LGM-HVR02焊接實操模擬器

一、焊接模擬器系統概述
該系統將仿真操作設備、實時3D技術及渲染引擎相結合，演練過程真實，視覺效果、操作手感與真實一致。在焊接演練的過程中，學員能夠看到焊接電弧以及焊液從生成、流動到冷卻的過程，同時聽到相應的焊接音效。
LGM-HVR02焊接實操模擬器具備焊條電弧焊模擬訓練系統、CO2氣體保護焊模擬訓練系統、氬弧焊模擬訓練系統、可編程機器人焊接訓練系統，還可無縫擴展多種類型的焊接訓練系統。
該系統與傳統的焊接技藝教學能有機的融合在一起，是實現靈活、高效、安全、節約、綠色無污染的焊接模擬培訓教學與考核的最佳教學方法。
通過電焊模擬實訓系統，學員不僅僅可以獲得與傳統實訓相同的操作經驗，同時通過系統內置的數據采集、智能專家輔助模塊和量化考核評價系統等一系列先進獨特的教學功能，配合合理明晰的焊接知識穿插講解，使學員可以獲得在傳統教學實踐過程中難以量化的精確焊接培訓指導，大幅度提升學員在培訓過程中的方向性和目的性，有效縮短學員的培訓周期，降低教師的教學負擔，達到以低成本、低投入實現“精教、精學、精煉”的焊接培訓機制。

二、技術基礎
當操作者進行訓練時，系統中的多個傳感器將獲得的多個焊槍實時參數反饋給計算機，計算機對數據進行處理分析，并在顯示裝置和音響上顯示相應的焊接畫面和焊接聲音。焊接實訓設備應具有以下技術：
1、數字圖像處理、信息技術。
2、計算機圖形學、傳感與控制技術。
3、多種焊接操作技術、安全操作規范。
4、融多項高新技術于一體，呈現代職業教育之先進手段。
5、新型的焊接訓練實訓設備是一種低成本、高效率、現代化的焊接訓練解決方案。
三、視景仿真系統結構
1、數據輸入模塊主要負責將焊接工藝參數和焊槍運動參數狀態信息傳遞給焊接仿真模型模塊和仿真引擎模塊。
2、仿真模型模塊主要負責對工件、焊槍等焊接仿真環境進行靜態幾何建模, 完成焊縫模擬、煙、光照、火光、陰影、光照等特效3D圖形渲染。
3、焊接仿真引擎是系統的核心，它主要探尋焊接工藝、焊槍運動狀態參數和焊縫橫截面幾何參數之間的關系。
4、仿真結果輸出模塊包括評價系統模塊和其它功能子模塊。主要負責實時監測仿真狀態, 輸出動態仿真結果，分析、評價仿真過程數據。
5、具備培訓效果可評估功能：具有實時可視的操控信息反饋、虛擬焊縫的實時檢測指導、訓練者操作技能的實時評估功能。
四、系統功能特點
1、安全環保
設備無強電磁污染、無化學污染、對人無強光高溫傷害，整個培訓過程綠色環保。
2、一機多槍
本模擬機標配三種實物焊槍模擬，包括有：二保焊、手工焊條焊、氬弧焊。
3、一機多練，單臺雙工位訓練
對于單臺雙工位版模擬訓練機采用兩工位操作共用一臺采集主機同時進行數據采集，各工位可同時進行焊接操作，互不影響。提供兩個工位的同時訓練，大大提高了模擬機的使用效率。
4、觸碰力反饋
所有的實物焊件能提供真實的觸碰力反饋效果，配合系統精準的空間定位技術讓受訓者感受到真實的物理空間與虛擬訓練空間一致的觸碰感及反饋感。
5、操作零延時
本模擬器采用先進的傳感器及顯示設備讓受訓者在虛擬空間中的操作零延時響應，實現“精準快速”、“指哪焊哪”的操作感，受訓者使用焊槍操作無絲毫滯后感，仿真度極大提高。
6、3D立體視覺焊接模擬
本產品使用3D立體視覺進行焊接模擬訓練，與現實中人用雙眼來進行空間位置的識別一樣，受訓者通過立體頭盔顯示的立體畫面可以直觀的識別到槍與焊件的空間距離，這種立體視覺訓練符合人類視覺定位的傳統經驗讓訓練真實度極大提高。這也是其它公司產品并不具備的功能特點。
7、實時廣播教學模式
