[發明專利]一種可視化橫焊位焊接操作系統及其操作方法

有效

• 申請號: 201310180408.7
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103273166A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 張建勛;竇世濤;李弘江;牛靖;楊龍;張貴峰;李瑞娟
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B23K9/02
• 分類號: B23K9/02;B23K9/095;B23K9/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 蔡和平

1.一種可視化橫焊位焊接操作系統，其特征在于，包括：控制柜（20）、觸摸屏顯示器（21）、支撐架（22）、模擬試板（10）、模擬焊條（11）和模擬頭盔（27）；模擬試板（10）固定在調節桿（25）上，調節桿（25）固定在支撐架（22）上；調節桿（25）上固定有電磁式位置跟蹤器發射器（23），模擬焊條（11）上安裝有電磁式位置跟蹤器接收器（24）；電磁式位置跟蹤器的控制器連接電磁式位置跟蹤器發射器（23）和電磁式位置跟蹤器接收器（24），控制柜（20）連接觸摸屏顯示器（21）；模擬頭盔（27）連接控制柜（20），其上安裝有用于顯示模擬焊接虛擬場景的視頻眼鏡。

2.根據權利要求1所述的可視化橫焊位焊接操作系統，其特征在于，模擬操作時，模擬焊條（11）在模擬試板（10）上進行模擬焊接，電磁式位置跟蹤器的控制器控制電磁式位置跟蹤器發射器（23）不斷發出電磁波，模擬焊條（11）上的電磁式位置跟蹤器接收器（24）接收電磁式位置跟蹤器發射器（23）發出的電磁波并將接收到的信號傳送給控制柜（20），控制柜（20）根據電磁式位置跟蹤器接收器（24）接收到的信號判斷出模擬焊條（11）在模擬焊接時的空間角度和坐標，控制柜（20）通過該空間角度和坐標數據實時在觸摸屏顯示器（21）和模擬頭盔（27）的視頻眼鏡上模擬出模擬焊接圖像。

3.根據權利要求2所述的可視化橫焊位焊接操作系統，其特征在于，橫焊焊接時，在模擬試板（10）的焊接區域內焊接時繪制大量的靜態三角形拼接成網格焊道平面，來構成熔池（12）與焊縫（13）區域；

實時采集焊接電流I、焊接電壓U、三角形網格點與電弧中心y方向的距離R_y和三角形網格點與電弧中心z方向的距離R_z，通過公式1控制熔池范圍內的三角形網格點坐標變化，模擬出熔池的形狀；其中，y方向為焊縫的寬度方向，z方向為焊條的移動方向，x方向為焊縫的深度方向；

Δx=k1exp(-c1((Ry2-c2Ry)by2+Rz2cz2))]]>????????（公式1）

公式1中：Δx為x方向上熔池向負方向凹陷的幅度；k₁為控制熔池凹陷速率的系數，取值為0.5-5；c₁為橢球修正系數，取值為1.2；R_y為三角形網格點與電弧中心y方向的距離；b_y為橢球的短半軸，控制熔池金屬的寬度；c₂為熔池金屬在重力方向的偏移修正量，取值為2；R_z為三角形網格點與電弧中心z方向的距離；c_z為橢球的長半軸，控制熔池金屬的長度；

b_y=1.875U+0.1I????????????????????（公式2）

c_z=1.2b_y????????????????????（公式3）

其中，U為焊接電壓、I為焊接電流；

通過公式4控制熔池（12）范圍以外已被焊接過的范圍內的三角形網格點坐標變換，模擬出焊縫（13）的形狀；

Δx=k2exp[-c3(Ry2-c2Ryay)]]]>??????????（公式4）

公式4中，Δx為x方向上焊縫厚度增量；k₂為控制焊縫生長快慢的系數，取值為0.5-2；c₃為可調系數，取值為3；c₂為重力修正系數，取值為2；R_y為三角形網格點距離電弧中心y方向的距離；a_y為可調系數，控制焊縫生長的寬度；a_y=b_y。