Тренажер для обучения навыкам ведения сварки

 

Изобретение относится к тренажерам для обучения навыкам ведения сварки и предназначено для повышения эффективности обучения Оно обеспечи ,вает выработку правильных психомоторных навыков у обучаемого сварщика по поддержанию нормативных: длины дугового промежутка, угла наклона сварочного электрода, отклонения его от центра разделки кромок свариваемых деталей при проведении реального сварочного процесса электродной проволокой в среде защитных газов или неплавящимся электродом. С этой целью данное устройство, кроме источника питания, сварочной горелки и имитатора шлема, содержит блок регистрации пространственного положения сварочного электрода, а на сварочном электроде с помощью пространственньпс шарниров закреплены два измерительных электрода и датчик угла. 3 ил. с S (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (i9) SU (i)) А1 (5И 4 G 09 В 19/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЙОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3964764/28-12 .(22) 17.10.85 (46) 07.03.87. Бюл. Ф 9 (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР (72) В.В.Васильев, С.Н.Даниляк, Ю.П,Ройко9 А.П.Ильчишин и А.П.Войницкий (53) 681. 136(088,8)

:(56) Патент США В 4124944, кл. G 09 В 19/24, 1978. (54) ТРЕНАЖЕР ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ НАВЫКАМ

ВЕДЕНИЯ СВАРКИ (57) Изобретение относится к тренажерам для обучения навыкам ведения сварки и предназначено для повышения эффективности обучения. Оно обеспечи)вает выработку правильных психомоторных навыков у обучаемого сварщика по поддержанию нормативных: длины дугоного промежутка, угла наклона сварочного электрода, отклонения его от центра разделки кромок свариваемых деталей при проведении реального сварочного процесса электродной проволокой в среде защитных газов или неплавящимся электродом, С этой целью данное устройство, кроме источника питания, сварочной горелки и имитатора шлема, содержит блок регистрации пространственного положения сварочного электрода, а на сварочном электроде с помощью пространственных шарниров закреплены два измерительных электрода и датчик угла. 5 ил.

Изобретение относится к тренажерам для обучения навыкам ведения сварки и может быть использовано для обучения приемам и навыкам полуавтоматической электросварки электродной проволокой.

Цель изобретения - повышение эффективности обучения путем поддержания нормативных параметров ведения сварки.

На фиг. 1 приведена схема устройства; на фиг. 2 — схема блока регистрации пространственного поло:кения сварочного электрода; на фиг. 3 схема сварочного электрода с измерительными электродами и датчиком угла; на фиг. 4 — схема высоковольтного усилителя; на фиг. 5 — располо" жение измерительных электродов для сварки различных пространственных конструкций °

Устройство для обучения навыкам ведения сварки имеет источник 1 питания, сварочный электрод 2, имита25 тор 3 шлема сварщика и блок 4 регистрации пространственного положения сварочного электрода (фиг, 1) .

Блок 4 содержит генераторы 5-8 сигналов, усилители 9 и 10, сумматор

11, дифференциальный усилитель 12,, усилитель 13, детектор 14 напряжения, усилитель 15, элементы ИЛИ 16 и 17, компараторы 18-21 с соответствующими потенциометрами 22-25, электронные ключи 26-28, счетчики 29-31, дешиф- 35 раторы 32-34 и индикаторы 35-37, сварочный электрод 2 (фиг. 3);, состоящий из корпуса 38 сварочного электрода, датчика 39 угла и измерительных электродов 40 и 41.

Блоки, узлы и элементы устройства (фиг. 1 и 2) связаны между собой следующим образом.

