SU1723571A1 - Тренажер дл обучени электросварке - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к обучающим устройствам и предназначено дл  отработки профессиональных навыков выполнени  ручной дуговой сварки. Цель - сокращение сроков обучени . Тренажер содержит узел имитации сварки плав щимс  электродом, датчик положени  имитатора электрода, систему контрол  и управлени  обучением. В качестве датчика положени  имитатора электрода используетс  видеокамера, сопр жённа  с вычислительным устройством. Система контрол  и управлени  обучением снабжена системой обратной св зи между параметрами режима сварки и качеством сварного шва. 5 ил.

Description

Изобретение относитс  к электронным обучающим устройствам и предназначено дл  обработки профессиональных навыков выполнени  ручной дуговой сварки.

Известен тренажер дл  обучени  электросварке , содержащий узел проведени  реальной электросварки, св занный электрическим преобразователем частоты с головными телефонами.

Недостатками этого тренажера  вл ютс  невысока  эффективность обучени , большой расход электроэнергии и сварочных материалов, необходимость проведени  тренажа в помещени х, оборудованных принудительной выт жной вентил цией.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату  вл етс  тренажер дл  обучени  электросварке, содержащий имитатор электрода с имитатором электрододержател , причем имитатор электрода содержит стержень , выполненный из легкоплавкого материала , имитатор сварного соединени , выполненные из материала стержн , и блок контрол  и управлени  обучением. В данном тренажере осуществл етс  как звукова , так и визуальна  обратна  св зь, причем звукова  обратна  св зь осуществл етс  по длине дуги. Визуальна  обратна  св зь дает возможность оператору следить за перемещением торца имитатора электрода по ширине и направлению сварного шва и за равномерностью наложени  отдельных чешуек , т.е. за скоростью сварки, а также за формирова- нием усилени  имитируемого сварного шва. На тренажере можно обучать оператора не отдельным элементам режима сварки (длина дуги, скорость сварки, угол наклона электрода ), а обобщенным - и тем самым именно технике получени  сварного шва.

Недостатком данного тренажера  вл етс  отсутствие обратной св зи по дефектам сварного шва, котора  обеспечивает возможность объективной оценки качества

VI

ho

Сл

с  VI

выполн емого оператором имитатора сварного шва и хода обучени  технике сварки в целом, Таким образом, конструкци  тренажера не обеспечивает получение оператором однозначных рекомендаций по совершенствованию техники сварки.

Цель изобретени  - сокращение сроков обучени  и автоматизации обучени .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что тренажер дл  обучени  электросварке, содержащий имитатор электрода со стержнем из легкоплавкого материала, имитатор элек- трододержател , имитатор сварного соединени , выполненный из материала стержн , блок контрол  и управлени  обучением, в соответствии с изобретением, дополнительно содержит последовательно соединенные датчик положени  электрода, выполненный в виде видеокамеры, блок сопр жени  и вычислительное устройство, при этом блок со- пр жени , содержащий компаратор, триггер, элемент 1/1 и счетчик, выходами св зан с входами ввода дискретных сигналов вычислительного устройства, первый вход прерывани  которого соединен с выходами Кадровой синхроимпульс видеокамеры, второй вход прерывани  - с выходом Строчный синхроимпульс видеокамеры и входами сброса триггера и счетчика, третий вход прерывани  - с пр мым выходом триггера , инверсным входом подключенный к первому входу элемента И, второй вход которого св зан с тактовым выходом видеокамеры , а выход со счетным входом счетчика, видеокамера, кроме того, соединена выходом Видео и Гас щий соответственно с пр мым входом и входом стробировани  компаратора, на инверсный вход которого подано опорное напр жение, и выход компаратора соединен с входом установки триггера, при этом имитатор электрода и имитатор сварного соединени  расположены в поле зрени  видеокамеры так, что лини  стыкуемых кромок имитатора сварного соединени  перпендикул рна оптической оси видеокамеры, а лини  стыка и имитатор электрода наход тс  в фокальной плоскости видеокамеры.

