專利名稱：CO₂氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器的制作方法
CO2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于焊接模擬與仿真培訓(xùn)領(lǐng)域，特別涉及一種(X)2氣體保護(hù)焊操作訓(xùn)練模擬裝置。
背景技術(shù)：
CO2氣體保護(hù)焊是上個(gè)世紀(jì)50年代發(fā)展起來的一種新的焊接技術(shù)。半個(gè)多世紀(jì)以來，它已發(fā)展為一種重要的熔焊方法。廣泛應(yīng)用與汽車工業(yè)，工程機(jī)械制造業(yè)，造船業(yè)，機(jī)車制造業(yè)，電梯制造業(yè)，鍋爐壓力容器制造業(yè)，各種金屬結(jié)構(gòu)和金屬加工機(jī)械的生產(chǎn)。CO2氣體保護(hù)焊作為一種高效率的焊接方法，在我國(guó)工業(yè)經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域獲得了廣泛的運(yùn)用。尤其是近幾年，中國(guó)成為“世界工廠”后，大量的外貿(mào)金屬加工、鋼結(jié)構(gòu)行業(yè)大力發(fā)展，CO2氣體保護(hù)焊以其高生產(chǎn)率(比手工焊高1 3倍)、焊接變形小和高性價(jià)比的特點(diǎn)，得到了前所未有的普及，成為最優(yōu)先選擇的焊接方法之一。CO2氣體保護(hù)焊按操作方法， 可分為自動(dòng)焊和半自動(dòng)焊兩種。對(duì)于較長(zhǎng)的直線焊縫和規(guī)則的曲線焊縫，可采用自動(dòng)焊；對(duì)于不規(guī)則或曲折的焊縫，則采用半自動(dòng)焊，目前生產(chǎn)上應(yīng)用最多的是半自動(dòng)焊。而作為半自動(dòng)焊的主要實(shí)施者(手握焊槍施焊)，焊工操作技術(shù)在很大程度上決定著這門技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。傳統(tǒng)(X)2氣體保護(hù)焊焊接培訓(xùn)是一個(gè)高投入的過程，需要消耗大量的試件和焊材， 而且指導(dǎo)教師水平的差異對(duì)規(guī)范焊工操作及技能的提高產(chǎn)生重要的影響。同時(shí)，實(shí)際焊接操作環(huán)境中的弧光、飛濺、煙塵等，對(duì)新學(xué)員的身體和學(xué)習(xí)都造成影響。隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，借助計(jì)算機(jī)技術(shù)改造傳統(tǒng)焊接培訓(xùn)，對(duì)于降低電焊工培訓(xùn)成本，創(chuàng)造良好的培訓(xùn)環(huán)境具有重要的意義。焊接模擬培訓(xùn)可使焊工在模擬操作臺(tái)上，置身于仿真的焊接環(huán)境之中，進(jìn)行焊接模擬訓(xùn)練，掌握和學(xué)習(xí)正確的基本操作技能，為進(jìn)行實(shí)際的焊接操作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。 然而，現(xiàn)在還沒有一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器能夠供初級(jí)(X)2氣體保護(hù)焊焊工進(jìn)行入門和改進(jìn)訓(xùn)練。

發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提供一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，供初級(jí)(X)2氣體保護(hù)焊焊工進(jìn)行入門和改進(jìn)訓(xùn)練。為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案—種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，包括控制柜、操作臺(tái)和模擬焊槍；所述模擬焊槍包括焊槍桿、把柄、弧形塑料罩、電觸筆、彈簧、移動(dòng)銅片、電感接近開關(guān)、傾角傳感器和噴嘴；電觸筆一端固定連接移動(dòng)銅片，電觸筆穿過噴嘴中心，噴嘴與移動(dòng)銅片之間通過彈簧連接；焊槍桿一端安裝有電感接近開關(guān)，另一端安裝有雙軸傾角傳感器；一絕緣筒一端套設(shè)于噴嘴外周，另一端套設(shè)于安裝有電感接近開關(guān)的焊槍桿外周；弧形塑料罩一端連接安裝有雙軸傾角傳感器的焊槍桿，另一端連接把柄；電感接近開關(guān)和雙軸傾角傳感器連接控制柜內(nèi)的計(jì)算機(jī)；操作臺(tái)包括一作為焊接試板的觸摸屏，該觸摸屏連接控制柜內(nèi)的計(jì)算機(jī)。
