Тренажер для обучения электросварке Советский патент 1983 года по МПК G09B9/00 

Изобретение относится к электронным обучающим устройствам и предназначено для отработки первоначальных профессиональных навыков ручной дуговой сварки.

Известен тренажер для обучения, электросварке, содержащий узел имитации проведения электросварки, связанный через узел контроля и управления обучением с блоком информации 1 .

Недостатком данного тренажера является невысокая эффективность обучения.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к изобретению является тренажер для обучения электросварке, содержащий узел имитации проведения электросварки, включающий индуктиенр связанные имитатор сварных соединений и имитатор электрода с имитатором электрододержателя, и первый блок индукционных датчиков, соединенный с узлом контроля и управления обучением 2,

Недостатком известного тренажера является невозможность обучения таким приемам, как поддержание нормативного угла наклона электрода, движение торца имитатора электрода вдоль заданной траектории движения, приобретение необходимых практических навыков при вьгполнении неповоротных стыков швов, швов сложной конфигурации в различных пространственных положениях .Кроме того, на тренажере He Moryj быть решены такие вопросы, как допуск сварщика к производству ответственных сварочных работ, прогнозирование качества сварного соединения без производства необходимых испытаний.

Целью изобретения является расширение дидактических возможностей устройства путем приближения имитируемых процессов к действительным, документальной регистрации приемов ручной дуговой сварки для контроля квалификации сварщика и прогноза качества выполненного обучаемым реального сварного соединения.

Цель достигается тем, что Я тренажер для обучения электросварке, содержащий индуктивно связанные, имитатор сварных соединений и имитатор электрода с имитатором электрододержателя, и первый блок индукционных датчиков, соединенный с узлом

контроля и управления обучением введен второй блок индукционных датчиков, установленный в корпусе имитатора .электрододержателя, соединенный с узлом контроля и управления обучением, а первый блок индукционных датчиков установлен в торце имитатора элект.рода.

Кроме того, имитатор сварных соединений содержит пленку из ферррмаг-, нитного материала, нанесенную на его рабочую поверхность по ширине и направлению сварного шва.

При этом узел, контроля и управления обучением содержит последовательно соединенный блок усилителя, блок регистрации и первый блок записи и воспроизведения информации, информационное табло, второй и третий блоки записи и воспроизведения информации, при этом входы третьего блока записи и воспроизведения информации подключены к второму и третьему выходам блока усилителей, соединенным

5 с соответствующими входами блоков регистрации информационного табло, первого и второго блоков записи и воспроизведения информации, а четвертый и пятый выходы .подключены к

0 соответствующим входам блока регистрации, при этом выход блока регистрации является выходом блока, а шестой вход блока регистрации и входы блока усилителей являются входами блока.:

На фиг. 1 представлена блок-схема тренажера для обучения электросварке на фиг.2 - имитатор электрода с имитатором электрододержателя и приводом;

0 на фиг.З - торец имитатора электрода; на фиг.4 - второй блок индукционных датчиков; на фиг.5 имитатор сварных соединений, общий вид; на фиг. 6 - информационное табло

.. тренажера,

5. , .. . . . . , .

Тренажер для обучения электросварке (фиг.1) Содержит первый блок 1индукционных датчиков, второй блок

2индукционных датчиков, соединенные с узлом 3 контроля и управления

обучением и с блоком питания. Узел

3содержит последовательно соединенные блок 5 усилителей,блок б регистрации и первый блок 7 записи и воспроизведения информации, информационное табло 8, второй блок 9 записи и воспроизведения информации и блок 10 записи и воспроизведения информации. Блок 5 усилителей содер-

жит первый усилитель 11 датчика длины дуги и второй усилитель 12 датчика угла наклона электрода, каждый из которых подключен к соответствующим входам блока 6 регистрации, информационного табло 8, первого блока 7 и второго блока 9 записи и воспроизведения информации. Блок 6 регистрации содержит световой индикатор 13 схемы 1 и 15 предъявления звуковых сигналов, звуковой генератор 16, привод 17 и схему 18 индикации возбуждения дуги и примерзания электрода.

