Содержание к диссертации
Введение
1 Характеристика процесса ручной дуговой сварки и методы обучения операторов-сварщиков 9
1.1 Процесс ручной дуговой сварки 9
1.2 Система подготовки и обучения операторов-сварщиков РДС 12
1.2.1 Обучение наплавке в нижнем положении пластин 12
1.2.2 Техника сварки в нижнем положении 13
1.2.3 Основные упражнения при начальном обучении 15
1.2.4 Недостатки системы обучения операторов-сварщиков РДС 16
1.3 Тренажерные технологии 18
1.3.1 Обзор компьютерных тренажерных технологий 18
1.3.2 Классификация тренажеров для профессиональной подготовки операторов-сварщиков 20
1.3.3 Основные задачи, возлагаемые на тренажер для обучения оператора РДС 21
1.3.4 Основные виды деятельности оператора-сварщика РДС при управлении реальным объектом 22
1.3.5 Предпосылки применения тренажера сварщиков, платформой которых является информационно-измерительная система для испытательного стенда обучения 23
1.4 Обучающие системы, применяемые для подготовки сварщиков РДС 24
1.5 Качество сварных соединений и методы контроля 30
1.6 Цели и задачи работы 34
2 Моделирование процесса РДС 36
2.1. Моделирование взаимодействия оператора с процессом РДС 37
2.2 Моделирование оператора РДС как элемента системы слежения 40
2.3 Математическая модель расчета координат отражателей У КС и конца электрода 45
2.4 Расчет углов наклона рамки устройства координатного слежения... 48
Выводы главе 2 51
3 Разработка информационно-измерительной системы для испытательного стенда обучения операторов-сварщиков РДС 53
3.1 Математическая модель плавления виртуального электрода 53
3.2 Математическая тепловая модель 57
3.3 Расчет скоростей виртуального процесса сварки 62
3.4 Структура информационно-измерительной системы для испытательного стенда обучения сварщиков ручной дуговой сварки 63
3.5 Механизм имитатора плавления электрода 65
3.6 Выбор среды и языка программирования 68
3.7 Выбор графической библиотеки 69
3.8 Разработка программного обеспечения 70
3.9 Программная реализация расчетов в пакете MATLAB 76
3.9.1 Расчет основных параметров процесса 76
3.9.2 Применение MATLAB при расчётах по тепловой модели 78
3.10. Информационно-измерительная система регистрации основных параметров процесса 80
3.11 Программная реализация информационно-измерительной системы для регистрации основных параметров процесса в среде Lab VIEW 88
Выводы к главе 3 94
4. Метрологический анализ устройства координатного слежения 96
4.1 Оценка точности УКС при использовании ЭСИ 96
4.2 Разработка методики метрологического анализа УКС 100
Выводы к главе 4 104
5. Экспериментальная проверка адекватности виртуального процесса сварки реальному 106
5.1 Определение степени важности контролируемых параметров процесса на эксперименте 106
5.2 Экспериментальное определение основных реальных параметров процесса РДС 109
5.3 Экспериментальное определение моделируемых параметров виртуального процесса сварки 112
5.4 Проверка адекватности математической модели 116
5.5 Экспериментальная проверка методики обучения на тренажере 121
Выводы к главе 5 126
Основные результаты работы: 127
Список литературы: 129
- Техника сварки в нижнем положении
- Моделирование оператора РДС как элемента системы слежения
- Расчет скоростей виртуального процесса сварки
- Разработка методики метрологического анализа УКС
Введение к работе
Безопасность эксплуатации предприятий энергетики во многом зависит от качества сварных соединений, использованных при их монтаже. Одним из основных путей решения проблемы и удовлетворения компромиссных требований по качеству и производительности является повышение эффективности управления технологическими процессами. В работах Патона Б.Е., Гладкова Э.А., Акулова А.И., Чернова А.В., Кривина В.В., [1-6] построена концепция повышения качества и надежности сварных швов за счет автоматизации сварочного процесса. Однако, несмотря на широкое распространение в промышленности различных видов автоматической и полуавтоматической сварки, ручная дуговая сварка (РДС) до сих пор не потеряла своей актуальности, поскольку некоторые виды сварочных работ можно выполнить только с использованием РДС. Этот вид сварки отличается мобильностью, дешевизной и сравнительно небольшой массой сварочного оборудования.
