导人员)使用具有安装在其上的学习管理软件应用程序(LMSA)的个人计算机进行访问。LMSA被配置为用于允许使用者访问学员训练数据的至少一部分，用于观看、分析、分级和报告中的一个或多个。
虽然本文所讨论的实施方案已涉及到上面所讨论的***和方法，这些实施方案旨在是示例性的，并且并不旨在将这些实施方案的适用范围限制到仅本文所阐述的那些讨论。本文所讨论的控制***和方法同样适用于并且可以被用于与弧焊、激光焊接、铜焊、锡焊、等离子切割、水射流切割、激光切割相关的***和方法以及使用类似控制方法的任何其他***或方法，而不脱离上面所讨论的发明的范围的精神。本文的实施方案和讨论可以容易地由本领域的技术人员并入到这些***和方法中的任何***和方法中。
虽然已经参照某些实施例描述了本发明，但本领域的技术人员将理解的是，在不脱离本发明的范围的情况下可以做出各种改变并且可以替换等效物。此外，可以进行许多修改以使具体的情况或材料适应本发明的传授内容而不背离其范围。因此，本发明不旨在局限于所披露的具体实施例，而是本发明将包括落在所附权利要求书的范围内的所有实施例。
参考标号
100***135控制台
110基于处理器的子***137旋钮
111中央处理单元140戴于面部的显示装置
115图形处理单元150观察者显示装置
116统一计算设备架构151焊接参数
117着色器152焊接不连贯状态
118视频输出153使用者选择内容
119视频输出160模拟焊接工具
120空间追踪器161夹持器
121磁源162手工焊条
122至少一个传感器163触觉电阻末端
123磁盘170桌台/底座
124电源171桌台
125线缆172底座
126追踪单元173臂
130焊接使用者界面174立柱
133旋钮175焊接试样
175`直径管1214绘图功能
175``直径管1215学员报告功能
176焊根1216呈现装置
180焊接试样1217呈现装置
900焊接头盔12183D纹理
910耳塞扬声器1219视觉提示功能
1201物理界面1220评分和公差功能
1202焊炬和夹具模型1221公差编辑器
1203环境模型1222特殊效果
1204声音内容功能1300方法
1205焊接声音1310步骤
1206底座/桌台模型1320步骤
1207内部架构功能1330步骤
1208校准功能1340步骤
1210试样模型1350步骤
1211焊接物理1400焊接***
1212内部物理调节工具(调整1410通信设备
装置)1420通信设备
1213图形使用者界面功能1500平板设备
1510无线通信设备
1520显示器
1530处理器
1540计算机存储器
1545软件应用程序
1700学习管理***
1710外部通信基础设施
1720服务器计算机
1730数据库
Claims (15)
1.一种学习管理***(100)，包括：
至少一个虚拟现实焊接***(1400)，所述至少一个虚拟现实焊接***被配置为用于响应于至少一个学员在所述至少一个虚拟现实焊接***(1400)上执行至少一个虚拟焊接工艺而生成学员训练数据；
其特征在于
数据库服务器***，所述数据库服务器***被配置为用于接收和存储所述学员训练数据；以及
个人计算机，所述个人计算机具有安装在其上的学习管理软件应用程序(LMSA)，其中，所述学习管理软件应用程序(LMSA)包括被配置为用于在所述个人计算机上执行以执行以下中的一个或多个的可执行计算机指令：
以有线方式或无线方式中的至少一个从所述至少一个虚拟现实焊接***(1400)下载所述学员训练数据到所述个人计算机，
从所述个人计算机向所述数据库服务器***上传所述学员训练数据、分析结果和报告，以及
经由外部通信基础设施从所述数据库服务器***下载所述学员训练数据到所述个人计算机。
2.如权利要求1所述的学习管理***，进一步包括外部通信基础设施(1710)，所述外部通信基础设施优选包括因特网、蜂窝通信网络、WiFi通信网络或卫星通信网络中的一个或多个。
