CN202748980U

CN202748980U - 一种模拟焊接培训用模拟焊钳

Info

Publication number: CN202748980U
Application number: CN2012204338920U
Authority: CN
Inventors: 王启宇; 张建勋; 张卫之; 牛靖; 李清君; 曹遂军
Original assignee: Xian Jiaotong University; China Petroleum First Construction Corp
Current assignee: Xian Jiaotong University; China Petroleum First Construction Corp
Priority date: 2012-08-29
Filing date: 2012-08-29
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2022-08-29

Abstract

本实用新型提供一种模拟焊接培训用模拟焊钳，包括箱体、步进电机、模拟焊条和手柄；箱体安装于手柄顶端，箱体上安装有步进电机和模拟焊条，步进电机的电机主轴上安装有橡皮轮，该橡皮轮与模拟焊条摩擦配合；箱体上还安装有测量模拟焊条倾角的双倾角传感器；模拟焊条的端部设有夹角为45°的两个嵌入孔，两个嵌入孔内均安装有激光灯。本实用新型一种模拟焊接培训用模拟焊钳，通过步进电机驱动模拟焊条运动实现烧损和抽回，结构简单；通过模拟焊条前端的激光灯和箱体上的双倾角传感器，可以实时计算出模拟焊条的虚拟弧长，进而更加真实的反馈给培训者，增加模拟焊接的真实感，使培训者能够更好的掌握手工电弧焊的技巧，增强培训效果。

Description

一种模拟焊接培训用模拟焊钳

【技术领域】

本实用新型涉及焊接模拟与仿真培训领域，特别涉及一种模拟焊接培训用模拟焊钳。

【背景技术】

焊接技术是支持现代工业发展的一门重要学科，它被广泛的应用于造船，汽车制造以及航空航天等领域。尽管各种自动焊与半自动焊发展迅速，但是针对我国国情，手工电弧焊仍然有着比较广泛的应用。因为，相对于自动焊与半自动焊，手工电弧焊更为灵活、方便并且成本更低。但是随着经济的快速发展，我国的一些发达地区出现了用工荒，在焊接领域则体现为焊接工人整体数量下降的同时熟练焊工比例在减少。该现象给传统的焊接培训带来了挑战，如何缩短焊工培训周期，并快速培养出熟练焊工成为一个重要课题。

虚拟现实技术和数字模拟技术的发展为焊接培训领域带来了新的思路—模拟培训。传统的焊接培训周期长、污染大、损耗高，直接导致培训成本较高。同时，由于手工电弧焊有一定危险性，容易给初级焊接学员带来心里压力，使得他们不能快速进入学习状态。模拟培训在焊接培训领域的应用可以很好的解决上述问题。首先，模拟焊接培训低损耗、无污染，不仅符合政府节能减排的要求，还能极大的降低培训成本。其次，采用模拟焊接设备辅助教师的模式对学员进行教学能极大的提高师资的利用率，彻底打破传统焊接培训中一对一的低效培训模式。最后，模拟焊接培训设备可以综合多媒体技术，使得焊接教学更加生动、有趣，并且能够让学员有针对性的学习，提高了学习效率与效果。

在国内，哈尔滨工业大学基于1987年提出的虚拟焊接的概念成功研制出第一台模拟焊接设备样机。2008年，上海师范大学提出的“电弧焊平板焊接仿真中焊条空间实时定位技术”直接服务于焊接培训。2009年，装甲兵技术学院的刘胜长等人发表论文“手工电弧焊操作模拟训练系统研究”，为模拟焊接培训领域带来新思路。在国外，德国、美国较早的开始这方面的研究工作，法国、澳大利亚、日本等国也在上世纪末开始相关研究，并相继取得一定成果。

西安交通大学焊接研究所已经研发出了“焊接操作模拟器”样机HTS-08,并于2008年获得国家发明专利。在此基础之上，近两来年焊接研究所的开发人员对样机HTS-08进行逐步改进与完善，并相继开发出HTS-09实验机型以及HTS-10改良机型。

