Устройство для обучения и оценки мастерства сварщика

Устройство для обучения и оценки мастерства сварщика

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к электродуговой сварке, в частности к тренажерам, предназначенным для обучения, самообучения и квалификационных испытаний сварщиков при выполнении ручной дуговой сварки плавящимся электродом. Цель изобретения - повышение дидактических возможностей устройства. Устройство содержит блок 1 датчиков тока и напряжения, блок 2 задания режима сварки, блок 3 компараторов, блок 4 анализа ошибок, счетчик 5, таймер 6, блок 7 оперативной памяти, блок 8 сравнения, дешифратор 9, табло 10, электроакустический преобразователь 11.7 ил.

С01ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛ ИСТИ Ч Е СКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 09 В 19/24

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4908432/24 (22) 24.12,90 (46) 23.11.92. Бюл. ¹ 43 (71) Научно-исследовательский и проектноконструкторский институт сооружения объектов нефтяной и газовой промышленности в Прикаспийском нефтегазовом комплексе (72) А.B.×àëoâ и Ю.А.Чалов (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 556908, кл, В 23 К 9/00, 1975. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБУЧЕНИЯ И

ОЦЕНКИ МАСТЕРСТВА СВАРЩИКА

Изобретение относится к электродуговой сварке, в частности к тренажерам, предназначенным для обучения, самообучения и квалификационных испытаний сварщиков при выполнении ручной дуговой сварки плавящимся электродом, Известно имитационное устройство для обучения и оценки мастерства сварщика.

Это устройство содержит четыре блока: имитатор ванны, электрододер>катель с имитатором электрода, защитный шлем и пульт задания режима сварки и индикации.

Имитатор ванны снабжен датчиками Холла, электрододержатель имеет привод перемещения электрода для имитации его выгорания и датчик углового положения электрода.

В шлеме имеется телефон, сигнализирующий изменением харак .ера звука об ошибках оператора. Пульт имеет электрическую схему для оценки длины дуги и положения конца электрода относительно с1ыка, а также счетчики числа ошиб зк, допущенных обучающимся, по отношению к заданным Ж«1777166 Al (57) Изобретение относится к электродуговой сварке, в частности к тренажерам, предназначенным для обучения, самообучения и квалификационных испытаний сварщиков при выполнении ручной дуговой сварки плавящимся электродом. Цель изобретения— повышение дидактических воэможностей устройства, Устройство содержит блок 1 датчиков тока и напряжения. блок 2 задания режима сварки, блок 3 компараторов, блок

4 анализа ошибок, счетчик 5, таймер 6, блок

7 оперативной памяти, блок 8 сравнения, дешифратор 9, табло 10, электроакустический преобразователь 11. 7 ил. значениям параметров режима сварки и цифровое табло для индикации таких ошибок.

Основными недостатками такого устройства являются следующие: невозможность оценки мастерства сварщика в условиях реальной, а не имитированной сварки, невозможность запоминания и последующего воспроизведения обучающимся режимов сварки, заданных технологической картой, учителем или специалистом экспертом, путем выполнения экспертной сварки, необьективность выставляемых за контрольную "сварку" оценок, т.к, оценка определяется по показаниям табло, а не путем автоматического анализа ошибок обучающегося.

Известен имитационный тренажер сварщика, который содержит имитатор мишени с размещенной в нем нитью накала, соединенный через блок управления с имитатором шлема сварщика и имитатором

1777166

15

30

55 электрода, подключенного к имитатору мишени. Основным недостатком этого устройства является, как и в предыдущем случае, невозможность обьективной оценки мастерства сварщика в реальных, а не имитированных условиях сварки.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является устройство для обучения и оценки мастерства сварщика, выбранное в качестве прототипа, Это устройство является тренажером для обучения сварщиков приемам ручной дуговой сварки преимущественно плавя-. щимся электродом. Тренажер содержит электрододержатель, источник питания, электрический преобразователь сварочной . дуги в звук различной частоты и головные телефоны. Такой тренажер упрощает процесс обучения сварщиков благодаря совместному участию органов чувств (зрения, слуха) в восприятии информации о длине дуги протекающего реального процесса сварки, Но не дает объективной оценки качества работы сварщика, не запоминает ошибок сварщика, допущенных в процессе сварки и не анализирует их.

