(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
仮想溶接部の仮想破壊及び非破壊試験並びに前記仮想溶接部の仮想分析のためのシステムであって、前記システムは：
コード化された指示を実行するように動作可能なプログラム可能なプロセッサベースのサブシステムであって、前記コード化された指示が：
シミュレートされた破壊試験前の３次元（３Ｄ）の前記仮想溶接部、シミュレートされた破壊非破壊試験前の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた破壊試験中の２次元（２Ｄ）又は３Ｄ動画の前記仮想溶接部、前記シミュレートされた非破壊試験中の前記３Ｄ仮想溶接部の内部を含む前記３Ｄ仮想溶接部の試験動画、前記シミュレートされた破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部、及び前記シミュレートされた破壊非破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部をレンダリングするように構成されたレンダリングエンジン、及び
前記３Ｄ仮想溶接部の前記シミュレートされた破壊及び非破壊試験を実行するように構成され、さらに、合／否状態及び欠陥／不連続部特性の少なくとも１つに関して、前記シミュレートされた破壊及び非破壊試験前の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた破壊及び非破壊試験下の前記２Ｄ又は前記３Ｄ動画の仮想溶接部、及び前記シミュレートされた破壊及び非破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部の分析を実行するように構成された、分析エンジン、を含む、
プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムと；
前記シミュレートされた破壊試験前の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた非破壊試験前の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた破壊試験下の前記２Ｄ又は前記３Ｄ動画の仮想溶接部、前記シミュレートされた非破壊試験下の前記３Ｄ仮想溶接部の前記試験動画、前記シミュレートされた破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部、及び前記シミュレートされた破壊非破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部の少なくとも１つを表示するために、前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続された、少なくとも１つのディスプレイ装置と；
前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続され、前記少なくとも１つのディスプレイ装置上の、前記シミュレートされた破壊試験前の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた非破壊試験前の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた破壊試験下の前記２Ｄ又は前記３Ｄ動画の仮想溶接部、前記シミュレートされた非破壊試験下の前記３Ｄ仮想溶接部の前記試験動画、前記シミュレートされた破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部及び前記シミュレートされた非破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部の少なくとも１つの向きを少なくとも操作するように構成された、ユーザインタフェースと；を有する、
システム。
【請求項２】
前記プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムは、中央処理ユニット及び少なくとも１つのグラフィック処理ユニットを含み、
前記少なくとも１つのグラフィック処理ユニットは、好ましくは、コンピュータ統一デバイスアーキテクチャ（ＣＵＤＡ）及びシェーダを含む、
請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記分析エンジンは、エキスパートシステム、サポートベクタマシン（ＳＶＭ）、ニューラルネットワーク、及び知的エージェントの少なくとも１つを含む、
請求項１又は２に記載のシステム。
【請求項４】
前記分析エンジンは、前記シミュレートされた破壊試験前の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた非破壊試験前の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた破壊試験下の前記２Ｄ又は前記３Ｄ動画の仮想溶接部、前記シミュレートされた非破壊試験下の前記３Ｄ仮想溶接部、前記シミュレートされた破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部、及び前記シミュレートされた非破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部の少なくとも１つを分析するために、溶接コードデータ又は溶接標準データを使用する、
請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項５】
前記分析エンジンは、前記仮想溶接部を分析するために、前記ユーザインタフェースを使用してユーザによってアクセスされ得るとともに操作され得る、プログラム可能な仮想分析ツールを含む、
請求項１乃至４のいずれか１項に記載のシステム。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載のシステムを形成又は有する、仮想溶接試験及び分析シミュレータであって：
レンダリングされた３Ｄ仮想溶接部に１又は複数の前記シミュレートされた破壊及び／又は非破壊試験を実行する手段；
前記レンダリングされた３Ｄ仮想溶接部への前記１又は複数の前記シミュレートされた破壊及び／又は非破壊試験の結果を分析する手段；及び
少なくとも前記仮想溶接部の前記シミュレートされた破壊及び／又は非破壊試験後に、前記レンダリングされた３Ｄ仮想溶接部を分析する手段；を有する、
シミュレータ。
【請求項７】
前記３Ｄ仮想溶接部をレンダリングする手段をさらに有する、
請求項６に記載のシミュレータ。
【請求項８】
前記１又は複数の前記シミュレートされた破壊試験を実行する間に前記仮想溶接部の２Ｄ又は３Ｄ動画をレンダリングする手段をさらに有し、
前記仮想溶接部の前記２Ｄ又は３Ｄ動画を表示し且つ向きを操作するための手段をさらに有する、
請求項６又は７に記載のシミュレータ。
【請求項９】
前記３Ｄ仮想溶接部の前記シミュレートされた破壊試験前、前記シミュレートされた非破壊試験前、前記シミュレートされた破壊試験中、前記シミュレートされた非破壊試験中、前記シミュレートされた破壊試験後、及び前記シミュレートされた非破壊試験後の前記３Ｄ仮想溶接部を分析するための手段をさらに有する、
請求項６乃至８のいずれか１項に記載のシミュレータ。
【請求項１０】
コンピュータシミュレートされた破壊試験及びコンピュータシミュレートされた非破壊試験を実行可能な仮想現実空間においてレンダリングされたベースライン仮想溶接部の品質を評価する方法であって：
前記ベースライン仮想溶接部を、前記ベースライン仮想溶接部の少なくとも１つの特性を試験するように構成される、第１のコンピュータシミュレートされた破壊試験及び第１のコンピュータシミュレートされた非破壊試験の少なくとも一方である第１の試験にかけるステップ；
前記第１の試験が前記第１のコンピュータシミュレートされた破壊試験である場合、前記第１の試験に応じて、第１の試験された仮想溶接部をレンダリングするステップ；
前記第１の試験に応じて、第１の試験データを生成するステップ；及び
前記第１の試験された仮想溶接部及び前記第１の試験データを、前記少なくとも１つの特性に関して前記第１の試験された仮想溶接部の少なくとも１つの合／否状態を決定するように構成されたコンピュータシミュレートされた分析にかけるステップ；を有する、
方法。
【請求項１１】
前記仮想現実空間において前記ベースライン仮想溶接部を再レンダリングするステップ；
前記ベースライン仮想溶接部を、前記ベースライン仮想溶接部の少なくとも１つの他の特性を試験するように構成される、第２のコンピュータシミュレートされた破壊及び第２のコンピュータシミュレートされた非破壊試験の少なくとも一方である第２の試験にかけるステップ；
前記第２の試験が前記第２のコンピュータシミュレートされた破壊試験である場合、前記第２の試験に応じて、第２の試験された仮想溶接部をレンダリングするステップ；
前記第２の試験に応じて、第２の試験データを生成するステップ；及び
前記第２の試験された仮想溶接部及び前記第２の試験データを、前記少なくとも１つの他の特性に関して前記第２の試験された仮想溶接部の少なくとも１つの他の合／否状態を決定するように構成されたコンピュータシミュレートされた分析にかけるステップ；をさらに有する、
請求項１０に記載の方法。
【請求項１２】
前記レンダリングされた第１の試験された仮想溶接部の表示されたバージョンを手動で分析するステップをさらに有する請求項１０又は１１に記載の方法、又は前記レンダリングされた第２の試験された仮想溶接部の表示されたバージョンを手動で分析するステップをさらに有する請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本ＰＣＴ出願は米国特許出願第１３／０８１,７２５号の優先権を主張する。
【０００２】
幾つかの実施形態は、仮想現実シミュレーションに関連する。より具体的には、幾つかの実施形態は、溶接工、溶接検査員、溶接指導員、構造技術者、及び材料技術者のトレーニングのための仮想溶接部の仮想試験及び検査のためのシステム及び方法に関連する。
【背景技術】
【０００３】
現実の溶接及びトレーニングでは、溶接部が破壊試験又は非破壊試験を受け得る。このような検査は、溶接部の品質を決定し、したがって溶接工の能力を決定するのに役立つ。残念ながら、例えばＸ線ラジオグラフィー試験等のある種の非破壊検査は、高価な試験装置を必要とし得るとともに、試験を行うのに時間がかかり得る。さらに、破壊試験は、当然のことながら、溶接部を破壊する。結果として、溶接部は、破壊試験において一度だけしか検査することができない。また、業界において大きなずれが、溶接部を作ることと溶接が良好な溶接であるかどうか知ることとの間に存在する。溶接検査トレーニングはしばしば、溶接部がどれくらい良い又は悪いかを決定するよう溶接検査員を適切に訓練するために、このような破壊及び非破壊試験に依存する。米国溶接標準（ＡＷＳ）、並びに他の溶接標準団体は、特定の種類の溶接部で許容される不連続部及び欠陥の種類及びレベルに関する判定基準を定める目視検査基準を提供する。
【０００４】
従来の、伝統的な、提案されたアプローチのさらなる限界及び欠点が、このようなアプローチの、図面を参照して本出願の残りの部分で述べられる本発明との比較を通じて、当業者には明らかになるであろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
トレーニング目的の仮想破壊及び非破壊試験、及び検査、及び仮想溶接部の材料試験のシミュレーションを提供するアーク溶接シミュレーションがここに開示される。仮想試験シミュレーションは、仮想現実溶接シミュレータシステム（例えば、仮想現実アーク溶接（ＶＲＡＷ）システム）を使用して作られた仮想溶接部で実行され得る。仮想検査シミュレーションは、「予め記録された」（すなわち、予め定義された）仮想溶接部で又は仮想現実溶接シミュレータシステムを使用して作られた仮想溶接部を使用して実行され得る。一般的に、仮想試験は、仮想現実溶接シミュレータシステム（例えば、仮想現実アーク溶接（ＶＲＡＷ）システム）を使用して行われることができ、仮想検査は、スタンドアロン仮想溶接部検査（ＶＷＩ）システムを使用して又は仮想現実溶接シミュレータシステム（例えば、仮想現実アーク溶接（ＶＲＡＷ）システム）を使用して行われ得る。しかし、本発明のいくつかの改良された実施形態では、仮想試験はまた、スタンドアロンＶＷＩシステムでも行われ得る。本発明の実施形態によれば、スタンドアロンＶＷＩシステムは、表示能力を持つハードウェア及びソフトウェアのプログラム可能なプロセッサベースのシステムである。本発明の他の実施形態によれば、ＶＲＡＷシステムは、プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム、プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続された空間トラッカ、空間トラッカによって空間的に追跡されることができる少なくとも１つの模擬溶接ツール、及びプログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続された少なくとも１つの表示装置を含む。ＶＲＡＷシステムは、仮想現実空間で、ユーザ（溶接工）による溶接部の形成並びに溶接部に関連した様々な欠陥及び不連続部特性を含む実時間溶接シナリオをシミュレートすることができる。スタンドアロンＶＷＩシステム及びＶＲＡＷシステムの両方は、仮想溶接部の目視検査を行うこと及び影響を観察するために検査中の仮想溶接部のアニメーションを表示することができる。ＶＲＡＷシステムは、仮想溶接部の仮想試験仮想検査の両方を実行すること及び試験又は検査中の仮想溶接部のアニメーションを表示することができる。仮想溶接部は、対応する仮想現実溶接シミュレータシステム又は対応するスタンドアロン仮想溶接検査システムを用いて、破壊的に及び非破壊的に、何度も繰り返して試験及び検査され得る。
【０００６】
請求項に記載された発明のこれらの及び他の特徴、並びに図示された実施形態の詳細は、
以下の説明、特許請求の範囲及び図面からより完全に理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】図１は、実時間仮想現実環境でのアーク溶接トレーニングを提供するシステムのシステムブロック図の例示的な実施形態を示す。
【図２】図２は、図１のシステムの組み合わされたシミュレートされた溶接コンソール及び観察者表示装置（ＯＤＤ）の例示的な実施形態を示す。
【図３】図３は、図２の観察者表示装置（ＯＤＤ）の例示的な実施形態を示す。
【図４】図４は、物理的溶接ユーザインタフェース（ＷＵＩ）を示す図２のシミュレートされた溶接コンソールの前方部分の例示的な実施形態を示す。
【図５】図５は、図１のシステムの模擬溶接ツール（ＭＷＴ）の例示的な実施形態を示す。
【図６】図６は、図１のシステムのテーブル／スタンド（Ｔ／Ｓ）の例示的な実施形態を示す。
【図７Ａ】図７Ａは、図１のシステムのパイプ溶接クーポン（ＷＣ）の例示的な実施形態を示す。
【図７Ｂ】図７Ｂは、図６のテーブル／スタンド（Ｔ／Ｓ）のアームに取り付けられた図７ＡのパイプＷＣを示す。
【図８】図８は、図１の空間トラッカ（ＳＴ）の例示的な実施形態の様々な要素を示す。
【図９Ａ】図９Ａは、図１のシステムのフェイスマウントディスプレイ装置（ＦＭＤＤ）の例示的な実施形態を示す。
【図９Ｂ】図９Ｂは、どのように図９ＡのＦＭＤＤがユーザの頭部に固定されるかを示す。
【図９Ｃ】図９Ｃは、溶接ヘルメット内に取り付けられた図９ＡのＦＭＤＤの例示的な実施形態を示す。
