焊接仿真软件解决方案(纯方案,16页)18553.pdf

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1、焊接仿真软件 一、系统概述 焊接仿真软件包含3 个系统：焊接原理系统、焊接操作系统和焊接工厂系统；能让学员在高度仿真的模拟环境下进行焊接技能的高效训练，可以让训练者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，让训练者处于高度逼真的环境中，可有效促进操作者完全投入到当前的任务中。对于有经验的训练者，本产品系统提供高训练平台，通过视觉、听觉和触觉来操作完成一个好的焊缝；并且，技术产品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。二、焊接原理系统 1、焊接原理内容（1）焊接电弧的产生 电弧是一种气体导电(放电)现象。焊接电弧则是

2、两个电极之间强烈而持久的放电现象。电弧产生的条件就是气体要成为导电体。通常气体是不导电的，气体成为导体则需要两个条件，即阴极电子发射和气体电离。阴极电子发射：阴极的金属表面连续地向外发射电子的现象叫做阴极电子发射。一般情况下，电子是不能离开金属表面向外发射的。如果阴极电子获得一定能量后，就可以克服金属内部正电荷对它的引力而向外发射。这种能量可以是热能、电能或者运动能量，即阴极在高温状态下，电子运动速度加快，当其能量大于正电荷对其的静电引力，即可有电子发射;或者当两极间的电场强度达到一定程度后，电场对阴极表面电子的吸引力大于正电荷的静电引力时，也可发生电子发射。同时，在电场作用下，阴离子的运动速

3、度加快，撞击阴极表面，将能量传递给阴极，也可使电子发射。气体电离：中性的气体原子在受到电场或热能作用时，气体原子中电子获得足够的能量，克服原子核对电子的引力，而成为自由电子。中性原子因失去带负电荷的电子而成为带正电荷的正离子的过程，就叫做气体电离。当有阴极电子发射，电子高速运动与气体原子相互碰撞，如果撞击的能量大于气体原子核与电子间的引力时，则发生气体电离;或者在高温下，气体原子的运动速度加快，原子间相互碰撞，也会引起气体电离。（2）焊接电弧的引燃 焊条与焊件之间是有电压的，当它们相互接触时，相当于电弧焊电源短接。由于接触点很大，短路电流很大，则产生了大量电阻热，使金属熔化，甚至蒸发、汽化，引

4、起强烈的电子发射和气体电离。这时，再把焊丝与焊件之间拉开一点距离(34)，这样，由于电源电压的作用，在这段距离内，形成很强的电场，又促使产生电子发射。同时，加速气体的电离，使带电粒子在电场作用下，向两极定向运动。弧焊电源不断的供给电能，新的带电粒子不断得到补充，形成连续燃烧的电弧。（3）焊条(或焊丝)的加热和熔化 熔化极电弧焊时，焊条具有两个作用:一方面作为电弧焊的一个电极;另一方面作为填充金属形成焊缝。焊条的熔化主要是靠焊接电流通过焊条所产生的电阻热，而焊接电弧产生的热量对焊条熔化属次要作用(大部分热量是用来熔化母材、药皮和焊剂)。电阻热的大小决定于焊条伸出长度、电流密度和焊条本身的电阻率。

5、焊条伸出长度越大，则通电的时间增长，电阻热增大;电流密度增加，电阻热也增大;同种材料焊条直径约大，电阻率越小，则产生的电阻热越小。但是过高的电阻热会给焊接过程带来不利的影响，将使焊条的药皮在进入熔化区前发红变质，失去保护和冶金作用。在自动焊时，过高的电阻热将使焊丝崩断，影响焊接质量。为此，在焊接过程中要控制焊条伸出长度。在本系统中学生可以交互设置选择焊接变量参数，当操作者进行训练时，系统中的多个传感器将获得的多个焊枪实时参数反馈给计算机，计算机对数据进行处理分析，并在显示装置和音响上显示相应的焊接画面和焊接声音。通过不同焊接参数的组合得到不同的焊接结果。本系统真实仿真焊接接头(焊宽、熔深、余高

6、)由不同的焊接参数组合后焊接所得。并且可以真实地仿真手工焊条电弧焊、气体保护焊、钨极氩弧焊和埋弧焊的焊接过程结果。可以进行试板（板厚、材质、坡口形式、坡口角度）、接头类型、焊接位置、保护气体、填充金属、工艺参数（焊道层、电压、电流、焊速）、焊接工艺（焊条电弧焊、气体保护焊、氩弧焊和埋弧焊）等变量设置，焊接效果和焊接结果（焊缝尺寸）根据设置参数不同而不同。可以进行试板（板厚、材质、坡口形式、坡口角度）接头类型 焊接位置 多种焊接位置。本实训设备有独立的操作台和可调高度及角度的横臂，可以灵活地调节多种焊接位置，让训练者无障碍进行平焊、立焊、横焊、仰焊等多角度焊接位置训练。如下图：保护气体、填充金属

7、、工艺参数（焊道层、电压、电流、焊速）、焊接工艺（焊条电弧焊、气体保护焊、氩弧焊和埋弧焊）等变量设置，焊接效果和焊接结果（焊缝尺寸）根据设置参数不同而不同。通过焊机主机上的旋钮（真实物理存在的，非软件模拟）进行设置，与软件系统中的参数进行交互，在焊接过程中电压电流会根据焊接的情况模拟产生交互互动，如：“恒压特性”、“恒流特性”等，学员可根据任务的焊接工艺标准，调整焊接电流、焊接电压、气体流量和焊丝直径的数值大小，调节参数后在焊接中会有对应的物体表现，如：熔池大小变化、飞溅变化、焊接声音变化等。可以在场景查看各个方位视图；不同的焊接工艺应有相应的光源、烟尘、飞溅等焊接效果；三、焊接操作系统 3.

