Тренажер сварщика

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„„Я0„„1374271

{ю 4 С 09 В 19 24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 фй ;"" ь ((ф

Щ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3697665/24-24

1 (22) 06.02.84 (46) 15.02.88. Вюл. 6 (71) Институт проблем моделирования в энергетике АН УССР (72) В.В.Васильев, С.Н.Даниляк, А.И.Левина, В.А.Нушко и Ю.П.Ройко (53) 681.136.51(088,8) (56) Патент Великобритании

У 1455974, кл. G 5 С, опублик. 1976.

Авторское свидетельство СССР и 980124, кл. G 09 В 9/00, 1981. (54)(57) 1. ТРЕНАЖЕР СВАРЩИКА, содержащий электроакустический преобразователь, имитатор объекта тренажа и имитатор ручного инструмента, первым и вторым входами соединенный с соответствующими выходами блока управления, третий выход которого соединен с электроакустическим преобразователем, а первый вход — с первым выходом блока моделирования теплового баланса, второй выход которого соединен с третьим входом имитатора ручного инструмента, первый выход которого подключен к второму входу блока управления, отличающийся тем, что, с целью повышения точности устройства, в него введены блок контроля скорости сварки и задатчик режима сварки, первый и второй выходы которого подключены соответственно к четвертому и пятому входам имитатора ручного инструмента, второй выход которого подключен к первому входу задатчика режима сварки, третий выход которого подключен к третьему входу блока управления и к первому входу блока моделирования теплового баланса, второй вход которого подключен к четвертому выходу эадатчика режима сварки, соединенному с четвертым входом блока управления, пятый вход которого подключен к выходу блока контроля скорости сварки, входы которого подключены к выходам имита-, тора объекта тренажа.

2. -Тренажер по п. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок контроля скорости сварки содержит последовательно соединенные генератор, регистр и группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, входы группы которых подключены к группе согласующих элементов, а выходы . — к входам элемента ИЛИ, выход которого является выходом блока, а входы согласующих. элементов являются входами блока.

3. Тренажер по п, 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что задатчик режима сварки содержит последовательно соединенные генератор, усилитель, детектор и компаратор, при этом первый и второй выходы усилителя являются соответственно первым и вторым выходами блока, вход усилителя является первым входом блока, выход детектора — третьим выходом блока, а выход компаратора — четвертым выходом блока.

4. Тренажер по п. 1, о т л и— ч а ю щ и " c я тем, что блок моделирования теплового баланса содержит последовательно соединенные первый и второй функциональные преобразователи, умножитель, сумматор, переключатель, интегратор и компаратор, выход интегратора соединен с вторым его входом, выход преобразователя длины дугового промежутка подключен к второму входу умножителя, а вход

1374271 является первым входом блока, при этом вход переключателя является втоt рым входом блока, выход компаратора -: первым выходом блбка, а выход интегратора — вторым выходом блока.

5. Тренажер по п. 1, о т л ич а ю шийся тем, что блок управления содержит первый и второй компараторы, коммутатор, ключ, звуковой генератор, последовательно соединенные группу ключей, группу счетчиков, группу дешифраторов и группу элементов индикации и последовательно сое-, диненные генератор импульсов, счетчик, дешифратор и элемент .индикации, выход генератора импульсов подключен к первому входу группы ключей, второй вход которой подключен к выходу первого

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике, в. частности к техническим средствам обучения приемам и навыкам ручной и полуавтоматической электросварки.

Цель изобретения — повышение точности устройства.

На фиг. 1 представлена структурная схема тренажера сварщика; на фиг. 2— схема задатчика режима сварки; на фиг. 3 — схема блока моделирования .теплового баланса; на фиг. 4 — схема блока управления; на фиг. 5 — схема блока контроля скорости сварки; на фиг. 6 — конструктивное выполнение имитатора ручного инструмента; на фиг. 7 и 8 — конструктивное выполнение имитатора объекта тренажа; на фиг. 9 - конструктивное выполнение имитатора затесненной обстановки.

Тренажер сварщика (фиг, 1) содержит задатчик 1 режима сварки, блок 2 моделирования теплового баланса, блок 3 управления, имитатор 4 ручного инструмента, имитатор 5 объекта тренажа, блок 6 контроля скорости сварки, электроакустический преобразователь нли шлем 7 и имитатор 8 затесненной обстановки. компаратора, соединенному с первым входом звукового генератора, выход второго компаратора подключен к входу ключа, при этом выход коммутатора является первым выходом блока, выход ключа — вторым выходом блока, выход звукового генератора — третьим выходом блока, третий вход группы ключей— первым входом блока, второй вход звукового генератора и четвертый вход группы ключей объединены и являются вторым входом блока, входы первого и второго компаратора объединены и являются третьим входом блока, вход коммутатора является четвертым входом блока, пятый вход группы ключей и третий вход звукового генератора объединены и являются пятым входом блока.