【図１０】図１０は、図１のシステムのプログラム可能なプロセッサベースのサブシステム（ＰＰＳ）のサブシステムブロック図の例示的な実施形態を示す。
【図１１】図１１は、図１０のＰＰＳのグラフィックス処理ユニット（ＧＰＵ）のブロック図の例示的な実施形態を示す。
【図１２】図１２は、図１のシステムの機能ブロック図の例示的な実施形態を示す。
【図１３】図１３は、図１の仮想現実トレーニングシステムを使用するトレーニング方法の実施形態のフローチャートである。
【図１４Ａ−Ｂ】図１４Ａ−Ｂは、本発明の実施形態による、溶接ピクセル（ｗｅｘｅｌ）変位マップの概念を示す。
【図１５】図１５は、図１のシステムでシミュレートされる平らな溶接クーポン（ＷＣ）のクーポンスペース及び溶接スペースの例示的な実施形態を示す。
【図１６】図１６は、図１のシステムでシミュレートされる角部（Ｔ継手）溶接クーポン（ＷＣ）のクーポンスペース及び溶接スペースの例示的な実施形態を示す。
【図１７】図１７は、図１のシステムでシミュレートされるパイプ溶接クーポン（ＷＣ）のクーポンスペース及び溶接スペースの例示的な実施形態を示す。
【図１８】図１８は、図１７のパイプ溶接クーポン（ＷＣ）の例示的な実施形態を示す。
【図１９Ａ−Ｃ】図１９Ａ−Ｃは、図１のシステムの二重変位パドルモデルの概念の例示的な実施形態を示す。
【図２０】図２０は、仮想溶接部の検査をシミュレートすること及び溶接部に関連付けられた様々な特性に起因する影響を観察するために検査中の仮想溶接部のアニメーションを表示することができるスタンドアロン仮想溶接検査（ＶＷＩ）システムの例示的な実施形態を示す。
【図２１】図２１は、仮想現実空間での表示された基準仮想溶接部の品質を評価するための方法の例示的な実施形態のフローチャートを示す
【図２２−２４】図２２−２４は、溶接部の同じ仮想部分に対する、シミュレートされた曲げ試験、シミュレートされた引張試験、及びシミュレートされた破壊試験の仮想アニメーションの実施形態を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
本発明の実施形態は、仮想溶接部の仮想試験及び検査のためのシステムを有する。システムは、コード化された命令を実行することができるプログラム可能なプロセッサベースのサブシステムを含む。コード化された命令は、レンダリングエンジン及び分析エンジンを含む。レンダリングエンジンは、シミュレートされた試験前の３次元（３Ｄ）仮想溶接部、シミュレートされた試験中の仮想溶接部の３Ｄアニメーション、及びシミュレートされた試験後の３Ｄ仮想溶接部の少なくとも１つを表現するように構成される。分析エンジンは、３Ｄ仮想溶接部のシミュレートされた試験を実行するように構成される。シミュレートされた試験は、シミュレートされた破壊試験及びシミュレートされた非破壊試験の少なくとも１つを含み得る。分析エンジンはさらに、合格／不合格状態及び欠陥／不連続部特性の少なくとも１つに関する、シミュレートされた試験前の３Ｄ仮想溶接部、シミュレートされた試験中の仮想溶接部の３Ｄアニメーション、及びシミュレートされた試験後の３Ｄ仮想溶接部の少なくとも１つの検査を実行するように構成される。システムはまた、シミュレートされた試験前の３Ｄ仮想溶接部、シミュレートされた試験中の仮想溶接部の３Ｄアニメーション、及びシミュレートされた試験後の３Ｄ仮想溶接部の少なくとも１つを表示するためのプログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続された、少なくとも１つの表示装置を含む。システムはさらに、プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続されるとともに、少なくとも１つの表示装置上のシミュレートされた試験前の３Ｄ仮想溶接部、シミュレートされた試験中の仮想溶接部の３Ｄアニメーション、及びシミュレートされた試験後の３Ｄ仮想溶接部の少なくとも１つの向きを少なくとも操作するように構成される、ユーザインタフェースを含む。プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムは、中央処理装置及び少なくとも１つのグラフィックス処理装置を含み得る。少なくとも１つのグラフィックス処理装置は、コンピュータ統一デバイスアーキテクチャ（ＣＵＤＡ）及びシェーダを含み得る。分析エンジンは、エキスパートシステム、サポートベクタマシン（ＳＶＭ）、ニューラルネットワーク、及び１つ又は複数のインテリジェントエージェントの少なくとも１つを含み得る。分析エンジンは、シミュレートされた試験前の３Ｄ仮想溶接部、シミュレートされた試験中の仮想溶接部の３Ｄアニメーション、及びシミュレートされた試験後の３Ｄ仮想溶接部の少なくとも１つを部積するために、溶接コードデータ又は溶接標準データを使用し得る。分析エンジンはまた、仮想溶接部を検査するためにユーザインタフェースを使用してユーザによってアクセスされ得るとともに操作され得る、プログラムされた仮想検査ツールを含み得る。
【０００９】
本発明の他の実施形態は、仮想溶接試験及び検査シミュレータを有する。シミュレータは、表示された３Ｄ仮想溶接部に１又は複数のシミュレートされた破壊及び非破壊試験を実行するための手段を含む。シミュレータはまた、表示された３Ｄ仮想溶接部の１又は複数のシミュレートされた破壊及び非破壊試験の結果を分析するための手段を含む。シミュレータはさらに、少なくとも３Ｄ仮想溶接部のシミュレートされた試験後に表示された３Ｄ仮想溶接部を検査するための手段を含む。シミュレータはまた、３Ｄ仮想溶接部を表示するための手段を含み得る。シミュレータはさらに、１又は複数のシミュレートされた破壊及び非破壊試験を実行する間、仮想溶接部の３Ｄアニメーションを表示するための手段を含み得る。シミュレータはまた、仮想溶接部の３Ｄアニメーションを表示するとともに向きを操作するための手段を含み得る。シミュレータはさらに、３Ｄ仮想溶接部のシミュレートされた試験前、シミュレートされた試験中、及びシミュレートされた試験後に３Ｄ仮想溶接部を検査するための手段を含み得る。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態は、仮想現実空間において表示された基準仮想溶接部の品質を評価する方法を含む。方法は、基準仮想溶接部を、基準仮想溶接部の少なくとも１つの特性を試験するように構成された第１のコンピュータシミュレート試験にかけるステップを含む。方法はまた、第１の試験された仮想溶接部を表示するステップ及び第１の試験に応じて第１の試験データを生成するステップを含む。方法はさらに、第１の試験された仮想溶接部及び第１の試験データを、少なくとも１つの特性に関する第１の試験された仮想溶接部の少なくとも１つの合格／不合格状態を決定するように構成されたコンピュータシミュレート分析にかけるステップを含む。第１のコンピュータシミュレート試験は、現実の破壊試験又は現実の非破壊試験をシミュレートし得る。方法はさらに、仮想現実空間で基準仮想溶接部を再表示するステップ、基準仮想溶接部を基準仮想溶接部の少なくとも１つの他の特性を試験するように構成された第２のコンピュータシミュレート試験にかけるステップ、第２の試験された仮想溶接部を表示するステップ及び第２の試験に応じて第２の試験データを生成するステップ、並びに第２の試験された仮想溶接部及び第２の試験データを、少なくとも１つの他の特性に関する第２の試験された仮想溶接部の少なくとも１つの他の合格／不合格状態を決定するように構成されたコンピュータシミュレート分析にかけるステップを含み得る。第２のコンピュータシミュレート試験は、現実の破壊試験又は現実の非破壊試験をシミュレートし得る。方法はさらに、表示された第１の試験された仮想溶接部の表示されたバージョンを手動で検査するステップを含み得る。方法はまた、表示された第２の試験された仮想溶接部の表示されたバージョンを手動で検査するステップを含み得る。
【００１１】
仮想現実空間に形成された完成した仮想溶接部は、溶接欠陥に関して分析されることができ、決定は、本発明の実施形態にしたがって、このような溶接部が標準的な工業試験に合格又は不合格するかどうかに関して行われ得る。特定の欠陥は、溶接部内の特的の場所の中で特定の種類の破損をもたらし得る。任意の欠陥又は不連続部を示すデータが、仮想溶接部を事前に定めることによって又は仮想溶接プロセスの一部として仮想現実溶接シミュレータシステム（例えば、仮想現実アーク溶接（ＶＲＡＷ）システム）を使用して仮想溶接部を作ることによって仮想溶接部の定義の一部として保存される。
【００１２】
また、任意の特定のテストの合格／不合格の判定基準は、例えば、ＡＷＳ溶接標準等、事前に定義された溶接コード及び標準に基づいて、先験的に知られている。本発明の実施形態によれば、仮想溶接部のシミュレートされた破壊又は非破壊試験の可視化を可能にするアニメーションが作られる。同じ仮想溶接部が多くの異なる方法で試験され得る。仮想溶接部の試験及び検査は、ここに詳細に後述される仮想現実溶接シミュレータシステム（例えば、仮想現実アーク溶接（ＶＲＡＷ）システム）上で生じ得る。仮想溶接部の検査は、ここに詳細に後述されるスタンドアロン仮想溶接検査（ＶＷＩ）システム上で生じ得る。
【００１３】
ＶＲＡＷシステムは、ユーザが実際に溶接しているように溶接シナリオをシミュレートすることによって実時間で仮想溶接部をユーザが作ることを可能にすること、及び欠陥及び不連続部を含む、仮想溶接部を定義する結果として生じるデータの全てを取得することができる。ＶＲＡＷシステムはさらに、仮想溶接部の仮想破壊及び非破壊試験と検査、並びに仮想溶接部の材料試験及び検査を実行することができる。スタンドアロンＶＷＩシステムは、事前に定義された仮想溶接部又はＶＲＡＷシステムを使用して作られた仮想溶接部を入力すること、及び仮想溶接部の検査を実行することができる。３次元仮想溶接部又は部分が、本発明の実施形態にしたがって、コンピュ−タ−援用設計（ＣＡＤ）モデルから導出され得る。したがって、試験及び検査は、特定の部分の不規則形状でシミュレートされ得る。本出願の実施形態によれば、ＶＲＡＷシステムはまた、事前に定義された仮想溶接部の目視検査を実行することができる。例えば、ＶＲＡＷシステムは、実習生が良い溶接がどのように見えるべきであるかを学ぶために参照し得る事前に作られた仮想溶接部を含み得る。
【００１４】
様々なタイプの溶接不連続部及び欠陥は、全て技術分野でよく知られている、不適切な溶接サイズ、不十分なビード配置、凹ビード、余盛、アンダカット、ポロシティ、融合不良、スラグ巻込み、余剰スパッタ、オーバーフィル、割れ、及び溶落ち又はメルトスルーを含む。例えば、アンダカットはしばしば、不正確な角度の溶接に起因する。ポロシティは、しばしばアークを溶接部から離れすぎて動かすことによって生じる、凝固中のガスの閉じ込めによって形成される空洞タイプ不連続部である。他の問題は、誤ったプロセス、充填材料、ワイヤサイズ、又は技法に起因して生じ得る。これらの全てはシミュレートされ得る。
【００１５】
実行され得る様々なタイプの破壊試験は、全て技術分野でよく知られている、ロボット曲げ試験、表曲げ試験、側曲げ試験、引張試験、破壊試験（例えば、切欠き破断試験又はＴ継手破壊試験）、衝撃試験、及び硬さ試験を含む。これらの試験の多くのために、溶接部の部分が切り取られ、試験はこの部分に行われる。例えば、ロボット曲げ試験は、溶接ルートが特定の曲げ半径の凸面にあるように、溶接部から切り取られた部分を曲げるテストである。側曲げ試験は、溶接点の横断面の側部が特定の曲げ半径の凸面にあるように、溶接部を曲げる試験である。表曲げ試験は、溶接面が特定の曲げ半径の凸面にあるように、溶接部を曲げる試験である。
【００１６】
さらなる破壊試験は、溶接部の切断片が、溶接点が破壊するまで引っ張られる又は引き伸ばされ、溶接点の弾性限界及び引張強さを試験する、引張試験である。１つのタイプの破壊試験は、Ｔジョイントを形成するように互いに９０度で溶接された２つの部分を有する溶接部への試験であり、一方の部分は、溶接点が破壊するか否かを決定するために、他方の部分に向かって曲げられる。溶接点が破壊する場合、内部溶接ビードが検査され得る。衝撃試験は、衝撃要素が衝撃に耐える溶接部の能力を決定するために様々な温度で溶接部に押し込まれる、試験である。溶接部は、静荷重下で良好な強さを有し得るが、高速衝撃に曝される場合に破壊し得る。例えば、振子装置が振り下ろされるとともに溶接部に衝突する（場合により溶接部を破壊する）ために使用されることができ、シャルピー衝撃試験と呼ばれる。
【００１７】
さらなる破壊試験は、溶接接合部での押し込み又はめり込みに耐える溶接部の能力を試験する硬さ試験である。溶接部の硬さは、ある程度溶接接合部が熱影響部においてどのように冷却されたかに基づく、溶接接合部における結果として生じる冶金特性に依存する。２つのタイプの硬さ試験はブリネル試験とロックウェル試験である。両方の試験は、剛体球又は鋭いダイヤモンドポイントを持つ圧子を使用する。圧子は、標準荷重下で溶接点に当てられる。荷重が除去されると、めり込み部が測定される。試験は、周囲の金属の幾つかのポイントで行われ得るとともに、潜在的な割れの良好な指標である。さらなる種類の破壊試験は、溶接されたパイプがパイプの４つの四半部のそれぞれから部分を取り出すように切断される、パイプの曲げ試験である。裏曲げが部分の２つに実行されるとともに表曲げが他の２つに実行される。
【００１８】
実行され得る様々なタイプの破壊試験は、ラジオグラフィー試験及び超音波試験を含む。ラジオグラフィー試験では、溶接部がＸ線にさらされるとともに調べられ得る溶接接合部のＸ線像が生成される。超音波試験では、溶接部が超音波エネルギにさらされるとともに溶接接合部の様々な特性が反射された超音波から得られる。いくつかの種類の非破壊試験では、溶接部はＸ線又は超音波照射を（仮想的な方法で）受け、内部ポロシティ、スラグ巻込み、及び溶け込み不良等の欠陥がユーザに視覚的に提示される。他の種類の非破壊試験は、仮想現実方法でシミュレートされ得る染色浸透又は浸透探傷試験である。溶接部は染色材料に曝され、溶接部は次に、例えば肉眼で見ることができない表面き裂が存在するか決定するために、現像剤に曝される。さらなる非破壊試験は、割れを検出するためにもまた使用されるとともに仮想現実方法でシミュレートされ得る磁粉探傷試験である。溶接部の表面より下の小さい割れは、溶接部への不適切な入熱よって作られ得る。本発明の実施形態によれば、移動速度及び他の溶接プロセスパラメータが仮想現実環境において追跡され、溶接部への入熱を、したがって、仮想非破壊検査を使用して検出され得る溶接部の表面近くの割れを決定するために使用される。
【００１９】
さらに、シミュレーションされる構造における溶接部のシミュレーションが実行され得る。例えば、ＶＲＡＷシステムのユーザによって作られた仮想溶接継手を有する仮想溶接部が試験のための橋の仮想シミュレーションに組み込まれ得る。仮想溶接部は、例えば、橋の鍵となる構造要素に対応し得る。橋は、崩壊する前に１００年続くように規定され得る。試験は、溶接部が崩壊するか見るために時間（すなわち仮想時間）経過とともに橋を観察することを含み得る。例えば、溶接部の質が悪い（すなわち、許容できない不連続部又は欠陥を有する）場合、シミュレーションは、４５年後に崩壊する橋のアニメーションを示し得る。
【００２０】
図１−１９Ｃは、ユーザ（溶接工）による仮想溶接部及び溶接部に付随する様々な欠陥及び不連続特性の形成を含む、実時間溶接シナリオを、仮想現実空間において、シミュレートすることができる、並びに仮想溶接部の試験及び検査をシミュレートすることができる及び効果を観察するために試験下の仮想溶接部のアニメーションを表示することができる、仮想現実アーク溶接（ＶＲＡＷ）システムの実施形態を示す。ＶＲＡＷシステムは、溶接部の洗練された仮想レンダリングを作り出すことができるとともに、仮想溶接部の様々な特性を溶接コードと比較する仮想レンダリングの洗練された解析を実行することができる。
