CN112400196B - 模拟接合操作的***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示用以模拟接合操作的***及方法。用于模拟在具有或不具有填充材料的情况下接合材料的实例计算机实施***包含：处理电路***；及存储机器可读指令的机器可读存储装置，所述机器可读指令在由所述处理电路***执行时致使所述处理电路***通过将模拟域模拟为一组互连横截面二维切片而在所述模拟域内显示三维接合操作的视觉模拟。

Description

模拟接合操作的***及方法

技术领域

本发明涉及虚拟训练，并且更特定来说涉及模拟接合操作的***及方法。

背景技术

用于模拟例如焊接、铜焊、粘合剂结合及/或其它接合操作的接合操作的常规***及方法需要大量使用图形处理单元(GPU)来执行模拟。在常规焊接模拟***中，模拟焊珠的计算及渲染需要大量计算能力，借此限制可在其上有效实施此模拟的平台。例如，移动装置及/或网络浏览器无法实施常规模拟。此外，常规焊接模拟***及方法麻烦，并且在开发例如复杂的焊接形状及/或模拟不同焊接材料的新特征及功能性方面存在困难。

在常规焊接模拟中，不能准确地建模从填充物(例如用于SMAW焊接工艺的电极)转移到焊珠的材料量。准确建模对于模拟多道焊接中的根部焊道(root pass)非常重要，这是因为根部焊道为其余焊道打下基础。当焊接部件之间没有间隔时，根部焊道填满太多空间。在许多情况下，珠几何形状可能太凸或太凹，从而使后续焊道配合得很差。摆动焊接(weaved weld)可产生看起来太平的珠。如果在同一位置执行焊接(即，大体上不推进炬或焊接枪)，那么焊珠可垂直生长。在某一情况下，试样及焊珠之间可能没有过渡。举例来说，珠看起来像被粘在试样上。

在常规的焊接模拟中，很难准确地模拟基础工件材料及/或底层焊珠的熔化。特定来说，GTAW焊接工艺的常规模拟缺乏此能力。

发明内容

揭示用以模拟接合操作的***及方法，大体上如由图式中的至少一者说明并结合图式中的至少一者描述，如在权利要求书中更完整地阐述。

附图说明

当参考附图阅读下文详细描述时，将更好地理解本发明的这些及其它特征、方面及优点，其中相似字符贯穿图表示相似部件，其中：

图1是根据本发明的方面的包含基于监测训练焊接性能来模拟焊接结果的实例焊接训练***的框图。

图2是图1的模拟器的实例实施方案的框图。

图3A及3B说明根据本发明的方面的可由图2的标记检测器辨识的具有标记的实例物理工件。

图4说明根据本发明的方面的可由图2的标记检测器辨识的具有标记的实例物理训练炬的多个视图。

图5说明根据本发明的方面的可由图2的实例参考系产生器使用来界定工件的实例工件的横截面及参数。

图6说明可由图2的实例参考系产生器执行来形成所得工件的工件横截面的实例挤出。

图7说明可由用于图6的实例工件的图2的参考系产生器产生的实例参考系。

图8说明由用于实例板型工件的图2的参考系产生器产生的实例参考系。

图9说明由用于实例三通接头型工件的图2的参考系产生器产生的实例参考系。

图10A到10D说明可由图2的切片管理器使用来表示切片的实例数据结构。

图11是表示可由图2的实例模拟器执行来模拟训练焊接的结果的实例机器可读指令的流程图。

图12是表示可由图2的实例焊接求解器执行来计算模拟焊珠的横截面的实例机器可读指令的流程图。

图13是表示可由图2的实例焊接求解器执行来求解焊接熔池形状及体积的实例机器可读指令的流程图。

图14是表示可由图2的实例焊接求解器执行来将新焊接熔池体积与先前焊接熔池体积合并的实例机器可读指令的流程图。

图15A到15C说明模拟焊珠的横截面的实例计算。

图16A到16C说明基于针对切片内的模拟焊珠的经计算控制点的焊珠的实例表征。

图17A到17F说明基于经计算控制点的用于多个实例工件及/或接头类型的切片的实例焊珠。

图18说明跨越多个切片的模拟焊珠及模拟焊接熔池的实例计算。

图19说明针对实例切片的焊接结果的可见表面的实例采样。

图20说明可由图2的实例珠渲染器执行用于基于针对切片计算的多边形焊珠形状来渲染两个邻近切片的三角形网格的实例构造。

图21说明可由图2的实例珠渲染器执行用于渲染包含图20的实例切片的多个切片上方的焊珠的三角形网格的实例构造。

图22A说明通过图2的珠渲染器将焊接结果投射到二维图像空间的实例。

图22B说明如投射到图22A的二维图像空间上的焊珠部分的轮廓及焊接熔池部分的轮廓。

图23A到23C说明使用本文揭示的实例***及方法的实例计算及渲染根部焊道的视图。

图24说明针对单个焊接接头在其上制作多个模拟焊接焊道的实例切片。

图25是可用以实施本文揭示的实例***及方法的实例计算***的框图。

图式不一定按比例绘制。在适当的情况下，类似或相同参考数字用以指代类似或相同组件。

具体实施方式

本文揭示的实例***及方法涉及在模拟的增强现实训练环境中呈现及建模焊接工件及焊珠。在于2013年5月17日作为第PCT/ES2013/070315号国际专利申请案申请的标题为“基于可远程更新的增强现实模拟的用于焊接训练的先进装置(Advanced Device forWelding Training,Based on Augmented Reality Simulation,Which can be UpdatedRemotely)”中描述用于提供模拟的增强现实训练环境的常规***、设备及方法的实例。第14/406,228号美国专利申请案及第PCT/ES2013/070315号国际专利申请案的全部内容以引用的方式并入本文中。

用于提供模拟的增强现实训练环境的所揭示实例***包含：(1)能够支持3D(三维)图形及模拟软件的用户之间的通信的操作***，(2)在三个维度上模拟焊接工艺的数学方法及/或算法的实施，(3)管理虚拟教室的软件，以及(4)在真实工件上模拟焊接工艺的增强现实应用程序。通过使用增强现实技术，将由计算机产生的虚拟图像重叠或转置到真实环境，以界定及/或创建混合现实，其为用户提供用于学习不同焊接技术的工具。在一些实例中，用户(例如，焊工、焊接实习生)使用商业或定制的头戴式显示器、视频眼镜及/或任何其它用户佩戴的显示装置。显示器或眼镜可被集成到商业焊接面罩中，并且向佩戴焊接面罩的用户呈现混合现实。

所揭示实例***及方法提供焊接工件(在本文也称为“试样”)及真实地表示所执行焊珠的焊珠的模拟视觉呈现。举例来说，此类***及方法可再现焊珠缺陷，使得用户可可视化缺陷并了解其发生的方式及原因。作为另一实例，此类***及方法可在用以形成焊接的不同技术之间进行区分，并以不同方式表示每一焊接。

相对于常规接合操作模拟，所揭示***及方法正确地计算从填充物转移到工件的材料量，调整珠几何形状的凹度或凸度，以改进不同焊道之间相互作用的准确性，改进摆动焊接的表示，控制由于缺乏焊炬的移动而引起的不自然生长，提供试样及焊珠之间的准确过渡，准确模拟基础工件及底层焊珠的熔化。

所揭示实例***及方法大体上提高对接合操作进行建模及模拟的效率，借此提供在具有较少计算能力的先前未使用的移动装置及/或网络浏览器上运行及/或被传送到大体上任何平台的能力。所揭示***及方法简化后来开发的特征及功能性的创建及实施，例如定制焊接工件的导入及/或额外变量(例如添加工件及/或填充材料)的建模。

