一种焊接操作模拟器用实时定位系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及焊接过程中定位的技术领域，特别涉及一种焊接操作模拟器用实时定位系统。
【背景技术】
[0002]焊接是一种非常普及的工业加工方法，它广泛应用于各种企业生产场合，如汽车制造、船舶制造、工程机械制造等。手工焊接方法因其方便、灵活的优点，仍然具有不可替代的作用，但是以往的培训效果受人为因素影响较大，同时培训环境较为恶劣，训练过程需要消耗大量的焊条、试板和电力资源。虚拟现实技术给焊接领域的人才培训带来了新的思路，克服了上述种种弊端，使培训过程更加科学、高效。
[0003]定位系统是焊接操作模拟器中一个十分核心的部分，直接关系到焊接模拟环境的真实程度，很大程度上影响着用户在整个虚拟场景中的操作体验。
[0004]中国发明专利申请CN1909020A(申请号:200610012956.3)和实用新型专利申请CN202748980U(申请号:201220433892.0)分别公开了氩弧焊焊接操作模拟培训装置和一种模拟焊接培训用模拟焊钳。相对于其采用的两点定位方式，本实用新型提到的方法在保证定位精度的前提下，减少了计算过程，实现起来更加高效、快速。
[0005]但是现有技术的焊接定位方法定位不精确，使用不方便。
【实用新型内容】
[0006]有鉴于此，本实用新型提供一种能够兼容各种浏览器并且使用方便的基于浏览器直接使用的图形工作流设计器及其设计方法。
[0007]—种焊接操作模拟器用实时定位系统，其包括主控计算机、显示器、双摄像头、九轴传感器；
[0008]主控计算机同时与显示器、九轴传感器、双摄像头电连接；
[0009]双摄像头用于采集模拟焊枪的平面图像，并将平面图像发送到主控计算机；
[0010]九轴传感器用于实时采集模拟焊枪的重力加速度在各加速度敏感轴方向上的夹角，并将夹角数据发送到主控计算机；
[0011]主控计算机用于接收平面图像，并从图像中提取反映模拟焊枪的空间位置的特征点，获得特征点的三维坐标;还用于从九轴传感器处获得夹角数据，并将三维坐标与夹角数据进行融合，得到模拟焊枪的实时定位三维模型，并将实时定位三维模型发送给显示器；
[0012]显示器用于接收并显示实时定位三维模型。
[0013]在本实用新型所述的焊接操作模拟器用实时定位系统中，所述双摄像头为两个CMOS网络USB摄像机。
[0014]在本实用新型所述的焊接操作模拟器用实时定位系统中，所述九轴传感器包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪与三轴磁场计。
[0015]本实用新型提供的焊接操作模拟器用实时定位系统，通过利用双摄像头采集模拟焊枪的图像;根据模拟焊枪上特征点在双摄像头中形成的图像的位置不同，利用主控计算机得出该点在三维空间的位置;利用九轴传感器对模拟焊枪的实时姿态进行检测;将空间位置信息和姿态信息进行融合，实现实时定位。本实用新型中使用的方法简单快速，准确度较高，抗干扰性强，有着广泛的应用前景。
【附图说明】
[0016]图1为本实用新型实施例的焊接操作模拟器用实时定位系统的结构框图；
[0017]图2为本实用新型实施例的焊接操作模拟器用实时定位系统的工作原理图；
[0018]图3是本实用新型实施例中双摄像头成像模型示意图；
[0019]图4是本实用新型实施例中九轴传感器姿态捕捉原理图。
【具体实施方式】
[0020]如图1所示，一种焊接操作模拟器用实时定位系统，其包括主控计算机10、显示器20、双摄像头40、九轴传感器30。优选地，所述双摄像头40为两个CMOS网络USB摄像机。优选地，所述九轴传感器30包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪与三轴磁场计。
[0021]主控计算机10同时与显示器20、九轴传感器30、双摄像头40电连接。
[0022]双摄像头40用于采集模拟焊枪的平面图像，并将平面图像发送到主控计算机10。
[0023]九轴传感器30用于实时采集模拟焊枪的重力加速度在各加速度敏感轴方向上的夹角，并将夹角数据发送到主控计算机10。
