ES2361208A1 - Sistema simulador de soldadura por arco eléctrico y por arco en atmósfera inerte. - Google Patents
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Abstract
El sistema comprende (Figura 1) un puesto de profesor (1) y uno o varios puestos de alumnos (2), determinando una configuración formato "Aula", en el que el puesto de profesor (1) incluye (Figura 2) un equipo-maestro con una unidad central de proceso (3), una pantalla (4), un teclado (5) y un ratón (6), mientras que cada puesto de alumno (2) incluye un equipo simulador de soldadura con una unidad central de proceso (7), una pantalla sensorizada (8) y unas pistolas (9, 10 y 11) para realizar la simulación de soldadura con arco eléctrico, y en atmósfera inerte (TIG y MIG/MAG), estando el puesto de profesor (1) conectado (Figura 1) con todos los puestos de alumnos (2) para gobierno y control de todos y cada uno de éstos en los procesos simulados de soldadura que realicen.
Description
Sistema simulador de soldadura por arco
eléctrico y por arco en atmósfera inerte.
La presente invención se refiere a un sistema
simulador de soldadura por arco eléctrico y por arco en atmósfera
inerte (TIG y MIG/MAG), previsto concretamente para optimizar la
formación de soldadores mediante la utilización de los elementos
reales de todo proceso de soldeo, permitiendo al alumno ejecutar la
soldadura y conseguir un resultado final de forma precisa y análoga
a la realidad, a la vez que un profesor puede gestionar diferentes
aulas y alumnos, así como diseñar libremente los ejercicios de
soldadura para asignarlos individualmente a cada alumno en función
de su nivel de aprendizaje, visualizando y controlando la ejecución
de los mismos a tiempo real desde el puesto de mando remoto.
La soldadura es un proceso complejo que debe ser
realizado por personal con elevada cualificación y capacitación
profesional, ya que una soldadura requiere un nivel técnico de
acabado y un nivel estético apropiado, lo cual no se consigue sino
es con soldadores de alta cualificación.
Como es evidente, esa alta cualificación exige
un proceso de formación que supone elevados gastos, tanto a nivel de
materiales (probetas) como a nivel de consumibles (gas, electrodos),
así como reparaciones y mantenimiento de máquinas, todo ello
independientemente del elevado número de horas necesario para
adquirir una cierta cualificación.
Por otro lado, es de destacar el hecho de que
durante la soldadura se emiten gases nocivos al medio ambiente, los
cuales contribuyen al calentamiento global, a pesar de los complejos
y caros equipos de extracción de que disponen los
talleres-escuela, por lo que reducir el tiempo de
soldadura sin que se vea afectada la calidad del aprendizaje
contribuye a mejorar el medio ambiente.
A ello hay que añadir el hecho de que en todo el
proceso los alumnos están expuestos a riesgos físicos (quemaduras,
descargas eléctricas, daños por esquirlas, envenenamiento por
gases), especialmente durante las primeras horas en que no están
familiarizados con la maquinaria y su funcionamiento.
El sistema simulador de soldadura que se
preconiza tiene por finalidad resolver la problemática planteada,
constituyendo un complemento a los equipos reales y paso previo a
éstos en los procesos de aprendizaje, de manera que cuando el alumno
acude al taller ya tiene aprendidas las habilidades (postura,
velocidad, pulso, distancia, etc.) necesarias para realizar una
soldadura real. Es decir, el paso a las máquinas reales y su
correcto uso será mucho mas sencillo y rápido, consiguiéndose un
importante ahorro en probetas, consumibles y reparaciones, así como
en tiempo efectivo de aprendizaje, emisiones de gases nocivos y en
riesgos para la salud de los alumnos.
