●序一
序二
前言
第1章 緒論 1
1.1 熔焊增材在線質量監測中的科學和技術問題 1
1.1.1 高溫熔焊與增材成形機理 3
1.1.2 焊接過程智能控制理論 4
1.2 熔池多物理場測量與在線質量預測方法 5
1.2.1 熔池視覺檢測 5
1.2.2 熔池三維重建 13
1.2.3 熔池溫度測量 16
1.2.4 電弧光譜診斷 17
1.2.5 多模態數據解析 21
1.2.6 焊接繫統模型 29
1.3 本書概述 31
參考文獻 32
第2章 熔池視覺信息獲取 38
2.1 熔池視覺很好成像機理 38
2.1.1 熔池成像影響因素分析 38
2.1.2 熔池熱輻射特性 39
2.1.3 相機的量子效率 39
2.1.4 熔池視覺很好成像波段選擇 40
2.1.5 基於焊接電流的熔池圖像觸發采集優化方法 42
2.1.6 熔池成像繫統設計與實驗結果 45
2.1.7 鋁合金熔池成像結果 48
2.2 多波段抗干擾熔池圖像獲取方法 52
2.2.1 多波段CMT+P工藝熔池圖像采集裝置 53
2.2.2 多波段CMT+P工藝熔池圖像特征 54
2.2.3 多曝光TIG工藝熔池圖像采集裝置 55
2.2.4 多曝光TIG工藝熔池圖像特征 56
2.3 本章小結 58
參考文獻 59
第3章 多源熔池圖像信息融合 60
3.1 細節增強的多波段熔池圖像彩色融合算法 60
3.1.1 基於NSCT的熔池圖像融合算法 60
3.1.2 基於改進Reinhard算法的熔池彩色融合算法 68
3.2 基於高、低曝光熔池圖像融合的增強HDR生成算法 72
3.2.1 算法模型及流程 72
3.2.2 基於改進域導向濾波的細節因子提取 73
3.2.3 權重矩陣構建 75
3.2.4 基於域變換遞歸濾波的光暈消除 77
3.2.5 圖像融合 78
3.2.6 實驗及結果分析 79
3.3 本章小結 86
參考文獻 86
第4章 熔池視覺形態在線檢測 88
4.1 熔池圖像輪廓提取 88
4.1.1 改進SLIC超像素分割及合並策略優化的熔池輪廓提取 92
4.1.2 基於超像素的區域合並和自適應摳圖算法 105
4.1.3 基於邊緣導向算子模板匹配的熔池輪廓提取算法 110
4.1.4 基於活動輪廓模型的PAW和TIG工藝的熔池輪廓提取方案 125
4.1.5 基於Res-Seg卷積神經網絡的熔池輪廓檢測 134
4.2 在線焊縫寬度預測 145
4.2.1 基於網絡的焊縫寬度預測 145
4.2.2 基於數據擬合的焊縫寬度預測 152
4.3 本章小結 164
參考文獻 165
第5章 熔池溫度場測量與冶金缺陷預測 167
5.1 溫度場測量方法 168
5.1.1 基於彩色CCD的熔池溫度場計算原理 168
5.1.2 基於彩色CCD的熔池溫度場檢測繫統 169
5.1.3 CMT焊熄弧後熔池的冷卻過程 172
5.1.4 基於熔池溫度場分布的CMT焊熔透狀態預測 173
5.1.5 CMT焊熔透實驗結果及分析 175
5.2 冶金質量分析 176
5.2.1 基於溫度場的駝峰焊道檢測 176
5.2.2 基於熔池視覺的焊縫駝峰、熔透檢測 182
5.2.3 基於熔池形態的餘高和熔深監測 185
5.3 基於深度預測網絡的駝峰和熔透預警 198
5.3.1 熔池預警網絡設計 199
5.3.2 熔池預警算法實驗及結果分析 205
5.4 本章小結 210
參考文獻 210
第6章 電弧瞬態光譜獲取與分析 212
6.1 高靈敏度、高信噪比瞬態光譜測量 212