所述絕緣筒為一尼龍環(huán)。所述操作臺(tái)還包括外殼和支撐架，所述觸摸屏安裝于所述外殼中，所述外殼安裝于所述支撐架上；所述支撐架上設(shè)有調(diào)節(jié)觸摸屏高度的與水平面之間傾斜角的位置調(diào)節(jié)裝置。所述位置調(diào)節(jié)裝置能夠調(diào)節(jié)觸摸屏與水平面之間的夾角呈0°、10°、15°、20°、 25° 或 30°。所述(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器還包括一頭盔，所述頭盔包括模擬面罩和安裝在模擬面罩上的視頻眼鏡，所述視頻眼鏡連接控制柜內(nèi)計(jì)算機(jī)的視頻接口。電感接近開關(guān)通過數(shù)據(jù)采集卡連接計(jì)算機(jī)，雙軸傾角傳感器通過RS232轉(zhuǎn)485接口連接計(jì)算機(jī)，觸摸屏通過OpenGL接口連接計(jì)算機(jī)。所述采集卡的型號(hào)為PCI-9112 ；所述雙軸傾角傳感器的型號(hào)為CS-2TAS-02 ；所述電感式接近開關(guān)的量程為l-8mm。所述(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器還包括連接所述計(jì)算機(jī)的鍵盤、鼠標(biāo)和音箱。觸摸屏采集的模擬焊槍在其上運(yùn)動(dòng)的二維軌跡實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)，電感接近開關(guān)采集的噴嘴與觸摸屏之間距離的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)，雙軸傾角傳感器采集的模擬焊槍的焊接角度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)接根據(jù)接收到的模擬焊槍在觸摸屏上運(yùn)動(dòng)的二維軌跡數(shù)據(jù)、噴嘴與觸摸屏之間距離的數(shù)據(jù)和模擬焊槍的焊接角度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)在觸摸屏上顯示模擬焊接畫面。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明CO2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，適用于焊工焊接操作的入門、改進(jìn)和提高訓(xùn)練；模擬器通過在模擬焊槍上合理的設(shè)置傳感器，以觸摸屏為焊板進(jìn)行模擬焊接，觸摸屏通過OpenGL中的相關(guān)鼠標(biāo)事件函數(shù)獲得焊槍移動(dòng)的實(shí)時(shí)軌跡并傳遞給計(jì)算機(jī)；設(shè)置于模擬焊槍中的傳感器能夠?qū)崟r(shí)采集模擬焊槍模擬焊接時(shí)的弧長(zhǎng)和焊接傾角傳遞給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，在觸摸屏上實(shí)時(shí)呈現(xiàn)焊接畫面。本發(fā)明模擬器可以實(shí)現(xiàn)二氧化碳?xì)怏w保護(hù)焊的操作培新，沒有了真實(shí)焊接過程中的煙塵、強(qiáng)光和飛濺，但也可以在虛擬的場(chǎng)景中感受到真正的焊接過程；使學(xué)員同樣能夠掌握焊接手感，提高焊接技巧，又能大大降低培訓(xùn)成本，安全、高效。

