焊接虛擬仿真培訓系統(tǒng)

1、1焊接培訓行業(yè)狀況焊接是一項對過程要求很高的工作，在現(xiàn)有的手工焊接生產(chǎn)中，采用MAG/MIG 焊接的約占50%，TIG焊接約占30%，MMA 焊接約占20% ;如: 在造船行業(yè)中，MAG約占70%，MMA約占30% ;那么，這就需要焊工要有 扎實的操作手法、規(guī)范的動作。而在焊接培訓過程中傳統(tǒng)方式存在以下多種問題:消耗大量的焊條（絲）、焊件和保護氣體等材料;對學員的培訓過程難以準確掌握;對學員的焊接水平難以評價;培訓效果不盡理想;培訓過程環(huán)境污染嚴重，有害健康;培訓過程安全性差。2、項目實施目的1 ）減少甚至避免焊接練習過程中強光、高溫、明火及煙塵以及有毒氣體的 產(chǎn)生，全面保護教師和學員的身體健

2、康;2）減少或者避免焊接實訓過程中對空氣污染的有害氣體的排放，防止對環(huán) 境造成污染;3 ）能夠讓無工作經(jīng)驗的學員快速、真實的投入到焊接實訓中，提高培訓效 率，避免由于無經(jīng)驗操作產(chǎn)生的事故。同時能夠讓有經(jīng)驗的訓練者有更高的訓練 平臺，提高焊接技術(shù);4）節(jié)省真實焊材、工件等焊接材料以及工業(yè)用電，降低培訓成本;方便教學。3、焊接仿真模擬器概述電焊操作訓練模擬器系統(tǒng)是由武漢科碼軟件有限公司獨立自主研發(fā)的焊接 虛擬仿真培訓系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于虛擬計算機系統(tǒng)，是以中高度仿真的教學培訓 系統(tǒng)，能讓學員在接近真實的模擬環(huán)境下進行焊接技術(shù)的訓練。該系統(tǒng)能促進焊 接技能向?qū)嶋H工況焊接的有效轉(zhuǎn)換。與傳統(tǒng)的焊接培訓相比

3、減少了焊材的浪費。該設(shè)備結(jié)合了：焊工的動作、仿真焊接焙池、焊接聲音及焊接手感，使用該系統(tǒng) 的受訓者能夠感受到幾乎真實的焊接過程。電焊模擬實訓系統(tǒng)是新一代環(huán)保、節(jié)能、通用型操作技能實訓與評價平臺。該系統(tǒng)采用分布式仿真實訓技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、微機測控技術(shù)、聲音仿真 技術(shù)及計算機圖像實時生成技術(shù)。在不需要真實焊機的情況下，通過仿真主控系 統(tǒng)、位置追蹤系統(tǒng)，將焊接演練過程中焊槍的位置、速度和角度等進行采集處理, 并實時生成虛擬焊縫。該系統(tǒng)將仿真操作設(shè)備、實時3D技術(shù)及渲染引擎相結(jié)合，演練過程真實, 視覺效果、操作手感與真實一致。在焊接演練的過程中，學員能夠看到焊接電弧 以及焊液從生成、流動到冷卻的過程

4、，同時聽到相應的焊接音效。該系統(tǒng)與傳統(tǒng)的焊接技藝教學能有機的融合在一起，是實現(xiàn)靈活、高效、安 全、節(jié)約、綠色無污染的焊接模擬培訓教學與考核的最佳教學方法。通過電焊模擬實訓系統(tǒng)，學員不僅僅可以獲得與傳統(tǒng)實訓相同的操作經(jīng)驗,同時通過系統(tǒng)內(nèi)置的數(shù)據(jù)采集、智能專家輔助模塊和量化考核評價系統(tǒng)等一系列 先進獨特的教學功能，配合合理明晰的焊接知識穿插講解，使學員可以獲得在傳 統(tǒng)教學實踐過程中難以量化的精確焊接培訓指導，大幅度提升學員在培訓過程中 的方向性和目的性，有效縮短學員的培訓周期，降低教師的教學負擔，達到以低 成本、低投入實現(xiàn)“精教、精學、精煉”的焊接培訓機制。r 1I.-電焊模擬器主機效果圖電焊模擬

5、器設(shè)備圖片4、技術(shù)基礎(chǔ)當操作者進行訓練時，系統(tǒng)中的多個傳感器將獲得的多個焊槍實時參數(shù)反饋 給計算機，計算機對數(shù)據(jù)進行處理分析，并在顯示裝置和音響上顯示相應的焊接 畫面和焊接聲音。焊接實訓設(shè)備應具有以下技術(shù):1、數(shù)字圖像處理、信息技術(shù)。2、計算機圖形學、傳感與控制技術(shù)。多種焊接操作技術(shù)、安全操作規(guī)范。融多項高新技術(shù)于一體，呈現(xiàn)代職業(yè)教育之先進手段。新型的焊接訓練實訓設(shè)備是一種低成本、高效率、現(xiàn)代化的焊接訓練解決方案。5、視景仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)1111數(shù)據(jù)輸入模塊仿真模型模塊m丄焊縫動態(tài)建模焊接環(huán)境數(shù)一丄參數(shù)：L分析評價模塊功能子模塊焊接模擬器視景仿真系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖各個模塊應具有的功能如下:1、數(shù)據(jù)輸入模塊

