一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法，所述系統(tǒng)包括：系統(tǒng)交互設(shè)備、變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)、三維立體投影顯示設(shè)備；所述系統(tǒng)交互設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤與體感器，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景間的實(shí)時(shí)交互，接收用戶的操作數(shù)據(jù)；所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)接收來自所述系統(tǒng)交互設(shè)備的操作數(shù)據(jù)，并完成變壓器制造工藝的仿真，同時(shí)將仿真效果傳送至所述三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行三維立體顯示。本發(fā)明可以大大提高變壓器制造、安裝和培訓(xùn)的直觀性、可交互性與系統(tǒng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、快速系統(tǒng)化的人員培訓(xùn)，大大降低了電力系統(tǒng)安裝、培訓(xùn)成本，提高培訓(xùn)效率。
【專利說明】一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前隨著我國(guó)電網(wǎng)系統(tǒng)的高速發(fā)展，國(guó)家對(duì)高壓、超高壓輸電要求也越來越迫切，因此導(dǎo)致各類型變壓器的需求量激增，變壓器具有內(nèi)部絕緣要求高、裝配精度要求高、所需裝配資源類型多、裝配質(zhì)量難以預(yù)測(cè)以及設(shè)備昂貴等特點(diǎn)。因此如何在低成本的情況下對(duì)相關(guān)人員進(jìn)行變壓器內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制造工藝的培訓(xùn)，是一個(gè)急需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)及方法。
[0004]本發(fā)明提供的一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括:
[0005]系統(tǒng)交互設(shè)備、變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)、三維立體投影顯示設(shè)備；
[0006]所述系統(tǒng)交互設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤與體感器，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景間的實(shí)時(shí)交互，接收用戶的操作數(shù)據(jù)；
[0007]所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)接收來自所述系統(tǒng)交互設(shè)備的操作數(shù)據(jù)，并完成變壓器制造工藝的仿真，同時(shí)將仿真效果傳送至所述三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行三維立體顯示。
[0008]其中，所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)，包括:
[0009]三維模型生成系統(tǒng)、三維模型管理系統(tǒng)、變壓器制造工藝仿真驅(qū)動(dòng)引擎、三維仿真顯示交互平臺(tái)以及三維立體顯示系統(tǒng)；
[0010]所述三維模型生成系統(tǒng)，用于通過三維建模工具生成相應(yīng)的設(shè)備模型庫(kù)以及場(chǎng)景模型庫(kù)；
[0011]所述三維模型管理系統(tǒng)，用于管理和調(diào)度所述三維模型生成系統(tǒng)所生成的包括設(shè)備模型庫(kù)和場(chǎng)景模型庫(kù)在內(nèi)的所有的三維模型；
[0012]變壓器制造工藝仿真驅(qū)動(dòng)引擎，用于整個(gè)變壓器制造工藝工序流程的仿真、特殊制作工藝的仿真、制作過程中相應(yīng)的設(shè)備以及零件模型動(dòng)作仿真、模型調(diào)度、變壓器虛擬樣機(jī)生成與虛擬裝配；
[0013]所述三維仿真顯示交互平臺(tái)，用于渲染所述三維模型管理系統(tǒng)中的設(shè)備模型庫(kù)和場(chǎng)景模型庫(kù)及完成人機(jī)交互；
[0014]所述三維立體顯示系統(tǒng)，用于生成仿真系統(tǒng)立體效果，并輸出到所述三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。
[0015]其中，所述三維立體顯示系統(tǒng)，具體包括:立體發(fā)生器、3D眼鏡、投幕、圖形工作站、邊緣融合與非線性幾何校正計(jì)算機(jī)、立體信號(hào)分離卡、幀同步鎖定卡、雙通道投影輸出；
[0016]所述立體發(fā)生器，用于配合所述立體信號(hào)分離卡增強(qiáng)信號(hào)，向所述3D眼鏡發(fā)射信號(hào)，校正人眼和所述投幕的立體參數(shù)；