老師能在模擬器上進行廣播教學，實時的焊接畫面會同步到培訓教室的每一臺學員機上，以方便學生進行焊接觀摩學習。學員可將老師的焊接過程同步到自己的學員機上，以實時學習老師的焊接手法，達到“手把手”教學模式。
8、“手把手”引導學習模式
有“引導槍”功能，在焊接訓練操作前可以打開“引導學習”功能，在虛擬場景的板件前會生成一個透明引導槍。通過顏色變化來引導學生參考掌握干伸距離、行走速度等運槍手法。該引導槍可以由教師自己行錄制并上傳，來幫助學生對教師的運槍手法進行“實時臨摹”對比操作。
9、3D焊接錄像可分享及學習
學生可以保存上傳自己的焊接錄像，并可以隨時用360度任意自由視角，查看以前的個人或老師的焊接三維回看錄像。錄像中以三維模型線段標示出焊槍移動的空間軌跡。并且錄像中的三維焊槍移動數據可直接設置為該焊接項目的“引導槍”，方便學生在訓練項目時直接對比“實時臨摹”老師的焊接手法。
老師與學員的焊接錄像可通過網絡分享給其它任意學員進行回看，同時優秀的焊接錄像還可下載導入模擬機中進行實時對比焊接學習及訓練。
10、實時輔助顯示
學員進行焊接訓練時，系統會提供實時的焊接數據的圖形化提示，如：弧長、行走速度、行走角度等相當于老師與學員一對一專注培訓。學員根據這些數據化提示及時糾正運弧時的手部動作，以達到最高的教學效益。
11、降低培訓成本
使用模擬機訓練節省占用場地、無任何焊件焊材的消耗、大幅節省教室清潔成本、同時一位培訓教師可以同時管理多臺模擬訓練機節省了培訓投入成本，并且系統動態的顯示出節省成本值。
12、多焊件多位置焊接
模擬機提供有四種實物焊件（平板練習板、對接坡口板、T型板、圓管）來進行訓練，并支持多種焊接位置訓練，如：平焊、立焊、橫焊、仰焊。
13、教師端遠程設備控制
教師端可以遠程管理任意學員訓練機如：動態分配任務、發布系統公告、設定考試時間段并布置考試、設備禁用、用戶注冊和用戶踢出等控制功能。
14、焊接知識實時查閱
在模擬機上學員可以隨時查閱與本次焊接相關的焊接知識的文檔資料，老師可以配合理論課程的需要在后臺動態的更新、上傳、刪除這些文檔資料。
15、動態設定任務、分級培訓學員
教師管理端下達任務時，通過設定不同任務參數，進行任務難易程序的劃分，實現從易到難分級培訓學員。
16、培訓自動化、效果可評估
通過教師管理端輕松的管理多臺訓練模擬機，動態的分配訓練任務。培訓及考試結果可直接傳送至數據庫，系統進行統計評估并記錄打印。老師可以對學員整個焊接培訓過程進行追蹤評定，并可隨時將歷史焊接數據進行調檔查看及焊接錄像回放。
17、理論與實踐一體化
系統提供比較完善的理論知識體系進行學員的理論知識培訓。
以視頻、文字、圖片形式展示，可對焊接訓練的理論知識進行詳細的學習和鞏固
五、功能說明
LGM-HVR02焊接模擬器是能讓學員在高度仿真的模擬環境下進行焊接技能的高效訓練，讓訓練者能夠感受到真實的焊接過程。
該產品可以有效地和周圍真實的環境進行互動，讓訓練者處于高度逼真的環境中，有效促進操作者完全投入到當前的任務中。焊接訓練模擬技術適用于新一代焊接人員的培訓和焊接就業教育，在一般的培訓教室即可進行培訓工作。對于有經驗的訓練者，本產品系統提供高訓練平臺，通過視覺、聽覺和觸覺來操作完成一個好的焊縫；并且，本產品可以精確地測量到操作信息，訓練者可以從中學到要點并能簡便有效地將這些焊接技能轉化到實際的焊接工作中。
1、適用性廣：
（1）多種焊接工藝。本實訓設備可以模擬訓練多種焊接工藝，其中包括：
1）焊條電弧焊模擬訓練系統
