CN111168211A - 智能虚拟焊接实训装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能虚拟焊接实训装置及方法，属于焊接技术领域。该发明的智能虚拟焊接实训装置包括主机柜、焊接工作台、气瓶和焊枪，主机柜上的显示器示该智能虚拟焊接实训装置的工作状态；焊接工作台上设置有训练用焊接板件；利用该智能虚拟焊接实训装置，可以利用主机柜模拟不同的焊接工作状态，利用焊枪在训练用焊接板件进行模拟焊接，从而方便掌握不同焊接情况下的手势、距离、焊枪角度，走抢速度等关键技术，且利用本发明的智能虚拟焊接实训装置，训练用焊接板件可以重复使用，成本极低，另一方面，该装置不会产生焊烟、焊尘、焊接弧光等，有效地避免了对环境和人体产生危害。

Description

智能虚拟焊接实训装置及方法

技术领域

本发明涉及焊接技术领域，特别涉及焊接教学用设备技术领域，具体是指一种智能虚拟焊接实训装置及方法。

背景技术

学习焊接需要大量的实际操作，以便掌握不同焊接情况下的手势、距离、焊枪角度，走抢速度等关键技术。然而，如果采用真实的焊接材料进行练习，一方面成本较高，另一方面，会产生焊烟、焊尘、焊接弧光等，对教师和学员都会产生一定的危害。

因此，提供一种适用于焊接教学的，低成本的，对环境和人体都没有危害的焊接实训装置及方法成为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种虚拟焊接实训装置及方法。

为了实现上述的目的，本发明的智能虚拟焊接实训装置具有如下构成：

主机柜，设置有相互连接的控制器和显示器，该显示器用以显示该虚智能拟焊接实训装置的工作状态；

焊接工作台，其上设置有训练用焊接板件；

气瓶，固定于所述的主机柜后侧；

焊枪，连接所述的控制器和显示器；用以在所述的训练用焊接板件上进行虚拟焊接操作。

该虚拟焊接实训装置中，所述的主机柜还包括焊接参数调节钮，所述的焊接参数调节钮连接所述的控制器。

该智能虚拟焊接实训装置中，所述的焊接参数调节钮包括：焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮，所述的焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮均连接所述的控制器。

该智能虚拟焊接实训装置中，所述的主机柜下设置有至少两个滚轮。

该智能虚拟焊接实训装置中，所述的气瓶通过气瓶阀门和气体流量调节旋钮实现开启和关闭，该流量表连接所述的控制器。

该智能虚拟焊接实训装置中，所述的气瓶还连接有气瓶调节显示器，该气瓶调节显示器连接所述的控制器。

该智能虚拟焊接实训装置中，所述的气瓶为二氧化碳气体钢瓶，所述的焊枪为二氧化碳气体保护焊枪。

该智能虚拟焊接实训装置中，所述焊接工作台包括底座和立杆，所述的训练用焊接件高度可调地固定于所述的立杆上。

该智能虚拟焊接实训装置中，所述的训练用焊接件包括对接焊接板件、6毫米塞孔焊接板件、9毫米塞孔焊接板件、乘用车B柱焊接板件和乘用车前纵梁焊接板件，所述各焊接板件均可固定于所述立杆上。

该智能虚拟焊接实训装置还包括焊接面罩，该焊接面罩可拆卸式固定于所述的主机柜外侧。

本发明还提供一种虚拟焊接实训方法，该方法包括：

利用主机柜的控制器模拟该虚拟焊接实训装置的工作状态，并在显示器上显示所述的工作状态；

在焊接工作台上固定设置训练用焊接件；

利用二氧化碳气体钢瓶，进行气瓶阀门的开启或关闭；气瓶阀门开启或关闭的调节显示器连接所述的控制器；

利用二氧化碳气体钢瓶，进行气体流量的调节；气体流量的调节显示器连接所述的控制器；

利用焊接参数调节钮进行焊接参数的设置，所述的焊接参数中的焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮均连接所述的控制器；

利用焊枪在所述的训练用焊接板件上进行焊接操作，通过所述的显示器显示所述的工作状态中的焊接质量效果和焊接技术缺陷。

采用了该发明的智能虚拟焊接实训装置及方法，其装置包括主机柜、焊接工作台、气瓶和焊枪，主机柜上的显示器示该虚拟焊接实训装置的工作状态；焊接工作台上设置有训练用焊接板件；利用该虚拟焊接实训装置，可以利用主机柜模拟不同的工作状态，利用焊枪在训练用焊接板件进行模拟焊接，从而方便掌握不同焊接情况下的手势、距离、焊枪角度，走抢速度等关键技术，且利用本发明的智能虚拟焊接实训装置，训练用焊接板件可以重复使用，成本极低，另一方面，该装置不会产生焊烟、焊尘、焊接弧光等，有效地避免了对环境和人体产生危害。

