一种VR虚拟焊接仿真实训系统技术方案

一种VR虚拟焊接仿真实训系统，可解决传统焊接培训过程中产生的烟雾火花，污染严重，培训成本高、安全性差的技术问题。包括控制柜、VR头戴显示器和焊枪，控制柜包括触摸屏和主机，所述VR头戴显示器与主机连接，焊枪上设置激光位置追踪器，激光位置追踪器与主机通信连接；还包括采集模块，焊枪、采集模块及主机依次连接；采集模块包括采集电路和单片机；采集电路包括光电耦合器OPT300、八位三态同向输出总线缓冲器74HC541D芯片、电阻R300、电阻R301、电阻R302、指示灯LED300和滤波电容CA300；本实用性可以精确地测量各种操作信息，帮助学员将焊接技能转化到实际的焊接工作中，并且可循环使用，节省大量人、及物力成本且安全可靠。

【技术实现步骤摘要】
一种VR虚拟焊接仿真实训系统
本技术涉焊接教学培训
，具体涉及一种VR虚拟焊接仿真实训系统。
技术介绍
在传统焊工技能培训中，学员是在焊接基地对现实金属进行焊接操作培训，培训过程需消耗大量的焊条、焊件、保护气体、能源等材料，可能占用稀有的焊接资源并耗尽基地有限的焊接材料，并且在焊接过程中产生大量烟雾，火花，污染严重且具有一定的危险性。作为零基础的学员在培训过程中的操作难以准确把控，培训导师的水平不同，对学员焊接结果的评价也参差不齐，而且，由于师资不足，学员要接受到及时指导比较难，培训效果不尽理想，因此，焊接培训成本高、安全性比较差以及培训效果不佳等都是传统培训面临的难题。
技术实现思路
本技术提出的一种VR虚拟焊接仿真实训系统，可解决传统焊接培训过程中产生的烟雾，火花，污染严重、消耗大量焊条、焊件、保护气体等材料，导致焊接培训成本高、安全性比较差以及培训效果不佳的技术问题。为实现上述目的，本技术采用了以下技术方案：一种VR虚拟焊接仿真实训系统，包括控制柜、VR头戴显示器和焊枪，所述控制柜包括显示面板和主机，显示面板包括触摸屏，所述触摸屏和主机连接，所述VR头戴显示器与主机连接，所述焊枪上设置激光位置追踪器，所述激光位置追踪器与主机通信连接；还包括采集模块，所述焊枪、采集模块及主机依次连接；所述采集模块包括采集电路和单片机；所述采集电路包括光电耦合器OPT300、八位三态同向输出总线缓冲器74HC541D芯片、电阻R300、电阻R301、电阻R302、指示灯LED300和滤波电容CA300；其中，光电耦合器OPT300输入端的正极通过电阻R300与焊枪上的开关信号输出端连接，光电耦合器OPT300输入端的负极接地，光电耦合器OPT300的输出端的光敏晶体管的集电极连接电源输入端，指示灯LED的正极、滤波电容CA300的整机、下拉电阻R301的一端、光电耦合器OPT300的输出端的光敏晶体管的发射极均与缓冲器74HC541D的输入管脚相连接，缓冲器74HC541D的输出端接单片机的IO管脚，读取缓冲器74HC541D输出管脚的高低电平；指示灯LED的负极与限流电阻R302的一端连接，限流电阻R302的另一端、滤波电容C300的另一端、电阻R301的另一端均接地。进一步的，所述焊枪包括电焊枪、CO2气保焊枪及氩弧焊枪；所述焊枪上的开关信号输出端包括设置在焊枪上的三个开关按钮，所述三个开关按钮分别与连接电焊枪、CO2气保焊枪及氩弧焊枪。进一步的，还包括参数调节电位器旋钮模块，所述参数调节电位器旋钮模块内部电路包括电位器旋钮R1,所述电位器旋钮R1的第一管脚接电源正极，中间第二管脚通过限流电阻R2接入到监控单片机STM32F103VET6的ADC管脚，电位器旋钮R1的第三管脚接地，当旋转旋钮时，中间第二管脚的电压随之变化，单片机把读取的电压转换成相应的参数数值，通过串口发送给主机。进一步的，所述参数调节电位器旋钮模块包括五个参数调节电位器旋钮，分别用于调节焊接电压、焊接电流、焊接气体流量、焊接焊丝直径、焊接钨极直径的参数。进一步的，所述VR头戴显示器采用HTCVIVE，所述VR头戴显示器通过高清线与主机连接。进一步的，所述参数调节电位器旋钮模块设置在显示面板上。进一步的，所述焊枪上的开关信号输出端还包括设置在显示面板上的焊枪选择模块，所述焊枪选择模块包括三个焊枪选择按钮，所述焊枪选择按钮与焊枪上的三个开关按钮一一对应连接。进一步的，所述显示面板上还包括电源开关按钮。进一步的，还包括放置架，所述VR头戴显示器和焊枪分别放置在放置架上。所述控制柜的底部设置行走滚轮。所述放置架的底部也设置行走滚轮。