Целью изобретения является повышение дидактических возможностей устройства.

Указанная цель достигается тем, что в устройство, содер>кащее источник питания, электрододержател ь, преобразователь электрических параметров. дуги в звук, дополнительно введены блок датчиков тока и напряжения дуги и электрическая схема для оценки качества режима сварки и анализа ошибок обучающегося, включающая в себя блок задания ре>кима сварки, блок компараторов тока сварки и напряжения дуги, блок анализа ошибок, счетчик числа ошибок, допущенных обучающимся, таймер, блок оператив ной памяти, блок сравнения, дешифратор, цифровое табло. К сигнальным входам компараторов тока и напря>кения дуги подключаются выходы датчиков тока и напряжения дуги, а к опорным входам этих же кампараторов — выходы блока задания режимов сварки с эталонными значениями опорных напряжений, Для выделения зоны допустимых значений параметров режима сварки, определяемых учителем или специалистом-экспертом, компаратор сварочного тока выполнен трехпороговым, а компаратор напряжения дуги — четырехпороговым, У компаратора тока один из порогов выбирается по величине тока дуги в момент гашения, а два других устанавливают при помощи блока задания режимов сварки в пределах. заданных учителем или специалистом-экспертом при выполнении сварки в экспертном режиме. У компаратора напряжения один из порогов выбирают по величине напряжения короткого замыкания дуги, второй — по величине напряжения холостого хода, а два других устанавливают при помощи того же блока оперативной памяти, исходя из допусков на длину дуги так же, как для компаратора тока. Тем самым устанавливают границы и выделяют требуемую зону допустимых значений параметров режима учебной сварки.

Пороги компарирования, устанавливаемые при помощи блока задания режимов, контролируют качество сварки и предотвращают ложные срабатывания блока анализа ошибок. Если фактический режим сварки выходит за установленные границы зоны допустимых значений режима. запомненного блоком задания режимов сварки, то соответствующий компаратор тока или напряжения вырабатывает сигнал логической единицы и подает его на соответствующий вход блока анализа ошибок, Этот блок осуществляет классификацию нарушений режима сварки и передает результирующий сигнал на табло для высвечивания типа нарушения и на вход счетчика числа ошибок.

Счетчик запускают при помощи таймера на заданное время, например, на время сгорания одного (штучного) сварочного электрода. Импульсы с выхода счетчика (их число совпадает с числом нарушений режима сварки, т.е. ошибок) в течение заданного времени поступают на сигнальный вход цифрового компаратора блока сравнения.

На опорный вход этого компаратора подается цифровой код заданного числа нарушений режима сварки. На выходе блока сравнения формируется цифровой сигнал. определяющий качество выполненного обучающимся режима сварки. Дешифратор блока сравнения обрабатывает этот сигнал и по команде таймера подает на цифровое табло, где высвечивается оценка за мастерство, например, цифрами "3", "4", "5". Кроме того, цифровое табло высвечивает число заданных учителем или специалистом-экспертом (в процессе экспертной сварки) ошибок и число ошибок. допущенных обучающимся по любому из перечисленных выше параметров режима сварки. а также измеренные параметры режима сварки.