Имитатор электрода с имитатором

электрододержателя и приводом(фиг.2) содержит имитатор электрода 19 включающий торец 20 имитатора электрода, стержень 21, состоящий из набора цилиндрических элементов, внутри которых закреплена металлическая спираль 22, имитатор электрододержателя 23. Внутри спирали 22 проходит гибкий трос 2, который одним концом прикреплен к торцу 20, э другим - к барабану 25 привода,

На фиг.З представлен торец 20 имитатора электрода 19. на котором установлен первый блок 1 индукционных датчиков. Торец 20 состоит из ферромагнитного стержня 26, в выточках которого установлены индукционные катушки 27, лампочки 28, трос 2. Торец 20 усуановлен в корпусе 29Второй блок 2 индукционных датчиков, фиг. состоит из двух датчиков 30 и 31 угла наклона электрода. Датчики 30 и 3 состоят из ферромагнитного стержня 32 и индукционных катушек.ЗЗ. Датчики 30 и 31 установлены в корпусе имитатора электрододержателя 23 в двух взаимноперпендикулярных плоскостях. Между датчиками 30 и 31 расположен шарик 3 из ферроммагнитного материала. На поверхности имитатора электрододержателя в области расположения шарика З снаружи расположена демпфирующая катушка 35.

Имитатор сварных соединений 36 выполнен в виде многогранной призмы из немагнитного мат;ериала. На поверхности одной грани вид А расположена ферромагнитная масса 37 в форме проволоки с утолщениями по кра ям. На второй грани вид Б вдоль ее оси нанесена точечная ферромагнитная масса 38. На третьей грани (вид расположена ферромагнитная масса 39

в виде двух внешних и внутренних параллельных проволок.

На четвертой грани (фиг. Г) установлена ферромагнитная масса tO в виде проволоки, изогнутой по форме траектории движения.

На пятой грани (вид Д) нанесена пленка «I из ферромагнитного материала .

На шестой грани (вид Е) нанесены траектория движения торца электрода , точечные ферромагнитные массы вдоль оси шва, причем крайние ферромагнитные массы сделаны большего диаметра, а по краям траектории, нанесены внутренние и внешние линии kk из ферромагнитного материала.

Информационное табло (фиг.6) содержит стрелочный индикатор iS длины дуги, стрелочный индикатор 6 угла наклона, электрода, переключатель 7 усилителя 11, переключатель 48 усилителя 12, переключатель kS частоты следования: звуковых импульсов звукового генератора, переключатель 50, устанавливающий нормативное время длительности короткого замыкания, переключатель 51 втягивания имитатора электрода, переключатели 52 и 53 включения схем предъявления звуковых сигналов, переключатель 5 включения привода, переключатель 55 включения звукового генератора, переключатель 5б включения схемы 18 индикации возбуждения дуги и примерзания электрода, переключатель 57 Траектория переключатель 58 Сеть, контакт 59 для подключения имитатора электрода, контакт 60 для подключения схем k и 15 предъявления звуковых сигналов и второго блока 9 записи и воспроизведения информации, контакт б1 для подключения первого блока 7 записи и воспроизведения информации, контакт б2 для подключения вычислителя 10.

Тренажер работает следующим образом.

Первый такт - включение тренажера в работу, ввод нормативных данных и отработка приемов по возбуждению дуги во всех пространственных положениях.

