專利名稱：一種通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿真電焊機，尤其指電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)及方法。
背景技術(shù)：
一個合格電焊工的前期技能培訓(xùn)，一般的方法是進行實地訓(xùn)練。這樣需要投入大量經(jīng)費，包括耗費大量的電焊條、鋼板和電力資源，同時，也因電焊機工作而引起周圍環(huán)境的污染。
為了在便于電焊工技能培訓(xùn)的同時，降低能源消耗，節(jié)約電焊條和鋼板原材料，業(yè)內(nèi)出現(xiàn)了一種就形式和功能上已經(jīng)能夠完全替代真實電焊機進行技能培訓(xùn)的仿真電焊機。
該仿真電焊機第一代產(chǎn)品主要采用一種繼電器切換方式，輸出的標(biāo)色設(shè)置比較簡單，仿真電焊過程所產(chǎn)生的誤差較大，難以滿足電焊機實際訓(xùn)練的要求。同時也缺乏數(shù)據(jù)采集和測試評估的功能，因此開發(fā)一個，尤其是焊接質(zhì)量檢測精度和可靠性滿足要求的電焊機仿真的教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，是至關(guān)重要的。一般焊接質(zhì)量主要通過兩個技術(shù)指標(biāo)來進行考核與評估，一是仿真電焊條焊接點的行走軌跡，在線檢測是否超出可允許的區(qū)域范圍，以此評估電焊操作的熟練程度；二是仿真電焊條與焊接板材之間的距離，是否處于允許的數(shù)值范圍內(nèi)。
因此如何保證上述兩個技術(shù)指標(biāo)檢測的精度和可靠性是本申請人致力研究的內(nèi)容之一。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種焊接質(zhì)量檢測精度和可靠性得以提高的通用電焊機仿真系統(tǒng)及方法，通過該仿真系統(tǒng)建立一個電焊機仿真的教學(xué)實訓(xùn)裝置，能夠真實模擬電焊過程和訓(xùn)練要求，進行實時監(jiān)控和評價。
本發(fā)明所提供的一種通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，包括用于提供電焊技能訓(xùn)練操作界面的電焊操作界面軌跡裝置，其特征在于，它還包括數(shù)據(jù)采集裝置，與所述電焊操作界面軌跡裝置相連，完成對仿真電焊條運行方式的實時檢測和控制；計算機處理及顯示裝置，與所述數(shù)據(jù)采集裝置相連，用于數(shù)據(jù)采集和信號處理，以及提供電焊操作軌跡圖形的顯示和輸出仿真電焊過程的數(shù)據(jù)，準確反映電焊操作的軌跡是否正確和訓(xùn)練水平的高低，同時對模擬電焊軌跡和距離檢測要素的存儲及管理。
在上述通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集裝置包括點陣式電焊走向數(shù)據(jù)采集裝置，用于仿真電焊條焊接點的行走軌跡在線檢測，根據(jù)其軌跡是否超出可允許的區(qū)域范圍，同步給出相應(yīng)設(shè)定的標(biāo)色，以評估電焊操作員偏離給定軌跡的程度。
在上述的通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)采集裝置包括焊接距離自動測試裝置，用于仿真電焊條與模擬軌跡工作面之間距離的實時檢測。
本發(fā)明還提供了一種通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)方法，包括下列步驟首先，在仿真焊接過程中以仿真電焊條緩緩后退來模擬電焊條在實際焊接過程中的材料消耗；其次，在模擬電焊工作區(qū)域選取實驗曲線的樣片，手持仿真電焊條在模擬電焊工作區(qū)域緩緩向板材面遞進并沿著實驗曲線行走，一方面對仿真電焊條與“焊接板材”之間的距離進行實時監(jiān)控，當(dāng)該距離超出或小于規(guī)定的數(shù)值范圍，系統(tǒng)都將及時進行信息反饋并通過計數(shù)或報警方式進行告示；另一方面檢測操作者的電焊行走路徑，并進行判斷是否超出實驗曲線的范圍，采用同步給出設(shè)定的標(biāo)色評估電焊操作員偏離給定軌跡的程度；最后，由計算機對模擬電焊曲線、距離檢測結(jié)果進行存儲，并作系統(tǒng)管理，同時可根據(jù)用戶的需要及時給出實際電焊曲線、距離失控情況以及綜合評價。