【００２１】
仮想検査は、いくつかの異なる方法及び／又はそれらの組合せの何れかでＶＲＡＷシステムに実装され得る。本発明の一実施形態によれば、ＶＲＡＷシステムは、エキスパートシステムを含むとともに、一連のルールによって駆動される。エキスパートシステムは、問題に対する解答を提供しようと試みる、又は通常１又は複数の人間のエキスパートが助言を求めるために必要とされる不確実なことを明確にしようと試みるソフトウェアである。エキスパートシステムは、特定の問題領域において最も一般的であり、伝統的なアプリケーション及び／又は人工知能のサブフィールドである。多様な方法がエキスパートの能力をシミュレートするために使用され得るが、多くに共通なことは、１）対象の専門家（ＳＭＥ）の知識（例えば、認定された溶接検査員の知識）を取得するためにある知識表現形式を使用する知識ベースの作成及び２）ＳＭＥからの知識を蓄積し形式にしたがってそれを成文化するプロセス、これは知識工学と呼ばれている、である。エキスパートは、学習コンポーネントを持つかもしれないし持たないかもしれないが、第３の構成要素は、いったんシステムが発展すると、同じ現実世界の問題を解決する状況に置かれることによって、人間のＳＭＥとして、典型的には、人間の作業者の補助又はある情報システムの補助として証明されるものである。
【００２２】
本発明のもう１つの実施形態によれば、ＶＲＡＷシステムはサポートベクタマシンを含む。サポートベクタマシン（ＳＶＭ）は、分類及び回帰のために使用される一連の関連した教師あり学習方法である。それぞれが２つのカテゴリの一方に属するとして示された、一連の学習例が与えられると、ＳＶＭマシン学習アルゴリズムは、新しい例が一方のカテゴリに入るか他方に入るか（例えば、特定の欠陥及び不連続性に関する合否分類）を予測するモデルを構築する。直感的には、ＳＶＭモデルは、別の分類の例ができる限り広い明確なギャップによって分けられるように写像された、空間内におけるポイントとしての例の表示である。新しい例が次に同じ空間に写像され、それらがギャップのどちら側に入るかに基づいて分類に属すると予測される。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態によれば、ＶＲＡＷシステムは、学習し、新しいシナリオに適合することができるニューラルネットワークを含む。ニューラルネットワークは、相互接続する人工ニューロン（生物学的ニューロンの特性を模倣するプログラミング構造）で構成されている。ニューラルネットワークは、生物学的ニューラルネットワークの理解を得るために、又は必ずしも現実の生物システムのモデルを作ることなしに人工知能問題を解決するために使用され得る。本発明の実施形態によれば、仮想溶接データから欠陥及び不連続部データを入力し、合／否データを出力する、ニューラルネットワークが、考え出されている。
【００２４】
本発明の様々な実施形態によれば、知的エージェントが、実習生がより多くの練習を必要とする領域に関する実習生へのフィードバックを提供するために、又は実習生の学習を向上させるためにどのように教育カリキュラムを修正するかに関して指導員又は教育者にフィードバックを提供するために用いられ得る。人工知能では、知的エージェントは、観察し、環境に従って行動し、その行動を目標を達成することに向ける、通常ソフトウェアに実装される、自律エンティティである。知的エージェントは、目標（例えば、溶接実習生又は溶接指導員への関連のあるフィードバックを提供する目標）を達成するために学習し、知識を利用することができる。
【００２５】
本発明の実施形態によれば、ＶＲＡＷシステムを使用して作られた溶接部の仮想レンダリングが、システムの破壊／非破壊試験部分にエクスポートされる。システムの試験部分は自動的に、（破壊試験のための）仮想溶接部の切断面を生成し、これらの切断面をＶＲＡＷシステムの試験部分内で複数の可能な試験の１つに投入することができる。複数の試験のそれぞれは、その特定の試験を説明するアニメーションを生成することができる。ＶＲＡＷシステムは、試験のアニメーションをユーザに表示することができる。アニメーションは、ユーザによって生成された仮想溶接部が試験をパスするかどうかユーザに明白に示す。非破壊試験に関して、溶接部はＸ線又は超音波照射に（仮想的な方法で）曝され、内部ポロシティ、スラグ巻き込み、及び溶け込み不良等の欠陥がユーザに視覚的に示される。
【００２６】
例えば、仮想曲げ試験に曝される仮想溶接部は、特定のタイプの欠陥が仮想溶接部の溶接継手で発生する場所においてアニメーションで破壊することが示され得る。他の例として、仮想曲げ試験に曝される仮想溶接部は、溶接部が完全に破壊しないにもかかわらず、アニメーションで曲がることが及び割れが入ること又はかなりの量の欠陥を示すことが示され得る。同じ仮想溶接部は、同じ切断面（例えば、切断面はＶＲＡＷシステムによって再構成又は再表示され得る）又は仮想溶接部の異なる切断面を使用して異なる試験のために何度も繰り返して試験され得る。本発明の実施形態によれば、仮想溶接部は、例えば、特定の選択された破壊／非破壊試験で考慮される金属の種類及び引張り強さ等、冶金学的特性で標識される。本発明の様々な実施形態では、アルミニウム及びステンレス等の溶接金属を含む、様々な一般的なベース溶接金属がシミュレートされている。
【００２７】
本発明の実施形態によれば、バックグラウンドで動作しているエキスパートシステムが、ＶＲＡＷシステムのディスプレイのウィンドウにポップアップし得るとともに、ユーザに（例えば、テキストメッセージを介して及び／又はグラフィックで）何故溶接部が試験に失敗したか（例えば、溶接継手におけるこれらの特定のポイントにポロシティが多過ぎる等）及びどの特定の溶接標準に適合しなかったかを示し得る。本発明のもう１つの実施形態によれば、ＶＲＡＷシステムは、現試験を特定の溶接標準に結び付ける外部ツールへのハイパーテキストリンクであり得る。さらに、ユーザは、彼らの学習を支援するためのテキスト、写真、ビデオ、及び図を含む知識ベースへのアクセスを有し得る。
【００２８】
本発明の実施形態によれば、特定の破壊／非破壊試験のアニメーションは、ユーザが表示された仮想溶接部を試験を様々な角度及び視点から見るために試験中にＶＲＡＷシステムのディスプレイに３次元的な方法であちこち動かし得るように、試験によって修正された仮想溶接部の３Ｄレンダリングである。特定の試験の同じ３Ｄ表示されたアニメーションが、同じユーザ又は多ユーザに対する最大の学習の利益を可能にするために何度も繰り返して再生され得る。
【００２９】
本発明の実施形態によれば、表示された仮想溶接部及び／又は試験下の仮想溶接部の対応する３Ｄ表示されたアニメーションは、溶接の検査を実行するために及び／又は（例えば、認定溶接検査員になるために）ユーザが溶接検査を学習するために、システムの検査部分にエクスポートされ得る。システムの検査部分は、教示モード及びトレーニングモードを含む。
【００３０】
教示モードでは、仮想溶接部及び／又は試験下の仮想溶接部の対応する３Ｄ表示されたアニメーションは、表示されるとともに、溶接実習生と一緒に評価者（指導員）によって見られる。指導員及び溶接実習生は、仮想溶接部を見るとともに仮想溶接部と相互に作用することができる。指導員は、溶接実習生が仮想溶接部の欠陥及び不連続性を識別することにおいてどれくらい上手く行ったかを（例えば、得点法を介して）決定する、及び（異なる視点から見ること等）表示された仮想溶接部と相互に作用することによって、どれくらい上手く溶接実習生が行ったか及び実習生がミスしたものを溶接実習生に示すことができる。
【００３１】
トレーニングモードでは、システムは、溶接検査員実習生に仮想溶接部に関する様々な質問をし、溶接検査員実習生が質問に対する回答を入力することを可能にする。システムは、溶接検査員実習生に質問の最後に評価を与え得る。例えば、システムは、１つの仮想溶接部に関して溶接検査員実習生にサンプルの質問を最初に与えることができ、次に試験モード中に採点されることになる別の仮想溶接部に関して溶接実習生に時限質問を与えるように進む。
【００３２】
システムの検査部分はまた、溶接実習生又は指導員が欠陥を検知し、予め定められた溶接標準と比べられる仮想溶接部のいくつかの測定を行うことを助ける、ある種のインタラクティブなツール（例えば、根元の溶接の溶け込みを測定し、必要とされる標準の溶け込みと測定値を比較する仮想ゲージ）も提供し得る。溶接実習生の評価はまた、溶接実習生が溶接を評価するために正しいインタラクティブツールを使用するか否かを含む。本発明の実施形態によれば、システムの検査部分は、評価（すなわち、得点）に基づいて、どの領域で溶接実習生が助けを必要とするかを決定し、溶接実習生により多くの検査を練習するための代表サンプルを提供する。
【００３３】
本願で前述されたように、知的エージェントは、実習生がより多くの練習を必要とする領域に関する実習生へのフィードバックを与えるために、又は実習生の学習を向上させるためにどのように教育カリキュラムを修正するかに関して指導員又は教員にフィードバックを与えるために用いられ得る。人工知能では、知的エージェントは、環境を観察し、環境に従って行動し、その行動を目標を達成することに向ける、通常ソフトウェアに実装される、自律エンティティである。知的エージェントは、目標（例えば、溶接実習生又は溶接指導員への関連のあるフィードバックを提供する目標）を達成するために学習し、知識を利用することができる。本発明の実施形態によれば、知的エージェントによって認識され、行動される環境は、例えば、ＶＲＡＷシステムによって生成された仮想現実環境である。
【００３４】
さらに、様々なインタラクティブな検査ツールが、試験に曝される前の仮想溶接部に、試験にさらされた後の仮想溶接部に、又はその両方に用いられ得る。様々なインタラクティブな検査ツール及び方法論が、本発明の実施形態にしたがって、様々な溶接プロセス、金属の種類、及び溶接標準の種類に対して構成される。スタンドアローンＶＷＩシステムでは、相互作用検査ツールは、例えば、キーボード及びマウスを使用して操作され得る。ＶＲＡＷシステムでは、インタラクティブな検査ツールは、例えば、ジョイスティック及び／又はコンソールパネルを介して操作され得る。
【００３５】
ＶＲＡＷシステムは、プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム、プログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続された空間トラッカ、空間トラッカによって空間的に追跡されることができる少なくとも１つの模擬溶接ツール、及びプログラム可能なプロセッサベースのサブシステムに動作可能に接続された少なくとも１つのディスプレイ装置、を有する。システムは、仮想現実空間で、実時間の溶融金属の流動性及び放熱特性を有する溶融池をシミュレートすることができる。システムはまた、シミュレートされた溶融池を実時間でディスプレイ装置に表示することもできる。シミュレートされた溶融池の実時間の溶融金属の流動性及び放熱特性は、表示されたとき、模擬溶接ツールのユーザに実時間の視覚フィードバックを提供し、ユーザが実時間視覚フィードバックに応じて実時間で溶接技術を調整する又は持続することを可能にする（すなわち、ユーザが正確に溶接することを学ぶことを助ける）。表示された溶融池は、ユーザの溶接技術並びに選択された溶接プロセス及びパラメータに基づいて現実世界で形成されであろう溶融池の描写である。溶融池を見ることによって（例えば、形状、色、スラグ、サイズ、積み重ねられたダイム）、ユーザは、良好な溶接を行う技術を修正することができ、行われる溶接部のタイプを決定することができる。溶融池の形状はガン又は棒の動きに応答する。本願では、用語「実時間」は、ユーザが現実世界の溶接シナリオにおいて認識するとともに経験するのと同じ方法で、シミュレートされた環境の時間で認識すること及び経験することを意味する。さらに、溶融池は、重力を含む物理的環境の影響に応答し、ユーザがオーバーヘッド溶接及び様々なパイプ溶接角度を含む様々な位置での溶接を現実的に練習することを可能にする（例えば、１Ｇ、２Ｇ、５Ｇ、６Ｇ）。このような実時間仮想溶接シナリオは、仮想溶接部を代表するデータの生成をもたらす。
【００３６】
図１は、実時間仮想現実環境におけるアーク溶接トレーニングを提供するシステム１００の例示的な実施形態のシステムブロック図を示す。システム１００は、プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム（ＰＰＳ）１１０を含む。ＰＰＳ１１０は、仮想溶接部の３Ｄ動画のレンダリングを提供するためのレンダリングエンジンとして構成されるハードウェア及びソフトウェアを提供する。ＰＰＳ１１０はまた、仮想溶接部の試験及び検査を実行するための分析エンジンとして構成されるハードウェア及びソフトウェアを提供する。図１のシステムの上で、仮想溶接部は、溶接ビード又は溶接継手を形成するためにシミュレートされた溶接プロセスを通過した溶接クーポンの結果として生じるシミュレーションである。
【００３７】
システム１００はさらにＰＰＳ１１０に動作可能に接続された空間トラッカ（ＳＴ）１２０を含む。システム１００はまた、ＰＰＳ１１０に動作可能に接続される物理的な溶接ユーザインタフェース（ＷＵＩ）１３０並びにＰＰＳ１１０及びＳＴ１２０に動作可能に接続されるフェースマウントディスプレイ装置（ＦＭＤＤ）１４０（図９Ａ−９Ｃ参照）を含む。しかし、幾つかの実施形態はＦＭＤＤを備えなくてもよい。システム１００はさらに、ＰＰＳ１００に動作可能に接続された観察者ディスプレイ装置（ＯＤＤ）１５０を含む。システム１００はまた、ＳＴ１２０及びＰＰＳ１１０に動作可能に接続された少なくとも１つの模擬溶接ツール（ＭＷＴ）１６０を含む。システム１００はさらに、テーブル／スタンド（Ｔ／Ｓ）１７０及びＴ／Ｓ１７０に取り付けられることができる少なくとも１つの溶接クーポン（ＷＣ）１８０を含む。本発明の代替実施形態によれば、模擬ガス容器が設けられ（図示せず）、シールドガスのソースをシミュレートし、調整可能な流量調整器を有する。
【００３８】
図２は、組み合わせた模擬溶接コンソール１３５（溶接電源ユーザインタフェースをシミュレートする）及び図１のシステム１００の観察者ディスプレイ装置（ＯＤＤ）１５０の例示的な実施形態を示す。物理的ＷＵＩ１３０はコンソール１３５の前方部分に存在し、様々なモード及び機能のユーザ選択のためのノブ、ボタン、及びジョイスティックを備える。ＯＤＤ１５０は、本発明の実施形態にしたがって、コンソール１３５の上部に取り付けられる。ＭＷＴ１６０は、コンソール１３５の側部に取り付けられたホルダにある。内部では、コンソール１４５はＰＰＳ１１０及びＳＴ１２０の一部を保持する。
【００３９】
図３は、図２の観察者ディスプレイ装置（ＯＤＤ）１５０の例示的な実施形態を示す。本発明の実施形態によれば、ＯＤＤ１５０は、液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）装置である。他のディスプレイ装置も同様に可能である。例えば、ＯＤＤ１５０は、本発明の他の実施形態による、タッチスクリーンである得る。ＯＤＤ１５０は、ＰＰＳ１１０からビデオ（例えばＳＶＧＡフォーマット）及びディスプレイ情報を受信する。
【００４０】