Задатчик 1 режима сварки (фиг. 2) содержит генератор 9, усилитель 10, компаратор 11 и детектор 12.

Блок 2 моделирования теплового

5 баланса (фиг. 3) содержит функциональные преобразователи 13 и 14 длины дугового промежутка, тока дуги, умножитель 15, сумматор 16, интегратор 17, переключатель 18 и компара0 тор 19.

Блок 3 управления содержит компараторы 20 и 21, коммутатор 22, звуковой генератор 23, ключ 24, генера15 тор 25 импульсов счетчик 26 дешиЭ Э фратор 27, элемент 28 индикации, группу ключей 29, группу счетчика 30, группу дешифраторов 31 и группу элементов 32 индикации.

Имитатор 4 ручного инструмента (фиг. 6) содержит держатель 33, корпус имитатора 34 электрода, датчик 35 угла гравитационного типа, моторный привод 36 имитации плавления электрода, металлический наконечник 37 на .конце корпуса имитатора 34 электрода, который с помощью высоковольтного кабеля 38 связан с задатчиком 1, диэлектрическую манжетку 39, имитатор привара электрода, выполненный в виде электромагнита, который содержит кар%

1374271 кас 40 катушки, катушку 41, световод

42 и лампу 43 накаливания.

Имитатор 8 затесненной обстановки (фиг. 9) содержит вертикальные раз5 движные щиты 44, горизонтальный щит

45, средства для крепления щита 45 к одному из щитов 44, выполненные в виде плоских шарнирных соединений

46, средства для крепления и измене- 10 ния угла наклона щитов 44, выполненные в виде трех оснований 47, к которым с помощью плоских шарнирных соединений 48 и телескопических штанг 49 прикреплены щиты 44, пространственные шарниры 50 для крепления имитатора 5 объекта тренажа. Щиты 44 состоят из двух частей (верхней 51 и нижней 52). скрепленных с помощью двух штифтов 53. Штанга 49 состоит из двух20 труб различного диаметра, одна из которых вставлена в другую и закреплена с помощью штифта 54. Стрелки 55, 56 и 57 показывают направления движения щитов. 25

Блок 6 контроля скорости сварки (фиг. 5) содержит генератор 58, регистр 59, группу элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 60, группу согласующих элементов 61 и элемент ИЛИ 62. 30

Вначале с помощью имитатора 8 монтажного затеснения имитируются нужные для данного конкретного процесса обучения условия сварки (тренаж может производиться и без имитатора 8 монтажного затеснения при начальном обучении сварщиков). Блок 8 целесообразно использовать при повышении квалификации сварщиков, профотборе, допускнам контроле при проведении от- - 40 ветственных видов сварки). С помощью имитатора 8 создаются условия, адекватно соответствующие реальным условиям, в которых предстоит работать сварщику ля этои цели первоначаль 45 но производится установка нужной высоты вертикальных щитов 44 (стрелки 55, фиг ° 9). Для этого верхняя часть 51 вертикального щита 44 выдвигается из его нижней части 52 до необходимой высоты (или вовсе не выдви50 гается, если в этом нет необходимости) и крепится к нижней части 52 с помощью двух штифтов 53, вставляемых в боковые отверстия верхней 51 и нижней 52 частей вертикального раздвижного перфорированного щита 44.

После этого устанавливается нужный угол наклона каждого из щитов 44 (если в этом есть необходимость). Для этой цели предусмотрена телескопическая штанга 49, прикрепленная с помбщью шарнирных соединений 48 одним концом к нижней части 52 вертикального щита 44, а другим концом — к основанию 47, которое выполнено достаточно массивным, для предотвращения падения щита 44, когда он находится в наклонном состоянии. С помощью штифта 54 производится фиксация угла наклона (стрелки 56) вертикальных щитов. Штифт вставляется в отверстия двух труб, из которых состоит телескопическая штанга 49. Далее три вертикальных щита 44 взаимно ориентиру- . ются для создания нужного пространства, в котором происходит процесс обучения, при необходимости устанавливается горизонтальный щит 45 (стрелки 57), который крепится к одному из вертикальных щитов 44 с помощью шарнирных соединений 46.

После этого необходимо установить имитатор 5 объекта тренажа в нужном месте и выбранном пространственном положении внутри имитатора 8 монтажного затеснения. Для этой цели предусмотрены пространственные шарниры 50, с помощью которых имитатор 5 крепится в произвольно выбранном месте имитатора монтажного затеснения. При необходимости внутри имитатора 8 могут устанавливаться различного рода мешающие конструкции (выступающие предметы, отрезки. труб различного диаметра, уголковые соединения и т.п.).