圖1為本發(fā)明總體的原理框圖；圖2為本發(fā)明模擬器的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明操作臺(tái)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4為本發(fā)明模擬焊槍的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5為圖4的分體圖；圖6為本發(fā)明頭盔的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述。本發(fā)明將虛擬現(xiàn)實(shí)、傳感技術(shù)以及視景仿真等技術(shù)結(jié)合在一起，在研究CO2氣體保護(hù)焊操作的原理和特點(diǎn)基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了基于觸摸屏的二維鼠標(biāo)式檢測(cè)系統(tǒng)。另外通過在模擬焊槍中安裝的電感接近開關(guān)及傾角傳感器，獲得焊槍端部與觸摸屏的距離(即模擬電弧長(zhǎng)度)和焊槍的傾角數(shù)據(jù)，最終完成焊槍五個(gè)自由度的檢測(cè)。在特定的熔池模型下，通過對(duì)采集到的以上焊接參數(shù)的處理和分析，生成基于OpenGL的實(shí)時(shí)虛擬焊接場(chǎng)景，包括焊接環(huán)境的模擬、焊縫模擬、弧光以及飛濺模型，最終完成對(duì)焊接行為的模擬。圖1為本發(fā)明模擬器的工作原理框圖，該裝置分為硬件平臺(tái)和軟件平臺(tái)兩部分。 硬件平臺(tái)提供模擬焊條位置的高精度檢測(cè)，軟件平臺(tái)的作用是對(duì)硬件平臺(tái)采集的焊條數(shù)據(jù)進(jìn)行處理與分析，重建三維場(chǎng)景，這個(gè)三維場(chǎng)景是與焊接操作過程互動(dòng)的，焊接的操作過程都將真實(shí)反映在三維場(chǎng)景中，并且場(chǎng)景中提供了與真實(shí)焊接過程一樣的弧光、飛濺、焊條熔化、熔池形成等景象，這些景象是計(jì)算機(jī)根據(jù)焊工事先設(shè)定的工藝參數(shù)和采集到的焊工操作數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)生成的，并輸出焊接操作的模擬焊縫與效果評(píng)價(jià)，為用戶提供良好的人機(jī)界面。請(qǐng)參閱圖2至圖6所示，本發(fā)明模擬器的硬件平臺(tái)主要包括控制柜1、操作臺(tái)2、 模擬焊槍3和頭盔顯示器4。(1)模擬焊接操作臺(tái)請(qǐng)參閱圖3所示，模擬焊接操作臺(tái)2包括觸摸屏21、鍵盤22、鼠標(biāo)23、音箱24、支撐架25和外殼沈，模擬焊槍3固定在外殼沈旁側(cè)；在模擬焊接操作時(shí)，觸摸屏21當(dāng)成焊接試板，操作者手持模擬焊槍3在觸摸屏21上實(shí)施焊接。此外根據(jù)操作者的不同需要，通過操作臺(tái)2后面的位置調(diào)節(jié)裝置調(diào)節(jié)操作臺(tái)的高度及角度。由于所采用的傾角傳感器用于測(cè)量在靜態(tài)環(huán)境下物體相對(duì)于水平面的傾斜度，其量程為士60°，考慮焊接時(shí)焊槍3傾角(包括俯仰及傾滾角)在士30°以內(nèi)，所以觸摸屏21平面與水平面的夾角應(yīng)為0-30°。調(diào)節(jié)的角度為0°、10°、15°、20°、25°和30°六種。每次調(diào)整后，需在系統(tǒng)界面上選擇依此該次焊接操作的焊板角度。(2)模擬焊槍請(qǐng)參閱圖4及圖5所示，模擬焊槍3主要包括焊槍桿30、把柄31、弧形塑料罩32、 尼龍環(huán)33、電觸筆34、彈簧35、移動(dòng)銅片36、電感接近開關(guān)37、傾角傳感器38和噴嘴39。尼龍環(huán)33的材質(zhì)為尼龍66，其絕緣并具強(qiáng)度高。電觸筆34 —端固定連接移動(dòng)銅片36，電觸筆34穿過噴嘴39中心，噴嘴39與移動(dòng)銅片36之間安裝有彈簧35，彈簧35為拉簧；焊槍桿30 —端安裝有電感接近開關(guān)37，另一端安裝有雙軸傾角傳感器38 ；尼龍環(huán)33 —端套設(shè)于噴嘴39外周，另一端套設(shè)于安裝有電感接近開關(guān)37的焊槍桿30外周，安裝好后，雙軸傾角傳感器38相對(duì)于電觸筆34垂直安裝；移動(dòng)銅片36可以在尼龍環(huán)33內(nèi)運(yùn)動(dòng)；弧形塑料罩 32 一端連接安裝有雙軸傾角傳感器38的焊槍桿30，另一端連接把柄31，使把柄31與焊槍桿30之間模擬真實(shí)焊槍具有一定的弧度。