所揭示实例***及方法是模块化的，在所述实例***及方法中，能够进行局部改变而不会影响工件的整体几何形状或焊接结果。针对沿焊珠的个别位置，所揭示实例***及方法基于测量焊接参数以迭代方式计算焊珠几何形状。在模拟步骤期间添加的填充物体积被添加到已经存在的体积(例如，来自原始工件，来自先前步骤等)。所揭示实例使用质量守恒技术来准确地模拟沉积材料的体积。

所揭示实例***及方法分别(例如，独立地)计算焊珠横截面及焊珠横向剖面，并且将横截面及横向剖面计算组合以确定所得体积。与常规焊接训练技术不同，所揭示实例***及方法计算并描绘焊珠表面及焊珠穿透到工件中两者。可使用在任何切片位置处的焊珠的横截面来展示焊珠穿透的描绘。所揭示实例在没有填充棒材料的情况下实例化GTAW焊接的模拟，这对于模拟金属薄板的焊接特别有用。

用于模拟在具有或不具有填充材料的情况下接合材料的所揭示实例计算机实施***及方法包含：处理电路***；及存储机器可读指令的机器可读存储装置，所述机器可读指令在由处理电路***执行时致使处理电路***通过将模拟域模拟为一组互连横截面切片而在模拟域内显示三维接合操作的视觉模拟。

一些实例计算机实施***及方法进一步包含一或多个图像传感器，其经配置以捕获物理工件及对应于接合操作的物理接合工具的图像，其中指令致使处理电路***基于图像模拟模拟域。在一些实例中，指令致使处理电路***使用一或多个多边形及相关联多边形数据来表示针对串接切片的群组的联合结果。在一些此类实例中，针对切片中的第一者的相关联多边形数据包括以下各者中的至少一者：多边形是表示工件、接头填充珠还是辅助数据的指示；接头焊道数目；针对切片中的第一者的接头缺陷数据；所施加的压力；暴露于针对切片中的第一者的源或施加热输入的时间。

在一些实例中，指令致使处理电路***基于切片中的第一者的位置、一或多个多边形及相关联多边形数据来在模拟域的可视化内显示模拟接合材料。在一些实例中，指令致使处理电路***基于针对对应于模拟工件及模拟焊珠的横截面的位置的切片中的一者的模拟焊接数据来将接合的结果显示为所述横截面。

在一些实例***及方法中，指令致使处理电路***参考工件来界定一或多个模拟域，并且在模拟域中的每一者内实现一或多个接头的模拟接合。在一些实例中，指令致使处理电路***从任何角度显示针对切片中的至少一者的接合(例如，焊接)操作的结果。

在一些实例***及方法中，指令致使处理电路***基于横截面切片将模拟数据存储为代表接合操作的矢量数据。在一些此类实例中，指令致使处理电路***基于针对横截面切片的矢量数据渲染工件及接头填充珠。在一些实例中，指令致使处理电路***通过以下来渲染工件及接头填充珠：基于矢量数据产生三维网格；及将颜色信息、表面类型信息、热影响区信息、热影响区强度信息、所施加的压力、暴露于源的时间或焊接熔池信息中的至少一者映射到三维网格。

在一些实例***及方法中，指令致使处理电路***计算沉积材料的体积并基于计算体积来确定针对横截面切片的矢量数据。在一些此类实例***及方法中，指令致使处理电路***基于编程模拟参数计算沉积材料的体积。在一些实例***及方法中，指令致使处理电路***计算针对横截面切片的表面几何形状或焊珠穿透中的至少一者，并且包含针对横截面切片的矢量数据中的表面几何形状或焊珠穿透中的至少一者。

在一些实例***及方法中，指令致使处理电路***：在模拟域内界定焊接接头；基于焊接接头的接头参考系来界定针对切片的相应切片参考系；模拟针对切片的接合(例如，焊接)操作；及将来自切片的模拟数据投射到焊接接头上以在视觉上模拟源自接合(例如，焊接)操作的焊珠。在一些实例中，指令致使处理电路***通过基于接头参数确定切片中的每一者中的多个控制点来模拟针对切片中的每一者的接合(例如，焊接)操作。在一些此类实例中，焊接参数包含以下中的至少一者：焊珠宽度、焊珠高度、焊珠凸度或凹度、加强深度、穿透深度、加强面积、穿透面积或稀释因数。

在一些实例中，指令致使处理电路***在工件中同时或一个接一个地在一或多个模拟域内界定一或多个序列。在一些实例***及方法中，指令致使两个或更多个处理器界定相同工件，并且在不同的模拟域上同时模拟分开的接合(例如，焊接)操作。在一些实例***及方法中，指令经配置以致使处理电路***将视觉模拟显示为混合现实显示或增强现实显示，其中仅渲染与模拟域相关联的信息以在捕获图像上方显示。在一些实例中，指令致使处理电路***将横截面切片模拟为被模拟的接合操作的二维横截面。

用于模拟在具有或不具有填充材料的情况下接合材料的所揭示实例计算机实施***及方法包含：处理电路***；及存储机器可读指令的机器可读存储装置，所述机器可读指令在由处理电路***执行时致使处理电路***：在模拟域内模拟三维接合操作；及响应于接收模拟接合操作的模拟结果的横截面的位置的选择，显示所述横截面。

图1是包含基于监测训练焊接性能来模拟焊接结果的实例焊接训练***100的框图。实例焊接训练***100可用以向焊接学员及/或操作者提供有关多种不同类型的工件的焊接训练。实例***100可适于执行其它类型的工件接合技术的模拟及显示，例如钎焊或粘合剂结合。为清楚及简洁起见，下面参考焊接描述实例。

实例焊接训练***100包含模拟器102、一或多个图像传感器104、一或多个显示器106以及模拟器界面108。实例焊接训练***100可与训练服务器110及/或一或多个远程显示器112通信，例如经由网络114。

模拟器102从图像传感器104、模拟器界面108及/或训练服务器110接收数据。模拟器102产生模拟域并将其模拟为一组互连的横截面二维切片的模拟域。通过模拟二维切片，模拟器102在模拟域内产生并显示三维焊接操作。

模拟器102可仅将模拟集中在可由一或多个模拟工件116界定的模拟域内。

图像传感器104产生图像以用于由模拟器102在确定焊接参数及/或辨识焊工的视角时使用。举例来说，图像传感器104可经定位及/或定向以获得表示焊工的视场的立体图像，以便于使得能够从捕获图像及模拟产生增强现实图像。举例来说，图像传感器104及一或多个显示器106可定位在由焊工佩戴的焊接头盔上。当焊工注视模拟工件116时，图像传感器104捕获与焊工将通过典型焊接头盔透镜观看的相同或类似的视图。

实例焊接训练***100可包含一或多个额外显示器，所述一或多个额外显示器可经定位成由除焊工之外的其它人(例如，指导者)观看。在一些实例中，额外显示器106显示从焊工的角度看到的相同的增强现实视图。在一些其它实例中，显示器106展示焊接参数、焊接训练练习信息及/或任何其它焊接训练信息。

如下面更详细描述，用于焊接训练练习的模拟工件116及模拟炬118提供有可由焊接训练***100辨识的标记。当标记位于图像传感器104的视场内时，图像传感器104观察所述标记。标记中的每一者含有独特数据，所述独特数据使得能够快速识别标记的身份，确定标记在模拟工件116或模拟炬118上的位置(例如，经由标记到工件的映射或标记到炬的映射)及/或标记的定向，用于确定图像传感器104的视角。

模拟器界面108包含一或多个输入装置，例如转盘、旋钮、按钮、开关及/或任何其它类型的输入装置，以使得指令或数据能够进入模拟器102中。举例来说，模拟器界面108实现预定焊接训练计划的选择、焊接参数的编程、模拟工件116的选择、焊工或其它用户的识别及/或模拟器102的任何其它设置。

