一种可视化横焊位焊接操作系统及其操作方法

摘要

本发明提供一种可视化横焊位焊接操作系统及其操作方法，包括：控制柜、触摸屏显示器、支撑架、模拟试板和模拟焊条；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。采用电磁式位置跟踪器准确、迅速检测出焊条角度和空间坐标；通过该空间角度和坐标数据结合熔池、焊缝模型实时在触摸屏显示器和头盔中的视频眼镜上模拟出模拟焊接图像。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，培养焊接操作者的横焊位焊接操作能力。

主权项

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；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；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；$\mathrm{\Delta x}=k_1\exp (-c_1(\frac{({R_y}^2-c_2{R}_y)}{b_y^2}+\frac{R_z^2}{c_z^2}))$            (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；$\mathrm{\Delta x}=k_2\exp [-c_3\left(\frac{{R_y}^2-c_2{R}_y}{a_y}\right)]$                    (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。