[0017]所述圖形工作站，用于發(fā)射立體信號(hào)，將三維顯卡信號(hào)計(jì)算生成雙通道立體信號(hào)并向3D眼鏡發(fā)射信號(hào)；
[0018]所述邊緣融合與非線性幾何校正計(jì)算機(jī)，用于對(duì)雙通道投影輸出的雙圖像進(jìn)行非線性幾何校正和邊緣融合；
[0019]所述立體信號(hào)分離卡，用于將雙通道投影輸出的變壓器制造工藝仿真視頻信號(hào)分離成左右眼信號(hào)；
[0020]幀同步鎖定卡，用于對(duì)所述立體信號(hào)分離卡所分離的左右眼信號(hào)進(jìn)行同步鎖定；
[0021]雙通道投影輸出，用于通過投影儀進(jìn)行左右眼圖像的投影輸出；
[0022]投幕，用于對(duì)所述雙通道投影輸出的圖像進(jìn)行成像顯示；
[0023]所述3D眼鏡，用于通過左右眼的開關(guān)切換，實(shí)現(xiàn)3D立體效果。
[0024]其中，所述鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)界面按鈕事件的觸發(fā)；
[0025]所述體感器進(jìn)行變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)場(chǎng)景中生產(chǎn)過程的操作模擬。
[0026]其中，所述三維模型管理系統(tǒng)中的設(shè)備模型庫(kù)以變壓器為單位組織，變壓器內(nèi)部以樹形結(jié)構(gòu)組織管理；所述場(chǎng)景模型庫(kù)以線性結(jié)構(gòu)組織，并以場(chǎng)景模型庫(kù)名或者ID進(jìn)行線性查詢。
[0027]本發(fā)明另一方面提供一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)方法，所述方法通過如前述的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括:
[0028]變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)從其場(chǎng)景模型庫(kù)中調(diào)入場(chǎng)景模型和外部設(shè)備模型，并從設(shè)備模型庫(kù)中調(diào)入裝配模型或零件模型；
[0029]變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)裝配模型及零部件進(jìn)行裝配及運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃；
[0030]變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提示用戶準(zhǔn)備進(jìn)行零部件尺寸測(cè)量，接收用戶通過系統(tǒng)交互設(shè)備發(fā)出操作數(shù)據(jù)，并輸入到變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)；
[0031]變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)進(jìn)行變壓器三維仿真制作；
[0032]變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)完成變壓器三維仿真制作后由系統(tǒng)進(jìn)行渲染由三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。
[0033]其中，所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)進(jìn)行變壓器三維仿真制作，包括:
[0034]線圈繞制、線圈干燥、線圈壓裝、線圈組裝、硅鋼片剪切、鐵心疊裝、器身裝配、中間試驗(yàn)、器身干燥、油箱制作、總裝配、總裝后工藝處理三維仿真。
[0035]其中，所述變壓器三維仿真制作過程中的每個(gè)工序、每個(gè)關(guān)鍵部位、每個(gè)需要注意的錯(cuò)誤細(xì)節(jié)由所述系統(tǒng)交互設(shè)備進(jìn)行圖片、文字和聲音的提示，并由系統(tǒng)交互設(shè)備接收用戶的操作數(shù)據(jù)，完成全部制造過程。
[0036]實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果:
[0037]變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可以大大提高變壓器制造、安裝和培訓(xùn)的直觀性、可交互性與系統(tǒng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、快速系統(tǒng)化的人員培訓(xùn)，大大降低了電力系統(tǒng)安裝、培訓(xùn)成本，提高培訓(xùn)效率。另外變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)備類型功能化設(shè)計(jì)，可以使得該系統(tǒng)可以應(yīng)用到其他的輸變電設(shè)備中，并且可以為后續(xù)輸變電設(shè)備的運(yùn)維、檢修和故障檢測(cè)提供有效技術(shù)支撐。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0038]為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0039]圖1是本發(fā)明提供的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的架構(gòu)圖。