図３に示されるように、ＯＤＤ１５０は、位置、ワークへの先端、溶接角度、移動角度、及び移動速度を含む様々な溶接パラメータ１５１を示す第１のユーザ場面を表示することができる。これらのパラメータは、グラフィックな形で実時間に選択されるとともに表示されることができ、適切な溶接テクニックを教示するために使用される。さらに、図３に示されるように、ＯＤＤ１５０は、例えば、不適切な溶接サイズ、不十分なビード配置、凹ビード、余盛、アンダカット、ポロシティ、融合不良、スラグ巻込、過剰なスパッタ、オーバーフィル、溶落ち（メルトスルー）を含むシミュレートされた溶接不連続部を表示することができる。アンダカットは、溶接部又は溶接根に隣接したベース金属に溶け込んだ溝であり溶接金属によって充填されないままにされる。アンダカットは、しばしば不適切な溶接の角度に起因する。ポロシティは、しばしば、アークをクーポンからあまりに遠くに動かすことに起因する凝固中のガスの閉じ込めによって形成される空洞タイプの不連続部である。このようなシミュレートされた溶接不連続部の状態は、シミュレートされた溶接クーポンを使用して仮想溶接部を形成するために、シミュレートされた溶接プロセス中にシステム１００によって生成される。
【００４１】
また、図３に示されるように、ＯＤＤ１５０は、メニュー、動作、視覚的キュー、新しいクーポン、及びエンドパスを含むユーザ選択部１５３を表示することができる。これらのユーザ選択部は、コンソール１３５のユーザボタンに結び付けられる。ユーザが、例えばＯＤＤ１５０のタッチスクリーン又は物理的ＷＵＩ１３０を介して、様々な選択を行うとき、表示された特徴は、選択された情報及びユーザへの他のオプションを適用するために変化し得る。さらに、ＯＤＤ１５０は、溶接工と同じ角度の視界で、又は例えばインストラクタによって選択された様々な異なる角度で、ＦＭＤＤ１４０を装着している溶接工が見る視界を表示し得る。ＯＤＤ１５０は、破壊／非破壊試験及び仮想溶接部の検査を含む、様々な訓練目的のためにインストラクタ及び／又は訓練生によって見られ得る。例えば、視野は、インストラクタによる目視検査を可能にするために、完成した溶接部の周りに回転され得る。本発明の代替実施形態によれば、システム１００からのビデオは、例えば、遠隔観察及び／又は批判のためにインターネットを介して、離れた場所に送られえる。さらに、音声が、訓練生と離れたインストラクタとの間の実時間音声コミュニケーションを可能にするために提供され得る。
【００４２】
図４は、物理的溶接ユーザインタフェース（ＷＵＩ）１３０を示す図２のシミュレートされた溶接根ソール１３５の前部の例示的な実施形態を示す。ＷＵＩ１３０は、ＯＤＤ１５０に表示されたユーザ選択部１５３に対応する一連のボタン１３１を含む。ボタン１３１は、ＯＤＤ１５０に表示されたユーザ選択部の色に対応するように色を付けられる。ボタン１３１の１つが押されたとき、信号が対応する機能を作動させるためにＰＰＳ１１０に送られる。ＷＵＩ１３０はまた、様々なパラメータ及びＯＤＤ１５０に表示された選択部を選択するためにユーザによって使用されることができるジョイスティック１３２を含む。ＷＵＩ１３０はさらに、ワイヤ送給速度／アンペアを調整するためのダイヤル又はノブ１３３、及びボルト／トリムを調整するためのもう１つのダイヤル又はノブ１３４を含む。ＷＵＩ１３０はまた、アーク溶接プロセスを選択するためのダイヤル又はノブ１３６を含む。本発明の実施形態によれば、３つのアーク溶接プロセスが選択可能であり、ガスシールド及び自己シールドプロセスを含むフラックスコアードアーク溶接（ＦＣＡＷ）、ショートアーク、軸方向スプレイ、ＳＴＴ、及びパルスを含むガス金属アーク溶接（ＧＭＡＷ）、ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）、及びＥ６０１０、Ｅ６０１３、及びＥ７０１８電極を含む被覆アーク溶接（ＳＭＡＷ）を含む。本発明の実施形態によれば、交流（ＡＣ）、正の直流（ＤＣ＋）、及び負の直流（ＤＣ−）を含む３つのアーク溶接極性が選択可能である。
【００４３】
図５は、図１のシステム１００の模擬溶接ツール（ＭＷＴ）１６０の例示的な実施形態を示す。図５のＭＷＴ１６０は、プレートとパイプ溶接のための棒溶接ツールをシミュレートし、ホルダ１６１及びシミュレートされた棒電極１６２を含む。ＭＷＤ１６０のトリガが、選択されたシミュレートされた溶接プロセスを作動させるために、信号をＰＰＳ１１０に伝達するために使用される。シミュレートされた棒電極１６２は、例えば現実世界のパイプ溶接でのルートパス溶接手順中又はプレートを溶接するときに生じる抵抗フィードバックをシミュレートするために、触覚抵抗先端部１６３をを含む。ユーザがシミュレートされた棒電極１６２をルートからあまりに離れて戻すとき、ユーザは、低い抵抗を感じる又は感知することができ、したがって、現在の溶接プロセスを調整する又は維持するために使用されるフィードバックを得る。
【００４４】
棒溶接ツールが、仮想溶接プロセス中、シミュレートされた棒電極１６２を引っ込める、図示されないアクチュエータを組み込むことが考えられる。すなわち、ユーザが仮想溶接活動に従事するとき、ホルダ１６１とシミュレートされた棒電極１６２の先端部との間の距離は、電極の消費をシミュレートするために減少する。消費速度、すなわち棒電極１６２の引っ込みは、ＰＰＳ１１０によって、より具体的には、ＰＰＳ１１０によって実行されるコード化された指示によって制御され得る。シミュレートされた消費速度はまた、ユーザのテクニックにも依存する。システム１００は異なる種類の電極を用いた仮想溶接を容易にするので、棒電極１６２の消費速度又は減少は、システム１００で使用される溶接手順及び／又はシステム１００の設定で変化し得ることが、ここでは特筆すべきである。
【００４５】
本発明の他の実施形態にしたがって、例えば、ガンを通って供給されるワイヤ電極を有する携帯型半自動溶接ガンを模擬するＭＷＤを含む、他の模擬溶接ツールも可能である。さらに、本発明の他の幾つかの実施形態では、本当の溶接ツールが、システム１００では、ツールは本当のアークを実際作り出すために使用されないのだが、ユーザの手でツールの実際の感覚をより良くシミュレートするために、ＭＷＴ１６０として使用され得る。また、シミュレータ１００のシミュレートされた研磨モードで使用するための模擬研磨ツールが提供され得る。同様に、例えば、酸素燃焼及びプラズマ切断で使用されるもののような、シミュレータ１００のシミュレートされた切断モードのための、模擬切断ツールが提供され得る。さらに、模擬ガスタングステンアーク溶接（ＧＴＡＷ）トーチ又は溶加材がシミュレータ１００での使用のために提供され得る。
【００４６】
図６は、図１のシステム１００のテーブル／スタンド（Ｔ／Ｓ）１７０の例示的な実施形態を示す。Ｔ／Ｓ１７０は、調整可能なテーブル１７１、スタンド又はベース１７２、調整可能なアーム１７３、及び垂直な支柱１７４を含む。テーブル１７１、スタンド１７２、及びアーム１７３は、垂直な支柱１７４にそれぞれ取り付けられる。テーブル１７１及びアーム１７３はそれぞれ、垂直な支柱１７４に対して、上方に、下方に、及び回転して手動で調整されることができる。アーム１７３は、様々な溶接クーポン（例えば溶接クーポン１７５）を保持するために使用され、ユーザは、トレーニング時、テーブル１７１にその腕を置くことができる。垂直な支柱１７４は、ユーザがアーム１７３及びテーブル１７１が支柱１７１のどこに垂直に位置するかを正確に知ることができるように、位置情報でインデックスを付けられる。この垂直位置情報は、ＷＵＩ１３０及びＯＤＤ１５０を使用するユーザによってシステムに入力され得る。
【００４７】
本発明の代替実施形態によれば、テーブル１７１及びアーム１７３の位置は、予めプログラムされた設定を介して、又はユーザによる指令によりＷＵＩ１３０及び／又はＯＤＤ１５０を介して、ＰＳＳ１１０によって自動的に設定され得る。このような代替実施形態では、Ｔ／Ｓ１７０は、例えば、モータ及び／又はサーボ機構を含み、ＰＰＳ１１０からの信号指令はモータ及び／又はサーボ機構を作動させる。本発明のさらなる代替実施形態では、テーブル１７１及びアーム１７３の位置及びクーポンの種類がシステム１００によって検出される。このように、ユーザは、ユーザインタフェースを介して位置情報を手動で入力する必要はない。このような代替実施形態では、Ｔ／Ｓ１７０は位置及び向きの検出器を含み、位置及び向きの上方を提供するためにＰＰＳ１１０に信号指令を送信し、ＷＣ１７５は位置検出センサ（例えば、磁場を検出するためのコイルセンサ）を含む。ユーザは、本発明の実施形態にしたがって、調整パラメータが変化すると、ＯＤＤ１５０でＴ／Ｓ１７０の調整のレンダリングを見ることができる。
【００４８】
図７Ａは、図１のシステム１００のパイプ溶接クーポン（ＷＣ）１７５の例示的な実施形態を示す。ＷＣ１７５は、溶接されることになるルート１７６を形成するように一緒に配置される２つの６インチ直径のパイプ１７５’及び１７５”をシミュレートする。ＷＣ１７５は、ＷＣ１７５の一方の端部に接続部１７７を含み、ＷＣ１７５がアーム１７３に正確且つ反復可能な方法で取り付けられることを可能にする。図７Ｂは、図６のテーブル／スタンド（ＴＳ）１７０のアーム１７３に取り付けられた図７ＡのパイプＷＣ１７５を示す。ＷＣ１７５がアーム１７３に取り付けられることを可能にする正確且つ反復可能な方法は、工場で一回のみ実行されることになるＷＣ１７５の空間的な校正を可能にする。そして、現場では、システム１００がアーム１７３の位置を伝えられる限り、システム１００は、仮想環境においてＷＣ１７５に対してＭＷＴ１６０及びＦＭＤＤ１４０を追跡することができる。ＷＣ１７５が取り付けられるアーム１７３の第１の部分は、図６に示されるように、アーム１７３の第２の部分に対して傾けられることができる。これは、ユーザが幾つかの異なる向き及び角度のいずれかのパイプでパイプ溶接を練習することを可能にする。
【００４９】
図８は、図１の空間トラッカ（ＳＴ）１２０の例示的な実施形態の幾つかの実施形態を示す。ＳＴ１２０は、システム１００のＰＰＳ１１０と動作可能にインタフェース接続することができる磁気トラッカである。ＳＴ１２０は、磁気源１２１及びソースケーブル、少なくとも１つのセンサ１２２及び付随するケーブル、ディスク１２３のホストソフトウェア、電源１２４及び付随するケーブル、ＵＳＢ及びＲＳ−２３２ケーブル１２５、並びにプロセッサトラッキングユニット１２６を含む。磁気源１２１は、ケーブルを介してプロセッサトラッキングユニット１２６に動作可能に接続されることができる。センサ１２２は、ケーブルを介してプロセッサトラッキングユニット１２６に動作可能に接続されることができる。電源１２４は、ケーブルを介してプロセッサトラッキングユニット１２６に動作可能に接続されることができる。プロセッサトラッキングユニット１２６は、ＵＳＢ又はＲＳ−２３２ケーブル１２５を介してＰＰＳ１１０に動作可能に接続されることができる。ディスク１２３のホストソフトウェアは、ＰＰＳ１１０にロードされることができ、ＳＴ１２０とＰＰＳ１１０との間の機能的なコミュニケーションを可能にする。
【００５０】
図６及び８を参照すると、ＳＴ１２０の磁気源１２１はアーム１７３の第１の部分に取り付けられる。磁気源１２１は、３Ｄの空間基準座標系を確立する、アーム１７３に取り付けられたＷＣ１７５を包含する空間を含む、源１２１の周りに磁界を作り出す。Ｔ／Ｓ１７０は、磁気源１２１によって作られた磁界を歪ませないように、大部分は非金属（非鉄金属及び非導電性）である。センサ１２２は、３つの空間方向に沿って直交して整列された３つの誘導コイルを含む。センサ１２２の誘導コイルは、３方向それぞれの磁界の強さをそれぞれ測定し、プロセッサトラッキングユニット１２６にその上方を提供する。結果として、システム１００は、ＷＣ１７５がアーム１７３に取り付けられるとき、ＷＣ１７５の部分が磁界によって確立された３Ｄ基準空間座標系に対してどこにあるかを知ることができる。センサ１２２は、ＭＷＴ１６０又はＦＭＤＤ１４０に取り付けられ得るので、ＭＷＴ１６０又はＦＭＤＤ１４０が空間及び向きの両方を３Ｄ基準座標系に対してＳＴ１２０によって追跡されることを可能にする。２つのセンサ１２２が提供されるとともにプロセッサトラッキングユニット１２６に動作可能に接続されるとき、ＭＷＴ１６０及びＦＭＤＤ１４０の両方が追跡され得る。このように、システム１００は、仮想ＷＣ、仮想ＭＷＴ、及び仮想Ｔ／Ｓを仮想現実空間に作ることができ、ＭＷＴ１６０及びＦＭＤＤ１４０はそれぞれ３Ｄ基準座標系に対して追跡されるので、仮想ＷＣ、仮想ＭＷＴ、及び仮想Ｔ／ＳをＦＭＤＤ１４０及び／又はＯＤＤ１５０に表示することができる。
【００５１】
本発明の代替実施形態によれば、センサ１２２はプロセッサトラッキングユニット１２６と無線でインタフェース接続することができ、プロセッサトラッキングユニット１２６はＰＰＳ１１０と無線でインタフェース接続することができる。本発明の他の代替実施形態によれば、例えば、加速度計／ジャイロスコープベースのトラッカ、光学トラッカ（アクティブ又はパッシブ）、赤外線式トラッカ、音響式トラッカ、レーザトラッカ、高周波トラッカ、慣性トラッカ、拡張現実ベースのトラッキングシステムを含む、他の種類の空間トラッカ１２０がシステム１００で使用され得る。
【００５２】
図９Ａは、図１のシステム１００のフェースマウントディスプレイ装置１４０（ＦＭＤＤ）の例示的な実施形態を示す。図９Ｂは、図９ＡのＦＭＤＤ１４０がどのようにユーザの頭に固定されるかの図解である。図９Ｃは、溶接ヘルメット９００に組み込まれた図９ＡのＦＭＤＤ１４０の例示的な実施形態を示す。ＦＭＤＤ１４０は、有線手段又は無線でＰＰＳ１１０及びＳＴ１２０に動作可能に接続される。ＳＴ１２０のセンサ１２２は、本発明の様々な実施形態にしたがって、ＦＭＤＤ１４０に又は溶接ヘルメット９００に取り付けられることができ、ＦＭＤＤ１４０及び／又は溶接ヘルメット９００がＳＴ１２０によって作られた３Ｄ基準空間座標系に対して追跡されることを可能にする。
【００５３】
本発明の実施形態によれば、ＦＭＤＤ１４０は、２Ｄで流体の振るモーションのビデオ及びフレーム連続ビデオモードを届けることができる２つのハイコントラストＳＶＧＡの３ＤのＯＬＥＤマイクロディスプレイを含む。仮想現実環境のビデオは、ＦＭＤＤ１４０に提供されるとともに表示される。ズーム（例えば２倍）が提供され、ユーザが、例えばずるいレンズをシミュレートすることを可能にする。
【００５４】
ＦＭＤＤ１４０はさらに、２つのイヤホンスピーカ９１０を含み、ユーザがシステム１００によって作られたシミュレートされた溶接に関連する及び環境の音を聞くことを可能にする。ＦＭＤＤ１４０は、本発明の様々な実施形態にしたがって、有線又は無線手段を介してＰＰＳ１１０に動作可能にインタフェース接続し得る。本発明の実施形態によれば、ＰＰＳ１１０は、ＦＭＤＤ１４０に立体映像を提供し、ユーザに拡張された奥行感覚を提供する。本発明の代替実施形態によれば、ユーザは、メニューを呼び出すとともに選択し、ＦＭＤＤ１４０にオプションを表示するために、ＭＷＴ１６０のコントロール（例えばボタン又はスイッチ）を使用することができる。これは、例えば、ユーザが間違えた場合、幾つかのパラメータを変化させた場合、又は溶接ビード軌跡の一部をやり直すために少し後退する場合に、ユーザが容易に溶接をリセットすることを可能にし得る。
【００５５】
図１０は、図１のシステム１００のプログラム可能なプロセッサベースのサブシステム（ＰＰＳ）１１０のサブシステムブロック図の例示的な実施形態を示す。ＰＰＳ１１０は、本発明の実施形態にしたがって、中央処理ユニット（ＣＰＵ）１１１及び２つのグラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）１１５を含む。２つのＧＰＵ１１５は、本発明の実施形態にしたがって、実時間の溶融金属の流動性並びに熱吸収及び放散特性を有する溶接パドル（溶融池）の仮想現実シミュレーションを提供するようにプログラムされる。