Анализ повреждаемости сварных соединений в процессе изготовления и монтажа показывает, что наиболее дефектонесущим является именно процесс РДС [5, 7]. Это объясняется сложной физической природой процесса, отсутствием обратной связи по показателям качества и др. Кроме того, к наиболее сложному виду операторской деятельности в сварке плавлением относится процесс РДС, где до 70-80% брака возникает при неэффективном управлении процессом вследствие низкой квалификации сварщиков.
Это приводит к концепции повышения качества сварных соединений, полученных при РДС, за счет увеличения стабильности свойств технологических компонентов процесса, где одним из основных является оператор-сварщик. Происходит это путем качественного обучения, а также надежного и объективного контроля сварщиков на этапе обучения.
В настоящее время в сварочном производстве осуществляется нормативное управление качеством сварных соединений. Множество
5 нормативных документов [8-10] жестко регламентируют все этапы
подготовки, производства и контроля сварных соединений.
Развитие вычислительной техники, широкое использование ПЭВМ обусловили появление нового инструмента проектирования - компьютерной технологии, под которой понимается совокупность форм, методов, и средств автоматизации информационной деятельности в различных областях. Развитые математические, лингвистические и программные средства ПЭВМ позволяют создавать целостные технологические системы сварки, базирующиеся на математической модели процесса и высоком уровне сервиса для пользователя.
Обучение сварщиков РДС основывается на развитии у обучаемых программных моторных навыков путем проведения множества реальных сварочных процессов в различных пространственных положениях разными способами. Причем качество сварного соединения может быть оценено только после окончания сварки, методами разрушающего или неразрушающего контроля. Такой способ оценки качества и навыков работы, особенно на начальных стадиях обучения, является трудоемким, дорогостоящим требует больших затрат времени и применения специализированного оборудования. Другим недостатком первоначального обучения на реальном процессе является то, что инструктор не может объективно контролировать процесс сварки в реальном времени из-за отсутствия совокупной информации о показателях качества формирования сварного соединения.
Решение этих проблем обучения может быть получено при применении информационно-измерительной системы для испытательного стенда обучения операторов-сварщиков РДС, которая является платформой при разработке тренажеров. При этом и из эргономических и из экономических соображений формирование первичных моторных навыков необходимо осуществлять не на реальном процессе, а на тренажере. И лишь только после этого переходить к реальному процессу сварки. Обучение на тренажере
позволяет своевременно фиксировать ошибки и не допускать закрепления «неправильных» навыков.
Рассмотренные обучающие системы, которые используются в настоящее время, частично решают задачу развития моторных навыков у оператора-сварщика. Их основным недостатком является отсутствие возможности оценки показателей качества формирования сварного соединения. Кроме того, отсутствует возможность по окончании процесса предоставить обучаемому трехмерную траекторию перемещений электрода относительно стыка и внешний вид выполненного шва.
Таким образом, указанная проблема является актуальной, а ее решение заключается в сведении первоначального обучения на реальном процессе (развитие моторных навыков) к обучению на тренажере, для создания которого требуется разработка платформы - информационно-измерительной системы для испытательного стенда обучения операторов-сварщиков РДС. И целью диссертационной работы является создание информационно-измерительной системы (ИИС) для повышения производительности и качества обучения операторов ручной дуговой сварки, а также снижения временных и материальных затрат на обучение при подготовке специалистов сварочного производства.
Методы исследований. Экспериментальные исследования проводились с применением цифровой ИИС, а также на базе технологий виртуальной реальности с использованием устройства координатного слежения (УКС) и шлема виртуальной реальности. Для расчета параметров виртуального процесса сварки использовались методы математического моделирования данных, для разработки программного обеспечения и интерфейса - методы проектирования информационных систем, современные методы компьютерной графики.
