10
SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI Cemil ÖZ* ,1 , Fehim FINDIK**, Osman İYİBİLGİN***, Uğur SOY**, Yaşar KIYAN****, Soydan SERTTAŞ*, Kayhan AYAR*, Sadık USLU** ve Yalçın YAŞAR** * Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü ** Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi *** Sakarya Üniversitesi Karasu Meslek Yüksek Okulu Makine Programı **** Sakarya Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi 1 [email protected] 0 (264) 295 55 98 ÖZET Kaynak, imalat sektöründe yaygın olarak kullanılan birleştirme yöntemlerinden biridir. Kaynaklı birleştirme yöntemlerini gerçekleştiren kaynak operatörünün uygulama becerisi, kaynak kalitesine doğrudan etki eder. Dolayısı ile kaynak operatörünün yeterli teknik bilgi ve beceriye sahip olması gerekmektedir. Bu süreç uzun zaman alır ve pahalıdır. Kaynak operatörlerinin uygulamalı eğitimlerinin yanı sıra, son yıllarda simülatörler de kullanılmaktadır. Simülatörlerin kullanılması ile malzeme, enerji, zaman, iş kazaları vb azalması ile maliyetler düşürülmektedir. Bilgisayar ve yazılım teknolojilerindeki hızlı gelişmeler, Dış Dünya veya madde olmadan, algıların çok gerçekçi olarak yaşanabilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada sanal bir kaynak simülatörü tasarımı ve çalışma prensipleri verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kaynak simülatörü, kaynakçı eğitimi, sanal eğitim, sanal gerçeklik DESIGN OF VIRTUAL WELDING SIMULATORS ABSTRACT: Training of a welding operator, having a technical knowledge and skill, takes a long time and this process is expensive. The first step for welding is to Welder’s training metallic parts via welding seams in order to develop his hand skills parallel to his technological knowledge. The cost of the used training parts is high and this process is always repeated. Within the direction of these factors and plan, it is considered to do the first step of the education for welding hand skill via simulation. In this study, welding simulator is introduced, working principle of the system is explained and performance analysis is investigated. Key Words: Welding simulator, virtual training, technical education, performance analysis. 1.GİRİŞ Kaynaklı birleştirme yöntemi; gerek ulusal gerekse de uluslararası düzeyde tersane, otomotiv endüstrisi, çelik konstrüksiyon yapıları, köprüler ve makine endüstrisi gibi bir çok sahada uygulama alanı bulan yaygın ve ekonomik bir birleştirme metodudur. Maliyet, güvenlik, optimum imalat ve teknolojik kavramlar göz önüne alındığında, kaynak uygulamasını gerçekleştiren kaynakçının kaliteli ve etkili bir kaynak eğitiminden geçmesi gerekmektedir. Kaynakçıların yetiştirilmesinde teknolojik bilgi birikimlerinin yanı sıra, el becerilerinin geliştirilmesi amacıyla temrin parçalarına çeşitli kaynak uygulamaları yapılmaktadır. Kaynaklı birleştirmelerde teknolojik bilgi ve birikim her ne kadar önemli olsa da, el becerisi ve deneyimi kaynaklı birleştirmeler için en etkili ve önemli parametredir. Çünkü kaynaklı

SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

  • Upload
    others

  • View
    4

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI

Cemil ÖZ*,1, Fehim FINDIK**, Osman İYİBİLGİN***, Uğur SOY**, Yaşar

KIYAN****, Soydan SERTTAŞ*, Kayhan AYAR*, Sadık USLU** ve Yalçın YAŞAR**

* Sakarya Üniversitesi Mühendislik Fakültesi Bilgisayar Mühendisliği Bölümü ** Sakarya Üniversitesi Teknoloji Fakültesi

