Тренажер сварщика Советский патент 1989 года по МПК B23K9/10 

Изобретение относится к области сварочного производства, а именно к средствам обучения приемам и навыкам ручной и полуавтоматической сварки.

Целью изобретения является повышение качества процесса обучения за счет повышения точности работы тренажера.

На фиг. 1 приведена схема предлагаемого тренажера; на фиг. 2 - конструкция блока имитации сварочного электрода с держателем; на фиг. 3 - схема размещения элементов световода на конце имитатора электрода; на фиг. 4 - схема блока моделирования теплового баланса; на фиг. 5 - схема блока управления; на фиг. 6 - схема узла фор.мирования звуковых сигналов тревоги и звукового сопровождения; на фиг. 7 - схема узла формирования сигналов управления электроприводами тренажера; на фиг. 8 - схема узла формирования сигнала ошибки по длине дугового промежутка; на фиг. 9 - схема узла формирования сигнала ошибки но уг.чч нак.ю- на имитато)а сварочного электрода: нл фиг. 10 - - схема подсоединения ч. нч ен- тОБ световода; на фиг. И схема б. кж;; линеаризации; на фи|-. 12консгрукция

одного из эле.ментов б.чока сканирования; на фиг. 13 - временные диаграммы напряжений, объясняющие принцип работы гре- нажера.

Тренажер сварщика содержит блок 1 имитации электрода с держателем, б.юк 2 управления, имитатор 3 Ц1,1ема сварщика, блок 4 моделирования теплового баланса, имитатор 5 сварочной ванны, блок 6 имитации объекта тренажа, генератор 7, усилитель 8, излучающий элемент 9, блок 10 сканирования, светоделительный э. 1емеит 11. делитель 12 частоты, ключевую схему 13, приемный элемент 14, блок 15 ;1инеариза- ции, первый селективный усилитель 16, первый детектор 17, второй детектор 18, второй селективный усилитель 19, третий де4

00 СХ)

00

тектор 20, первый делитель 21 напряжения, третий селективный усилитель 22, четвертый детектор 23, второй делитель 24 напряжений. Позициями 25-29 обозначены первый- шестой выходы блока 2 управления, 30-33- первый-четвертый входы блока 2 управления, 34-37-первый-четвертый входы блока 6 имитации объекта тренажа, 38-40- первый-третий входы блока 4 моделирования теплового баланса, 41 и 42-первый

ход второго детектора 18 связан соответственно с первым входом 41 первого делителя 21 напряжений; вторым входом 44 второго делителя 24 напряжений, третьим входом 32 блока 2 управления и третьим входом 40 блока 4 моделирования теплового баланса. Выход третьего селективного усилителя 22 через четвертый детектор 23 связан с первым входом 43 второго делителя 24 напряжений, выход которого связан

и второй входы первого делителя 21 на- Ю с четвёртым входом 33 блока 2 управления, пряжений, 43 и 44-первый и второй вхо-Блок 1 имитации электрода с держады второго делителя 24 напряжений.телем предназначен для имитации реальБлоки, узлы и элементы тренажера свар-ного сварочного ручного инструмента. Он

содержит держатель 45 электрода, собст- J5 венно имитатор 46электрода {полый пруток), привод 47 для имитации плавления элект- Первый выход 25 блока 2 управления связан с входом блока 1 имитации электрода с держателем, а второй в.ыход 26 блока 2 управления связан с входом ими20

связаны между собой следующим образом.

татора 3 шлема сварщика. Блок 4 моделирования теплового баланса связан выходами соответственно с первым входом 30 блока управления и входо.м имитатора 5 сварочной ванны. Третий 26, четвертый 27 и пятый 28 выходы блока 2 управления связаны соответственно с первым 34, вторым 35 и третьим 36 входами блока 6 имитации объекта тренажа. Третий выход 26 блока 2 управления также связан с первым входом 38 блока 4 моделирования тепло25

рода, световод, разделенный на цилиндрический 48 и внешний кольцевой 49 элементы. Один конец световода имеет форму усеченного конуса, а второй оптически связан со светоделительным элементом 1 1 и имитатором 5 сварочной ванны. .

Имитатор 5 сварочной ванны предназначен для имитации реальной сварочной ванны в виде оптического образа на поверхности блока 6 имитации объекта тренажа и в качестве которого .может использоваться любой оптический источник.

Имитатор шлема 3 сварщика представляет стандартный по размеру и внеп1не.му виду шлем сварщика, в который вмонтивого баланса, а шестой выход 29 блока 2 -JQ рованы головные телефоны.

