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1.1 引言 3

1.2 等速送丝电弧控制系统 3

第1章 常用弧焊方法动态过程的理论分析 3

1.2.1 弧长自调节性能 6

1.2.2 系统主要参数对动态性能的影响 8

1.3 均匀调节电弧控制系统 9

1.3.1 送丝机构时间常数的影响 12

1.3.2 焊丝直径的影响 12

1.4 均匀调节和自发调节共同作用下的电弧控制系统 12

第2章 弧焊电源的动态特性及其测试方法 15

2.1 弧焊电源动特性的研究现况 15

2.1.1 解析法 15

2.1.2 直接测试法 17

2.2 描述和测试弧焊电源特性的可行性方法 19

2.3.1 简单下降特性电源传递函数的分析 20

2.3 弧焊电源传递函数的理论分析 20

2.3.2 旋转式直流弧焊发电机传递函数的分析 24

2.3.3 模拟型晶体管弧焊电源传递函数的理论分析 27

2.4 弧焊电源传递函数的测试 31

2.4.1 测试装置 31

2.4.2 电源特性的频域测试方法 32

2.4.3 测试结果及分析 32

2.5 弧焊电源传递函数对工艺性能的影响 36

2.6 小结 37

第3章 弧焊动态过程的实验研究 39

3.1 引言 39

3.2 co2焊接 39

3.2.1 电弧模拟器 39

3.2.2 利用电弧模拟器测试弧焊动态过程 42

3.2.3 焊接过程直接测试 44

3.3.1 MIG电弧模拟器的设计 50

3.3 MIG直流焊接 50

3.3.2 电弧模拟器的实验验证 52

3.3.3 MIG焊动态过程的研究 53

3.4 脉冲MIG焊接 55

3.4.1 脉冲MIG电弧模拟器的设计 56

3.4.2 脉冲MIG电弧模拟器的实验验证 57

3.4.3 脉冲MIG焊动态调节过程的研究 59

3.5 小结 59

第4章 QH-ARC101控制法 63

4.1 焊接电弧控制发展现状 63

4.2 QH-ARC101控制法原理 65

4.2.1 双阶梯形外特性 66

4.2.2 双阶梯外特性的组合 67

4.3 双阶梯外特性的实现 67

4.3.2 采用逻辑黾路选通控制电路进行特性之间的自动转换 68

4.3.1 实现双阶梯外特性的方案比较 68

4.3.3 利用反馈选通控制电路实现外特性之间的自动转换 70

4.4 双阶梯外特性的切换电路 73

4.4.1 切换两组控制电路 73

4.4.2 切换同一控制电路的给定值 73

4.5 静态精度和动态性能 74

4.5.1 静态精度与外特性切换的快速性之间的矛盾 75

4.5.2 主电路结构分析 76

4.5.3 QHT-80晶体管焊接电源的恒压特性斜率 81

4.5.4 QHT-80晶体管焊接电源恒流特性斜率 82

4.5.5 QHT-80晶体管焊接电源的动态性能 83

4.6 QHT-80电源电路框图 83

4.7 QH-ARC101控制法的工艺效果 84

4.7.1 不同控制方案的对比试验 84

4.7.2 焊接工艺规范范围 89

第5章 QH-ARC103控制法 91

5.1 引言 91

5.2.1 控制系统方框图 93

5.2 QH-ARC102控制法 93

5.2.2 弧长信号的采样 94

5.2.3 控制系统的特点 94

5.2.4 控制电路的工作原理 95

5.2.5 焊接试验结果 96

5.3 QH-ARC103控制法 96

5.3.1 QH-ARC103控制法原理 97

5.3.2 控制系统线路图 99

5.4 电弧工作点的运动规律和数学分析 108

5.4.1 电弧工作点在陡升电源外特性作用下的运动 108

5.4.2 电弧工作点在运动外特性作用下的运动 111

5.4.3 运动外特性对电弧的控制作用 116

5.5 MIG单面双面成形的闭环自动控制 122

5.5.1 概述 122

5.5.2 MIG焊熔透和控制的分析 123

5.5.3 闭环控制系统原理 124

5.5.4 工艺实验及生产应用 128

第6章 CO2焊接及交流MIG焊的控制 131

6.1 CO2焊接电弧简述 131

6.1.1 H-ARC CO2（A）焊接法工作原理 131

6.1.2 QH-ARC CO2（A）焊接的工艺效果 134