Известные тренажеры позвол ют имитировать выполнение сварного шва и подавать оператору оперативную информацию о нарушении параметров режима сварки (например , звукова  обратна  св зь о нарушении длины дуги), что не всегда достаточно, так как при обучении оператор вынужден обращатьс  к субъективной подсказке преподавател . Введение в тренажер видеокамеры , посредством блока сопр жени  соединенной с вычислительным устройством , позвол ет непосредственно в процессе тренажа формировать на дисплее объемное изображение имитируемого оператором сварного шва. При нарушении оператором в процессе тренажа параметров режима свар5 ки, например, длины дуги, скорости сварки и других параметров, в соответствующих участках объемного изображени  сварного шва на дисплее формируетс  дефект, вид которого (подрез, несплавление, пористость и др.) со10 ответствует совокупности действующих значений параметров режима сварки. Кроме того, посредством печатающего устройства оператор получает информацию о причинах, ответствующих за наличие определенного де15 фекта, а также объективные указани , соблюдение которых позволит оператору избежать в дальнейшем ошибок, вызвавших наличие дефектного участка в сварном шве.

Наличие глубокой обратной св зи по

0 внешним и внутренним дефектам сварного шва и объективных рекомендаций, позвол ющих оператору избежать возникающих дефектов , позвол ет осознанно овладеть приемами формировани  сварных швов,

5 быстрее и качественнее освоить технику сварки вообще, а также автоматизирует процесс обучени , что неизвестно из литературных источников.

Следовательно, предлагаемое техниче0 ское решение отвечает критерию существенные отличи .

На фиг, 1 изображена функциональна  схема контрол  и управлени  обучением; на фиг. 2 - конструкци  имитатора электрода с

5 имитатором электрододержател ; на фиг. 3 - общий вид тренажера дл  обучени  электросварке; на фиг. 4- принципиальна  электрическа  схема блока сопр жени ; на фиг. 5 - временные диаграммы работы блока со0 пр жени .

Индукционный датчик 1 длины дуги соединен с усилителем 2, первый выход которого соединен со входом узла 3 звуковой

5 информации оператора, а второй выход соединен со входом коммутатора 4, первый и второй выходы которого соответственно соединены со входом компрессора 5 и входным нагревател  6. Датчик 1 длины дуги

0 укреплен на торце имитатора электрода 7, который размещен в поле зрени  видеокамеры 8, соединенной посредством блока сопр жени  9 с вычислительным устройством (ВУ)Ю.

5 В корпусе имитатора электродвигател  11 закреплен телескопический кожух 12, который сокращает свою длину по мере оплав- лени  стержн  13, соединенного с нагревателем 6, благодар  действию пружи- 14. На торце телескопического кожуха

укреплена электромагнитна  катушка 15 индукционного датчика длины дуги.

На блоке управлени  16 установлен тумблер и световой индикатор 18 включени  тренажера в работу. Кабель воздухопровода 19 соединен с имитатором электрододержател  11, в котором крепитс  имитатор электрода 7. Имитируемый сварной шов 20 формируетс  струей гор чего воздуха с капл ми 21 расплавленного материала стержн  13, сварочна  ванна 22 образуетс  на рабочей поверхности имитатора сварного соединени  23. На блоке управлени  16 размещен громкоговоритель 24 дл  подачи звуковой информации оператору. Имитатор электрода 7 и имитатор сварного соединени  23 размещены в поле зрени  видеокамеры 8 так, что лини  стыка кромок имитатора сварного соединени  23 перпендикул рна оптической оси видеокамеры 8, а лини  стыка и имитатор электрода 7 наход тс  в фокальной плоскости видеокамеры 8.