Выход 42 источника питания 1 связан с первым входом 43 сварочного электрода 2. Выход 44 датчика 39 угла сварочного электрода 2 связан с входом 45 блока 4. Первые выходы 46 и 47 блока 4 связаны с вторыми входами 48 и 49 сварочного электрода 2, а второй выход 50 блока 4 связан с входом 51 имитатора 3 шлема. Выход

52 первого генератора 5 сигналов связан с входами 53 и 54 первого 9 и вто-: рого 10 высоковольтных усилителей, первые выходы которых являются первыми выходами 46 и 47 блока 4, вход

45 которого является входом компара34 2 тора 21, выход 55 которого связан с первым входом 56 электронного клю

28 и входом 57 счетчика 29, выход 58 которого через дешифратор 32 связан с входом индикатора 35. Вторые выходы 59 и 60 первого 9 и второго 10 высоковольтных усилителей попарно связаны с входами 61 и 62 дифференциального усилителя 12 и входами

63 64 cóìMà7îðÿ !1, выходы 65 и 66 которых связаны с входами 67 и 68 усилителя 13 с переменным коэффициентом усиления, выход 69 которого через. детектор 14 напряжения связан с первым входом 72 электронного ключа 26 и входом 73 счетчика 31, выход

/4 которого через дешифратор 34 связан с входом индикатора 37. Выход 66 сумматора 11 гакже связан с первыми входами 75 и 76 компаратаров 19 и

20, выходы /7 и 78 которых связаны с входами /9 и 80 первого элемента

РЛИ 16, выход 81 которого связан с первым входом 82 электроннога клю-= а

27 и входом 83 счетчика 30, выход

84 которого через дешифратор 33 связан с входом индикатора 36. Выхо;;

85-87 второго 6, третьего 7 и чет" вертого 8 генераторов сигна.-ав с язаны с вторыми входами 88-90 перво. а

26, второго 27 и третьего 2 8 .элек. ранных ключей, выходы 91-93 каторь1х связаны с входами 94-96 второго элемента ИЛИ .7, выход 97 которого связан с входом 98 усилителя 15, вь;— ход которого является вторым выходом

50 блока 4. Вторые входы 99-102 первого 18, второго 19, третьего 20 и четвертого 21 компараторов связаны с вьгходами соответственна, первого 22, второго 23, третьего ?4 и четвертого

25 потенциометров.

Первый узел индикации пространственного положения электрода имеет счетчик 29, дешифратор 32 и индикатор 35.

Второй узел индикации пространственного положения электрода содержит счетчик 30, дешифратор 33 и индикатор 36.

Третий узел индикации пространственного положения электрода включает счетчик 31> дешифратор 34 H иидикатор 37, Источник 1 питания предназначен цля подачи питающего напряжения на сварочный электрод 2 для осуществления сварочного процесса и может быть

1"! )414 выполнен ио известной схем» сварочного источника тока.

Сварочный электрод 2 предназначен для осуществления сварочного процесса и представляет собой стандартную 5 горелку.

Имитатор 3 шлема представляет со— бой стандартный защитный шлем сварщика, в который вмонтированы головные телефоны. 10

Блок 4 предна значе н для определения пространственного положения сварочного электрода относительно разделки кромок, а точнее высоты устанонки сварочного электрода него откло- 15 нения от центра Разделки кромок, а также контроля и регистрации правильности поддержания этих параметрони оповещения обучаемого сварщика об нарушении этих параметров. 20

Первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 генераторы сигналов пред назначены для генерирования непрерывной последовательности сигналов соответственно с частотами F, — гКц, F = 500 Гц F> = 1 кГц 4 = 2 кГц, Первый 9 и второй 10 высоковольтные усилители предназначены для усиления по напряжению сигналов с первого 5 генератора до величины 1520 кВ. Первый 9 и второй 10 высоковольтные усилители также предназначены для получения сигналов, однозначно определяющих длины искровых промежутков, существующих между первым 40 и вторым 41 измерительными электродами и разделкой кромок свариваемых деталей. Высоковольтные усилители содержат предварительный 40 усилитель, собранный наЧТ1, оконеч— ный усилитель, собранный наЧТ2, и амплитудный детектор, собранный на

VD1 (фиг. 4).

Усилитель 13 с переменным коэффи- 45 циентом усиления предназначен для устранения вредного влияния. длины искрового промежутка на точность определения отклонения сварочного электрода 2 от центрального положения 50 разделки кромок свариваемых деталей и может быть выполнен по известной

35 схеме, Детектор 14 напряжения предназначен для двухполупериодного выпрямле- 55 ния сигнала, поступающего на его вход. На выходе детектора 14 установ,лена параллельная RS-цепь, предназна и нная для сглаживания пульсаций выходного напряжения детектора 14 наГ ряжения, Усилитель 15 предназначен для усиления мощности звуковых сигналов обратной связи, подаваемых на головные телефоны имитатора 3 шлема, и может быть выполнен по известной схеме апериодического усилителя мощнос,ти.