[0040]圖2是本發(fā)明提供的變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)示意圖。
[0041]圖3是本發(fā)明提供的變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)中的三維立體顯示系統(tǒng)進(jìn)行三維立體顯示的示意圖。
[0042]圖4是是本發(fā)明提供的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)方法的流程示意圖。
[0043]圖5是本發(fā)明提供的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行變壓器三維仿真制作的流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0044]虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，即VR交互展示技術(shù)是從分析解決產(chǎn)品整體性能及其相關(guān)問題的角度出發(fā)，解決傳統(tǒng)設(shè)計(jì)與制造過程中所存在的弊端的高新技術(shù)。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的發(fā)展使得高風(fēng)險(xiǎn)、高成本、高難度、高精密的生產(chǎn)、裝配、檢修、監(jiān)造等工作的培訓(xùn)、模擬、推演變?yōu)榭赡?。隨著虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的不斷革新，相比以往基于三維顯示與人機(jī)單一交互的視覺仿真系統(tǒng)，目前用戶更需要多維(三維視覺、聽覺、觸覺等)可交互的沉浸式仿真系統(tǒng)，使得用戶能夠通過真正身臨其境的多維信息接受與反饋達(dá)到最佳效果。
[0045]本發(fā)明基于上述虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，結(jié)合圖形處理、電氣工程等領(lǐng)域的相關(guān)技術(shù)，開發(fā)一套基于變壓器虛擬樣機(jī)的變壓器制造過程的全工藝仿真系統(tǒng)，并結(jié)合該系統(tǒng)提供一套生產(chǎn)人員的培訓(xùn)平臺(tái)。
[0046]本發(fā)明核心內(nèi)容為對(duì)變壓器制造工藝進(jìn)行三維仿真，以下結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)該系統(tǒng)【具體實(shí)施方式】做進(jìn)一步說明。
[0047]在詳細(xì)說明本發(fā)明的實(shí)施例之前，首先對(duì)圖示標(biāo)記內(nèi)容做以下說明:
[0048]圖1是變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的架構(gòu)圖。
[0049]標(biāo)記說明:1-鼠標(biāo)、鍵盤，2-Kinect體感器，3_系統(tǒng)交互設(shè)備，4_變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)，5-三維立體投影顯示設(shè)備。
[0050]圖2是變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)示意圖。
[0051]標(biāo)記說明:1_三維模型生成系統(tǒng)，2-原始模型制作，3-精細(xì)化模型制作，4-模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，5-三維模型管理系統(tǒng)，6-設(shè)備模型庫(kù)，7-場(chǎng)景模型庫(kù)，8-變壓器制造工藝仿真驅(qū)動(dòng)引擎，9-三維仿真顯示交互平臺(tái)，10-自由模式，11-考核模式，12-教學(xué)模式，13-三維立體顯不系統(tǒng)。[0052]圖3是變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)中的三維立體顯示系統(tǒng)進(jìn)行三維立體顯示的示意圖。
[0053]標(biāo)記說明:。1-立體發(fā)生器，2-圖形工作站，3-邊緣融合和非線性幾何校正計(jì)算機(jī)，4-立體信號(hào)分離卡，5-幀同步鎖定卡，6-雙通道投影輸出，7-投幕，8-3D眼鏡。
[0054]圖5是變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)進(jìn)行變壓器三維仿真制作的流程示意圖。
[0055]標(biāo)記說明:1-從“場(chǎng)景模型庫(kù)”中調(diào)入場(chǎng)景模型庫(kù)和外部設(shè)備模型庫(kù)，2-從“三維模型庫(kù)”中調(diào)入裝配模型或零件模型，3-對(duì)裝配模型進(jìn)行裝配規(guī)劃，4-對(duì)零部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃，5-提示準(zhǔn)備信息，等待用戶交互，6-線圈繞制，7-線圈干燥，8-線圈壓裝，9-線圈組裝，10-硅鋼片剪切，11-鐵心疊裝，12-器身裝配，13-中間試驗(yàn)，14-器身干燥，15-油箱制作，16-總裝配，17-總裝后工藝處理，18-渲染顯示，19-結(jié)束，20-提示與培訓(xùn)用戶。
