[发明专利]基于位移传感器的触控焊接模拟仿真系统

说明书

【技术领域】

本发明属于焊接模拟与仿真培训领域，特别涉及一种基于位移传感器的触控焊接模拟仿真系统。

【背景技术】

焊接是一种重要的材料加工方法，广泛用于石油化工、建筑、车辆、航空航天、海洋工程等各个领域。焊条电弧焊作为最基本、最古老的焊接手段，已有100多年的发展历史，随着科技的进步，自动焊接技术发展迅猛，使焊接生产效率和质量有较大进步，但由于焊条电弧焊具有方便灵活、电源成本低、易于分散应力和控制变形、能进行全位置焊接以及焊条品种齐全等特点，在焊接领域依然有着较为广泛的应用，在某些领域甚至成为不可替代的焊接生产方法，比如建筑工地和造船等。

作为焊条电弧焊的操作者，其技能水平对于焊接产品的质量、安全性起着至关重要的作用，因此焊接操作者能接受良好的培训工作成为焊接生产的重要前提。我国传统的焊接培训方式主要包括高校人才培养、专业技工学校的技术培养和各种焊接培训中心等，其共同的模式是师傅带徒弟的教授方式，其特点是教育成本高、效率低而且资源耗费量大，焊接培训时弧光、飞溅、烟尘及高压等存在很多安全隐患，因此，在宣扬“低碳”、“环保”的当今社会，传统的焊接培训方式面临着很大的挑战。

随着信息与计算机技术的快速发展，虚拟现实技术突飞猛进。采用计算机技术、虚拟现实技术与焊接培训结合的可视化焊接模拟仿真系统的出现，使焊接操作者在虚拟环境中得到和真实中相同的感官刺激，多次感受最佳状态下的焊接全过程，从而使焊接培训更加符合“环保”、“节能”、“安全”的理念。

现有系统和方法中，较难准确的模拟焊条的熔化过程，降低模拟焊接培训的真实感和效果。

【发明内容】

本发明的目的在于提供一种基于位移传感器的触控焊接模拟仿真系统。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

基于位移传感器的触控焊接模拟仿真系统，包括触控操作台、计算机主机和模拟焊枪；

所述触控操作台包括作为焊接试板的触控显示器，该触控显示器连接计算机主机；

所述模拟焊枪包括焊枪主体、模拟焊条和控制模拟焊条移动的控制机构；

模拟焊条包括焊条主体和位于焊条主体前端的位移传感器；位移传感器包括探头和传感器主体；

模拟焊条和控制机构设置于焊枪主体上；焊枪主体上还是设有双轴倾角传感器；

位移传感器和双轴倾角传感器连接计算机主机。

本发明进一步的改进在于：焊枪主体包括箱体、顶紧座、轴承、轴、支板、顶紧螺母和把柄；箱体固定于支板上；双轴倾角传感器设置于箱体右表面；箱体下面设有顶紧座，顶紧座通过顶紧螺母与支板连接，顶紧座上安装有两个轴承，轴承内有轴；支板下面安装有把柄；

控制机构包括步进电机和橡皮轮；步进电机设置于箱体后侧面，其轴垂直箱体后面穿入箱体内部，步进电机轴上紧套有橡皮轮；

模拟焊条的焊条主体通过箱体相应的导槽从箱体内部穿过，与橡皮轮、轴相接触。

本发明进一步的改进在于：所述基于位移传感器的触控焊接模拟仿真系统还包括机箱；所述触控显示器安装于显示器支架中，所述显示器支架铰接于机箱上，所述显示器支架能够调节触控显示器与水平面之间的夹角呈0—180°。

本发明进一步的改进在于：所述位移传感器的输出电流I为4-20mA，探头长度为10mm。

本发明进一步的改进在于：位移传感器输出的4-20mA的电流信号I通过定值电阻转换成转换为1-5V的电压信号U；该电压信号U通过数据采集卡的单端输入通道输入至计算机主机。

本发明进一步的改进在于：所述传感器主体顶部到作为模拟试板的触控显示器的距离为模拟弧长L，其大小通过公式计算；

式中，RX、RY分别为安装于模拟焊枪上的双轴倾角传感器测得的模拟焊枪的仰俯角与横滚角。

本发明进一步的改进在于：计算机主机根据模拟弧长L、焊条直径D和操作者所选择的电源模型计算焊条烧熔速度，控制控制机构带动模拟焊条上升，模拟出焊条烧熔的效果；

不同电源模型所对应的焊条烧熔速度如公式2、公式3、公式4、公式5、公式6、公式7所示：

1)斜下降外特性电源模型

v＝-L/8-5D+257/24 (公式2)

2)缓降外特性电源模型

v＝1.211ln[(83.93-3L)/8.01]-5D+7.5(公式3)

3)陡降外特性电源模型

v＝0.4563ln[(73.624-3L)/0.118]-5D+7.5(公式4)