3.如权利要求1或2所述的学习管理***，其中，所述学习管理软件应用程序(LMSA)进一步包括被配置为用于在所述个人计算机上执行以分析所述学员训练数据并生成所述分析结果和所述报告的可执行计算机指令。
4.如权利要求1至3中一项所述的学习管理***，其中，所述学习管理软件应用程序(LMSA)进一步包括被配置为用于基于所述学员训练数据的至少一部分生成至少一个焊接学员的至少一个等级的可执行计算机指令。
5.如权利要求1至4中一项所述的学习管理***，其中，所述学习管理软件应用程序(LMSA)进一步包括被配置为用于基于所述学员训练数据的至少一部分标识焊接学员有麻烦掌握的任何焊接技能的可执行计算机指令。
6.如权利要求1至5中一项所述的学习管理***，其中，所述学习管理软件应用程序(LMSA)进一步包括被配置为用于基于所述学员训练数据的至少一部分比较两个或更多个焊接学员的焊接表现的可执行计算机指令。
7.如权利要求1至6中一项所述的学习管理***，其中，所述学习管理软件应用程序(LMSA)为焊接学员和焊接指导人员中的一个或多个提供指导焊接课程和材料。
8.如权利要求1至7中一项所述的学习管理***，其中，所述学员训练数据包括与焊接参数相关的信息，所述焊接参数包括在虚拟焊接工艺期间受焊接学员的影响的接触末端到工件距离、焊接角度、行进角度和行进速度中的至少一个。
9.如权利要求1至8中一项所述的学***均值、总评分、所使用的焊接工艺和技法、接缝配置和位置、不连贯性和百分比、每个接缝配置完成的焊接的数量、用于投资回报率报告的数据、学员电弧时间、学员材料使用、学员仿真器时间以及虚拟现实破坏性试验的结果。
10.一种方法，其特征在于：
使用具有安装在其上的学习管理软件应用程序(LMSA)的个人计算机访问数据库服务器***；
使用所述LMSA从所述数据库服务器***下载学员训练数据到所述个人计算机，其中，所述学员训练数据从在一个或多个虚拟现实焊接***上执行的一个或多个虚拟焊接工艺获得；以及
使用所述LMSA分析所述学员训练数据以确定与所述学员训练数据相关联的一个或多个焊接学员的焊接表现。
11.如权利要求10所述的方法，进一步包括使用所述LMSA从列表中选择分级的接缝配置来为班级创建等级簿。
12.如权利要求10或11所述的方法，进一步包括使用所述LMSA输入不是直接从虚拟现实焊接***获得的焊接项目和任务以进行数据操纵；和/或
进一步包括使用所述LMSA对数据应用定价以确定成本节约；和/或
进一步包括使用所述LMSA按班级、周期或转换中的一个或多个组织学员数据；和/或
进一步包括使用所述LMSA测量两个焊接练习或时间点之间的学员进步；和/或
进一步包括使用所述LMSA基于由焊接指导人员输入的截止评分生成通过/失败指示；和/或
进一步包括使用所述LMSA给针对焊接学员的报告添加表现评价。
13.如权利要求10至12中一项所述的方法，进一步包括使用所述LMSA生成报告单并选择项目以包括或不包括在焊接学员的所述报告单中；和/或
进一步包括使用所述LMSA按焊接学员、焊接班级或时间框架中的一个或多个生成可打印的报告。
14.如权利要求10至13中一项所述的方法，进一步包括使用所述LMSA将最终的焊接班级结果归档到所述数据库服务器***；和/或
进一步包括使用所述LMSA创建和追踪在焊接练***的焊接学员获得的虚拟认证。
15.如权利要求10至14中一项所述的方法，进一步包括：
使用所述LMSA输入在第一学员焊工使用真实世界焊接机器执行的真实世界焊接工艺期间生成的真实世界焊接数据；以及
使用所述LMSA将所述真实世界焊接数据与同所述第一学员焊工相关联的所述学员训练数据的至少一部分进行比较。
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