*** Sakarya Üniversitesi Karasu Meslek Yüksek Okulu Makine Programı **** Sakarya Teknik ve Endüstri Meslek Lisesi

1 [email protected] 0 (264) 295 55 98

ÖZET Kaynak, imalat sektöründe yaygın olarak kullanılan birleştirme yöntemlerinden biridir. Kaynaklı birleştirme yöntemlerini gerçekleştiren kaynak operatörünün uygulama becerisi, kaynak kalitesine doğrudan etki eder. Dolayısı ile kaynak operatörünün yeterli teknik bilgi ve beceriye sahip olması gerekmektedir. Bu süreç uzun zaman alır ve pahalıdır. Kaynak operatörlerinin uygulamalı eğitimlerinin yanı sıra, son yıllarda simülatörler de kullanılmaktadır. Simülatörlerin kullanılması ile malzeme, enerji, zaman, iş kazaları vb azalması ile maliyetler düşürülmektedir. Bilgisayar ve yazılım teknolojilerindeki hızlı gelişmeler, Dış Dünya veya madde olmadan, algıların çok gerçekçi olarak yaşanabilmesini sağlamaktadır. Bu çalışmada sanal bir kaynak simülatörü tasarımı ve çalışma prensipleri verilmiştir. Anahtar Kelimeler: Kaynak simülatörü, kaynakçı eğitimi, sanal eğitim, sanal gerçeklik

DESIGN OF VIRTUAL WELDING SIMULATORS

ABSTRACT: Training of a welding operator, having a technical knowledge and skill, takes a long time and this process is expensive. The first step for welding is to Welder’s training metallic parts via welding seams in order to develop his hand skills parallel to his technological knowledge. The cost of the used training parts is high and this process is always repeated. Within the direction of these factors and plan, it is considered to do the first step of the education for welding hand skill via simulation. In this study, welding simulator is introduced, working principle of the system is explained and performance analysis is investigated. Key Words: Welding simulator, virtual training, technical education, performance analysis. 1.GİRİŞ Kaynaklı birleştirme yöntemi; gerek ulusal gerekse de uluslararası düzeyde tersane, otomotiv endüstrisi, çelik konstrüksiyon yapıları, köprüler ve makine endüstrisi gibi bir çok sahada uygulama alanı bulan yaygın ve ekonomik bir birleştirme metodudur. Maliyet, güvenlik, optimum imalat ve teknolojik kavramlar göz önüne alındığında, kaynak uygulamasını gerçekleştiren kaynakçının kaliteli ve etkili bir kaynak eğitiminden geçmesi gerekmektedir. Kaynakçıların yetiştirilmesinde teknolojik bilgi birikimlerinin yanı sıra, el becerilerinin geliştirilmesi amacıyla temrin parçalarına çeşitli kaynak uygulamaları yapılmaktadır. Kaynaklı birleştirmelerde teknolojik bilgi ve birikim her ne kadar önemli olsa da, el becerisi ve deneyimi kaynaklı birleştirmeler için en etkili ve önemli parametredir. Çünkü kaynaklı

Page 2: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

birleştirmeler, teknolojik bilgi birikimi ışığında el hareketleri ve açıları ile yapılan bir uygulamadır. Kaynakçıların eğitilmesi sırasında, geleneksel olarak temrin parçaları kullanılır ve kaynakçı adayı birçok temrin parçasını israf ederek el becerisini geliştirmeye çalışır. Bu temrin parçaları, eğitim amaçlı oluğundan dolayı bir iş parçası olarak kullanılmazlar. Harcanan temrin parçalarının maliyetleri yüksektir ve kaynakçının yetiştirilme sürecinde defalarca tekrarlanır.

Dış dünya veya madde olmadan, algıların çok gerçekçi olarak yaşanabileceğine dair günümüz teknolojisinde çok önemli örnekler bulunmaktadır. Özellikle son yıllarda büyük bir gelişme gösteren "sanal gerçeklik" kavramı, bu konuda fikir vericidir.

Sanal gerçeklik, bir konunun fiziksel olarak taşınmadan, farklı bir ortama kaydırılma kapasitesine sahip teknolojiden ileri gelir. En basit şekliyle, bilgisayarda canlandırılan üç boyutlu görüntülerin, bazı aygıtların yardımıyla insanlara "gerçek bir dünya" gibi gösterilmesidir. Bu amaçla konuyla ilgili duyu organları bir şekilde işlenerek, algılanması sağlanan ortama fiziksel ortam yerine sanal ortam denir. Bugün birçok alanda farklı amaçlarla kullanılan bu teknolojiye, bu nedenle "yapay gerçeklik", "sanal dünyalar", "sanal ortamlar" gibi isimler de verilmektedir.

Sanal gerçeklik sistemlerinin en önemli özelliği, özel aletler kullanan bir kişinin gördüğü görüntüyü gerçek zannetmesi hatta kendisini bu görüntüye kaptırmasıdır [1-3].