【００５６】
図１１は、図１０のＰＰＳ１１０のグラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）１１５のブロック図の例示的な実施形態を示す。各ＧＰＵ１１５は、データ並列アルゴリズムの実装をサポートする。本発明の実施形態によれば、各ＧＰＵ１１５は、２つの仮想現実視界を提供することができる２つのビデオ出力１１８及び１１９を提供する。ビデオ出力の２つは、ＦＭＤＤ１４０に送られることができ、溶接工の視点をレンダリングし、第３のビデオ出力はＯＤＤ１５０に送られることができ、例えば、溶接工の視点又は他の視点をレンダリングする。残りの第４のビデオ出力は、例えばプロジェクタに送られ得る。両ＧＰＩ１１５は、同じ溶接物理学計算を実行するが、同じ又は異なる視点から仮想現実環境をレンダリングし得る。ＧＰＵ１１５は、コンピュータ統一デバイスアーキテクチャ（ＣＵＤＡ）１１６及びシェーダ１１７を含む。ＣＵＤＡ１１６は、業界標準プログラミング言語を通じてソフトウェア開発者がアクセス可能であるＧＰＵ１１５の計算エンジンである。ＣＵＤＡ１１６は、並列コアを含み、ここに記載される溶融池シミュレーションの物理モデルを動かすために使用される。ＣＰＵ１１１は、実時間溶接入力データをＧＰＵ１１５のＣＵＤＡ１１６に提供する。シェーダ１１７は、シミュレーションの全ての映像を描画すること及び塗ることを担当する。ビード及びパドルの映像は、後述される溶接ピクセル変位マップの状態によって駆動される。本発明の実施形態によれば、物理モデルは、約毎秒３０回の速度で動くとともに更新される。仮想破壊／非破壊試験及び検査シミュレーション中、ＧＰＵ１１５は、シミュレートされた溶接プロセス中に作られる仮想溶接部の３Ｄ動画レンダリングを提供するために、レンダリングエンジンとして働く。さらに、ＣＰＵ１１１は、仮想溶接部に存在し得る様々な欠陥及び不連続部に関する、仮想溶接部の試験分析を提供するために分析エンジンとして働く。
【００５７】
図１２は、図１のシステム１００の機能ブロック図の例示的な実施形態を示す。図１２に示されるようなシステム１００の様々な機能ブロックは、主として、ＰＰＳ１１０で動作するソフトウェア命令及びモジュールによって実装される。システム１００の様々な機能ブロックは、物理インタフェース１２０１、トーチ及びクランプモデル１２０２、環境モデル１２０３、音声コンテンツ機能１２０４、溶接音１２０５、スタンド／テーブルモデル１２０６、内部アーキテクチャ機能１２０７、校正機能１２０８、クーポンモデル１２１０、溶接物理学１２１１、内部物理学調整ツール（微調整器）１２１２、グラフィカルユーザインタフェース機能１２１３、グラフ化機能１２１４、訓練生レポート機能１２１５、レンダラ１２１６、ビードレンダリング１２１７、３Ｄテクスチャ１２１８、視覚的キュー機能１２１９、採点及び許容度機能１２２０、許容度エディタ１２２１、及び特殊効果１２２２を含む。レンダラ１２１６、ビードレンダリング１２１７、３Ｄテクスチャ１２１８、及び、採点及び許容度機能１２２０は、本発明の実施形態にしたがって、仮想破壊／非破壊試験及び検査中並びにシミュレートされた溶接プロセス中に用いられる。
【００５８】
内部アーキテクチャ機能１２０７は、例えば、ファイルの読み込み、情報の保持、スレッドの管理、物理学モデルをオンにする、及びメニューを動作させることを含む、システム１００のプロセスのより高レベルのソフトウェアロジスティクスを提供する。内部アーキテクチャ機能１２０７は、本発明の実施形態では、ＣＰＵ１１１で作動する。ＰＰＳ１１０への幾つかの実時間入力は、アーク位置、ガン位置、ＦＭＤＤ又はヘルメット位置、ガンのオン／オフ状態、及び接触された状態（イエス／ノー）を含む。
【００５９】
グラフィカルユーザインタフェース機能１２１３は、溶接シナリオ、試験シナリオ、又は検査シナリオを設定するために、ユーザがＯＤＤ１５０を通じて物理的ユーザインタフェース１３０のジョイスティック１３２を使用することを可能にする。本発明の実施形態によれば、溶接シナリオの設定は、言語の選択、ユーザネームの入力、練習プレート（すなわち、溶接クーポン）の選択、溶接プロセス（例えば、ＦＣＡＷ、ＧＭＡＷ、ＳＭＡＷ）及び付随する軸方向スプレー、パルス、又はショートアーク法の選択、ガスの種類及び流量の選択、棒電極の種類（例えば６０１０又は７０１８）の選択並びにフラックスコアードワイヤの種類（例えばセルフシールド、ガスシールド）の選択を含む。溶接シナリオの設定はまた、Ｔ／Ｓ１７０のテーブル高さ、アーム高さ、アーム位置、及びアーム回転の選択を含む。溶接シナリオの設定はさらに、環境（例えば、仮想現実空間のバックグラウンド環境）の選択、ワイヤ送給速度の設定、電圧レベルの設定、アンペア数の設定、極性の選択、及び特定の視覚的キューをオン又はオフにすることを含む。同様に、仮想試験又は検査シナリオの設定は、言語の選択、ユーザネームの入力、仮想溶接部の選択、破壊又は非破壊試験の選択、インタラクティブツールの選択、及び動画の斜視図の選択を含み得る。
【００６０】
シミュレートされた溶接シナリオ中、グラフ化機能１２１４は、ユーザパフォーマンスパラメータを集め、ユーザパフォーマンスパラメータを（例えば、ＯＤＤ１５０での）グラフィック形式での表示のためにグラフィカルユーザインタフェース機能１２１３に提供する。ＳＴ１２０からのトラッキング情報は、グラフ化機能１２１４に入る。グラフ化機能１２１４は、単純な分析モジュール（ＳＡＭ）及びウィップ／ウィーブ分析モジュール（ＷＷＡＭ）を含む。ＳＡＭは、溶接移動角度、移動速度、溶接角度、位置、及び先端からワークの距離を含むユーザ溶接パラメータを、溶接パラメータをビードテーブルに保存されたデータと比較することによって分析する。ＷＷＡＭは、ダイム間隔、ウィップ時間、及びパドル時間を含む、ユーザウィッピングパラメータを分析する。ＷＷＡＭはまた、ウィーブの幅、ウィーブの間隔、及びウィーブ時間を含むユーザウィービングパラメータを分析する。ＳＡＭ及びＷＷＡＭは、生の入力データ（例えば、位置及び向きのデータ）をグラフ化のために機能的に便利なデータに翻訳する。ＳＡＭ及びＷＷＡＭによって分析された各パラメータに対して、許容度ウィンドウが許容度エディタ１２２１を使用してビードテーブルに入力される最適又は理想設定ポイントの周りのパラメータ限度によって定められ、採点及び許容度機能１２２０が実行される。
【００６１】
許容度エディタ１２２１は、材料の使用、電気の使用、及び溶接時間を概算する溶接メータを含む。さらに、幾つかのパラメータが許容度の外にあるとき、溶接不連続部（すなわち、溶接欠陥）が生じ得る。どの溶接不連続部の状態も、グラフ化機能１２１４によって処理され、グラフィック形式でグラフィカルユーザインタフェース機能１２１３を介して提示される。このような溶接不連続部は、不適切な溶接サイズ、不十分なビード配置、凹ビード、余盛、アンダカット、ポロシティ、融合不良、スラグ巻込、オーバーフィル、溶落ち、及び過剰なスパッタを含む。本発明の実施形態によれば、不連続部のレベル又は量は、特定のユーザパラメータが最適又は理想の設定ポイントからどれくらい離れているかに依存する。シミュレートされた溶接プロセスの一部として生成されるこのような溶接不連続部は、仮想溶接部に関連する仮想破壊／非破壊及び検査プロセスへの入力として使用される。
【００６２】
異なるパラメータ限度が、例えば、溶接初心者、溶接熟練者、及び展示会の人等の異なる種類のユーザに対して予め定められ得る。採点及び許容度機能１２２０は、特定のパラメータに対してユーザがどれくらい最適値（理想）に近かったかに依存するとともに溶接部に存在する不連続部又は欠陥のレベルに依存する数の特定を提供する。最適値は現実世界のデータから得られる。採点及び許容度機能１２２０から及びグラフ化機能１２１４からの情報は、インストラクタ及び／又は訓練生のために、パフォーマンスレポートを作るために、訓練生レポート機能１２１５によって使用され得る。
【００６３】
システム１００は、仮想溶接動作の結果を分析し、表示することができる。結果を分析することによって、システム１００が溶接パス中にいつ及び溶接継手に沿ってどこで、ユーザが溶接プロセスの許容可能な限度から外れたかを決定できることが意味される。得点はユーザのパフォーマンスに起因し得る。１つの実施形態では、得点は、許容範囲を通る模擬溶接ツール１６０の位置、向き及び速度における偏差の関数であり得る。この許容範囲は、理想溶接パスから限界又は許容できない溶接動作に広がり得る。ユーザのパフォーマンスを採点するために選ばれるような範囲の任意の勾配が、システム１００に組み込まれ得る。採点は数値的に又は英数字で表示され得る。加えて、ユーザのパフォーマンスは、時間及び／又は溶接継手に沿った位置で、どれくらい近くで模擬溶接ツールが溶接継手を横切ったかをグラフィック式に示して表示され得る。移動角度、ワーク角度、速度、溶接継手からの距離等のパラメータは、測定され得るものの例であるが、任意のパラメータが採点目的のために分析され得る。パラメータの許容範囲は、現実世界の溶接データから取られるので、どれくらいユーザが現実世界で実行するかに関する性格なフィードバックを提供する。他の実施形態では、ユーザのパフォーマンスに対応する欠陥の分析もまた組み込まれ得るとともにＯＤＤ１５０に表示される。この実施形態では、どのタイプの不連続部が仮想溶接動作中にモニタされた様々なパラメータの測定から生じたかを示すグラフが描かれ得る。閉鎖はＯＤＤ１５０で見ることができないが、欠陥はユーザのパフォーマンスの結果として依然として起こり得、この結果は対応して表示され、すなわち、グラフ化され、そしてまた試験され（例えば曲げ試験を介して）、検査され得る。
【００６４】
視覚的キュー機能１２１９は、ＦＭＤＤ１４０及び／又はＯＤＤ１５０に重ねられた色及び指標を表示することによってユーザに即座のフィードバックを提供する。視覚的キューは、位置、先端からワークへの距離、溶接角度、移動角度、移動速度、及びアーク長さ（例えば棒溶接に関して）を含む溶接パラメータ１５１のそれぞれに提供され、ユーザの溶接テクニックのある側面が予め定められた限度又は許容度に基づいて調整されるべきである場合、ユーザに視覚的に指摘する。視覚的キューはまた、例えば、ウィップ／ウィーブテクニック及び溶接ビード「ダイム」間隔のために提供され得る。視覚的キューは、独立して又は任意の所望の組合せで設定され得る。
【００６５】
校正機能１２０８は、現実世界の空間（３Ｄ基準座標系）の物理的構成要素を仮想現実空間内の仮想構成要素と一致させる能力を提供する。それぞれの異なる種類の溶接クーポン（ＷＣ）は、ＷＣをＴ／Ｓ１７０のアーム１７３に取り付け、所定のポイント（例えば、ＷＣの３つのくぼみによって示される）においてＷＣをＳＴ１２０に動作可能に接続された校正スタイラスで触れることによって、工場で校正される。ＳＴ１２０は、所定のポイントでの磁界の強さを読み取り、ＰＰＳ１１０に位置情報を提供し、ＰＰＳ１１０は、校正（すなわち、現実世界の空間から仮想現実空間への変換）を実行するために位置情報を使用する。
【００６６】
任意の特定の種類のＷＣがＴ／Ｓ１７０のアーム１７３に非常に厳しい許容限度内で同じ反復可能な方法で適合する。したがって、いったん特定のＷＣの種類が校正されると、このＷＣの種類は再び校正される必要はない（すなわち、特定の種類のＷＣの校正は１回だけの事象である）。同じ種類のＷＣは交換可能である。校正は、溶接プロセス中にユーザによって知覚された物理的なフィードバックが仮想現実空間でユーザに表示されるものと一致することを確実にし、シミュレーションがよりリアルに見えるようにする。例えば、ユーザが実際のＷＣ１８０の角の近くでＭＷＴ１６０の先端をスライドさせる場合、ユーザは、ユーザが実際の角の近くを先端がスライドすることを感じながら、ＦＭＤＤ１４０で仮想ＷＣの角の近くを先端がスライドすることを見る。本発明の実施形態によれば、ＭＷＴ１６０は、予め位置決めされたジグに置かれ、既知のジグ位置に基づいて、同様に校正される。
【００６７】
本発明の代替実施形態によれば、例えばクーポンの角に、センサを有する「スマート」クーポンが提供され得る。ＳＴ１２０は、システム１００が「スマート」クーポンが現実世界の３Ｄ空間内のどこにあるか連続的に知るように、連続的に「スマート」クーポンの角を追跡することができる。本発明のさらなる代替実施形態によれば、ライセンスキーが溶接クーポンを「アンロック」するために提供される。特定のＷＣが購入されるとき、ユーザがライセンスキーをシステム１００に入力することを可能にするためにライセンスキーが提供され、そのＷＣに関連付けられたソフトウェアをアンロックする。本発明の他の実施形態によれば、特殊な規格外の溶接クーポンが部品の現実世界のＣＡＤ図面に基づいて提供され得る。ユーザは、部品が実際に現実世界で製造される前でさえ、ＣＡＤ部品を溶接するトレーニングをすることができ得る。
【００６８】
音声コンテンツ機能１２０４及び溶接音１２０５は、いくつかの溶接パラメータが許容限度内であるか許容限度外であるかに依存して変化する特定の種類の溶接音を提供する。音は、様々な溶接プロセス及びパラメータに合わせられる。例えば、ＭＩＧスプレイ溶接プロセスでは、ユーザがＭＷＴ１６０を正しく配置しないとき、割れる音が提供され、ＭＷＴ１６０を正しく配置されるとき、シューという音が提供される。ショートアーク溶接プロセスでは、規則的な割れる又は油で揚げる音が適切な溶接テクニックに対して提供され、アンダカットが発生しているときシューという音が提供され得る。これらの音は、正しい及び正しくない溶接テクニックに対応する現実世界の音を模倣している。
【００６９】
高忠実度の音声コンテンツが、本発明の様々な実施形態にしたがって、様々な電子的及び機械的手段を使用して実際の溶接の現実世界の録音から取り込まれ得る。本発明の実施形態によれば、音の知覚された音量及び方向は、ＭＷＴ１６０とＷＣ１８０との間のシミュレートされたアークに対するユーザの頭の位置、向き、及び距離（ユーザがＳＴ１２０によって追跡されるＦＭＤＤ１４０を装着していると仮定する）に依存して修正される。音は、ユーザに例えば、ＦＭＤＤ１４０のイヤホンスピーカ９１０を介して又はコンソール１３５又はＴ／Ｓ１７０に配置されたスピーカを介して提供され得る。
【００７０】
環境モデル１２０３は、仮想現実空間の様々な背景シーン（静止及び移動する）を提供するために提供される。このような背景環境は、例えば、屋内の溶接場、屋外のレーストラック、ガレージ等を含むことができ、動いている車、人、鳥、雲、及び様々な環境音を含み得る。背景環境は、本発明の実施形態にしたがって、インタラクティブであり得る。例えば、ユーザは、環境が溶接に関して適切（例えば、安全）であることを確実にするために、溶接を始める前に、背景領域を調査しなければならないかもしれない。仮想現実空間において、例えば、ガン、棒電極を持つホルダ等を含む様々なＭＷＴ１６０をモデル化するトーチ及びクランプモデル１２０２が提供される。
【００７１】
仮想現実空間において、例えば、平らなプレートクーポン、Ｔ継手クーポン、突合せ継手クーポン、グルーブ溶接クーポン、及びパイプクーポン（例えば、２インチ直径パイプ及び６インチ直径パイプ）を含む様々なＷＣ１８０をモデル化するクーポンモデル１２１０が提供される。仮想現実空間において、調整可能テーブル１７１、スタンド１７２、調整可能アーム１７３、及び垂直な支柱１７４を含むＴ／Ｓ１７０の様々な部品をモデル化するスタンド／テーブルモデル１２０６が提供される。仮想現実空間において、溶接ユーザインタフェース１３０、コンソール１３５、及びＯＤＤ１５０の様々な部品をモデル化する物理インタフェースモデル１２０１が提供される。再び、溶接ビード、溶接継手、プレートへのパイプ溶接、プラグ溶接、又は重ね溶接を形成するためにシミュレートされた溶接プロセスを経由した溶接クーポンの結果として生じるシミュレーションは、システム１００に関して仮想溶接部としてここでは知られる。溶接クーポンは、これらのシナリオのそれぞれをサポートするように提供され得る。
