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1、基于虚拟现实的数控加工中心培训系统来源：开关柜无线测温http://www.testeck.com引言 长期以来,我国数控方面高深层次人才的匮乏和流失,成为阻碍我国数控技术发展的最大障碍。企业有资金引进高精密的数控设备,却寻找不到能够维护和熟练操作的人员,面对厚重的用户手册无力消化吸收,更谈不上技术的改造和创新。由此可见,人才竞争是根本,人才战略是关键。数控技术的复杂性决定了引入高效、直观的培训机制是提高人才素质的有效途径,而此培训机制的关键是要开发一套适合学员的培训系统。随着利用VRML和JAVA开发
2、的虚拟现实技术和USB技术的日益成熟,可以很好地解决了这个难题。这套技术结合计算机图形学、图像处理学、模式识别、智能接口、人工智能、传感器、网络和并行处理等多学科的虚拟现实技术使得人机交互方式有了质的突破。虚拟现实技术应用于数控加工中心的培训系统中,就是通过计算机产生数控加工中心、被加工工件的虚拟造型,加入音响效果和运动仿真,并配有控制面板,学员根据虚拟环境提供的视觉、听觉、触觉感受,可以感受到与操作实际的数控加工中心一样的状态。与传统的数控加工中心培训相比,此系统摆脱了“试切”、“轨迹显示”等方法,极大
3、地提高了系统的主动性、交互性和沉浸感等性能,给学员逼真的感受,改善了数控加工培训的教学效果,并且大大降低了开发成本。1.Java和VRML通信实现机理Java是Sun公司于1995年5月23日推出的,当时并没有引起太多的注意。但是随着Internet的迅猛发展,环球信息网WWW的快速增长,促进了Java语言研究的进展,使得它逐渐成为Internet上受欢迎的开发与编程语言。Java语言具有简单、面向对象、分布式、解释执行、鲁棒、安全、体系结构中立、可移植、高性能、多线程以及动态性的特点,正是这些特点为开发
4、人员开发强大的仿真系统提供了便利。VRML(VirtualRealityModelingLanguage,虚拟现实造型语言)包含了3D动画、3D音效、传感器触发、时间输入输出、行为控制、支持多种脚本与多重使用者等功能,真正在Web上实现了动态页面,并加强了互动功能,达到真正的虚拟效果。VRML可以用在各行各业,如创建虚拟城市、虚拟校园、虚拟超市、虚拟公司等。VRML210的基本元素是节点,节点是组成3D场景的基本元素,大约定义了50多个节点,利用它们可以简单、轻松地创建虚拟的三维空间。对VRML的访问是基
5、于传统C/S模式扩展的B/S模式,B/S采用Internet上广泛使用的Web浏览器作为客户前端,操作界面友好、一致。B/S的最大优势还在于其强大的跨平台移植能力,能够极大地降低异构系统的开发难度。目前,VRML主流编程是基于Java、JavaScript,特别是Javaapplet小程序可以与VRML世界嵌在同一WEB页上。EAI(ExternalAu2thoringInterface),是一种介于VRML世界与外部环境的创作接口。通过EAI为VRML与外部世界建立一个通信接口,可以使用户通过这个接口真
6、正成为VRML中的一个角色、一个参与者。EAI提供了一套针对VRML浏览器的Java类,通过这些类,外部环境可以访问当前所运行的VRML世界,还可以完成动态的添加、删除和驱动仿真实体等功能。2.培训系统的体系结构该培训系统是以韩国大宇PUMA200、215轴数控车削中心为具体仿真实例开发的。如图1所示为本文所述的虚拟数控车削中心加工仿真系统界面,其中客户前端为Web浏览器,浏览器左侧为提供功能模块选择的视图区,右侧为对应的场景区。图1虚拟数控车削中心加工仿真系统界面数控加工中心培训系统硬件设备由多媒体计算
7、机、投影设备、USB通讯接口、音箱及电器小元件等构成。计算机最低配置为PentiumⅢ550,内存为128MB,10/100MB以太网卡,可以满足动态三维图形较大的资源消耗。系统总体结构由操作仿真模块、视觉仿真模块、音响仿真模块、运动仿真模块组成,如图2所示。其中视景仿真模块是实现培训系统沉浸感的重要因素,操作仿真模块是实现学员与虚拟数控机床之间交互作用的主要手段。图2系统总体结构2.1操作仿真模块数控加工中心培训系统中控制面板的布置与实际的一样,并与实际的面板有相近的动作范围和相似的力感,如图3所示,如
8、转动手轮时有真实的手感,按下按钮、拨动开关有真实的力感,学员在看到加工过程中有异常情况可以按下急停键,并且可以保持状态。操作过程中,有些键必须配合使用,如进给倍率与手轮的配合、刀号与换刀按钮的配合、主轴正反转与主轴启动的配合,这些配合键使用的设置,使操作更加接近实际操作情况。2.2视景仿真模块视景仿真模块利用计算机图形图像技术和3D技术,生成数控机床的各个部件,如门、刀库及刀具、夹具、坯料、油管、散热孔等。为了使图像处理实时且
