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基于LabVIEW的焊接质量在线检测分析系统

作　者: 蒋晶
导　师: 何小于
学　校: 武汉理工大学
专　业: 材料加工工程
关键词: LabVIEW 数据采集统计分析焊接质量
分类号: TG441.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

焊接过程是一个实时变化的、非稳态的过程,焊接质量的好坏与很多工艺参数有关,但影响最大、最易检测控制的是焊接电流和电弧电压,本文以焊接电流和电弧电压作为评估信号,设计了一套基于虚拟仪器LabVIEW8.6的焊接检测分析系统,通过该系统的检测分析,能够分析焊接过程稳定性及飞溅的大小,可用于评估焊接设备和焊接材料的性能,同时能够分析各参数与熔滴过渡之间的关系,优化焊接工艺参数。该系统主要由硬件部分和软件部分组成,硬件部分主要由计算机、数据采集卡、电流电压霍尔传感器组成,其作用是将采集焊接电流和电弧电压信号并通过数据采集卡的A/D转换,得到计算机可以识别的、不失真的数字信号；软件部分的设计主要是基于LabVIEW8.6的采集程序和分析程序的编写,通过编程来控制采集系统硬件部分按所需要求进行数据采集、信号的合理转换和存储,并且对采集到的电信号进行分析处理。整个系统由数据采集部分和数据分析部分组成,数据采集部分能对焊接电流和电弧电压实时采集、显示和储存,并记录焊接试验参数。数据分析部分能够对采集到的信号数字滤波和回显、进行U-I相图分析、电弧功率分析、一阶微分分析、相关性分析、频域分析、电流电压概率密度分析和熔滴过渡分析,通过得到的波形图结合各统计参数如平均短路时间,平均燃弧时间、平均短路电流,平均短路时间的标准差、方差等,来评估焊接过程稳定性和飞溅的大小。此外,该系统还能用来研究各焊接参数与熔滴过渡频率之间的关系。即通过大量实验,计算不同电弧电压或焊接速度下的熔滴过渡频率,然后利用该系统的曲线拟合分析模块来拟合出电弧电压U与熔滴过渡频率F之间的关系F=F(U),焊接速度V与熔滴过渡频率F之间的关系F=F(V),以此找出最佳电弧电压和焊接速度,来指导焊接生产,保证焊接质量。为了验证该系统的可靠性和准确性,本论文设计了一系列的验证试验,包括不同焊接规范下焊接过程稳定性分析试验；不同厂家电源的动特性评定试验和电弧电压与熔滴过渡频率关系试验。通过这些实验结果表明,该系统能够在一定程度上评估焊接过程的稳定性和飞溅的大小,对焊接设备和焊接材料性能的评估、制定合理的焊接工艺规范都有一定的指导意义。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
第1章绪论  10-16
  1.1 选题背景、目的和意义  10-11
  1.2 国内外研究概况  11-14
    1.2.1 电弧声信号  12
    1.2.2 电弧光信号  12-13
    1.2.3 图像信号  13
    1.2.4 电弧电信号  13-14
  1.3 主要研究内容及技术路线  14-16
第2章系统总体研究方案  16-23
  2.1 系统总体方案  16
  2.2 硬件总体方案  16-17
  2.3 软件总体方案  17-18
  2.4 系统软件平台简介  18-23
    2.4.1 虚拟仪器简介  19-20
    2.4.2 LabVIEW软件简介  20-21
    2.4.3 LabVIEW工作原理  21-23
第3章系统硬件  23-28
  3.1 系统硬件总体设计  23
  3.2 数据采集卡简介及其选用  23-25
    3.2.1 数据采集卡及其参数介绍  23-24
    3.2.2 数据采集卡的选择  24
    3.2.3 ART-PCI2006数据采集卡的设置  24-25
  3.3 传感器简介及其选用  25-27
    3.3.1 传感器参数介绍  25-26
    3.3.3 传感器选择  26-27
  本章小结  27-28
第4章系统软件设计  28-56
  4.1 焊接参数记录模块设计  28-29
  4.2 数据采集模块  29-32
  4.3 波形回显与滤波分析模块  32-34
  4.4 电流电压微分分析模块  34-36
  4.5 U-I相图模块  36-37
  4.6 电弧功率分析模块  37-38
  4.7 电流电压相关性分析模块  38-40
    4.7.1 电流电压自相关分析  38-39
    4.7.2 焊接电信号相关性分析  39-40
  4.8 频谱分析模块  40-42
  4.9 电流电压概率密度分析模块  42-45
  4.10 熔滴过渡分析  45-50
  4.11 曲线拟合模块  50-52
  4.12 数据汇总模块设计  52-53
  4.13 主程序的设计  53-55
  本章小结  55-56
第5章实验结果与分析  56-71
  5.1 不同焊接规范下焊接过程稳定性分析  56-63
    5.1.1 试验设备及参数  56
    5.1.2 电流电压数据的滤波  56-58
    5.1.3 U-I相图分析  58
    5.1.4 相关性与电弧功率综合分析  58-60
    5.1.5 电弧功率分析  60
    5.1.6 电流电压概率密度分析  60-62
    5.1.7 熔滴过渡分析  62-63
    5.1.8 实验小结  63
  5.2 电源动特性评估实验  63-67
    5.2.1 焊接设备与参数  64
    5.2.2 电压—阶微分分析  64-65
    5.2.3 电流—阶微分分析  65-66
    5.2.4 短路峰值电流与电弧功率图综合分析  66-67
    5.2.5 实验小结  67
  5.3 焊接参数与熔滴过渡之间的关系实验  67-71
    5.3.1 实验设备和参数  68
    5.3.2 u-f和v-f曲线拟合分析  68-70
    5.3.3 实验小结  70-71
第6章结论与展望  71-73
  结论  71
  展望  71-73
参考文献  73-76
致谢  76-77
攻读硕士学位期间发表的论文  77

基于LabVIEW的焊接质量在线检测分析系统

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