由上述技术方案可知，本技术的VR虚拟焊接仿真实训系统采用VR虚拟现实技术与真实焊接设备相结合来实现焊接教学功能具有非常高的应用价值。该系统具备手工电焊模拟操作训练系统、氩弧焊模拟操作训练系统、气体保护焊模拟操作训练系统，满足能让学员在高度仿真的模拟环境下进行焊接技能的高效训练，可以让学员感受到真实的场景及焊接过程。系统将仿真操作设备、实时3D技术及VR渲染引擎相结合，演练过程真实，视觉效果、操作手感与真实一致。在焊接演练的过程中，学员能够看到焊接电弧以及焊液从生成、流动到冷却的过程，同时可以听到相应的焊接音效。管理系统还应可以精确地测量各种操作信息，并提供全套焊接教学视频资料及真实的焊具，帮助学员从中学到基础知识、安全规程、技术要点等焊接技能，最终将这些焊接技能转化到实际的焊接工作中，并且设备可循环使用，不产生烟雾，火花等优势，为企业节省大量人、及物力成本。附图说明图1是本技术的结构示意图；图2是本技术的控制面板的结构示意图；图3是本技术的结构框图；图4是本技术的采集模块电路图；图5是本技术的参数调节电位器旋钮模块内部电路图；图6是本技术的放置架结构示意图。具体实施方式为使本技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术实施例采用软硬件结合的方式对整个焊接培训过程行实时还原，学员采用头戴VR头盔，实时显示3D焊接场景，手持真实焊枪加装激光定位器，能实时实采集传输焊枪的位置、角度、行进速度、行进角度等焊接关键参数，对学员的整个焊接培训过程进行全面的记录。以下具体说明：如图1-3所示，本技术实施例的一种VR虚拟焊接仿真实训系统，包括控制柜、VR头戴显示器和焊枪，所述控制柜包括显示面板2和主机1，显示面板2包括触摸屏21，所述触摸屏21和主机1连接，所述VR头戴显示器与主机连接，所述焊枪上设置激光位置追踪器，所述激光位置追踪器与主机1通信连接；还包括采集模块，所述焊枪、采集模块及主机1依次连接；所述采集模块包括采集电路和单片机；如图4所示，采集电路由光电耦合器OPT300、八位三态同向输出总线缓冲器74HC541D芯片、电阻R300、电阻R301、电阻R302、指示灯LED300和滤波电容CA300组成，光电耦合器OPT300输入端的正极通过电阻R300与开关信号输出端连接，光电耦合器OPT300输入端的负极接地，光电耦合器OPT300的输出端-光敏晶体管的集电极连接电源输入端，指示灯LED的正极、滤波电容CA300的整机、下拉电阻R301的一端、光电耦合器OPT300的输出端-光敏晶体管的发射极均与缓冲器74HC541D的输入管脚相连接，74HC541D的输出端接单片机的IO管脚，读取74HC541输出管脚的高低电平。指示灯LED的负极与限流电阻R302的一端连接，限流电阻R302的另一端、滤波电容C300的另一端、电阻R301的另一端均接地。当焊枪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种VR虚拟焊接仿真实训系统，包括控制柜、VR头戴显示器和焊枪，所述控制柜包括显示面板（2）和主机（1），显示面板（2）包括触摸屏（21），所述触摸屏（21）和主机（1）连接，所述VR头戴显示器与主机连接，所述焊枪上设置激光位置追踪器，所述激光位置追踪器与主机（1）通信连接；其特征在于：/n还包括采集模块，所述焊枪、采集模块及主机（1）依次连接；/n所述采集模块包括采集电路和单片机；/n所述采集电路包括光电耦合器OPT300、八位三态同向输出总线缓冲器74HC541D芯片、电阻R300、电阻R301、电阻R302、指示灯LED300和滤波电容CA300；其中，/n光电耦合器OPT300输入端的正极通过电阻R300与焊枪上的开关信号输出端连接，光电耦合器OPT300输入端的负极接地，光电耦合器OPT300的输出端的光敏晶体管的集电极连接电源输入端，指示灯LED的正极、滤波电容CA300的整机、下拉电阻R301的一端、光电耦合器OPT300的输出端的光敏晶体管的发射极均与缓冲器74HC541D的输入管脚相连接，缓冲器74HC541D的输出端接单片机的IO管脚，读取缓冲器74HC541D输出管脚的高低电平；/n指示灯LED的负极与限流电阻R302的一端连接，限流电阻R302的另一端、滤波电容C300的另一端、电阻R301的另一端均接地。/n...