【００７２】
本発明の実施形態によれば、仮想現実空間での溶接パドル又は溶融池のシミュレーションは、シミュレートされた溶接パドルが実時間の溶融金属の流動性及び熱放散特性を有する場合に達成される。本発明の実施形態によれば、溶接パドルシミュレーションの中心部分には、ＧＰＵ１１５で実行される溶接物理学機能１２１１（物理モデル）がある。溶接物理学機能は、動的な流動性／粘性、固体性、熱勾配（熱吸収及び熱放散）、パドルの跡、及びビード形状を正確にモデル化するために、二重移動層テクニックを利用し、図１４Ａ−１４Ｃを参照してより詳細に説明される。
【００７３】
溶接物理学機能１２１１は、加熱された溶融状態から冷却された凝固状態まで全ての状態において溶接ビードをレンダリングするために、ビードレンダリング機能１２１７と通信する。ビードレンダリング機能１２１７は、仮想現実空間において実時間で溶接ビードを正確且つ現実的にレンダリングするために、溶接物理学機能１２１１からの情報（例えば、熱、流動性、変位、ダイム間隔）を使用する。３Ｄテクスチャ機能１２１８は、シミュレートされた溶接ビードの上に追加的なテクスチャ（例えば、スコーチング、スラグ、グレイン）を重ねるために、ビードレンダリング機能１２１７にテクスチャマップを提供する。例えば、スラグは、溶接プロセス中及び溶接プロセスの直後に溶接ビードの上にレンダリングされて示されることができ、次に下にある溶接ビードを見せるために取り除かれ得る。レンダラ１２１６は、スパーク、スパッタ、スモーク、アークの輝き、ヒューム及びガス、並びに例えばアンダーカット及びポロシティ等の幾つかの不連続部を含む特殊効果モジュール１２２２からの情報を使用して、様々な非パドルの特定の特性をレンダリングするために使用される。
【００７４】
内部物理調整ツール１２１２は、様々な溶接物理学パラメータが様々な溶接プロセスに対して定められ、更新され、且つ修正されること可能にする微調整器である。本発明の実施形態によれば、内部物理調整ツール１２１２は、ＣＰＵ１１１で動作し、調整又は更新されたパラメータはＧＰＵ１１５にダウンロードされる。内部物理調整ツール１２１２を介して調整され得るオアらメータの種類は、溶接クーポンに関連するパラメータ、溶接クーポンをリセットする必要なしにプロセスが変えられることを可能にする（第２のパスを行うことを可能にする）プロセスパラメータ、全シミュレーションを再設定すること無しに変えられ得る様々なグローバルパラメータ、及び他の様々なパラメータを含む。
【００７５】
図１３は、図１の仮想現実トレーニングシステム１００を使用するトレーニングの方法１３００の実施形態のフローチャートである。方法は次のように進む：ステップ１３１０では、溶接テクニックにしたがって溶接クーポンに対して模擬溶接ツールを動かす；ステップ１３２０では、仮想現実システムを使用して３次元空間における模擬溶接ツールの位置及び向きを追跡する；ステップ１３３０では、シミュレートされた模擬溶接ツールが、シミュレートされた模擬溶接ツールから放出されるシミュレートされたアークの近くにシミュレートされた溶接パドルを形成することによって、シミュレートされた溶接ビード材料をシミュレートされた溶接クーポンの少なくとも１つのシミュレートされた表面に被覆させるとき、仮想現実空間における模擬溶接ツール及び溶接クーポンの実時間仮想現実シミュレーションを示す仮想現実溶接システムのディスプレイを見る；ステップ１３４０では、シミュレートされた溶接パドルの実時間の溶融金属の流動性及び熱放散特性を、ディスプレイで見る；ステップ１３５０では、シミュレートされた溶接パドルの実時間の溶融金属の流動性及び熱放散特性を見ることに応じて、溶接敵ニックの少なくとも１つの側面を、実時間で修正する。
【００７６】
方法１３００は、どのようにユーザが仮想現実空間で溶接パドルを見ることができ、実時間の溶融金属の流動性（例えば、粘性）及び熱放散を含む、シミュレートされた溶接パドルの様々な特性を見ることに応じて溶接テクニックを修正することができるかを示す。ユーザはまた、実時間のパドルの跡及びダイム間隔を含む他の特性を見るとともに反応し得る。溶接パドルの特性を見るとともに反応することは、大抵の溶接動作が実勢に現実世界で実行されるやり方である。ＧＰＵ１１５で動く溶接物理学機能１２１１の二重移動層モデリングは、このような実時間の溶融金属の流動性及び熱放散特性が正確にモデル化されるとともにユーザに示されることを可能にする。例えば、熱放散は、凝固時間（すなわち、溶接ピクセルが完全に凝固するのにどのくらいの時間がかかるか）を決定する。
【００７７】
さらに、ユーザは、同じ又は異なる（例えば、第２の）模擬溶接ツール及び／又は溶接プロセスを用いて仮想溶接部の溶接ビード材料の上に第２のパスを行い得る。このような第２のパスシナリオでは、シミュレートされた模擬溶接ツールが、シミュレートされた模擬溶接ツールから放出されるシミュレートされたアークの近くに第２のシミュレートされた溶接パドルを形成することによって、第１のシミュレートされた溶接ビード材料と融合する第２のシミュレートされた溶接ビード材料を被覆するとき、シミュレーションは、シミュレートされた模擬溶接ツール、溶接クーポン、及び元のシミュレートされた溶接ビード材料を仮想現実空間に示す。同じ又は異なる溶接ツール及び／又はプロセスを用いる追加的なその次のパスが同様の方法で行われ得る。第２又はその次のパスいずれにおいても、本発明の幾つかの実施形態にしたがって、新しい溶接パドルが仮想現実空間において、前の溶接ビード材料、新しい溶接ビード材料、及び場合によって下にあるクーポン材料したがって結果として生じる仮想溶接部を変更する、のいずれかの組合せから形成されるとき、前の溶接ビード材料は、被覆される新しい溶接ビード材料と融合される。このようなその次のパスは、例えば、前のパスによって形成された溶接ビードの修理するために実行される、大きいすみ肉又はグルーブ溶接を行うために必要とされ得る、又は、パイプ溶接で行われるようなホットパス及びルートパス後の１又は複数のすみ肉及びキャップパスを含み得る。本発明の様々な実施形態によれば、溶接ビード及びベース材料は、軟鋼、ステンレス鋼、アルミニウム、ニッケル基合金、又は他の材料を含み得る。
【００７８】
図１４Ａ−１４Ｂは、本発明の実施形態による、溶接要素（溶接ピクセル）変位マップ１４２０の概念を示す。図１４Ａは、平らな上面１４１０を有する平らな溶接クーポン（ＷＣ）１４００の側面を示す。溶接クーポン１４００は、現実世界では、例えば、プラスチック部品として存在し、また仮想現実空間では、シミュレートされた溶接クーポンとして存在する。図１４Ｂは、溶接ピクセルマップ１４２０を形成する溶接要素（すなわち、溶接ピクセル）のグリッド又はアレイに分割されたシミュレートされたＷＣ１４００の上面１４１０の表示を示す。各溶接ピクセル（例えば、溶接ピクセル１４２１）は、溶接クーポンの上面１４１０の小さい部分を定める。溶接ピクセルマップは、表面解像度を定める。可変チャンネルパラメータ値が各溶接ピクセルに割り当てられ、各溶接ピクセルの値が、シミュレートされた溶接プロセス中に仮想現実溶接空間において実時間で動的に変化することを可能にする。可変チャンネルパラメータ値は、チャンネルパドル（Ｐｕｄｄｌｅ）（溶融金属の流動性／粘性変位）、熱（Ｈｅａｔ）（熱吸収／放散）、変位（Ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）（固体変位）、及び追加のもの（Ｅｘｔｒａ）（例えば、スラグ、グレイン、スコーチング、新地金等、様々なさならる状態）に対応する。これらの可変チャンネルは、パドル、熱、追加のもの、及び変位それぞれに関して、ＰＨＥＤとここでは称される。
【００７９】
図１５は、図１のシステム１００においてシミュレートされる図１４の平らな溶接クーポン（ＷＣ）１４００のクーポン空間及び溶接空間の例示的な実施形態を示す。ポイントＯ、Ｘ、Ｙ及びＺは、ローカル３Ｄクーポン空間を定める。一般的に、各クーポンの種類は、３Ｄクーポン空間から２Ｄ仮想現実溶接空間へのマッピングを定める。図１４の溶接ピクセルマップ１４２０は、溶接空間を仮想現実にマッピングするための値の２次元のアレイである。ユーザは、図１５に示されるようにポイントＢからポイントＥに溶接することになる。ポイントＢからポイントＥへの軌跡線は、図１５の３Ｄクーポン空間及び２Ｄ溶接空間の両方に示される。
【００８０】
クーポンの各種類は、溶接ピクセルマップにおける各場所の変位の方向を定める。図１５の平らな溶接クーポンに関して、変位の方向は溶接ピクセルマップの全ての場所において同じである（すなわちＺ方向）。溶接ピクセルマップのテクスチャ座標が、マッピングを明らかにするために、３Ｄクーポン空間及び２Ｄ溶接空間の両方において、Ｓ、Ｔ（時々Ｕ、Ｖと呼ばれる）として示される。溶接ピクセルマップは、溶接クーポン１４００の長方形面１４１０にマッピングされるとともに溶接クーポン１４００の長方形面１４１０を示す。
【００８１】
図１６は、図１のシステム１００においてシミュレートされる角（Ｔ継手）溶接クーポン（ＷＣ）１６００のクーポン空間及び溶接空間の例示的な実施形態を示す。角ＷＣ１６００は、３Ｄクーポン空間において、２つの面１６１０及び１６２０を有し、これらは図１６に示されるように２Ｄ溶接空間にマッピングされる。この場合もまた、ポイントＯ、Ｘ、Ｙ及びＺは、ローカル３Ｄクーポン空間を定める。溶接ピクセルマップのテクスチャ座標は、マッピングを明らかにするために、３Ｄクーポン空間及び２Ｄ溶接空間の両方において、Ｓ、Ｔとして示される。ユーザは、図１６に示すようにポイントＢからポイントＥに溶接することになる。ポイントＢからポイントＥへの軌跡線は、図１６の３Ｄクーポン空間及び２Ｄ溶接空間の両方に示される。しかし、変位の方向は、３Ｄクーポン空間に示されるように線Ｘ’−Ｏ’に向かい、図１６に示されるように反対側の角を向かう。
【００８２】
図１７は、図１のシステム１００においてシミュレートされるパイプ溶接クーポン（ＷＣ）１７００のクーポン空間及び溶接空間の例示的な実施形態を示す。パイプＷＣ１７００は、３Ｄクーポン空間において、曲面１７１０を有し、これは図１７に示されるように２Ｄ溶接空間にマッピングされる。この場合もまた、ポイントＯ、Ｘ、Ｙ及びＺは、ローカル３Ｄクーポン空間を定める。溶接ピクセルマップのテクスチャ座標は、マッピングを明らかにするために、３Ｄクーポン空間及び２Ｄ溶接空間の両方において、Ｓ、Ｔとして示される。ユーザは、図１７に示すように湾曲した軌跡に沿ってポイントＢからポイントＥに溶接することになる。ポイントＢからポイントＥへの軌跡曲線及び線は、図１７の３Ｄクーポン空間及び２Ｄ溶接空間それぞれに示される。変位の方向は、線Ｙ−Ｏから離れる（すなわち、パイプの中心から離れる）。図１８は、図１７のパイプ溶接クーポン（ＷＣ）１７００の例示的な実施形態を示す。パイプＷＣ１７００は、非鉄金属、非導電性のプラスチックで作られ、ルート継手１７０３を形成するために２つのパイプピース１７０１及び１７０２が一体となることをシミュレートする。Ｔ／Ｓ１７０のアーム１７３に取り付けるためのアタッチメントピース１７０４も示される。
【００８３】
テクスチャマップが幾何学形状の長方形の表面領域にマッピングされ得るのと同様の方法で、溶接可能な溶接ピクセルマップが、溶接クーポンの長方形表面にマッピングされ得る。溶接可能なマップの各要素は、写真の各要素がピクセルと呼ばれること（画素の短縮）同じ意味で溶接ピクセルと呼ばれる。ピクセルは、色（例えば、赤、緑、青、他）を定める情報のチャンネルを含む。溶接ピクセルは、仮想現実空間において溶接可能な面を定める情報のチャンネル（例えば、Ｐ、Ｈ、Ｅ、Ｄ）を含む。
【００８４】
本発明の実施形態によれば、溶接ピクセルのフォーマットは、４つの浮動小数点数を含むチャンネルＰＨＥＤ（パドル、熱、追加のもの、変位）としてまとめられる。追加のもののチャンネルは、例えば、溶接ピクセルの場所にスラグがあるかどうか等、溶接ピクセルに関する論理的情報を格納するビットのセットとして扱われる。パドルチャンネルは、溶接ピクセルの場所での任意の液状金属に関する変位値を格納する。変位チャンネルは、溶接ピクセルの場所での任意の凝固金属に関する変位値を格納する。熱チャンネルは、溶接ピクセルの場所での熱の大きさを与える値を格納する。このように、クーポンの溶接可能な部分は、溶接されたビードに起因する変位、液体金属に起因する揺らめく表面の「パドル」、熱に起因する色等、を示すことができる。これらの効果の全ては、溶接可能な表面に適用される頂点及びピクセルシェーダによって実現される。本発明の代替実施形態によれば、溶接ピクセルはまた、例えば、溶接ピクセルへの熱入力に起因して、溶接シミュレーション中に変化し得る、特定の冶金学的性質を組み込み得る。このような冶金学的性質は、溶接部の仮想試験及び検査をシミュレートするために使用され得る。
【００８５】
本発明の実施形態によれば、変位マップ及びパーティクルシステムが使用され、粒子は互いに相互作用し得るとともに変位マップと衝突し得る。粒子、仮想動的流体粒子であり、溶接パドルの液体挙動を提供するが、直接レンダリングされない（すなわち、直接視覚的に見られない）。代わりに、変位マップに対する粒子の効果のみが視覚的に見られる。溶接ピクセルへの熱入力は、近くの粒子の運動に影響を及ぼす。パドル及び変位を含む溶接パドルをシミュレートするのに関わる２つのタイプの変位がある。パドルは「一時的」であり、粒子及び熱が存在する間しか続かない。変位は「永久的」である。パドル変位は、急速に変化する（例えば、揺らめく）溶接の液体金属であり、変位の「上に」あると考えられ得る。粒子は、仮想表面変位マップ（すなわち、溶接ピクセルマップ）の一部をオーバーレイする（覆う）。変位は、最初のベース金属及び凝固した溶接ビードの両方を含む不変の固体金属を表す。
【００８６】
本発明の実施形態によれば、仮想現実空間でシミュレートされた溶接プロセスは、次のように動く：粒子が細い円錐のエミッタ（シミュレートされたＭＷＴ１６０のエミッタ）から流れる。粒子は、溶接ピクセルマップによって定められる表面であるシミュレートされた溶接クーポンの表面と最初の接触をする。粒子は、互いに及び溶接ピクセルマップと相互作用し、実時間で増大する。溶接ピクセルがエミッタに近いほど多くの熱が加えられる。熱は、アークポイントからの距離及びアークから入力される熱の時間の量に依存してモデル化される。いくつかのビジュアル（例えば、色等）が熱によって駆動される。溶接パドルが、十分な熱を有する溶接ピクセルに対して仮想現実空間に描かれる又はレンダリングされる。十分熱いところはどこでも、溶接ピクセルマップは液体になり、パドル変位をこれらの溶接ピクセルの場所に対して「上げ」させる。パドル変位は、各溶接ピクセルの場所における「最高」の粒子をサンプリングすることによって決定される。エミッタが溶接軌跡に沿って動くとき、残された溶接ピクセルの場所は冷える。熱は特定の速度で溶接ピクセルの場所から除去される。冷却閾値にたっするとき、溶接ピクセルマップは凝固する。このように、パドル変位は、変位（すなわち凝固したビード）に徐々に変換される。追加される変位は、全高が変化しないように、除去されるパドルと同等である。粒子の寿命は、凝固が完了するまで存続するように微調整又は調整される。システム１００でモデル化される幾つかの粒子の特性は、引力／斥力、速度（熱に関連する）、減衰（熱放散に関連する）、方向（重力に関連する）を含む。
【００８７】