управления связан соответственно с вторым входом 39 блока 4 моделирования теплового 6a;iaHca и управляющим входом ключевой схемы 13, выход которой связан с четвертым входом 37 блока 6 имитации

Блок 4 моделирования теплового баланса предназначен для решения уравнения теплопроводности в виде дифференциального уравнения в обыкновенных производных, соответствующего балансу количества тепБлок 4 моделирования теплового баланса предназначен для решения уравнения теплопроводности в виде дифференциального уравнения в обыкновенных производных, соответствующего балансу количества тепобьекта тренажа. Выход имитатора 5 сва- ла, поступившего в рассматриваемый объем

от сварочного источника тепла, и тепла, ушедшего за пределы объема всеми видами, теплопередачи (теплопроводность, конвекция, излучения и др.).

Q Блок 4 моделирования теплового баланса содержит электронный ключ 50, интегратор 51, сумматор 52, умножитель 53, функциональный преобразователь 54 длины дугового промежутка, функциональный преобразователь 55 тока дуги, схему 56 фор45 мирования сигнала ошибки по величине теплосодержания сварочной ванны и схему 57 установки нормативного значения величины теплосодержания сварочной ванны.

ванны оптически связан с внешним кольцевым эле.ментом световода блока 1 имитации электрода с держателем. Выход генератора 7 через усилитель 8 связан с входом излучающего элемента 9, который через блок 10 сканирования и светоделитель- ный эле.мепт 11 оптически связан с внутренним цилиндрическим элементом световода блока 1. Выход генератора 7 также связан через делитель 12 частоты с информационным входом ключевой схемы 13. Вход приемпого элемента 14 через свето- ,делительный элемент .11 оптически связан с внутренним цилиндрическим элементом световода блока 1 имитации электрода с держателем, а его выход связан через блок 15 линеаризации соответственно с входами первого 16 и третьего 22 селективных усилителей. Выход первого селективного усилителя 16 через первый детектор 17 связан с входами второго детектора 18 и второго селективного усилителя 19, выход ко5Q Электронный ключ 50 предназначен для выключения сигналов, имитирующих скорость сварки и .мощность дуги при появлении сигнала нарушения нормального режи- .ма сварки.

Функциональный преобразователь 54 длиторого через третий детектор 20 связан; 55 ны дугового промежутка предназначен для с вторым входом 42 первого делителя 21формирования сигнала напряжения дуги,

напряжений, выход которого связан с вто- Функциональный преобразовате.ть 55 торым входом 31 блока 2 управления. Вы-ка дуги цредназначен для реализации внешход второго детектора 18 связан соответственно с первым входом 41 первого делителя 21 напряжений; вторым входом 44 второго делителя 24 напряжений, третьим входом 32 блока 2 управления и третьим входом 40 блока 4 моделирования теплового баланса. Выход третьего селективного усилителя 22 через четвертый детектор 23 связан с первым входом 43 второго делителя 24 напряжений, выход которого связан

с четвёртым входом 33 блока 2 управления, Блок 1 имитации электрода с держасодержит держатель 45 электрода, собст- венно имитатор 46электрода {полый пруток), привод 47 для имитации плавления элект-

рода, световод, разделенный на цилиндрический 48 и внешний кольцевой 49 элементы. Один конец световода имеет форму усеченного конуса, а второй оптически связан со светоделительным элементом 1 1 и имитатором 5 сварочной ванны. .

Имитатор 5 сварочной ванны предназначен для имитации реальной сварочной ванны в виде оптического образа на поверхности блока 6 имитации объекта тренажа и в качестве которого .может использоваться любой оптический источник.

Имитатор шлема 3 сварщика представляет стандартный по размеру и внеп1не.му виду шлем сварщика, в который вмонтированы головные телефоны.

рованы головные телефоны.

Блок 4 моделирования теплового баланса предназначен для решения уравнения теплопроводности в виде дифференциального уравнения в обыкновенных производных, соответствующего балансу количества тепла, поступившего в рассматриваемый объем

ней характеристики сварочного источника тока.

Умножитель 53 предназначен для формирования сигнала мощности дуги.

Интегратор 51 предназначен для формирования сигнала мощности дуги.

Интегратор 51 предназначен для вычисления сигнала, величина которого определяет текущее теплосодержание сварочной ванны.

