焊接模拟器的制作方法

本发明属于操作训练领域，特别涉及一种焊接模拟器。

背景技术：

目前我国焊工的培训多采用“师傅带徒弟”模式，效率不高切单一，并且学生缺少实践经验，对错误操作的认识也少，焊工学员在实际操作前缺乏练习，没有实际操作经验，极易出现错误甚至造成危险。目前预案培训和演练主要依靠实战演练，预案培训和演练的工具基本没有，而且在实战演练过程中，存在预案培训和演练过程的记录效果不好、可视化效果差。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提供一种焊接模拟器，让训练者在高度仿真的模拟环境下进行焊接技能的高效训练，通过视觉、听觉和触觉来操作完成一个好的焊缝，能够感受到真实的焊接过程，可以有效地和周围真实的环境进行互动，有效促进训练者完全投入到当前的任务中；并且，本发明可以精确地测量到操作信息，训练者可以从中学到要点并能简便有效地将这些焊接技能转化到实际的焊接工作中。

本发明所采用的技术方案如下：

一种焊接模拟器：包括实训设备，虚拟现实视觉系统和音响系统；所述实训设备包括模拟主机，分别与所述模拟主机相连的信号检测采集部分，操作工位，所述模拟主机包括焊板芯片系统、传感器及其计算系统和仿真计算系统；

所述焊板芯片系统储存有各种模拟训练可进行选择并将相应的焊接工艺参数传递给所述仿真计算系统；所述信号检测采集部分用于采集焊枪运动参数状态信息并通过所述传感器及其计算系统进行信号分析处理后传递给所述仿真计算系统；

所述仿真计算系统由数据输入模块，仿真模型模块，焊接仿真引擎和仿真结果输出模块组成；所述数据输入模块主要负责将传递来的所述焊接工艺参数和所述焊枪运动参数状态信息传递给焊接仿真模型模块和仿真引擎模块；所述仿真模型模块主要负责对工件、焊枪等焊接仿真环境进行静态几何建模,完成焊缝模拟、各种特效的3D图形渲染并通过所述虚拟现实视觉系统和所述音响系统呈现给训练者；所述焊接仿真引擎主要探寻焊接工艺、焊枪运动状态参数和焊缝横截面几何参数之间的关系；所述仿真结果输出模块包括评价系统模块和其它功能子模块，主要负责实时监测仿真状态，输出动态仿真结果，分析、评价仿真过程数据。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进：

进一步，所述信号检测采集部分包括空间位置测量模块和六轴角传感终端。空间位置测量模块的空间测量动态精度<＝1MM，空间测量范围>＝2000MM；六轴角传感终端具有六方位角度测量功能，测量动态精度<＝0.05度。

进一步，所述模拟主机上设置有进行电流电压等参数设置的旋钮，所述旋钮与真实焊机主机上的旋钮相同。

进一步，所述操作工位有多台且多台所述操作工位有分别与所述模拟主机相连。一台设备可提供多个焊接操作工位，可同时进行模拟训练，大大提高了使用效率。

进一步，所述虚拟现实视觉系统包括VR主控机及VR焊接头盔。在VR主控机的显示器及VR焊接头盔中都会显示与正在训练项目相关的辅助功能，这些辅助功能显示，可以让学员快速的掌握运弧时的手法，及时的调整纠正在运弧时手部动作、移动速度、行走角度、干伸长度等重要细节，在焊接完成时系统会马上对整个焊接过程参数进行错误标记，让学员直观的了解自己的不足，同时这些参数将会被传送至学员数据库中，以便在日后进行反复学习和研究。

进一步，还包括教师端管理系统，所述实训设备有多台，所述教师端管理系统通过网络无线分别连接多台所述实训设备进行远程监控和管理。即可以同时监控实训数据并控制多个实训设备的注册、练习、考核、焊接录像等功能，也可以点对点的方式对单台实训设备进行训练状态的监控和控制，可以将任意学员的实训焊接信息在管理系统上进行再现，教师可通过教学投影设备对多个学员教学讲解及管理系统内容的推送，并也将学员的数据信息及操作内容连接至远程的校园网络及互联网络。

进一步，还包括云服务器，所述云服务器分别与所述教师端管理系统和所述模拟主机相连可以将数据上传互联网，实现数据共享。老师与学员的焊接录像可通过网络分享给其它任意学员进行回看，同时优秀的焊接录像还可下载导入进行实时对比焊接学习及训练。