Más concretamente, el sistema simulador de
soldadura se configura en formato "Aula" y comprende un puesto
de profesor con un equipo-maestro y uno o más
puestos de alumnos con un simulador de soldadura para cada uno de
éstos, estando el equipo-maestro conectado con
todos los puestos de alumno, incorporando un software que permite
gestionar completamente las diferentes aulas y controlar a los
alumnos de éstas, así como diseñar libremente cualquier tipo de
ejercicio de soldadura, estableciendo todos los parámetros o dejando
libertad al alumno para que los determine, así como capacidad para
poder asignar diferentes ejercicios individualmente a cada alumno en
función de su nivel, establecer tiempos para la realización del
ejercicio y número máximo de repeticiones, visualizando a tiempo
real la ejecución de cada ejercicio por cada alumno y todo ello
desde el puesto de profesor, sin necesidad de estar junto a cada
alumno.
El equipo-maestro, con un
software específico, comprende una unidad central de proceso o CPU,
una pantalla de visualización, un teclado y un ratón, complementado
el sistema con comunicaciones inalámbricas y vía cable.
Por su parte, cada puesto de alumno comprende
una unidad de proceso o estación simuladora de soldadura, una
pantalla sensorizada de escenario de soldadura 3D y pistolas de
soldadura reales: para soldadura eléctrica por arco y para soldadura
en atmósfera inerte, tanto TIG como MIG/MAG, pistolas reales que
están modificadas electrónicamente para su utilización y
complementadas con su correspondiente electrodo simulado, su varilla
de aportación simulada y el hilo de alambre continuo, dependiendo
del tipo de soldadura a realizar.
La unidad de proceso o estación simuladora de
soldadura para cada puesto de alumno, incluye en su frente un
conector para conexión de la pistola simulada de arco eléctrico, un
conector para la pistola simulada de soldadura TIG o para la pistola
de soldadura MIG/MAG, indistintamente, un conector para varilla de
soldadura TIG, una rueda de control de velocidad del hilo de
soldadura MIG/MAG, un botón de encendido, un indicador de encendido,
un altavoz y un asa de trasporte, mientras que en la parte posterior
incluye un conector para periférico, como puede ser la pantalla
sensorizada, un conector para salida Ethernet, un conector para
periférico USB y un regulador para ajuste de volumen del audio.
De acuerdo con las características básicas
referidas, el sistema de la invención resulta totalmente versátil, y
en el se puede evaluar el aprendizaje de los alumnos, a la vez que
discrimina el aprendizaje de cada uno de ellos. Además, los
ejercicios realizados se pueden archivar en una ficha personal por
alumno, recogiendo toda la información relativa al aprendizaje y
ejercicios realizados, permitiendo realizar estadísticas acerca de
los cursos y los alumnos, así como impresión de dictados por alumno
o por ejercicio en los rangos de fechas que se introduzcan.
Es decir, se pone en manos del profesor una
herramienta eficaz y económica para una enseñanza avanzada y segura,
totalmente versátil, de fácil manejo, intuitiva, que además de
ayudar a los alumnos en el aprendizaje, se ve facilitada la labor
del profesor a la hora de impartir clases y evaluar los resultados
de los diferentes ejercicios.
En definitiva, no se trata de un sistema para
sustituir a los equipos reales de soldadura durante la formación,
sino que es un sistema que complementa a esos equipos reales,
reduciendo y optimizando su tiempo de uso, ya que permitirá al
alumno adquirir previamente destrezas en el posicionado de los
elementos de soldadura que posteriormente aplicará con los equipos
reales, no cometiendo errores ya conocidos y por lo tanto el uso
indiscriminado de probetas, gasto de materiales y consumibles,
rotura de máquinas, etc., de manera que las habilidades adquiridas
previamente en el sistema simulador de soldadura propiamente dicho
permitirán al alumno aplicar su experiencia en los equipos
reales.