6.1.3 工艺参数及单旋钮操作 136

6.1.4 QH-ARC CO2（B）控制法 141

6.1.5 小结 142

6.2 交流MIG焊的提出 143

6.2.1 直流脉冲MIG焊 144

6.2.2 交流脉冲MIG焊接电弧控制法 148

6.2.3 交流脉冲MIG焊接电源 152

6.2.4 交流脉冲MIG焊工艺实验 162

6.2.5 小结 168

7.1 焊缝跟踪传感器的发展现状 171

7.1.1 接触式传感器 171

第7章 焊缝跟踪传感器 171

7.1.2 电磁传感器 172

7.1.3 光学传感器 172

7.1.4 附加式传感器的共同问题和电弧传感器的特点 173

7.2 电弧传感器的应用现状 174

7.2.1 摆动扫描式MIG/MAG焊接电弧传感器 174

7.2.2 摆动扫描式TIG焊 175

7.2.3 旋转扫描式MIG/MAG电弧传感器 175

7.3.1 电弧传感器基本原理 176

7.3 电弧传感器跟踪原理 176

7.3.2 跟踪系统工作原理 177

7.4 电弧扫描焊炬 179

7.4.1 旋转式扫描焊炬 181

7.4.2 旋转直径的调节 182

7.4.3 电弧扫描位置的检测方法 183

7.5 空心轴电驱动的电弧扫描焊炬RAG-Ⅱ 184

7.5.2 电弧扫描位置与转速测量方法 185

7.5.1 空心轴电动机 185

7.5.3 旋转焊炬调速电路 186

7.5.4 焊炬的设计参数与运转效果 187

第8章 电弧传感器的物理数学模型 189

8.1 静态物理数学模型 189

8.1.1 模型的理论推导 189

8.1.2 模型的实验研究 192

8.1.3 模型的分析 194

8.1.4 小结 196

8.2 动态物理数学模型 196

8.2.1 概述 197

8.2.2 模型的理论推导 197

8.2.3 实验方法与设备 201

8.2.4 实验研究结果与分析 204

8.2.5 小结 213

9.1.1 概述 215

9.1 理想电弧传感系统的信号分析 215

第9章 电弧传感器的信息处理 215

9.1.2 传感过程的数字仿真模型 216

9.1.3 仿真结果及其分析 220

9.2 传感信号特征分析 226

9.2.1 概述 226

9.2.2 变换空间的数学分析 226

9.2.3 传感系统输入信号特征分析 228

9.2.4 特征谐波检测法 231

9.2.5 特征谐波检测法在脉冲焊中的适用性 233

9.2.6 小结 237

9.3 电弧信号滤波处理 237

9.3.1 概述 237

9.3.2 数字滤波原理 238

9.3.3 CO2焊电弧信号滤波处理 242

9.3.4 脉冲焊电弧信号滤波处理 247

9.3.5 小结 249

9.4 焊接过程扫描电弧的信息处理 249

9.4.1 坡口扫描特征向量的正交处理 249

9.4.2 扫描电弧传感受信号处理 253

9.4.3 扫描坡口的偏差检测 255

9.4.4 脉冲焊接扫描电弧信号处理 259

9.4.5 小结 262

第10章 以电弧为传感器的自动跟踪焊机 263

10.1 引言 263

10.2 常规自动跟踪焊机 263

10.2.1 闭环跟踪系统构成 263

10.2.2 跟踪控制方法 267

10.2.3 软件系统功能及设计 268

10.2.4 闭环跟踪实验结果 269

10.2.5 工业应用实例 271

10.3.1 焊接小车 274

10.3 自由爬行式自动跟踪焊机 274

10.3.2 微机控制系统 283

10.3.3 焊车转弯实时模糊控制法原理 288

10.3.4 转变模糊控制系统的建立 291

10.3.5 模糊转弯控制系统的调试与实焊结果 295

第11章 焊接温度场图像比色检测法原理 301

11.1 引言 301

11.1.1 焊接温度场检测方法及研究现状 301

11.1.2 现有红外辐射测量焊接温度场方法中存的主要问题 304

11.2 图像比色测温系统的理论基础及分析 305

11.2.1 红外辐射在电磁波谱中的位置 305

11.2.2 黑体辐身几个基本定律 306

11.2.3 灰体辐射 309

11.2.4 两种辐射测温方案及比较 309

