[發明專利]基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學系統及方法

在審

• 申請號: 201710651112.7
• 申請日: 2017-08-02
• 公開（公告）號: CN107393366A
• 公開（公告）日: 2017-11-24
• 發明（設計）人: 李海慶;龔自成;袁容;李偉;唐明哲
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G09B9/00
• 分類號: G09B9/00
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明屬于虛擬現實技術領域，具體涉及一種基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學系統及方法。

背景技術

焊接是通過加熱或加壓(或兩者并用)，使用(或不使用)填充材料，使焊件形成原子間結合，從而實現永久性(不可拆卸)連接的一種加工方法。

焊接主要用于制造金屬結構件，也可以用于機器的零部件的制造。焊接自身具有以下優點：

(1)連接性能好。可以方便地將板材、型材或鑄鍛件根據需要進行組合焊接，因而對于制造大型、特大型結構(如機車、橋梁、輪船、火箭等)有重要意義。同時，焊接還可以將不同形狀及尺寸(板厚、直徑)甚至不同種類的材料(異種材料)連接起來，從而達到降低重量，節約材料，資源優化等目的。

(2)焊接結構剛度大，整體性好。同時又容易保證氣密性及水密性，所以特別適合制造高強度、大剛度的中空結構(如壓力容器、管道、鍋爐等)。

(3)焊接方法種類多，焊接工藝適應性廣。它適應不同要求及批量的生產，且易實現自動化(如汽車制造業中廣泛使用了點焊機械手、弧焊機器人等)。

Unity3D軟件是一款多平臺場景開發軟件，支持多種腳本語言，包括JavaScript、 C#、Boo，支持WebPlayer、PC、ios、Android、WindowsStoreApps等平臺發布，最初 Unity3D主要用于游戲開發領域，其強大的物理引擎與粒子系統，能夠很好地仿真現實世界中的場景，使其不僅僅局限于游戲開發領域，在系統仿真、工業設計以及建筑可視化等領域也有較好的應用價值。

發明內容

本發明的目的是為解決現有焊接教學存在的問題，提供一種能基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學系統及方法

為解決上述技術問題，本發明的技術方案是：一種基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學系統，包括數據收集模塊、模型生成模塊以及終端顯示設備，數據收集模塊用以收集焊接相關的技術參數，模型生成模塊通過收集的技術參數，創建出用于教學的虛擬模型，終端顯示設備用于顯示對虛擬模型進行模擬現實焊接教學的仿真。

優選地，還包括虛擬場景模塊，虛擬場景模塊用于對虛擬模型進行焊接操作環境的模擬。

優選地，所述虛擬場景模塊包括焊接介紹按鈕，焊接步驟按鈕，視頻演示按鈕以及手動操作按鈕。

優選地，所述終端顯示設備用于對虛擬場景模塊的顯示，終端顯示設備還分別對虛擬場景模塊中的焊接介紹，焊接步驟，視頻演示以及手動操作等所有虛擬按鈕進行控制。

本發明還提供了一種基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學方法，包括以下步驟：

S1、數據收集以及分析；

S2、設備模型的建立；

S3、對模型進行減面處理；

S4、在系統中添加實驗操作過程演示動畫，同時進行貼圖、材質的制作與烘焙；

S5、將設備模型導入Unity3D中，實現對整個實驗教與學的仿真模擬。

S6、將仿真模擬投射到虛擬現實設備中，通過虛擬現實設備觀察焊接場景及模型。

優選地，所述步驟S1中的數據收集及分析是指手工電弧焊中的平焊，收集平焊在直流電或交流電兩種情況下所需電流大小，焊接過程中焊條與焊接方向角度以及焊件尺寸。

優選地，所述步驟S2中設備模型的建立是利用步驟S1收集的數據進行建模，然后將建立的模型輸出。

優選地，所述輸出后的零部件模型進行減面處理。

優選地，其特征在于，所述步驟S3中演示動畫與材質貼圖的建立是通過軟件完成。

優選地，所述步驟S6中的虛擬現實設備為HTCVive設備。

本發明的有益效果是：

1、本發明所提供的基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學系統及方法中：設備與零部件可以進行全方位的觀察，實驗操作將真實場景(包括實驗裝置以及材料)以1:1的比例再現，在系統中可以隨時進行焊接步驟以及焊接操作注意事項的學習與觀察。

2、焊接實驗教學過程中的交互操作、工作原理可以進行可視化。

3、本發明所提供的基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學系統及方法開發過程較為容易，可以更好的進行實際項目的拓展與改進。

附圖說明

圖1是本發明基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學系統框圖；

圖2是本發明基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學方法流程圖；

圖3是本發明基于Unity3D的虛擬現實焊接仿真教學系統及方法模型效果圖；