[0056]下面將詳細(xì)描述本發(fā)明提供的一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的實(shí)施例。
[0057]如圖1所示，本發(fā)明提供的一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，包括:
[0058]系統(tǒng)交互設(shè)備3、變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)4、三維立體投影顯示設(shè)備5 ；
[0059]所述系統(tǒng)交互設(shè)備3包括鼠標(biāo)、鍵盤I與體感器2，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景間的實(shí)時(shí)交互，接收用戶的操作數(shù)據(jù)；其中，所述鼠標(biāo)和鍵盤I進(jìn)行變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)界面按鈕事件的觸發(fā)；
[0060]所述體感器2進(jìn)行變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)場(chǎng)景中生產(chǎn)過程的操作模擬。
[0061]所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)4接收來自所述系統(tǒng)交互設(shè)備3的操作數(shù)據(jù)，并完成變壓器制造工藝的仿真，同時(shí)將仿真效果傳送至所述三維立體投影顯示設(shè)備5進(jìn)行三維立體顯示。具體的，三維立體投影顯示設(shè)備5采用三維動(dòng)畫、關(guān)鍵制造工藝文字提示和配音的形式對(duì)變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和制造工藝流程進(jìn)行三維仿真展示。
[0062]參見圖2，所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)，具體包括:
[0063]三維模型生成系統(tǒng)1、三維模型管理系統(tǒng)5、變壓器制造工藝仿真驅(qū)動(dòng)引擎8、三維仿真顯示交互平臺(tái)9以及三維立體顯示系統(tǒng)13 ；
[0064]所述三維模型生成系統(tǒng)1，用于通過三維建模工具生成相應(yīng)的設(shè)備模型庫(kù)以及場(chǎng)景模型庫(kù)；具體的，可以包括原始模型制作2、精細(xì)化模型制作3、已經(jīng)模型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換4等幾個(gè)模塊完成，過程如下:原始模型制作2，對(duì)變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和外部零部件模型進(jìn)行尺寸制定，使用Maya, 3DsMax和Solidworks進(jìn)行這些粗模制作；精細(xì)化模型制作3,對(duì)粗模的頂點(diǎn)和面片進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化粗模的線框結(jié)構(gòu)，根據(jù)變壓器的外觀和內(nèi)部結(jié)構(gòu)照片，制作粗模的貼圖，將處理后的粗模和制作的貼圖結(jié)合起來，形成精細(xì)化模型；數(shù)據(jù)模型轉(zhuǎn)換4，從Maya，3DsMax和Solidworks得來的三維模型文件并不能被三維引擎直接調(diào)用，需要使用自行開發(fā)的三維模型插件對(duì)三維模型文件進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，在轉(zhuǎn)換的過程中，需要注意模型和貼圖文件的完整性，防止三維文件內(nèi)部數(shù)據(jù)的丟失。
[0065]所述三維模型管理系統(tǒng)5，用于管理和調(diào)度所述三維模型生成系統(tǒng)I所生成的包括設(shè)備模型庫(kù)6和場(chǎng)景模型庫(kù)7在內(nèi)的所有的三維模型；其中，設(shè)備模型庫(kù)6包含變壓器內(nèi)部絕緣結(jié)構(gòu)和外部組附件的精確模型，其構(gòu)成整個(gè)變壓器，場(chǎng)景模型庫(kù)7則包含變壓器制造過程中所需的所有制造和加工用的機(jī)器、工具、原材料以及廠房空間等。
[0066]所述三維模型管理系統(tǒng)5中的設(shè)備管理庫(kù)6以變壓器為單位組織，變壓器內(nèi)部以樹形結(jié)構(gòu)組織管理；所述場(chǎng)景模型庫(kù)7以線性結(jié)構(gòu)組織，并以場(chǎng)景模型庫(kù)名或者ID進(jìn)行線性查詢。
[0067]變壓器制造工藝仿真驅(qū)動(dòng)引擎8，用于整個(gè)變壓器制造工藝工序流程的仿真、特殊制作工藝的仿真、制作過程中相應(yīng)的設(shè)備以及零件模型動(dòng)作仿真、模型調(diào)度、變壓器虛擬樣機(jī)生成與虛擬裝配；具體的，變壓器制造工藝仿真驅(qū)動(dòng)引擎8對(duì)于所有的加工工藝、剛體形變、柔體運(yùn)動(dòng)等等生成相應(yīng)的數(shù)學(xué)物理模型，并通過三維引擎進(jìn)行仿真實(shí)現(xiàn)；