模擬焊槍3的外形與真實(shí)焊槍幾乎相同，這增強(qiáng)了模擬的真實(shí)性。焊槍3端部的模擬焊絲是電觸筆34，它的主要作用是在模擬焊接操作的時(shí)與觸摸屏21接觸，觸摸屏21通過OpenGL中的相關(guān)鼠標(biāo)事件函數(shù)獲得焊槍3移動(dòng)的實(shí)時(shí)軌跡并傳遞給計(jì)算機(jī)。安裝在焊槍3內(nèi)部的電感接近開關(guān)37及傾角傳感器38，通過數(shù)據(jù)采集卡獲得焊槍3端部與觸摸屏21的距離(即模擬電弧長(zhǎng)度)和焊槍3的傾角信號(hào)。本發(fā)明中，焊槍桿30、電觸筆34、彈簧35、移動(dòng)銅片36、電感接近開關(guān)37、傾角傳感器38和噴嘴39同軸設(shè)置；本裝置采用的是西安中星測(cè)控公司的CS-2TAS-02型數(shù)字雙軸傾角傳感器(測(cè)量范圍橫滾角士60° ；俯仰角士60° )，它是基于MEMS技術(shù)的傳感器，用于測(cè)量在靜態(tài)環(huán)境下物體相對(duì)于水平面的傾斜度。傾角傳感器38測(cè)得的傾角即焊接角度數(shù)據(jù)通過RS232轉(zhuǎn)485接口傳遞給計(jì)算機(jī)。噴嘴39到觸摸屏21的距離近似于焊接過程中的電弧長(zhǎng)，對(duì)該距離的測(cè)量采用的是電感接近開關(guān)37。電感式接近開關(guān)37屬于一種有開關(guān)量輸出的位置傳感器，它由LC高頻振蕩器和放大處理電路組成，利用金屬物體在接近這個(gè)能產(chǎn)生電磁場(chǎng)的振蕩感應(yīng)頭時(shí)， 使物體內(nèi)部產(chǎn)生渦流。這個(gè)渦流反作用于接近開關(guān)，使接近開關(guān)振蕩能力衰減，內(nèi)部電路的參數(shù)發(fā)生變化，由此識(shí)別出有無金屬物體接近，進(jìn)而控制開關(guān)的通或斷。本模擬器采用的接近開關(guān)量程為l-8mm，與二氧化碳?xì)獗：傅幕￠L(zhǎng)大致吻合。接近開關(guān)37的輸出信號(hào)為電壓模擬量，此信號(hào)由安裝在控制柜1內(nèi)的采集卡PCI-9112采集傳給計(jì)算機(jī)。此外，因?yàn)橛|摸屏21為非金屬，所以不能直接以觸摸屏21為被測(cè)物；本焊槍中電觸筆34伸出噴嘴39的長(zhǎng)度等于移動(dòng)銅片36與電感接近開關(guān)37之間的距離；采用彈簧35和移動(dòng)銅片36，將測(cè)電弧長(zhǎng)轉(zhuǎn)化為測(cè)電感接近開關(guān)37與移動(dòng)銅片36的距離(如圖5所示)。(3)頭盔顯示器頭盔顯示器4 (圖6)由模擬面罩41和安裝在模擬面罩41上的視頻眼鏡42組成， 所采用的視頻眼鏡42分辨率為10MX768，視頻眼鏡42連接計(jì)算機(jī)；在模擬焊接時(shí)，操作者通過安裝在模擬面罩41里面的視頻眼鏡42可以看到計(jì)算機(jī)傳輸過來的視屏信號(hào)，即虛擬的焊接場(chǎng)景，并且通過余光還能看到現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中的焊板，模擬面罩41的使用使模擬焊接更加逼真更具沉浸式。(4)控制柜控制柜1外殼是采用真實(shí)二氧化碳?xì)獗：负笝C(jī)模型，內(nèi)置主控計(jì)算機(jī)及相應(yīng)的電路。在控制柜1的上前面板11設(shè)置有各種按鈕開關(guān)，電源開關(guān)、計(jì)算機(jī)開和關(guān)、電流電壓檔旋鈕以及一個(gè)正常工作的指示燈。控制柜后側(cè)板設(shè)置有USB、VGA以及電源等各種接線口， 能方便地插拔。右側(cè)設(shè)置為開啟門，同時(shí)考慮機(jī)器安裝，上板和后板均為設(shè)計(jì)為螺絲固定， 其余均采用焊接固定?？刂乒裣露嗽O(shè)計(jì)有四個(gè)滾輪，方便移動(dòng)。模擬器軟件組成本發(fā)明模擬器的軟件主要由主程序、虛擬場(chǎng)景、評(píng)價(jià)系統(tǒng)以及學(xué)習(xí)考試系統(tǒng)四個(gè)部分組成。