Тренажер для обучения навыкам ведения сварки Советский патент 1987 года по МПК G09B19/24 

11

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

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

На фиг, 1 приведена схема устройства; на фиг, 2 -- схема блока регистрации пространственного положення сварочного электрода; на фиг, 3 - схема сварочного электрода с измерительными электродами и датчиком угла; на фиг. 4 - схема высоковольтного усилителя; на фиг, 5 - расположение измерительных электродов для сварки различных пространственных конструкций.

Устройство для обучения навыкам ведения сварки имеет источник 1 питания, сварочный электрод 2, имитатор 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 ЮШ 16 и 17, компараторы 18-21 с соответствующими потенциометрами 22-25, электронные ключи 26-28, счетчики 29-31, дешифраторы 32-34 и индикаторы 35-37, сварочный электрод 2 (фиг, 3)j состоящий из корпуса 38 сварочного элект- рода, 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 | 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 второго 10 высоковольтных усилителей, первые выходы которых являются первыми выходами 46 и 47 блока 4, вход 45 которого является входом KOfmapa

iS

0

25

5434 .

тора 21, пыход 55 которого связан с первым входом 56 электронного клю -л 28 и входом 57 счетчика 29.5 выход 58 которого через дешифратор 32 связан 5 с входом индикатора 35, Вторые выходы 59 и 60 первого 9 и второго 10 высоковольтных усилителей попарно связаны с входами 61 и 62 дифференциального yci-иителя 12 и входами № 63 и 64 сумматора 11, 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 74 которого через дешифратор 34 связан с входом индикатора 37. Выход 66 сумматора 11 также связан с первыми входами 75 и 76 компараторов 19 и 20, выходы 77 и 78 которых связаны с входами 79 и 80 первог о элемента ИЛИ 16, выход 81 соторого связан с первым входом 82 электронного ключа 27 и входом 83 счетчика 30j выход 84 которого через дешифратор 33 связан с входом индикатора 36, Выход .; 85-87 второго 6, третьего 7 и чет- вертого 8 генераторов сигналов связаны с вторыми входами 88-90 первого 26, второго 27 и третьего 28, элект- poHHfaix ключей, выходы 91-93 которых связаны с входами 94-96 второго элемента ИЛИ 17, 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 выходами соответственно, первого 22, второго 23, тр етьего 24 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 индика- 50 тор 36.

Третий узел индикации пространственного положения электрода включает счетчик 31, дешифратор 34 и индикатор 37,

55 Источник 1 питания предназначен для подачи питающего напряжения на сварочный электрод 2 для осуществления сварочного процесса и может быть

30

35

40

45

3 i

выполнен no известной схеме. сварс1чно го источника тока.

Снарочный электрод 2 предназначен для осуществления сварочного процесс и представляет собой стандартную горелку.

Имитатор 3 ишема представляет собой стандартный защитный шлем сварщика, в который вмонтированы головные телефоны.

Блок 4 предназначен для определения простра нственного положения сварочного электрода относительно разделки кромок, а точнее высоты установки сварочного электрода него откло- нения от центра разделки кромок, а также контроля и регистрации правильности поддержания этих параметров и оповещения обучаемого сварщика об нарушении этих параметров.

Первый 5, второй 6, третий 7 и четвертый 8 генераторы сигналов предназначены для генерирования непрерывной последовательности сигналов соответственно с частотами F, 5 гКц, Ь 500 Гц, РЗ 1 кГц , F 2 кГц,

Первый 9 и второй 10 высоковольтные усилители предназначены для усиления по напряжению сигналов с первого 5 генератора до величины 15- 20 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 усилитель, собранный наУТ1, оконечный усилитель, собранный наУТ2, и амплитудный детектор, собранный на VD1 (фиг. 4).

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

Детектор 14 напряжения предназначен для двухполупериодного вьтрямле- ния сигнала, поступающего на его вход. На выходе детектора 14 установ |Лена параллельная RS-цець, предназ

О

0

-

0

5 0

0

5

наченная Д.ИЯ сглаживания пульсаций выходногп напряжения детектора 14 напряжения.

Усилитель 13 предназначен для усиления мощности звуковых сигналов обратной связи, подаваемых на головные телефоны имитатора 3 шлема, и может быть вытголнен по известной схеме апериодического усилителя мощ- нос.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 свариваемых деталей.