Новизна научных результатов. Новизна научных результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в разработке:
'.'.'..;":'' .- 7
1)- метода моделирования виртуального процесса сварки (который
адекватен реальному процессу), построенного по измеренным координатам;
системы "рука-держатель-электрод", позволяющего получить основные
параметры процесса, на основе которых оценивается качество формирования
сварного соединения;
методикш расчета распределения погрешностей для устройства координатного слежения (УКС) по его математической модели, позволяющей получать погрешность любого из выходных параметров'при известных погрешностях входных;
новой, информационно-измерительной системы для испытательного.' стенда обучения операторов-сварщиков РДС, позволяющей существенно сократить расходы*.и время на обучение, а.также повысить качество обучения при подготовке специалистов сварочного производства.
— Практическая значимость работы заключается в создании и
внедрении информационно-измерительной системы для испытательного
стенда обучения операторов-сварщиков РДС, позволяющей:
-повысить производительность и качество обучения за счет предоставления своевременной совокупной информации о результатах действий сварщика;
- сократить расходы на. выявление качественных характеристик
сварного шва при; помощи* разработанного программного обеспечения, (по
сравнению с оценкой качества на реальном процессе);
-снизить, расходы на обучение (не требуются электроды; вспомогательный материал, уменьшаются затраты наэлектроэнергию).
На защитувыносятся следующие основные положения работы:
метод моделирования; виртуального . процесса сварки по измеренным координатам системы "рука-держатель-электрод";
методика расчета распределения погрешностей в пространстве устройства координатного слежения по его математической модели;
8 3) информационно-измерительная система для испытательного стенда обучения операторов-сварщиков РДС.
Реализация результатов работы. Теоретические, методические и аппаратно-программные разработки нашли практическое применение в центре подготовки и аттестации сварщиков высокой квалификации при ОАО "Атоммашэкспорт", а также на кафедре ИиУС ВИ(ф) ЮРГТУ в курсах дисциплин "Мультимедиа технологии", "Моделирование систем", "Компьютерная графика".
Разработанная ИИС прошла опытно-промышленные испытания в ЗАО НПК "Эталон". В результате экономический эффект, обусловленный снижением затрат на электроэнергию, электродные и вспомогательные материалы, оценку качества формирования виртуального сварного соединения, составит до 10 т.р. на одного обучаемого.
Техника сварки в нижнем положении
Нижнее пространственное положение позволяет получать сварные швы наиболее высокого качества, так как облегчает условия выделения неметаллических включений, газов из расплавленного металла сварочной ванны. Положение электрода относительно поверхности изделия и готового шва представлено на рис. 1.3, где а - положение поперек оси шва, б - сбоку. Стыковые швы без скоса кромок в зависимости от толщины сваривают с одной или двух сторон. При этом концом электрода совершают поперечные колебания с амплитудой, определяемой требуемой шириной шва. Следует тщательно следить за равномерным расплавлением обеих свариваемых кромок по всей их толщине и особенно стыка между ними в нижней части (корня шва).
Однопроходную сварку с V-образным скосом кромок обычно выполняют с поперечными колебаниями электрода на всю ширину разделки для ее заполнения так, чтобы дуга выходила со скоса кромок на необработанную поверхность металла.
Поперечные сечения стыковых швов: а) однопроходный, б) многослойный, в) многопроходный Сварку швов с Х- или U-образным скосом кромок выполняют так же, как и с V-образным скосом. Однако для уменьшения остаточных деформаций и напряжений, если это возможно, сварку ведут, накладывая каждый валик или слой попеременно с каждой стороны. Швы с Х- или U-образным скосом кромок по сравнению с V-образным имеют преимущества, так как в первом случае в 1,6—1,7 раза уменьшается объем наплавленного металла (повышается производительность сварки). Кроме того, уменьшаются угловые деформации, а возможный непровар корня шва образуется в нейтральном по отношению к изгибающему моменту сечении.
В связи с тем, что обучаемый оператор в процессе сварки совершает сложные манипуляции электродом под различными углами наклона электрода, а информация о состоянии процесса ограничена, обучить оператора-сварщика является непростой задачей. Для того чтобы добиться качественного ведения процесса сварки во всех пространственных положениях, требуются значительные временные и материальные затраты.