如下面更详细描述，所揭示实例焊接模拟涉及界定及管理焊接域的多个切片以跟踪焊珠的结构及/或形状或其它焊接结果，并基于与切片相关联的数据来渲染模拟焊珠。

图2是图1的模拟器102的实例实施方案的框图。模拟器102从图像传感器104接收图像及/或从模拟器界面108及/或从训练服务器110接收焊接参数。实例模拟器102包含标记检测器202、参考系产生器204、焊接参数检测器206、焊接求解器208、模拟数据库210、切片管理器212、横截面渲染器214及珠渲染器216。

标记检测器202分析由图像传感器104产生的图像，以检测图像中存在的标记。标记指示模拟工件116及/或模拟炬118相对于图像传感器104(例如，相对于焊工的视角)的位置及/或定向。图3A及3B说明具有可由标记检测器202辨识的标记306的实例物理工件302、304。图4说明具有可由标记检测器202辨识的标记306的实例物理训练炬400的多个视图。图3A、3B及4的标记306中的每一者是独特的并且具有已知大小。标记306被映射到模拟工件116或模拟炬118上的预定位置。通过识别图像内的标记306中的一或多者，标记检测器202可确定可见的工件116及/或炬118的部分，从图像传感器104到工件116及/或炬118的距离，炬相对于工件116的位置及/或定向，及/或从图像传感器104的角度来看工件116的定向。

返回图2，实例标记检测器202将检测信息提供到参考系产生器204及焊接参数检测器206。检测信息可包含一或多个识别标记的身份及/或特性。

参考系产生器204基于工件106产生针对焊接求解器208的参考系。举例来说，参考系产生器204可使用关于对应于物理工件116的工件界定的坐标系X、Y、Z。图5说明实例工件502、504的横截面以及可由图2的实例参考系产生器204使用来界定工件的参数。实例参考系产生器204可界定能够使用例如板厚度506、根部面厚度508、根部开口长度510、斜角角度512、及/或斜角形状进行数学挤出的基本工件。实例斜角形状包含无切口、V形切口、U形切口、对称及/或不对称。额外地或替代地，可使用坐标系内的点集来界定基本工件。

参考系产生器204可使用参数来界定工件横截面，并挤出横截面以界定工件的完整三维形状。图6说明可由图2的实例参考系产生器204执行来形成所得工件604的工件横截面602的实例挤出。在图6的实例中，参考系产生器204沿圆形挤出凹槽状的横截面602以形成管状工件604。

参考系产生器204参考模拟域及/或工件参考系来界定工件。工件参考系可为坐标系，例如具有指定点作为(0，0，0)原点的X、Y、Z坐标系。参考系产生器204关于工件参考系(例如，模拟域)界定其它参考系。图7说明可由参考系产生器204产生用于使用图6的实例工件604执行模拟的实例参考系。如在图7中所说明，参考系产生器204界定具有X、Y及Z矢量的工件参考系702。工件参考系702基于工件参考系702来产生工件604。工件参考系702是绝对的，因为X、Y或Z矢量在模拟期间均不改变。

参考系产生器204相对于工件参考系702界定焊接接头参考系704。焊接接头706经界定(例如，基于指定训练焊接、焊接程序规范等)在工件参考系702内，并且参考焊接接头706指定焊接接头参考系704。实例焊接接头706围绕工件604的圆周行进。在图7的实例中，焊接接头参考系704的局部Y矢量及/或局部X矢量可关于工件参考系702改变，而局部Z矢量在参考系702、704之间保持相同。尽管在图7中展示一个焊接接头706及一个焊接接头参考系704，但参考系产生器204可包含任何数目个焊接接头及对应焊接接头参考系。

使用在每一点处垂直于焊接接头706的数个切片来对焊接接头706建模。切片可沿焊接接头以相应采样间隔定位，并且可被认为是二维的及/或具有等效于采样间隔之间的距离的宽度。参考系产生器204针对切片中的每一者界定切片参考系708。参考焊接接头参考系704界定切片参考系708。因此，切片参考系708的局部X、Y及/或Z矢量可与工件参考系702及/或焊接接头参考系704的局部X、Y及/或Z矢量不同。在图7的实例中，对于沿焊接接头706的给定点，切片参考系708的局部Y矢量及/或局部X矢量可关于工件参考系702及/或关于焊接接头参考系改变，而局部Z矢量在参考系702、704、706之间保持不变。

图8说明针对实例板型工件800的可由图2的参考系产生器204界定的焊接接头及对应焊接接头参考系的实例。为模拟工件的焊接，参考系产生器204在工件上界定一或多个焊接接头802、804、806。出于模拟的目的，焊接接头802、804、806由接头轨迹808、810、812及接头区814、816、818界定。

接头轨迹808、810、812中的每一者是界定接头802、804、806的中心线的三维空间中的曲线。接头轨迹可表达为简单的数学表达式(例如，直线、圆等)、多项式函数、点序列及/或任何其它技术。接头区814、816、818界定可被焊接的接头轨迹808、810、812周围的区域。在一些实例中，模拟限于接头区814、816、818。可在焊接接头802、804、806内放置或执行一或多个焊珠(例如，焊接的一或多个焊道)。

如在图8中说明，可在工件上界定多个焊接接头802、804、806。如在图7中所说明，可界定环形焊接接头，其中整个圆周可无间隙地焊接。参考系产生器204可将焊接接头放置在工件上的任何地方。参考系产生器204针对焊接接头802、804、806中的每一者界定相对于工件参考系826的焊接接头参考系820、822、824。

接头参考系可被表达为相应变换矩阵。参考系产生器204界定将焊接接头空间(例如，焊接接头参考系)映射到工件空间(例如，工件参考系)的变换，以及从工件空间到焊接接头空间的逆变换。针对每一焊接接头创建模拟域。模拟域是数据结构，其含有用于模拟所述焊接接头的焊接的数据。在执行模拟期间，可将模拟域存储在例如主计算机存储器(RAM)中。

参考系产生器204确定指定坐标系(例如，X、Y、Z坐标系)到图像的变换。珠渲染器216基于检测信息来确定图像内的模拟域的位置及/或定向。当渲染焊珠时(如下文更详细论述)，珠渲染器216基于确定图像内工件空间的位置及/或定向并将适当变换应用于接头空间及切片空间来渲染透视图以匹配捕获图像而渲染焊珠。

图9说明针对实例三通接头型工件900的可由图2的参考系产生器204界定的实例焊接接头902及实例切片904。实例的焊接接头902具有被界定为直线(例如，沿工件900的两件之间的接缝)的焊接轨迹906。为产生切片，以规则或不规则间隔对焊接接头902进行采样。在每一采样间隔，参考系产生器204界定具有切片平面的切片(例如，切片904)。可取决于所需准确度配置采样间隔。实例采样间隔是每英寸50个样本。参考系产生器204可将切片界定(例如，作为焊接接头空间的函数或变换及/或作为工件空间的函数或变换)提供到图2的切片管理器212。针对每一切片，参考系产生器204界定平面以垂直于接头轨迹，并表示工件及在沿焊接轨迹的所述点处的任何焊珠的横截面。

每一切片具有二维坐标系及参考系。给定切片在焊接接头的三维参考系内的位置及定向可表示为变换矩阵(例如，4×4变换矩阵)。图10A说明针对图9的工件中的实例切片904的可由图2的切片管理器212使用的实例坐标系1000。如下面更详细地描述，使用控制点及多边形在切片904内表示焊接模拟的结果(例如，如由图2的焊接求解器208确定)。参考坐标系1000来界定及/或存储实例控制点及多边形，可从所述坐标系1000将数据变换到接头空间及/或工件空间用于渲染所得焊珠。用于切片的协调***1000在本文被称为“切片空间”。参考系产生器204界定将二维切片空间映射到三维接头空间的投射及/或界定逆投射。