Sanal bir dünya oluşturmak için kullanılan aletler; görüntü sağlayan bir ekranı olan başlık, dokunma hissi veren elektronik bir eldiven, eklem hareketlerini sayısallaştıran bir konum ve oryantasyon cihazı vb aletlerdir. Sanal dünyanın oluşturulması için gerekli olan aletlerde kullanılan sistem, beş duyumuz için geçerli olan sistemle aynıdır. Örneğin, kullanıcının eline taktığı eldivenin içindeki mekanizmanın etkisiyle, parmak uçlarına bazı sinyaller verilir ve bu sinyaller beyine iletilir. Beyin bu sinyalleri yorumladığında bu kişi, çevresinde hiç olmadığı halde ipek bir halıya veya yüzeyinde birçok girinti ve çıkıntı bulunan, kabarık desenli bir vazoya dokunduğunu hissedebilmektedir.

Sanal gerçeklik yazılım ve donanımındaki performanssın artması ve fiyatların azalması ile simülatör geliştirme maliyetleri azalmış, Yalnızca uçuş simülatörleri gibi pahalı ve hayati alanlarda değil, kaynakçı eğitimi gibi konular dada uygulanmaya başlamıştır. Kaynakçı yetiştirmedeki, yukarıda bahsedilen beceri ve deneyimler, öncelikle simülatörler yardımıyla yapıldığında enerji, zaman ve maliyet açısından çok önemli kazanımlar elde edilebilir. Kaynak simülatörleri, kaynakçı adaylarının bilgisayar destekli bir platform aracılığı ile sanal ortamda kaynak uygulaması yapmasına olanak sağlar. Bu çalışmada sanal kaynak simülatörü tasarımı sunulmuştur.

2. KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ

Bilgisayar ve yazılım teknolojilerindeki gelişmelerle, eğitim ve öğretime bilgisayar destekli eğitim kavramı girmiştir. Araştırmacılar eğitimin kalitesini, verimliliğini artırmak ve eğitim süresini düşürmek, eğitimde kullanılan malzeme ve aletlerin maliyetini düşürmek için simülatörler geliştirmektedirler. Kaynakçı eğitimini içinde simülatörler geliştirilmiştir. Geliştirilen kaynak simülatörleri döneminin yazılım ve donanım teknolojilerine göre çeşitli özelliklere sahiptirler.

Page 3: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

2.1. Eski Nesil Kaynak Simülatörleri Wu ve arkadaşları [4-5] tarafından yapılan iki ayrı çalışmada kaynak simülatörünün eğitime katkısı incelenmiştir. Mesleki eğitimde önemli bir yer alan ve eğitimi oldukça pahalı olan kaynakçıların eğitimi geliştirilen bir kaynak simülatörü vasıtası ile araştırılmıştır. Sanal ortamda yapılan, 2 yıl süren ve 220 öğrenciye uygulanan kaynak eğitimi sonucunda ıskarta oranı azaltılarak, daha az maliyet ile ve daha kaliteli kaynakların elde edildiği rapor edilmiştir. Ayrıca, Tim [6] son 10 yıldır Amerika, Kanada ve Fransa’da geliştirilip kullanımı yaygınlaştırılan kaynak simülatörlerinin öğrencilerin sanal eğitimi üzerinde yaptığı olumlu etkisi üzerine bir çalışma yapmıştır. Buradaki sanal eğitimin faydası dolayısı ile, geleneksel eğitimden önce mutlaka sanal eğitimin yapılması tavsiye edilmiştir. İlaveten, ark kaynağının nümerik simülasyonu sonlu elemanlar metodu ile üç boyutlu analiz yapılarak [7] ve gazaltı kaynağının modelleme ve simülasyonu [8] iki grup tarafından rapor edilmiştir. Kaynak simülatörleri ile ilgili olarak çeşitli bilim adamları tarafından [9-11], ark kaynağı ve bu kaynak yöntemi tarafından yapılan sanal kaynak eğitimi ile ilgili detayları üzerine çeşitli patentler alınmıştır. Ayrıca kaynak simülatöründe torcun hareketinin simülasyonunu sağlayan alet ile [12], kaynakta spotu gösteren sistem [13] üzerine de patentler vardır. Sakarya Üniversitesi’nde Yaşar Top tarafından “simülasyon ve temrinle ark kaynakçısı yetiştirme programı” isimli bir yüksek lisans tezi [14] ve daha sonra da Top ve Fındık tarafından konu ile ilgili bir makale yayınlanmıştır [15]. Bu çalışmalarda, yurtdışından ithal edilen KOSGEB’deki etkileşimi zayıf bir kaynak simülatörü kullanılarak iki farklı grupta toplam 24 öğrenci üzerinde uygulama yapılmıştır. Ark kaynağı, MIG ve TIG kaynak yöntemlerini önce sanal ortamda kullanan öğrencilerin, ardından yaptıkları gerçek uygulamalarda daha başarılı oldukları, daha kaliteli kaynaklar yaptıkları ve ıskartaya çıkarttıkları parçalarda önemli azalma olduğu saptanmıştır. Şekil 1’de eski nesil bir kaynak simülatörü görülmekte, Şekil 2’de ise kaynak simülatörünün yatay konumda kullanımı gösterilmiştir.