При разработке учебных программ подготовки сварщиков РДС, необходимо учитывать, что при существующей системе подготовки трое из десяти обучившихся профессии оказываются непригодны для квалификационного выполнения даже простых сварочных работ, а семь из десяти — непригодны для выполнения сварочных работ в сложных условиях, связанных с высоким нервно-эмоциональным напряжением (работа на высоте, в сложных климатических условиях и т.п.) [23]. Такая ситуация сложилась из-за того, что при существующей системе подготовки сварщиков: - контроль практических навыков осуществляется только по итогам опытов и испытаний образцов, что не позволяет своевременно заметить формирование ложных навыков, и приводит к неоправданно большим материальным и временным затратам на переучивание [24]; - при начальном обучении на реальном процессе оценка обучаемым хода сварки по зрительной и слуховой информации происходит на фоне значительного уровня помех и быстрого утомления зрения. Это обусловлено отсутствием сформированных программных моторных навыков, что затрудняет выделение обучаемым полезной информации о процессе. Кроме того, увеличиваются сроки и затраты на формирование у обучаемого навыков «правильной» оценки состояния процесса; - при обучении не учитывается, что объем, и скорость формирования устойчивых знаний и практических навыков у разных учеников может существенно отличаться, и что форма представления, количество упражнений, их повторение, период задержки перед новой порцией информации необходимо корректировать в зависимости от индивидуальных характеристик обучаемого [25]; - не уделяется должного внимания обучению приемам и правилам проверки состояния сварочного оборудования, особенно последних моделей, и подготовке его к работе, а также вопросам профилактического обслуживания сварочного оборудования [26]; - результаты обучения в существенной мере зависят от субъективных характеристик (педагогических возможностей) обучающего, а контроль текущего усвоения и итогов обучения неоправданно трудоемок. Кроме того, по результатам тестовой сварки контрольных образцов невозможно определить какие из элементов квалификации необходимо совершенствовать; - повышение квалификации сварщиков происходит случайным образом в ходе их конкретной практической деятельности с соответствующими дефектами, ущербом и материальными издержками. При переподготовке основное внимание уделяется только углублению теоретических знаний, а тренажа адаптационных возможностей сварщиков к различным условиям работы не ведется.
При отсутствии у обучаемого сформированных зрительных и слуховых эталонов ведения процесса (т.е. связи «действие - результат») на начальном этапе обучения, а также в связи с невозможностью объективно и своевременно оценивать процесс со стороны инструктора, возможно формирование и закрепление неправильных навыков, что является недопустимым при- начальном обучении. Поэтому возникает необходимость в применении информационно-измерительной системы для испытательного стенда обучения операторов-сварщиков РДС, которая является основным элементом мультимедийного тренажера для обучения. Тренажер позволяет проводить виртуальный процесс сварки, и в каждый момент времени оценивать информацию о показателях качества формирования виртуального сварного соединения.
Моделирование оператора РДС как элемента системы слежения
Несмотря на большой объем используемой сварщиками информации, необходимо учесть, что в каждый момент времени оператор может реагировать только на один вид информации. Поэтому было решено анализ взаимодействия сварщика с объектом проводить по модели «Зрительный анализатор (ЗА) - моторный вход (MB)», в которой оператор следит за одним из основных параметров процесса с помощью корректирующих движений руки [50]. В качестве выходного регулируемого параметра принята длина дуги Ьд.
Зрительный анализатор в модели представлен в виде совокупности двух звеньев: нелинейного звена с зоной нечувствительности Ьн и апериодического звена с запаздыванием. Величина зоны нечувствительности задается разрешающей способностью зрения, которая при оптимальных условиях (при освещенности 100 -700 лк, минимальной экспозиции 0,8 с и расстоянием 330мм) [51] составляет порядка 1 угловой минуты, что в пересчете равно 0,1 мм.