Наличие перечисленных отличительных признаков, а именно, соответствующим образом соединенных датчиком тока сварки и напряжения дуги, блока задания режима сварки, блока компараторов тока сварки и напряжения дуги, блока логической обработки информации, счетчика числа ошибок

1777166 обучающегося, таймера, блока оперативной го тока обозначены чеоез I, а текущие знапамяти, блока сравнения, дешифратора, чения сварочного напряжения — через U. табло, позволяет сделать вывод о новизне Выходные сигналы компараторов для удобпредложенного решения. ства обозначены также, как и технологичеВ измерительной технике широко изве- 5 ские уставки. стно использование датчиков тока и напря- Блок анализа ошибок выполнен на станжения дуги, оперативных запоминающих дартных логических элементах, например, устройств (ОЗУ), аналоговых и цифровых типа 2И-НЕ, 001.1 — 001,3, 002.1 — 002.4 и компараторов, блоков логической обработ- 003;1, как показано на фиг.3а, с использоки сигналов, счетчиков, таймеров, цифро- 10 ванием транзисторных ключей (фиг.3б), совых табло (4), где эти элементы позволяют бранных на транзисторах ЧТ1, резисторах R получить устройства для измерения тока, и коммутирующих единичные индикаторы, напряжения, частоты, мощности и т,д. Одна- например, светодиоды VD1. ко в известных решениях мы не нашли ана- . Графики работы компараторов тока логичных соединений указанных 15 представлены на фиг4а, а графики работы отличительных признаков, которые дали бы компараторов напряжения сварочной дуги данный положительный эффект. Это позво- — на фиг.4б. На фиг.4а по горизонтальной ляет сделать вывод, что данное техническое оси каждого графика отложены возможные решение соответствует критерию "сущест- значения контролируемого сварочного тока, венные отличия". 20 I, а по вертикальчой оси — выходные напряНа фиг.1 изображена функциональная жениякомпараторовсоответственнотока4 схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — сварки в момент гашения дуги, минимально принципиальная схема блока, задания ре- допустимого. сварочного тока Imin и максижимов сварки и блока компараторов тока и мально допустимого сварочного тока Imax. напряжения дуги; на фиг.3 — принципиаль- 25 Нижний график (заштрихован) относится ная схема блока анализа ошибок; на фиг,4 — к сигналу тревоги tt. На фиг.4б по гориграфики работы блока компараторов тока и зонтальной оси каждого графика отложены напряжения дуги: принцип действия блока . возможные значения напряжения U источанализа ошибок иллюстрируется графиком ника сварочного тока I, а по вертикальной

его работы, представленным на фиг.5; на 30 оси — выходные напряжения компараторов фиг.6 — упрощенная схема управления ре- соответственно напряжения дуги Uo в ма>кимом работы устройства в процессе обуче- мент соприкосновения сварочного электрония или экзамена; на фиг.7 — схема таймера. да с свариваемым изделием, т.е. в момент

Функциональная схема устройства короткого замыкания источника сварочного (фиг.1) включает в себя блок датчиков тока 35 тока 1, минимально допустимого значения сварки и напряжения дуги 1, блок задания напряжения дуги Umin, максимально допу- . режима сварки 2, блок компараторов 3, блок стимого значения напряжения дуги Umax u анализа ошибок 4, счетчик 5, таймер 6, блок напряжения холостого хода U x источника оперативной памяти 7, блок сравнения 8, сварочного тека I. Нижний график(заштридешифратор 9, табло 10, электроакустиче- 40 хован) относится ксигналамтревоги устройский преобразователь 11, маска сварщика - ства Ut.

12. Принципиальная схема блока задания График зоны допустимых значений парежима сварки, совмещенного с блоком раметров режима сварки (фиг.5) показан в компараторов (фиг.2), состоит из стандарт- координатах "сварочный ток I" — "напряженого блока переменных резисторов R1.1- 45 ние источника дуги U". Технологически доR1,7 и компараторов 0А1 — DA7, пустимая зона сварки заштрихована для выйолненных на стандартных микросхемах. наглядности.