Şekil 1. Kaynak Simülatörü [13, 15] Şekil 2. Kaynak Simülatörünün Yatay Konumda Kullanımı [13, 15]

Page 4: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

2.2. Yeni Nesil Kaynak Simülatörleri Yeni nesil kaynak simülatörleri, bilgisayar donanım ve yazılım teknolojileri kullanılarak, sanal ortamla kullanıcı arası etkileşimin sağlandığı 3-boyutlu simülatörlerdir. Bu simülatörlerin üzerinde ilk olarak, U.S.A, Kanada ve Fransa’da geçtiğimiz 10 yıl içerisinde çalışılmaya başlanmıştır. Kullanım alanları eğitim sektörüdür. Bu simülatörler temiz, sessiz, güvenli ve hesaplıdır. Herhangi atık bir maddeye ve dumana neden olmadığı için temiz; metal plaka, elektrot veya gaz kullanılmadığı için hesaplı; kullanıcı kulaklığı dışında ses verilmediği için sessiz; ve bilgisayar sisteminin çalışması için gerekli elektrik dışında enerji kullanılmadığı için de güvenlidir. Ancak sistem bütünü ile ele alındığında, yazılımın gerçeklenip donanım ile bütünleştirilmesi zordur ve satın alınmak istendiğinde pahalıdır. 3. SİSTEMİN DONANIMI Kaynak yapan kişi kaynak aletlerini çalıştırılmasını ve kaynak sırasında bir çok görevi elleri ile gerçekleştirmesine rağmen, bilgisayar ve bilgisayar kontrollü uygulamalar için bizler, yaygın olarak klavye ve fare kullanmaktayız. Eldiven ve benzeri cihazlar, bu tür uygulamalarda zorlukları kaldırmak için geliştirilmiştir. Bu çalışmada, bir sağ el eldiveni Cyberglove™ parmak açılarından faydalanarak elin şeklini elde etmek için kullanılmıştır. Eldiven bükülme açılarını veren 18 sensöre sahiptir. Data toplama frekansı 150 Hz dir. Bu çalışmada 15 sensör kullanılmaktadır, bu sensörlerden üç tanesi başparmak, diğer parmaklarda ikişer sensör ve 4 sensörde parmak aralarında bulunmaktadır. Avuç içindeki sensörler kullanılmamıştır. Elin 3B uzayda konum ve oryantasyonunu elde etmek için, bileğe Flock of Birds® motion tracker lar monte edilmiştir. Cihaz bir verici ve alıcıdan oluşmaktadır. Etrafındaki algılaıma alanı yaklaşık 170 cm olan alıcı sabit bir konuma yerleştirilir. Verici sensör de bileğe yerleştirilir. Böylece bilek konum ve oryantasyonu elde edilir. Kaynakçının sanal kaynak ortamını izleyebilmesi için,Başa takılan(HMD-Head Mounted Display) ekran kaynak maskesi içerisine yerleştirildi.. Kullanıcının başına yerleştirilen baş oryantasyonunu izleyen cihaz ile de sahne gözlemcisine yerleştirdik. Böylece kaynakçı, başını hareket ettirdiğinde bir kameradan gerçek ortama bakıyorken nasıl görüntü elde ediyorsak, maske içerisindeki görüntüde öyle olacaktır. Stereo hoparlör sistemi ile de kullanıcıya sanal sesler verilecektir.