Блок 6 контроля скорости сварки, расположенный в полости имитатора 5 объекта тренажа, соединяется с блоком 3 управления гибким кабелем. Блок

3, задатчик 1 и блок 2 моделирования теплового баланса располагаются в общем корпусе, который устанавливается в удобном месте снаружи имитатора монтажного затеснения. Сюда же подсоединяются с помощью гибких кабелей электроакустический преобразователь 7 и имитатор 4 ручного инструмента. Для обучения на тренажере сварщика с имитатором 8 допускаются лишь те обучающиеся, которые прошли успешно курс обучения на тренажере без него.

Ученик берет в правую руку имитатор 4, надевает шлем 7, занимает исходное положение внутри имитатора 8 и начинает имитируемый сварочный процесс. Предварительно на выбранном

1374271 участке операционного поля сварки имитатора 5 закрепляется тонкий лист обычной или электрографической бумаги, на котором нанесено изображение разделки кромок имитируемого свари5 ваемого соединения, а также рядом имеется траектория конца имитатора ручного инструмента, записанная сварщиком высокой квалификации. Также в блоках 2, 3 и 6 производится предварительная установка условий сварки, предельного времени сеанса сварки, допусков по длине дугового промежутка, скорости сварки, угла наклона

15 имитатора ручного инструмента, теплового режима сварочной ванны, скорости выгорания имитатора электрода, а также установки всех блоков и узлов тренажера в исходное состояние. 20

В задачу обучаемого входит движение концом имитатора ручного инструмента по разделке кромок с нанесением

1 траектории этого движения (выгоревший след) с одновременной имитацией выгорания электрода и поддержание основных параметров имитируемого сварочного процесса (длина дугового промежутка, угол наклона имитатора ручного инструмента, скорость сварки и тепловой режим сварочной ванны) в заранее установленных пределах.

Ученик подводит имитатор 4 к месту начала имитируемого сварочного процесса, соблюдая необходимую длину дугового промежутка и заданное угловое положение имитатора ручного инструмента, и нажимает кнопку встроенного переключателя Я1. При этом в задатчике 1 подается напряжение питания на оконечный каскад усилите40 ля 10 что приводит к возникновению высоковольтного напряжения на металлическом наконечнике 37 имитатора 4 ручного инструмента. Если длина дугового промежутка выбрана не более

10 мм, то между металлическим нако нечником и металлическими спицами узла операционного поля сварки возникает электроисковой разряд, который приводит к прожогу бумаги в месте его возникновения. На выходе детектора 12 возникает постоянное напряжение, величина которого свидетельствует о длине дугового промежутка. В основу измерения текущей длины дугово- 55

ro промежутка положен принцип изменения потребляемого тока оконечным каскадом усилителя 10 с изменением длины дугового промежутка. Чем меньше длина дугового промежутка, тем больше потребляемый ток ° Таким образом, на выходе детектора 12 напряжение увеличивается при уменьшении длины дугового промежутка, что соответствует увеличению тепловложения в имитируемый сваркой шов. При возникновении искрового разряда происходит некоторый скачок напряжения на выходе детектора 12, что в свою очередь, приводит к срабатыванию компаратора 11 зажигания дуги который управляет работой узла управления моторным приводом имитации плавления электрода блока 3 управления и включает блок 2.

Имитатор электрода начинает укорачиваться со скоростью, соответствующей заранее выбранному режиму сварки.

Выходной сигнал с выхода блока 2 управляет постепенным разогревом нити накаливания лампы 43 накаливания, расположенной внутри полого держателя 33 электрода имитатора 4, что приводит к возникновению оптической сварочной ванны на поверхности имитатора 5 объекта тренажа в месте возникновения искрового разряда. Оптическая сварочная ванна является оптическим сигналом обратной связи к обучаемому по правильности поддержания следующих параметров имитируемого сварочного процесса: тепловому режиму сварочной ванны, длине дугового промежутка и углу наклона имитатора ручного инструмента. Яркость свечения ванны является визуальным сигналом обратной связи степени нагрева сварочной ванны. Поскольку световод 42 имеет конусообразную диаграмму направленности оптического излучения, то с изменением длины дугового промежутка оптическая сварочная ванна меняет свои размеры, что создает оптическую обратную связь к ученику по правильности поддержания нужной длины дугового промежутка. При отклонении имитатора ручного инструмента от нормального положения относительно имитатора объекта тренажа оптическая сварочная ванна изменяет свою форму и превращается из окружности в эллипс, больший диаметр которого показывает, в какой плоскости произошло отклонение имитатора электрода от нормального положения, что также является оптической обратной связью к обучаемому по правильности поддержания нужного

1374271 угла наклона имитатора электрода.