在上述的通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)方法中，插入的曲線樣片包括三角形、波浪形和鋸齒形。
在上述的通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)方法中，設(shè)定的標(biāo)色設(shè)置在選定的實驗電焊運行軌跡周圍，并以綠色、黃色和紅色進行區(qū)域標(biāo)色。
采用了上述的技術(shù)解決方案，即在原仿真電焊機的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)采集裝置(采用單片機)進行電焊模擬操作過程的自動跟蹤，通過計算機繪出電焊的掃描軌跡，增加焊接質(zhì)量的檢測和評價。本發(fā)明通過創(chuàng)建一個電焊技能仿真的教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，能夠真實仿真電焊過程和要求，進行實時監(jiān)控和評價，準確反映電焊操作軌跡是否正確和訓(xùn)練水平的高低，適用于電焊技能的系統(tǒng)化和專業(yè)化培訓(xùn)。本發(fā)明既能達到培訓(xùn)的真實效果，又可大幅降低能源消耗、節(jié)約電焊條和鋼板原材料、增加經(jīng)濟效益的優(yōu)勢，同時避免電焊機工作所引起的環(huán)境污染。


圖1是本發(fā)明通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)的示意圖；圖2是本發(fā)明電焊機仿真系統(tǒng)工作原理框圖；圖3是電焊間距示意圖；圖4是本發(fā)明3種比較典型的電焊軌跡示意圖；圖5是本發(fā)明模擬電焊的工作區(qū)域示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明之一，一種通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)如圖1所示，通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)包括電焊操作界面軌跡裝置3、數(shù)據(jù)采集裝置2和計算機處理及顯示裝置1，其中電焊操作界面軌跡裝置3用于提供電焊技能訓(xùn)練操作的界面；數(shù)據(jù)采集裝置2，采用單片機來完成對仿真電焊條運行方式的實時檢測和控制；計算機處理及顯示裝置1用于數(shù)據(jù)采集和信號處理，以及提供電焊操作軌跡圖形的顯示和輸出仿真電焊過程的數(shù)據(jù)，準確反映電焊操作的軌跡是否正確和訓(xùn)練水平的高低，同時對模擬電焊軌跡和距離檢測等要數(shù)的存儲及管理。
數(shù)據(jù)采集裝置2包括點陣式電焊走向數(shù)據(jù)采集裝置21和焊接距離自動測試裝置22，其中點陣式電焊走向數(shù)據(jù)采集裝置21，用于仿真電焊條焊接點的行走軌跡，跟蹤檢測電焊條運行軌跡和偏離狀態(tài)，即在線檢測是否超出可允許的區(qū)域范圍，同步給出相應(yīng)設(shè)定的標(biāo)色，以評估電焊操作員偏離給定軌跡的程度。
焊接距離自動測試裝置22，用于仿真電焊條與模擬軌跡工作面之間距離的實時檢測，是否處于5mm～15mm焊接可允許的數(shù)值范圍。
本發(fā)明之二，一種通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)方法在電焊機的實際焊接過程中，電焊條焊接點與板材之間必須保持一個合適的距離，電焊條與板材靠得太近會產(chǎn)生黏附效應(yīng)，而離開太遠難以產(chǎn)生電弧效果，這兩種情況都會影響電焊的質(zhì)量或造成不能焊接，因此保持一個合適的距離，是以確保焊接的有效性并提高電焊質(zhì)量的基礎(chǔ)。