(a) (b) (c) Şekil 3. Etkileşim cihazları a)Eldiven, b)Başa takılan ekran, c)Konum ve oryantasyon cihazı

Page 5: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

4. SANAL MODELLERİN OLUŞTURULMASI Sanal Kaynak Simülatörü çalışmasında, öncelikle simülatörü oluşturan sanal modellerin oluşturulması gerekmektedir. Bu modeller 3B modelleme ve tasarım programlarından yararlanılarak oluşturulmaktadır. Sakarya üniversitesinde Pro/ENGINEER programı lisanslı olarak kullanıldığından, modellerin oluşturulmasında bu program tercih edilmiştir. 4.1. Veri Elde Etme Gerçeğe yakın bir sahne oluşturabilmek için 3 boyutlu modelleri oluşturulacak alet, sarf malzeme ve düzeneklerin en, boy, yükseklik verileri ve dış yüzey fotoğrafları, yapılacak kaynak türüne göre hesaplamalar sonucu veya doğrudan alınacak veriler belirlenerek gerek veri tabanına gerekse de elektronik olarak dosyalanmaktadır. 4.2. Sanal Model Oluşturma Video oyunları, animasyon film geliştiricileri ve simülatör gerçekleştiricileri, 1970 lerin sonundan beri gerçeğe yakın sanal karakterleri ve kaplaması problemleriyle uğraşmaktadırlar. Sanal modelleri geliştirmek, sırası ile, onların iskeletini gerçekleştirmek, kaplamak, anime etmek ve grafik motorlarının kabul edeceği formatta sumaktır. Bu sıra ile takip edilecek çok sayıda ara işlemlerin yürütülmesini gerektirir. Bu işlevler; modelin işlevi ve özelliklerini belirleme, Modelin karalama çizimlerinin oluşturulması, modelin 3B model tasarım programları ile gerçekleştirilmesi, görüntü işleme programları ile kaplamaların hazırlanması, modele kaplamanın giydirilmesi ve grafik motorunda etkileşime izin verecek şekilde animasyon ve sıralamalarının gerçekleştirilmesidir [17]. Bu aşamaların genel yapısı Şekil 4’te verilmiştir.

Şekil 4. Sanal modellerin oluşturulma aşamaları

Günümüzde çok sayıda profesyonel 3B model geliştirme programları(3D Studio max, Creator, Maya vb) bulunmaktadır. Bu programlar Oyun, film ve simülasyon karakterleri oluşturmada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca Pro/Enginer, Catia gibi CAD/CAM yazılımları ile üretim amaçlı 3B modeller dizayn edilmektedir. Bu modellerde diğer dosya formatlarına dönüştürülerek oyun ve film karakterleri olarak kullanılabilmektedir. Bu

E H

Verileri Elde Etme

model hazır mı?

Modelleri Kaplama

Grafik motoruna aktarım

Gerekli ayarların yapılması

Programın çalıştırılması

Son

Model Oluşturma

( 1 )

( 2 ) ( 4 )

( 3 ) ( 5 )

( 6 )

Page 6: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

çalışmada kullanılacak sahne ve modeller Pro/ENGINEER programı ile oluşturulmaktadır. Şekil 5’te 3B modelli oluşturulmuş torç verilmiştir.

(a) (b)

(c)

Şekil 5. a)MIG kaynak torcunun Pro/ENGINEER modeli (montaj resmi) b) MIG kaynak torcunun Pro/ENGINEER modeli (montaj resmi,tel kafes görüntüsü) c) MIG kaynak torcunun

Pro/ENGINEER modeli (patlatılmış montaj resmi)

4.3. Sanal Ortamın(sahnenin) Oluşturulması Oluşturulan sanal modeller, kaynak platformu sahnesi üzerine yerleştirilir. Daha önce modelleme programları ile dizayn edilen, 3B modeller, obje uzayında iken, bu objeler, sahne(dünya) uzayına yerleştirilir. Sahne üzerinde bir kısım objeler çalışma sırasında sabit, bir kısmı da dinamik olarak ayarlanır. Grafik motoru ile sahneye yerleştirilecek oyuncular(kullanıcı) ve gözlemci(kameralar) ile kullanıcı etkileşimi sağlanır. Oyuncu dinamik objeleri, giriş cihazları yardımı ile sahne deki dinamik ve/veya statik objelerle çarpışmaya tabi tutar ve fizik motoru ile hesaplanan fiziksel etkiler sahneye yansıtılır. Şekil 6 sahnenin oluşturulması ve görüntülenmesini aşamaları ile göstermektedir.