Устанавливают имитатор сварных соединений (вид А) в нижнее полЬжение, подключают к контакту 59 имитатор электрода 19, к контакту 60 схемы I и, 15, и блок 9 который ста5вят в режим Запис, к контакту 61 блок 7j к контакту 62 - вычислитель 10. Ставят в положение Выключено переключатели 53-55. Ставят в положение Включено переключатель 52 и 5б. Обучающееся лицо осуществляет ввод нормативных данных включением переключателя 50, который устанавливает нормативнове время длительнос,ти короткого замыкания, а переключателем 47 - нормативную длину дуги и приступает к отработке приемов по возбуждению дуги в нижнем положении. Затем обучающийся приступает к от работке приемов по возбуждению дуги В нижнем положении. При этом напряжение переменного тока поступает на вход индуктивных катушек, 27 первого блока 1 индукционных датчиков. В результате по намагничивающей обмотке проходит ток, вокруг обмотки возникает переменный магнитный поток, который а обмотке имитатора электрода 19 наводит ЭДС взаимоиндикации. Если торец имитатора электрода 19 приб лижают к ферромагнитной массе, магнитный поток в экруг обмотки индукцион ных датчиков возрастает и, значит, возрастает ЭДС взаимоиндикации. Зто напряжение с выхода первого блока 1 индукционных датчиков поступает на вход усилителя 12 блока 5 усилителей. В результате на выходе усилителя 11 возникает напряжение, которое поступает на вход .схемы 18 индикации блока 6 регистра ции. Таким образом, величина напряже ния на входе рхемы 18 зависит от расстояния Toptia имитатора электрода 19 до имитаора сварных соединений Зб (фиг.5). Схема 18 индикации возбуждения дуги и примерзания электрода работает таким .образом, что при дости жен((и на входе напряжения, которо.е соответствует закорачиванию на ферромагнитную массу, на выходе возникает через 1-1,5 с напряжение, которое поступает на вход индукционных катушек 27 блока 1. В результате металлический стержень 21 имитатора электрода 19 (фиг.2) примерзает к поверхности .ферромагнитной массы 33 счет сильного намагничивания. Если обучающийся сразу же после закорачивания приподнимает ими 5 татор электрода 19 над поверхностью ферромагнитной массы, примерзание не происходит. Кроме того, напряжение, обратно пропорциональное расстоянию от торца имитатора электрода 19 до поверхности ферромагнитной массы, поступает с усилителя 11 (фиг.1) на входы информационного табло 8, первого блока 7 записи и воспроизведения и второго блока 9 записи и воспроизведения. О степени приобретенного практического навыка по возбуждению дуги преподаватель судит по изменению формы кривой, которая записана на дорожке блока 7, т.е. на дорожке осциллографа, по характерному изменению звукового си1- нала при воспроизведении фонограммы блоком 9( например магнитофоном, и по стрелочному индикатору 5 (фиг.б) длины дуги информационного табло 8. Кроме того, обучающийся оценивает правильность своих действий по возбуждению дугового промежутка по ве- . личине и интенсивности светового пят на на поверхности ферромагнитной массы от лампочки .28 (фиг.З) в торце имитатора электрода 19 и по характерному изменению звукового сигнала в схемах И и 15 предъявления звукового сигнала в момент короткого замыкания и выхода на нормальную длину дуги. Затем обучающийся устанавливает рабочую поверхность имитатора свар-: ных соединений в другие возможные пространственные положения и снова отрабатывает практические приемы по воздбуждению дугового процесса. Второй такт - заварка кратера. После возбуждения дуги, как и в первом такте, устанавливают в положение Включено дополнительно переключатель 51 втягивания имитатора электрода 19 приводом 17. После установления необходимой длины дуги на вход привода 17 поступит напря жение, величина которого также зависит от расстояния торца имитатора электрода 19 до ферромагнитной массы на рабочей поверхности. В результате возникает процесс втягивания имитатора электрода 19 до ферромагнитной массы на рабочей поверхности. В результате возникает процесс втягивания имитатора электрода 19 в имитатор электрододержателя 23 (фиг.2), причем скорость втягивания зависит от расстояния до ферромагнитной массы на рабочей поверхности. Кроме того, скорость втягивания торца имитатора электрода 19 в корпус имитатора электрододержателя 23-зависит от положения переключателя 51. Переключатель 51 имеет два положения: скорость втягивания, т.е. скорость плавления максимальная и скорость втягивания минимальная. Установка переключателя в то или иное полотжение зависит от толщин 1 свариваемого металла. Оценка качества приобретенного навыка может быть произведена аналогично первому такту, по кривой на экране осциллографа 7, воспроизведённой фонограмме магнитофона 9 и показаниям стрелочных индикаторов информационного табло 8. Информация на рабочее место обучающегося поступает в форме изменения диаметра и интенсивности светового пятна на .поверхности ферромагнитной массы от лампочки 28 в торце 20 имитатора электрода 19(фиг,З), характерного звучания в схемах 1 и 15 пре цъявления звуковой сигнализации и в форме переменной скорости втягивания имитатора электрода 19 внутрь имитатора электрододержателя 23.