為了真實反映電焊條材料實際消耗速度，在仿真焊接過程中仿真電焊條模擬移動驅(qū)動系統(tǒng)將在一個小型馬達的牽引下使得仿真電焊條緩緩后退，以便模擬電焊條在實際焊接過程中的材料消耗，如圖3所示電焊間距示意圖。所以在仿真焊接時，手持仿真電焊條也必須緩緩向板材面遞進，保持仿真電焊條與焊接板材之間5mm～15mm距離，以抵消仿真電焊條的后退量(既實際電焊條的消耗速度)。
因此，本發(fā)明方法包括下列步驟首先，在仿真焊接過程中使仿真電焊條緩緩后退來模擬電焊條在實際焊接過程中的材料消耗；其次，在模擬電焊工作區(qū)域選取實驗曲線的樣片，手持仿真電焊條在模擬電焊工作區(qū)域緩緩向板材面遞進并沿著實驗曲線行走，一方面對仿真電焊條與“焊接板材”之間的距離進行實時監(jiān)控，當(dāng)該距離超出或小于規(guī)定的5mm～15mm數(shù)值范圍，系統(tǒng)都將及時進行信息反饋并通過計數(shù)或報警方式進行告示；另一方面檢測操作者的電焊行走路徑，并進行判斷是否超出實驗曲線的范圍，采用同步給出設(shè)定的標(biāo)色評估電焊操作員偏離給定軌跡的程度；最后，由計算機對模擬電焊曲線、距離檢測結(jié)果進行存儲，并作系統(tǒng)管理，同時可根據(jù)用戶的需要及時給出實際電焊曲線、距離失控情況以及綜合評價。
上述的模擬電焊工作區(qū)域是電焊機仿真系統(tǒng)的操作界面，在這個工作區(qū)域可以插入不同曲線的樣片，3種比較典型的電焊軌跡如圖4所示，三角形、波浪形、鋸齒形，比較真實地模擬不同的電焊操作環(huán)境。這些圖形都有共同的特征，即后一個圖形重復(fù)前一個圖形，這就是通常所說的周期。操作者可以按照曲線的規(guī)定走向來控制電焊過程的行走路徑，通過不同電焊軌跡的訓(xùn)練，仿真電焊過程基本模擬出不同的實際操作環(huán)境。
為了比較完整地檢測出操作者的電焊行走路徑，并進行判斷是否超出實驗曲線的范圍，在工作區(qū)域的下面均勻配置有信號點陣接收點，如圖5所示。信號接收主要是采集和跟蹤電焊工模擬“電焊條”的運行軌跡。在點陣顯示中，根據(jù)給定要求電焊運行的軌跡，譬如對于圖5所示的三角形軌跡，點陣排布方式采用三色檢測和顯示技術(shù)，即沿著規(guī)定軌跡周圍，設(shè)置有綠色、黃色、紅色區(qū)域，仿真電焊條移動到什么地方，點陣傳感器檢測并顯示某種顏色。綠燈區(qū)域，表示實際電焊運行軌跡位于被允許的合格帶狀區(qū)域內(nèi)，就是當(dāng)電焊操作者嚴格運行在這一區(qū)域，表示電焊軌跡控制具有較高的技能，電焊運行到這些地方將會依次以綠燈顯示。黃燈區(qū)域，表示實際電焊運行軌跡有部分偏離了所規(guī)定的電焊區(qū)域，電焊條一旦運行到這些地方將會依次以黃燈顯示。紅色區(qū)域，表示實際電焊運行軌跡比較嚴重偏離了所規(guī)定的電焊區(qū)域，電焊條如果運行到這些地方將會依次以紅燈顯示，表明電焊操作出現(xiàn)很大偏離失誤。
圖2為本發(fā)明的工作原理框圖，包括下列過程電焊條模擬移動驅(qū)動→模擬電焊工作區(qū)域→電焊條與模擬電焊工作區(qū)域距離檢測→點陣式電焊走向數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)→計算機模擬電焊曲線、距離檢測存儲、管理系統(tǒng)→三色電焊工作狀態(tài)評估實時顯示。
綜上所述，本發(fā)明通過行走軌跡和板材距離的測定，比較完整地反映出電焊實習(xí)者在操作過程中兩個技能要素，通過這種實時顯示方式，可以比較客觀地對電焊操作進行定量評估。特別是當(dāng)采用網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)后，通過一臺計算機可實現(xiàn)對一組或多組仿真電焊機的網(wǎng)絡(luò)化管理。根據(jù)計算機采集的各類信息，可以實現(xiàn)對測試者的電焊操作過程進行電腦統(tǒng)計、分析和測評，因此將節(jié)約大量考核人員的勞動強度。而顯示內(nèi)容能即時給出“電焊條”的所到之處，以此評估電焊工技能情況。