(1)主程序主程序框架使用Visual Basic. Net (簡(jiǎn)稱VB. Net)進(jìn)行開發(fā)，采用VB. Net開發(fā)平臺(tái)比較容易實(shí)現(xiàn)良好的外觀界面，可以做出漂亮和友好的程序外觀，而且修改及添加功能模塊比較方便。(2)虛擬場(chǎng)景焊接三維場(chǎng)景的模擬也是焊接操作模擬培訓(xùn)系統(tǒng)非常重要的內(nèi)容。焊接三維場(chǎng)景是焊工與模擬培訓(xùn)系統(tǒng)交流的重要界面，焊工在訓(xùn)練時(shí)所觀察到的都是由三維場(chǎng)景提供的信息，所以系統(tǒng)對(duì)于三維場(chǎng)景模擬的要求是準(zhǔn)確、逼真、實(shí)時(shí)。本系統(tǒng)采用 OpenGL(Open Graphics Library) Microsoft Visual C++6. 0 H禾呈if·。 OpenGL 1 API (Application Program Interface) , C++if禾口g^f。程序首先對(duì)窗口進(jìn)行初始化，繪制初始畫面——一塊與屏幕垂直的焊板，尺寸為觸摸屏的最佳分辨率1440 X 900。焊接過程中，虛擬場(chǎng)景中還將完成焊縫的模擬和弧光飛濺的模擬，通過對(duì)焊接行為的真實(shí)模擬，使焊工可以通過觀察虛擬場(chǎng)景來感受和調(diào)整自己的焊接姿勢(shì)達(dá)到培訓(xùn)的目的。(3)焊接評(píng)價(jià)專家系統(tǒng)模擬訓(xùn)練結(jié)果評(píng)價(jià)對(duì)于焊工模擬培訓(xùn)系統(tǒng)來說是非常重要的組成部分，結(jié)果評(píng)價(jià)是對(duì)焊工模擬焊接完成當(dāng)前焊縫后的一次全面的數(shù)據(jù)分析，這也是采用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行焊接培訓(xùn)的優(yōu)勢(shì)。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)保存所有焊接操作相關(guān)的有用信息，并且在焊接訓(xùn)練后對(duì)數(shù)據(jù)加以分析計(jì)算，以非常直觀的方式展現(xiàn)焊接過程，如果需要，還可以對(duì)焊接過程進(jìn)行重放。 系統(tǒng)反饋的這些信息，可以有針對(duì)性地反映出焊工模擬焊接過程中存在的問題，并提醒焊工在下一次訓(xùn)練中加以改進(jìn)。這樣，焊工每一次訓(xùn)練的結(jié)果利用率非常高，焊接培訓(xùn)的效率也相應(yīng)得到了提高。(4)焊接知識(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)焊接知識(shí)培訓(xùn)系統(tǒng)主要包括學(xué)習(xí)系統(tǒng)能夠和考試系統(tǒng)。其中學(xué)習(xí)系統(tǒng)采用 Microsoft公司提供的HtmlHelp Workshop進(jìn)行系統(tǒng)的整體制作，整個(gè)軟件制作的語言采用Html (超文本鏈接語言)，將有關(guān)焊條電弧焊和氣體保護(hù)焊方面的基本原理、各種操作要點(diǎn)通過文字、圖片以及動(dòng)畫等各種多媒體手段表達(dá)出來，形成一個(gè)完整的(X)2氣體保護(hù)焊焊工培訓(xùn)的學(xué)習(xí)系統(tǒng)。作為一個(gè)焊接培訓(xùn)理論學(xué)習(xí)系統(tǒng)，與之配套的考試系統(tǒng)是一個(gè)必不可少的部分。 它不僅可以檢驗(yàn)焊工對(duì)所學(xué)知識(shí)的掌握程度，而且也起到了復(fù)習(xí)鞏固的作用。此系統(tǒng)不僅可以作為一個(gè)單獨(dú)的考試系統(tǒng)，也可以作為各章節(jié)階段性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)的一個(gè)手段。模塊采用 Authorware7. 0結(jié)合Access數(shù)據(jù)庫(kù)制作，考試系統(tǒng)具備考生的登錄、測(cè)試與信息管理等功能，還可以通過hternet發(fā)布的方式，實(shí)現(xiàn)焊工遠(yuǎn)程登錄進(jìn)行學(xué)習(xí)和考試。傳統(tǒng)的(X)2氣體保護(hù)焊焊接訓(xùn)練中無法記錄焊接學(xué)員的焊接操作。