Опорные напряжения (технологические ус- Схема управления режимами обучения),:. тавки) на опорных входах компараторов показанная на фиг.6, содержит коммутатор обозначены через Imin. Imax u Io для мини- 50 $1.1 — -$1.2 сигналов тревоги Pt, It, Ut, стан- мальнодопустимого,максимальнодопусти- дартную логику 001.1 — -001.3, управляюмого тока сварки и тока в момент гашения щую счетчиком числа ошибок 003. сварочной дуги соответственно, и через генератором звука 001.4 — 002.1, R1, С1, Umin Umax, Uo u Uxx — для минимально допу- ключами VT1, VT2, R2, R3, нагрузкой 84, VD1 стимого, максимально допустимого напря- 55 (например, светодиод) и В1(например, голожения дуги, напря>кения источника вные телефоны). сварочного тока в момент замыкания сва- Таймер (фиг.7) содержит инверторы рочного электрода на свариваемое иэделие 001.1, 001.4, D02.1, 002.2, 002.3. усилии напряжения холостого хода источника, со- тель 003.2, дифференцирующую цепь R2, ответственно. Текущие значения сварочно- R3, С2, логический элемент DD3.1, стандар1777166

Совместное решение этих уравнений бло5 ком 4 выявляет зону допустимых значений режима сварки, как показано на фиг.5 (заштрихованная зона), Поэтому блок 4 осуществляет классификацию . ошибок обучающегося по характеру нарушений ре10 жима сварки, например, при нарушениях типа "малый ток сварки", "большой ток сварки", "короткая дуга", "длинная дуга", "малая мощность сварочного тока", "большая:мощность сварочного тока", Этот же блок не

15 включает s число ошибок случаи, например, связанные с Заменой электрода, когда ток сварки равен нулю, или с сваркой в режиме короткого замыкания, если этот режим предусмотрен технологией сварки. Ошибки лю20 бого класса из перечисленных могут быть выделены при помощи блока,анализа ошибок на счетчик 5, включаемый таймером 6 в режиме экзамена на заданный промехсуток времени при помощи переключателя S2, как

25 показано на фиг.7. В этом случае таймер работает как временной компаратор, Действительно, счетчик 005 запирает элемент

002.4 импульсом только с того из своих выходов, с которым вход этого элемента со30 единен через элемент 002.1 и переключа- . тель S2. Поэтому счет импульсов генератора. собранного на элементах

001.2, 001,3 прекращается после отсчета строго определенного их числа. Кроме .35,того, через развязку D02.3, D03.2, выи деленный импульс счетчика 005 дифференцируется цепью R2, С2, RÇ и сбрасывает его в исходное состояние, Счет ошибок учащегося It, Ut, Pt осуществляется через соответ- 40 ствующие элементы И, например, через элемент DD3,1 для ошибок типа Pt (фиг.7). и (э один из входов каждого такого элемента поступает выделенный и проинвертировани ный, например, инвертором DD2,2 импульс

45 таймера 005, а на другие входы таких элех ментов — импульсы с блока анализа ошибок. р Блок анализа ошибок выдает также сигналы на цифровое табло для высвечивания типа ошибки и на генератор 11 для подачи звуко- 50 вого и светового сигнала о нарушении режии ма сварки учащемуся в маску 12 на головные т телефоны и световой индикатор (фиг,6), В ю положении 4, 5, 6 переключателя S1.1 — S1.2 в импульсы ошибок Pt, it, Ut с блока логичеа 55 ской обработки информации поступают на о один из входов элемента 001.2 и открывают его, После инвертирования элементом

DD1.3 импульс ошибки открывает звуковой генератор DD1.4-DD2.1, выход которого соединен с ключами VT1, VT2, управляющими

lo lmln Imax + 1О min (пдх, тный генератор секундных импульсов

DD1.2-D01.З, двоичный счетчик на микросхеме 004, десятичный счетчик на микросхеме 005 и переключатели включения таймера S1 и продолжительности экзамена

S2.