Page 7: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

Şekil 6. sahnenin oluşturulması ve görüntülenmesini aşamaları 5. SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRÜ SİSTEMİNİN GENEL YAPISI Sanal Gerçeklik sistemlerindeki programlar son derece karmaşık yazılım programlarıdır. Oyun programlarındaki yapı ve çevrimlerin benzeridir. Tek düze olay bazlı veya sıralı mantıksal programlamalardan farklı olarak simülasyon ve gerçek zamanlı bir programlamadır. Bir video oyun programı sürekli bir çevrimdir. Bir mantık çerçevesinde saniyede 30-60 görüntüyü ekrana çizen bir programdır. Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği özel ve pahalı cihazlarla arttırılmış olmasıdır. Yani oyun programlarına göre daha geniş bir yapıda olmasıdır. Günümüzde gerek oyun programcılığında gerekse sanal gerçeklik programcılığında hazır grafik motorları(Oyun Motoru, Sanal gerçeklik motoru) kullanılmaktadır. Şekil 7 de sistemin program çevrim yapısı verilmiştir. Çevrime girmeden önce, sahne, sahne üzerindeki, dinamik ve statik nesneler eklenir, oyuncular, oyuncuların hareketleri, gözlemci kameralar, gösterge yapıları oluşturulur. Çevrime girildiğinde giriş birimi dinlenir ve elde edilen verilere göre dinamik ve kinematik model denklemleri kullanılarak hesaplamalar

Sanal model 1

Dönüşüm

Sahne (dünya)

Sanal model 2

Sanal model n

Dönüşüm

Sahne Görünümü (dünya)

projeksiyon

Kırpma

Normalize

2B/3B Görüntüleme

Obje koordinat sistemi

Döndürme, ölçekleme, öteleme, aynalama ..

Sahne koordinat sistemi

Görünüm dönüşümleri

Görüntü koordinat sistemi

Projeksiyon

2B yada 3B görüntüleme

Page 8: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

yapılır ve etkileşim ile çarpışma belirlenir. Ekran ve diğer çıkış birimlerinden alınan geri beslemelere göre kullanıcı hareketlerini belirler, kaynak hızı, ses, kıvılcım efektleri oluşturulur ve yenilenir. Gerekli kaplamalar ve senkronizasyon sağlanarak ekranda gösterilir. Çıkmak istenildiğinde ise klavye fonksiyon tuşları kullanılabilir.

Şekil 7. Sistemin Program Çevrim Yapısı Simülatörü kullanarak, kaynak eğitimi gerçek bir kaynak kabini olmadan, test çubukları veya plakalarını kullanmadan (kontrollü test şartları altında) yapılır. Elle yapılan ark kaynağında gerekli olan el-göz koordinasyon yeteneklerini öğretmek için kullanılır. Şekil 8’de bu sistemin yapısı gösterilmektedir. Sistem; sanal modeller, etkileşim yazılımı, performans analizi ve test yazılımı, sanal ses üretici yazılım, giriş birimleri, çıkış birimleri ve bilgisayar modüllerinden oluşmaktadır.