Блок сопр жени  (фиг. 4) выполнен на интегральных микросхемах. Пр мой вход компаратора 25 соединен с разъемом Видео видеокамеры 8, инверсный вход компаратора 25 соединен с резистивным делителем напр жени  26, собранным на резисторах R1 и R2, вход стробировани  компаратора 25 соединен с выходом Гас щий импульс видеокамеры, выход компаратора 25 соединен со входом установки триггера 27, вход Сброс триггера 27 также соединен с выходом ССИ (строчный синхроимпульс ) видеокамеры 8, пр мой выход триггера 27 соединен со входом 1NTERAPT 3 ВУ 10. Инверсный выход триггера 27 соединен со входом элемента И 28, второй вход которого соединен с выходом ССИ видеокамеры 8, а выход которого соединен со счет- ным входом счетчика 29, вход сброса соединен с выходом ССИ видеокамеры 8, а выходы счетчика 29 соединены с устройством ввода дискретных сигналов ВУ 10. Выход ССИ видеокамеры 8 соединен с входом INTERAPT 2 ВУ 10 и выход КСИ (кадровый синхроимпульс) видеокамеры 8 соединен со входом INTERAPT 1 ВУ 10.

Тренажер работает следующим образом .

Подготовка тренажера к работе состоит в том, что устанавливают в одно из пространственных положений имитатор сварного соединени  23 с видеокамерой 8, внутрь имитатора электрода 7 ввод т стержень 13, имитирующий определенный диаметр реального электрода (например, 3 мм). После этого посредством тумблера 17 Сеть подают питание на цепи блока управлени  16 (при этом загораетс  световой

индикатор 17). Посредством клавиатуры ВУ 10 в его пам ть ввод т параметры имитируемого режима сварки, например, толщину свариваемого издели , положение сварки

(нижнее, вертикальное или потолочное), диаметр сварочного электрода, тип разделки кромок, ток сварки. На дисплее ВУ 10 при этом возникает изображение свариваемого образца с заданной разделкой кромок. Да0 лее оператор приступает к формированию имитатора сварного шва 20 на рабочей поверхности имитатора сварного соединени  23.

Цель оператора состоит в том, чтобы

5 подвести торец электрода 7 к рабочей поверхности имитатора сварного соединени  23 и добитьс  по влени  устойчивой струи гор чего воздуха с капл ми 21 расплавленного материала стержн  13, имитирующей

0 горение дуги и перенос электродного материала . При этом образуетс  сварочна  ванна 22 и оператор начинает перемещение торца имитатора электрода 7 так, чтобы обеспечить формирование однопроходного

5 ниточного шва при непрерывном укорочении имитатора электрода, не выход  за границы интервала, в котором возможно горение реальной дуги. Чешуйчатость шва при этом должна поддерживать равномер0 ной, что свидетельствует о посто нной скорости сварки.

При проведении тренажа в пределах интервала , в котором возможно горение реальной дуги, оператор посредством

5 громкоговорител  24 получает звуковую информацию . На дисплее ВУ 10 возникает изображение сварного шва одновременно с имитацией сварного шва 20. При этом изображение шва на дисплее ВУ 10 адекватно

0 реальному сварному шву по внешнему виду и, кроме того,  вл етс  функцией следующих параметров сварки: длина дуги, угол наклона электрода и скорость сварки. Если оператор в процессе тренажа поддержива5 ет перечисленные параметры в оптимальном интервале, то на дисплее ВУ 10 формируетс  бездефектное изображение шва. Если оператор выходит из оптимального интервала перечисленных параметров, то

0 изображение сварного шва на дисплее ВУ 10 содержит дефектные участки (прожег, непровар , поры, несплавлени  и т.п.), которые соответствуют определенной совокупности нарушений параметров режима сварки. При

5 выходе из интервала, в котором возможно горение реальной дуги звукова  информаци  оператору отсутствует и прекращаетс  плавление стержн  13. Изображение сварного шва на дисплее ВУ 10 при этом отсутствует ..

Блок контрол  и управлени  обучением работает следующим образом.