Первый 22, второй 23, третий 24 и четвертый 25 потенциометры предназначены для установки опорных напряжений, соответствующих допустимым 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 пре51

делы отклонения ocnoBiibrx параметров сварочног о процесса, (отклоненм.е сварочного электрода от центра разделки кромокS допустимый телес1 ый угол наклона сварочного электрода, нижнюю и верхнюю границы высоты уста новки сварочного элек Ьрода над разделкой кромок). После этого учащийся берет в руку сварочный инструмент н подводит его к месту начала сварки свариваемых деталей. Он налсимаст кнопку Пуск, расположенную на рукоятке сварочного электрода и касается электродом разделки, Происходит зажигание основной дуги, начинается подача электрода и защитного газа в зону сварки, происходит расплавление электрода, сваривае -1ых деталей к образование сварочного шва.

После включения устройства сигнал с первого 5 генератора, а точнее с его выхода 52, поступают на вход 3 и 54 первого 9 и второго 10 высоковольтных усилителей, на выходах 4Ь и 47 которых они имеют величину 15-20 кВ. Эти высоковольтные сигналь по высоковольтным кaбeля a поступают соответственно на первый 4G и второй 41 измерительные электроды, что приводит к возникновению искрового ps-s- ряда между измерительными электродам и разделкой кромок свариваемых деталей Во вторичной обмотке трансформатора Т2 {фиг. 4) начинает протекать ток. В первичной обмотке также протекает ток и на резисторе R3 возникает 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 поверхности разделки кромок свариваемых деталей и напряжения, снимаемые с резисторов R2 первого и второго высоковольтных усилителей, являются одинаковыми и на выходе 65 дифференциального усилителя 12 устанавливается в нулевое значение напряжения, 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

0 15

20 .s -,Q . ,

5

0

5

34ft

приводит к .тп1чсПИЮ длины искрового промежутка e;к,ly од1П-;м измерительн лм электродом и кромкой одной из свари- оаемых деталей и уменьшению того же промежутка межлу вторым измерительным электродом и кромкой второй свариваемой детали. С изменением длины искрового промежутка изменяется сопротивление искрового промежутка, что приводит к изменению тока вторичной - соответственно первич ной обмоток трансформатора Т 2. На выходах 59 и 60 первого 9 и второго 10 высоковольтных усилителей устанавливаются по величине )1апряжения,, которые, поступая на входы 61 и 62 дифференциального усилителя 12, приводят к тому, на его выходе 65 возникает напряжение Бедичи а которого свидетельствует об отклонении сварочной горелки от центрального положения, а знак - о направлении отклонения. Это папря- жение поступает нЙ вход 67 усилителя 13 с переменным коэффициентом ния5 который устраняет вредное влияние длины искрового проме5кутка на точность определения отклонения сварочного электрода от центра разде г:и кромок. На выходе 69 усилителя 13 с переменным коэффициентом усиления устанавливается напряжение, ь с тччпгга которого зависит только от отклонения сварочного электрода 2 от дентрз г;аз- делки кромок и не зависит от вы-соты установки сварочного электрода. Это удается достичь за счет управления коэ1|1фициентом усиления усилителя 13 сигналом длины искрового промежутка, который поступает на его управляющий вход 68. С выхода 69 усилители 13 с переменньгм коэффициентом усиления выходное напряжение поступает на вход детектора 14, на выходе которого устанавливается однополярное напряжение. Это напряжение поступает на вход 70 компаратора 18, где оно сравнивается с опорным напряжением, которое поступает ка его вход 99 с потенциометра 22. При превышении по величине этого напряжения величины опорного напряжения компаратор 18 срабат зщает и переводит электронный Ю1юч 26 в открытом состоянии, Б результате сигналы с второго 6 генератора сигналов через э;5ектроп 1ый ключ 26, элемент ИЛИ 17 и усилитель 15 поступает на головные телефоны имитатора 3 ш.пема, оповещая обучаемого сварщика о нарушении центрально.го