[0068]所述三維仿真顯示交互平臺(tái)9，用于渲染所述三維模型管理系統(tǒng)5中的設(shè)備模型庫(kù)6和場(chǎng)景模型庫(kù)7及完成人機(jī)交互；
[0069]具體實(shí)現(xiàn)中，所述三維仿真顯示交互平臺(tái)9采用標(biāo)準(zhǔn)C++語(yǔ)言，基于跨平臺(tái)的開源三維引擎OpenSceneGraph和⑶I設(shè)計(jì)庫(kù)CE⑶I進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)不同操作系統(tǒng)平臺(tái)的快速移植，實(shí)現(xiàn)仿真培訓(xùn)系統(tǒng)的跨平臺(tái)運(yùn)行。
[0070]三維仿真顯示交互平臺(tái)在9實(shí)現(xiàn)仿真培訓(xùn)和示教時(shí)，分三種模式進(jìn)行仿真，分別是自由模式10、考核模式11和教學(xué)模式12。自由模式10下，學(xué)員可以有針對(duì)性的對(duì)變壓器的絕緣結(jié)構(gòu)和整個(gè)工藝流程進(jìn)行選擇和學(xué)習(xí)；考核模式11下，學(xué)員必須根據(jù)系統(tǒng)規(guī)定的流程順心進(jìn)行完整的結(jié)構(gòu)和制造工藝考試，系統(tǒng)會(huì)記錄所有學(xué)員的答題情況，核算考試分?jǐn)?shù)，并將考核情況傳入數(shù)據(jù)庫(kù)中，供教師查看；教學(xué)模式12下，系統(tǒng)會(huì)有一個(gè)虛擬教師對(duì)變壓器的結(jié)構(gòu)和制造工藝進(jìn)行全面仔細(xì)的講解，供學(xué)員系統(tǒng)完整的學(xué)習(xí)。
[0071]所述三維立體顯示系統(tǒng)13，用于生成仿真系統(tǒng)立體效果，并輸出到所述三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。
[0072]參見圖3，所述三維立體顯示系統(tǒng)13，具體包括:立體發(fā)生器1、3D眼鏡8、投幕7、圖形工作站2、邊緣融合與非線性幾何校正計(jì)算機(jī)3、立體信號(hào)分離卡4、幀同步鎖定卡5、雙通道投影輸出6 ；
[0073]所述立體發(fā)生器I，用于配合所述立體信號(hào)分離卡4增強(qiáng)信號(hào)，向所述3D眼鏡8發(fā)射信號(hào)，校正人眼和所述投幕7的立體參數(shù)；
[0074]所述圖形工作站2，用于發(fā)射立體信號(hào)，將三維顯卡信號(hào)計(jì)算生成雙通道立體信號(hào)并向3D眼鏡8發(fā)射信號(hào)；
[0075]所述邊緣融合與非線性幾何校正計(jì)算機(jī)3，用于對(duì)雙通道投影輸出6的雙圖像進(jìn)行非線性幾何校正和邊緣融合；
[0076]所述立體信號(hào)分離卡4，用于將雙通道投影輸出6的變壓器制造工藝仿真視頻信號(hào)分離成左右眼信號(hào)；
[0077]幀同步鎖定卡5，用于對(duì)所述立體信號(hào)分離卡4所分離的左右眼信號(hào)進(jìn)行同步鎖定;
[0078]雙通道投影輸出6，用于通過投影儀進(jìn)行左右眼圖像的投影輸出；
[0079]投幕7，用于對(duì)所述雙通道投影輸出6的圖像進(jìn)行成像顯示；
[0080]所述3D眼鏡8，用于通過左右眼的開關(guān)切換，實(shí)現(xiàn)3D立體效果。
[0081]本發(fā)明另一方面提供一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)方法，所述方法通過如前述的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，如圖4所示，其包括:[0082]步驟100，變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)從其場(chǎng)景模型庫(kù)中調(diào)入場(chǎng)景模型和外部設(shè)備模型，并從設(shè)備模型庫(kù)中調(diào)入裝配模型或零件模型；
[0083]步驟101，變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)裝配模型及零部件進(jìn)行裝配及運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃；
[0084]步驟102，變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提示用戶準(zhǔn)備進(jìn)行零部件尺寸測(cè)量，接收用戶通過系統(tǒng)交互設(shè)備發(fā)出操作數(shù)據(jù)，并輸入到變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)；
[0085]步驟103，變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)進(jìn)行變壓器三維仿真制作；
[0086]步驟104，變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)完成變壓器三維仿真制作后由系統(tǒng)進(jìn)行渲染由三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。
[0087]其中，如圖5所示，所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)進(jìn)行變壓器三維仿真制作，包括:
