焊接自动化技术及其应用

本书是根据现代焊接制造业对“焊接技术与工程”专业、“材料成型及控制工程”专业毕业生的知识与能力要求，帮助学生掌握焊接自动化的基础知识、基本技能，能够从事现代焊接制造领域的焊接自动化方案设计，根据特定需求进行焊接自动化系统、单元设计而编写的教材。 本书系统介绍了焊接自动化、焊接自动化系统的基本概念，焊接自动化中常用的传感技术、电动机控制技术、PLC控制技术及机器人焊接技术等知识，并结合工程实际介绍了焊接自动化技术工程应用的案例。 本书可以作为大学本科、高职院校“焊接技术与工程”“材料成型及控制工程”等专业的授课教材，也可作为研究生“材料加工工程”专业相关课程的参考教材及焊接工程师的培训教材，还可以供焊接及相关学科教师及工程技术人员从事教学、科研与技术开发工作时参考。

胡绳荪，天津大学二级教授、博士生导师；曾任中国焊接学会常务理事、天津市焊接学会理事长。从事材料成型及控制工程（焊接）专业教学、科研工作40余年；主讲本科生、研究生课程20余门，是《弧焊电与及控制》国家级精品课程负责人，开设《焊接自动化技术及其应用》校本课程；主持完成国家自然科学基金项目4项，主持完成多项省市部委级以及企业委托的科研项目。

前言 第1章绪论1 1.1焊接自动化的概念1 1.2焊接自动化系统2 1.3焊接自动化的关键技术5 1.4焊接自动化的发展趋势8 1.5学习本课程的目的和要求11 复习思考题11 第2章焊接自动化控制基础12 2.1焊接自动控制的概念12 2.1.1基本概念12 2.1.2反馈控制原理17 2.1.3焊接自动控制系统的 分类18 2.1.4自动控制系统的基本 特性19 2.2开环控制与闭环控制20 2.2.1开环控制与开环控制 系统20 2.2.2闭环控制与闭环控制 系统22 2.2.3开环控制系统与闭环 控制系统的比较23 2.3焊接自动化中常用的控制 技术24 2.3.1控制方式24 2.3.2PID控制24 2.3.3智能控制31 复习思考题32 第3章焊接自动化中的传感 技术33 3.1传感器33 3.1.1传感器的基本概念33 3.1.2传感器的特性34 3.1.3常用检测电路35 3.2位置检测43 3.2.1接触式位置传感器44 3.2.2接近式位置传感器44 3.2.3接近式位置传感器的 选型53 3.2.4接近式位置传感器在焊接 自动化中的应用55 3.3位移与速度检测58 3.3.1光栅尺58 3.3.2编码器59 3.3.3测速发电机63 3.3.4传感器在焊接自动化中 的应用66 复习思考题69 第4章焊接自动化中的电动机 控制技术71 4.1概述71 4.2直流电动机控制原理72 4.2.1直流电动机及其静态 特性72 4.2.2直流电动机的技术 指标74 4.2.3直流电动机速度调节 原理75 4.3直流电动机脉宽调速系统78 4.3.1直流电动机PWM调速系统 的工作原理79 4.3.2PWM直流调速系统控制 电路80 4.3.3直流电动机的恒速 控制85 4.3.4PWM直流调速系统应用 电路94 4.4交流电动机变频调速原理98 4.4.1三相交流异步电动机 的基本特性99 4.4.2交流电动机的调速100 4.4.3变频器的工作原理103 4.4.4变频器的应用108 4.4.5变频器的选择与使用118 4.5伺服电动机控制技术120 4.5.1伺服电动机121 4.5.2伺服电动机控制原理124 4.5.3伺服电动机控制模式127 4.5.4伺服驱动器128 4.5.5伺服电动机的应用132 4.6步进电动机及其控制原理135 4.6.1步进电动机的结构与 工作原理135 4.6.2步进电动机的驱动 方法140 4.6.3步进电动机的环形 分配器143 4.6.4步进电动机的传动与 控制145 4.6.5步进电动机在焊接中 的应用147 复习思考题148 第5章焊接自动化中的PLC 控制技术149 5.1可编程序控制器149 5.1.1概述149 5.1.2可编程序控制器的硬件 构成152 5.1.3可编程序控制器的输入／ 输出模块154 5.1.4可编程序控制器的编程 语言155 5.1.5可编程序控制器的工作 过程158 5.2日本三菱FX0N系列可编程序 控制器160 5.2.1型号说明161 5.2.2系统配置161 5.2.3FX0N系列PLC内软继电器 的功能及编号162 5.2.4PLC的外部接线165 5.3可编程序控制器的指令及其 应用167 5.3.1基本指令167 5.3.2定时器及计数器的 应用177 5.3.3功能指令179 5.4梯形图的编程方法与规则181 5.4.1梯形图编程的规则181 5.4.2常用基本电路的编程182 5.5触摸屏技术及其应用186 5.5.1概述186 5.5.2触摸屏类型188 5.5.3三菱触摸屏193 5.5.4触摸屏在焊接自动化中的 应用195 5.6可编程序控制器控制系统 设计199 5.6.1PLC控制系统设计的基本 原则199 5.6.2电弧焊的程序自动 控制201 5.6.3设计实例204 5.7可编程序控制器在焊接自动化 中的应用214 5.7.1PLC在不锈钢浮球焊接 自动化中的应用214 5.7.2PLC在热水器水箱管路 焊接自动化中的应用221 复习思考题231 第6章机器人焊接技术232 6.1工业机器人概论232 6.1.1工业机器人的定义232 6.1.2工业机器人的构成与 分类234 6.1.3机器人的相关技术研究 与发展趋势239 6.2焊接机器人基础240 6.2.1机器人焊接的特点240 6.2.2焊接工艺对机器人的 要求241 6.2.3焊接机器人的分类及 特点242 6.2.4机器人焊接系统244 6.2.5焊接机器人控制的基本 原理244 6.3焊接机器人运动控制245 6.3.1焊接机器人运动控制 系统245 6.3.2焊接机器人运动控制 系统软件248 6.4弧焊机器人离线编程技术250 6.4.1弧焊机器人离线编程 系统的意义及定义250 6.4.2离线编程的优点251 6.4.3弧焊机器人的特点252 6.4.4弧焊机器人离线编程系统 的组成252 6.4.5典型工业机器人离线编程 系统256 6.5焊接机器人传感技术266 6.5.1概述266 6.5.2焊缝跟踪视觉传感 技术267 6.5.3焊缝跟踪电弧传感 技术277 6.5.4焊缝寻位传感技术280 6.5.5机器人焊接过程多传感 信息融合技术287 6.6焊接机器人的应用288 6.6.1汽车制造中焊接机器人的 应用288 6.6.2工程机械制造中焊接 机器人的应用297 6.6.3盾构机零部件制造中 焊接机器人的应用307 6.6.4海洋工程钢结构制造中 焊接机器人的应用312 6.6.5桥梁钢结构制造中焊接 机器人的应用316 6.6.6机器人焊接在航天领域 的应用321 6.6.7机器人焊接生产线的 应用324 6.6.8其他制造领域中焊接 机器人的应用329 复习思考题334 参考文献335