При смещении условий от оптимальных, разрешающая способность зрения снижается. Так, при непрерывном наблюдении более 3-х секунд за объектом на уровне разрешающей способности зрения, как показал специальный эксперимент, зрительная информация перестает восприниматься [52]. При длительных работах для анализа деятельности оператора используется оперативный порог чувствительности, который выше абсолютного порога чувствительности примерно на порядок. Поэтому при моделировании величину bN изменяли в пределах 0,1-Ю,5 мм. Второе звено -это апериодическое звено с запаздыванием. Величина постоянной времени Т3 принималась равной 0,01- 0,02 с [51]. Моторный выход представлен также апериодическим звеном с запаздыванием. Постоянная времени звена Тм принималась равной 0,04с. Суммарное запаздывание звеньев, которое согласно [51] в оптимальных условиях равно 0,12- -0,2 с, при моделировании варьировалось в пределах 0,1-0,5 с. Возрастание запаздывания т зависит от степени физического утомления зрения.
Решение этого уравнения можно получить как точку пересечения двух указанных характеристик. В точке пересечения из кривой W4(jco) берем значение частоты Й, а из кривой WH(a)- значение амплитуды а искомого периодического решения.
Из рисунка видно, что с увеличением г (а это происходит при накоплении утомления) величина суммарного коэффициента передачи, соответствующая граничному условию автоколебаний, падает. Так при ТУ0,2с Ks не должен превышать величины 1,1. Установившаяся ошибка регулирования длины дуги AIvcm = AI/(I + Ks)(где д/- величина возмущения по длине дуги) с уменьшением величины Кх, возрастает. Т.е. при накоплении утомления, с ростом г удается обеспечить все меньшую точность регулирования.
Проведены исследования характеристик работы оператора в области автоколебаний. Пересечение W,{j&) и Мн(а) находилось следующим образом. В начале задавалась искомая амплитуда автоколебаний. После чего, при заданном значении Ьн определялось значение функции - Мн (а).
Для заданных значений Ти,Т3,т (а значит и уже вычисленных значений частоты со„) определяли значение Кг, при котором W,XJCO) = -M н{а). Варьируя значение Ьн и проводя указанную выше последовательность действий, были построены линии равных амплитуд автоколебаний (рис.2.5). Видно, что со снижением порога чувствительности (с возрастанием Ън) амплитуда автоколебаний растет. Так, например, при увеличении Ън с 0,1 мм до 0,2 мм, амплитуда автоколебаний возрастает вдвое, (например, для электрода 0Э=2 мм она возрастает с 2 мм до 4 мм). При дальнейшем снижении порога чувствительности зрительного анализатора она выходит за пределы допустимых колебаний длины дуги. Кроме того, чем меньшую амплитуду колебаний требуется обеспечить, тем в большем диапазоне требуется изменять Ks, т.е. тем выше требования к адаптационным свойствам моторного выхода.
По результатам проведенного моделирования можно сделать вывод, что качество регулирования длины дуги (и качество регулирования смещения электрода относительно стыка) в значительной мере зависят от психофизических параметров оператора РДС, их стабильности во времени. Поэтому, для того, чтобы правильно оценить допустимый временной интервал качественного регулирования процесса РДС конкретным оператором в режиме «зрительный анализатор - моторный выход», необходимо знать, как изменяются психофизические параметры оператора и, в первую очередь, характеристики зрения в условиях реальной работы.
Расчет скоростей виртуального процесса сварки
Скорость сварки VCB - это скорость, с которой формируется сварной шов вдоль его продольной оси, при условии горения дуги [1]. Рассчитывается на основе информации о перемещении торца электрода вдоль продольной оси шва. Движениями дуги, вызванными наклоном электрода пренебрегаем в связи с малыми размерами дуги.
Основным элементом (платформой) в тренажере сварщика РДС, является информационно-измерительная система, которая- обеспечивает реалистичное присутствие обучаемого в трехмерном пространстве , и проведение в нем виртуального процесса сварки. На основании расчета-параметров объектов средствами системы формируется визуальная картина процесса.
Рассматриваемую систему можно: разделить на две основные части — это аппаратные средства, обеспечивающие визуализацию процесса, сбор, транспортировку данных о процессе: виртуальной1 сварки к ЭВМ; и программные: средства, позволяющие вести виртуальный: процесса сварки, а также производить различную обработку измеренных данных.