【技术特征摘要】
20190328 CN 20192041045591.一种VR虚拟焊接仿真实训系统，包括控制柜、VR头戴显示器和焊枪，所述控制柜包括显示面板（2）和主机（1），显示面板（2）包括触摸屏（21），所述触摸屏（21）和主机（1）连接，所述VR头戴显示器与主机连接，所述焊枪上设置激光位置追踪器，所述激光位置追踪器与主机（1）通信连接；其特征在于：
还包括采集模块，所述焊枪、采集模块及主机（1）依次连接；
所述采集模块包括采集电路和单片机；
所述采集电路包括光电耦合器OPT300、八位三态同向输出总线缓冲器74HC541D芯片、电阻R300、电阻R301、电阻R302、指示灯LED300和滤波电容CA300；其中，
光电耦合器OPT300输入端的正极通过电阻R300与焊枪上的开关信号输出端连接，光电耦合器OPT300输入端的负极接地，光电耦合器OPT300的输出端的光敏晶体管的集电极连接电源输入端，指示灯LED的正极、滤波电容CA300的整机、下拉电阻R301的一端、光电耦合器OPT300的输出端的光敏晶体管的发射极均与缓冲器74HC541D的输入管脚相连接，缓冲器74HC541D的输出端接单片机的IO管脚，读取缓冲器74HC541D输出管脚的高低电平；
指示灯LED的负极与限流电阻R302的一端连接，限流电阻R302的另一端、滤波电容C300的另一端、电阻R301的另一端均接地。


2.根据权利要求1所述的VR虚拟焊接仿真实训系统，其特征在于：所述焊枪包括电焊枪、CO2气保焊枪及氩弧焊枪；
所述焊枪上的开关信号输出端包括设置在焊枪上的三个开关按钮，所述三个开关按钮分别与连接电焊枪、CO2气保焊枪及氩弧焊枪。


3.根据权利要求2所述的VR虚拟焊接仿...

【专利技术属性】
技术研发人员：王攀，宫井涛，赵翔，李巢，夏明，
申请(专利权)人：合肥耀安科技有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽;34