Напр жение обратно пропорционально длине дуги, поступает с индукционного датчика 1 длины дуги на вход усилител  2. С первого выхода усилител  2 сигнал поступает на вход узла 3 звуковой информации оператора , который обеспечивает подачу звукового сигнала оператору в интервале, в котором возможно горение реальной дуги . Со второго выхода усилител  2 сигнал поступает на вход коммутатора 4, который вырабатывает сигнал дл  включени  компрессора 5 и нагревател  6. Одновременно видеосигнал, характеризующий положение имитатора электрода 7 в поле зрени  видеокамеры 8, подаетс  на блок сопр жени  9. Блок сопр жени  9 преобразует аналоговый видеосигнал в цифровую форму дл  дальнейшей его обработки на ВУ 10. ВУ 10 обрабатывает поступающий с блока сопр жени  9 цифровой сигнал в соответствии с заложенной в нее программой вычислени . В результате этого на дисплее ВУ 10 по вл етс  изображение сварного шва, адекватное реальному, с присущими ему дефектами, которые обусловлены наличием в процессе тренажа нарушений параметров режима сварки.

Блок сопр жени  9 работает следующим образом.

Видеосигнал с выхода Видео видеокамеры 8 (фиг. 5, А1) поступает на пр мой вход компаратора 25 и сравниваетс  с опорным напр жением на его инверсном входе. Если в поле зрени  видеокамеры 8 находитс  имитатор электрода 7, то в видеосигнале (фиг. 5, А1) по вл етс  уровень черного, и на выходе компаратора 25 формируетс  импульс отрицательной пол рности (фиг. 5, К1). В отсутствие имитатора электрода 7 в поле зрени  видеокамеры 8 в видеосигнале присутствует только уровень белого, и на выходе компаратора 25 формируетс  сигнал высокого уровн . Гас щий импульс (фиг. 5, А7) поступает на вход стробировани  компаратора 25 и блокирует его работу на врем  прохождени  в видеосигнале строчного импульса, кроме того, ССИ поступает на входы сброс триггера 27 и счетчика 29, чем вызывает начальную установку счетчика 29 и триггера 27. Сигнал с инверсного выхода триггера 27 измен етс  в зависимости от наличи  импульсов на выходе компаратора 25 (фиг. 5, К2). Логический элемент И 28 разрешает прохождение импульсов тактовой частоты с видеокамеры 8 на (счетный) вход счетчика 29 (фиг. 50 КЗ). Таким образом , на выходе QO-Q7 будет сформировано число, определ ющее врем  от начала ССИ

до уровн  черного в видеосигнале (если уровн  черного в видеосигнале не было, то счетчик будет считать до следующего ССИ). Это число поступит.: в ВУ 10 дл  дальнейшей

обработки. Кроме того, на вход ВУ 10 поступает три сигнала прерывани : INTERAPT 1, INTERAPT 2, INTERAPT 3. Первый сигнал формируетс  триггером 27 и поступает с его пр мого выхода на вход прерывани 

0 INTERAPT 1 ВУ 10 и сигнализирует о попадании объекта в поле зрени  видеокамеры 8 (фиг. 5, К4). Второй и третий сигналы прерывани , подающиес  соответственно на входы INTERAPT 2 и INTERAPT 3 ВУ 10,

5 формируютс  непосредственно из ССИ и КСИ. Эти сигналы необходимы дл  синхронизации работы ВУ 10 с видеокамерой 8. ВУ 10 работает следующим образом. Сигналы прерывани  поступают на вход

0 контроллера прерывани . По сигналам прерываний микропроцессор начинает выполн ть подпрограммы обработки прерываний, результатами которых  вл ютс  значени  длины дуги, угла наклона электрода и скоро5 сть сварки. Также при работе подпрограммы обработки прерываний, с помощью устройства ввода дискретных данных, ввод тс  сигналы QO-Q7, характеризующие положени  объекта (имитатора электрода 7) в

0 поле зрени  видеокамеры 8.

Длина дуги ВУ 10 вычисл етс  следующим образом. При поступлении прерывани  от КСИ (LNTERAPT 3) на контроллер прерывани  начинаетс  работа подпрограммы.

5 Послепоступлени прерывани отССИ(1МТЕ1 АРТ2) процессор переходит в состо ние ожидани  прерывани  от сигнала Видео (INTERAPT 1), который сигнализирует о нахождении электрода в поле зрени  видеокамеры 8.

