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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-Ⅱ184

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