По окончании, процесса тренажа оператор вручную вытягивает за торец имитатор электрода 19 из корпуса 23.

Третий такт - отработка навыков по поддержанию постоянства скорости сварки во всех пространственных положенияз|С.

Подготовка тренажера к работе состоит в том, что обучаемый по указанию руководителя занятий устанавливает в нижнем положении ту грань рабочей поверхности 36, на которой смонтированы точечные ферромагниты массы 38, ставит в положение Включено переключатель 55 включения гёнератора подачи звуковых импульсов.

Ввод нормативных данных состоит в том, что переключателем 9 частоты следования звуковых импульсой на инормационном табло тренажера устанавливают необходимую частоту возникновения звуковых сигналов в схемах 1 и 15.

Цель обучающегося состоит также в том, чтобы подвести торец 20 кмитатора электрода 19 к первой ферромагнитной массе 38 на расстояние до появления арактерного звука в схе- мах 1 и 15, а затем синхронно с кратковременным звуковым импульсом

от генератора 16 звуковых импульсов (фиг.1), обучаемый начинает перемещение торца имитатора электрода 19 к следующей точечной ферромагнитной

5 массе 38. При сходе с ферромагнитной массы 38 исчезает звуковой фон, который связан с работой блока 5 усилителей и который снова возникает при достижении следующей ферромагнитной массы 38. Если движение торца 20 имитатора электрода 19 производится синхронно с нормативной скоростью, т.е. с частотой следования звуковых импульсов от генератора звуковых импульсов 16, то всякий раз при достижении следующей ферромагнитной массы 38, кроме звука, который связан с достижением ферромагнитной массы, обучаемый в

0 схемах 1 и 15 слышит звуковые импульсы от генератора 16 звуковых импульсов,

При этом руководитель занятия упрощает или усложняет обучаемому выполнение задания в данном такте., поставив тумблер 5, который включает привод 17 втягивания имитатора электрода 19 в положение Включено или Выключено,

Оценка качества приобретенного

0 навыка в любом пространственном положении может быть осуществлена по записи импульсов на осциллографе 7, воспроизводенной фонограмме магнитофона 9 показаниям стрелочного ин5.дикатора . . ,

Всякий раз обучаемый учитывает информацию обратной связи, которая поступает к нему от звукового гене- . ратора 16 и от блока светового индикатора 45, схем 1 и 15 звукового сигнала.

Обучаемого считают подготовлен. ным по поддержанию постоянной скорости сварки в данном пространственном положении, если обеспечено удовлетворительное совпадение на ленте осциллографа 7 импульсов от усилителя длины пути 12 с.импульсами от генератора 16 звуковых импульсов.

0 Четвертый такт - отработка навыков по поддержанию постоянства амплитуды поперечных колебаний и по ведению торца электрода вдоль заданной траектории движения.

5i Подготовка тренажера к работе в этом такте состоит в том, что обучаемый по указанию руководителя занятий сначала устанавливает в нижнем положении ту грань рабочей поверхности, на которой смонтированы четыре параллельных проволочек 39

(фиг.5).

Состояние ручек управления может быть оставлено таким, как в третьем такте.

Затем обучаемый начинает нести торец 20 имитатора электрода 19 вдоль оси шва, осуществляя поперечные колебания поперек оси шва между внутренними параллельными проволочками 39.

Блок-схема тренажера работает в этом такте совершенно так, как во втором такте, но будет изменена форма записи на блоке 7, запись на пленке блока 9 так как в этом случае обучаемый периодически приближает торец имитатора электрода 19 то к одной, то к другой ферромагнитной массе в форме проволочек 39. При этом, если обучаемый пересекает торцом имитатора электрода 19 сразу две параллельные проволочки 39, то на ленте блока 7 будет записан импульс большей амплитуды и длительности, чем в случае, когда обучаемый пересек торцом имитатора электрода 32 одну ферромагнитную массу в форме проволочки 39, в свою очередь, при воспроизведении записи на пленке магнитофона 9 будет получена фонограмма, которая состоит из ряда звуковых импульсов paз ичнoгo уровня громкости.