与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：

1、本发明通过视觉、听觉和触觉三方面让训练者在高度仿真的模拟环境下进行焊接技能的高效训练。使用3D立体视觉进行焊接模拟训练，与现实中人用双眼来进行空间位置的识别一样，受训者通过立体头盔显示的立体画面可以直观的识别到枪与焊件的空间距离，这种立体视觉训练符合人类视觉定位的传统经验让训练真实度极大提高。通过音响系统模拟真实声音。并且，在真实物理存在的试件上进行焊接操作，训练者可以感受到现实焊接中的各类触觉感受，这极大地增强了模拟的真实性。

2、本发明通过空间位置测量模块和六轴角传感终端能够精确捕捉训练者操作时的焊枪姿态数据，如角度、速度、距离等，记录分析其操作，精确的焊位信息所创建的评分记录，可以帮助训练者提高技能，快速转化为实操能力。

附图说明

图1为本发明一实施例所述的焊接模拟器的结构示意图；

图2为本发明一实施例所述的仿真计算系统的结构示意图；

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细说明。根据权利要求书和下面的说明，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例

一种焊接模拟器，如图1和图2所示，包括教师端管理系统，多台实训设备，虚拟现实视觉系统和音响系统；所述教师端管理系统通过网络无线分别连接多台所述实训设备进行远程监控和管理。即可以同时监控实训数据并控制多个实训设备的注册、练习、考核、焊接录像等功能，也可以点对点的方式对单台实训设备进行训练状态的监控和控制，可以将任意学员的实训焊接信息在管理系统上进行再现，教师可通过教学投影设备对多个学员教学讲解及管理系统内容的推送，并也将学员的数据信息及操作内容连接至远程的校园网络及互联网络。

所述实训设备包括模拟主机，分别与所述模拟主机相连的信号检测采集部分，操作工位，所述操作工位配有模拟焊枪，所述操作工位有多台且分别与所述模拟主机相连。这样一来，一台设备可提供多个焊接操作工位，可同时进行模拟训练，大大提高了使用效率。

所述模拟主机包括焊板芯片系统、传感器及其计算系统和仿真计算系统；

所述焊板芯片系统储存有各种模拟训练可进行选择并将相应的焊接工艺参数传递给所述仿真计算系统。

所述信号检测采集部分包括空间位置测量模块和六轴角传感终端；空间位置测量模块的空间测量动态精度<＝1MM，空间测量范围>＝2000MM；六轴角传感终端具有六方位角度测量功能，测量动态精度<＝0.05度。能够精确采集焊枪运动参数状态信息并通过所述传感器及其计算系统进行信号分析处理后传递给所述仿真计算系统。

所述仿真计算系统由数据输入模块，仿真模型模块，焊接仿真引擎和仿真结果输出模块组成；所述数据输入模块主要负责将传递来的所述焊接工艺参数和所述焊枪运动参数状态信息传递给焊接仿真模型模块和仿真引擎模块。

所述仿真模型模块主要负责对工件、焊枪等焊接仿真环境进行静态几何建模，完成焊缝模拟、烟、光照、火光、阴影、光照等的3D图形渲染并通过所述虚拟现实视觉系统和所述音响系统呈现给训练者；虚拟现实视觉系统主要包括VR主控机及VR焊接头盔。

所述焊接仿真引擎主要探寻焊接工艺、焊枪运动状态参数和焊缝横截面几何参数之间的关系；所述仿真结果输出模块包括评价系统模块和其它功能子模块，主要负责实时监测仿真状态，输出动态仿真结果，分析、评价仿真过程数据并在在VR主控机的显示器及VR焊接头盔中都会显示。这些辅助功能显示，可以让学员快速的掌握运弧时的手法，及时的调整纠正在运弧时手部动作、移动速度、行走角度、干伸长度等重要细节，在焊接完成时系统会马上对整个焊接过程参数进行错误标记，让学员直观的了解自己的不足，同时这些参数将会被传送至学员数据库中，以便在日后进行反复学习和研究。

在一优选方案中，还包括云服务器，所述云服务器分别与所述教师端管理系统和所述模拟主机相连可以将数据上传互联网。实现数据共享。老师与学员的焊接录像可通过网络分享给其它任意学员进行回看，同时优秀的焊接录像还可下载导入进行实时对比焊接学习及训练。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。