基于LabVIEW的CO2焊接过程实时监测与诊断系统的研究

论文摘要

弧焊品质反映了焊机的性能和焊接过程的稳定程度,是决定焊件质量的关键。由于弧焊过程的复杂性,弧焊品质分析面临许多困难,是焊接界的一个研究热点。本文根据虚拟仪器的思想和特点,初步建立了基于虚拟仪器LabVIEW的CO2焊接质量实时监测与诊断分析系统。该系统由硬件信号采集电路和以LabVIEW作为平台的软件组成。根据弧焊的特点,硬件采集电路设计采用了双MCU结构,利用高速双口RAM实现双MCU间的信息共享,并完成了双MCU结构中的通讯板和采集板的电路设计。将编写好的C51程序写入单片机后,对采集系统的软件进行调试。在完成硬件采集装置的设计后,系统采用LabVIEW编制质量监测与分析系统。由信号采集、实时波形显示、波形回放、文件保存及调用、信号分析、数据库连接六大模块组成。该系统具有实时采集并显示焊接过程电参数波形;通过LabSQL与数据库建立连接,可调用数据库函数实现数据的存储及调用;可使用不同的分析工具对焊接过程进行分析;可以以文本文件方式存储焊接过程的实时信息;可回放焊接电流、电压波形。通过对熔滴短路过渡CO2焊接实验,证明设计的硬件采集电路和编制的软件程序是可行的。采集数据完整可靠,通过实验给出的电流和电压实时波形图、U-I图、波形导数图、短路统计图等,可以达到预期的分析效果。本系统一方面能对焊接质量的在线监测分析提供一定的参考和指导作用。另一方面也能够对焊后电参数进行分析研究,得到焊接质量的信息,为更深入地研究焊接过程电弧燃烧、熔滴短路过渡特性、机理,优化焊接系统设计提供了理论依据及标准。仪器的功能强大,且易于根据实际需要对功能进行扩展、修改,具有广阔的应用前景。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 虚拟仪器的简介
• 1.2.1 虚拟仪器的优势
• 1.2.2 LabVIEW 语言的特点
• 1.3 虚拟仪器的国内外发展概述
• 1.3.1 虚拟仪器应用于测试领域
• 1.3.2 虚拟仪器用于实验教学和实验室建设
• 1.3.3 虚拟仪器技术在焊接领域的应用
• 1.4 本课题研究的主要内容
• 第2章 采集系统的设计
• 2.1 系统整体结构
• 2.2 传感器的原理及其选择
• 2.2.1 电流传感器的选择
• 2.2.2 电压传感器的选择
• 2.2.3 送丝速度传感器的选择
• 2.3 采集系统硬件电路的设计
• 2.3.1 总体设计及双MCU 的选择
• 2.3.2 通信板的硬件电路设计
• 2.3.3 采集板的硬件电路设计
• 2.3.4 数据采集系统软件的设计
• 2.4 采集系统软件的调试
• 2.5 本章小结
• 第3章 实时监测系统软件的设计
• 3.1 焊接过程实时监测与诊断系统的主界面
• 3.2 实时波形显示模块
• 3.2.1 通信程序的编制
• 3.2.2 数据拆分程序的编制
• 3.2.3 实时波形显示程序的编制
• 3.3 数据库访问程序的设计
• 3.3.1 LabSQL 的使用方法及步骤
• 3.3.2 Microsoft Access 数据库的选择
• 3.3.3 数据保存及调用程序的编制
• 3.4 本章小结
• 第4章 诊断系统的建立
• 4.1 信号分析程序的设计
• 4.1.1 线能量分析程序
• 4.1.2 U-I 相图分析程序
• 4.1.3 波形导数分析程序
• 4.1.4 频谱分析程序
• 4.1.5 时域分析程序
• 4.1.6 统计直方图程序
• 4.1.7 概率密度分析程序
• 4.2 波形回放程序
• 4.3 数据存储和读取
• 4.4 本章小结
• 第5章 系统应用及分析
• 5.1 焊接设备及焊接参数的选择
• 5.1.1 实验装置
• 5.1.2 采集设备的安装
• 5.1.3 实验参数的选择
• 5.2 实验分析
• 5.2.1 波形回放
• 5.2.2 U-I 相图分析
• 5.2.3 波形及其导数分析
• 5.2.4 统计直方图分析
• 5.2.5 焊接线能量分析
• 5.2.6 相关性分析
• 5.2.7 短路统计分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