焊條電弧焊模擬訓練系統可模擬焊條與工件互相熔化并在冷凝后形成焊縫，從而獲得牢固接頭的焊接過程的模擬系統。本系統可進行酸性焊條J422（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）、堿性焊條J507（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）的多種訓練，并可對焊件進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多種不同位置的焊接訓練。訓練者在手工焊接操作時可看到焊縫熔池實時生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結果，并由系統進行實時的專家評定焊接缺陷，以便訓練者了改進焊接手法，以達到焊條電弧焊訓練效果。
2）CO2氣體保護焊模擬訓練系統
CO2氣體保護焊模擬訓練系統可模擬以二氧化碳氣體作為電弧介質，保護金屬熔滴、焊接熔池和焊接區高溫金屬的一種熔焊模擬系統。本系統可選用藥芯焊絲YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707；自保護焊絲：直徑Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6。并可對焊件進行平焊、立焊、橫焊和仰焊等多種不同位置的焊接訓。訓練者在手工焊接操作時可看到焊縫熔池實時生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結果，并由系統進行實時的專家評定焊接缺陷，以便訓練者改進焊接手法，以達到CO2氣體保護焊訓練效果。
3）氬弧焊模擬訓練系統
氬氣體保護焊可模擬200A/mm2左右的高強度電流密度效果，焊接過程中系統可體現氬弧焊燃燒穩定、熱量集中、熔滴細小、飛濺少的使用特點。并可對焊件進行多種不同位置的焊接訓。訓練者在手工焊接操作時可看到焊縫熔池實時生成，訓練者的手工操作直接影響到了熔池成形的結果，并由系統進行實時的專家評定焊接缺陷，以便訓練者了改進焊接手法，以達到氬弧焊訓練效果。
4）焊接機器人模擬示教操作系統
學習焊接機械人知識、體驗機械臂操作、通過仿真示教器在操作平臺上進行軌跡焊接示教、操作軌跡焊接實訓。
（2）三種焊槍、機器人仿真示教器。本實訓設備包含以下三種焊槍：焊條電弧焊槍、CO2氣體保護焊槍及氬弧焊槍。
（3）多種接頭（焊件）形式。本實訓設備可以設置多種焊接接頭形式，有平直槽、T型接頭、開坡口接頭、管道接頭等。
（4）多種焊接位置。本實訓設備有獨立的操作臺，可以在虛擬場景中靈活地調節多種焊接位置，讓訓練者無障礙進行平焊、立焊、橫焊、仰焊等多角度焊接位置訓練。
2、技術創新：
（1）精準定位技術
精確捕捉訓練者操作時的焊槍姿態數據，如角度、速度、距離等，記錄分析其操作柜機，精確的焊位信息所創建的評分記錄，可以幫助訓練者提高技能，快速轉化為實操能力。并且，在真實物理存在的試件上進行焊接操作，用戶可以感受到現實焊接中的各類觸覺感受，這極大地增強了模擬的真實性。可模擬要將電極與母材接觸的焊接工藝，比如用焊條焊接管根部焊道時用到的拖焊技巧。
（2）實時同步的觸碰感和力反饋感
所有的實物焊件能提供真實的觸碰力反饋效果，配合系統精準的空間定位技術讓受訓者感受到真實的物理空間與虛擬訓練空間一致的觸碰感及反饋感。
（3）操作零延時實時操作體驗
本系統采用高達120Hz動作采集傳感器及先進的顯示設備讓受訓者在虛擬空間中的操作零延時響應，實現“精準快速”、“指哪焊哪”的操作感，受訓者使用焊槍操作無絲毫滯后感，仿真度極大提高。