Схема 56 формирования сигнала ошиб- ки по величине теплосодержания сварочной ванны представляет собой электронный компаратор и предназначена для выработки сигнала ощибки по величине теплосодержания сварочной ванны при отклонении ее от номинального значения, установленного схемой 57 установки нормативного значения величины теплосодержания сварочной ванны

Блок 6 имитации объекта тренажа содержит подвижную каретку 58, на которой смонтирован оптический источник 59, пред- назначенный для имитации горения дуги, а также двухкоординатный привод 60 перемещения каретки 58.

Блок 2 управления предназначен для управления процессом обучения сварщика, а также для регистрации правильности, поддержания сварщико.м основных параметров имитируемого сварочного процесса и оповещения сварщика об их нарушении. Блок 2 управления содержит генератор 6 секундных импульсов, переключатель 62, канал 63 общего времени процесса сварки, канал 64 отклонения имитатора сварочного электрода, канал 65 угла наклона имитатора сварочного электрода, канал 66 длины дугового про.межутка, канал 67 теплосодержания сварочной ванны, узел 68 формирования сигнала ощибки по отклонению имитатора сварочного электрода от центра оптической сварочной ванны, узел 69 формирования сигнала ol Jибки по углу наклона имитатора сварочного электрода, узел 70 фо мирования сигнала ощибки по длине дуго- вого промежутка, узел 71 формирования сигналов тревоги и звукового сопровождения, узел 72 формирования сигналов управления электроприводами тренажера.

Переключатель 62 предназначен для цус- ка всего сварочного тренажера.

Канал 63 общего времени процесса сварки предназначен для подсчета и индикации общего -времени процесса сварки. Он содержит счетчик 73 общего времени, дешифратор 74 общего времени и индикатор 75 общего времени.

Каналы 64-67 предназначены для подсчета и индикации числа ошибок по отклонению имитатора сварочного электрода от центра оптической сварочной ванны, углу наклона имитатора сварочного электрода, длине дугового промежутка и теплосодержанию сварочной ванны. Они имеют одина

5

5

0

0

0

0

5

0

5

ковую структуру и содержат ключевх ы схему 76, счетчик 77 числа ошибок, дешифратор 78 числа ошибок и индикатор 79 числа ошибок.

Узел 68 формирования сигнала ошибки по отклонению имитатора сварочного электрода от центра оптической сварочной ванны и узел 69 формирования сигнала ошибки по углу наклона имитатора сварочного электрода имеют одинаковую структуру и содержат электронный компаратор 80 и схему 81 задания номинального значения контролируемого параметра.

Узел 70 формирования сигнала ощибки по длине дугового промежутка, представленный на .фиг. 8, содержит компаратор 82 нижней границы допустимой длины дугового промежутка, компаратор 83 верхней границы допустимой длины дугового промежутка, схе.му 84 задания нижней границы допустимой длины дугового промежутка, схему 85 задания верхней границы допустимой длины дугового промежутка и элемент ИЛИ 86.

Ко.мпаратор 82 нижней границы допустимой длины дугового промежутка предназначен для формирования сигнала ошибки по длине дугового промежутка, когда величина текущего значения длины дугового промежутка является меньшей ее номинального значения.

Компаратор 83 верхней границы допустимой длины дугового промежутка предназначен для фор.мирования сигнала О1иибки по длине дугового промежутка, когда величина текущего значения длины дугового промежутка превышает ее номинальное значение.

Узел 7 формирования сигналов тревоги и звукового сопровождения предназначен для формирования звуковых сигналов различной частоты, оповещающих сварщика о правильности выполнения им и.митиру- емого сварочного процесса, а также для фор.мирования звукового сигнала нормального сварочною процесса. Он содержит генератор 87 белого щума, элемент ИЛИ 88, ключевые схемы 89, генератор 90, счетчик 91. Выходы счетчика 91 подключены к информационным входам ключевых схем 89. Информационные выходы ключевых схем 80 подключены к входам элементов ИЛИ 88. Выход элемента ИЛИ 88 подключен к информационному входу ключевой схемы 89. Управляющие входы 92-96 ключевых схем 89 являются входами всего узла 71 формирования сигналов тревоги и звукового сопровождения. Выход 97 является выходом узла 71.

Узел 72 формирования сигналов управления электроприводами тренажера предназначен для выработки сигнала возбуждения дуги и выработки сигналов управления приводом 60 перемещения каретки

7

58 и ири.волом 47 для имитации оплавления электрода. Он содержит компаратор 98 возбуждения дуги, схему 99 управления приводом 47 для имитации оплавления электрода и схему 100 управления приводом 60 перемещения каретки 58.

Компаратор 98 возбуждения дуги предназначен для выработки сигнала, свидетельствующего о возбуждении дуги.