В состав системы входят: шлем виртуальной реальности eMagih Z800; 3D Visor с: акустической, стереосистемой, устройство; координатного слежения (УКС) Natural Point TrackIR; ПЭВМ, устройство для. имитации плавления электрода (ИПЭ).
Шлем виртуальной реальности (рис.3.3) обеспечивает реалистичное присутствие обучаемого в виртуальном трехмерном пространстве.. В него встроена, акустическая стереосистема, для воспроизведения естественного звукового фона процесса сварки. Шлем создаёт объёмное изображение, подавая две разные картинки каждому глазу [109]. В шлеме возможна работа в 2D и 3D режимах под операционной системой Windows.
При разработке информационно-измерительной системы возникла необходимость определения координат и положения имитатора сварочного электрода в пространстве. В качестве устройства координатного слежения (УКС) выбран трекер Natural Point TrackIR 4 (рис.3.3). Данное устройство является инфракрасным излучателем и приемником одновременно. УКС состоит из излучателя-приемника (трекера) и системы отражателей (рамки). Инфракрасная камера со встроенной подсветкой следит за рамкой с тремя отражателями, прикрепленными к жесткой рамке, соединенной с имитатором плавления электрода. Программное обеспечение позволяет в каждый момент времени определять координаты торца электрода и углы его наклона.
Имитатор электрода выполнен на основе стандартного э л ектро до держателя. Физическая модель электрода состоит из двух телескопических трубок. Внутренняя трубка втягивается во внешнюю со скоростью сгорания электрода с помощью специального механизма тянущего типа. Механизм состоит из электродвигателя, электромагнитной муфты, гибкого вала, соединяемого с роликом, на который наматывается струна. Ролик находится в электрододержателе напротив отверстия телескопической трубки. Один конец струны закреплен на ролике, другой на торце трубки.
Рис.3.4 Имитатор плавления электрода При нажатии на кнопку «Сварка» при возбуждении виртуальной дуги происходит включение электродвигателя и гибкий вал начинает вращаться (электромагнитная муфта является нормально включенной). При этом ролик, закрепленный на противоположном конце гибкого вала, наматывает на себя струну и втягивает трубку меньшего диаметра в трубку большего размера. Выключение механизма сгорания электрода происходит в момент разрыва дуги.
Возврат электрода в исходное положение производится вручную. Для этого необходимо правой рукой нажать на рычаг электродержателя, который служит в обычном электрододержателе для замены электрода, а левой рукой вытянуть одну трубку из другой. В этот момент электромагнитная муфта будет разомкнута за счет конечного выключателя и промежуточного реле. После опускания вышеуказанного рычага электрододержатель готов к работе.
Микросхема МАХ232 является контроллером интерфейса RS232, предназначена для согласования уровней напряжения СОМ-порта и ТТЛ (транзисторно-транзисторная логика). Это требуется для взаимодействия ПК и микроконтроллера (МК) МС68НС11А8 через СОМ-порт. МК принимает сигналы от ПК, в зависимости от которых регулирует скорость и направление вращения двигателя постоянного тока.
Регулирование скорости плавления электрода происходит, как показано на рис.3.6. При помощи УКС считываются координаты торца электрода системы «рука-держатель-электрод», которые через USB интерфейс передаются в программный комплекс информационно-измерительной системы. В нем по представленной математической модели происходит расчет скорости плавления электрода, значения которой передаются через СОМ-порт в систему для имитации плавления электрода.
Разработка методики метрологического анализа УКС
Для обеспечения приемлемой точности был разработан оригинальный алгоритм определения координат и проведен его метрологический анализ на описанной математической модели определения координат отражателей рамки УКС и конца электрода, изображенной на рис.2.6, описанной в главе 2. Оценим распределение погрешностей УКС согласно этой модели.
Общепринятой практикой при метрологическом исследовании является линеаризация функции преобразования вектора входных параметров г в вектор выходных параметров R: R = T(r), осуществляемой прибором. Необходимо учитывать также, что процесс преобразования подвергается определенным помехам, которые приводят к погрешностям выходных сигналов. Погрешности в данных, связанные с реализацией прибора (например, погрешности дискретизации), всегда можно формально заменить равными им внешними помехами (т.е. входными параметрами). Поэтому, не теряя общности, считаем, что любые погрешности выходных параметров вызываются искажениями входных.