Устройство для обучения и оценки мастерства сварщика (фиг.1) работает следующим образом. В режиме обучения сигналы с выходов блока датчиков 1 и блока задания режима сварки 2, т.е. контролируемые параметры и технологические уставки, поступают на входы сравнения (сигнальный и опорный) блока компараторов тока и напряжения дуги 3, где выполняется трехпороговое компарирование сигналов датчика сварочного тока и четырехпороговое компарирование сигналов датчика напряжения сварочной дуги, Такое компарирование обеспечивается (фиг,2) соединением инвертиочющего входа компаратора DA1 с неинвертирующеми входами компараторов DA2 и 0АЗ и подачей на этот общий вход напряжения с датчика. тока 1, а также соединением инвертирующего входа компаратора

0А4 с инвертирующим входом компаратора

DA7 и с неинвертирующими входами компараторов 0А5, DA6 и подачей на этот общий вход напряжения с датчика напряхсения U.

В этом случае функции компэраторов распределены следующим образом (фиг.4): — компаратор ОА1 выделяет ошибки ти

lэ I < Imin

Э вЂ” компаратор DA2 выделяет ошибки ти па 1 > Imax, — компаратор 0АЗ выделяет все случа типа I >1о, — компаратор 0А4 выделяет ошибки ти па 0 < Imln, — компаратор DA5 выделяет ошибки ти пэ U > Umax — компаратор ОА6 выделяет все слу«а типа U > Uo, — компаратор 0А7 выделяет все случа типа U < 0хх.

При выполнении любого из перечисленны неравенств соответствующий компарато вырабатывает сигнал логической единицы в противном случае на выходе такого компа ратора присутствует сигнал логического ну ля. Таким образом, компараторы тока напряжения сварочной дуги преобразую аналоговые ошибки обучения в цифрову форму, Сигналы с выходов компараторо поступают на соответствующие входы блок анализа ошибок 4, который относительн сиг налов тревоги решает следующую систе му логических уравнений (фиг.За):

Ut = Uo Umin Umax Uxx + Uo Umln Umax Uxx, Pt =1т+ Ut.

17 71166

20

50 включением индикатора Ч01 и телефонов

V02 на время действия импульса ошибки.

Кроме того импульс ошибки открывает элемент DD1,1, выход которого управляет счетным входом счетчика числа ошибок DD3. В положениях 1, 2, 3 переключателя S1.1-S1.2 обеспечивается режим экзамена (Pt, К Ut).

В режиме экзамена (фиг.1) сигналы с одного из выходов счетчика ошибок 5 поступают на цифровое таЬло 1U, где высвечиваются в виде двухразрядной десятичной цИфры. С другого выхода счетчика 5 сигналы ошибок поступают на сигнальный вход цифрового компаратора блока сравнения 8. На опорный вход этого же компаратора с выхода блока оперативной памяти 7 поступает сигнал в цифровом коде о допустимом числе ошибок при данном режиме сварки в заданHQM временном интервале, который выбирают таймером 6. Г1редварительную запись данных в блок оперативной памяти 7 осуществляет учитель до начала экзамена. Цифровой компаратор блока 8 сравнивает данные из счетчика 5 и блока 7 и выдает результат сравнения на вход дешифратора 9. Дешиф- 25 ратор,9 анализирует выходные сигналы цифрового компаратора блока 8 и результат анализа выдает на табло 10, где высвечивается оценка, например, "3", "4", "5" по окончании интервала времени, заданного таймером 6.

В режиме работы с учителем необходимые для обучения данные в блок задания режимов сварки 2 и в блок оперативной памяти 7 учитель вводит вручную в соответствии с технологической картой на сварку.

После этого устройство используют в режиме обучения или экзамена, как указано выше, например, при квалификационных испытаниях сварщика, Самообучение осуществляется без учителя на основе масочной сигнализации нарушений заданного учителем режима сварки.

В экспертном режиме исходные данные записываются в блок 2 и блок 7 после выполнения сварки специалистом-экспертом, Соответствующие границы зоны допустимых значений режима сварки (фиг.5) выявляют при помощи блока задания режимов сварки

2. Затем включают таймер на заданное время и эксперт проводит контрольную сварку.

Выявленное при этом число ошибок эксперта вводят в оперативную память 7, а затем используют устройство в режиме обучения или экзамена.