切片管理器212使用具有区段的线性插值的多边形来存储每一切片的横截面数据的表示。在一些实例中，多边形是通过的点序列二维地界定，并且可被界定为始终封闭。切片管理器212存储具有相关联数据的多边形。实例多边形数据包含：多边形是表示试样、焊珠还是辅助数据；多边形的焊道数目(例如，珠数目)；模拟焊接缺陷的可能性，例如多边形中的孔隙或裂纹；施加的热输入；及/或每多边形区段存储的额外数据，例如表示模拟工件及焊接接头区域内的所有焊珠的体积的切片序列。

实例切片管理器212为了存储效率使用矢量数据来存储切片数据。在一些实例中，切片管理器212为了进一步存储效率压缩切片数据(例如，矢量数据)。存储的效率使得切片管理器212能够通过网络将切片数据大体上实时地(例如，经由图1的网络114，经由互联网等)传输到一或多个远程装置。举例来说，指导者软件可从模拟器102接收数据并且基于所接收切片数据局部地渲染焊珠。额外地或可替代地，通过从模拟器102实时接收切片数据，位于模拟工件附近的移动装置可用以基于移动装置的角度来提供焊工的视图或单独视图。产生表示切片的体积数据的分析组件可与图形渲染组件分离，并且因此，在大小上可比常规模拟***小得多。在一些实例中，切片管理器212使用多个切片的序列创建体积，其中序列中的切片中的每一者存储沿焊珠的相应点处的横截面。

与常规焊接模拟技术相比，使用切片数据结构的所揭示实例模拟方法及***具有多个益处。举例来说，切片数据结构改进模拟的可扩展性，从而允许取决于可用***资源及能力以不同的分辨率执行模拟。在一些实例中，多边形的计算可完全在CPU上实施，而无需使用GPU。然后，可基于可用GPU资源，使用GPU来执行渲染、着色及/或其它图形技术。使用切片数据结构的所揭示实例模拟方法及***还改进模拟效率，这使得能够通过网络将数据实时传输到其它装置(例如，图1的远程装置114)。然后，可从与焊工相同或甚至不同的视角来渲染切片数据结构(例如，从观察者的视角)，因为在没有渲染的情况下提供切片数据，这大大减少模拟器102上的数据处理及/或传输负载。

使用切片数据结构的所揭示实例模拟方法及***可导致模拟***的改进移动性。举例来说，所揭示模拟方法适合在移动装置及/或任何其它合适计算装置上实施(例如，使用计算装置的处理器及存储在计算装置的存储器中的指令)。此类模拟方法及/或***可产生焊珠的简化形式，这使得能够使用分析模块播放器而无需从外部服务下载数据。

使用切片数据结构的所揭示实例模拟方法及***实现单个试样上的多个焊接接头，及具有复杂几何形状的焊接接头的模拟。切片数据结构将模拟焊珠的形状分离为横截面及横向剖面。横截面及横向剖面中的每一者可单独计算及/或在稍后阶段组合以产生最终焊珠体积。切片数据结构使焊接活接头(union)的正反面侧能够被存储，从而实现从多个侧进行活接头的检验、模拟及焊接。举例来说，可使用所揭示模拟方法及***来执行需要从两侧焊接根部焊道的一些焊接工艺。

使用切片数据结构的所揭示实例模拟方法及***改进模拟***的灵活性，包含使得能够使用更复杂(例如，定制及/或非标准)工件。此类定制工件可具有拥有各种焊接程序的多个焊接接头，并且对于训练焊工以焊接将实际在车间或其它制造场所焊接的部件可能特别有用。可存储及可视化基础试样几何形状以及所有底层焊珠的修改。工件设计的灵活性对于模拟GTAW焊接工艺也很有用，其中焊接熔池可能从工件的熔融金属(例如，代替填充物)形成。灵活性对于模拟薄工件及/或模拟某些材料(例如铝)的焊接也很有用，其中存在工件变形的真实风险。所揭示实例***及方法可模拟、存储及/或可视化基础工件及/或任何或所有底层焊珠的穿孔，这对于模拟薄工件是有用的，对于薄工件来说，工件的穿孔是显著风险。

针对每一焊接焊道，所揭示实例***及方法存储模拟焊珠的体积。焊珠数据存储为多边形，并因此已被有效地存储。此外，可针对沿焊珠的任何点存储额外数据。此类额外数据可包含模拟焊接缺陷(例如，孔隙)的可能性及/或模拟施加热输入的可能性。通过存储样本之间及/或焊道之间的切片改变，所揭示实例还提供撤消全部或部分焊珠的能力(例如，以与创建焊珠相反的顺序移除模拟焊珠)。撤消的能力使得焊工可在执行稍后焊道之后检视较早的焊道。

所揭示实例***及方法实现焊接横截面及/或底切的可见性及检查。因为切片延伸通过工件的横截面以及通过焊珠及/或焊道，所以所揭示实例***及方法可展示沿焊珠的任何切片(例如，任何采样点)的横截面。实例***及方法还可在学员正在焊接时大体上实时展示形成焊珠的横截面。

图10B说明T形接头工件1004的实例切片1002的数据结构。切片1002是数据结构的视觉表示，所述数据结构包含表示工件1004的第一多边形1006及表示焊珠的第二多边形1008。第一多边形1006包含指示第一多边形1006表示工件1004的数据，且第二多边形1008包含指示第二多边形1008表示焊珠的数据。参考坐标系(例如，图10A的坐标系1000)，使用控制点及/或等式来界定第一及第二多边形1006、1008。

图10C说明T形接头工件的另一实例切片1010的数据结构，其包含与不同焊珠相关联的多边形1012、1014(及与工件相关联的多边形)。如在图10B中，参考坐标系(例如，图10A的坐标系1000)，使用控制点及/或等式来界定多边形1012、1014。然而，实例多边形1012、1014属于不同焊珠，使得多边形1012、1014可具有关于单独焊珠参考系的不同变换。

图10D说明Y形工件的又一个实例切片1016的数据结构，其包含多边形1018、1020、1022(以及与工件相关联的多边形)。如在图10B及10C中，参考坐标系(例如，图10A的坐标系1000)，使用控制点及/或等式来界定多边形1018、1020、1022。然而，实例多边形1018、1020、1022各自属于不同焊珠，使得多边形1018、1020、1022可具有关于单独焊珠参考系的不同变换。

返回图2，当已经产生工件空间、焊接接头、焊接接头空间、切片及/或切片参考系用于焊接训练模拟时，实例模拟器102可模拟焊接操作。在一些实例中，响应于由焊工发起的模拟而发生焊接的模拟。举例来说，焊工可按下模拟器界面108上的“开始模拟”按钮，按压模拟炬118上的触发器，及/或以其它方式发起模拟。

图11是表示可由图2的实例模拟器102执行来模拟训练焊接的结果的实例机器可读指令1100的流程图。模拟器102及/或指令1100可由图25的计算***2500实施。图11的实例指令1100可被执行为迭代步骤以向用户提供连续模拟的感觉。每一模拟步骤(或帧)针对特定时间差更新模拟焊珠及工件数据(例如，切片数据)。实例帧速率或步进速率可大约为每秒60帧。

在框1102处，实例焊接参数检测器206计算输入焊接参数。举例来说，焊接参数检测器206基于由图像传感器104捕获的图像及/或图像中的辨识标记来确定焊接参数。举例来说，使用标记信息，焊接参数检测器206检测行进速度(例如，基于标记辨识，炬相对于工件的位置改变)、工作角度、行进角度、电弧长度及/或导电嘴与工件之间的距离。焊接参数检测器206以指定采样率将检测焊接参数提供到焊接求解器208。

除视觉检测的焊接参数之外，编程焊接参数影响模拟结果。实例编程焊接参数包含电源值，例如焊接工艺类型(例如，SMAW、GMAW、FCAW、GTAW等)、焊接电压，焊接电流、送丝速度、电极类型、电极组成、焊接气体类型及/或焊接气体流速。焊接求解器208可确定及/或接收编程焊接参数。