По записи на ленте блока 7 по воспроизведенной звуковой фоноrpaf Me блока 9 руководитель занятий судит о качестве подготовки оператора по отработке постоянства амплитуды поперечных колебаний торца имитатора электрода 19 относительно оси шва.

Затем по указанию руководителя занятий обучаемый устанавливает в необходимом положении рабочую поверхность, на которой выложена ферромагнитная масса kQ в форме траектории (фиг. 5) .

В этом случае процесс тренажа состоит в том, чтобы при перемещении торца имитатора электрода 19 вдоль траектории движения не было схода с ферромагнитной массы 40. Система записи в этом случае и способы расшифровки записей совершенно аналогичны тому, как это происходит во втором такте.

Пятый такт - отработка первоначаль ных навыков по выполнению торцом электрода необходимой траектории движения.

Подготовка тренажера к работе в этом случае состоит в том, что обучаемый ставит в нижнее положение грань Д рабочей поверхности 36 (фиг.5) на которой укреплена ферромагнитная пленка k от блока 10 записи и воспроизведения, выполненного в виде магнитографического дефектоскопа. Затем ставят в положение Включено тумблер 37 Траекто5 рия, через который поступает напряжение на узел намагничивающей обмотки блока 1 индукционных датчиков. Затем обучаемый подносит торец имитатора электродэ 19 к поверхности ферромагнитной массы и осуществляет запись траетории движения на ферромагнитной ленте.

По намагничивающей обмотке 5 (фиг.З) имитатора электрода 19 проходит ток, который намагничивает стержень электрода 42. В результате магнитный поток обмотки 45 обеспечивает запись на ферромагнитной ленте. Система обратных сиюминутных связей в этом случае не действует, но будет реализована отсроченная обратная связь при пропускания ферромагнитной ленты через блок 10, т.е. через магнитографический дефектоскоп, так как в этом случае на экране дефектоскопа будет высвечен рисунок внешнего вида сварного шва, который выполняет обучаемый, перемещая торец имитатора электрода над ферромагнитной пленкой 41.

Шестой такт - отработка первоначальных практических навыков по поддержанию в процессе сварки постоянного угла наклона электрода по отношению к поверхности свариваемого изделия во всех пространственных положениях.

