[发明专利]一种可视化横焊位焊接操作系统及其操作方法

说明书

技术领域：

本发明属于可视化焊接领域，特别涉及一种可视化横焊位焊接操作系统及其操作方法。

背景技术

掌握良好的焊接技术是保证和提高焊接产品质量的一个重要环节。为提高掌握焊接技术效率，将计算机多媒体技术、虚拟现实技术运用到可视化焊接操作系统，开发节能环保、经济高效、低碳清洁、实用可靠的可视化焊接技术是当前焊接研究面临的新课题。

可视化焊接是近几年来新兴的研究领域，系统采用虚拟现实技术，将计算机图形学和图像处理相结合，给焊接操作者构造虚拟三维焊接场景，将操作者的操作信息传给计算机，经过计算机识别并合成出三维图像在显示设备上显示出来，从而模拟操作过程。虚拟三维环境给焊接操作者构造了一个具有沉浸感的焊接空间。在可视化焊接中运用虚拟现实技术具有很重要的现实意义，是提高焊接操作学习效率，直观地理解焊接操作的有效措施。

国内现有的类似专利有：CN101419755A提供了一种多功能焊接模拟训练装置；CN1909020A提出了一种氩弧焊焊接操作模拟培训装置；CN101719333A提出了一种平板堆焊成形过程模拟与仿真的网格实现方法。

横焊位焊接是指在垂直或倾斜平面上水平方向的焊接工艺；它是较难掌握的一种焊接工艺，在实际焊接学习中需要消耗大量的材料和时间反复地摸索，才能掌握横焊位焊接操作基本技能。在焊条电弧焊横焊位焊接过程的可视化焊接方面还是空白。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可视化横焊位焊接操作系统及其操作方法；使焊接操作者在可视化横焊位焊接操作系统中进行横焊位焊接的操作，提高焊接操作者的横焊位焊接操作能力。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种可视化横焊位焊接操作系统，包括：控制柜、触摸屏显示器、支撑架、模拟试板、模拟焊条和模拟头盔；模拟试板固定在调节杆上，调节杆固定在支撑架上；调节杆上固定有电磁式位置跟踪器发射器，模拟焊条上安装有电磁式位置跟踪器接收器；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和电磁式位置跟踪器接收器，控制柜连接触摸屏显示器；模拟头盔连接控制柜，其上安装有用于显示模拟焊接虚拟场景的视频眼镜。

本发明进一步的改进在于：模拟操作时，模拟焊条在模拟试板上进行模拟焊接，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不断发出电磁波，模拟焊条上的电磁式位置跟踪器接收器接收电磁式位置跟踪器发射器发出的电磁波并将接收到的信号传送给控制柜，控制柜根据电磁式位置跟踪器接收器接收到的信号判断出模拟焊条在模拟焊接时的空间角度和坐标，控制柜通过该空间角度和坐标数据实时在触摸屏显示器上模拟出模拟焊接图像。

本发明进一步的改进在于：横焊焊接时，在模拟试板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，来构成熔池与焊缝区域；

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；