71

положения сварочной горедкн по отио-- шению к разделке кромок. Сварщик должен установить сварочную в, центральное положение, после чего звуковой сигнал обратной связи в го- ЛОБНЫХ 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 де- телями. 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 установ ке 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 ду- гового промежутка. В таком состоянии компараторы 19 и 20 не вырабатывают управляющих сигналов, поступающих через элемент ИЛИ 16 82 электронного ключа. При фиксирован- ной 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 вели- чине остается постоянной, что также не приводит к срабатыванию компараторов 19 и 20 нижней и верхней границ длины-дугового промежутка. Изменение расстояния меяадУ электродом 2 и свариваемыми деталями в большую ил 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 выхода 59 и 60 высоковольтных усилителей 9 и 10 и их сумме на выходе 66 сумма- тора 11.. Если величина напряжения на выходе сумматора 11 превышает опорные значения напряжения, установленные потенциометрами 23 и 24, срабаты348

вает один из компараторов 19 или 2(Т нижней или верхней границ длины дугового промежутка (в зависимости от того, какая граница длины дугового промежутка нарушена), вырабатывающий управляющий сигнал, который открывает электронный ключ 27. Звуково сигнал обратной связи поступает с выхода генератора 7 через электронны 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. О 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 больш нормального угла наклона датчик угла 39 вырабатывает напряжение, величина которого превышает величину 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 чере электронный ключ 28, элемент ИЛИ 17 и усилитель 15 на вход 51 головных телефонов имитатора 3 шлема, оповеща сварщика о нарушении им нормативного угла наклона. Сварщик должен установить сварочный электрод 2 в нормальное положение по углу его наклона, о нормальном положении которого свидетельствует исчезновение звукового сигнала тревоги в головных телефонах. Ошибки по углу фиксируются счетчиком 29 и индицируются первым индикатором.

Таким образом, устройство обеспе- чивает выработку правильных психомоторных навыков у обучаемого сварщика по поддержанию нормативных: длины

дугового 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.

Формула изобретения

Тренажер для обучения навыкам ведения сварки, содержащий источник

входам имитатора сварочного электр да, который выходом через первый компаратор связан с входом первого узла индикации пространственного п 5 ложения электрода и первым входом первого электронного ключа, связан ного вторым входом с выходом второго нератора сигналов, вторые выходы пер го и второго усилителей связаны с соо 10 ветствующими входами сумматора и дифференциального усилителя, соеди ненного выходом с первым входом тр тьего усилителя, который выходом подключен через последовательно

питания, соединенный выходом с первым 5 включенные детектор напряжения

входом имитатора сварочного электрода, имитатор шлема сварщика и блок регистрации пространственного положения сварочного электрода, включающий усилители и узлы индикации пространственного положения электрода, о т- личающийся тем, что, с целью повыпенйя эффективности обучения путем поддержания нормативных параметров ведения сварки, блок регистрации пространственного положени сварочного электрода имеет генераторы сигналов, сумматор, дифференциальный усилитель, детектор напряжения, элементы ИЛИ, компараторы и электронные ключи, при этом выход первого генератора сигналов соединен с входами первого и второго усилителей, подключенных первыми выходами

соответственно к первому и третьему 35 входом имитатора шлема сварщика.

9543410

входам имитатора сварочного электрода, который выходом через первый компаратор связан с входом первого узла индикации пространственного по- 5 ложения электрода и первым входом первого электронного ключа, связанного вторым входом с выходом второго генератора сигналов, вторые выходы первого и второго усилителей связаны с соот- 10 ветствующими входами сумматора и дифференциального усилителя, соединенного выходом с первым входом тре-. тьего усилителя, который выходом подключен через последовательно

0

5

0

второй компаратор к входу второго узла индикации пространственного положения электрода и первому входу второго электронного ключа, связанного 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 соединен с выходом четвертого генератора сигналов,, причем выходы всех электронных ключей через второй элемент ИЛИ связаны с входом четвертого усилителя, соединенного выходом с

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 сва- рочного электрода, а на сварочном электроде с помощью пространственньпс шарниров закреплены два измерительных электрода и датчик угла. 3 ил. с S (Л

Фиг I

61

65

67

:

1,

w

w

60 P

6

16

En

ff

L I

35

Jff

77

.З

ФигЛ

ЛП,

Составитель С. Алексанов Редактор Н. Рогулич Техред И.Попович Корректор Л. Патай

Заказ 621/57

Тираж 434

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. (рцрктная, 4

Фи.5

Подписное