Светоделительный элемент 11 предназначен для пропускания светового излучения с излучающего элемента 9 через блок 10 сканирования к цилиндрическому элементу 48 световода, а также пропускания отраженного светового излучения от элемента 0 через цилиндрический элемент 48 световода к приемному элементу 14.

Блок 10 сканирования предназначен для ()су1ш:сгв.ле11ия сканирования оптического из- лучення, исходящего от излучаюндего элемента 9. Блок 10 сканирования содержит перфорированный диск 102 и привод 103 вращения перфорированного диска 102.

Генератор 7 предназначен для генерации непрерывной последовательности импульсов с частотой F. Делитель 12 частоты предназначен д;1я деления частоты F до значении / 2.

В качестве излучающего элемента 9 используются элементы с равномерным оптическим излучением, предназначенные для нреобразовання импульсного напряжения с частотой f| в онтическое ИК-излучение.

Приемный э.пемент 14 предназначен для приема отраженного от каретки 58 ИК-из- лученпя с частотой F, а также приема оптического излучения с частотой 2, исходящего от оптнческо1-о источника 59.

став.чепиои на зацим СЛУЖИТ

Ь.юк о .инеаризации предназначен для устранения квадратичной зависимости принятых приемником 14 излучения сигналов от длины дугового промежутка и может быть иьпюлнеп по известной схеме, пред- фиг. 11. Блок 15 линеари- для реализации уравнения

.У.,(Увх)

и eo;i, .логарифмирующий элемент 104, инве)тнруюни1Й элемент 105, антилогарифми- руюни1Й элемент 106, масштабирующий элемент 107.

.Логарифмирующий элемент 104 предназначен для вычнсления логарифма величины вход1 ого сигнала. Инвертирующий элемент 105 используется для инвертирования выходного сигнала с логарифмирующего элемента 104 с соответствующим его уменьшением но величине в два раза.

Первый селективный усилитель 16 предназначен для выделения и усиления до необходимого уровни сигналов с частотой F. Первый селективный усилитель 16 настроен на частоту F.

Первый детектор 17 предназначен для детектирования сигнала, постунаюгцегос первого селективного усилителя 16. Постоянная времени выходной / С-цепи первого детектора 17 выбираетсяl/Fi ;r ;l// :K-, где FCK - частота сканирования оптического луча. Второй детектор 18 предназ ачен для выделения сигнала, определяющего длину дугового промежутка. Постоянная времени выходной / С-цепи второго детектора 18 Т

l/fcK.

Второй селективный усилитель 19 предназначен для выделения сигналов с частотой FCK. Второй селективный усилитель 19 настроен на частоту Лк.

Третий детектор 20 предназначен для детектирования сигналов с частотой FCK и получения сигнала, величина которого определяет угол наклона имитатора сварочного электрода. Постоянная времени выходной RC-u,enK третьего детектора 20 должна быть r l/FcK.

Первый делитель 21 напряжений предназначен для деления величины напряжения, поступающего на его второй вход 42, на величину напряжения, поступающего на его первый вход 41, и получения сигнала, величина которого определяет угол наклона имитатора сварочного электрода и не зависит от величины длины дугового промежутка.

о

5

0

5

0

5

Третий селективный усилитель 22 предназначен для выделения сигналов с частотой FZ и настроен на частоту Р.

Четвертый детектор 23 предназначен для детектирования сигналов с частотой FZ и получения сигнала, величина которого определяет величину отклонения конца имитатора сварочного электрода от центра подвижной каретки 58. Постоянная времени выходной / С-цепи четвертого детектора ,.

Второй делитель 24 напряжений предназначен для нахождения отнощения напряжений, поступающих на его первый 43 и второй 44 входы, и получение сигна,,1а, величина которого определяет величину отклонения конца имитатора сварочного электрода от центра подвижной каретки 58 и не зависит от величины длины дугового промежутка.

Тренажер сварщика работает следующим образом.

Оператор подводит блок 1 имитации электрода к центру подвижной каретки 58 блока 6 имитации объекта тренажа, соблюдая необходимую длину дугового промежутка, угловое положение имитатора сварочного электрода и нажимает кнопку переключателя 62 блока 2 управления. При этом секундные импульсы начнут поступать с генератора 61 секундных импульсов в канал 63 общего времени процесса сварки, где производится подсчет и индикация общего времени ,имитируемого процесса сварки.