При нажатии кнопки S1 сигналы с частотой 1 Гц с генератора 25 также поступают на счетчик 26 рабочего .времени сварки и информационные входы ключей 29. Если выполнены ограничения заданных длины дугового промежутка, угла наклона имитатора ручного инструмента, скорости сварки и теплового режима сварочной ванны, то на головные телефоны шлема 7 поступает шумоподобный сигнал нормального сварочного процесса с генератора 23 сиг- 15 налов тревоги и звукового сопровождения.

Осуществляя симмуляционные движения концом имитатора ручного инструмента, ученик с помощью искрового 20 разряда на бумаге наносит траекторию движения конца имитатора ручного инструмента на имитируемой разделке кромок. По выгоревшему следу на бумаге, закрепленной на поверхности ими- 25 татора объекта тренажа, можно судить на сколько профессиональными и правильными были тактильные действия обучающегося в процессе имитируемого сеанса сварки, что также является документальной регистрацией результата этого сварочного процесса.

В тренажере предусмотрен контроль скорости сварки с помощью блока 6 контроля скорости сварки. При возбуждении высоковольтной дуги на первой

35 спице и нажатии кнопки S1 в первый момент времени сигналы на выходах первого согласующего элемента 61 и первого разряда регистра 59 совпа- 40

: дают, что не приводит, соответственно, к возникновению сигнала нарушения скорости сварки на выходах первого элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 60 и элемента ИЛИ 62. В следующий момент времени с генератора 58 на регистр 59 поступает импульс сдвига, что приводит к сдвигу "0" с первого разряда во второй. Для того, чтобы не возникал сигнал нарушения скорости сварки на выходе второго элемента 60, ученик должен двигать конец имитатора ручного инструмента по нормали к металлическим спицам, что приводит к возбуждению высоковольтной дуги на второй спице. В дальнейшем процесс повторяется. Таким образом, между скоростью сварочного процесса и частотой сдвига, точнее частотой генератора 58, существует определенное тождество. Нарушение этого тождества приводит к тому, что на выходах элементов 60 и, соответственно, элемента 62 возникает сигнал, свидетельствующий о нарушении установленной скорости сварки. Изменяя частоту генератора 58, можно менять контролируемую скорость сварки в широких пределах в зависимости от конкретных выбранных условий и режимов имитируемого сварочного процесса.

Если в процессе имитируемого сеанса сварки ученик не выдерживает один или несколько основных параметров сварки (длина дугового промежутка, угол наклона имитатора ручного инструмента, скорость сварки и тепловой режим сварочной ванны), то на управляющие входы ключевых элементов 29 поступают сигналы, которые разрешают прохождение секундных импульсов генератора 25 на счетные входы счетчиков

30 числа ошибок. На индикаторах 32 визуально отображается число допущенных ошибок. Если время нахождения в ошибке того или иного параметра составляет менее одной секунды, то такая ошибка считается кратковременной и не фиксируется счетчиками ошибок, если же гораздо больше, то на счетчики ошибок через каждую секунду поступает импульс и счетчики фиксируют время нахождения того или иного сварочного параметра в ошибочном состоянии. По показаниям индикатора 32, а также по казаниям индикатора 28 рабочего времени сварки можно судить о качестве проведенного имитируемого сварочного процесса.

При проведении аномального имитируемого сварочного процесса звуковой генератор 23 тревоги и звукового сопровождения вырабатывает (кроме шумоподобного сигнала сварки) целую серию тональных посылок разной частоты, которые являются звуковыми сигналами тревоги по основным параметрам имитируемого сварочного процесса и поступают на головные телефоны шлема 7. Эти сигналы являются звуковыми сигналами обратной связи к обучаемому по правильности поддержания этих параметров.

При очень малой длине дугового промежутка, точнее при наличии привара электрода в реальных условиях сварочного процесса, компаратором 21

1374271

Фиг.1 формируется сигнал, управляющий первым электронным ключом 29. По этому сигналу первый электронный ключ 29 блока 3 включает электромагнит-ими5 татор привара электрода на конце имитатора 34 электрода. Металлический наконечник 37 плотно притягивается к металлическим спицам уэла операционного поля сварки. Обучаемому необходимо приложить определенные усилия к имитатору 4 для того, чтобы оторвать его от имитатора объекта тренажа. При отрыве имитатора электрода электромагнит отключается.

1374271

Фиг. У

1374271

1374271

Составитель И.Панина

Редактор М.Петрова Техред Л.Олийнык Корректор Н.Король

Заказ 606/47 Тираж 459 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4