在框1104处，焊接求解器208基于针对受影响切片的输入焊接参数来计算模拟焊珠的横截面。举例来说，焊接求解器208迭代地计算模拟焊珠的横截面(例如，针对在给定时间受模拟电弧影响的每一切片)，并基于输入参数计算焊接熔池的特性。下面参考图12描述框1104的实例实施方案。

在框1106处，焊接求解器208基于受影响切片的横截面求解焊接熔池形状及体积。举例来说，焊接求解器208可使用切片的横截面及/或焊接熔池的预期形状来模拟焊接熔池的所得形状。下面参考图13描述框1106的实例实施方案。

为计算横截面及焊接熔池，实例焊接求解器208使用来自一或多个先前迭代的输入参数及数据来存取模拟数据库210。举例来说，先前迭代可确定工件及填充物的形状，在随后迭代期间可向其添加新填充物。

图2的实例模拟数据库210包含将输入参数及多边形数据的组合映射到焊接熔池形状及/或焊接结果的查找表。可基于经验测试数据、计算机建模及/或确定可用输入参数、多边形数据、焊接熔池形状及/或焊接结果之间的关系的任何其它方法来填入实例模拟数据库210。焊接求解器208使用包含检测焊接参数及/或编程焊接参数的检测输入参数，在每一迭代或采样时查询模拟数据库210。

除查询模拟数据库210之外，实例焊接求解器208在焊接模拟期间的给定点应用规则以评估及确定焊接结果。使用控制点及控制点之间的关系，以简化项表示切片数据(例如，焊接横截面)。

图12是代表可由图2的实例焊接求解器208执行来计算模拟焊珠的横截面的实例机器可读指令1200的流程图。焊接求解器208及/或指令1200可由图25的计算***2500实施。

实例指令1200可经执行以实施图11的框1104以基于针对受影响切片的输入焊接参数来计算模拟焊珠的横截面。下面参考模拟焊接的单个步骤期间的一组受影响切片中的单个切片来描述实例指令1200，但是针对步骤中的受影响切片中的每一者来执行(例如，串行及/或并行)指令1200的例子。图15A到15C说明在模拟期间计算针对横截面(例如，切片1502)的多边形的实例。可在模拟的每一步骤针对多个切片执行图15A到15C中说明的实例工艺。下面参考图12的指令1200论述图15A到15C。

在图12的框1202处，焊接求解器208对靠近焊接沉积源的表面进行采样。图15A说明围绕焊接沉积源1506(例如，电极)的表面1504的采样。如图15A中所说明，焊接求解器208以多个间隔对表面进行采样，这包含对工件1508及可能存在的任何焊珠表面(来自先前步骤)进行采样。

在采样之后，实例焊接求解器208为每一受影响切片确定一组控制点。在框1204处，焊接求解器208确定当前迭代是否是第一迭代(例如，针对当前模拟步骤)。如果当前迭代是第一迭代(框1204)，那么在框1206处，焊接求解器208基于使用默认值的焊接参数来放置针对切片的控制点。可使用一或多个规则来确定默认值。在框1208处，焊接求解器208从控制点产生横截面轮廓。

如果当前迭代不是第一迭代(框1204)，那么在框1210处，焊接求解器208使用来自一或多个先前迭代的控制点基于焊接参数来放置针对切片的控制点。在框1212处，焊接求解器208从来自先前迭代的控制点及数据产生横截面轮廓。

图15B说明控制点1510的放置。图15B说明第一迭代(例如，框1206、1208)，其中焊接求解器208基于默认值放置控制点1510。针对后续迭代，基于来自针对在后续迭代(例如，框1210、1212)期间设置的控制点1512的一或多个先前迭代(参见图15C)的数据来放置控制点。控制点充当切片内的焊珠横截面的中间形状。

焊接求解器208基于控制点产生横截面多边形。图15C说明自来自零个或更多个先前迭代的控制点及数据产生横截面轮廓1514。焊接求解器208可根据需要添加及/或移除控制点1510、1512以及控制点之间的关系以表示横截面(例如，如受上文确定的横截面面积限制)。焊接求解器208可以比存储数据更高的分辨率来处理中间形状，以改进所得焊珠形状的质量。

在产生横截面轮廓之后(框1208或框1212)，在框1214处，焊接求解器208计算横截面轮廓内在先前模拟步骤期间未被占用的面积。先前未被占用的面积表示添加的体积(例如，由于添加的填充金属)。举例来说，焊接求解器208使用填充物沉积速率来计算从填充物沉积的材料的体积(例如，例如送丝速度的编程沉积速率、基于使用视觉信息的电弧长度及/或CTWD的改变的观察值，及/或编程沉积速率及视觉观察数据的组合)及模拟炬118的行进速度(例如，视觉观察数据)。焊接求解器208基于经计算材料体积来确定受影响切片中的对应面积。焊接求解器208将计算面积用作控制所得横截面形状(例如，焊珠多边形形状)的主要参数。如在图15C中所说明，焊接求解器208可计算切片1502内在先前步骤期间未被任何材料(例如，工件材料或填充材料)占据的总面积1516。总面积1516由轮廓1514界定。

在框1216处，焊接求解器208基于一或多个指定规则及参数来评估当前横截面。焊接求解器208基于规则及/或参数来评估当前切片1502，所述规则及/或参数可基于用于模拟焊接的焊接工艺及/或填充材料来应用。规则对横截面(例如，多边形)形状建立限制。实例规则包含：要求所得焊珠的体积必须匹配(例如，在误差边际内)在切片内及/或跨越针对迭代的受影响切片从填充物沉积的材料的体积；多边形的末端必须连接到先前迭代中存在的材料(例如，珠不能漂浮在空气中，与工件断开连接)；多边形必须形成连续的不重叠曲线；多边形必须与焊接源(例如，电极、焊接枪等)对准；及/或针对横截面形状的基础估计是从底层表面得出的。可添加额外或替代规则。

在框1218处，焊接求解器208确定当前横截面的解是否满足阈值要求。如果当前横截面的解不满足阈值要求(框1218)，那么在框1220处，焊接求解器208确定在当前步骤期间针对横截面的执行迭代数目是否至少为阈值迭代数目。如果在当前步骤期间针对横截面的执行迭代数目小于阈值迭代数目(框1220)，那么控制返回到框1210以放置用于另一迭代的控制点。

举例来说，在基于规则评估切片之后，焊接求解器208可在控制点的放置处开始新迭代(例如，图15B)。每一迭代基于来自先前迭代的数据。焊接求解器208基于规则、特定于每一焊接工艺、填充物类型及/或直径的参数以及基于实时输入参数来迭代地完善控制点的放置。特定于焊接工艺及填充物类型/直径的实例参数包含：焊珠宽度及/或高度；焊珠凸度及/或凹度；加强及穿透深度；及/或加强面积、穿透面积及/或稀释因数。

图16A到16C说明基于针对切片内的模拟焊珠的经计算控制点1608的焊珠1602、1604、1606的实例表征。在图16A到16C中表示的表征可由焊接求解器208使用来评估切片内的控制点放置的迭代。

图16A说明针对对接接头1610的根部焊道焊珠1602的表征。焊珠1602的表征包含焊珠宽度1612、喉深1614、加强深度1616及穿透深度1618的计算。图16B说明针对角珠1604(例如，T形接头1622)的类似表征1612到1618。图16C说明具有0的喉深的平坦珠1606(例如，板1626)的类似表征1612到1616。表征1612到1618中的每一者可由具有针对不同类型的接头1610、1622、1626的不同解译的特定控制点及/或多边形界定。

图17A到17F说明基于经计算控制点及矢量的用于多个实例工件及/或接头类型的切片的实例焊珠。图17A说明具有计算对接接头根部珠的切片1702。图17B说明具有计算T形接头根部珠的切片1704。图17C说明具有计算板平坦珠的切片1706。图17D说明具有T形接头斜角珠的切片1708。图17E说明具有搭接接头边缘珠的切片1710。图17F说明在第一焊道上方的搭接接头1712第二焊道珠。