Кроме этого, сигналы генератора 7 через усилитель 8 поступают на излучающий элемент 9, который будет излучать оптические импульсы с частотой FI в направлении перфорированного диска 102 блока 10 сканирования. При этом диаметр светового потока, исходящего от излучающего элемента 9, должен быть по величине не менее диаметра внутреннего цилиндрического элемента световода. Перфорировансигнала с частотой несущей F, принятые приемным элементом 14 будут промоду- лированы частотой сканирования, причем амплитуда огибающей будет тем больше, чем больще угол наклона имитатора сварочного электрода. В амплитуде огибающей заложена информация об угле наклона имитатора сварочного электрода.

При приближении или удалении торца цилиндрического элемента 48 световода от поный диск 102, непрозрачный для оптичес- 10 верхности каретки амплитуда принятых сиг- кого излучения, имеет сферическое отвер-налов с частотой F будет изменяться, при

стие, смещенное относительно оси вращения диска и имеющее диаметр равный половине диаметра цилиндрического элемента 48 световода, осуществляет при помощи привода 103 вращательные движения с частотой сканирования Fn. Часть оптического потока, исходящего от излучающего элемента 9 через отверстие в- перфорированном диске 102, поступит на светоделительный элемент

15

этом при приближении увеличиваться, а при удалении уменьщаться по квадратично1 1у закону. В амплитуде принятых сигналов с частотой Ff. будет заложена информация о длине дугового промежутка.

Кроме того, на приемный эле.мент 14 через цилиндрический элемент 48 световода будут поступать оптические сигналы от оптического источника 59 имитации гореЗа счет вращения перфорированного дис- 20 ния дуги с частотой F-2. При отклонении

ка 102 световой поток за диском 102 будет также осуществлять кольцевые движения по периметру цилиндрического элемента 48 световода. Световой поток, пройдя через светоделительный элемент 11 и цилиндрический элемент 48 световода, будет осуществлять оптическое сканирование каретки 58 блока 6 имитации объекта тренажа.

Отразившись от поверхности каретки 58 блока 6, этот сканирующий световой поток, пройдя снова через цилиндрический элемент 48 световода в обратном направлении, попадает в .светоделительный элемент 11, который направит его на чувствительную площадку приемного элемента 14. На выходе приемного элемента 14 будут присутствовать электрические сигналы с частотой F.

25

30

35

торца имитатора сварочного электрода от центра оптического источника 59, который расположен по центру каретки 58, амплитуда принятых сигналов с частотой Fi будет изменяться. Таким образо.м, в амплитуде принятых оптических сигналов с частотой F2 заложена информация о величине отклонения торца имитатора сварочного .электрода от центра подвижной каретки 58.

Все принятые приемным элементом 14 оптические сигналы, преобразованные в электрическую форму, поступают на вход блока 15 линеаризации, в котором производится устранение их квадратичной зависимости от длины дугового промежутка. На выходе блока 15 линеаризации эти сигналы линейно зависят от длины дугового промежутка, т. е. с увеличением длины дугового промежутка сигналы на выходе блока линеаризации будут увеличиваться по веЕсли имитатор сварочного электрода расположен строго по нормали к поверхности каретки 58, т. е. все точки, находящиеся

на торце цилиндрического элемента 48 све- личине и наоборот, товода, находятся на одинаковом расстоянии от поверхности каретки 58, то на выходе приемного элемента 14 сигналы с частотой fi будут иметь одинаковую амплитуду. При расположении конца имитатора сварочного электрода под.углом к поверхности каретки 58 эти сигналы будут иметь переменную амплитуду, так как разные части торца цилиндрического элемента будут находиться на разном расстоянии от поВсе принятые приемным элементом 14 оптические сигналы, преобразованные в электрическую форму, поступают на вход блока 15 линеаризации, в котором производится устранение их квадратичной зависимости от длины дугового промежутка. На выходе блока 15 линеаризации эти сигналы линейно зависят от длины дугового промежутка, т. е. с увеличением длины дугового промежутка сигналы на выходе блока линеаризации будут увеличиваться по веПервый селективный усилитель 16 производит выделение сигналов с частотой FI из всей совокупности сигналов, имеющихся , на выходе блока линеаризации. Это напряжение детектируется первым детектором 1/. В постоянной составляющей вы.ходного напряжения первого детектора заложена информация о длине дугового промежутка, а в переменной составляющей - инфорверхности каретки 58. При сканировании оп- 50 зция об угле наклона имитатора свароч- тическим лучом того сегмента цилиндри-ного электрода по отношению к поверхческого элемента 48 световода, который на-ности каретки.

