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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8259A207

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8255A230

7.2.1并行接口的概念230

7.2.2可编程并行接口芯片8255A230

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 A246

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8253A254

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