0 После поступлени  прерывани  INTERAPT 1 процессор переходит в режим ожидани  следующего прерывани  от ССИ (INTERAPT 2). Так продолжаетс  до тех пор, пока за прерыванием от ССИ (INTERAPT 2) будет

5 отсутствовать прерывание В-идео (INTERAPT 1). После этого начинаетс  подсчет количества прерываний от ССИ (INTERAPT 2) до момента поступлени  прерывани  Видео (INTERAPT 1); которое сви0 детельствует о наличии рабочей поверхности имитатора сварного соединени  23 в поле зрени  видеокамеры 8. Количество подсчитанных прерываний от ССИ - пропорционально длине дуги. Оно заносит5 с  в пам ть ВУ10 дл  последующей обработки . С приходом следующего прерывани  от КСИ (INTERAPT 3) описанный процесс повтор етс , а величина количества подсчитанных прерываний от ССИ заноситс  в следующую  чейку пам ти.

Угол наклона электрода (проекции имитатора электрода 7 на плоскость, перпендикул рную поверхности имитатора сварного соединени  23, и параллельную продольной оси шва 20) определ етс  следующим образом . При поступлении прерываний от КСИ (INTERAPT 3) на контроллер прерывани  ЭВМ 10 начинаетс  работа подпрограммы. После поступлени  прерывани  от ОСИ (INTERAPT 2) процессор переходит в состо ние ожидани  прерывани  от сигнала Видео (INTERAPT 1), который сигнализирует о нахождении имитатора электрода 7 в поле зрени  видеокамеры 8. После поступлени  прерывани  Видео (INTERAPT 1) считываетс  значение QO-Q7 со счетчика, которое заноситс  в регистр микропроцесса. Затем пропускаетс  определенное количество строк, т.е. прерываний от ССИ (INTERAPT 2)(например, 100) и по сигналу прерывани  Видео (INTERAPT 1) снова считываютс  значени  QO-Q7 со счетчика и вычисл етс  разность между данным значением и значением , наход щимс  в регистре. Эта разность характеризует угол наклона имитатора электрода 7 и заноситс  в пам ть дл  дальнейшей обработки.

Скорость сварки определ етс  следующим образом.

При поступлении прерывани  от КСИ (INTERAPT3) на контроллер прерывани  начинаетс  работа подпрограммы. После поступлени  прерывани  от ССИ (INTERAPT2) процессор переходит в состо ние ожидани  прерывани  от сигнала Видео (INTERAPT 1), который сигнализирует о нахождении электрода в поле зрени  видеокамеры 8. После поступлени  прерывани  (INTERAPT 1) значение выходов QO-Q7 счетчика заноситс  в регистр. При поступлении следующего прерывани  от ССИ (INTERAPT 2), а за ним - прерывани  Видео (INTERAPT 1) значение QO-Q7 счетчика снова заноситс  в тот же регистр. При этом предыдущее значение , хран щеес  в регистре стираютс . Если после очередного прерывани  от ССИ (INTERAPT 2) не поступило прерывание от Видео (INTERAPT 1), то в регистре остаетс  значение, соответствующее положению торца имитатора электрода 7 от- носительно поверхности имитатора сварного соединени  23, Это значение заноситс  в пам ть. Затем пропускаетс  определенное число прерываний от КСИ (INTERAPT 3) (например, 50, что соответствует времени, равному 1 с) и описанный цикл повтор етс . Значение текущего счетчика QO-Q7 вычитаетс  из наход щегос  в пам ти. Эта разность пропорциональна скорости сварки.

Все описанные алгоритмы вычислени  длины дуги, угла наклона электрода и скорости сварки объединены в одну программу и выполн ютс  одновременно. Запуск этой

программы производитс  программой, написанной на  зыке высокого уровн  (например , BASIC).

Программа управлени  процессом обучени  работает следующим образом.