6.1.1 基於多通道測量技術的光譜儀 212
6.1.2 基於亞Hadamard矩陣的瞬態光譜儀設計與實驗結果 217
6.1.3 基於瞬態HTS的電弧光譜研究 227
6.2 基於神經網絡的光譜測量 230
6.2.1 網絡模型設計 230
6.2.2 信噪比分析 234
6.2.3 網絡重建及仿真數據測試 235
6.2.4 基於實際光學繫統的實驗結果 238
6.3 基於光譜稀疏表示的在線電弧穩定性監測 240
6.3.1 基於離散稀疏流形正則化的電弧光譜穩定性監測 241
6.3.2 保護氣流量在線監測實驗 252
6.4 本章小結 259
參考文獻 259
第7章 增材成形三維形貌監控 261
7.1 三維形貌測量 261
7.1.1 基於線結構光與工業機器人的大構件三維測量 261
7.1.2 基於面結構光與工業機器人的大構件三維測量 273
7.2 增材過程形貌監測 294
7.2.1 基於熔池圖像和深度殘差網絡的電弧增材餘高定量監測 295
7.2.2 增材熔池長程預測和餘高增量分析 304
7.2.3 增材三維粗糙度測量方案與結構光線掃三維重建繫統 313
7.3 增材過程焊縫跟蹤 333
7.3.1 焊縫跟蹤技術組成 334
7.3.2 基於神經網絡的焊縫特征提取算法 336
7.3.3 焊縫跟蹤實驗結果分析 338
7.4 本章小結 349
參考文獻 349
第8章 熔池視覺-光譜-電參協同傳感 352
8.1 視覺-光譜-電參獲取 352
8.1.1 電參數據采集 352
8.1.2 光譜數據采集 353
8.1.3 基於FPGA的數據采集模塊 354
8.2 圖像和電參協同的電弧成分預測 355
8.2.1 電弧成分定性預測技術組成 356
8.2.2 電弧成分定性預測實驗結果分析 369
8.2.3 電弧成分定量預測技術組成 375
8.2.4 電弧成分定量預測實驗結果分析 380
8.3 基於圖像和光譜多源特征融合的弧焊質量監測 386
8.3.1 實驗繫統以及數據獲取 387
8.3.2 網絡結構 390
8.3.3 結果分析 395
8.4 本章小結 400
參考文獻 400
第9章 多平臺熔焊過程質量監測繫統 402
9.1 LabVIEW平臺基於視覺和光譜的熔焊質量監測 402
9.1.1 焊接子繫統 403
9.1.2 數據采集子繫統 403
9.1.3 繫統軟件設計方案 406
9.1.4 CMT熔焊質量在線監測繫統軟件設計 407
9.1.5 繫統界面 408
9.2 ZYNQ平臺基於電參和光譜的熔焊質量監測 409
9.2.1 電參感知模塊的具體實現 411
9.2.2 光譜感知模塊功能的具體實現 415
9.2.3 硬件繫統集成 422
9.2.4 繫統裝置的搭建與測試 424
9.3 本章小結 434
參考文獻 434

本書從實用性和優選性出發，較全面地論述熔池多物理場光電在線測量分析在熔焊增材過程質量監測中的前沿理論與方法。包括熔池視覺信息獲取、多源熔池圖像信息融合、熔池視覺形態在線檢測、熔池溫度場測量與冶金缺陷預測、電弧瞬態光譜獲取與分析、增材成形三維形貌監控、熔池視覺-光譜-電參協同傳感繫統等。本書緊跟上述內容的國內外發展現狀和近期新成果，是多模態光電成像檢測、形態冶金過程質量分析方面的專著，反映作者近年來在這一交叉領域取得的主要研究成果。
本書可作為高等院校光電、計算機、自動化、材料等專業的高年級本科生、研究生教材，同時可供從事增材制造、冶金工藝、計算機視覺、人工智能等相關領域的專業研究人員學習、參考。