ходится ближе к поверхности каретки 58,Второй детектор 18 производит детектиамплитуда принятых сигналов будет боль-рование выходного сигнала с первого детекще, чем при сканировании оптическим лу-тора 17, а точнее производит выделение

чом сегмента, расположенного дальше от по- 55 постоянной составляющей этого напряжения, верхности каретки 58. Таким образом., привеличина которой однозначно определяет верасположении имитатора сварочного электро- личину длины дугового промежутка. Выход- да под углом к поверхности каретки 58ное напряжение второго детектора прямо

сигнала с частотой несущей F, принятые приемным элементом 14 будут промоду- лированы частотой сканирования, причем амплитуда огибающей будет тем больше, чем больще угол наклона имитатора сварочного электрода. В амплитуде огибающей заложена информация об угле наклона имитатора сварочного электрода.

При приближении или удалении торца цилиндрического элемента 48 световода от поверхности каретки амплитуда принятых сиг- налов с частотой F будет изменяться, при

этом при приближении увеличиваться, а при удалении уменьщаться по квадратично1 1у закону. В амплитуде принятых сигналов с частотой Ff. будет заложена информация о длине дугового промежутка.

Кроме того, на приемный эле.мент 14 через цилиндрический элемент 48 световода будут поступать оптические сигналы от оптического источника 59 имитации горения дуги с частотой F-2. При отклонении

5

0

5

личине и наоборот,

торца имитатора сварочного электрода от центра оптического источника 59, который расположен по центру каретки 58, амплитуда принятых сигналов с частотой Fi будет изменяться. Таким образо.м, в амплитуде принятых оптических сигналов с частотой F2 заложена информация о величине отклонения торца имитатора сварочного .электрода от центра подвижной каретки 58.

Все принятые приемным элементом 14 оптические сигналы, преобразованные в электрическую форму, поступают на вход блока 15 линеаризации, в котором производится устранение их квадратичной зависимости от длины дугового промежутка. На выходе блока 15 линеаризации эти сигналы линейно зависят от длины дугового промежутка, т. е. с увеличением длины дугового промежутка сигналы на выходе блока линеаризации будут увеличиваться по ве личине и наоборот,

Первый селективный усилитель 16 производит выделение сигналов с частотой FI из всей совокупности сигналов, имеющихся , на выходе блока линеаризации. Это напряжение детектируется первым детектором 1/. В постоянной составляющей вы.ходного напряжения первого детектора заложена информация о длине дугового промежутка, а в переменной составляющей - инфор

пропорционально зависит от длины дугового нромежутка.

Второй селективный усилитель 19 производит выделение переменной составляющей выходного напряжения с первого детектора 17. Это напряжение изменяется с час- тотой сканирования.

Третий детектор 20 производит детектирование выходного наг1р 1жения второго селективного усилителя 19. Величина напряжения на выходе третьего детектора 20 определяет угол наклона имитатора сварочного электрода.

Для устранения влияния величины длины дугового нромежутка на точность измерения угла наклона имитатора сварочного электрода в первом делителе 21 напряжений нроизводится вычисление отношения напряжений, поступающих на его входы 41 и 42. Изменение напряжения на выходе первого делителя 21 напряжений обусловлено изменением лишь угла наклона ими- татора сварочного электрода и не зависит от изменения длины дугового промежутка.

Третий селективный усилитель 22 и четвертый детектор 23 производят выделение сигналов с частотой 2 из всей совокупности сигналов на выходе блока 15 ли- неаризапии с последующим их детектированием. 1апряжение на выходе четвертого детектора определяет величину отклонения конца пмитатора сварочного электрода от uein i a оптического источника 59 каретки 58 блока 6 имитации объекта тренажа.

Д, 1Я устранения влияния величины длины )впго промежутка на точность измерения отклонения конца имитатора сварочного электрода от центра оптического источника 59 каретки 58 во втором делителе 24 напряжений производится вычисление отно- шенпя напряжений, поступающих на его входы 43 и 44. Изменение напряжения на выходе второго делителя 24 напряжений обусловлено лишь величиной отклонения конца имитатора сварочного электрода от центра ка ретки и не зависит от величины длины ду- roBoi O нромежутка.

Таким образом, на вход 32 блока 2 управления и вход 40 блока 4 моделирования теплового баланса с выхода второго детектора 18 постустает аналоговый сигнал текущей длины дугового промежутка; на вход 31 блока 2 управления поступает с выхода первого делителя 21 напряжений аналоговый сигнал текущего значения величины угла наклона имитатора сварочного электрода и на вход 33 блока 2 управления с выхода второго делителя 24 напряжений поступает аналоговый сигнал текущего значения величины отклонения конца имитатора сварочного электрода от центра каретки.