HTS-09主要由检测模块，3D场景模块，评价模块以及理论考试模块组成。检测模块硬件主要由高清晰CCD工业摄像机和模拟焊钳及试板组成，集成高精度倾角传感器，并结合先进的图像处理技术，能够准确的、实时的检测到焊工操作的位置信息，实现检测精度±0.5mm。3D场景模块基于虚拟现实技术和有限元仿真模拟进行三维场景建模，实现焊条的烧损，发出弧光以及产生飞溅等逼真效果，给使用者以良好的体验。评价模块利用专家系统实现包括实时评价，焊接倾角评价，运条轨迹分析以及缺陷预测等功能，可以给出比较可信的评价结果。理论考试模块是HTS-09相对独立的一个模块，通过运用Fox Pro数据库技术实现理论学习以及考试相关的功能。对教师出题判卷有很好的辅助作用。

手工电弧焊就是利用焊条与工件之间产生的电弧将焊条和工件局部加热到熔化状态，焊条端部熔化后熔滴和熔化的母材熔合在一起，形成熔池；随着焊接电弧向前移动，熔池逐渐冷却结晶形成焊缝金属。手工电弧焊的电弧长度靠手工维持，当弧长发生变化时，电弧电压发生变化，从而影响焊缝的熔宽和熔深。进而，焊缝成型的优劣在很大程度上取决于焊接电弧长度（简称弧长）的控制。然现有模拟焊钳均没有弧长检测装置，使培训者无法掌握弧长，进而影响模拟焊接的培训效果。

【实用新型内容】

本实用新型的目的是提供一种模拟焊接培训用模拟焊钳，以解决上述技术问题。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种模拟焊接培训用模拟焊钳，包括箱体、步进电机、模拟焊条和手柄；箱体安装于手柄顶端，箱体上安装有步进电机和模拟焊条，步进电机的电机主轴上安装有橡皮轮，该橡皮轮与模拟焊条摩擦配合。

本实用新型进一步的改进在于：模拟焊条的底部前端和后端各设有一个凸起，箱体的两侧各设有一个和模拟焊条的凸起相配合的限制开关。

本实用新型进一步的改进在于：箱体内安装有顶紧框，顶紧框内设有两个支撑轴，模拟焊条夹持于顶紧框的两个支承轴和橡皮轮之间；顶紧框的两侧设有轴肩。

本实用新型进一步的改进在于：箱体上还安装有测量模拟焊条倾角的双倾角传感器。

本实用新型进一步的改进在于：所述双倾角传感器采用西安中星测控有限公司生产的CS-2TAS-02双轴倾角计。

本实用新型进一步的改进在于：箱体的下端设有调节顶紧框高度的调紧螺丝和固定螺母。

本实用新型进一步的改进在于：模拟焊条的端部设有夹角为45°的两个嵌入孔，两个嵌入孔内均安装有激光灯。

本实用新型进一步的改进在于：手柄与箱体的连接处设有头部箍筒，手柄的尾端设有尾部箍筒。

本实用新型进一步的改进在于：手柄上设有驱动模拟焊条返回初始位置的复位按钮。

相对于现有技术，本实用新型具有以下优点：本实用新型一种模拟焊接培训用模拟焊钳，通过步进电机驱动模拟焊条运动实现烧损和抽回，结构简单；通过模拟焊条前端的激光灯和箱体上的双倾角传感器，可以实时计算出模拟焊条的虚拟弧长，进而更加真实的反馈给培训者，增加模拟焊接的真实感，使培训者能够更好的掌握手工电弧焊的技巧，增强培训效果。

【附图说明】

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1另一视角的视图；

图3为箱体的结构示意图。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

请参阅图1至图3所示，本实用新型一种模拟焊接培训用模拟焊钳，包括箱体1、步进电机2、模拟焊条4、手柄7、双轴倾角传感器12和限位开关15。

箱体1安装于手柄7顶端，箱体1上安装有步进电机2和模拟焊条4，步进电机2的电机主轴11上安装有橡皮轮，该橡皮轮与模拟焊条4摩擦配合，步进电机2的电机主轴11旋转，进而通过摩擦力带动模拟焊条4移动，实现模拟焊条4的烧损和回抽。模拟焊条4的底部前端和后端各设有一个凸起，箱体1的两侧各设有一个和模拟焊条4的凸起相配合的限制开关15，模拟焊条4通过步进电机2驱动的过程中，凸起接触限位开关15后，步进电机2便停止旋转，然后按下手柄7上的复位按钮8，便可以使步进电机2反转，驱动模拟焊条4返回初始位置。