對(duì)學(xué)員的操作評(píng)價(jià)只能依靠焊后對(duì)焊縫的觀察或者訓(xùn)練人員的實(shí)時(shí)指導(dǎo)。這樣做既消耗大量的人力財(cái)力，又不能給焊接學(xué)員以迅速的提高。本發(fā)明針對(duì)以上問題，改變了以往的培訓(xùn)模式，將焊接學(xué)員的操作完全真實(shí)的記錄下來，然后在焊后評(píng)價(jià)中給予清晰再現(xiàn)。不僅節(jié)省了培訓(xùn)機(jī)構(gòu)的大量資源，而且使得學(xué)員有針對(duì)性的去學(xué)習(xí)訓(xùn)練，提高了學(xué)習(xí)效率和學(xué)習(xí)效果。在焊接操作培訓(xùn)過程中，本發(fā)明的模擬培訓(xùn)裝置具有如下特點(diǎn)(1)焊接操作位置檢測(cè)模塊對(duì)模擬焊條位置的檢測(cè)實(shí)時(shí)性好，準(zhǔn)確性高；( 系統(tǒng)在焊后對(duì)焊接操作中的焊接軌跡描述真實(shí)，清晰，能夠反映焊接操作中的細(xì)節(jié)。虛擬焊接培訓(xùn)技術(shù)能夠通過虛擬三維仿真的形式將學(xué)員的操作實(shí)時(shí)再現(xiàn)，亦可以錄像的形式回放供學(xué)員觀看。此外，通過專家系統(tǒng)對(duì)焊接操作進(jìn)行評(píng)價(jià)并給出關(guān)鍵數(shù)據(jù)及建議。因此，虛擬焊接模擬技術(shù)在使得焊接培訓(xùn)生動(dòng)，具體，形象的基礎(chǔ)上，讓學(xué)員在有反饋和指導(dǎo)的情況下學(xué)習(xí)，提高學(xué)習(xí)效率和教學(xué)效果。模擬焊接培訓(xùn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)的是焊接操作位置的檢測(cè)。通過多種不同的傳感器配合，檢測(cè)焊工施焊過程中模擬焊條的位置，并將其轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理。焊接操作檢測(cè)模塊對(duì)焊條位置的檢測(cè)精度決定著模擬仿真模塊模仿的逼真程度和焊接評(píng)價(jià)模塊對(duì)焊接評(píng)價(jià)的可信度。
權(quán)利要求
1.一種CO2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，包括控制柜(1)、操作臺(tái)(2)和模擬焊槍⑶；所述模擬焊槍C3)包括焊槍桿(30)、把柄(31)、弧形塑料罩(3 、電觸筆(34)、彈簧 (35)、移動(dòng)銅片(36)、電感接近開關(guān)(37)、傾角傳感器(38)和噴嘴(39)；電觸筆(34) 一端固定連接移動(dòng)銅片(36)，電觸筆(34)穿過噴嘴(39)中心，噴嘴(39)與移動(dòng)銅片(36)之間通過彈簧(3 連接；焊槍桿(30) —端安裝有電感接近開關(guān)(37)，另一端安裝有雙軸傾角傳感器(38)；—絕緣筒一端套設(shè)于噴嘴(39)外周，另一端套設(shè)于安裝有電感接近開關(guān) (37)的焊槍桿(30)外周；弧形塑料罩(3 —端連接安裝有雙軸傾角傳感器(38)的焊槍桿(30)，另一端連接把柄(31)；電感接近開關(guān)(37)和雙軸傾角傳感器(38)連接控制柜(1) 內(nèi)的計(jì)算機(jī)；操作臺(tái)(2)包括一作為焊接試板的觸摸屏(21)，該觸摸屏連接控制柜(1)內(nèi)的計(jì)算機(jī)。
2.如權(quán)利要求1所述的一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，所述絕緣筒為一尼龍環(huán)(33)。
3.如權(quán)利要求1所述的一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，所述操作臺(tái)(2)還包括外殼06)和支撐架(25)，所述觸摸屏安裝于所述外殼06)中，所述外殼 (26)安裝于所述支撐架05)上；所述支撐架05)上設(shè)有調(diào)節(jié)觸摸屏高度的與水平面之間傾斜角的位置調(diào)節(jié)裝置。