Для возбуждения дуги сварщик должен коспуться концом имитатора сварочного электрода поверхности каретки 58. При этом аналоговый сигнал текущей длины дугово

5

5

0

0

5

0

5

5

0

го промежутка будет минимальным и по нему сработает компаратор 98 возбуждения дуги, выходной сигнал которого включит оптический источник 59 имитации горения дуги, расположенный на каретке, а также включит схему 100 управления приводом 60 перемещения каретки 58 и схему 99 управления приводом 47 для имитации плавления электрода. Этот же сигнал, поступив на вход 39 электронного ключа 50, производит включение блока 4 моделирования теплового баланса. На оптический источник 59 через ключевую схему 13 будут поступать сигналы с частотой РЧ. Каретка 58 приходит в движение, имитируя перемещение жидкой сварочной ванны вдоль кромок сварного щва, имитатор сварочного электрода начнет перемещаться, имитируя выгорание электрода при реальной сварке.

Ученик должен манипулировать блоком 1 имитации электрода с держателем таким образом, чтобы отслеживать пространственное положение каретки 58, выдерживая заданное значение длины дугового промежутка, угловое положение имитатора сварочного электрода и величину допустимого отклонения его конца от центра каретки 58 с учетом имитации движения каретки к имитации оплавления электрода. В тех случаях, когда все параметры ими;гируе- мого сварочного процесса выдерживаются в допустимых нормах, выходной сигнал с компаратора 98 возбуждения дуги произведет включение узла 71 формирования звуковых сигналов тревоги и звукового сопровождения, с которого на головные телефоны имитатора 3 щлема сварщика поступит щумоподобный звуковой сигнал нормального горения дуги.

В тех случаях, когда один из параметров выйдет за допустимые пределы, сработают соответствующие узлы 68-70 формирования сигналов ошибок по тому или иному контролируемому параметру, что, в свою очередь, обеспечит регистрацию допущенных ошибок на индикаторах в соответствующих каналах 64-67. Выходные сигналы этих узлов, поступая на входы 93-96 узла 71 формирования сигналов тревоги и звукового сопровождения, управляют последним один независимо от другого. На выход 97 узла 71 кроме щумоподобного звукового сигнала нормального горения дуги будут поступать звуковые сигналы тревоги, оповещающие ученика о нарушении им того или иного параметра сварочного процесса.

Сигнал горизонтальной скорости сварки с выхода 26 блока 2 управления и выходной сигнал длины дугового промежутка с выхода второго детектора 18 поступают вместе с сигналом горения дуги с выхода 29 блока 2 управления на соответствующие входы 38-40 блока 4 моделирования теплового баланса, который вырабатывает

на своем выходе сигнал нарушения теплового режима сварки, который поступает на вход 30 блока 2 управления.

На выходе блока 4 формируете: сигнал текущей величины теплосодержания имитируемой сварочной ванны. Этот сигнал поступает на вход имитатора сварочной ванны и управляет яркостью свечения имитатора сварочной ванны, который оптически связан с кольцевым элементом 49 световода. С помощью этого кольцевого элемента 49 све- товода моделируется кольцевая сварочная ванна на поверхности каретки 58 блока 6 имитации объекта тренажа, которая является визуальным сигналом степени нагрева сварочной ванны. Имитируемая сварочная ванна имеет затемненную центральную часть в виде окружности с диаметром, равным по величине диаметру светового потока, исходящего от оптического источника 59 имитатора горения дуги.

При расположении имитатора сварочно- го электрода по нормали и строго по центру каретки 58 оптическая сварочная ванна представляет собой единую светящуюся окружность, состоящую из кольцевой оптической ванны, проецируемой кольцевым элементом 49 световода, и центрального светящего элемента, создаваемого оптическим источником 59, и в ней отсутствуют затемненные места. При смещении имитатора сварочного электрода относительно центра каретки в оптической сварочной ванне (в ее центре) появятся затемненные сегменты (или полная затемненная окружность), которые являются оптическими сигналами обратной связи по правильности отслеживания всех движений каретки и правильности поддержания основных параметров ими- тируемого сварочного процесса в пределах установленных норм. При изменении величины длины дугового промежутка оптическая сварочная ванна меняет свои размеры и яркость, что создает оптическую обратную связь по правильности поддержания нужной длины дугового промежутка, тепловому режиму сварочной ванны, и, как следствие, глубине проплавления имитируемого сварочного металла.