Entre las prestaciones correspondientes a
capacidad y funcionalidad que ofrece el sistema de la invención
pueden citarse las siguientes:
- Configuración "Aula" de manejo sencillo e
intuitivo, en el que un puesto de profesor controlará a tantos
simuladores-alumno como se desee mediante conexión
en red (cable o wi-fi) entre ellos, gestionando las
aulas, los alumnos y ejercicios realizados por éstos. El profesor
puede asignar los ejercicios que desee a cada alumno de cada aula
individualmente, y capturar gráficamente a tiempo real el ejercicio
que está realizando cada alumno individualmente, de manera que una
vez terminado, cada ejercicio se archiva en una ficha personal del
alumno (que detalla todos los datos y el resultado final del
ejercicio así como su evaluación) pudiendo ser recuperado en
cualquier momento.
- El profesor puede cargar fácilmente en su
equipo-maestro la teoría del curso, diagramas
explicativos, comentarios, etc., en archivos pdf, que podrá asignar
individualmente a cada alumno en función de su nivel, el cual lo
visualizará en la pantalla de su puesto de alumno.
- Utilización de pistolas de soldadura reales
con sensor electrónico que simula el acercamiento al punto de
soldadura dando unas prestaciones análogas a un sistema real.
- Sistema real de conexión de las pistolas de
soldadura, de modo que el usuario o alumno tiene la misma sensación
de conectores, ajustes y procedimiento.
- Incorporación de circuitos electrónicos de
diseño propio insertados en el sistema que permiten trasladar las
señales procedentes de las pistolas de soldar y de los ajustes
realizados por el alumno en los parámetros de soldadura.
- Utilización de pantalla sensorizada en el
puesto del alumno donde se visualizan las piezas a soldar y se
ejecuta la acción de soldadura, en la que se muestra el proceso
físico de soldadura con toda su gama de colores, sonido y relieve
físico, permitiendo dicha pantalla diferentes posiciones de
soldeo.
- Posibilidad de simular un proceso de
calentamiento del material y/o del electrodo con toda su gama de
intensidad, así como simular el proceso de enfriamiento dependiendo
del tipo de soldadura y del material a soldar.
- También permite simular el cordón o relieve de
la soldadura, creando la típica forma de aguas análoga a la de un
cordón real de cada tipo de soldadura.
- Posibilidad de regular los parámetros de
soldadura: gas protector, voltaje, amperaje, velocidad de bobina,
diámetro de electrodo/hilo/varilla, aportación de material,
polaridad, etc.
- Permite regular los parámetros del ejercicio
correspondientes al tipo de pieza a soldar, al espesor de la pieza a
soldar, al tipo de soldadura a realizar, material de la pieza,
material a soldar, material del electrodo, gas protector y al
diámetro del electrodo, entre otros.
- Permite analizar y evaluar la soldadura una
vez terminado el ejercicio, mostrando el
equipo-maestro el ejercicio realizado con indicación
de los posibles errores para su análisis, pudiéndose recuperar
tantas veces como se desee.
- Se pueden formar fichas personales por alumno
donde se archivan todos los ejercicios realizados con detalle de
todos los parámetros utilizados, fecha, curso, etc.
- Posibilidad de ampliación sin necesidad de
tener que adquirir un nuevo equipamiento ni sustituir el actual, ya
que es modular en cuanto a su hardware y reconfigurable en cuanto a
su software.
El sistema encuentra especial aplicación en
cualquier centro formativo cuyo objetivo sea enseñar los diferentes
tipos y procedimientos de soldadura industrial, por lo que
fundamentalmente está previsto para su aplicación en centros de
formación profesional, centros de formación universitaria, y centros
formativos que, administrados por corporaciones locales u organismos
autonómicos o estatales, tienen el cometido de formar para el mundo
laboral a trabajadores sin estudios reglados, o que deben ser
reciclados debido a que el sector en el que trabajaban ha agotado
sus posibilidades de empleo.
Es igualmente aplicable en el sector
correspondiente a los talleres de soldadura, permitiendo hacer
ensayos y pruebas sin coste alguno para la empresa y sin riesgo para
el trabajador.
