[发明专利]一种手工焊接模拟操作培训中的运条轨迹分析及评价方法

说明书

技术领域

本发明属于焊接模拟与仿真培训领域，具体涉及一种手工焊接模拟操作培训中的运条轨迹分析及评价方法。

背景技术

应对于传统焊接培训领域中能耗高，污染大，师资缺的现实状况，基于虚拟现实技术以及高精度传感器技术的模拟焊接培训逐渐成为焊接培训领域的新热点。模拟焊接培训不仅有节能，环保，高效的特点，同时还通过在培训中引入多媒体技术和信息技术对传统焊接培训进行改革，为焊接培训领域带来了新思路与新模式。世界上发达国家对虚拟现实技术应用到焊接培训领域的研究进行较早。在2002年，澳大利亚伍伦贡大学(UNIVERSITY OFWOLLONGONE)发表文章阐述了他们的虚拟焊接培训系统，他们的系统在保证全面培训和发展焊工的各种焊接操作技能的同时，缩短焊工培训时间，降低培训费用、耗材及能源。日本千叶大学(CHIBA UNIVERSITY)也于2002年发表文章描述了他们在模拟焊接培训领域的成果。法国的Laurent DADALTO公司在全球率先实现了虚拟焊接培训设备的商业化。现在他们已经批量生产名为“CS-WAVE”的虚拟焊接培训设备并于日前发展到第四代产品。相比于国外，国内成型的模拟焊接培训出现的相对较晚，但在技术创新中体现出很广阔的思路，并且也更能针对我国大量使用手工电弧焊的国情。2008年3月，上海师范大学基于双目成像原理提出的“电弧焊平板焊接仿真中焊条空间实时定位技术”服务于虚拟焊接培训系统。西安交通大学焊接研究所从2003年开始开发焊接操作模拟培训系统。该系统的成型设备已经在2008年被成功研制出来并申请了相关专利，能够提供初级焊工培训的基本培训功能。

运条操作是手工电弧焊培训过程中一项重要的培训课题，其熟练掌握程度很大程度上决定了一个焊工的焊接水平。虽然国内外的模拟焊接培训系统对焊工运条操作都有足够的重视，但是都没有形成一个基本的训练与评价方法。西安交通大学于2009年6月29日申请的申请号为：200910023097.7，名称为《手工电弧焊运条操作模拟训练装置及电弧焊运条检测方法》的专利于2011年2月9日获得了专利授权，。该装置使用于焊工焊接运条操作的入门、改进和提高训练，包括模拟焊枪、模拟试板、图像检测模块、倾角传感器、主控计算机与评价系统。通过传感器的合理选择、布局以及高效数据处理，实现了对焊工操作模拟焊条的实时位置的高精度检测。该装置能够记录焊接学员在操作过程中引弧、运条、收尾等一系列操作，并在操作完成之后复现操作轨迹，能提高学习效率和学习效果。

发明内容

本发明的目的在于提供一种手工焊接模拟操作培训中的运条轨迹分析及评价方法。在该方法的指引下，采用ZL200910023097.7手工电弧焊运条操作模拟训练装置(HTS)实现从运条轨迹方面对焊工的操作进行分析和评价，并最终对焊工的焊接操作给出评分，从而达到有效的指导焊工进行培训与学习的目的。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

1)运条轨迹检测

模拟焊条首先向模拟试板打出一束光线，CCD摄像机在试板下方捕捉光束在试板上所成的图像即光斑，然后摄像机将拍摄的图像传输到主控计算机中，通过计算光斑的位置坐标得出焊条端部的位置，最后将焊条端部位置坐标存储起来，用于焊条运条轨迹的重现；

2)光学检测

首先摄像机需要初始化，并将采集的图像像素灰度值放入缓存地址；将缓存地址中的灰度数值存入数组，再在数组中寻找灰度值最大的像素，并与200-210灰度值的引弧阈值进行比较，若最大像素值大于引弧阈值，系统开始分析所采集的数据，所用的摄像机的CCD芯片的像素规格为768×576，通过CCD芯片规格以及最大灰度值像素在数组中的编号得出最大灰度值像素所对应的图像坐标，然后，以最大灰度值为中心，定义一个31像素×31像素的跟踪区域，图像上的光斑一定包含在这个区域之内，此时设置一个170-180灰度值的光斑描绘阈值，把跟踪区域中像素灰度值与光斑描绘阈值进行对比，大于光斑描绘阈值的就是光斑，小于光斑描绘阈值的就是黑色背景部分，由此得到所有光斑像素，并根据光斑最上端和最下端以及最左端和最右端的像素坐标计算出亮点中心的像素坐标，最后，将亮点的像素坐标进行存储，同时转化为实际坐标就能得到焊条的实时位置；

3)运条轨迹再现

利用定时器每隔40-120ms重复执行上述光学检测，并将测得的位置坐标按时间次序放入数组当中得到运条轨迹上的一系列坐标，再将相邻坐标用直线连接起来近似得到焊工操作的运条轨迹；

4)运条轨迹的预处理

4.1)消除噪音减小误差