如果针对当前横截面的解满足阈值要求(框1218)，或者如果在当前步骤期间针对横截面的执行迭代数目满足阈值迭代数目(框1220)，那么在框1222处，焊接求解器208从迭代选择最佳解。然后，实例指令1200可针对另一切片迭代及/或结束并且将控制返回到图11的框1106。当执行阈值迭代数目时及/或当已经识别满足应用规则的选定者(或全部)的解时，迭代可结束。

图13是代表可由图2的实例焊接求解器208执行来求解焊接熔池形状及体积的实例机器可读指令1300的流程图。焊接求解器208及/或指令1300可由图25的计算***2500实施。

实例指令1300可经执行以实施图11的框1106以求解焊接熔池形状及体积。实例指令1300不直接计算焊接熔池的整个体积。相反，实例指令1300在被执行时致使焊接求解器208仅计算所得模拟焊珠的横截面，且然后近似表示焊接熔池的形状。

下面参考模拟焊接的单个步骤期间的一组受影响切片中的单个切片来描述实例指令1300，但是针对步骤中的受影响切片中的每一者来执行(例如，串行及/或并行)指令1300的例子。图18说明跨越模拟焊珠1802的多个切片的模拟焊接熔池1800的实例计算。下面参考图18的实例焊接熔池计算来描述指令1300。

在框1302处，焊接求解器208确定受当前步骤的焊接区影响的一组切片1804。举例来说，基于测量焊接参数(例如，如由标记检测器202确定的模拟焊接炬118相对于模拟工件116的位置)及/或编程焊接参数来确定所述组切片1804。在图18中将受影响切片说明为由间隔分离的垂直线。

在框1304处，焊接求解器208界定针对焊接熔池的横向插值曲线。横向插值曲线确定焊接熔池的横向形状(例如，跨越受影响切片1804)。在图18中将实例横向差值曲线说明为在受影响切片1804上方的表面曲线1806及在切片的工件侧上的穿透曲线1808。焊接求解器208可基于测量及/或编程焊接参数来选择或计算横向插值作为预定关系，以提供通常采用一致形状的真实世界焊接熔池的特性斜率及曲率。

在框1306处，焊接求解器208基于受影响切片来确定主切片横截面。举例来说，可通过模拟切片横截面来选择主切片横截面，如上文参考图12所描述。在图18中说明实例主切片横截面1810。

在框1308处，焊接求解器208基于横向插值曲线及主切片横截面，从珠横截面得出中间切片。在框1310处，焊接求解器208基于横向插值曲线及主切片横截面从珠横截面得出远侧切片。举例来说，焊接求解器208将横向插值曲线1806、1808拟合到主切片横截面以确定位置并设置中间切片及远侧切片的横截面多边形数据。在图18中说明实例中间切片1812及实例远侧切片1814。然而，中间切片1812及/或实例远侧切片1814的位置可经选择以与实例切片1812、1814不同。

在框1312处，焊接求解器208基于主切片、中间切片、远侧切片及横向插值曲线对其余受影响切片进行插值。举例来说，焊接求解器208可重新配置切片几何形状及/或控制点以拟合如基于主切片、中间切片及远侧切片设置的横向插值曲线。

在对焊接熔池进行插值之后，实例指令可结束并且将控制返回到图11的框1108。

返回图11，在框1108处，焊接求解器208将当前焊接熔池体积与来自先前步骤的焊接熔池体积合并。针对焊接熔池的每一受影响切片(框1106)，焊接求解器208将焊接熔池的横截面多边形与任何先前焊接熔池多边形合并。焊接熔池的合并改进摆动焊接的模拟准确度。

图14是表示可由图2的实例焊接求解器208执行来将新焊接熔池体积与先前焊接熔池体积合并的实例机器可读指令1400的流程图。焊接求解器208及/或指令1400可由图25的计算***2500实施。实例指令1400可经执行以实施图11的框1108以将新焊接熔池体积与先前焊接熔池体积合并。

在框1402处，焊接求解器208在焊接熔池中选择受影响切片。受影响切片可为图18的切片1804中的一者。在框1404处，焊接求解器208对横截面轮廓进行采样以确定横截面轮廓面积。

在框1406处，焊接求解器208对珠多边形进行采样以确定珠多边形面积。

在框1408处，焊接求解器208确定横截面轮廓面积是大于还是等于珠多边形面积。如果横截面轮廓面积大于或等于珠多边形面积(框1408)，那么在框1410处，切片管理器212存储针对选定切片的横截面轮廓。另一方面，如果横截面轮廓面积小于珠多边形面积(框1408)，那么在框1410处，切片管理器212存储针对选定切片的珠多边形。

在存储横截面轮廓(框1410)或存储珠多边形(框1412)之后，在框1414处，焊接求解器208确定是否存在用于合并的任何额外受影响切片。如果存在用于合并的额外切片(框1414)，那么控制返回到框1402以选择另一受影响切片。

当没有更多用于合并的切片时(例如，所有受影响切片已与先前焊接熔池合并)(框1414)，在框1416处，焊接求解器208依选定分辨率对所有受影响切片多边形进行重新采样。实例采样分辨率可在0.1mm与1mm(0.004英寸到0.04英寸)之间。实例采样分辨率为0.5mm(0.02英寸)。图19说明针对实例切片1900的焊接结果(例如，珠)的可见表面的实例采样。图19的实例切片将采样分辨率说明为对应于采样函数1902的垂直线。对前(或顶)表面1904及后(或底)表面1906进行采样以确定相应位置。

然后，实例指令1400结束并将控制返回到图11的框1110。

返回图11，在框1108之后，切片管理器212已存储针对先前切片以及针对当前步骤的焊接熔池内的切片的切片几何形状数据及样本数据。在框1110处，珠渲染器216基于模拟焊珠及更新焊接熔池的横截面(例如，切片)产生粗略三角形网格。

图20说明可由图2的实例珠渲染器216执行用于基于针对切片计算的多边形焊珠形状来渲染两个邻近切片2002、2004的三角形网格2000的实例构造。实例切片2002、2004中的每一者由多个采样点2006a到2006i、2008a到2008i表示。基于针对切片的多边形数据来产生采样点2006a到2006i、2008a到2008i(例如，图14的框1416)。为便于参考，图20的采样点中的特定者被标记为A1、A2、A3(用于切片A 2002上的采样点)及B1、B2、B3(用于切片B2004上的采样点)。

珠渲染器216通过连接三个点的组来构造三角形网格，使得连接(即，图20中的顶点)不重叠。如在图20中所说明，在样本A1、B1及B2之间构造第一三角形2010。在样本A1、A2及B2之间构造第二三角形2012。在样本A2、B2及B3之间构造第三三角形2014。在样本A2、A3及B3之间构造第四三角形2016。针对其余组实例样本2006c到2006i、2008c到2008i构造额外三角形，以在邻近切片2002、2004之间形成三角形网格。

图21说明可由图2的实例珠渲染器216构造用于渲染包含图20的实例切片2002、2004的多个切片上方的焊珠的实例三角形网格2100。图21中的邻近切片以与上文参考图20描述的相同方式与三角形网格连接。图20及21的实例三角形网格是可扩展的。可通过增加或减少(分别)切片多边形表面的样本数目来增加或减少三角形的数目。

返回图11，在框1112处，珠渲染器216将焊接结果(例如，焊珠及焊接熔池的三维表示，作为产生的三角形网格)投射到二维图像空间上。图22A说明由珠渲染器216将焊接结果2204投到二维图像空间2206上的实例投射2202。图22A的焊接结果2204包含焊珠部分2208及焊接熔池部分2210。图22B说明如投射到二维图像空间2206上的焊珠部分2208的轮廓2212及焊接熔池部分2210的轮廓。除产生投射之外，实例珠渲染器216还可产生逆投射。