図１９Ａ−１９Ｃは、図１のシステム１００の二重変位（変位及び粒子）パドルモデルの概念の例示的な実施形態を示す。溶接クーポンは、少なくとも１つの面を有して仮想現実空間でシミュレートされる。溶接クーポンの面は、固体変位層及びパドル変位層を含む二重変位層として仮想現実空間でシミュレートされる。パドル変位層は、固体変位層を変更することができる。
【００８８】
ここに記載されるように、「パドル」は、パドル値が粒子の存在によって上げられる所の溶接ピクセルマップの領域によって定められる。サンプリングプロセスは図１９Ａ−１９Ｃに表される。溶接ピクセルマップの部分が、７つの隣接する溶接ピクセルを有して示される。現在の変位値は、与えられた高さ（すなわち、各溶接ピクセルに対する与えられた変位）の陰影のない長方形の棒１９１０によって表される。図１９Ａでは、粒子１９２０が、現在の変位レベルと衝突し積み重ねられた丸い陰影のない点として示される。図１９Ｂでは、「最高」の粒子高さ１９３０が各溶接ピクセルの場所でサンプリングされる。図１９Ｃでは、陰影付き長方形１９４０が、どれくらいのパドルが粒子の結果として変位の上部に加えられたかを示す。溶接パドル高さは、パドルが熱に基づいて特定の液化速度で加えられるので、サンプリングされた値に即座に設定されない。図１９Ａ−１９Ｃに示されていないが、パドル（陰影付き長方形）が徐々に縮むとともに変位（陰影のない長方形）が正確にパドルに代わるように下から徐々に伸びるので、凝固プロセスを可視化することが可能である。このように、実時間の溶融金属の流動特性は、性格にシミュレートされる。ユーザが特定の溶接プロセスを練習するとき、ユーザは、仮想現実空間で実時間の溶接パドルの溶融金属の流動特性及び熱放散特性を観察することができるとともにこの情報を溶接テクニックを調整又は維持するために使用することができる。
【００８９】
溶接クーポンの面を表す溶接ピクセルの数は固定される。さらに、流動性をモデル化するためにシミュレーションによって生成されるパドル粒子は、ここに記載されるように、一時的である。したがって、いったん初期パドルが、システム１００を使用するシミュレートされた溶接プロセス中に、仮想現実空間に生成されると、溶接ピクセルとパドル粒子の数は比較的一定のままの傾向がある。これは、処理されている溶接ピクセルの数が固定され、パドル粒子は同様の割合で作られるとともに「破壊される」（すなわちパドル粒子は一時的である）ため溶接プロセス中に存在するとともに処理されているパドル粒子の数は比較的一定のままの傾向があるためである。したがって、ＰＰＳ１１０の処理負荷は、シミュレートされる溶接セッション中、比較的一定のままである。
【００９０】
本発明の代替実施形態によれば、パドル粒子は、溶接クーポンの表面内又は同表面の下で生成され得る。このような実施形態では、変位は、未加工（すなわち溶接されていない）クーポンの元の表面の変位に対して正又は負であるようにモデル化され得る。このように、パドル粒子は、溶接クーポンの表面に蓄積し得るだけでなく、溶接クーポンを貫通もし得る。しかし、溶接ピクセルの数は依然として固定され、作られるとともに破壊されるパドル粒子は依然として比較的一定である。
【００９１】
本発明の代替実施形態によれば、粒子をモデル化する代わりに、パドルの流動性をモデル化するためにより多くのチャンネルを有する、溶接ピクセル変位マップが提供され得る。或いは、粒子をモデル化する代わりに、高密度なボクセルマップがモデル化され得る。或いは、溶接ピクセルマップをモデル化する代わりに、サンプリングされるとともに決して消えない粒子のみがモデル化され得る。しかし、このような代替実施形態は、システムに対して比較的一定の処理負荷を提供しないかもしれない。
【００９２】
さらに、本発明の実施形態によれば、吹き抜け又はキーホールが材料を取り除くことによってシミュレートされる。例えば、ユーザがアークを同じ場所にあまりにも長い間保持する場合、現実世界では、材料は燃え尽き、穴をもたらす。このような現実世界の吹き抜けが溶接ピクセルデシメーションテクニックによってシステム１００でシミュレートされる。溶接ピクセルによって吸収される熱の量がシステム１００によって高過ぎると決定される場合、その溶接ピクセルは、燃え尽きているとしてフラグを付けられる又は指定され得るとともに、そのようにレンダリングされる（例えば穴としてレンダリングされる）。しかし、続いて、溶接ピクセル再構成が、材料が最初に燃え尽きた後に追加されて戻されるところのある溶接プロセス（例えばパイプ溶接）に対して発生する。一般的に、システム１００は、溶接ピクセルデシメーション（材料を取り除く）及び溶接ピクセル再構成（すなわち、材料を追加して戻す）をシミュレートする。さらに、ルートパス溶接における材料の除去が、システム１００において適切にシミュレートされる。
【００９３】
さらに、ルートパス溶接における材料の除去が、システム１００において適切にシミュレートされる。例えば、現実世界では、ルートパスの研磨がその後の溶接パスの前に実行され得る。同様に、システム１００は、仮想溶接継手から材料を除去する研磨パスをシミュレートし得る。除去される材料は溶接ピクセルマップの負の変位としてモデル化され得ることが理解される。すなわち、研磨パスは、システム１００によってモデル化される材料を除去し、変更されたビード輪郭をもたらす。研磨パスのシミュレーションは自動的であり得る。つまり、システム１００は材料の所定の厚さを除去し、これはルートパス溶接ビードの表面にあり得る。
【００９４】
代替実施形態では、実際の研磨ツール、又はグラインダがシミュレートされることができ、模擬溶接ツール１６０又は他の入力装置の作動によってオン及びオフになる。研磨ツールは現実世界のグラインダに類似するようにシミュレートされ得ることが留意される。
この実施形態では、ユーザは、研磨ツールをその動きに応じて材料を除去するためにルートパスに沿って操作する。ユーザは過度に材料を除去することが許容され得ることが理解される。上述と同様の方法で、ユーザが過度に材料を研磨する場合、穴又は他の欠陥（上述される）が生じ得る。さらに、ハードリミット又はストップが、ユーザが過度に材料を除去することを防ぐために又は過度に材料が除去されるときに示すために、実装され得る、すなわちプログラムされ得る。
【００９５】
ここに記載された不可視の「パドル」粒子に加えて、システム１００はまた、本発明の実施形態にしたがって、アーク、炎、及び火花効果を表現するために、３つの他の種類の可視粒子を使用する。３つの種類の粒子は、いずれの種類の他の粒子と相互に作用しないが、変位マップのみと相互に作用する。これらの粒子はシミュレートされた溶接面と衝突するが、それらは互いに相互に作用しない。本発明の実施形態によれば、パドル粒子のみが互いに相互に作用する。火花粒子の物理的性質は、火花粒子が飛び回るとともに仮想現実空間において輝く点としてレンダリングされるように設定される。
【００９６】
アーク粒子の物理的性質は、アーク粒子がシミュレートされたクーポン又は溶接ビードの表面に衝突し、しばらく留まるように設定される。アーク粒子は、仮想現実空間において大きいぼやけた青白いスポットとしてレンダリングされる。任意の種類の視覚映像を形成するために、重ね合わせられる多くのこのようなスポットが必要である。最終結果は、青い端部を持つ白く輝く光輪である。
【００９７】
炎粒子の物理的性質は、上方にゆっくり上がるようにモデル化される。炎粒子は、中間サイズのぼやけた黄赤色のスポットとしてレンダリングされる。任意の種類の視覚映像を形成するために、重ね合わせられる多くのこのようなスポットが必要である。最終結果は、赤い端を持つ橙赤色の炎のぼんやりしたものであり、上方に上がるとともに次第に消える。他の種類の非パドル粒子が、本発明の実施形態にしたがって、システム１００に実装され得る。例えば、煙粒子がモデル化され得るとともに炎粒子と同様の方法でシミュレートされ得る。
【００９８】
シミュレートされた可視化の最終ステップは、ＧＰＵ１１５のシェーダ１１７によって提供される（図１１参照）、頂点及びピクセルシェーダによって扱われる。頂点及びピクセルシェーダは、パドル及び変位、並びに熱に起因して変えられる表面の色及び反射率、等に用いられる。前述のＰＨＥＤ溶接ピクセルフォーマットの追加のものチャンネルは、溶接ピクセル毎に使用される追加の情報の全てを含む。本発明の実施形態によれば、追加の情報は、非未加工ビット（真＝ビード、偽＝未加工スチール）、スラグビット、アンダカット値（この溶接ピクセルにおけるアンダーカットの量、ゼロはアンダーカットが無いことに等しい）、ポロシティ値（この溶接ピクセルにおけるポロシティの量、ゼロはポロシティが無いことに等しい）、及びビードが凝固する時間をエンコードするビード跡値を含む。未加工スチール、スラグ、ビード、及びポロシティを含む異なるクーポン映像に関連付けられた一連の画像マップがある。これらの画像マップは、バンプマッピング及びテクスチャマッピングの両方のために使用される。これらの画像マップのブレンディングの量は、ここに記載された様々なフラグ及び値によって制御される。
【００９９】
ビード跡効果は、１Ｄ画像マップ及び与えられた一片のビードが凝固する時間をエンコードする溶接ピクセル当たりのビード跡値を使用して実現される。いったん、熱いパドル溶接ピクセルの場所がもはや「パドル」と呼ばれるのに十分熱くなくなると、時間がその場所において保存され「ビード跡」と呼ばれる。最終結果は、シェーダコードが、ビードが置かれた方向を表現する独特の外観をビードに与える「さざ波」を描くために１Ｄテクスチャマップを使用することができる。本発明の代替実施形態によれば、仮想現実空間でシミュレートすることができるとともに、システム１００は、シミュレートされた溶接パドルが溶接軌跡に沿って動かされるとき、シミュレートされた溶接パドルの実時間の流動状態から凝結への移行に起因する実時間溶接ビード跡特性を有する溶接ビードを表示することができる。
【０１００】
本発明の代替実施形態によれば、システム１００は、ユーザに溶接機械を修理する方法を教えることができる。例えば、システムのトラブルシューティングモードは、ユーザがシステムを正しく設定すること（例えば、正しいガス流量、正しい電源コード接続、等）を確かめるためにユーザを訓練し得る。本発明の他の代替実施形態によれば、システム１００は、溶接セッション（又は少なくとも溶接セッションの一部、例えば、Ｎフレーム）を記録し、再生することができる。トラックボールがビデオのフレームを通じてスクロールするために設けられることができ、ユーザ又はインストラクタが溶接セッションを批評することを可能にする。再生は、選択可能な速度でも（例えば、最高速度、半分の速度、１／４速度）提供され得る。本発明の実施形態によれば、分割スクリーン再生が提供されることができ、２つの溶接セッションが、例えばＯＤＤ１５０で、並べて見られことを可能にする。例えば、「良い」溶接セッションが、比較目的で「悪い」溶接セッションの隣で見られ得る。
【０１０１】
前述したように、スタンドアローン仮想溶接部検査（ＶＷＩ）システムは、所定の仮想溶接部又はＶＲＡＷシステムを使用して作られた仮想溶接部を入力することができ、仮想溶接部の仮想検査を実行することができる。しかし、ＶＲＡＷシステムと違い、ＶＷＩシステムは、本発明のいくつかの実施形態にしたがって、シミュレートされた仮想溶接プロセスの一部として仮想溶接部を作ることができず、その溶接部の仮想破壊／非破壊試験を実行できるかどうか分からない。
【０１０２】
図２０は、仮想溶接部の検査のシミュレートすることができる及び溶接部に関連する様々な特性に起因する効果を観察するために検査下の仮想溶接部のアニメーションを表示することができるスタンドアローン仮想溶接部検査（ＶＷＩ）システム２００の例示的な実施形態を示す。１つの実施形態では、ＶＷＩシステム２０００は、図１のＰＰＳ１１０と同様の、プログラム可能なプロセッサベースのサブシステム（ＰＰＳ）２０１０を含む。ＶＷＩシステム２０００はさらに、ＰＰＳ２０１０に動作可能に接続された、図１のＯＤＤ１５０と同様の、観察者ディスプレイ装置（ＯＤＤ）２０５０を含む。ＶＷＩシステム２０００はまた、ＰＰＳ２０１０に動作可能に接続された、キーボード２０２０及びマウス２０３０を含む。
【０１０３】
図２０のシステム２０００の第１の実施形態では、ＰＰＳ２０１０は、仮想溶接部の３Ｄ動画レンダリングを提供するためのレンダリングエンジンとして構成されるハードウェア及びソフトウェアを提供する。ＰＰＳ２０１０はまた、仮想溶接部の試験及び検査を実行するための分析エンジンとして構成されるハードウェア及びソフトウェアを提供する。ＰＰＳ２０１０は、仮想溶接部を代表するデータを入力することができるとともに、入力データで作動するＰＰＳ１１０のレンダリングエンジンを使用して検査のために仮想溶接部の動画の３Ｄレンダリングを生成することができる。仮想溶接部データは、「予め準備された」（すなわち、予め定められた）仮想溶接部（例えば、別のコンピュータシステムを使用して生成される）又は、仮想溶接シミュレータシステム（例えば前述のＶＲＡＷシステム）を使用して作られた仮想溶接部データである。
【０１０４】
さらに、本発明の拡張された実施形態によれば、ＰＰＳ２０１０は、ＶＷＩシステム２００が仮想破壊／非破壊試験を入力溶接部に行うとともにＶＲＡＷシステムのものと同様に、試験の動画を表示することを可能にする、先進分析／レンダリング／動画能力を含む。
【０１０５】
本発明の実施形態によれば、ＶＲＡＷシステムを使用して作られた溶接部の仮想レンダリングはＶＷＩシステムにエクスポートされる。ＶＷＩシステムの試験部分は、仮想溶接部の切断部を自動的に生成でき、これらの切断部（又は切断されていない仮想溶接部自体）を、ＶＷＩシステムの試験部分内の複数の可能な破壊及び非破壊試験の１つに投入できる。複数の試験のそれぞれは、特定の試験を示す動画を生成できる。ＶＷＩシステムは、試験の動画をユーザに表示できる。動画は、ユーザによって生成された仮想溶接部が試験をパスするかどうかをユーザに明確に示す。
【０１０６】
例えば、仮想曲げ試験にかけられる仮想溶接部は、特定の種類の欠陥が仮想溶接部の溶接継手で生じた場所において動画で破壊することが示され得る。他の例として、仮想曲げ試験にかけられる仮想溶接部は、動画で曲がること及び割れが入るを見せられ得る又は、溶接部が完全に破壊しないとしても、相当量の欠陥を見せられ得る。同じ仮想溶接部が、同じ切断部（例えば、切断部はＶＷＩシステムによって再構成され得る）又は仮想溶接部の異なる切断部を使用して、異なる試験のために何度も繰り返して試験され得る。本発明の実施形態によれば、仮想溶接部は、例えば、金属の種類及び特定の選択された破壊／非破壊試験に考慮される引張り強さ等、冶金学的性質で区別される。
【０１０７】
本発明の実施形態によれば、バックグラウンドで動作しているエキスパートシステムが、ＶＷＩシステムのディスプレイのウィンドウにポップアップし得るとともに、何故溶接部が試験に落ちたか（例えば、溶接継手のこれらの特定のポイントにポロシティが多過ぎる）及びどの特定の溶接標準に適合していなかったかをユーザに（例えばテキストメッセージを介して及び／又は図形で）示すことができる。本発明の他の実施形態によれば、ＶＷＩシステムは、本試験を特定の溶接標準に結びつける外部ツールへのハイパーテキストリンクを有し得る。
【０１０８】
本発明の実施形態によれば、特定の破壊／非破壊試験の動画は、ユーザが試験を様々な角度及び視点から見るために試験中にＶＷＩシステムのディスプレイで３次元的な方法でレンダリングされた仮想溶接部をあちこち動かすことができるように、試験によって修正されるような仮想溶接部の３Ｄレンダリングである。特定の試験の同じ３Ｄレンダリングされた動画が、同じユーザ又は多数のユーザに対して最大のトレーニング効果を見込むために、何度も繰り返して再生され得る。
【０１０９】