При отклонении имитатора сварочного электрода от нормального положения относительно поверхности каретки 58, оптическая сварочная ванна изменяет свою форму и превращается, из окружности в эллипс, больщий диаметр которого показывает в какой плоскости произошло отклонение имитатора сварочного электрода от нормального положения, что также является оптической обратной связью по правильности поддержания нужного угла наклона имитатора сварочного электрода.

При превышении оператором длины дугового промежутка, равной 8-10 мм, что соответствует обрыву дуги при реальном про

цессе, сработает компаратор 98 горения дуги, выходной сигнал которого произведет выключение основных блоков и узлов сварочного тренажера. Для дальнейшего продолжения имитируемого сварочного процесса ученику необходимо возбудить лугу в описанной выще последовательности.

Таким образом, за счет 6o. iee т.очного измерения основных параметров имитируемого сварочного процесса удалось повысить качество процесса обучения сварщиков.

5

5

0 о 5

5

0

5

0

Формула изобретения

Тренажер сварщика, содержащий блок имитации электрода с держателем, первый вход которого связан с первым выходом блока управления, второй выход которого подключен к входу имитатора шлема сварщика, блок моделирования теплового баланса, первый выход которого подключен к первому входу блока управления, а то- рой - к входу имитатора сварочной ванны, блок имитации объекта тренажа, первый, второй и третий входы которого связаны соответственно с третьим, четвертым и пя тым выходами блока управления, третий и шестой выходы которого связаны с первым и вторым входами блока моделирования теплового баланса, излучающий элемент, приемный элемент, при этом блок имитации электрода с -держателем выполнен в виде полого цилиндра, в котором расположен секционированный световод, состоящий из внутреннего цилиндрического и внепшего кольцевого элементов, внешний кольцевой элемент выполнен в виде усеченного конуса, охватывающего внутренний цилиндрический элемент, внешний кольцевой элемент световода оптически-связан с выходом имитатора сварочной ванны, отличающийся тем, что, с целью повышения качества процесса обучения за счет повышения точности работы тренажера, он дополнительно содержит блок сканирования, светоделительный элемент, генератор, усилитель, делитель частоты, ключевую схему, блок линеаризации, три селективных усилителя, четыре детектора и два делителя напряжения, генератор через де,1И- тель частоты связан с информационным входом ключевой схемы и через усилитель посредством излучающего элемента, блока сканирования и светоделительного элемента - с вторым входом блока имитации электрода с держателем и приемным элементом, управляющий вход ключевой схемы связан с шестым выходом блока управления, а выход ключевой схемы - с четверты.м входом блока имитации объекта тренажа, выход приемного элемента через блок линеаризации связан с входами первого и третьего селективных усилителей, выход первого селективного усилителя через первый детектор связан с. входами второго селективного усилителя и второго детектора, выход которого подключен к первым входам первого и второго делителей напряжения, третьему входу блока моделирования теплового баланса и третьему входу блока управления, выходы первого и второго делителей напряжения связаны соответственно с вторым и четвертым входами блока управления, выход второго селективного усилителя через третий детектор связан с вторым входом первого-делителя напряжения, выход третьего селективного усилителя через четвертый детектор - с вторым входом второго делителя напряжения, второй вход блока имитации электрода с держателем - с выходом имитатора сварочной ванны, а его выход - с вторым входом светоделительного элемента.

Изобретение относится к сварочному производству, а именно к средствам обучения приемам и навыкам ручной и полуавтоматической сварки. Цель изобретения - повышение качества процесса обучения сварщиков за счет повышения точности работы тренажера. Сварочный тренажер кроме блока имитации электрода с держателем, блока управления, имитатора шлема сварщика, имитатора сварочной ванны, блока моделирования теплового баланса, излучающего и приемного элементов дополнительно содержит светоделительный элемент, блок сканирования, ключевую схему, генератор, усилитель, блок линеаризации, первый, второй и третий селективные усилители, первый, второй, третий и четвертый детекторы, первый и второй делители напряжений. Устройство обеспечивает выработку правильных психомоторных навыков у обучаемого сварщика по поддержанию длины дугового промежутка, угла наклона имитатора сварочного электрода, теплового режима сварочной ванны и отклонения конца имитатора сварочного электрода от центра имитируемой сварочной машины. 12 ил.

фиг. 5

п

II ДЗ 90

T-t- 97 92фие.б

55

«-J

«

70

.-dbH

55f65;

фие. 7

8

J2

5

фие. В

0г/г.5

Повернуто на90°

101

Ло8ерну/ло Att 9о

ФигЛ

102

Фиг.12