0 В начале работы, программа, написанна  на  зыке BASIC, вызывает подпрограмму, написанную на  зыке ассемблер, котора  производит инициализацию аппаратных средств ЭВМ. На первом этапе работы программы

5 производитс  ввод оператором толщины свариваемых кромок. В зависимости от введенной толщины, программой производитьс  выбор оптимального диаметра сварного электрода и программа предлагает оператору вы0 брать диаметр электрода из р да значений. При правильном выборе оператором диаметра электрода ему предлагаетс  осуществить выбор тока сварки. При неправильном выборе оператором диаметра электрода

5 ему предлагаетс  произвести повторный выбор. При этом фиксируетс  ошибка. При правильном выборе оператором тока сварки производитс  расчет оптимальной площади сечени  сварного шва. При

0 неправильном выборе оператором тока сварки фиксируетс  ошибка и оператору предлагаетс  повторить выбор. Далее программа выбирает из фиксированных  чеек пам ти значени  длины дуги, угла наклона

5 электрода и скорости сварки, определенные в результате обработки информации с видеокамеры подпрограммой на ассемблере. Производитьс  сравнение оптимальных расчетных значений с текущими и разница

0 заноситс  в  чейки пам ти. В зависимости от текущих значений длины дуги, скорости сварки и угла наклона электрода с помощью подпрограммы CRAFIC производитс  вывод на дисплей формы сечени  сварного шва.

5 Работа оператора может быть признана оконченой, если в процессе тренажа он выполнит сварной шов 20, и заключение ЭВМ подтверждает, что дефекты в сварном шве отсутствуют.

0 В тренажере осуществл етс  визуальна , звукова , а также причинно-следственна  обратна  св зь по дефектам сварного шва. Визуальна  обратна  св зь дает возможность оператору установить зависи5 мость между перемещением торца имитатора электрода по ширине и направлению сварного шва и формированию сварочной ванны и усилени  сварного шва, а также за равномерностью .наложени  отдельных чешуек, т.е. за скоростью сварки.

Причинно-следственна  обратна  св зь дает возможность оператору установить св зь между параметрами режима и образованием дефектов в шве. Благодар  этому по вл етс  возможность автоматизировать процесс обучени .

Claims (1)

1. Формула изобретени  Тренажер дл  обучени  электросварке, содержащий имитатор электрода со стерж- нем из легкоплавкого материала, имитатор электрододержател , имитатор сварного соединени , выполненный из материала стержн , блок контрол  и управлени  обучением , отличающийс  тем, что, с целью сокращени  сроков обучени  и автоматизации процесса обучени  путем анализа параметров перемещени  электрода за счет введени  обратной св зи по дефектам и механическим свойствам сварного шва, он до- полнительно содержит последовательно соединенные датчик положени  электрода, выполненный в виде видеокамеры, блок сопр жени  и вычислительное устройство, при этом блок сопр жени , содержащий компаратор, триггер, элемент И и счетчик,

   выходами св зан с входами ввода дискретных сигналов вычислительного устройства, первый вход прерывани  которого соединен с выходом Кадровый синхроимпульс видеокамеры, второй вход прерывани  - с входом Строчный синхроимпульс видеокамеры и входами сброса триггера и счетчика , третий вход прерывани  - с пр мым выходом триггера, инверсным выходом подключенного к первому входу элемента И, второй вход которого св зан с тактовым выходом видеокамеры, а выход - со счетным входом счетчика, видеокамера, кроме того, соединена выходами Видео и Гас щий соответственно с пр мым входом и входом стробировани  компаратора, на инверсный вход которого подано опорное напр жение, а выход компаратора соединен с входом установки триггера, при этом имитатор электрода и имитатор сварного соединени  расположены в поле зрени  видеокамеры так, что лини  стыкуемых кромок имитатора сварного соединени  перпендикул рна к оптической оси видеокамеры, а лини  стыка и имитатор электрода наход тс  в фокальной плоскости видеокамеры.

   РиьЈ

   фиг.3.

   xto5

   I

   кг

   п

   t