[发明专利]一种单面焊双面成形过程模拟与仿真的网格实现方法

说明书

【技术领域】

本发明属于焊接操作模拟培训系统中单面焊双面成形的模拟与仿真，本发明涉及一种虚拟单面焊双面成形熔池与焊缝成形过程的网格实现方法。

【背景技术】

近年来，虚拟现实与视景仿真技术在焊接领域的应用逐渐趋于成熟，相比传统的焊工培训方法，基于计算机技术的焊接操作模拟培训系统由于其无污染、高效率、低成本、易操作等优点越来越受到人们的青睐。这种培训方法创建一个能够实时反映焊枪姿态以及不同姿态下焊接熔池和焊缝形貌的虚拟三维世界，并通过头盔显示器、音响设备、数据手套等辅助设备提供给操作者视、听、触觉的反馈，使用户仿佛身临其境，产生沉浸感，对焊接过程产生直观的认识，从而达到培训的目的。

网格法是计算机图形学中建模的一种重要方法，每个网格都是一个多边形，采用多边形来构建复杂曲面，这种方法在对不规则曲面进行建模时有着独特的优势，随着网格的细化能细腻地表现实体的细节，达到较好的模拟效果。由于空间任意三点可以确定一个平面，因此常被选用的多边形是三角形。焊接过程中熔池与焊缝的表面是动态变化的不规则曲面，因此这里用三角形网格对熔池与焊缝进行建模可以最大程度的模拟整个熔池和焊缝表面的动态变化过程，采用熔池焊缝的网格一体化模型，通过控制三角形网格顶点的变化来改变三角形的形状和取向从而来模拟熔池与焊缝的复杂曲面。

国内现有关于焊接培训模拟的技术大多为机械式的模拟：CNl01419755A提供了一种多功能焊接模拟训练装置；CN201465333U公开了一种基于PLC的电弧焊仿真训练器；CNl909020A提出了一种氩弧焊焊接操作模拟培训装置。仅有的关于焊接过程模拟的是CNl01719333A公开的平板堆焊成形过程模拟与仿真，而关于单面焊双面成形过程的模拟目前尚属空白。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种能够解决现有虚拟熔池与焊缝成形过程中所建立的模型无法实时模拟单面焊双面成形熔池与焊缝成形的动态渐变过程的问题，通过网格法建立焊道、熔池和焊缝一体化模型，以实现在虚拟焊接场景中单面焊双面成形熔池与焊缝成形的动态效果，并通过网格顶点的不断变化来表现单面焊双面成形熔池与焊缝成形的细节，且系统实时性不受限制的单面焊双面成形过程模拟与仿真的网格实现方法。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种单面焊双面成形过程模拟与仿真的网格实现方法：

1)熔池模拟

焊接过程中，电弧在焊条和焊件之间燃烧，当加热一段时间后，试板上被电弧加热区域中的金属温度达到熔点时，开始熔化并形成熔池；熔池形成之后，焊条金属熔滴借重力和电弧气体吹力向熔池过渡，熔池中的液态金属逐渐增加，在各种力的作用下发生凹陷，对熔池凹陷的模拟结合双椭球模型和高斯热源模型，随着电弧在某一点作用时间的增加，熔池凹陷的深度增加，网格三角形顶点的y坐标下降表示熔池的凹陷，在模拟中提出熔池凹陷函数，即公式3来计算顶点y坐标的下降量即模拟熔池的凹陷量，

Δy1=-k1e-c(Rx2ax2+Rz2bz2)]]>(公式3)