附图说明

图1为本发明的智能虚拟焊接实训装置的结构示意图。

图2为本发明的智能虚拟焊接实训装置主视方向的结构示意图。

图3为本发明的智能虚拟焊接实训方法的步骤流程图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

在一种实施方式中，该智能虚拟焊接实训装置如图1及图2所示所示，包括：主机柜1、焊接工作台2、气瓶3和焊枪4。其中，主机柜1设置有相互连接的控制器(图中未示出)和显示器11，该显示器11用以显示该虚拟焊接实训装置的工作状态。焊接工作台2上可设置有训练用焊接件(图中未示出)；气瓶3固定于所述的主机柜1；焊枪4连接所述的气瓶3，获取虚拟焊接用气，用以在所述的训练用焊接件上进行虚拟焊接；该焊枪4还可连接所述的控制器和显示器11。在不使用时，如图2所示，焊枪4可放置于主机柜1的一侧。

本发明还提供一种虚拟焊接实训方法，该方法利用上述智能虚拟焊接实训装置实现，如图3所示，包括：

利用主机柜的控制器模拟该智能虚拟焊接实训装置的工作状态，并在显示器上显示所述的工作状态；

在焊接工作台上固定设置训练用焊接件；

利用二氧化碳气体钢瓶，进行气瓶阀门的开启或关闭；气瓶阀门开启或关闭的调节显示器连接所述的控制器；

利用二氧化碳气体钢瓶，进行气体流量的调节；气体流量的调节显示器连接所述的控制器；

利用焊接参数调节钮进行焊接参数的设置，所述的焊接参数中的焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮均连接所述的控制器；

利用焊枪在所述的训练用焊接板件上进行焊接操作，通过所述的显示器显示所述的工作状态中的焊接质量效果和焊接技术缺陷。

在较优选的实施方式中，所述的主机柜1还包括参数调节钮12，所述的参数调节钮12连接所述的控制器。所述的参数调节钮12包括：焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮，所述的焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮均连接所述的控制器。

在另一种较优选的实施方式中，所述的主机柜1下设置有至少两个滚轮13，以方便移动。

在又一种较优选的实施方式中，所述的气瓶3出气口通过流量表(图中未示出)连接所述的焊枪4，该流量表连接所述的控制器。所述的气瓶3出气口还可以连接有气瓶调节显示器31，该气瓶调节显示器31连接所述的控制器。所述的气瓶3为二氧化碳钢瓶，所述的焊枪4为二氧化碳气体保护焊枪。同时可选择焊丝种类以及焊丝直径(0.6毫米、0.8毫米、1.0毫米、1.2毫米、1.6毫米)。也可选择气体种类，可以选择二氧化碳以及混合气体C25(25％二氧化碳、75％氩气)。

在优选的实施方式中，所述焊接工作台2包括底座21和立杆22，所述的训练用焊接板件高度可调地固定于所述的立杆22上。所述的训练用焊接件包括对接焊接板件、6毫米塞孔焊接板件、9毫米塞孔焊接板件、乘用车B柱焊接件和乘用车前纵梁焊接板件等等，所述各焊接板件均可固定于所述立杆22上。另外，也可选择焊接材料厚度和板件厚度(0.6毫米、0.8毫米、1.0毫米或1.2毫米)。

在更优选的实施方式中，该虚拟焊接实训装置还包括焊接面罩5，该焊接面罩5可拆卸式固定于所述的主机柜1外侧，方便使用者取用。

在实际应用中，本发明的智能虚拟焊接实训装置可以模拟真实的焊接参数调节情况。采用与实际的教学、训练、竞赛中相同的焊接设备，实体旋钮调节操作，可与真实的焊接设备进行相同的焊接模式的选择、间歇时间的调节、焊接电流大小的调节、送丝速度的调节、焊接保护气体的调节等操作，并在系统软件中产生相应的调节变化。

该智能虚拟焊接实训装置的处理器运行有系统软件，该虚拟焊接实训装置的处理器运行有系统软件，该系统采用虚拟现实增强、焊接仿真实训、音像实时生成等技术，为学习者提供一个真实的焊接训练环境；从在线课程资源、焊接模拟训练、焊接模拟考核等功能由浅入深。根据真实焊接环境中学习者焊接的姿势、焊枪距离、角度、速度等一系列的操作信息自动采集、物理计算分析并自动生成学习数据和焊接实训报告。

