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绪论 1

0.1焊接过程传感与控制的必要性 1

0.2焊接过程传感与控制实例 2

0.3焊接过程传感与控制的特点 9

0.4焊接过程的智能控制 11

0.5本课程的任务 14

思考题及习题 15

参考文献 15

第1章 焊接过程典型物理量的传感方法 16

1.1引言 16

1.2焊接过程的典型物理量 16

1.3传感器基本知识 18

1.3.1传感器的概念 18

1.3.2传感器的构成 18

1.3.3传感器的分类 18

1.3.4传感器的特性 19

1.4位移传感器 23

1.4.1电感式传感器 23

1.4.2电容式传感器 24

1.4.3电位器式传感器 25

1.4.4应变片式传感器 27

1.4.5光栅式传感器 27

1.4.6超声波传感器 29

1.5温度传感器 31

1.5.1热电阻式温度传感器 32

1.5.2热电偶式温度传感器 33

1.5.3光纤温度传感器 37

1.5.4红外温度传感器 39

1.6视觉传感器 41

1.6.1光电管 42

1.6.2光敏半导体器件 43

1.6.3光电位置传感器 43

1.6.4电荷耦合器件 44

1.7霍尔传感器 48

1.7.1霍尔效应的基本原理 48

1.7.2霍尔效应的主要特征 49

思考题及习题 49

参考文献 50

第2章 焊接过程的数据采集与信号处理 52

2.1引言 52

2.2基本概念 52

2.2.1数据采集 52

2.2.2信号 53

2.2.3数据处理 53

2.3数据采集 54

2.3.1数据采集原理 54

2.3.2数据采集系统 58

2.4采集信号的预处理 61

2.4.1数字滤波 61

2.4.2信号补偿 62

2.4.3平滑处理 64

2.5信号分析与处理基础 65

2.5.1信号分析 65

2.5.2数字信号处理基础 67

2.6数据采集与处理常用工具软件 68

2.6.1 LabVIEW简介 68

2.6.2 MATLAB简介 69

思考题及习题 69

参考文献 69

第3章 焊缝跟踪传感 71

3.1概述 71

3.1.1焊缝跟踪与智能化焊接 71

3.1.2焊缝跟踪对传感器的要求 71

3.1.3焊缝跟踪传感器的分类 72

3.2电弧跟踪传感 72

3.2.1基本原理 72

3.2.2摆动扫描式电弧传感 74

3.2.3旋转电弧传感 74

3.2.4磁控电弧传感 76

3.2.5并列双丝电弧传感 76

3.2.6 GTAW弧长传感 77

3.2.7电弧跟踪传感器的应用 78

3.3视觉传感焊缝跟踪 78

3.3.1焊接中的视觉传感分类 79

3.3.2主动视觉传感 81

3.3.3被动视觉传感 90

3.4接触式传感焊缝跟踪 93

3.5红外辐射传感焊缝跟踪 95

3.6电磁传感焊缝跟踪 96

3.7超声传感焊缝跟踪器 98

思考题及习题 99

参考文献 100

第4章 焊缝成形传感 102

4.1概述 102

4.1.1熔池及其尺寸参量 102

4.1.2焊缝成形参数 103

4.1.3焊缝成形传感方法 105

4.2视觉传感检测焊缝成形 106

4.2.1被动视觉成形传感 106

4.2.2主动视觉焊缝成形传感 120

4.3熔池振荡法熔透传感 123

4.3.1熔池震荡的基本规律 123

4.3.2熔池振荡信息的检测 125

4.3.3基于熔池振荡的熔透控制 125

4.3.4应用 126

4.4熔池红外热像法的熔透控制 127

4.4.1概述 127

4.4.2应用 128

思考题及习题 130

参考文献 131

第5章 焊接过程自动控制方法 134

5.1概述 134

5.1.1自动控制的基本概念 134

5.1.2自动控制的基本术语 135

5.1.3控制系统的动态性能指标 136

5.1.4控制系统的分类 137

5.1.5对控制系统的基本要求 139

5.1.6控制理论的发展过程 140