[0024]主控计算机10用于接收平面图像，并从图像中提取反映模拟焊枪的空间位置的特征点，获得特征点的三维坐标;还用于从九轴传感器30处获得夹角数据，并将三维坐标与夹角数据进行融合，得到模拟焊枪的实时定位三维模型，并将实时定位三维模型发送给显示器20。
[0025]显示器20用于接收并显示实时定位三维模型。
[0026]如图2所示，为了获得模拟焊枪的位置信息，采用了图像检测的方法，首先分别对双摄像头40进行标定，目前关于摄像机标定的方法已经比较成熟，这里就不在赘述。通过双摄像头40同时捕捉目标(该目标为模拟焊枪)的图像，主控计算机10经过图像转换和滤波，从拍摄的图像中提取出反映模拟焊枪空间位置的特征点(即红外发射点)，根据该点的像坐标，计算得到特征点的三维坐标。同时，通过九轴传感器30可以实时采集模拟焊枪的倾斜角度信息。然后，将位置和姿态信息进行融合，主控计算机10可以采用OpenGL接口在Uni ty3D建立的虚拟场景中实时显示模拟焊枪的三维模型，并将模拟焊枪的三维模型发送到显示器20进行显示。
[0027]图3为双摄像头40成像模型示意图，空间点M在两台摄像机成像平面上的成像位置分别为图中的ml和m2。可以看出，空间点M的位置是由其在两台摄像机成像平面上的成像点和摄像机光学中心点的连线相交得到的，成像位置是唯一的，在像平面上建立坐标系，即可得到目标点的像坐标。
[0028]图4为九轴传感器30姿态捕捉原理图。将九轴传感器30固定在模拟焊枪上，在相对静止的状态下，当物体的姿态发生变化时，九轴传感器303个加速度敏感轴分别输出重力在其相应方向产生的重力分量信号，分量的大小与3个轴方向同竖直方向的夹角有关，这样就可以得到模拟焊枪的角度姿态信息。但是单独使用加速度计不能提供系统姿态的可靠估计，误差较大。所以本实用新型采用九轴传感器30，包括三轴加速度传感器，三轴陀螺仪与三轴磁场计，准确度大大提升。
[0029]本实用新型定位速度快，而且误差较小，准确度较高。
[0030]可以理解的是，对于本领域的普通技术人员来说，可以根据本实用新型的技术构思做出其它各种相应的改变与变形，而所有这些改变与变形都应属于本实用新型权利要求的保护范围。
【主权项】
1.一种焊接操作模拟器用实时定位系统，其特征在于，其包括主控计算机、显示器、双摄像头、九轴传感器； 主控计算机同时与显示器、九轴传感器、双摄像头电连接； 双摄像头用于采集模拟焊枪的平面图像，并将平面图像发送到主控计算机； 九轴传感器用于实时采集模拟焊枪的重力加速度在各加速度敏感轴方向上的夹角，并将夹角数据发送到主控计算机； 主控计算机用于接收平面图像，并从图像中提取反映模拟焊枪的空间位置的特征点，获得特征点的三维坐标;还用于从九轴传感器处获得夹角数据，并将三维坐标与夹角数据进行融合，得到模拟焊枪的实时定位三维模型，并将实时定位三维模型发送给显示器；显示器用于接收并显示实时定位三维模型。2.如权利要求1所述的焊接操作模拟器用实时定位系统，其特征在于，所述双摄像头为两个CMOS网络USB摄像机。3.如权利要求1所述的焊接操作模拟器用实时定位系统，其特征在于，所述九轴传感器包括三轴加速度传感器、三轴陀螺仪与三轴磁场计。
【专利摘要】一种焊接操作模拟器用实时定位系统，其包括主控计算机、双摄像头、九轴传感器；主控计算机同时与显示器、九轴传感器、双摄像头电连接；双摄像头用于采集模拟焊枪的平面图像，并将平面图像发送到主控计算机；九轴传感器用于实时采集模拟焊枪的重力加速度在各加速度敏感轴方向上的夹角，并将夹角数据发送到主控计算机；主控计算机用于接收平面图像，并从图像中提取反映模拟焊枪的空间位置的特征点，获得特征点的三维坐标；还用于从九轴传感器处获得夹角数据，并将三维坐标与夹角数据进行融合，得到模拟焊枪的实时定位三维模型，并将实时定位三维模型发送给显示器；显示器用于接收并显示实时定位三维模型。
【IPC分类】G09B9/00
【公开号】CN205318660
【申请号】CN201520986727
【发明人】王国贤, 颜槐, 谢浩, 李伟
【申请人】武汉科码软件有限公司
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年12月2日