En cualquiera de los sectores referidos en los
que es aplicable el sistema de la invención, se mejora la
disponibilidad actual del mercado debido a que:
a) Elimina los costes de consumibles: probetas,
fundente, gases, electricidad de potencia, mantenimiento de máquinas
de soldar, etc.
b) No requiere unas condiciones especiales para
el aula de formación: nave con altura y espacio de grandes
dimensiones, sistema de extracción de gases, instalación eléctrica
de fuerza, etc.
c) La renovación tecnológica y cambio del tipo
de máquinas del simulador se puede realizar mediante software, sin
cambiar la arquitectura del simulador y a un coste mucho menor.
d) Se evitan los riesgos físicos para los
alumnos, tanto de quemaduras como de descargas eléctricas o daños
por esquirlas, y se evita además la emisión de gases nocivos.
e) Se facilita la labor del profesor a la hora
de impartir las clases y evaluar los resultados de los diferentes
ejercicios, ya que permite el seguimiento y evaluación de los
alumnos con la comprobación en tiempo real del aprendizaje.
f) Al funcionar el sistema en red, el profesor
puede evaluar el aprovechamiento de todos los alumnos del aula en
remoto y sin abandonar su puesto de trabajo.
g) El profesor, en función del grado de
aprendizaje de cada alumno, puede realizar desde su puesto de
trabajo una programación individualizada para cada uno.
h) Se implementa con un sistema de gestión de
alumnos que permite obtener listados, calificaciones, parámetros de
ejercicios realizados, dar altas y bajas, agrupar a los alumnos por
equipos, etc.
i) El alumno dispone de unas ayudas que, en
tiempo real, le permiten obtener información de cómo está realizando
el ejercicio.
j) Se pueden regular todos los parámetros de la
soldadura real: voltaje, amperaje, velocidad de bobina, diámetro de
hilo, aportación de material, etc.
k) En un mismo puesto de alumno pueden estar
contenidas todas las técnicas de soldadura industrial, lo cual evita
tener que disponer de múltiples máquinas.
l) El alumno, gracias al aprendizaje con el
simulador, adquiere una experiencia que le aporta una gran destreza
y seguridad cuando, después del entrenamiento con el simulador,
afronta el soldeo con una máquina real.
Para complementar la descripción que
seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor
comprensión de las características del invento, de acuerdo con un
ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña
como parte integrante de dicha descripción, un juego de dibujos en
donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado
lo siguiente:
La figura 1.- Muestra una representación
correspondiente a una vista esquemática en planta de lo que es el
sistema de una configuración de "Aula" con una pluralidad de
puestos de alumno y un puesto de profesor.
La figura 2.- Muestra una representación
correspondiente a una vista en perspectiva general de lo que es
considerado el puesto de profesor con su
equipo-maestro y un puesto de alumno con los
diferentes componentes del simulador.
La figura 3.- Muestra una vista correspondiente
a una perspectiva frontal de la unidad de procesado correspondiente
al simulador del alumno.
Como se puede ver en las figuras referidas, y
haciendo alusión concretamente a la figura 1, puede observarse una
configuración de aula con un puesto de profesor (1) que es único, el
cual está conectado a una pluralidad de puestos de alumno (2),
comprendiendo el puesto de profesor lo que se ha dado en denominar
un equipo-maestro, como se representa en la zona de
la derecha de la figura 2, que incluye una unidad central de proceso
(3) o CPU, una pantalla (4), un teclado (5) y un ratón (6), de
manera que desde este equipo-maestro o puesto de
profesor (1), éste último en virtud de la comunicación con todos los
puestos de alumno (2), puede visualizar en tiempo real el ejercicio
que está realizando cada alumno, pudiendo éstos tener personalizado
el ejercicio a realizar en función de su grado de aprendizaje o
cualquier otro criterio que establezca el profesor desde su puesto
(1).
