基于LabView的焊接信息采集系统

张瑞 Pascal Paillard

摘要

本文针对焊接过程信息采集控制系统的研究，介绍了用于实现焊接控制系统，信号采集系统以及相机控制系统的相关硬件设备与控制软件系统。通过LabVIEW软件开发的控制系统可以实现自动化焊接，系統采集焊接电流、焊接电压同时可以采集熔滴过渡高速图像，对焊接过程进行质量分析与判定。

【关键词】LabVIEW 高速摄像机 差分示波器

熔滴过渡是影响熔化极气体保护焊（GMAW）焊接过程稳定性的重要因素，其检测及控制一直是焊接领域的研究热点。在熔滴过渡的实验研究过程中，需要确定焊接电流、电压与熔滴过渡图像之间的相位关系。利用传统示波器，很难实现高速摄像机与电流、电压信号采集的同步化。因此，寻求一种性价比较高、设计相对简便的焊接过程参数检测系统具有重要意义。本文以PicoScope差分示波器和高速摄像机为对象，实现了焊接过程电信号数据采集、高速图像采集，同时实现了图像和电信号波形的同步回放。并设计了一套电信号及高速图像的采集系统。

1 实验

1.1 实验系统介绍

本文采用的实验设备主要包括上位机电脑Labview软件，差分示波器，高速摄像机，福尼斯焊接电源等。采用的AVR单片机为Mega2560，Picoscope3425高精度差分示波器作为信号采集单元，该示波器可以采用 USB口供电，自带的API函数可以进行二次开发应用。霍尔电流传感器选用LEM公司的电流传感器LF 306-S.高速摄像机选用基恩士的VW-9000系列，相机和镜头分别采用的是VW-600C和VWZ2。

1.2 系统设计

软件系统程序界面主要由两部分组成，控制系统和信息采集系统。软件界面和部分程序见图1。

LabVIEW和AVR单片机的通信采用VISA函数，可以通过串口发送字符串，这里使用VISA函数的串口初始化、串口写和串口关闭模块。Labview软件系统中主要采用事件触发模式，按下按钮时触发相应的事件，同时将已经定义好的字符串发送给AVR单片机，单片机根据接收到的字符串信息控制相应的执行设备和电路。本系统使用LabVIEW设计信息采集系统界面，程序通过调用Pico-Technology开发的动态链接库（dll）来控制Picoscope差分示波器。

由于焊接过程电流电压信号包含大量有用信息，信息采集完成后需要对数据进行存储和显示和处理。本文结合实际数据特点选择数据记录文件进行数据读取和存储，图形显示采用波形图模块。

1.3 实验结果

采用本文设计的实验系统针对6060铝合金进行了MIG焊接实验研究，电信号采集结果如图2（a）所示。图像信号同步采集结果如图2（b）所示，本次实验设置高速摄像机采集频率为1000fps，分辨率为640×480。系统获得清晰的熔滴过渡图像。高速摄像图像表明熔滴过渡方式为短路过渡，当电弧起弧后，焊丝吸收热量熔化，熔滴形成并逐渐长大，电弧长度变短，当熔滴继续长大（24-35ms），热输入减小，但送丝速度不变，此时形成短路（21，41ms），电弧电压迅速降低，接近为。，电流迅速增大，此时金属和熔池接形成“搭桥”，随着电磁力的不断增加，“搭桥”爆断，新的熔滴开始形成。

2 结论

（1）该系统能够实现MIG焊接过程焊接电流、焊接电压信号和高速图像信息的准确采集、存储和显示。

（2）该系统很好的实现了焊接电信号和图像信号的同步采集，能够为分析熔滴过渡行为奠定基础。

参考文献

[1]潘存海，李俊岳，李桓等.一种熔滴过渡特征信息提取和分析的新方法[J].机械工程学报，1999，35（02）：245-248.

[2]杨运强，殷树言，白韶军等.焊接电弧波形和图像的同步采集和再现[J].航空制造技术，2004，12（04）：71-73.