在框1112之后，珠渲染器216已产生模拟焊珠的粗略几何形状。在框1114处，珠渲染器216将更精细表面细节绘制到一组图像上。可将表面细节叠加到框1112中产生的投射上，以改进焊珠的视觉质量。实例珠渲染器216使用二维图像格式产生针对表面细节的额外数据，这改进模拟的性能。实例表面细节包含：颜色图、法线图、热影响区(HAZ)图及焊接熔池图。珠渲染器216将颜色图存储为红色、蓝色、绿色、不透明(RGBA)图像，其中使用RGB通道存储颜色信息，并且在A通道中存储表面类型信息。法线图被存储为RGB图像，其中使用RGB通道存储微几何形状信息。HAZ图被存储为RGBA图像，其中HAZ颜色被存储在RGB通道中，且HAZ强度被存储在A通道中。焊接熔池图被存储为RGB图像，其中RGB通道存储用以渲染焊接熔池及模拟焊珠的炽光的信息。

颜色图、法线图、HAZ图及/或焊接熔池图可通过基于焊珠特性参考实例模拟数据库210来计算。通过使用用真实焊接执行的经验观察，可用颜色信息、微几何形状信息、表面类型信息、热影响区颜色、热影响区强度、焊接熔池颜色及/或焊接熔池炽光信息来填入实例模拟数据库210。举例来说，可用已知参数执行真实焊接(或其它填充物操作)。通过在操作之前、期间及/或之后捕获图像，可从图像提取颜色信息、微几何形状信息、表面类型信息、热影响区颜色、热影响区强度、焊接熔池颜色及/或焊接熔池炽光信息并将其与已知参数关联。尽管较大数目的已知参数的样本通常对准确度更好，但已知参数的样本之间的一些混合及/或外推可用以计算来自模拟数据库210中的存储数据的颜色信息、微几何形状信息、表面类型信息、热影响区颜色、热影响区强度、焊接熔池颜色及/或焊接熔池炽光信息。

表示颜色图、法线图、热影响区(HAZ)图及焊接熔池图的图像中的每一者可基于所需细节量使用不同分辨率。在一些实例中，图像具有作为二的幂的像素计数以改进性能(例如，以像素为单位的宽度及高度两者，或256、512、1024、2048、4096或8192个像素)。图像将额外表面细节提供到模拟焊珠的外观。表面细节图的分辨率可比粗略几何形状的分辨率大体上更高(例如，高出若干倍)。在模拟的每一步骤(例如，每一帧)，更新图像组并产生新信息。

在框1116处，珠渲染器216将来自表面细节图像的组(例如，如映射到图22A及22B的二维图像空间2206)的表面细节投射到焊珠表面上。举例来说，将当前焊接熔池的轮廓投射到二维图像空间中以映射到表面细节图像上(例如，针对组中的图像的一致定向)。从图像组投射到工件及模拟焊珠上的表面细节信息用以确定工件及模拟焊珠的照明及最终颜色。照明可例如基于存在或不存在模拟焊接电弧及焊接头盔的模拟变暗。

在框1118处，珠渲染器216组合三角形网格几何形状及投射表面细节，以产生及输出焊接结果(例如，到图1的显示器106)。举例来说，使用由珠渲染器216产生的逆投射将图像组投射到三角形网格几何形状。尽管已确定焊珠及焊接熔池信息，但在显示器106上产生的最终图像可能涉及进一步处理，例如基于显示分辨率的重新采样，基于像素能量应用布隆过滤器，及/或产生并渲染例如虚拟指示器或帮助图标的额外信息，以辅助焊工进行焊接。可显示实例虚拟指示器，以辅助工作角度、行进角度、行进速度、导电嘴与工件之间的距离及/或任何其它信息。

实例指令1100然后可结束。

当焊工正在观察工件的背侧时(例如，与放置焊珠的一侧相对的工件侧)，实例指令1100以相同方式执行，但归因于由标记检测器202辨识放置在工件的背侧上的标记而显示焊珠的相对表面。

尽管描述实例模拟技术，但可将额外或替代特性或考虑因素添加到模拟技术。归因于单独计算珠横截面及横向轮廓，以及焊珠几何形状计算及焊珠渲染的模块化性能，所揭示实例***及方法易于更新以考虑这些新开发的特性。这些特性的实例可包含：考虑重力对焊接熔池的影响；指示额外及/或特定焊接缺陷(例如反颌)；及/或在确定焊接几何形状及/或缺陷时考虑焊接之前工件准备的充分性。

图23A到23C说明使用本文揭示的实例***及方法的实例计算及渲染根部焊道。所说明焊珠的真实性优于利用可比较计算资源的常规模拟技术。

图24说明针对单个焊接接头在其上制作多个模拟焊接焊道2402到2420的实例切片2400。在图24的实例中，可模拟多达10个焊接焊道。当模拟后续焊接焊道时，本文描述的相同或类似焊接模拟技术及渲染技术可用于初始焊接焊道。举例来说，可基于由切片管理器212存储的切片数据来执行图15A中说明的表面1504的采样。代替与底层工件1508的表面相同的采样表面，采样表面的至少一部分将包含先前沉积焊接焊道的所得表面。

实例模拟数据库210存储表示将焊接焊道添加到具有一或多个先前焊接焊道的焊接接头的效果的数据。当在后续焊道期间添加填充物体积时还考虑先前焊道的体积(例如，工件及填充物体积的组合)，例如通过添加、移动及/或移除控制点，及/或通过从先前焊道到后续焊道调整多边形及/或轮廓。

图25是可用以实施标记检测器202、参考系产生器204、焊接参数检测器206、焊接求解器208、模拟数据库210、切片管理器212、横截面渲染器214、珠渲染器216及/或更一般来说图1的模拟器102及/或焊接训练***100的实例计算***2500的框图。计算***2500可为集成计算装置、计算用具、桌上型计算机或多合一计算机、服务器、膝上型计算机或其它便携式计算机、平板计算装置、智能手机及/或任何其它类型的计算装置。

图25的实例计算***2500包含处理器2502。实例处理器2502可为来自任何制造商的任何通用中央处理单元(CPU)。在一些其它实例中，处理器2502可包含一或多个专用处理单元，例如具有ARM核的RISC处理器、图形处理单元、数字信号处理器及/或芯片上***(SoC)。在一些实例中，计算***2500包含两个或更多个处理器。两个或更多个处理器可执行单独指令集，以使两个或更多个处理器能够界定同一工件，并同时在不同模拟域上模拟单独焊接操作。模拟单独焊接操作将使多个操作者能够在同一工件上同时执行模拟焊接操作。

处理器2502执行机器可读指令2504，所述机器可读指令2504可被本地存储在处理器处(例如，在所包含的高速缓存或SoC中)，在随机存取存储器2506(或其它易失性存储器)中，在只读存储器2508(或其它非易失性存储器，例如闪存)及/或大容量存储装置2510中。实例大容量存储装置2510可为硬盘驱动器、固态存储驱动器、混合驱动器、RAID阵列及/或任何其它大容量数据存储装置。

总线2512启用处理器2502、RAM 2506、ROM 2508、大容量存储装置2510、网络接口2514及/或输入/输出接口2516之间的通信。

实例网络接口2514包含硬件、固件及/或软件，以将计算***2500连接到例如互联网的通信网络2518。举例来说，网络接口2514可包含用于传输及/或接收通信的符合IEEE2502.X的无线及/或有线通信硬件。