需要說明的是以上僅用以說明而非限制本發(fā)明的技術(shù)方案，盡管參照上述實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解依然可以對本發(fā)明進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明的精神和范圍的任何修改或局部替換，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，包括用于提供電焊技能訓(xùn)練操作界面的電焊操作界面軌跡裝置，其特征在于，它還包括數(shù)據(jù)采集裝置，與所述電焊操作界面軌跡裝置相連，完成對仿真電焊條運行方式的實時檢測和控制；計算機處理及顯示裝置，與所述數(shù)據(jù)采集裝置相連，用于數(shù)據(jù)采集和信號處理，以及提供電焊操作軌跡圖形的顯示和輸出仿真電焊過程的數(shù)據(jù)，準確反映電焊操作的軌跡是否正確和訓(xùn)練水平的高低，同時對模擬電焊軌跡和距離檢測要要素的存儲及管理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括點陣式電焊走向數(shù)據(jù)采集裝置，用于仿真電焊條焊接點的行走軌跡在線檢測，根據(jù)其軌跡是否超出可允許的區(qū)域范圍，同步給出相應(yīng)設(shè)定的標(biāo)色，以評估電焊操作員偏離給定軌跡的程度。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)，其特征在于所述的數(shù)據(jù)采集裝置包括焊接距離自動測試裝置，用于仿真電焊條與模擬軌跡工作面之間距離的實時檢測。
4.一種通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)方法，包括下列步驟首先，在仿真焊接過程中以仿真電焊條緩緩后退來模擬電焊條在實際焊接過程中的材料消耗；其次，在模擬電焊工作區(qū)域選取實驗曲線的樣片，手持仿真電焊條在模擬電焊工作區(qū)域緩緩向板材面遞進并沿著實驗曲線行走，一方面對仿真電焊條與“焊接板材”之間的距離進行實時監(jiān)控，當(dāng)該距離超出或小于規(guī)定的數(shù)值范圍，系統(tǒng)都將及時進行信息反饋并通過計數(shù)或報警方式進行告示；另一方面檢測操作者的電焊行走路徑，并進行判斷是否超出實驗曲線的范圍，采用同步給出設(shè)定的標(biāo)色評估電焊操作員偏離給定軌跡的程度；最后，由計算機對模擬電焊曲線、距離檢測結(jié)果進行存儲，并作系統(tǒng)管理，同時可根據(jù)用戶的需要及時給出實際電焊曲線、距離失控情況以及綜合評價。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)方法，其特征在于所述插入的曲線樣片包括三角形、波浪形和鋸齒形。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)方法，其特征在于所述設(shè)定的標(biāo)色設(shè)置在選定的實驗電焊運行軌跡周圍，并以綠色、黃色和紅色進行區(qū)域標(biāo)色。
全文摘要
一種通用電焊機仿真教學(xué)實訓(xùn)系統(tǒng)及方法，其系統(tǒng)包括電焊操作界面軌跡裝置、數(shù)據(jù)采集裝置和計算機處理及顯示裝置，其中，數(shù)據(jù)采集裝置用于完成對仿真電焊條運行方式的實時檢測和控制；計算機處理及顯示裝置用于數(shù)據(jù)采集和信號處理，提供電焊操作軌跡圖形的顯示和輸出仿真電焊過程的數(shù)據(jù)，準確反映電焊操作的軌跡是否正確和訓(xùn)練水平的高低，同時對模擬電焊軌跡和距離檢測要素的存儲及管理。本發(fā)明在原仿真電焊機的基礎(chǔ)上，通過數(shù)據(jù)采集裝置(采用單片機)進行電焊模擬操作過程的自動跟蹤，通過計算機繪出電焊的掃描軌跡，增加焊接質(zhì)量的檢測和評價。本發(fā)明既能達到培訓(xùn)的真實效果，又可大幅降低能源消耗、節(jié)約電焊條和鋼板原材料，同時避免電焊機工作所引起的環(huán)境污染。
文檔編號G09B25/00GK1963889SQ200510110318
公開日2007年5月16日 申請日期2005年11月11日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月11日
發(fā)明者劉啟中, 張方良, 林耀明 申請人:上海工程技術(shù)大學(xué)