8、1 技术基础 当操作者进行训练时，系统中的多个传感器将获得的多个焊枪实时参数反馈给计算机，计算机对数据进行处理分析，并在显示装置和音响上显示相应的焊接画面和焊接声音。焊接实训设备应具有以下技术：1、数字图像处理、信息技术。2、计算机图形学、传感与控制技术。3、多种焊接操作技术、安全操作规范。4、融多项高新技术于一体，呈现代职业教育之先进手段。5、新型的焊接训练实训设备是一种低成本、高效率、现代化的焊接训练解决方案。焊接模拟器技术原理图 3.2 视景仿真系统结构 焊接模拟器视景仿真系统结构图 各个模块应具有的功能如下：（1）数据输入模块主要负责将焊接工艺参数和焊枪运动参数状态信息传递给焊接仿真模

9、型模块和仿真引擎模块。（2）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、光照等特效3D 图形渲染。（3）焊接仿真引擎是系统的核心，它主要探寻焊接工艺、焊枪运动状态参数和焊缝横截面几何参数之间的关系。（4）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。（5）具备培训效果可评估功能：具有实时可视的操控信息反馈、虚拟焊缝的实时检测指导、训练者操作技能的实时评估功能。3.3 系统功能特点 1、安全环保 设备无强电磁污染、无化学污染、对人无强光高温伤害，整个培训过程绿色环保。2

10、、一机多用、操作简单 本系统可模拟：焊条电弧焊、气体保护焊、钨极氩弧焊、埋弧焊、氧乙炔切割 5 个模块。系统易用、操作简单，所有交互无鼠标、键盘操作，普通用户通过简单的使用培训可以轻松地完成一个焊件的整个焊接操作，生成完整的焊缝。3、触碰力反馈 所有的实物焊件能提供真实的触碰力反馈效果，配合系统精准的空间定位技术让受训者感受到真实的物理空间与虚拟训练空间一致的触碰感及反馈感。4、操作零延时 本模拟器采用先进的传感器及显示设备让受训者在虚拟空间中的操作零延时响应，实现“精准快速”、“指哪焊哪”的操作感，受训者使用焊枪操作无丝毫滞后感，仿真度极大提高。整个系统要求运行流畅、无卡顿效果。在进行仿真焊

11、接过程中，系统运行最低帧率数不得小于 75 帧/秒，可 3DMark 进行帧率检测验证合格性。本系统中的虚拟焊枪的移动、旋转与现实动作实时快速准确同步，操作同步延时响应不大于 30ms，移动位移精度不大于 2mm，动作可捕捉空间不少于(水平 x 纵向 x 高度)1.5m x 1.5m x 1.0m。5、全球首款 3D 立体视觉焊接模拟 本产品为全球首款使用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。这也是其它公司产品并不具备的功能特点

12、。6、实时广播教学模式 老师能在模拟器上进行广播教学，实时的焊接画面会同步到培训教室的每一台学员机上，以方便学生进行焊接观摩学习。学员可将老师的焊接过程同步到自己的学员机上，以实时学习老师的焊接手法，达到“手把手”教学模式。7、“手把手”引导学习模式 学员在进行焊接训练前可以进行“手把手”的引导学习模式，可以在虚拟的焊接场景中看到系统提供的虚拟“引导焊枪”，学员只需跟随“引导焊枪”进行焊接操作，就好像有老师对其“手把手”进行引导焊接手法训练。8、3D 焊接录像可分享及学习 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模拟机中进行实时对比焊接学习及训练

13、。9、实时辅助显示 学员进行焊接训练时，系统会提供实时的焊接数据的图形化提示，如：弧长、行走速度、行走角度等相当于老师与学员一对一专注培训。学员根据这些数据化提示及时纠正运弧时的手部动作，以达到最高的教学效益。10、降低培训成本 使用模拟机训练节省占用场地、无任何焊件焊材的消耗、大幅节省教室清洁成本、同时一位培训教师可以同时管理多台模拟训练机节省了培训投入成本，并且系统动态的显示出节省成本值。11、多焊件多位置焊接 模拟机提供实物金属练习板焊件，可进行平板焊接练习、对接坡口焊接、T型板焊接、圆管焊接等多种焊接方法的虚拟训练，并支持多种焊接位置训练，如：平焊、立焊、横焊、仰焊等。13、焊接知识实时查阅 在模拟机上学员可以随时查阅与本次焊接相关的焊接知识的文档资料，老师可以配合理论课程的需要在后台动态的更新、上传、删除这些文档资料。14、动态设定任务、分级培训学员 教师管理端下达任务时，通过设定不同任务参数，进行任务难易程序的划分，实现从易到难分级培训学员。15、培训自动化、效果可评估