箱体1内安装有顶紧框9，顶紧框9内设有两个支撑轴10，模拟焊条4夹持于顶紧框9和橡皮轮之间；模拟焊条4的上下定位由橡皮轮和支承轴10三点确定，左右定位由支承轴10的轴肩确定，可保证模拟焊条4运动的平稳性。

箱体1上还安装有测量模拟焊条4倾角的双倾角传感器12，双倾角传感器12采用西安中星测控有限公司生产的CS-2TAS-02双轴倾角计，实现了俯仰和横滚方向±60°内的双角度测量，分辨率达到了0.05°。

箱体1的下端设有与顶紧框9螺纹连接的调紧螺丝13，通过采用焊接固定的方法与固定螺母14形成永久连接，从而限制调紧螺丝13相对于箱体1的轴向运动。通过调紧螺丝13的旋转可带动顶紧框9上下运动，从而使顶紧框9内的支承轴10上下运动，达到调节模拟焊条4与橡皮轮之间预紧力的作用，保证焊条运动过程中的平稳性。另外，当橡皮轮在使用较长时间有磨损时可适当调紧从而大大增加模拟焊钳的使用寿命。

在模拟焊条端部加工夹角为45°的嵌入孔，以便激光灯3的安装，为虚拟弧长检测提供硬件支持。

在模拟焊条4前端部加工夹角为45°的两个嵌入孔，以便激光灯3的安装，为虚拟弧长检测提供硬件支持。手柄7与箱体1的连接处设有头部箍筒5，手柄7的尾端设有尾部箍筒6。

引弧过程是手工电弧焊的一个重要的环节；首先要判断模拟焊条4端部是否与模拟试件有接触从而短路（模拟焊条和模拟试件均为导体，其中模拟试板为导电玻璃），如果未短路，将无法启动步进电机2；如果引弧条件满足，将驱动步进电机2动作，进入正常焊接状态；焊接过程主要是焊条熔化的过程，这同时伴随着焊条的横向移动、摆动等动作，在模拟焊接时，CCD摄像机实时采集激光灯3的位置坐标和倾角传感器检测模拟焊条的倾斜角度，计算出模拟焊条的下端部与模拟试板的距离，即虚拟弧长；如果模拟焊条4送进不及时，“燃烧”过快，将造成模拟焊条4离模拟试板过远，由计算机检测得到的虚拟弧长大于某个阈值时，停止步进电机2动作，模拟焊条“燃烧”停止。

Claims

1.一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，包括箱体（1）、步进电机（2）、模拟焊条（4）和手柄（7）；箱体（1）安装于手柄（7）顶端，箱体（1）上安装有步进电机（2）和模拟焊条（4），步进电机（2）的电机主轴（11）上安装有橡皮轮，该橡皮轮与模拟焊条（4）摩擦配合。

2.根据权利要求1所述的一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，模拟焊条（4）的底部前端和后端各设有一个凸起，箱体（1）的两侧各设有一个和模拟焊条（4）的凸起相配合的限制开关（15）。

3.根据权利要求1所述的一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，箱体（1）内安装有顶紧框（9），顶紧框（9）内设有两个支撑轴（10），模拟焊条（4）夹持于顶紧框（9）的两个支承轴（10）和橡皮轮之间；顶紧框（9）的两侧设有轴肩。

4.根据权利要求1所述的一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，箱体（1）上还安装有测量模拟焊条（4）倾角的双倾角传感器（12）。

5.根据权利要求4所述的一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，所述双倾角传感器（12）采用西安中星测控有限公司生产的CS-2TAS-02双轴倾角计。

6.根据权利要求1所述的一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，箱体（1）的下端设有调节顶紧框（9）高度的调紧螺丝（13）和固定螺母（14）。

7.根据权利要求1所述的一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，模拟焊条（4）的端部设有夹角为45°的两个嵌入孔，两个嵌入孔内均安装有激光灯（3）。

8.根据权利要求1所述的一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，手柄（7）与箱体（1）的连接处设有头部箍筒（5），手柄（7）的尾端设有尾部箍筒（6）。

9.根据权利要求1所述的一种模拟焊接培训用模拟焊钳，其特征在于，手柄（7）上设有驱动模拟焊条（4）返回初始位置的复位按钮（8）。