Таким образом, введение в устройство для обучения и оценки мастерства сварщика блока задания режимов сварки, блока компараторов в составе трехуровневого компаратора тока и четырехуровневого компаратора напряжения сварочной дуги, блока анализа ошибок, блока сравнения, блока оперативной памяти, а также счетчика числа ошибок и таймера выгодно отличает предлагаемое устройство от указанного прототипа:

1. Введение в устройство блока задания . режима сварки позволяет записывать и сохранять в памяти обучающие режимы сварки —,с технологической карты на свариваемое изделие, экспертный или заданный учителем.

2. Введение трехуровневого компаратора тока и четырехуровневого компаратора напряжения позволяет преобразовать, непрерывно изменяющиеся сигналы датчиков тока и напряжения дуги в логические переменные, соответствующие ошибкам обучающегося.

3, Введение блока анализа ошибок позволяет выявить нарушения заданного режима сварки обучающимся на основе логического анализа соответствующих логических переменных и логических ограничений, 4. Введение блока сравнения, блока оперативной памяти и счетчика числа ошибок позволяет автоматически и непрерывно сравнивать число ошибок, допущенных обучающимся в процессе сварки, с числом ошибок, заданных учителем или экспертом.

5. Введение таймера позволяет осуществить режим экзамена путем разрешения счетчику подсчитывать только те ошибки, которые обучающийся допускает за заданное учителем время.

6. В совокупности введенные элементы . устройства обеспечивают следующие его возможн Ости: — обучение с учителем и без учителя, — обучение по данным экспертной сварки, — отработка режима сварки по известной технологической карте, — отработка режима cBBpKl по току. напряжению или мощности свара ного тока, — распознавание экспертного режима сварки, — подсчет числа ошибок по любому из параметров режима сварки, — экзамен или квалификационные испытания сварщиков, — инспекционный контроль сварщиков в трассовых условиях.

Формула изобретения

Устройство для обучения и оценки маг.— терства сварщика. содержащее источник сварочного тока, подключенный к электрододе ржател ю зле ктроа кустичес кий и реобразователь. о т л и ч а ю щ е е с я тем. что. с целью повышения дидактических возмож1777166

12 ностей устройства, в него введены блок задания режима сварки, блок компараторов, блок анализа ошибок, счетчик, таймер, блок оперативной памяти, блок сравнения, дешифратор, табло и блок датчиков тока и напряжения, входы которого подключены к источнику сварочного тока, а выходы соединены с информационными входами первой группы блока компораторов, информационные входы второй группы которого соединены с выходами блока задания режима сварки, а выходы соединены с входами блока анализа ошибок, первый выход которого соединен с входом электроакустического преобразователя, второй выход соединен с одним информационным входом табло, а третий выход соединен со счетным входом счетчика. установочный вход которого соединен с первым выходом таймера, а выхо5 ды соединены с информационными входами первой группы блока сравнения, выходы которого соединены с входами дешифратора, а информационные входы второй группы соединены с выходами блока

10 оперативной памяти, информационные входы которого и управляющий вход таймера являются входами устройства, выходы таймера, счетчика и дешифраторэ соединены с другими входами информаци15 онного табло.

1777166

Ьтпах

ФИь 2 тт ) E elri

1Г1аХ

+Un

0вФ

РхОД

0>ж

R!.3

Угп!о

Р,1 4

iJ -(Щ@Д

Рt

1777166

l.)ï

Uplift <

Ь йй

I ë

Uvv

1лах

Ut

Io lain Гг <ах А) 17!7166

ФИГ б

ВР? ? ЭШГ РР? 3 ..РР? 4 ЭРЕ 4 DDA к pi@pc тию

ФИГ. 7

Составитель А.Чалов

Техред М.Моргентал Корректор M.Àíäðóøeíêo

Редактор

Заказ 4124 Тираж Подписное

8НИИПИ Государсгвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Т? !

«+-!

I5

1 — Г::3 — +ЯР

J в.сто г г

- 4 — Ъ