Подготовка тренажера к работе в этом случае состоит в том, что устанавливают в нижнее положение рабочую поверхность имитатора сварных соединений 36, ставят в положение Выключено переключатель 52 включения звукового генератора 16,световой индикатор 13, переключатель 54 включения привода 17 втягивания имитатора электрода 19, переключатель 57 Траектория переключатель 56 включения схемы 18 индикаций. Ставят в положение Включено тумблер 33 включения, схему 15 и све товой индикатор 13. Цель обучаемого в этом случае состоит в том,чтобы при движении тОр ца имитатора электрода 19 вдоль рабочей поверхности обеспечивалось постоянство угла наклона имитатора электрода по отношению к рабочей поверхности. При этом блок-схема тренажера работает следующим образом. При изменении угла наклона имитатора электрода 19, например, поперек оси шва по отношению к плоскости рабочей поверхности 3 изменит свое про странственное положение второй блок 2 индукционных датчиков угла наклона электрода (фиг., который расположен в торце рукоятки имитатора электрододержателя 23. В результате шарик 3 из ферромаг нитного материала датчика угла накло на электрода займет новое положение (или ближе к датчику 30, или ближе к датчику.31). Устройство и принцип действия обоих датчиков 30 и 31 совершенно аналогичны устройству и принципу действия первого блока 1 датчиков в торце имитатора электрода 19(фиг.З В результате при приближении ферромагнитной массы в форме шарика З к одному из датчиков 30 или 31 в обмотке того из них, к которо му подойдет шарик, возникает напряжение, величина которого обратно пропорциональна расстоянию от шарика З до датчика 30 или 31. Демпфирующая катушка 35, по которой проходит переменный ток, необходима для уравновешивания сил инерции шарика З. Значит, при изменении угла наклона электрода поперек оси шва на выходе датчика угла наклона электрода поперек оси шва блока 2 индукционных датчиков угла наклона электрода Возникает напряжен 1е, которое поступит на вход усилителя 12 .наклона электрода блока 5 (фиг.1). В результате на выходе усилителя 12 возникае напряжение, которое поступит соответственно на вход схемы 1 звукового сигнала (фиг.1), на вход стрелочного индикатора 6 угла на«слона электрода фиг.2) на вход блока 7, на вход блока 9. В результате обучаемый получает информацию в форме характерных зву6512ковых сигналов в схеме 15 при всяком изменении по отношению к нормативному углу наклона имитатора электрода 19 поперек оси шва, а руководитель занятий судит о ненормативных действиях обучаемого по записи в блоке 7, показаниям стрелочного индикатора А6 угла наклона электрода и звуковой фонограмме, которая записана на магнитофонной ленте, при ее воспроизведении с блока 9. Характер записи на ленте блока 7 и магнитофонной ленте, а также приемы расшифровки полученных данных аналогичны тому, как это происходит во втором такте работы тренажера. Аналогично работает блок-схема тренажера, если во время тренажа, оператор изменяет угол наклона имятатора.электрода 19 по отношению к плоскости рабочей поверхности вдоль оси шва, только в этом случае напряжение возникает на выходе блока 2 угла наклона электрода вдоль оси шва и поступает на вход усилителя f датчиков угла наклона электрода. При одновременном изменении угла наклона электрода по отношению к плоскости рабочей поверхности как вдоль оси шва так и поперек оси шва, величина напряжения на выходе усилителя 12 угла наклона электрода пропорциональна величине изменения телесного угла. Решение о степени подготовленности обучаемого по поддержанию постоянства угла наклона электрода к рабочей поверхности принимает руководитель занятий на основе просмотра записей блока 7. Седьмой такт -- подготовка трейажера к работе, ввод нормативных данных, оценка уровня приобретенного интегрального стереотипа по выполнению сварочных работ, допуск к практической работе. Подготовка тренажера к работе состоит в следующем.Ставят в положение Включено переключатели 52-57. Устанавливают в необходимое пространственное положение рабочую поверхность, повернув в сторону обучаемого ту грань, на которой смонтированы ферромагнитные массы i2 и (фиг.5). Затем производят ввод Нормативных данных посредством регулировки переключателя Й7 усилителя датчика 13 длины дуги, переключателя 8 усилителя датчика угла наклона электрода, переключателя 9 частоты следования звуковых импульсов, пере лючателя 50 установки нормативного времени длительности короткого замы кания и установки в необходимое положение переключателя 5t грубой регулировки скорости втягивания эле трода. . Цель обучаемого в этом такте состоит в том,чтобы при перемещении торца 20 имитатора электрода 19 вдо ферромагнитной массы k) (фиг.5) обе печивалось постоянство длины дуги, скорости сварки угла наклона злек трода, отсутствие примерзания эле трода, обрыв дуги, схода с траектории движения,заварка кратера в конце шва. При этом при изменении угла наклона электрода вдоль и поперек оси шва действует связь между блоком 2 индукционных датчиков угла наклона электрода и усилителем 12. , При изменении расстояния от торца имитатора электрода до ферромаг5нитной массы на рабочей поверхности действует связь между блоком 1 индукционных датчиков длины дуги и усилителем 11. В результате возникают напряжения на выходе усилителя 12 датчиков угла наклона электрода 4, на выходах усилителя 11 датчика длины дуги. Поэтому действуют связи между Усилителем Ми схемой 15, информа- , ционным табло 8, блоками 7, 9 и 10. Между усилителем 12 и схемой И, информационнь(м табло 8, блокак и и 10, между усилителем 12 и схемой 18. между усилителем 12 привода 17, между усилителем 12 и световым индикатором 13. Использование тренажера для обучения сварке, обеспечивает приближение имитируемых процессов к действительным, документальную регистрацию приемов ручной дуговой.сварки для контроля квалификации сварщика и прогноза качества выполненного обучаемым реального сварного соединения. Фиг-З 35 1# ФигЛ

17 Вид А

Вид в

Фиг,5

6 ид в

-е-О-В--&

Вид в

ifl Вид А

to Я

45

N.

ЛЗ 5Q ЛГ

-55 -55

п

5Н

5

(И

/ /

/ 61

т 51

we.5