焊接过程电参数及熔池图像的采集分析及网络传输(3)
系统硬件结构分为电参数采集、熔池图像采集和网络传输三部分，其中电参数采集部分：由220V交流电经变压和电源滤波后给电压、电流传感器供电，电流、电压传感器采集电信号经保护电路进入电参数采集卡；熔池图像部分：由220V交流电给工业CCD供电，熔池图像经滤光后进入CCD传给图像采集卡；网络传输部分：计算机将采集到得电参数和熔池图像实时同步显示，并与一楼、二楼、三楼计算机由服务器组成局域网实现网络传输。系统硬件结构示意图如图2.2.1所示。
图2.2.1系统硬件总体设计
2.3 系统软件功能模块总体设计
系统选用美国NI公司的虚拟仪器软件LabVIEW作为开发工具，针对MAG焊焊接过程电信号和熔池图像进行实时同步采集及网络传输，并利用系统开发的分析工具对采集的熔池图像进行分析和处理。系统软件部分分为采集模块、分析模块和网络发布模块。采集模块进行电参数和熔池图像实时同步采集并存储；分析模块进行电参数和图像对应分析，对电参数进行统计分析，熔池图像进行灰度分析和二值化分析；网络发布模块实现电参数和熔池图像的网络传输。焊接质量分析系统总体技术方案如图2.3.1所示。
图2.3.1 焊接质量分析系统总体技术方案
3 采集系统模块设计
3.1 参数信息采集模块设计
参数信息采集系统采用LabVIEW软件、供电模块、电压和电流传感器、保护电路以及USB-4711A数据采集卡。
3.1.1数据采集原理
以电压和电流传感器、研华USB-4711A数据采集卡为硬件平台，借助驱动程序提供的函数，设计一个基于LabVIEW 软件的采用双缓存技术的高速数据采集系统。
双缓存基本原理如图3.1.1所示，将一个用户缓存区假想为两个大小相等的部分(Bufferl和Buffer2)，二者构成循环缓存工作方式。
图3.1.1 双缓存技术原理
首先，采集程序为数据采集分配一个缓存区，再将其分成逻辑上相等的两部分。采集过程中DAQ(数据采集设备)用数据填充Bufferl，同时通过数据采集函数判断Buffer1是否被填满，是则对其中数据进行相应的处理；同时继续采集数据并写入Buffer2，当数据达到缓存区尾部时，程序开始处理后一半缓存区数据，并重新填充前一半缓存Bufferl，覆盖旧数据。按照上述过程反复采集处理直到程序结束，这样就可以无限期连续采集数据。
3.1.2 数据采集模块设计
在本系统的程序设计中，使用MultiChannelINTSetup子VI将内部缓冲区的容量设置为Count的值相等。这样内部缓冲区半满和全满与采集数量达到Count的一半和Count就成为同一种情况。另外，在使用FIFO的情况下，基于内部缓冲区和用户缓冲区之间的传输机制。Count的值必须设置为半个FIFO的倍数。
程序采用双缓存技术实现高速采集，双缓存的程序框图如图所示。当内部缓存区半满即AI BufferHalfReady=1时，通过Case结构将半满数据读入一个缓存数组。当内部缓存区全满即AI BufferFullReady=1时，则将内部缓存区后半区数据取出，并与缓存数组的数据组成一个数组提供给计算机处理。
图3.1.2 双缓存程序框图
在第一次从内部缓冲区到用户缓冲区的数据传输中，虽然只采集到1/2Count数量的数据。但传输到用户缓冲区中的数据数量是Count。这次传输后用户缓冲区只前半部分是采集到的数据，因此对其进行的操作应不同于之前所述处理办法，而只是提取前半部分数据，这就必须将第一次传输与其他次传输区别开来。本系统通过局部变量解决这一问题，使用局部变量可实现对控制器的写操作。先设置一个数值控制器，将其值初始化为1，在第一次传输完成后，向其局部变量写入2。用一个Case结构对此控件的数值进行判断。就可以进行两种不同的操作。按下停止键的同时再次通过局部变量将控件的数值置1，为下次启动做准备。采集流程图如图3.1.3所示。