[发明专利]一种可视化横焊位焊接操作系统及其操作方法

权利要求书

1.一种可视化横焊位焊接操作系统，其特征在于，包括：控制柜（20）、触摸屏显示器（21）、支撑架（22）、模拟试板（10）、模拟焊条（11）和模拟头盔（27）；模拟试板（10）固定在调节杆（25）上，调节杆（25）固定在支撑架（22）上；调节杆（25）上固定有电磁式位置跟踪器发射器（23），模拟焊条（11）上安装有电磁式位置跟踪器接收器（24）；电磁式位置跟踪器的控制器连接电磁式位置跟踪器发射器（23）和电磁式位置跟踪器接收器（24），控制柜（20）连接触摸屏显示器（21）；模拟头盔（27）连接控制柜（20），其上安装有用于显示模拟焊接虚拟场景的视频眼镜。

2.根据权利要求1所述的可视化横焊位焊接操作系统，其特征在于，模拟操作时，模拟焊条（11）在模拟试板（10）上进行模拟焊接，电磁式位置跟踪器的控制器控制电磁式位置跟踪器发射器（23）不断发出电磁波，模拟焊条（11）上的电磁式位置跟踪器接收器（24）接收电磁式位置跟踪器发射器（23）发出的电磁波并将接收到的信号传送给控制柜（20），控制柜（20）根据电磁式位置跟踪器接收器（24）接收到的信号判断出模拟焊条（11）在模拟焊接时的空间角度和坐标，控制柜（20）通过该空间角度和坐标数据实时在触摸屏显示器（21）和模拟头盔（27）的视频眼镜上模拟出模拟焊接图像。

3.根据权利要求2所述的可视化横焊位焊接操作系统，其特征在于，横焊焊接时，在模拟试板（10）的焊接区域内焊接时绘制大量的静态三角形拼接成网格焊道平面，来构成熔池（12）与焊缝（13）区域；

实时采集焊接电流I、焊接电压U、三角形网格点与电弧中心y方向的距离R_y和三角形网格点与电弧中心z方向的距离R_z，通过公式1控制熔池范围内的三角形网格点坐标变化，模拟出熔池的形状；其中，y方向为焊缝的宽度方向，z方向为焊条的移动方向，x方向为焊缝的深度方向；

Δx=k1exp(-c1((Ry2-c2Ry)by2+Rz2cz2))]]>        （公式1）

公式1中：Δx为x方向上熔池向负方向凹陷的幅度；k₁为控制熔池凹陷速率的系数，取值为0.5-5；c₁为椭球修正系数，取值为1.2；R_y为三角形网格点与电弧中心y方向的距离；b_y为椭球的短半轴，控制熔池金属的宽度；c₂为熔池金属在重力方向的偏移修正量，取值为2；R_z为三角形网格点与电弧中心z方向的距离；c_z为椭球的长半轴，控制熔池金属的长度；

b_y=1.875U+0.1I                    （公式2）

c_z=1.2b_y                    （公式3）

其中，U为焊接电压、I为焊接电流；

通过公式4控制熔池（12）范围以外已被焊接过的范围内的三角形网格点坐标变换，模拟出焊缝（13）的形状；

Δx=k2exp[-c3(Ry2-c2Ryay)]]]>          （公式4）

公式4中，Δx为x方向上焊缝厚度增量；k₂为控制焊缝生长快慢的系数，取值为0.5-2；c₃为可调系数，取值为3；c₂为重力修正系数，取值为2；R_y为三角形网格点距离电弧中心y方向的距离；a_y为可调系数，控制焊缝生长的宽度；a_y=b_y。