En cuanto a los puestos de alumno (2), cada uno
de ellos constituye un equipo simulador, como se representa en la
zona de la izquierda de la figura 2, que comprende una unidad
central de proceso (7) o CPU, una pantalla sensorizada (8) y
pistolas reales (9, 10 y 11) para soldadura eléctrica por arco, para
soldadura en atmósfera inerte TIC y para soldadura en atmósfera
inerte MIG/MAG, respectivamente, complementándose esas pistolas con
el electrodo (9'), la varilla de aportación (10'), que se vincula a
un mecanismo (10'') con una ruedecilla que simula la aportación de
esa varilla (10') como material en el proceso simulado de
soldadura.
La pantalla sensorizada (8) muestra la
información que el alumno necesita para seleccionar el tipo y
parámetros de soldadura, así como la pieza a soldar y la ejecución
de la soldadura en tiempo real, de manera que al detectarse el
funcionamiento de la pistola de soldadura de que se trate, junto al
material de aportación, se desencadena el proceso de simulación de
soldadura correspondiente, lo que hace que la pantalla (8) muestre
en tiempo real el proceso de soldadura que se está realizando, así
como el resultado final.
En cuanto a la unidad central de proceso (7) del
equipo simulador de soldadura del alumno, además de su
correspondiente asa (12) para el transporte, incluye un conector
(13) para la pistola (9), así como un conector (14) tanto para la
pistola (10) como para la pistola (11); acompañado también de un
conector frontal (15) para las varillas TIG, en la que se conecta la
varilla (10') de aportación TIG simulada, permitiendo al alumno
realizar la aportación de material en la soldadura mediante el
mecanismo (10''), de manera que a través de ese conector (15) el
equipo recibe y lee la información suministrada por la varilla de
aportación (10') TIG simulada y reacciona en función de la actuación
del alumno.
También incluye un botón de encendido (17) con
indicador luminoso (18), un altavoz (16) y una rueda (19) de control
de velocidad del hilo MIG/MAG.
La comentada unidad central de proceso (7) del
equipo simulador del alumno, constituye un conjunto informático y
electrónico que genera la simulación de la soldadura en función de
los diferentes parámetros introducidos por el profesor o el alumno y
de la propia ejecución de la soldadura, actuando en base a todas
estas variables que el equipo interrelaciona entre sí para ofrecer
el resultado final de la soldadura de forma idéntica a como
ocurriría de forma real. El software de diseño propio incorporado al
sistema leerá e interpretará las señales procedentes de la pantalla
sensorizada (8) y de las pistolas de soldadura (9, 10 y 11),
generando procesos gráficos y sonoros que, en función del ejercicio
de soldadura elegido, proporcionan una simulación en pantalla (8)
que simula el proceso real de soldadura en ejecución y a su
finaliza-
ción.
ción.
En cuanto a las pistolas (9, 10 y 11), son
pistolas reales, modificadas electrónicamente, estando conectadas
como anteriormente se ha dicho.
La soldadura por arco eléctrico se produce al
accionar la pistola (9), simplemente tocando con la punta del
electrodo simulado (9') sobre la pantalla sensorizada (8), estando
el electrodo simulado (9') realizado en un material de rigidez y
consistencia similares a un electrodo real, con una punta de teflón
cuyo roce con la pantalla (8) permite la acción de la soldadura
simulada sin producir daños en la misma, incorporando la pistola (9)
un mecanismo retráctil de movimiento automático del electrodo
simulado (9') para simular el desgaste de éste en una soldadura
real, de manera que este desgaste simulado del electrodo se produce
en función de los parámetros seleccionados por el usuario y de la
propia ejecución de la soldadura simulada, de forma análoga a como
ocurre en una soldadura real.
La soldadura en atmósfera inerte TIC se realiza
mediante la pistola (10), conectada como anteriormente se ha dicho a
la unidad central de proceso (7), realizándose la soldadura al
accionar esa pistola (10), mediante pulsación de su correspondiente
botón, y tocando (cerrando) con la punta sobre la pantalla
sensorizada (8), o bien tan solo pulsando el botón y acercando la
pistola (10) a la pantalla (8) a distancia adecuada para generar el
arco eléctrico de la soldadura, lo que se denomina alta
frecuencia.