В большинстве случаев математическая модель прибора представляет собой систему уравнений относительно R, г и вектора промежуточных переменных М. Кроме того, часто удобно рассматривать не погрешность каждого из входных параметров отдельно, а их общую среднеквадратичную погрешность (например, при независимых нормально распределенных случайных погрешностях). Поэтому оценку погрешности будем получать в зависимости от такой "групповой" исходной погрешности. При расчете учитывались измеренные экспериментально погрешности значений координат отражателей равные около 0.1 пикселя (0.02). Отличия от экспериментально измеренных погрешностей не превысили 3%. Оценка погрешности точки для RQ (конец электрода) оказалась выше вследствие нарастания дополнительных погрешностей и оказалась в пределах 0,5 мм. Для моделирования процесса ручной дуговой сварки такое значение сочтено приемлемым. В результате информация, о погрешностях до и после применения математической модели представлена в таблице 2:
1. В ходе проведения эксперимента по оценке погрешностей устройства координатного слежения показано, что имеет место недостаточная точность выдаваемых устройством абсолютных координат в трехмерном пространстве. Сделано предположение, что, это происходит из-за некорректного алгоритма (программный код которого является закрытым) расчета координат, применяемого разработчиком УКС.
2. Путем анализа созданной математической модели расчета координат отражателей рамки УКС и конца электрода, разработана методика метрологического анализа. Получена оценка погрешности любого из выходных параметров УКС, при известных погрешностях входных, причем погрешности входных параметров (определение образа на пиксельной матрице камеры) оценены экспериментально.
3. Применение методики позволило повысить точность определения координат рамки УКС, по сравнению с применением программного обеспечения производителя. Полученные численные значения погрешностей, позволяют применять УКС для моделирования процесса РДС.
При оценке состояния процесса дуговой сварки, оператор имеет дело с большим объемом информации. Однако, оператор очень чувствителен к объему и частоте предъявления информации. Например, при предъявлении больше пяти единиц информации в секунду зачастую происходит срыв операторской деятельности [106]. При длительной работе оператора необходимо учитывать, что информацию следует подавать не чаще, чем через 0,5 сек [51]. Поэтому для определения степени важности информации, используемой при сварке, было проведено анкетирование среди сварщиков 4-6 разрядов. Один из основных вопросов был сформулирован следующим образом: «На какие параметры из нижеперечисленных Вы обращаете внимание при сварке и постоянно их контролируете? Поставьте номера ответов в порядке их значимости для Вас». Полученные при опросе ответы были обработаны методом парных сравнений [50]. Результаты сведены в таблицу 5.1. В строке для каждого из факторов записано число операторов, поставивших этот фактор на определенное место по значимости.
Обработка результатов анкетирования показывает, что большинство сварщиков РДС ключевым регулируемым и информативным параметром считают длину дуги. В связи с этим, данный параметр выбран в качестве основного регулируемого в информационно-измерительной системе для испытательного стенда обучения операторов-сварщиков РДС.
Особенностью предметной области, то есть процесса РДС, является то, что надежное и оперативное измерение возможно только для мгновенных значений тока и напряжения сварки (в некоторых работах используются также шум дуги и перемещения электрода). Остальные параметры могут быть получены только при исследовании готового шва и подвержены необъективности, так как содержат элементы экспертных оценок. Это приводит к необходимости максимально полного использования имеющейся информации [36].
Эксперимент по считыванию в процессе сварки реальных сигналов тока и напряжения на дуге производится при помощи информационно-измерительной системы регистрации основных параметров процесса, представленной в главе 3. Экспериментальные процессы сварки проведены с использованием инверторного источника питания PRESTIGE 164.
На выходах блока согласующих усилителей получаем сигналы тока сварки и напряжения, характеризующие динамические процессы в сварочной цепи. Эти сигналы являются аналоговыми, и для обработки на ЭВМ требуется преобразование их в цифровой вид при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП).