İlk ayarlamaları Yapılması ve Sahnenin yüklenmesi

Giriş Birimlerinin dinlenmesi Giriş birimleri

Dinamik objerin,dinamik ve statik objelerle çarpışmalarını belirle

Sahnede gerekli değişikleri gerçekle ve görüntüle

Frame sekronizasyonu ve kaplamalarını gerçekleştir

Çıkış

Çıkış birimleri

Page 9: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

Şekil 8. Sanal kaynak simülatörü modülleri ve sistem yapısı 6. SONUÇLAR Kaynak simülatörü ile kaynak eğitimi gerek ülkemizde gerekse diğer gelişmekte olan ülkelerde çok fazla yaygın değildir. Maliyetlerinin yüksek olmasından dolayı ülkemizde çok az yerde kullanılmaktadır. Aslında kaynak eğitimi alacak kaynakçının uygulama öncesi kaynak simülatörü ile gerçeğe yakın sanal eğitim görmesi enerji, zaman ve temrin sarfiyatı gibi bir çok açıdan fayda sağlayacaktır. Buna ilaveten uygulamalı kaynak eğitimlerinde kaynak eğitimine yeni başlayan kaynakçı adaylarını elektrik çarpması, sıcak kaynak metalinden oluşan yanıklar, tecrübesizlik ve dikkatsizlikten dolayı kaynaklanan hatalar, göz alması ve gözde oluşan sağlık problemleri gibi birçok tehlike beklemektedir. Bu tehlikeler karşısında kaynakçı adayları kaynak uygulamalarına karşı moral bozukluğu, ürkeklik ve özgüvenin yitirilmesi gibi psikolojik davranışlar sergileyebilmektedirler. Kaynak simülatörü ile bu tehlikeler minimize edilebilir. Bu çalışmada düşük maliyetli sanal bir kaynak simülatörü tasarımı ve bileşenleri incelenmiştir. Teşekkür Bu makale TÜBİTAK Mühendislik Araştırma Gurubu (MAG) tarafından desteklenen 109M087 numaralı “Sanal Kaynak Simülatörü Tasarımı ve İmalatı” konulu araştırma projesi desteği ile hazırlanmıştır. Bu vesile ile başta proje koordinatörü Doç. Dr. Cemil ÖZ ve tüm proje ekibi, TÜBİTAK’a ve projenin yürütüldüğü kurum olan Sakarya Üniversitesi’ne teşekkür eder.

Page 10: SANAL KAYNAK SİMÜLATÖRLERİ TASARIMI · 2020. 5. 11. · Sanal gerçeklik programlarının, oyun programlarından ayrılan yanı ise etkileşimin kullanıcı üzerine giydiği

KAYNAKLAR

1. ELLIS, S.R., “Nature and Origin of Virtual Environments: A Bibliographic Essay, Computing Systems in Engineering, 2,4, pp.321-347, (1991).

2. ASTHEIR, P., DAI, GÖBEL, M., KRUSE, R., MÜLLER, S., ZACHMANN, G., Realism in Virtual Reality, in: Magnenat Thalmann N and thalmann D, Artificial Life and Virtual reality, John Wiley, pp. 189-209, (1994).

3. SLATER, M., USOH, M., Body Centred Interaction in Immersive Virtual Environments, in: Magnenat Thalmann N and thalmann D, Artificial Life and Virtual reality, John Wiley, pp. 125-147, (1994).

4. Wu, C., “Microcomputer-based welder training simulator”, Computers in Industry, 20, 321-325, 1992.

5. Wu, C., Wen, C., Wu, L., “A microcomputer-controlled welder training system”, Computers Education, 20 (3) 271-274, 1993.

6. Heston, T.; “Virtually welding”, The Fabricator, March 2008. 7. Hamide, M., Masoni, E., Bellet, M.; “Adaptive mesh technique for thermal metallurgical

numerical simulation of arc welding processes”, Int. J. for Numerical Methods in Eng., 73: 624-641, 2008.

8. Palani, P. K., Murugan, N.; “Modeling and simulation of wire feed rate for steady current and pulsed current gas metal arc welding using 317L flux cored wire”, Int. J. Adv. Manuf. Technol., 34: 1111-1119, 2007.

9. Denison, T. G., “Arc welding simulator”, US Patent No: 4.452.589, Jun. 5, 1984. Schow, H. B., Macy, L. A.; “Arc welding simulator trainer”, US Patent No: 3.867.769, Feb. 25, 1975.

10. Blair, B. A.; “Device for teaching and evaluating person’s skill as a welder”, US Patent No: 4.124.944, Nov.14, 1978.

11. Paton, B. E., Vasiliev, V. V. et al, “Electric-arc trainer for welders”, US Patent No : 4.716.273, Dec. 29, 1987.

12. Vasiliev, V. V., Sergei, N. D. et al, “Spark trainer for welders”, US Patent No: 4.689.021, ug.25, 1987.

13. Schow, H. B.; “Welding simulator spot designator system”, US Patent No: 4.132.014, Jan 2,1979

14. Top, Y., “Simülasyon ve temrinle ark kaynakçısı yetiştirme programı”, Yüksek Lisans Tezi, Sakarya Üniversitesi, Haziran 1997.

15. 15.Top, Y., Findik, F. “Ark kaynakçısının eğitiminde simülatör kullanımı”, Fen Bilimleri Enstitüsü Dergisi, Sakarya, 1998.

16. Choquet, C., “Today’s virtual reality solution for welders”, Certification Inc., Montreal, Quebec, Canada.

17. Franson, D., Thomas, E.,Game character design complete, using 3ds max 8 and adope photoshop cs2, ISBN-13: 978-1-59863-270-5, Thomson, (2007).