6、主要負責將焊接工藝參數(shù)和焊槍運動參數(shù)狀態(tài)信息傳遞給焊接仿真模型模塊和仿真引擎模塊。2、仿真模型模塊主要負責對工件、焊槍等焊接仿真環(huán)境進行靜態(tài)幾何建模完成焊縫模擬、煙、光照、火光、陰影、光照等特效3D圖形渲染。3、焊接仿真引擎是系統(tǒng)的核心，它主要探尋焊接工藝、焊槍運動狀態(tài)參數(shù) 和焊縫橫截面幾何參數(shù)之間的關(guān)系。4、仿真結(jié)果輸出模塊包括評價系統(tǒng)模塊和其它功能子模塊。主要負責實時 監(jiān)測仿真狀態(tài)，輸出動態(tài)仿真結(jié)果，分析、評價仿真過程數(shù)據(jù)。5、具備培訓效果可評估功能：具有實時可視的操控信息反饋、虛擬焊縫的 實時檢測指導、訓練者操作技能的實時評估功能。6、學員端系統(tǒng)功能與特點1、性能與優(yōu)勢:1 )、多種焊接

7、工藝。本套實訓設(shè)備可以模擬訓練多種焊接工藝，焊條焊、氣體保護焊、氬弧焊、， 還可擴展直流焊、鋁焊、氣焊，并包含焊接共享資源庫。(1) 焊條電弧焊模擬訓練系統(tǒng)焊條電弧焊模擬訓練系統(tǒng)可模擬焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫, 從而獲得牢固接頭的焊接過程的模擬系統(tǒng)。 本系統(tǒng)可進行酸性焊條J422 (、 )、堿性焊條J507 (、)的多種訓練，并可對焊件進行平焊、立焊、 橫焊和仰焊等多種不同位置的焊接訓練。訓練者在手工焊接操作時可看到焊縫熔 池實時生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結(jié)果， 并由系統(tǒng)進行實 時的專家評定焊接缺陷，以便訓練者了改進焊接手法，以達到焊條電弧焊訓練效 果。(2) C

8、O2氣體保護焊模擬訓練系統(tǒng)C02氣體保護焊模擬訓練系統(tǒng)可模擬以二氧化碳氣體作為電弧介質(zhì)，保護 金屬熔滴、焊接熔池和焊接區(qū)高溫金屬的一種熔焊模擬系統(tǒng)。本系統(tǒng)可選用藥芯 焊絲 YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707;自保護焊絲：直徑、 。并可對焊件進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多種不同位置的焊接訓。訓練者 在手工焊接操作時可看到焊縫熔池實時生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔 池成形的結(jié)果，并由系統(tǒng)進行實時的專家評定焊接缺陷，以便訓練者了改進焊接 手法，以達到C02氣體保護焊訓練效果。(3) 氬弧焊模擬訓練系統(tǒng)氬氣體保護焊可模擬200A/mm2左右的高強度電流密度效果，焊

9、接過程中 系統(tǒng)可體現(xiàn)氬弧焊燃燒穩(wěn)定、熱量集中、熔滴細小、飛濺少的使用特點。并可對 焊件進行多種不同位置的焊接訓。訓練者在手工焊接操作時可看到焊縫熔池實時 生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結(jié)果， 并由系統(tǒng)進行實時的專 家評定焊接缺陷，以便訓練者了改進焊接手法，以達到氬弧焊訓練效果。2）、三種焊槍本套實訓設(shè)備包含以下三種焊槍，與真實焊槍比例一致：焊條電弧焊槍、C02氣體保護焊槍及氬弧焊槍，操作過程中有焊條融化的縮短真實體驗和焊條自動更換功能，并能體驗到操作手感。見下圖:埠祭電迪埠實物埠愴CO2氣悻保護焊實物焊槍3 ）多種接頭（焊件）形式本實訓設(shè)備可以模擬多種焊接接頭形式，對接、角接T接

10、接頭形式以及I形、V形（單面焊雙面成形）、丫形坡口類型。系統(tǒng)還可模擬管對板，管對管接頭的形式。還可擴展多種焊接形式。平應循*7辰(rw* 按4 ）、多種焊接位置本實訓設(shè)備有獨立的操作臺，可以在虛擬場景中靈活地調(diào)節(jié)多種焊接位置,讓訓練者無障礙進行平焊、立焊、橫焊、仰焊等多角度焊接位置訓練。示意圖如下：匚歹 ；.1筑、4弱0。度的橘嗎胃蔑宣舍于2G5G和G的管道腥礙位S引弧、焊接、收弧中的并能體驗操作中的力量反饋感，電5）、能夠真實的模擬焊接過程中的各種條件設(shè)置, 各種手法，在焊接過程中具有自動換條功能， 弧、明暗場、飛濺、焊縫、聲效表現(xiàn)逼真。6）、系統(tǒng)設(shè)置簡單，虛實結(jié)合，通過真實的焊板、焊槍、示教器進行焊接 訓練；系統(tǒng)可提供完善的語音提示，焊接過程中可以通過圖形