Comment la réalité augmentée est utilisée pour former la prochaine génération de soudeurs

Dans cette configuration de soudage à l'arc sous gaz à réalité augmentée, un étudiant dépose un cordon virtuel.

C'est un art noir. J'avais l'habitude d'entendre cela beaucoup lors de visites de magasins fabuleux - code pour quelque chose qui a pris des années à apprendre et que seuls quelques talentueux maîtrisent vraiment. Pourquoi, exactement ? Parfois, cela avait à voir avec la nature de la compétence et l'expérience tactile et visuelle du travailleur en soudant une pièce. Si quelque chose tournait mal, ils réessayeraient. Et encore. Et encore. Pendant des années.

Le fait est que, compte tenu de la pénurie aiguë de main-d'œuvre, l'industrie n'a tout simplement pas ce genre de temps. Il faut un moyen de raccourcir ce cycle de formation sans lésiner sur les principes fondamentaux du processus, afin que les étudiants sachent ce qui fonctionne dans quelle situation et pourquoi. Ils ne se contentent pas de se présenter à l'atelier, d'acquérir un ensemble restreint de compétences (appuyer sur ce bouton, souder ce joint) et de se mettre au travail. Ils suivent les procédures, mais ils savent aussi pourquoi ces procédures fonctionnent si bien.

Ici, la réalité augmentée (AR) pourrait répondre à un besoin, en particulier pour l'un des processus les plus pratiques de l'atelier de fabrication : le soudage.

"Nous sommes dans l'espace de la réalité augmentée depuis huit ans, et cela ne cesse de s'améliorer. Nous essayons de nous rapprocher le plus possible de la réalité, y compris les éléments visuels, audio et tactiles. Notre capacité à créer un bain de fusion précis dans un logiciel a parcouru un long chemin au cours des dernières années."

C'était Steve Hidden, responsable de compte national, formation en soudage et développement de la main-d'œuvre, chez Miller Electric Mfg. LLC à Appleton, Wisconsin. La société propose son système de soudage à réalité augmentée AugmentedArc®, une technologie qui fusionne l'expérience de soudage visuelle, auditive et tactile - le pistolet, la pièce, le bourdonnement, les repères visuels - avec un logiciel qui simule le flux d'un cordon en fonction de la façon dont la soudure est effectuée.

Les étudiants peuvent manier un pistolet de soudage à l'arc sous protection gazeuse (GMAW), un stinger pour le soudage à l'arc sous protection (SMAW) ou une torche de soudage à l'arc sous gaz tungstène (GTAW). L'expérience n'est pas un jeu vidéo. Utilisant une combinaison de capteurs qui lisent la position de codes QR stratégiquement placés sur le pistolet de soudage ou la torche et la pièce, l'approche AR de la formation en soudage suit les mouvements des étudiants tout au long du processus.

Imaginez la première fois qu'un étudiant saisit le pistolet de soudage et pose un cordon sur une plaque. Il frappe l'arc, hésite, puis se déplace trop vite. Il essaie à nouveau et brûle. Les éclaboussures vont partout, et coupon après coupon après coupon va dans le bac de recyclage. L'étudiant continue de s'entraîner, en utilisant du gaz de protection et du fil de soudage, et en soumettant la buse du pistolet et d'autres composants consommables à toutes sortes d'abus. Ce n'est pas un joli site et, comme le savent tous ceux qui travaillent dans une école technique ou un magasin de fabrication avec une formation interne, cela peut coûter assez cher.

Imaginez maintenant que le même étudiant enfile un casque de soudage, mais cette fois, il manipule une torche GTAW et une tige de remplissage étranges, chacune avec des codes QR. Au lieu de cela, des capteurs dans le casque de l'étudiant lisent ces codes pour déterminer comment l'étudiant manipule exactement la pointe « tungstène » le long d'un joint à recouvrement, créant un congé virtuel sur une pièce qui, encore une fois, est recouverte de codes stratégiquement placés, qui deviennent tous invisibles lorsque l'étudiant enfile le casque de soudage. Avec le casque, il voit une pièce métallique prête à être assemblée. Il appuie sur la pédale tout au long du processus, mais il n'y a pas d'arcs, pas d'éclaboussures, pas de métal du tout.