（4）實時學員訓練輔助功能
焊接模擬器在學員進行訓練時，在VR主控機的顯示器及VR焊接頭盔中都會顯示與正在訓練項目相關的輔助功能，焊接設備界面為學員提供如下內容：
1）當前焊接設備的設定參數：工藝選擇、送絲速度、電流/電壓、極性、保護氣選擇及流量；
2）焊接動作：整理焊絲、更新焊條、熄滅電弧、清理焊渣。
這些輔助功能顯示，可以讓學員快速的掌握運弧時的手法，及時的調整糾正在運弧時手部動作、移動速度、行走角度、干伸長度等重要細節，在焊接完成時系統會馬上對整個焊接過程參數進行錯誤標記，讓學員直觀的了解自己的不足，同時這些參數將會被傳送至學員數據庫中，以便在日后進行反復學習和研究。
（5）iTrue真實的焊接熔池模型技術
此技術通過計算機模型生成了生動真實的熔池，焊接操作直觀，可以讓操作者學習“看懂熔池”；模擬焊接時的火花、焊渣、打磨（在管子上）以及焊接冷卻的過程，并且可模擬當不良焊接手法操作時所形成的缺陷焊縫。
（6）焊接錄像可共享與隨時回放
老師與學員的焊接錄像可通過網絡分享給其它任意學員進行回看，同時優秀的焊接錄像還可下載導入模擬機中進行實時對比焊接學習及訓練。
（7）實時廣播教學模式
老師能在模擬器上進行廣播教學，實時的焊接畫面會同步到培訓教室的每一臺學員機上，以方便學生進行焊接觀摩學習。學員可將老師的焊接過程同步到自己的學員機上，以實時學習老師的焊接手法，達到“手把手”教學模式。
（8）3D立體視覺焊接模擬
本產品使用3D立體視覺進行焊接模擬訓練，與現實中人用雙眼來進行空間位置的識別一樣，受訓者通過立體頭盔顯示的立體畫面可以直觀的識別到槍與焊件的空間距離，這種立體視覺訓練符合人類視覺定位的傳統經驗讓訓練真實度極大提高。
3、節能環保：
（1）無需消耗焊件焊材。該實訓設備屬綠色節能環保產品，訓練的過程中無需焊接耗材即能提升操作者焊接水平。
（2）無強電磁污染。
（3）無化學、光學污染。
4、豐富的系統課程
模擬系統提供了不同的系統課程功能，分為基礎、初級、中級、高級四個等級進行訓練和考核，從最初級的運弧手法課程到高級的圓道焊接課程都有著詳細的焊接項目供學員進行培訓。基礎課程包含：引弧、收弧、直線運條、直線往返運條、鋸齒形運條、月牙形運條、正三角形運條、斜三角形運條、圓形運條。
課程包含有虛擬以12mm特厚實物焊板進行專業焊接課程學習，可進行多層多道焊，單面焊雙面成形實操模擬訓練。
5、培訓效果可評估：
（1）實時可視的操控信息反饋。本產品具有可視標記功能，可實時提供訓練者實時的焊接操控信息反饋。
（2）虛擬焊縫的實時檢測指導。本產品具有實時檢測指導功能，當訓練者在焊接的時候，或對焊成的焊縫進行外觀檢查時可以使用教師輔助顯示屏。該功能可以形象地檢查出焊縫的氣孔、咬邊及焊道分布等。
（3）訓練者操作技能的實時評估。該產品可以設置焊接技能標準，根據訓練者操作焊成的每一焊縫進行測評，并能根據虛擬的焊縫評估確定潛在的缺陷范圍和可視標識。
6、升級功能：該系統具有升級功能，并且提供終身免費升級服務。
7、教師端管理系統功能說明
教師端管理系統是焊接模擬器的教師服務器控制端，能夠監控學員的實訓設備訓練的狀態及數據，可遠程管理多臺實訓設備，管理學員注冊及登錄，管理學員訓練的數據結果并可隨時抽取查看，進行教學演示，實時訓練成本估算等。
（1）功能說明表
教師端管理系統功能表

1	基本功能	通過教學控制機可以同時實現單個或多個終端學員機的控制與監控，并可以對學員進行全面的管理，如：年級、專業、班及、學員及成績，作業操作回放等。