12.1 红外摄像装置 315

12.1.1 几种摄像装置的比较 315

第12章 图像比色测温法的实验论证 315

12.1.2 CCD摄像器件的光学响应特性 317

12.2 实验用比色测温传感器 317

12.2.1 滤光片的选择 317

12.2.2 传感器的结构 318

12.3 图像比色测温系统 320

12.3.1 系统的构成 320

12.3.2 图像比色检测温度场的基本过程 321

12.4 比色测温系统的数学方法标定 322

12.3.3 图像去噪声处理 322

12.5 系统数学方法标定结果的检验 323

12.5.1 Gleeble-1500热模拟装置简介 323

12.5.2 数学方法标定结果的检验及实验标定 324

12.5.3 实验标定结果的应用范围 327

12.6 新造图像比色测温系统的标定方法及步骤 327

12.7 材料、距离、表面状况对测温的影响 328

12.7.1 材料对测温结果的影响 328

12.7.2 距离对测温的影响 329

12.7.3 材料表面状况对测温结果的影响 330

第13章 图像比色测温系统的设计 331

13.1 引言 331

13.2 焊接热辐射成像系统 331

13.3 双色热图像测温法的理论分析 333

13.3.1 多色测温法 333

13.3.2 双色热图像测温法 336

13.4 焊接温度场的分区处理 337

13.4.1 ICCD的动态范围 337

13.4.2 温度场分区处理 338

13.4.3 动态范围对温度场分区的影响 340

13.5 波长的设计 341

13.5.1 双色热图像灰度比值响应模拟计算 341

13.5.2 双色波长的选择 343

13.6 传感器设计 348

13.6.1 结构选择 348

13.6.2 器件选择 349

13.6.3 双色盘及滤光片设计 350

13.6.4 双色热图像信号的获取及控制 351

13.7 各个系统因素对测温的影响 353

13.7.1 测量材料性质、表面状况对测温影响 353

13.7.2 测量距离对测温的影响 356

13.7.3 ICCD及透镜参数对测温的影响 357

13.8 传感系统的标定 359

13.8.1 离线标定 359

13.8.2 在线标定 360

13.8.3 小结 361

第14章 焊接温度场实时检测与应用 363

14.1 焊接温度场实时检测 363

14.1.1 焊接温度场实时采集 364

14.1.2 焊接温度场信息处理 365

14.1.3 各区域温度场连接 366

14.2.1 双椭圆高斯热源模型 367

14.2 利用检测结果建立焊接温度场理论模型 367

14.2.2 焊接温度场理论计算与实时检测的比较 372

14.3 不同焊接规范的温度场实时检测与理论计算 374

14.3.1 不同焊接电流时焊接温度场的分布 374

14.3.2 不同焊接速度时焊接温度场的的分布 375

14.4 焊接热循环参数提取 376

14.4.1 工件背面热循环参数获取 376

14.4.2 二维焊接温度场外推发布 378

14.5 三维焊接温度场分布 379

14.5.1 三维焊接温度场分布 379

14.5.2 三维焊接温度场分布校验 380

14.6 焊接熔透闭环控制 381

14.6.1 熔透闭环控制 381

14.6.2 控制系统的仿真分析 383

14.6.3 控制系统性能及工艺实验 386

14.7 小结 392

15.1 焊缝识别及机器人路径规划 395

第15章 弧焊机器人视沉系统及路径自动规划 395

15.1.1 弧焊机器人路径规划及相关技术的研究综述 396

15.1.2 焊缝二维图像识别 397

15.1.3 焊缝三维坐标的经典算法和神经网络算法 400

15.1.4 焊缝三维坐标算法——直线-点匹配法 404

15.1.5 机器人路径规划结果 408

15.2 自动规划路径的弧焊机器人 409

15.2.1 弧焊机器人的设计 409

15.2.2 弧焊自动跟踪用视觉系统 414

15.2.3 摄像机标定 417

15.2.4 机器人焊接与视觉系统的接口 428

15.2.5 实际焊接 431

15.2.6 小结 433

参考文献 434

索引 448