[0088]1、首先從場(chǎng)景模型庫(kù)中調(diào)入場(chǎng)景模型和外部設(shè)備模型；
[0089]2、從設(shè)備模型庫(kù)中調(diào)入裝配模型或零件模型；
[0090]3、對(duì)裝配模型及零部件進(jìn)行裝配路徑規(guī)劃；
[0091]4、對(duì)裝配模型及零部件進(jìn)行運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃。
[0092]5、完成以上準(zhǔn)備后，系統(tǒng)提示用戶準(zhǔn)備進(jìn)行零部件尺寸測(cè)量，等待用戶交互。
[0093]完成以上步驟后，進(jìn)入交互仿真制作階段，具體制作流程依次為:6、線圈繞制；7、線圈干燥；8、線圈壓裝；9、線圈組裝；10、硅鋼片剪切；11、鐵心疊裝；12、器身裝配；13、中間試驗(yàn)；14、器身干燥；15、油箱制作；16總裝配；17、總裝后工藝處理。
[0094]18、用戶使用交互設(shè)備在系統(tǒng)內(nèi)完成以上流程后由系統(tǒng)進(jìn)行渲染顯示；
[0095]19、完成全部制造過程。
[0096]20、其中在變壓器制造過程中的每個(gè)工序、每個(gè)關(guān)鍵部位、每個(gè)需要注意的錯(cuò)誤細(xì)節(jié)都進(jìn)行圖片、文字和聲音的提示，與用戶交互。
[0097]需要說明的是，以上步驟3和步驟4中，對(duì)裝配模型及零部件進(jìn)行裝配路徑規(guī)劃和運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃，具體實(shí)現(xiàn)過程如下:
[0098]1.變壓器虛擬樣機(jī)制作建模
[0099]產(chǎn)品裝配模型是一個(gè)支持產(chǎn)品從概念設(shè)計(jì)到零件設(shè)計(jì)，并能完整、準(zhǔn)確地傳遞不同裝配體設(shè)計(jì)參數(shù)、裝配層次和裝配信息的產(chǎn)品模型。它是產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中數(shù)據(jù)管理的核心，是產(chǎn)品開發(fā)和支持設(shè)計(jì)靈活變動(dòng)的強(qiáng)有力工具。建立產(chǎn)品裝配模型的目的在于建立完整的產(chǎn)品裝配信息表達(dá)，一方面使系統(tǒng)對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)能進(jìn)行全面支持；另一方面它可以為系統(tǒng)中的裝配自動(dòng)化和裝配工藝規(guī)劃提供信息源，并對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。本發(fā)明基于Homende Mello和Sanderson裝配模型基礎(chǔ)上，建立復(fù)變壓器的裝配模型。
[0100]2.裝配干涉碰撞檢測(cè)
[0101]鑒于變壓器具備模塊化、且體積相對(duì)較大、形狀相對(duì)規(guī)則等特點(diǎn)，本發(fā)明采用層級(jí)樹細(xì)化的碰撞檢測(cè)優(yōu)化算法進(jìn)行優(yōu)化，在檢測(cè)到兩個(gè)物體的包圍盒之間有碰撞的時(shí)候，兩個(gè)物體之間不一定有碰撞發(fā)生。利用建立包圍盒的層級(jí)樹的方法，可以快速地逐層遞進(jìn)地判斷出是否發(fā)生碰撞，以及可能發(fā)生碰撞的范圍直至最終確定具體位置。
[0102]對(duì)被測(cè)對(duì)象的幾何元素進(jìn)行逐層細(xì)化劃分，用體積略大而形狀簡(jiǎn)單的包圍盒代替對(duì)象復(fù)雜的幾何元素參加碰撞檢測(cè)，通過包圍盒間的相交測(cè)試快速地排除不相交的基本幾何元素對(duì)，以減少相交測(cè)試的次數(shù)。這樣將大包圍盒分割成多個(gè)小包圍盒，對(duì)每個(gè)小包圍盒進(jìn)行檢測(cè)。繼續(xù)這種分割和檢測(cè)，直到達(dá)到滿意的效果。
[0103]3.變壓器中裝配約束建立
[0104]裝配約束的建立是指計(jì)算機(jī)根據(jù)捕捉到的用戶裝配意圖，將裝配單元從無約束狀態(tài)調(diào)整到受約束狀態(tài)，并將該約束的相關(guān)信息添加到約束管理器中的過程；也就是通過坐標(biāo)變換將裝配單元從不符合約束的位姿狀態(tài)調(diào)整到符合約束的位姿狀態(tài)的過程。
[0105]4.變壓器虛擬裝配過程規(guī)劃
[0106]裝配序列規(guī)劃。對(duì)于變壓器制造工藝而言，零件裝配和拆卸互為可逆過程，因此本發(fā)明通過添加裝配約束關(guān)系信息來形成每個(gè)零件的裝配約束矩陣，采用裝配約束矩陣推理與拆卸法結(jié)合求解裝配序列的方法。
[0107]虛擬變壓器裝配過程中有配合關(guān)系的零件之間的聯(lián)系以矩陣記錄，矩陣中的每一元素代表零件的裝配關(guān)系。對(duì)矩陣用線性代數(shù)中的有關(guān)運(yùn)算進(jìn)行變換、規(guī)約，簡(jiǎn)化了的聯(lián)接關(guān)系矩陣對(duì)應(yīng)裝配序列。
[0108]5.裝配路徑規(guī)劃。
[0109]裝配運(yùn)動(dòng)規(guī)劃是指明確了零部件的裝配序列后，確定裝配零部件行走時(shí)的準(zhǔn)確路線，從而避免被安裝零部件和其它零部件間的碰撞，確保零部件更合理地裝配，同時(shí)也獲取更高的裝配精度。