図２０のＶＷＩシステム２０００のより単純で複雑でない実施形態では、ＰＰＳ２０１０は、ＶＲＡＷシステムによって生成された仮想破壊又は非破壊試験の動画３Ｄレンダリングを入力し、検査目的のために動画を表示することができる。ＰＰＳ２０１０は、仮想溶接部の検査を実行するための分析エンジンとして構成されるハードウェア及びソフトウェアを提供する。しかし、このより単純な実施形態では、ＰＰＳ２０１０は仮想溶接部の３Ｄ動画レンダリングを提供するためのレンダリングエンジンとして構成されたハードウェア及びソフトウェアを提供せず、分析エンジンは仮想溶接部の検査をサポートすることに限られる。レンダリング及び試験は、他の所（例えばＶＲＡＷシステム）で行われ、このような実施形態のＶＷＩシステムに入力される。このようなより単純な実施形態では、ＰＰＳ２０１０は、仮想検査を実行するために及び溶接検査に関してトレーニングするためにソフトウェアでプログラムされた、標準的な、既成のパーソナルコンピュータ又はワークステーションであり得る。
【０１１０】
前述のように、仮想検査は、任意の数の異なる方法及び／又はそれらの組合せでＶＷＩシステムに実装され得る。本発明の１実施形態によれば、ＶＷＩシステムは、エクスパートシステムを含み、一連のルールによって動かされる。本発明のもう１つの実施形態によれば、ＶＷＩシステムは、サポートベクタマシンを含む。本発明のさらなる実施形態によればＶＷＩシステムは、学習されるとともに新しいシナリオに適合されることができるニューラルネットワーク、及び／又は、実習生がより多くの練習を必要とする領域に関して実習生にフィードバックを提供する、又は実習生の学習を向上させるために教育カリキュラムをどのように修正するかに関してインストラクタ又は教員にフィードバックを提供するための、知的エージェントを含む。さらに、ユーザは、彼らのトレーニングをサポートするために、文字、写真、ビデオ、及び図を含む知識データベースへのアクセスを有し得る。
【０１１１】
本発明の実施形態によれば、レンダリングされた仮想溶接部及び／又は試験下の仮想溶接部の対応する３Ｄレンダリングされた動画は、溶接の検査を実行するために及び／又は（例えば、員低された溶接検査員になるために）ユーザが溶接検査のトレーニングをするため、ＶＷＩシステムに入力され得る。システムの検査部は、教示モード及びトレーニングモードを含む。
【０１１２】
教示モードでは、仮想溶接部及び／又は試験下の仮想溶接部の３Ｄレンダリングされた動画が表示されるとともに、溶接実習生とともに採点者（指導者）によって見られる。指導者及び溶接実習生は、仮想溶接部を見るとともに相互に作用することができる。指導者は、仮想溶接部の欠陥及び不連続部を発見するのをどれくらい上手く実習生が行ったかの（例えば、採点方法を介して）決定を行うこと及び、表示された仮想溶接部と相互に作用する（異なる視点から見ること等）ことによって、どれくらい上手く溶接実習生が行ったか及びどこを溶接実習生がミスしたかを溶接実習生に示すことができる。
【０１１３】
トレーニングモードでは、システムは、溶接検査員実習生に仮想溶接部に関する様々な質問を行い、溶接検査員実習生が質問に対する回答を入力することを可能にする。システムは、質問の最後で溶接検査員実習生に評価を提供し得る。例えば、システムは、最初にある仮想溶接部関して溶接検査員実習生にサンプルの質問を提供し得るとともに、次に評価されることになる他の仮想溶接部に関して溶接検査員実習生に時限質問を提供するように進み得る。
【０１１４】
システムの検査部分はまた、溶接検査員実習生又は指導者が欠陥を検出することを助け、予め定められた溶接標準と比べられる仮想溶接部の幾つかの測定を行う幾つかのインタラクティブツールを提供し得る（例えば、ルート溶接部の溶け込み等を測定し、測定値を必要とされる標準的な溶け込みと比較する、仮想ゲージ）。溶接検査員実習生の評価はまた、溶接検査員実習生が溶接部を評価するために正しいインタラクティブツールを使用したかどうかを含む。本発明の実施形態によれば、システムの検査部分は、評価（すなわち採点）に基づいて、どの領域に溶接検査員実習生が支援を必要としているかを決定し、溶接検査員実習生に検査を練習するためのより典型的なサンプルを提供する。
【０１１５】
さらに、様々なインタラクティブ検査ツールは、試験にかけられる前の仮想溶接部、試験にかけられた後の仮想溶接部、又は両方に使用され得る。様々なインタラクティブ検査ツール及び手法は、本発明の実施形態にしたがって、様々な溶接プロセス、金属の種類、及び溶接標準の種類用に構成される。スタンドアロンＶＷＩシステム２０００では、インタラクティブ検査ツールは、例えば、キーボード２０２０及びマウス２０３０を使用して操作され得る。インタラクティブ検査ツールの他の例は、のど厚の測定を実行するためのパルムグレンゲージ、脚長サイズを決定するための仮想すみ肉ゲージ、凸面測定又はアンダカットの測定を実行するための仮想ＶＷＡＣゲージ、割れの長さを測定するための仮想スライドノギス、割れの幅を測定するための仮想マイクロメータ、及び検査用に溶接部の一部を拡大するための仮想拡大レンズを含む。他の仮想インタラクティブツールも同様に、本発明の様々な実施形態にしたがって、可能である。
【０１１６】
図２１は、仮想現実空間のレンダリングされたベースライン仮想溶接部の品質を評価するための、方法２１００の例示的な実施形態のフローチャートを示す。ステップ２１１０では、ベースライン仮想溶接部がレンダリングされる（又は再びレンダリングされる．．．再レンダリングされる）。例えば、ユーザは、仮想部分で溶接テクニックを練習し、ユーザの溶接能力を代表するベースライン仮想溶接部をレンダリングするために、ＶＲＡＷシステム１００を用い得る。ここで用いられように、用語「仮想溶接部」は、仮想溶接部分全体又は、多くの溶接試験で使用されるような、それらの仮想切断部分を指す。
【０１１７】
ステップ２１２０では、ベースライン仮想溶接部は、ベースライン仮想溶接部の特性を試験するように構成されたコンピュータシミュレートされた試験（例えば、破壊仮想試験又は非破壊仮想試験）にかけられる。コンピュータシミュレートされた試験は、例えば、ＶＲＡＷシステム又はＶＷＩシステムによって実行され得る。ステップ２１３０では、シミュレートされた試験に応じて、試験された仮想溶接部がレンダリングされ（例えば、破壊試験に起因するベースライン仮想溶接部の変更）、付随する試験データが生成される。ステップ２１４０では、試験された仮想溶接部及び試験データがコンピュータシミュレートされた分析にかけられる。コンピュータシミュレートされた分析は、仮想溶接部の性質に関して試験された仮想溶接部の合否状態を決定するように構成される。例えば、決定は、試験後の性質の分析に基づいて、仮想溶接部が曲げ試験をパスしたかどうかに関して行われ得る。
【０１１８】
ステップ２１５０では、試験された仮想溶接部を検査するかどうかの決定がユーザによって行われる。決定が検査をしない場合、次に、ステップ２１６０において、他の試験を実行するか否かの決定が行われる。他の試験を実行するように決定が行われる場合、次に方法は、ステップ２１１０に戻り、以前の試験が仮想溶接部で行われなかったかのように、ベースライン仮想溶接部が再レンダリングされる。このように、多くの試験（破壊及び非破壊）が同じベースライン仮想溶接部で実行され得るとともに様々な合否条件に対して分析され得る。ステップ１２５０では、決定が検査することである場合、次に、ステップ２１７０では、試験された仮想溶接部（すなわち試験後の仮想溶接部）がユーザに表示され、ユーザは、試験された仮想溶接部の様々な特性を検査するために、試験された仮想溶接部の向きを操作し得る。ステップ２１８０では、ユーザは、プログラムされた検査ツールにアクセスし得るとともに、プログラムされた検査ツールを、検査に役立てるために、試験された仮想溶接部に適用し得る。例えば、ユーザは、ルート溶接部の溶け込みを測定し測定値を必要な標準的な溶け込みと比較する仮想ゲージにアクセスし得る。検査後、再びステップ２１６０では、他の試験を実行するかどうかの決定が行われる。他の試験が行われないことになる場合、次に方法は終了する。
【０１１９】
例として、仮想溶接部２２００の同じ切断部分が、図２２−２４に示されるように、シミュレートされた曲げ試験、シミュレートされた引張又はプル試験、及びシミュレートされた切欠き破断試験にそれぞれかけられる。図２２を参照すると、溶接継手２２１０を有する仮想溶接部２２００の真っ直ぐに切った部分がシミュレートされた曲げ試験にかけられる。曲げ試験は、溶接部の延性、溶込み、融合、（破断面の）結晶構造、及び強さ等の様々な溶接特性を見つけ出すために実行され得る。曲げ試験は、溶接金属、溶接継手、及び熱影響部の品質を決定するのに役立つ。曲げ試験中の金属の如何なる割れも、融合不良、溶け込み不良、又は割れを生じさせる他の状況を示す。金属の伸張は、溶接部の延性を示すのに役立つ。破断面は溶接部の結晶構造を明らかにする。大きい結晶は、不完全に溶接手順又は溶接後の不適切な熱処理を示す傾向がある。良質な溶接部は小さい結晶を有する。
【０１２０】
図２３を参照すると、曲げ試験後、同じ溶接継手２２１０を有する仮想溶接部２２００の同じまっすぐな切断部分が、再レンダリングされ得るとともに、シミュレートされたプル試験にかけられ得る。プル試験（引張試験）は溶接継手の強さを見つけるために実行され得る。シミュレートされた試験では、仮想溶接部２２００は、一方の端部で保持されるとともに、他方の端部で仮想溶接部２２００が破壊するまで引っ張られる。溶接部２２００が破壊する引張荷重又は引く力が決定され、合否決定のために標準的な測定値と比較され得る。
【０１２１】
図２４を参照すると、プル試験後、同じ溶接継手２２１０を有する仮想溶接部２２００の同じまっすぐな切断部分が、再レンダリングされ得るとともに、シミュレートされた切欠き破断試験にかけられ得る。シミュレートされた切欠き破断試験は、溶接された突合せ継手の溶接金属が、例えば、スラグ巻込、ブローホール、融合不良、及び酸化金属等、任意の内部欠陥を有するかどうかを決定するために実行される。図２４に示されるように、溶接継手２２１０の各側部にスロットが切り込まれる。仮想溶接部２２００は、２つの支持部をまたいで配置され、スロットの間の溶接部２２１０の部分が破壊するまでハンマで叩かれる。溶接部２２１０の内部金属が欠陥を求めて検査され得る。欠陥は、合否決定のために標準的な測定値を比較され得る。
【０１２２】
本出願の特許請求の範囲に記載された主題がいくつかの実施形態を参照して記載されているが、様々な変更が行われ得るとともに均等物が特許請求の範囲に記載された主題の範囲から離れることなしに置き換えられ得ることが当業者には理解されるであろう。加えて、多くの変更が特定の状況又は材料を特許請求の範囲に記載された主題の教示に適合させるために、その範囲から離れることなしに行われ得る。したがって、特許請求の範囲に記載された主題は開示された特定の実施形態に限定されるべきではなく、特許請求の範囲に記載された主題は添付の特許請求の範囲の範囲内に入る全ての実施形態を含むことが意図される。
【符号の説明】
【０１２３】
１００  システム
１１０  プロセッサベースのサブシステム
１１１  中央処理ユニット
１１５  グラフィック処理ユニット
１１６  コンピュータ統一デバイスアーキテクチャ        
１１７  シェーダ      
１１８  ビデオ出力      
１１９  ビデオ出力      
１２０  空間トラッカ        
１２１  磁気源      
１２２  センサ      
１２３  ディスク            
１２４  電源        
１２５  ケーブル    
１２６  プロセッサトラッキングユニット
１３０  ユーザインタフェース
１３１  一例のボタン
１３２  ジョイスティック
１３３  ダイヤル／ノブ
１３４  ダイヤル／ノブ
１３５  模擬溶接コンソール
１３６  ダイヤル／ノブ
１３７  ダイヤル／ノブ
１４０  フェースマウントディスプレイ装置
１５０  観察者ディスプレイ装置
１５１  溶接パラメータ
１５２  溶接不連続部の状態
１５３  ユーザ選択
１６０  模擬溶接ツール
１６１  ホルダ
１６２  シミュレートされた棒電極
１６３  触覚抵抗先端部
１７０  テーブル／スタンド
１７１  調整可能なテーブル
１７２  スタンド／ベース
１７３  調整可能なアーム
１７４  垂直な支柱
１７５  溶接クーポン
１７５’  パイプ
１７５”  パイプ
１７６  ルート
１７７  接続部分
１８０  溶接クーポン
９００  溶接ヘルメット
９１０  イヤホンスピーカ
１２０１  物理インタフェース
１２０２  クランプモデル
１２０３  環境モデル
１２０４  音声コンテンツ機能
１２０５  溶接音
１２０６  スタンド／テーブルモデル      
１２０７  内部アーキテクチャ機能        
１２０８  校正機能        
１２１０  クーポンモデル          
１２１１  溶接物理学          
１２１２  微調整器          
１２１３  グラフィカルユーザインタフェース機能        
１２１４  グラフ化機能        
１２１５  訓練生レポート機能          
１２１６  レンダラ          
１２１７  ビードレンダリング        
１２１８  ３Ｄテクスチャ        
１２１９  視覚的キュー機能          
１２２０  採点及び許容度機能        
１２２１  許容度エディタ        
１２２２  特殊効果        
１３００  方法          
１３１０  ステップ        
１３２０  ステップ          
１３３０  ステップ        
１３４０  ステップ        
１３５０  ステップ        
１４００  平らな溶接クーポン      
１４１０  平らな上面          
１４２０  溶接ピクセルマップ      
１４２１  溶接ピクセル        
１６００  角溶接クーポン
１６１０  面
１６２０  面
１７００  パイプ溶接クーポン
１７０１  パイプピース
１７０２  パイプピース
１７０３  ルート継手
１７０４  アタッチメントピース
１７１０  曲面
１９１０  長方形の棒
１９２０  粒子
１９３０  粒子高さ
１９４０  陰影付き長方形
２０００  仮想溶接部検査
２０１０  プロセッサベースのサブシステム
２０２０  キーボード
２０３０  マウス
２０５０  観察者ディスプレイ装置
２１００  方法
２１１０  ステップ
２１２０  ステップ
２１３０  ステップ
２１４０  ステップ
２１５０  ステップ
２１６０  ステップ
２１７０  ステップ
２１８０  ステップ
２２００  仮想溶接部
２２１０  溶接継手
６０１０  棒電極
７０１８  棒電極
B  ポイント
Ｅ  ポイント
Ｏ  ポイント
Ｏ’  線
Ｓ  テクスチャ座標
Ｔ  テクスチャ座標
Ｕ  テクスチャ座標
Ｖ  テクスチャ座標
Ｘ  ポイント
Ｘ’  線
Ｙ  ポイント
Ｚ  ポイント
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４Ａ】
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【図１４Ｂ】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図１９Ｃ】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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