Cómo se utiliza la realidad aumentada para capacitar a la próxima generación de soldadores

Aug 05, 2023

En esta configuración de soldadura por arco metálico con gas de realidad aumentada, un estudiante coloca una cuenta virtual.

Es un arte negro. Solía ​​escuchar eso mucho en los recorridos por las tiendas fabulosas: código para algo que tomó años aprender y solo los pocos talentosos realmente dominaron. ¿Por qué, exactamente? A veces tenía que ver con la naturaleza de la habilidad y la experiencia táctil y visual del trabajador al soldar una pieza de trabajo. Si algo salía mal, lo intentarían de nuevo. Y otra vez. Y otra vez. Durante años.

La cosa es que, considerando la aguda escasez de trabajadores, la industria simplemente no tiene ese tipo de tiempo. Necesita alguna forma de acortar ese ciclo de capacitación sin escatimar en los fundamentos del proceso, para que los estudiantes sepan qué funciona en qué situación y por qué. No solo se presentan en el taller, aprenden un conjunto limitado de habilidades (presione este botón, suelde esta unión) y se pongan a trabajar. Siguen los procedimientos, pero también saben por qué esos procedimientos funcionan tan bien.

Aquí, la realidad aumentada (AR) podría satisfacer una necesidad, especialmente para uno de los procesos más prácticos en el taller de fabricación: la soldadura.

"Hemos estado en el espacio de la realidad aumentada durante los últimos ocho años, y continúa mejorando cada vez más. Estamos tratando de acercarnos lo más posible a la realidad, incluidos los elementos visuales, de audio y táctiles. Nuestra capacidad para crear un charco de soldadura preciso en el software ha recorrido un largo camino en los últimos años".

Eso fue Steve Hidden, gerente de cuentas nacionales, educación en soldadura y desarrollo de la fuerza laboral, en Miller Electric Mfg. LLC en Appleton, Wis. La compañía ofrece su sistema de soldadura de realidad aumentada AugmentedArc®, una tecnología que combina la experiencia de soldadura visual, auditiva y táctil. —la pistola, la pieza de trabajo, el zumbido, las señales visuales—con un software que simula cómo fluye un cordón según cómo se realiza la soldadura.

Los estudiantes pueden manejar una pistola de soldadura por arco de metal con gas (GMAW), un aguijón para soldadura por arco de metal protegido (SMAW) o una antorcha de soldadura por arco de tungsteno con gas (GTAW). La experiencia no es un videojuego. Usando una combinación de sensores que leen la posición de los códigos QR colocados estratégicamente en la pistola de soldar o la antorcha y la pieza de trabajo, el enfoque AR para el entrenamiento de soldadura rastrea los movimientos de los estudiantes a lo largo del proceso.

Imagínese la primera vez que un estudiante agarra la pistola de soldar y coloca un cordón en la placa. Golpea el arco, duda y luego se mueve demasiado rápido. Lo intenta de nuevo y se quema. Las salpicaduras van por todas partes, y cupón tras cupón tras cupón van a la papelera de reciclaje. El estudiante continúa practicando, usando gas de protección y alambre de soldadura, y sometiendo la boquilla de la pistola y otros componentes consumibles a todo tipo de abuso. No es un sitio bonito y, como sabe cualquiera que trabaje en una escuela técnica o en un taller de fabricación con capacitación interna, puede resultar bastante costoso.

Ahora imagine que el mismo estudiante se pone un casco de soldadura, solo que esta vez está manipulando una antorcha GTAW de aspecto extraño y una varilla de relleno, cada una con códigos QR. En cambio, los sensores en el casco del estudiante leen esos códigos para determinar cómo manipula exactamente el estudiante la punta de "tungsteno" a lo largo de una junta de regazo, creando un filete virtual en una pieza de trabajo que, nuevamente, está cubierta con códigos colocados estratégicamente, todos los cuales se vuelven invisibles. cuando el estudiante se pone el casco de soldadura. Con el casco puesto, ve una pieza de trabajo metálica lista para ser ensamblada. Pisa el pedal durante todo el proceso, pero no hay arcos, ni salpicaduras, ni metal en absoluto.

Un estudiante a su lado empuña otro dispositivo de aspecto extraño, esta vez un aguijón para el proceso SMAW con un "cubo" cubierto de código cerca del final, nuevamente, todo invisible a través del casco de soldadura. Ella manipula el aguijón con cuidado por una articulación de ranura vertical. Junto a ella se sienta otro estudiante, este manipula la boquilla de una "pistola" GMAW alrededor de una tubería para crear una soldadura de brida.

Los tres están soldando en AR. Ven cómo se deposita el arco, el metal de aporte y la soldadura, e incluso escuchan el "zumbido" de la soldadura, tal como lo haría un soldador en una aplicación del mundo real. Cuando el estudiante que practica GTAW sumerge demasiado de la varilla de aporte a la vez, el baño de soldadura reacciona. Cuando el estudiante que practica GMAW viaja demasiado rápido, nuevamente, el baño de soldadura reacciona. Después de completar la unión de práctica, los tres estudiantes mantienen sus cascos de soldadura puestos para ver su soldadura virtual completa, defectos y todo.

A través del casco de soldadura, el estudiante puede ver una representación virtual del arco de soldadura, además de ciertos marcadores que muestran la posición ideal de trabajo, el recorrido y el punto muerto para una lección en particular.

El software señala exactamente dónde y cómo ocurrieron esos errores. La longitud del arco era demasiado larga aquí. El ángulo de la varilla de relleno estaba mal aquí. Sus ángulos de trabajo y viaje estaban equivocados. No solo esto, el software muestra cuáles deberían haber sido esos ángulos y exactamente cómo corregirlos.