2	理論教學功能	建立標準作業庫，既可作為學員機訓練的參考也可以做校內網上的多媒體課程資源，供學生進行網路學習。
3	任務設定功能	教師機能夠實現遠程對學員機開關機、任務設置與終止，并可以按學員等級進行不同階段的訓練難易設定，以便對學員循序漸進的培訓，從易至難的過程。
4	考核評定功能	系統在考試完畢后可立即生成考試結果及評定，并上傳至數據庫進行長期保存，可隨時進行查詢、打印。
5	擴展功能	教師可通過教學投影設備可以進行理論知識的教學及標準操作錄像回放，并可以隨時調取學員訓練記錄進行重現、查看。

（2）具體功能說明
教師端管理系統有下述功能：
1）監控，選擇虛擬焊接設備，向其發送訓練或考試任務。每臺設備應可以接受不同類型的課程，或進入不同的模式。
2）課程設計，可以對課程內容進行設置，應包括：課程名稱、任務等，并可方便的添加和刪除。應可以查看課程信息：選擇一個節點，顯示出該節點的詳細信息。
3）任務設計，可以對任務內容進行設置，包括：任務名稱、目的、焊機類型、接口類型、焊接位置、坡口類型和母材厚度等。在選擇一個操作節點時，可顯示出該節點的詳細信息。
4）學生管理，可新建年級、新建專業、新建班級、新建學生、修改學生信息、刪除信息等。
5）成績管理，可以查看所管理班級的課程成績單、學生考試成績單、任務詳細成績單。能以文字報告、焊接參數曲線，顯示訓練結果。
6）系統設置，可修改登錄密碼、設置公差等級等具體參數。
7）網絡連接：系統采用千兆網絡通訊技術實現網絡化，提高培訓效率；應用便捷、移動方便、管理靈活。等等。
（2）管理員功能
系統可以實現對虛擬焊接實訓設備的管理、教師管理、學生管理、成績管理、課程設計、任務設計、實訓設計和安排等功能。
六、配置清單
1、單工位配置清單

編號	設備名稱	性能及技術要求	數量	單位
硬件系統
1	主設備柜	模擬真實焊機主機，包括仿真計算系統、位置傳感器及其計算系統、焊板芯片系統；主機上按真實物理存在的旋鈕進行電流電壓等參數的設置	1	個
2	訓練工位	一臺設備提供一個焊接操作工位	1	個
3	多通道高速USB數據采集器(獨立驅動)	高速采集位移及角度，焊槍動作等數據，采集幀率>=120HZ	1	個
4	光學定位總成	空間位置測量模塊及其系統總成，空間測量動態精度<=1MM,空間測量范圍>=2000MM	1	套
5	虛擬現實視覺系統	視頻眼鏡重量小于500克, 增強現實頭盔具有5寸顯示屏，顯示效果不低于720P清晰度。頭盔的實時位置采集活動范圍不小于1立方米	1	個
6	六軸角傳感終端	具有六方位角度測量功能，測量動態精度<=0.05度	1	套
7	增強現實焊槍	GMAW二保焊、GTAW氬弧焊、SMAW手工電弧焊三種真實焊槍操作終端，焊接操作過程中具有有空間力反饋感	3	把
8	音響系統	2.1聲道，模擬各類作業環境音效	1	套
9	焊板	各種坡口，各種真實材質焊板，為同等材質金屬焊件，不用塑料件或其他材料取代	1	套
10	教員管理平臺	CPU:：i5；內存：4GB 硬盤： 500G的數據盤；顯卡：NVIDIA 專業顯卡 1塊；電源：高性能金牌認證電源；操作系統： Windows 7	1	套
軟件系統
10	焊條電弧焊模擬訓練系統	支持酸性焊條J422（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）；堿性焊條J507（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）各種手工焊條焊操作訓練	1	套
