基于虚拟仪器的CO2弧焊分析仪的研制

　　测试分析仪的硬件结构如图1所示。主要包括焊接电流、电压传感器、数据采集卡、计算机等。

　　数据采集卡采用基于PCI总线的AC6111多功能卡，该卡提供16路12位A/D转换，最高采样频率可达400kHz，能够满足焊接电弧信号采样频率要求。其A/D转换与计算机采用FIFO接口，FIFO容量为4KB，可提供FIFO空、半满、溢出标志，半满标志支持中断。该卡还提供2路12位D／A输出、16路可编程开关量、一路16位计数器。
　　采集的电流、电压信号经计算机处理后由显示器实时显示相关数字、波形，同时将采集的原始数据存盘，用于焊后波形回放、数据分析处理、曲线及报表打印。

　　软件开发选用NI公司的虚拟仪器开发工具LabWindows/CVI。设计的软件系统总体结构如图2所示。

　　数据采集主要完成焊接电流、电压信号的采集及实时波形显示。基于数据分析处理的需要，要求在一个较长时间段内采集、存储大量的数据，并同时显示电流、电压波形。因为波形的实时显示和数据存储都是相当耗时的，如果采用一般的单线程编程，必然会造成数据丢失。为此，系统采用多线程编程技术。本系统中用主线程AcquireDataThread实现高速数据采集(200kHz)，当它接收到半个FIFO缓冲区满的消息时将数据存入数据文件，同时通过DisplayDataThread线程在控制界面上显示数据，获得动态的实时焊接电流电压波形。两个线程之间的通讯通过管道技术实现数据的实时传输，程序同时采用了双缓冲技术和消息机制。管道函数可通过CmtNewTSQ、CmtReadSTSQData、CmtWriteTSQData等函数实现。
　　数据分析主要包括对存储的原始数据进行滤波、信号波形回放、瞬时UI曲线绘制、对电流电压数据统计分析后作出其概率密度分布图，作为焊接过程稳定性评判依据。

　　采用本系统对CO2弧焊短路过渡过程进行了实际测试；短路过渡的CO2弧焊是一个“燃弧短路”不断循环的过程。图3为焊接电流、电压信号波形，可以观察分析“燃弧短路”阶段电流电压变化过程及两者对应关系，对焊接生产过程进行实时监测。