该智能虚拟焊接实训装置同时可以实现焊接手法的智能纠错。依靠准确的定位，可以自动监控采集到真实环境中操作者在任何姿势下的焊接距离、焊枪角度、焊接速度等参数，在主机柜的显示器上进行数字显示。并利用物理计算分析，通过焊枪前部的距离光圈颜色的变化、焊枪后部的角度箭头指示，纠正真实环境中操作者不正确的技术手法。

另外，本智能虚拟焊接实训装置的焊接交互稳定性高，不受空间影响。十分接近真实的焊接操作环境，可以在同一个焊接板件上同时进行板件的平焊、立焊、仰焊等操作。而且，与真实的焊接一样，焊接时如果焊接速度过慢、焊接电流大等因素，会导致板件出现焊穿情况，在本发明的智能虚拟焊接实训装置也可以提示。

智能虚拟焊接实训装置的系统软件中还提供了操作选项选择，包括练习模式和考核模块。全面对接焊接专业教学、训练需要，可以进行板件的焊接练习和焊接考核任务。可将操作者的每一次的练习、考核进行保存，并进行回放，精准还原操作者的焊接操作过程，在过程回放时可任意视角的旋转、视距缩放、全屏播放等方式对操作者的每一个步骤进行分析。

最终实现焊接实训报告的自动生成。根据真实环境中操作者的焊接情况，自动生成焊接实训报告，报告中详细记录操作者的基本信息、操作项目、操作得分、操作时长，设备的使用情况和得分、技术手法的得分、操作项目完成的质量、操作中存在的问题和改进方法等，并且所生成的焊接实训报告会自动上传到网络管理平台，进行打印，方便管理层掌握操作者的真实能力水平。

另外，本发明的智能虚拟焊接实训装置还可以与标准化的专业课程资源相衔接。配套标准的专业理论课程和教学视频课程，课程资源完全按照企业培训标准和工作过程，可以通过网络管理平台分配到每一套智能虚拟焊接教学实训系统软件产品上，同时支持管理层创建编辑个人课程资源并分配。

通过上述设置，本发明的智能虚拟焊接实训装置至少可以实现以下功能：

一、教学功能

提供焊接课程和视频资源，使用者可以随时利用账号登录智能虚拟焊接教学实训系统进行课程学习和训练。

可选择并更换对接焊板件、6毫米塞孔焊接板件、9毫米塞孔焊接板件、国赛B柱焊接板件、乘用车前纵梁焊接板件。

可选择焊接材料厚度和板件厚度(0.6毫米，0.8毫米，1.0毫米，1.2毫米)。

可选择焊丝种类以及焊丝直径(0.6毫米，0.8毫米，1.0毫米，1.2毫米，1.6毫米)。

可选择气体种类，包括二氧化碳以及混合气体C25(25％二氧化碳、75％氩气)。

采用与国赛相同的焊机的设备，使用真实的气瓶，气瓶阀门可实现开启和关闭，真实调节不同的焊接模式、焊接间隔时间、出丝速度、电流档位参数，数字同步显示，并产生真实的焊接变化。

二、实训功能

焊接训练和考核时，界面实时显示焊接电压、焊接电流、焊枪距离、焊接角度、焊接速度等。

实训训练时，系统能实时追踪到真实的焊枪位置、焊接面罩，并将虚拟焊接场景中的画面映零延迟射到焊接面罩中，营造出与实际操作无偏差的沉浸感。

系统能追踪仿真焊接板的位置，并与虚拟场景中的焊接板件进行匹配，做到“虚”、“实”结合。

系统能精准追踪焊枪的位置、角度，从中提取出学员焊接操作时的CTWD(导电嘴到工件距离)、焊枪移动速度、焊枪移动角度、焊枪操作角度、焊缝直度等技术参数，系统结合真实的焊接音效、自然逼真的焊缝效果，形成自然合理的焊接体验。