Компаратор 18 предназначен для выработки сигнала ошибки по отклонению сварочного электрода 2 от центра разделки кромок свариваемых деталей и может быть выполнен по известной схеме электронного компаратора.

Компаратор 19 предназначен для выработки сигнала ошибки по верхнему пределу допустимой длины искрового промежутка.

Компаратор 20 предназначен для выработки сигнала ошибки по нижнему пределу допустимой длины искрового промежутка.

Компаратор 21 предназначен для выработки сигнала ошибки по углу наклона сварочного электрода 2 по отношению к нормали к поверхности снариваемых деталей.

Первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 потенциометры предназначены для установки опорных напряжений, соответствующих допустиыы значениям: отклонения сварочной горелки от центра разделки кромок, длины искрового промежутка, угла нак лона сварочной горелки.

Первый 26, второй 27 и третий 28 электронные ключи предназначены для пропускания звуковых сигналов обратной связи от генераторов 6-8 на элемент ИЛИ 17 при наличии ошибок по основным параметрам сварочного процесса.

Первый 29, второй 30 и третий 31 счетчики предназначены для подсчета ошибок по отклонению сварочного электрода от центра разделки кромок, длине искрового промежутка и углу наклона сварочной горелки и могут быть выполнены по известной схеме двоичных счетчиков, Устройство-тренажер работает следующим образом.

Обучаемый сварщик включает устройство и с помощью потенциометров

22-25, расположенных на передней панели, устанавливает допустимые преQЧ<

1 1"

1 У

1 " б

$ ,целы oтклонения оспавпых параметр эн

<-.варочного процес< я„ (аткпа;eп:e сварочного электрода от центра разделки крамок, допустимый теле< пый угол наклона сварочного электрод<а, нижнюю и верхнюю границы высагы уст; новки сварочного электрода ад разделкой кромок). После этого учащийся берет в руку сварочный инструмент и подводит его к месту началс< сварки свариваемых деталей. Он нажимает кнопку НПускп, расположенную ня рукоятке сварочного электрод;-. и кася— ется электродом разделки. Происходи.: зажигание основной дуги, начичается подача электрода и защитного газа в зону сварки, происходит расплявпе ние эле1строда, свариваемых детялеи образование сварочного шва.

После в<спючения устройст" à сиг aJlь с первого 5 генератора, а

15-20 кВ. Эти высоковольтные сигпаль: по высоковольтным кабелям поступают соответственно на первый 40 и вторя

41 измерительные электроды, чта приводит к возникновению искрового ра.з-ряда между измерительными электродами и разделкой крОМОк сваривяембlх детя лей, Во вторичной обмотке трансформатора Т2 (фиг. 4) начинает протекать ток. В первичной обмотке также протекает ток и на резисторе КЗ вазникает напряжение, которое изменяется с частотой первого 5 генератора„ детектированное значение которого снимается с резистора R2 и подается на соответствующие входы дифференциального усилителя 12 и сумматора 11:

При ориентации сварочного электрода

2 строго по центру стыка первый и второй измерительные электроды находятся на равном расстоянии от по-. верхности разделки кромок сваривяемьгх деталей и напряжения, снимаемые сп с резисторов R2 первого и второго высоковольтных усилителей, являются одинаковыми и на выходе 65 дифференциального усилителя 12 устанавливается в нулевое значение напряженич, При смещении электрода 2 влево или вправо от центра стыка в процессе сварки первый 40 и второй 41 измерительные электроды находятся на разном расстоянии от поверхности раздел. ки кромок свариваемых деталей. что

3 l<

П<И ° РО;1

", .1<<к r oцам и, ро м1<<1й адпаи и з св яр<<в вяемых;;, тяпни и умсньшению того же прсмежуткя между в..-арым измерительным

:sIeêòpoäob< и громкой второй сваривяlMoA детали. l., изменениеM длины искравога промег<уткя изменяется сопротивление искровогo промежутка, что приводит к иэменепию така вторичной и соатветстве<<но первичной обмоток трансформатора Т2. На выходах 59 и