Un étudiant à côté de lui brandit un autre appareil étrange, cette fois un aiguillon pour le processus SMAW avec un "cube" recouvert de code près de la fin - encore une fois, tout invisible à travers le casque de soudure. Elle manipule le dard avec précaution le long d'un joint à rainure verticale. À côté d'elle est assis un autre étudiant, celui-ci manipulant la buse d'un "pistolet" GMAW autour d'un tuyau pour créer une soudure de bride.

Tous trois soudent en AR. Ils voient l'arc, le métal d'apport et la soudure se déposer, et ils entendent même le "bourdonnement" de la soudure, tout comme un soudeur le ferait dans une application réelle. Lorsque l'étudiant pratiquant le GTAW plonge trop de la tige de remplissage à la fois, le bain de soudure réagit. Lorsque l'étudiant pratiquant la GMAW se déplace trop rapidement, encore une fois, le bain de fusion réagit. Après avoir terminé le joint de pratique, les trois étudiants gardent leur casque de soudage pour voir leur soudure virtuelle terminée, leurs défauts et tout.

À travers le casque de soudage, l'étudiant peut voir une représentation virtuelle de l'arc de soudage, ainsi que certains marqueurs indiquant la position de travail, le déplacement et l'écart idéaux pour une leçon particulière.

Le logiciel indique exactement où et comment ces erreurs se sont produites. La longueur de l'arc était trop longue ici. L'angle de la tige de remplissage n'était pas là. Vos angles de travail et de voyage étaient décalés. Non seulement cela, le logiciel montre ce que ces angles auraient dû être et exactement comment le corriger.

Au prochain essai, l'enseignant des élèves allume des aides visuelles qu'ils voient à travers le casque de soudage, montrant quels éléments doivent être où. "Je les appelle" roues d'entraînement "", a déclaré Hidden. « Sont-ils trop proches ? Sont-ils trop loin ?

Les aides visuelles sont dynamiques, changeant au besoin pour diriger l'élève. Par exemple, un repère visuel peut montrer à l'étudiant où le pistolet de soudage doit être à un certain point pendant le programme de soudage ; au fur et à mesure que l'élève "rattrape", le signal change.

"Nous donnons également à l'instructeur la possibilité de laisser les étudiants faire leurs propres erreurs", a déclaré Hidden, ajoutant que le logiciel n'a pas besoin de leur dire que, par exemple, leur réglage de gaz est incorrect, que la tension est trop élevée ou quoi que ce soit d'autre. Le logiciel peut ne pas simuler exactement ce qui se passe lorsque quelque chose ne va pas, comme une véritable brûlure du matériau. Mais cela peut montrer graphiquement que quelque chose ne va pas et laisser les élèves découvrir par eux-mêmes quel est le problème. Alternativement, les enseignants peuvent configurer le système pour notifier exactement ce qui ne va pas.

"Les enseignants peuvent créer leurs propres devoirs", a déclaré Hidden, ajoutant qu'ils peuvent établir quels symboles de "roue d'entraînement" afficher et quand. La clé est de savoir quand arrêter de donner de l'aide et laisser les élèves voler en solo. Tout dépend des besoins des étudiants et de l'endroit où ils en sont dans leur parcours de formation.

"[AR] sert de phase intermédiaire entre la théorie et les applications pratiques", a déclaré Patricia Carr, responsable nationale de l'éducation et du développement de la main-d'œuvre chez Miller, ajoutant que la technologie a aidé les étudiants mal à l'aise avec les arcs et les étincelles, y compris ceux handicapés, gagner confiance avant de pratiquer la vraie chose, élargissant efficacement le réseau de recrutement.