El material de aportación, que en la soldadura
real es una varilla sin revestimiento de composición similar al
metal base, se simula mediante la varilla de aportación (10')
simulada, de manera que la ruedecilla correspondiente al mecanismo
(10'') en el que monta esa varilla de aportación simulada (10'),
permite gestionar la velocidad de aporte de material influyendo
decisivamente en el resultado de la soldadura, ya que en este tipo
de soldadura el electrodo no sufre desgaste, de modo que lo que se
consume es la varilla de aportación (10') en función de la velocidad
de aporte de la persona que está soldando. Esa varilla de aportación
(10') está realizada con un material de rigidez, tamaño y peso
análogos a los de una varilla de metal real.
La soldadura en atmósfera inerte MIG/MAG, se
realiza mediante la pistola (11) conectada igualmente de la forma ya
comentada, y en la que en este caso el electrodo real se sustituye
por un hilo de alambre continuo y sin revestimiento que se hace
llegar a la pistola junto con el gas (MIG si es inerte y MAG si es
activo). En este caso se selecciona previamente el gas protector y
el hilo en los parámetros del ejercicio, así como la velocidad de
aportación en el botón correspondiente.
Claims (2)
1. Sistema simulador de soldadura por arco
eléctrico y por arco en atmósfera inerte, que estando previsto para
permitir el aprendizaje de las técnicas de soldadura para su
posterior aplicación en la ejecución de soldaduras reales, se
caracteriza porque consiste en el establecimiento de una
configuración en "Aula" con un puesto de profesor (1) y uno o
más puestos de alumno (2), cuyo puesto de profesor (1) incluye un
equipo-maestro conectado en red con todos los
puestos de alumno (2), incluyendo el equipo-maestro
una unidad central de proceso (3) con un software específico, una
pantalla (4), un teclado (5) y un ordenador (6), con posibilidad de
controlar, dar órdenes y gobernar de manera independiente cada uno
de los equipos simuladores que se establecen en los puestos de
alumnos (2), comprendiendo cada uno de éstos una unidad central de
proceso (7), con un software específico, una pantalla sensorizada
(8) y pistolas de soldadura reales (9, 10 y 11) modificadas
electrónicamente para su utilización en la operativa simulada de
soldadura; estando la pistola (9) prevista para simular la soldadura
por arco eléctrico, con electrodo simulado de soldadura (9'),
mientras que la pistola (10) está prevista para realizar soldadura
simulada en atmósfera inerte, con varilla (10') de aportación
simulada de soldadura TIG gobernada por el mecanismo de aportación
(10''), estando la pistola (11) prevista para realizar soldadura
simulada en atmósfera inerte con hilo de aportación simulada de
soldadura MIG/MAG.
2. Sistema simulador de soldadura por arco
eléctrico y por arco en atmósfera inerte, según reivindicación 1,
caracterizado porque la unidad central de proceso (7) de cada
puesto de alumno (2) tiene un conector (13) para la pistola (9) de
simulación de soldadura con arco eléctrico; un conector (14) para
conectar indistintamente las pistolas (10 y 11) de soldadura
simulada TIG, MIG/MAG; un botón de encendido y apagado (17), un
indicador (18) de encendido, un altavoz (16), un conector (15) para
la varilla de aportación simulada de soldadura TIG, y una rueda de
control (19) para controlar la velocidad del hilo de soldadura
simulada MIG/MAG; habiéndose previsto que dicha unidad central de
proceso (7) esté dotada de un asa de trasporte y conectores para
periféricos como puede ser la pantalla sensorizada (8), para salida
de internet y para periféricos USB, así como un elemento de ajuste
del volumen del sonido de la soldadura.
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