60 первого 9 и второго !0 высоковольтных у<.илителей устанавливаются пО величин< п<1пряжепия „катОрбlе пОс тупая на входь: 61 и 62 дифференциальча 1-а усилителя 1 2, привОдят к тОму

::тo на егo выхаце 65 возникает напря;,;åíèå,. величина которого свидетельс-.пует об атклопении сварочной горелки ат центральнога IosloIl

13 с переменным коэффициентам уси<1е— пия, который устраняет вредное влияние длины искравага промежутка ня тoчность апреце:lения oTKJIoHp™Hÿ свярочнагo электрода ат центра разце<п<;11 кромак. Ыа выходе 69 ;силитедя 13 с с<временным ко"-ффициентом усиления устанявливаетс:я напряжение, е пи -.:1пя которого зависит талька от атклонечия сварочного электрод 2 ат центр. .:язделки кромок и не зависит от вы"эть: установки сварочного электрода. Это удается достичь за счет управления коэффициентам усил -HHFI усилителя 13 сигналам длинь:: искрового промежутка, который поступает на его управляющий вход 68„ С выхода 69 усилителя 13 с перемеHBblM коэффициентом усиления выходное напряжение постугяет на вход детектора 14, на выходе которого устанавливается однополярное напряжение, Это напряжение поступает ня вход 70 компаратора 18, гце îíî cpav— нивается с спорным напряжением, которое поступает на его вход 99 с потенциаметра 22. При превышении 10 величине этого напряжения величины опорного напряжения компаратор 18 срабатывает и переводит электронный ю1юч 26 в открытом с-;ñòîÿíèè. Б pe—

= "у"льтате сигналы с второ.--з 6 генератора сигналов чере 1 электронный ключ

26„ элемент ИЛИ 17 и усилит::-ль 15 поступает на головные телефоны имитатора 3 шлема апоьещая с>бучаемаго сварщика а нарушени : центряльнага! 295434 положения сварочной горелки по отношению к разделке кромок. Сварщик должен установить сварочную горелку и. центральн .е положение, после чего звуковой сигнал обратной связи в головных телефонах исчезает. Выходные сигналы с выхода 71 компаратора 18 также поступают на вход 73 счетчика

31, который фиксирует количество ошибок, допущенных сварщиком в процессе сварки, по отклонению сварочного электрода от центра разделки кромки.

На индикаторе 37 отображается это количество ошибок.

Устройство обеспечивает контроль поддержания высоты установки сварочного электрода над свариваемыми детелями. Это обеспечивается следующим образом. Сигналы с выходов 59 и 60 высоковольтных усилителей 9 и 10 (фиг. 2) также поступают на входы

63 и 64 сумматора 11, на выходе 66 которого находится сумма входных .напряжений. При нормальной длине дугового промежутка и правильной установке пределов длины дугового промежутка с помощью потенциометра 23 и 24 и это выходное напряжение находится в промежутке между опорными напряжениями нижней и верхней границ длины дугового промежутка. В таком состоянии компараторы 19 и 20 не вырабатывают управляющих сигналов, поступающих через элемент ИЛИ 16 на вход.82 электронного ключа. При фиксированной высоте установки электрода и отклонении его от центрального положения входные сигналы, поступающие на входы 63 и 64 сумматора 11, изменяются по величине, но сумма их по величине остается постоянной, что также не приводит к срабатыванию компараторов 19 и 20 нижней и верхней границ длины дугового промежутка. Изменение расстояния между электродом.2 и свариваемыми деталями в большую или меньшую стороны от нормального положения в процессе сварки приводит к существенному изменению длин искровых промежутков между измерительными электродами и разделкой кромок свариваемых деталей, что приводит к изменению по величине сигналов на выходах

59 и 60 высоковольтных усилителей 9 и 10 и их сумме на выходе 66 сумматора 11.. Если величина напряжения на выходе сумматора 11 превышает опорные значения напряжения, установленные потенциометрами 23 и 24, срабатывает один иэ компараторов 19 или 20 нижней илн верхней границ длины дугового промежутка (в зависимости от того, какая граница длины дугового