4.如權(quán)利要求3所述的一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，所述位置調(diào)節(jié)裝置能夠調(diào)節(jié)觸摸屏與水平面之間的夾角呈0°、10°、15°、20°、25°或30°。
5.如權(quán)利要求1所述的一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，所述(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器還包括一頭盔G)，所述頭盔(4)包括模擬面罩Gl)和安裝在模擬面罩Gl)上的視頻眼鏡(42)，所述視頻眼鏡02)連接控制柜(1)內(nèi)計(jì)算機(jī)的視頻接口。
6.如權(quán)利要求1所述的一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，電感接近開關(guān)(37)通過數(shù)據(jù)采集卡連接計(jì)算機(jī)，雙軸傾角傳感器(38)通過RS232轉(zhuǎn)458接口連接計(jì)算機(jī)，觸摸屏通過OpenGL接口連接計(jì)算機(jī)。
7.如權(quán)利要求6所述的一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，所述采集卡的型號(hào)為PCI-9112 ；所述雙軸傾角傳感器(38)的型號(hào)為CS-2TAS-02 ；所述電感式接近開關(guān)(37)的量程為l-8mm。
8.如權(quán)利要求1所述的一種(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，所述(X)2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器還包括連接所述計(jì)算機(jī)的鍵盤(22)、鼠標(biāo)和音箱04)。
9.如權(quán)利要求1所述的一種CO2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，其特征在于，觸摸屏采集的模擬焊槍C3)在其上運(yùn)動(dòng)的二維軌跡實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)，電感接近開關(guān)(37)采集的噴嘴(39)與觸摸屏之間距離的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)，雙軸傾角傳感器(38)采集的模擬焊槍(3)的焊接角度數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳遞給計(jì)算機(jī)；計(jì)算機(jī)接根據(jù)接收到的模擬焊槍(3)在觸摸屏上運(yùn)動(dòng)的二維軌跡數(shù)據(jù)、噴嘴(39)與觸摸屏之間距離的數(shù)據(jù)和模擬焊槍(3)的焊接角度數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)在觸摸屏上顯示模擬焊接畫面。
全文摘要
本發(fā)明提供一種CO2氣體保護(hù)焊焊接操作模擬器，包括控制柜、操作臺(tái)和模擬焊槍；模擬焊槍包括焊槍桿、把柄、弧形塑料罩、電觸筆、彈簧、移動(dòng)銅片、電感接近開關(guān)、傾角傳感器和噴嘴；電觸筆一端固定連接移動(dòng)銅片，電觸筆穿過噴嘴中心，噴嘴與移動(dòng)銅片之間通過彈簧連接；焊槍桿一端安裝有電感接近開關(guān)，另一端安裝有雙軸傾角傳感器；絕緣筒一端套設(shè)于噴嘴外周，另一端套設(shè)于安裝有電感接近開關(guān)的焊槍桿外周；弧形塑料罩一端連接焊槍桿，另一端連接把柄；電感接近開關(guān)和雙軸傾角傳感器連接控制柜內(nèi)的計(jì)算機(jī)；操作臺(tái)包括作為焊接試板的觸摸屏，該觸摸屏連接控制柜內(nèi)的計(jì)算機(jī)。本發(fā)明能在大大降低培訓(xùn)成本的同時(shí)，安全、高效的進(jìn)行培訓(xùn)。
文檔編號(hào)G09B9/00GK102298858SQ201110242108
公開日2011年12月28日 申請(qǐng)日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者姚玉輝, 張建勛, 張貴鋒, 朱彤, 牛靖 申請(qǐng)人:西安交通大學(xué)