系统应提供焊接姿势规范功能，在焊枪枪头部分设置姿态指标，以直观体现学习者当前焊枪姿态的正误并予以智能指正。

当枪头与板件距离过近或过远时，游标会变成红色，提醒学员注意当前焊枪距离。

当焊枪的操作角度或移动角度超出正确角度范围时，相应方向的指标会变成红色，并且出现小箭头引导学员将焊枪往正确的方向转动。

三、考核功能

系统提供考核功能，自主设置焊接模式、焊接电流、出丝速度、气体流量大小、板件厚度、焊丝规格，并满足以下实训考核项目：

1毫米对接板件连续焊接考核；

1毫米对接板件连续点焊考核；

6毫米塞孔焊接考核；

9毫米塞孔焊接考核；

国赛焊接板件焊接考核；

乘用车前纵梁板件焊接考核。

四、实训质量分析功能

提供操作记录与回放功能，并能选择其中一项进行回看。

系统自动记录每次焊接练习的过程，可通过焊接过程回放视角的旋转、缩放、暂定功能对个人操作时的动作姿态和手法等技术细节进行回看。

系统可统计每次操作练习时的参数调节，包括焊接模式、焊接间隔时间、出丝速度、焊接电流、焊接电压以及气流大小，同时系统自动记录学员操作时的CTWD(导电嘴到工件距离)、焊枪移动速度、焊枪移动角度、焊枪操作角度、焊缝直度等技术参数，并统计计算出每项参数的合格程度，给出各项参数的评分和总评分以及焊接练习用时。

回放的同时系统将焊接弧长、移动速度、移动角度、操作角度、焊缝直度几项操作时的技术参数以折线图的形式实时体现在屏幕画面上，方便学员在查看焊接过程时实时地观察到自己地不足之处。

系统根据学习者的焊接实训自动生成焊接实训和考核报告，并以文档分析，指出焊接问题不足类项和提升改进的方法，并自动上传管理平台，可打印。

采用了该发明的智能虚拟焊接实训装置及方法，其装置包括主机柜、焊接工作台、气瓶和焊枪，主机柜上的显示器示该虚拟焊接实训装置的工作状态；焊接工作台上设置有训练用焊接件；焊枪连接气瓶，获取虚拟焊接用气；用以在所述的训练用焊接件上进行虚拟焊接。利用该虚拟焊接实训装置，可以利用主机柜模拟不同的工作状态，利用焊枪在训练用焊接件进行模拟焊接，从而方便掌握不同焊接情况下的手势、距离、焊枪角度，走抢速度等关键技术，且利用本发明的虚拟焊接实训装置，训练用焊接件可以重复使用，成本极低，另一方面，该装置不会产生焊烟、焊尘、焊接弧光等，有效地避免了对环境和人体产生危害。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (10)

1.一种智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，包括：

主机柜，设置有相互连接的控制器和显示器，该显示器用以显示该智能虚拟焊接实训装置的工作状态；

焊接工作台，其上设置有训练用焊接板件；

气瓶，固定于所述的主机柜后侧；

焊枪，连接所述的控制器；用以在所述的训练用焊接板件上进行虚拟焊接操作。

2.根据权利要求1所述的智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，

所述的主机柜还包括焊接参数调节钮，所述的参数调节钮连接所述的控制器。

3.根据权利要求2所述的智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，

所述的焊接参数调节钮包括：焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮，所述的焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮均连接所述的控制器。

4.根据权利要求1所述的智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，所述的气瓶通过气瓶阀门和气体流量调节旋钮实现开启和关闭，该流量表连接所述的控制器。

5.根据权利要求1所述的智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，所述的气瓶还连接有气瓶调节显示器，该气瓶调节显示器连接所述的控制器。

6.根据权利要求1所述的智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，所述的气瓶为二氧化碳气体钢瓶，所述的焊枪为二氧化碳气体保护焊枪。

7.根据权利要求1所述的智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，所述焊接工作台包括底座和立杆，所述的训练用焊接板件高度可调地固定于所述的立杆上。

8.根据权利要求7所述的智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，

所述的训练用焊接件包括对接焊板件、6毫米塞孔焊接板件、9毫米塞孔焊接板件、乘用车B柱焊接板件和乘用车前纵梁焊接板件，所述各焊接件均可固定于所述立杆上，用以和焊枪完成真实的焊接操作。

9.根据权利要求1所述的智能虚拟焊接实训装置，其特征在于，还包括焊接面罩，该焊接面罩可拆卸式固定于所述的主机柜外侧。

10.一种虚拟焊接实训方法，其特征在于，包括：

利用主机柜的控制器模拟该智能虚拟焊接实训装置的工作状态，并在显示器上显示所述的工作状态；

在焊接工作台上固定设置训练用焊接板件；

利用二氧化碳气体钢瓶，进行气瓶阀门的开启或关闭；气瓶阀门开启或关闭的调节显示器连接所述的控制器；

利用二氧化碳气体钢瓶，进行气体流量的调节；气体流量的调节显示器连接所述的控制器；

利用焊接参数调节钮进行焊接参数的设置，所述的焊接参数中的焊接模式调节钮、焊接间歇时间调节钮、焊接电流调节钮和送丝速度调节钮均连接所述的控制器；

利用焊枪在所述的训练用焊接板件上进行焊接操作，通过所述的显示器显示所述的工作状态中的焊接质量效果和焊接技术缺陷。

Images