5 промежутка нарушена), вырабатывающий управляющий сигнал, который открывает электронный ключ 27. Звуковой сигнал обратной свяэи поступает с выхода генератора 7 через электронный ключ 27, элемент ИЛИ 17 и усилитель

15 на головные телефоны имитатора

3 шлема, оповещая обучаемого сварщика о нарушении им нормальной длины дугового промежутка. Сварщик должен установить сварочный электрод в нормальное положение по высоте ее установки. 0 его правильном положении свидетельствует исчезновение звукового сигнала тревоги в головных телефонах имитатора 3 шлема. Ошибки по длине дугового промежутка фиксируются счетчиком 30 и индицируются индикатором 36.

Устройство позволяет также контролировать телесный. угол наклона электрода горелки и вырабатывать звуковой сигнал обратной связи, оповещающий сварщика о нарушении им угла наклона сварочной горелки. Это осуществляется следующим образом. При наклоне сварочного электрода 2 больше нормального угла наклона датчик угла 39 вырабатывает напряжение, величина которого превышает ведичину

35 опорного напряжения, установленного с помощью потенциометра 25, что приводит к срабатыванию компаратора 21.

Выходной сигнал с выхода компаратора 21 открывает электронный ключ 28 и звуковой сигнал обратной связи поступает с выхода 87 генератора 8 через электронный ключ 28, элемент ИЛИ 17 и усилитель 15 на вход 51 головных телефонов имитатора 3 шлема, оповещая сварщика о нарушении им нормативного угла наклона. Сварщик должен установить сварочный электрод 2 в нормальное положение по углу его наклона, о нормальном положении которого

50 свидетельствует исчезновение звукового сигнала тревоги в головных телефонах. Ошибки по углу фиксируются счетчиком 29 и индицируются первым индикатором, 55

Таким образом, устройство обеспе:чивает выработку правильных психомоторных навыков у обучаемого сварщика по поддержанию нормативных: длины.цугового промежутка, угла наклона сварочной горелки, отклонения ее от центра разделки кромок свариваемых деталей при проведении реального сварочного процесса электродной проволокой в среде защитных газов или неплавящимся электродом.

Использование изобретения повышает эффективность обучения.

Фор му ла из об ре те ни я

Тренажер для обучения навыкам ведения сварки, содержащий источник питания, соединенный выходом с первым входом имитатора сварочного электрода, имитатор шлема сварщика и блок регистрации пространственного положения сварочного электрода, включающий усилители и узлы индикации простран ственного положения электрода, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повьипения эффективности обучения путем поддержания нормативных параметров ведения сварки, блок регистрации пространственного положения сварочного электрода имеет генераторы сигналов, сумматор, дифференциальный усилитель, детектор напряжения, элементы ИЛИ, компараторы и электронные ключи, при этом выход aepaoro генератора сигналов соединен с входами первого и второго усилителей, подключенных первыми выходами соответственно к первому и третьему

95434 о входам имитатора сварочного электрода, который выходом через первый компаратор связан с входом первого узла индикации пространственного положения электрода и первым входом первого электронного ключа, связанного вторым входом с выходом второго генератора сигналов, вторые выходы первого и второго усилителей связаны с соот30 ветствующими входами сумматора и дифференциального усилителя, соединенного выходом с первым входом тре-. тьего усилителя, который выходом подключен через последовательно включенные детектор напряжения и второй компаратор к входу второго узла индикации пространственного положения электрода и первому входу второго электронного ключа, связан20 ного вторым входом с выходом третьего генератора сигналов, выход сумматора соединен с вторым входом третьего усилителя и через третий и четвертый компараторы — с входами первого элемента ИЛИ, который выходом, подключен к входу третьего узла индикации пространственного положения электрода и первому входу третьего электронного ключа, который вторым входом соеЗ0 динен с выходом четвертого генератора сигналов„ причем выходы всех электронных ключей через второй элемент ИЛИ связаны с входом четвертого усилителя, соединенного выходом с

35 входом имитатора шлема сварщика, 1295434 авиа 2

1295434

Составитель С. Алексанов

Редактор Н. Рогулич Техред И.Попович

Корректор Л. Патай

Заказ 621/57

Тираж 434

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д. 4/5!

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, уп, П ктная, 4