基于虛擬儀器的CO2弧焊分析儀的研制
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介紹利用LabWindows/CVI研制的CO2弧焊測試分析儀。從硬件及軟件兩方面對該虛擬儀器的構成和設計給予了詳細描述。實際測試表明，該系統適于現場監測，有較強的信號分析處理能力，便于人們直觀地對焊接過程穩定性作出評估。
關鍵詞：虛擬儀器；監測分析；CO2弧焊
Virtual Instrument for Monitoring and Analysing of CO2 Arc Welding
WANG Xiaochuan1, YANG Zonghui2
(1.College of Mechanic and Engineering, Chongqing University,
Chongqi ng 400044, China;
2.Nanjin Engineering College, Nanjin 210013, China)
Chongqi ng 400044, China;
2.Nanjin Engineering College, Nanjin 210013, China)
Key words: VI(virtual instrument); monitoring and analysing; CO 2 arc welding
1系統硬件結構
測試分析儀的硬件結構如圖1所示。主要包括焊接電流、電壓傳感器、數據采集卡、計算機等。
測試分析儀的硬件結構如圖1所示。主要包括焊接電流、電壓傳感器、數據采集卡、計算機等。
? 數據采集卡采用基于PCI總線的AC6111多功能卡，該卡提供16路12位A/D轉換，最高采樣頻率可達400kHz，能夠滿足焊接電弧信號采樣頻率要求。其A/D轉換與計算機采用FIFO接口，FIFO容量為4KB，可提供FIFO空、半滿、溢出標志，半滿標志支持中斷。該卡還提供2路12位D／A輸出、16路可編程開關量、一路16位計數器。
采集的電流、電壓信號經計算機處理后由顯示器實時顯示相關數字、波形，同時將采集的原始數據存盤，用于焊后波形回放、數據分析處理、曲線及報表打印。??
采集的電流、電壓信號經計算機處理后由顯示器實時顯示相關數字、波形，同時將采集的原始數據存盤，用于焊后波形回放、數據分析處理、曲線及報表打印。??
軟件開發選用NI公司的虛擬儀器開發工具LabWindows/CVI。設計的軟件系統總體結構如圖2所示。
數據采集主要完成焊接電流、電壓信號的采集及實時波形顯示。基于數據分析處理的需要，要求在一個較長時間段內采集、存儲大量的數據，并同時顯示電流、電壓波形。因為波形的實時顯示和數據存儲都是相當耗時的，如果采用一般的單線程編程，必然會造成數據丟失。為此，系統采用多線程編程技術。本系統中用主線程AcquireDataThread實現高速數據采集(200kHz)，當它接收到半個FIFO緩沖區滿的消息時將數據存入數據文件，同時通過DisplayDataThread線程在控制界面上顯示數據，獲得動態的實時焊接電流電壓波形。兩個線程之間的通訊通過管道技術實現數據的實時傳輸，程序同時采用了雙緩沖技術和消息機制。管道函數可通過CmtNewTSQ、CmtReadSTSQData、CmtWriteTSQData等函數實現。
數據分析主要包括對存儲的原始數據進行濾波、信號波形回放、瞬時UI曲線繪制、對電流電壓數據統計分析后作出其概率密度分布圖，作為焊接過程穩定性評判依據。?
數據分析主要包括對存儲的原始數據進行濾波、信號波形回放、瞬時UI曲線繪制、對電流電壓數據統計分析后作出其概率密度分布圖，作為焊接過程穩定性評判依據。?
采用本系統對CO2弧焊短路過渡過程進行了實際測試；短路過渡的CO2弧焊是一個“燃弧短路”不斷循環的過程。圖3為焊接電流、電壓信號波形，可以觀察分析“燃弧短路”階段電流電壓變化過程及兩者對應關系，對焊接生產過程進行實時監測。
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基于虛擬儀器的CO2弧焊測試分析儀界面友好、操作簡單，可對焊接生產過程進行實時監測，能給出瞬時電流電壓UI圖及電壓、電流概率密度分布圖等分析結果，據此可直觀地評估CO2焊接過程穩定性，為更深入地研究焊接過程電弧燃燒、熔滴短路過渡特性、機理，優化焊接系統設計提供了理論依據及標準。此外，虛擬儀器技術用于CO2弧焊測試分析，使系統具有先進的理論基礎及方便的技術手段，便于獲得豐富的測試分析結果，儀器的功能更強大，且易于根據實際需要對功能進行擴展、修改，具有廣闊的應用前景。
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