5.1.7控制理论在焊接过程中的应用 145

5.2 PID控制 150

5.2.1 PID控制的原理 150

5.2.2数字PID控制算法 153

5.2.3 PID控制器参数的整定 155

5.2.4 PID控制器在焊接中的应用 158

5.2.5智能PID控制器 161

5.3模糊控制 164

5.3.1模糊的概念 164

5.3.2模糊控制的基本思想 165

5.3.3一般模糊控制系统结构及设计过程 170

5.3.4模糊控制在焊接中的应用 174

思考题及习题 178

参考文献 179

第6章 焊接过程计算机控制系统的设计及其抗干扰 180

6.1计算机控制系统概论 180

6.1.1计算机系统的组成 180

6.1.2控制用计算机系统的硬件及软件要求 182

6.1.3计算机控制系统的发展与分类 184

6.1.4对计算机控制系统的要求 198

6.2计算机控制系统的设计与实现 199

6.2.1计算机控制系统总体设计步骤 199

6.2.2计算机控制系统设计方法 200

6.3计算机中断技术 201

6.3.1中断的概念及分类 201

6.3.2中断的基本过程 202

6.3.3 8086/8088CPU的中断结构 204

6.3.4可编程中断控制器8259A 207

6.4计算机控制系统的抗干扰及可靠性技术 217

思考题及习题 222

参考文献 222

第7章 焊接过程计算机控制系统的接口设计 223

7.1接口技术的基本知识 223

7.1.1接口的概念及组成 223

7.1.2接口的功能 224

7.1.3接口的分类 225

7.1.4 CPU与I/O设备之间的接口信息 225

7.1.5 I/O端口的编址方式 226

7.1.6 CPU与接口的数据传送方式 227

7.2可编程并行接口芯片8255A 230

7.2.1并行接口的概念 230

7.2.2可编程并行接口芯片8255A 230

7.2.3 8255A的应用 239

7.3串行通信和串行通信接口 240

7.3.1串行通信 240

7.3.2串行通信传送方式 240

7.3.3串行通信原理 240

7.3.4串行通信速率 242

7.3.5串行接口标准 243

7.3.6可编串行通信接口8251 A 246

7.3.7串行通信和并行通信的比较 253

7.4定时／计数接口及其应用 254

7.4.1定时／计数器的基本概念 254

7.4.2可编程定时／计数器8253A 254

7.4.3 8253A的编程及应用 263

7.5数／模（D/A）转换技术 266

7.5.1概述 266

7.5.2 D/A转换的基本原理 268

7.5.3 D/A转换器的主要技术参数 270

7.5.4常用D/A转换器及接口 271

7.6模／数（A/D）转换技术 280

7.6.1 A/D转换的基本原理 280

7.6.2 A/D转换器的主要技术参数 284

7.6.3 ADC0809的结构和功能 285

7.6.4 ADC0809的应用 288

思考题及习题 289

参考文献 290

第8章 焊接过程传感与控制系统设计实例 291

8.1焊接电流、电压实时采集与分析系统 291

8.1.1设计要求 291

8.1.2硬件系统设计 291

8.1.3软件系统的设计开发 295

8.1.4测量结果 298

8.2结构光焊缝跟踪系统设计 299

8.2.1设计要求 299

8.2.2系统组成 300

8.2.3结构光视觉传感器的设计 300

8.2.4计算机控制接口 303

8.2.5软件设计 304

8.2.6集成调试和跟踪效果 311

8.3反面焊缝熔宽检测与控制系统设计 313

8.3.1设计要求 313

8.3.2系统组成 313

8.3.3硬件系统设计 313

8.3.4软件系统设计 317

8.3.5反面熔池图像处理及反面熔宽的提取 318

8.3.6模糊控制器设计 319

8.3.7控制实验效果 323

思考题及习题 325

参考文献 326