[0110]在變壓器的仿真制造過程中，零部件路徑規(guī)劃，包括位置和方向，是以離散點(diǎn)的形式進(jìn)行記錄，這些點(diǎn)通過鏈表的形式組織起來。由于在路徑規(guī)劃中不需要考慮在裝配過程時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度和加速度，故而對(duì)人工裝配來說，只需考慮路徑規(guī)劃即可，但是對(duì)機(jī)械的自動(dòng)化裝配、柔性裝配或機(jī)器人裝配而言，則應(yīng)該在路徑規(guī)劃的基礎(chǔ)上，繼續(xù)進(jìn)行軌跡規(guī)劃。沿著裝配路徑規(guī)劃生成的無碰撞的幾何路徑，在滿足機(jī)械或機(jī)器人極限速度、極限加速度約束的前提下，進(jìn)行時(shí)間最優(yōu)、精度最優(yōu)軌跡規(guī)劃，及確定零部件被裝配過程中沿著裝配路徑各點(diǎn)處的速度、加速度序列。
[0111]實(shí)施本發(fā)明，具有如下有益效果:
[0112]變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)可以大大提高變壓器制造、安裝和培訓(xùn)的直觀性、可交互性與系統(tǒng)性，能夠?qū)崿F(xiàn)低成本、快速系統(tǒng)化的人員培訓(xùn)，大大降低了電力系統(tǒng)安裝、培訓(xùn)成本，提高培訓(xùn)效率。另外變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)設(shè)備類型功能化設(shè)計(jì)，可以使得該系統(tǒng)可以應(yīng)用到其他的輸變電設(shè)備中，并且可以為后續(xù)輸變電設(shè)備的運(yùn)維、檢修和故障檢測(cè)提供有效技術(shù)支撐。
[0113]本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分流程，是可以通過計(jì)算機(jī)程序來指令相關(guān)的硬件來完成，所述的程序可存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，該程序在執(zhí)行時(shí)，可包括如上述各方法的實(shí)施例的流程。其中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)可為磁碟、光盤、只讀存儲(chǔ)記憶體(Read-Only Memory, ROM)或隨機(jī)存儲(chǔ)記憶體(Random AccessMemory, RAM)等。
[0114]以上內(nèi)容是結(jié)合具體的優(yōu)選實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明所作的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只局限于這些說明。對(duì)于本發(fā)明所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干簡(jiǎn)單推演或替換，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，包括:系統(tǒng)交互設(shè)備、變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)、三維立體投影顯示設(shè)備；所述系統(tǒng)交互設(shè)備包括鼠標(biāo)、鍵盤與體感器，用于實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景與虛擬場(chǎng)景間的實(shí)時(shí)交互，接收用戶的操作數(shù)據(jù)；所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)接收來自所述系統(tǒng)交互設(shè)備的操作數(shù)據(jù)，并完成變壓器制造工藝的仿真，同時(shí)將仿真效果傳送至所述三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行三維立體顯示。
2.如權(quán)利要求1所述的一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)，包括:三維模型生成系統(tǒng)、三維模型管理系統(tǒng)、變壓器制造工藝仿真驅(qū)動(dòng)引擎、三維仿真顯示交互平臺(tái)以及三維立體顯示系統(tǒng)；所述三維模型生成系統(tǒng)，用于通過三維建模工具生成相應(yīng)的設(shè)備模型庫(kù)以及場(chǎng)景模型庫(kù)；所述三維模型管理系統(tǒng)，用于管理和調(diào)度所述三維模型生成系統(tǒng)所生成的包括設(shè)備模型庫(kù)和場(chǎng)景模型庫(kù)在內(nèi)的所有的三維模型；變壓器制造工藝仿真驅(qū)動(dòng) 引擎，用于整個(gè)變壓器制造工藝工序流程的仿真、特殊制作工藝的仿真、制作過程中相應(yīng)的設(shè)備以及零件模型動(dòng)作仿真、模型調(diào)度、變壓器虛擬樣機(jī)生成與虛擬裝配；所述三維仿真顯示交互平臺(tái)，用于渲染所述三維模型管理系統(tǒng)中的設(shè)備模型庫(kù)和場(chǎng)景模型庫(kù)及完成人機(jī)交互；所述三維立體顯示系統(tǒng)，用于生成仿真系統(tǒng)立體效果，并輸出到所述三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。