图25的实例I/O接口2516包含用以将一或多个输入/输出装置2520连接到处理器2502用于向处理器2502提供输入及/或从处理器2502提供输出的硬件、固件及/或软件。举例来说，I/O接口2516可包含用于与显示装置介接的图形处理单元、用于与一或多个USB兼容装置介接的通用串行总线端口、火线、现场总线及/或任何其它类型的接口。实例计算***2500包含耦合到I/O接口2516的显示装置2524(例如，LCD屏幕)。其它实例I/O装置2520可包含键盘、小键盘、鼠标、轨迹球、指向装置、麦克风、音频扬声器、光学媒体驱动器、多点触摸屏幕、手势辨识界面、磁性媒体驱动器及/或任何其它类型的输入及/或输出装置。

实例计算***2500可经由I/O接口2516及/或I/O装置2520存取非暂时性机器可读媒体2522。图25的机器可读媒体2522的实例包含光学盘(例如光盘(CD)、数字多功能/视频光盘(DVD)、蓝光光盘等)、磁性媒体(例如，软盘)、便携式存储媒体(例如，便携式快闪驱动器、安全数字(SD)卡等)及/或任何其它类型的可移动及/或安装的机器可读媒体。

可以硬件、软件及/或硬件及软件的组合来实现本方法及***。本方法及/或***可在至少一个计算***中以集中方式来实现，或者以分布式方式来实现，其中不同元件跨越若干互连计算***散布。适于实行本文描述的方法的任何种类的计算***或其它设备都是合适的。硬件及软件的典型组合可包含具有程序或其它代码的通用计算***，所述程序或其它代码在被加载及执行时控制所述计算***，使得其实行本文所描述的方法。另一典型实施方案可包括专用集成电路或芯片。一些实施方案可包括其上存储可由机器执行，借此使机器执行如本文所描述的工艺的一或多个代码行的非暂时性机器可读(例如，计算机可读)媒体(例如，闪存驱动器、光学盘、磁性存储盘或类似者)。如本文所使用，术语“非暂时性机器可读媒体”经界定以包含所有类型的机器可读存储媒体并且排除传播信号。

如本文所利用，术语“电路”及“电路***”是指物理电子组件(即，硬件)以及可配置硬件，由硬件执行及/或以其它方式与硬件相关联的任何软件及/或固件(“代码”)。如本文所使用，举例来说，特定处理器及存储器可在执行第一一或多个代码行时包括第一“电路”，并且可在执行第二一或多个代码行时包括第二“电路”。如本文所利用，“及/或”意指列表中由“及/或”接合的项目中的任何一或多者。作为实例，“x及/或y”意指三元素集合{(x)，(y)，(x，y)}中的任何元素。换句话说，“x及/或y”意指“x及y中的一或两者”。作为另一实例，“x，y及/或z”意指七元素集合{(x)，(y)，(z)，(x，y)，(x，z)，(y，z)，(x，y，z)}中的任何元素。换句话说，“x，y及/或z”意指“x，y及z中的一或多者”。如本文所利用，术语“示范性”意指用作非限制性实例、例子或说明。如本文所利用，术语“例如”及“举例来说”引出一或多个非限制性实例、例子或说明的列表。如本文所利用，每当电路***包括用以执行功能的必要硬件及代码(如果任意者是必要的)时，电路***都“可操作”以执行功能，而不管功能的性能是停用还是未被启用(例如，通过用户可配置设置、出厂修整等)。

尽管已经参考某些实施方案来描述本方法及/或***，但是所属领域的技术人员将理解，在不脱离本方法及/或***的范围的情况下，可进行各种改变并且可替换等效物。举例来说，所揭示实例的框及/或组件可被组合、划分、重新布置及/或以其它方式修改。另外，在不脱离本发明范围的情况下，可做出许多修改以使特定情形或材料适于本发明的示教。因此，本方法及/或***不限于所揭示的特定实施方案。相反，本方法及/或***将包含在字面上及在等同原则下落入所附权利要求书的范围内的所有实施方案。

Claims (20)

1.一种用于模拟在具有或不具有填充材料的情况下由接合材料形成的焊珠的计算机实施***，所述***包括：

处理电路***；

物理工件；

物理接合工具；

一或多个图像传感器，其经配置以捕获对应于接合操作的所述物理工件及所述物理接合工具的图像；及

机器可读存储装置，其存储机器可读指令，所述机器可读指令在由所述处理电路***执行时致使所述处理电路***：

通过在模拟域中将所述焊珠模拟为沿焊接轨迹、以相应采样间隔垂直定位的一组渲染的互连横截面切片，而在所述模拟域内显示三维接合操作的视觉模拟，其中所述切片是二维的且具有等于采样间隔之间的距离的宽度；

且其中所述模拟域是基于由所述图像传感器捕获的所述物理工件和所述物理接合工具的图像。

2.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***使用一或多个多边形及相关联多边形数据来表示针对串连切片的群组的联合结果。

3.根据权利要求2所述的计算机实施***，其中针对所述切片中的第一者的所述相关联多边形数据包括以下各者中的至少一者：所述一或多个多边形是表示工件、接头填充珠；接头焊道数目；所施加的压力；暴露于针对所述切片中的所述第一者的源或施加热输入的时间。

4.根据权利要求2所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***基于所述切片中的第一者的位置、所述一或多个多边形及所述相关联多边形数据来在所述模拟域的可视化内显示模拟接合材料。

5.根据权利要求2所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***基于针对对应于模拟工件及模拟焊珠的横截面的位置的所述切片中的一者的模拟焊接数据来将所述接合的结果显示为所述横截面。

6.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***参考工件来界定一或多个模拟域，并且在所述模拟域中的每一者内实现一或多个接头的模拟接合。

7.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***从任何角度显示所述切片中的至少一者的所述接合操作的结果。

8.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***基于所述横截面切片将模拟数据存储为代表接合操作的矢量数据。

9.根据权利要求8所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***基于针对所述横截面切片的所述矢量数据渲染工件及接头填充珠。

10.根据权利要求9所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以通过以下来致使所述处理电路***渲染所述工件及所述接头填充珠：

基于所述矢量数据产生三维网格；及

将颜色信息、表面类型信息、热影响区信息、热影响区强度信息、所施加的压力、暴露于源的时间或焊接熔池信息中的至少一者映射到所述三维网格。

11.根据权利要求8所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***计算沉积材料的体积并基于所述计算体积来确定针对所述横截面切片的所述矢量数据。

12.根据权利要求11所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***基于编程模拟参数来计算沉积材料的所述体积。

13.根据权利要求8所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***计算针对所述横截面切片的表面几何形状或焊珠穿透中的至少一者，并且包含针对所述横截面切片的所述矢量数据中的所述表面几何形状或所述焊珠穿透中的所述至少一者。

14.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置致使所述处理电路***：

在所述模拟域内界定接头区域；

基于所述接头区域的接头参考系来界定用于所述切片的相应切片参考系；

模拟用于所述切片的所述接合操作；及

将模拟数据从所述切片投射到焊接接头上以在视觉上模拟源自焊接操作的焊珠。

15.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***通过基于接头参数确定所述切片中的每一者中的多个控制点来模拟针对所述切片中的每一者的所述接合操作。

16.根据权利要求15所述的计算机实施***，其中所述接头参数包括焊接参数，所述焊接参数包含以下中的至少一者：焊珠宽度、焊珠高度、焊珠凸度或凹度、加强深度、穿透深度、加强面积、穿透面积或稀释因数。

17.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***在工件中同时或一个接一个地在一或多个模拟域内界定一或多个序列。

18.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使两个或更多个处理器界定相同工件并同时在不同模拟域上模拟单独焊接操作。

19.根据权利要求1所述的计算机实施***，其中所述指令经配置以致使所述处理电路***将所述视觉模拟显示为混合现实显示或增强现实显示，其中仅渲染与所述模拟域相关联的信息以在捕获图像上方显示。

20.根据权利要求1所述的计算机实施***，

其中所述机器可读存储装置进一步存储机器可读指令，所述机器可读指令在由所述处理电路***执行时致使所述处理电路***：

响应于接收横截面的位置的选择，来显示模拟焊珠的模拟结果的所述横截面。