Le système AR a été conçu autour des besoins des éducateurs. Au fil des ans, des soudeurs expérimentés et des ingénieurs en soudage à l'intérieur et à l'extérieur de Miller ont collaboré avec des ingénieurs en logiciel pour rendre l'expérience encore plus réaliste. Les étudiants peuvent maintenant voir toute la dynamique de la flaque d'eau, avec le métal en fusion mouillant contre les parois latérales du joint. Ils voient des perturbations du bain de soudure qui pourraient indiquer une contre-dépouille ou une porosité, une pénétration incomplète, ainsi que des pratiques de sursoudage qui pourraient entraîner un meulage excessif et coûteux.

Tout cela soulève la question suivante : la RA pourrait-elle être utilisée pour certifier les soudeurs ? Hidden eut un petit rire. "Pas aujourd'hui," dit-il. "Cet outil est une question de préparation. La RA pourrait permettre aux soudeurs d'affiner leur technique et d'acquérir de la mémoire musculaire avant de s'entraîner en laboratoire et de passer le test de certification."

Gagner cette mémoire musculaire peut être un défi extraordinaire, en particulier lorsqu'une mauvaise technique peut conduire à une situation désordonnée, comme souder au bâton au-dessus de la tête, tenir un arc extrêmement long et être pris sous une pluie d'étincelles chaudes.

À l'aide de la RA, un étudiant peut placer la pièce à l'endroit nécessaire pour commencer à pratiquer ces positions de soudage difficiles. "Nous avons sept coupons pour toutes les positions", a déclaré Hidden, "y compris à plat et au-dessus de la tête. Et la beauté avec AR, je peux prendre ma part [coupon], mettre du ruban adhésif double dessus et le mettre sous la table. Les étudiants peuvent ramper sous la table et la souder. "

En regardant à travers le casque de soudage, un étudiant peut inspecter sa soudure et recevoir des commentaires spécifiques.

La répétition renforce la mémoire musculaire et la confiance, préparant les étudiants au monde réel du soudage au plafond. Une fois qu'ils ont réellement amorcé un arc, ils sont plus susceptibles de maintenir la bonne technique de soudage et de produire un cordon propre sans qu'une pléthore d'étincelles ne pleuve.

Les étudiants et les professionnels utilisant le système AR peuvent pratiquer n'importe quelle technique qu'ils souhaitent, mais comme l'a expliqué Hidden, le logiciel doit être construit autour d'une technique spécifique pour la "noter", c'est-à-dire renforcer la capacité de suivre la position de la soudure et des consommables, la comparer à un idéal, la noter en fonction de cette comparaison et identifier les domaines à améliorer. Par exemple, les étudiants qui pratiquent le GTAW pourraient vouloir "faire marcher la coupe" sur une certaine géométrie d'articulation. Ils peuvent parcourir les mouvements pour acquérir la mémoire musculaire, mais le système ne sera pas en mesure de donner une rétroaction complète, du moins pas encore.

Bien sûr, de nouveaux logiciels sont écrits et améliorés en permanence. Comme l'a expliqué Carr, Miller a suivi la méthodologie de la voix du client, en développant des logiciels demandés par la majorité des utilisateurs actuels et potentiels de la technologie.

Même dans son état actuel, la RA aide à démystifier un processus opaque et incompris en identifiant exactement ce qui fait une bonne soudure et ce qui ne l'est pas. Les personnes qualifiées empruntent de nombreux chemins pour obtenir une soudure de qualité, donc ne pas suivre exactement ce que le système AR prescrit ne garantit pas l'échec. Pourtant, à l'avenir, ceux qui apprennent et perfectionnent leurs compétences - et peut-être même les professionnels du soudage expérimentés - pourraient de plus en plus considérer la RA comme une sorte de boussole, quelque chose à référencer pour s'assurer que leurs fondamentaux sont là et qu'ils vont dans la bonne direction. Et il y a un avantage supplémentaire : ils n'ont pas besoin de gaspiller des consommables et des coupons de test dans le processus.