3.如權(quán)利要求2所述的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述三維立體顯示系統(tǒng)，具體包括:立體發(fā)生器、3D眼鏡、投幕、圖形工作站、邊緣融合與非線性幾何校正計(jì)算機(jī)、立體信號(hào)分離卡、幀同步鎖定卡、雙通道投影輸出；所述立體發(fā)生器，用于配合所述立體信號(hào)分離卡增強(qiáng)信號(hào)，向所述3D眼鏡發(fā)射信號(hào)，校正人眼和所述投幕的立體參數(shù)；所述圖形工作站，用于發(fā)射立體信號(hào)，將三維顯卡信號(hào)計(jì)算生成雙通道立體信號(hào)并向3D眼鏡發(fā)射信號(hào)；所述邊緣融合與非線性幾何校正計(jì)算機(jī)，用于對(duì)雙通道投影輸出的雙圖像進(jìn)行非線性幾何校正和邊緣融合；所述立體信號(hào)分離卡，用于將雙通道投影輸出的變壓器制造工藝仿真視頻信號(hào)分離成左右眼信號(hào)；幀同步鎖定卡，用于對(duì)所述立體信號(hào)分離卡所分離的左右眼信號(hào)進(jìn)行同步鎖定；雙通道投影輸出，用于通過投影儀進(jìn)行左右眼圖像的投影輸出；投幕，用于對(duì)所述雙通道投影輸出的圖像進(jìn)行成像顯示；所述3D眼鏡，用于通過左右眼的開關(guān)切換，實(shí)現(xiàn)3D立體效果。
4.如權(quán)利要求3所述的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述鼠標(biāo)和鍵盤進(jìn)行變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)界面按鈕事件的觸發(fā)；所述體感器進(jìn)行變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)場(chǎng)景中生產(chǎn)過程的操作模擬。
5.如權(quán)利要求4所述的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于，所述三維模型管理系統(tǒng)中的設(shè)備模型庫(kù)以變壓器為單位組織，變壓器內(nèi)部以樹形結(jié)構(gòu)組織管理；所述場(chǎng)景模型庫(kù)以線性結(jié)構(gòu)組織，并以場(chǎng)景模型庫(kù)名或者ID進(jìn)行線性查詢。
6.一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)方法，其特征在于，所述方法通過如權(quán)利要求I至5中任一項(xiàng)所述的變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，包括: 變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)從其場(chǎng)景模型庫(kù)中調(diào)入場(chǎng)景模型和外部設(shè)備模型，并從設(shè)備模型庫(kù)中調(diào)入裝配模型或零件模型； 變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)對(duì)裝配模型及零部件進(jìn)行裝配及運(yùn)動(dòng)路徑規(guī)劃； 變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)系統(tǒng)提示用戶準(zhǔn)備進(jìn)行零部件尺寸測(cè)量，接收用戶通過系統(tǒng)交互設(shè)備發(fā)出操作數(shù)據(jù)，并輸入到變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)； 變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)進(jìn)行變壓器三維仿真制作； 變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)完成變壓器三維仿真制作后由系統(tǒng)進(jìn)行渲染由三維立體投影顯示設(shè)備進(jìn)行顯示。
7.如權(quán)利要求6所述的一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)方法，其特征在于，所述變壓器制造工藝三維立體仿真系統(tǒng)進(jìn)行變壓器三維仿真制作，包括: 線圈繞制、線圈干燥、線圈壓裝、線圈組裝、硅鋼片剪切、鐵心疊裝、器身裝配、中間試驗(yàn)、器身干燥、油箱制作、·總裝配、總裝后工藝處理三維仿真。
8.如權(quán)利要求7所述的一種變壓器制造工藝三維立體仿真培訓(xùn)方法，其特征在于，所述變壓器三維仿真制作過程中的每個(gè)工序、每個(gè)關(guān)鍵部位、每個(gè)需要注意的錯(cuò)誤細(xì)節(jié)由所述系統(tǒng)交互設(shè)備進(jìn)行圖片、文字和聲音的提示，并由系統(tǒng)交互設(shè)備接收用戶的操作數(shù)據(jù)，完成全部制造過程。
【文檔編號(hào)】G09B5/02GK103594005SQ201310547565
【公開日】2014年2月19日 申請(qǐng)日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】呂啟深, 姚森敬, 唐峰, 陳釗, 阮芹, 詹浩, 周正欽 申請(qǐng)人:深圳供電局有限公司, 國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司