En el próximo intento, el maestro de los estudiantes enciende las ayudas visuales que ven a través del casco de soldadura, mostrando qué elementos deben estar en qué lugar. "Yo las llamo 'ruedas de entrenamiento'", dijo Hidden. "¿Están demasiado cerca? ¿Están demasiado lejos?"

Las ayudas visuales son dinámicas y cambian según sea necesario para dirigir al estudiante. Por ejemplo, una señal visual podría mostrarle al estudiante dónde debe estar la pistola de soldar en un punto determinado durante el programa de soldadura; a medida que el estudiante "se pone al día", la señal cambia.

"También le damos al instructor la capacidad de dejar que los estudiantes cometan sus propios errores", dijo Hidden, y agregó que el software no necesita decirles que, por ejemplo, su configuración de gas es incorrecta, que el voltaje es demasiado alto o cualquier otra cosa. . Es posible que el software no simule exactamente lo que sucede cuando algo sale mal, como un material quemado real. Pero puede mostrar gráficamente que algo anda mal y dejar que los estudiantes averigüen cuál es el problema por sí mismos. Alternativamente, los profesores pueden configurar el sistema para notificar exactamente lo que está mal.

"Los maestros pueden crear sus propias tareas", dijo Hidden, y agregó que pueden establecer qué símbolos de "rueda de entrenamiento" mostrar y cuándo. La clave es saber cuándo dejar de dar asistencia y dejar que los alumnos vuelen solos. Todo depende de las necesidades de los estudiantes y de dónde se encuentren en su viaje de formación.

"[AR] sirve como una fase intermedia entre la teoría y las aplicaciones prácticas", dijo Patricia Carr, gerente nacional de educación y desarrollo de la fuerza laboral en Miller, y agregó que la tecnología ha ayudado a los estudiantes a sentirse incómodos con los arcos y las chispas, incluidos aquellos con discapacidades. , gane confianza antes de practicar lo real, ampliando efectivamente la red de reclutamiento.

El sistema AR ha sido diseñado en torno a las necesidades de los educadores. A lo largo de los años, soldadores e ingenieros de soldadura experimentados dentro y fuera de Miller han colaborado con ingenieros de software para hacer que la experiencia sea cada vez más realista. Los estudiantes ahora pueden ver toda la dinámica del charco, con el metal fundido mojándose contra las paredes laterales de la junta. Ven perturbaciones en el baño de soldadura que podrían indicar socavado o porosidad, penetración incompleta, así como prácticas de soldadura excesiva que podrían conducir a un esmerilado excesivo y costoso.

Todo esto plantea la pregunta, ¿se podría usar AR para certificar soldadores? Oculto se rió un poco. "Hoy no", dijo. "Esta herramienta tiene que ver con la preparación. AR podría permitir a los soldadores perfeccionar su técnica y ganar memoria muscular antes de practicar en el laboratorio y tomar la prueba de certificación".

Ganar esa memoria muscular puede ser un desafío extraordinario, especialmente cuando una técnica inadecuada puede conducir a una situación complicada, como soldar con varilla por encima de la cabeza, mantener un arco demasiado largo y quedar atrapado en una lluvia de chispas calientes.

Usando AR, un estudiante puede colocar la pieza de trabajo donde sea necesario para comenzar a practicar esas posiciones de soldadura desafiantes. "Tenemos siete cupones para todos los puestos", dijo Hidden, "incluidos planos y generales. Y la belleza con AR, puedo tomar mi parte [cupón], ponerle cinta adhesiva doble y ponerlo debajo de la mesa. Los estudiantes pueden métete debajo de la mesa y suéldala".

Mirando a través del casco de soldadura, un estudiante puede inspeccionar su soldadura y recibir comentarios específicos.

La repetición desarrolla la memoria muscular y la confianza, preparando a los estudiantes para el mundo real de la soldadura aérea. Una vez que inician un arco de verdad, es más probable que mantengan la técnica de soldadura correcta y produzcan un cordón limpio sin que caiga una gran cantidad de chispas.

Los estudiantes y profesionales que usan el sistema AR pueden practicar cualquier técnica que deseen, pero como explicó Hidden, el software debe construirse en torno a una técnica específica para "puntuarla", es decir, desarrollar la capacidad de rastrear la posición de la soldadura y los consumibles. , compárelo con un ideal, califíquelo en función de esa comparación e identifique las áreas de mejora. Por ejemplo, los estudiantes que practican GTAW pueden querer "caminar la copa" sobre una determinada geometría de unión. Pueden ejecutar los movimientos para obtener la memoria muscular, pero el sistema no podrá brindar una retroalimentación completa, al menos no todavía.

Aunque, por supuesto, se está escribiendo y mejorando software nuevo todo el tiempo. Como explicó Carr, Miller ha estado siguiendo la metodología de la voz del cliente, desarrollando software solicitado por la mayoría de los usuarios actuales y potenciales de la tecnología.

Incluso en su estado actual, AR ayuda a desmitificar un proceso opaco e incomprendido al identificar exactamente qué hace una buena soldadura y qué no. Las personas capacitadas toman muchos caminos para lograr una soldadura de calidad, por lo que no seguir exactamente lo que prescribe el sistema AR no garantiza el fracaso. Aún así, en el futuro, aquellos que están aprendiendo y perfeccionando sus habilidades, y tal vez incluso los profesionales de la soldadura con experiencia, podrían mirar cada vez más a AR como una especie de brújula, algo a lo que hacer referencia para asegurarse de que sus fundamentos estén ahí y que estén encaminados. la dirección correcta. Y hay una ventaja adicional: no es necesario que desperdicien consumibles ni cupones de prueba en el proceso.