11	CO₂氣體保護焊模擬訓練系統	支持CO₂氣體保護焊：藥芯焊絲YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707.；自保護：焊絲直徑Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6	1	套
12	氬弧焊模擬訓練系統	氬氣體保護焊可模擬200A/mm2左右的高強度電流密度效果，焊接過程中系統可體現氬弧焊燃燒穩定、熱量集中、熔滴細小、飛濺少的使用特點	1	套
13	教員端培訓管理系統	在后臺進行模擬器的參數設定、考試訓練管理、實時控制模擬機、學員的注冊、登錄、查詢成績、錄像存儲回看等管理功能，	1	套

2、雙工位焊接模擬器硬件配置清單（單臺）

編號	設備名稱	性能及技術要求	數量	單位
硬件系統
1	主設備柜	模擬真實焊機主機，包括仿真計算系統、位置傳感器及其計算系統、焊板芯片系統；主機上按真實物理存在的旋鈕進行電流電壓等參數的設置	1	臺
2	訓練工位	一臺設備提供兩個焊接操作工位,可同時進行模擬訓練	2	個
3	多通道高速USB數據采集器(獨立驅動)	高速采集位移及角度，焊槍動作等數據，采集幀率>=120HZ	2	套
4	光學定位總成	空間位置測量模塊及其系統總成，空間測量動態精度<=1MM,空間測量范圍>=2000MM	2	套
5	虛擬現實視覺系統	視頻眼鏡重量小于500克, 增強現實頭盔具有5寸顯示屏，顯示效果不低于720P清晰度。頭盔的實時位置采集活動范圍不小于1立方米	2	套
6	九軸角傳感終端	具有九方位角度測量功能，測量動態精度<=0.05度	2	套
7	增強現實焊槍	GMAW二保焊、GTAW氬弧焊、SMAW手工電弧焊三種真實焊槍操作終端，焊接操作過程中具有有空間力反饋感	2	套
8	仿真示教器	具有能通過實物仿真示教器模擬操作焊接機器人功能	2	套
9	音響系統	2.1聲道，模擬各類作業環境音效	1	套
10	焊板	各種坡口，各種真實材質焊板，為同等材質金屬焊件，不用塑料件或其他材料取代	1	套
11	教員管理平臺	CPU:：i5；內存：4GB 硬盤： 500G的數據盤；顯卡：NVIDIA 專業顯卡 1塊；電源：高性能金牌認證電源；操作系統： Windows 7	1	套
軟件系統
10	焊條電弧焊模擬訓練系統	支持酸性焊條J422（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）；堿性焊條J507（Φ2.5、Φ3.2、Φ4.0）各種手工焊條焊操作訓練	1	套
11	CO₂氣體保護焊模擬訓練系統	支持CO₂氣體保護焊：藥芯焊絲YJ502、YJ507、YJ507CuCr、YJ607、YJ707.；自保護：焊絲直徑Φ1.0、Φ1.2、Φ1.6	1	套
12	氬弧焊模擬訓練系統	氬氣體保護焊可模擬200A/mm2左右的高強度電流密度效果，焊接過程中系統可體現氬弧焊燃燒穩定、熱量集中、熔滴細小、飛濺少的使用特點	1	套
13	焊接機器人模擬示教操作系統	學習焊接機械人知識、體驗機械臂操作、通過仿真示教器在操作平臺上進行軌跡焊接示教、操作軌跡焊接實訓	1	套
14	教員端培訓管理系統	在后臺進行模擬器的參數設定、考試訓練管理、實時控制模擬機、學員的注冊、登錄、查詢成績、錄像存儲回看等管理功能。	1	套

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