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第1章 焊接自动化技术概述1

1.1 焊接自动化现状与发展趋势1

1.2 现代焊接自动化技术特点4

1.3 焊接自动化设备分类4

1.3.1 专用型自动弧焊设备5

1.3.2 焊接机器人6

1.4 典型产品的焊接自动化设备7

1.4.1 储罐自动焊设备7

1.4.2 天然气管道自动焊设备10

1.4.3 船舶焊接自动化设备12

1.4.4 锅炉集箱焊接机器人工作站12

1.5 焊接自动化实用技术要点13

第2章 焊接自动化设备结构组成17

2.1 概述17

2.2 机械装置结构组成与功能特点17

2.3 激光视觉传感系统结构组成与功能特点19

2.4 控制系统结构组成与功能特点21

第3章 焊接自动化设备机械结构24

3.1 概述24

3.2 机床式焊接设备机械结构24

3.2.1 机床式焊接设备机械结构概述24

3.2.2 典型工件自动化专用焊接设备机械结构实例28

3.3 关节式机器人机械结构33

3.3.1 点焊机器人机械结构34

3.3.2 弧焊机器人机械结构38

3.4 导轨式移动焊接机器人机械结构42

3.4.1 直轨道焊接机器人机械结构43

3.4.2 轨道式管道全位置焊接机器人机械结构44

3.4.3 柔性轨道全位置焊接机器人机械结构47

3.5 无导轨焊接机器人机械结构49

3.5.1 无导轨焊接机器人机械结构概述50

3.5.2 无导轨焊接机器人应用实例53

3.6 水下自动焊接设备机械结构55

3.6.1 水下高压自动焊接设备机械结构55

3.6.2 水下无导轨局部干法自动焊接设备机械结构63

第4章 焊接自动化传感技术65

4.1 概述65

4.2 接触式焊缝跟踪传感技术66

4.2.1 探针接触式传感器67

4.2.2 探针触摸式传感器67

4.2.3 电极接触式传感器68

4.2.4 接触式焊缝跟踪传感关键技术68

4.3 电磁式焊缝跟踪传感技术69

4.3.1 电磁传感器69

4.3.2 涡流传感器70

4.4 电弧式焊缝跟踪传感技术71

4.4.1 电弧传感焊缝跟踪的基本原理71

4.4.2 摆动式电弧传感器72

4.4.3 旋转电弧传感器74

4.5 视觉焊缝跟踪传感技术75

4.5.1 光学传感器76

4.5.2 CCD视觉传感器77

4.5.3 被动光视觉传感技术78

4.5.4 主动光视觉传感技术79

4.5.5 焊缝跟踪图像处理技术82

4.5.6 焊缝跟踪控制技术84

4.6 超声波焊缝跟踪传感技术85

4.6.1 超声波的传播及特点86

4.6.2 超声波焊缝跟踪检测传感器原理86

4.6.3 超声波传感器检测精度问题87

4.7 红外辐射焊缝跟踪传感技术88

4.8 实例分析90

4.8.1 光电接触式焊缝跟踪传感器90

4.8.2 新型机械接触式焊缝跟踪传感器92

4.8.3 CCD光电式焊缝跟踪传感器93

4.8.4 光纤式激光焊缝跟踪传感器97

第5章 焊接自动化控制系统103

5.1 概述103

5.1.1 焊接自动化控制系统基本要求103

5.1.2 焊接自动化控制系统的常用技术103

5.1.3 焊接自动化控制系统的关键技术105

5.2 焊接自动化控制系统常用硬件电路105

5.2.1 可编程序控制器106

5.2.2 单片微机110

5.2.3 DSP处理器113

5.2.4 执行电动机驱动器117

5.3 常用自动控制算法129

5.3.1 概述129

5.3.2 PID控制算法130

5.3.3 模糊控制算法131

5.3.4 自适应控制方法132

5.4 焊接自动化硬件技术133

5.4.1 机电一体化集成技术133

5.4.2 焊接自动化硬件系统接口技术136

5.4.3 焊接自动化设备人机交互系统142

5.4.4 焊接自动化控制硬件系统实例144

5.5 焊接自动化软件技术149

5.5.1 焊接自动化软件系统结构组成与控制逻辑149

5.5.2 PID算法应用技术152

5.5.3 焊缝自动跟踪控制算法155

5.5.4 焊接自动化控制软件实例159

第6章 焊接自动化设备设计166

6.1 设计步骤与要点166

6.2 自动化焊接设备整机设计实例169

6.2.1 无导轨全位置焊接机器人设计169

6.2.2 汽车后桥壳自动焊设备设计176

6.2.3 全位置自动焊机设计178

6.3 焊接自动化设备改造性设计实例180

6.3.1 大直径薄壁长筒体自动焊装置设计180

6.3.2 抽油机驴头圆弧焊专机设计182

6.3.3 探臂式罐体自动焊车设计184

6.4 自动焊设备微机控制系统设计实例185

6.4.1 弧焊设备通用一元化调节微机系统设计185

6.4.2 翅片管自动焊机控制系统设计186

6.4.3 螺旋焊缝自动跟踪系统设计193

6.4.4 焊接自动化设备全数字人机界面系统设计196

第7章 焊接自动化技术应用实例203

7.1 大型容器全位置自动焊技术应用实例203

7.1.1 储罐立缝的自动焊技术203

7.1.2 储罐横向埋弧焊技术205

7.1.3 储罐双丝埋弧焊技术208

7.1.4 储罐自动气体保护焊技术208

7.1.5 储罐焊接工程项目实例210

7.2 大型管道全位置自动焊技术应用实例211

7.3 国产焊接机器人工作站的工程应用214

第8章 焊接自动化热点技术研究与发展前景217

8.1 焊缝视觉跟踪技术研究与发展前景217

8.1.1 基于激光传感的焊缝轨迹跟踪技术217

8.1.2 激光扫描法焊缝跟踪技术218

8.1.3 焊缝跟踪图像处理技术研究与发展218

8.1.4 焊缝自动跟踪控制算法研究与发展220

8.2 焊缝成形控制技术221

8.2.1 TIG焊缝成形控制221

8.2.2 MIG焊熔池成形控制222

8.2.3 管道自动根焊技术研究与发展223

8.2.4 全位置自动焊新技术研究225

8.3 高效熔焊新技术226

8.3.1 Tandem法双丝高速焊226

8.3.2 TIME高效熔敷焊228

8.3.3 活性焊剂TIG焊229

8.3.4 激光-MIG复合焊231

8.3.5 窄间隙自动焊技术232

8.4 焊接机器人技术研究与发展234

8.4.1 焊接机器人工作站研究与发展234

8.4.2 船舶焊接机器人研究与发展234

8.4.3 全位置智能焊接机器人研究与发展236

8.4.4 焊接机器人发展趋势241

附录 S7-200型PLC指令摘要244

附录 A 位逻辑指令244

附录 B 比较指令247

附录 C 转换指令249

附录 D 计数器指令252

附录 E 脉冲输出指令257

附录 F 数字运算指令259

附录 G 比例/积分/微分（PID）回路控制指令262

附录 H 中断指令263

附录 I 逻辑操作指令266

附录 J 传送指令267

附录 K 程序控制指令268

附录 L 移位和循环指令275

附录 M 表指令277

附录 N 定时器指令280

附录 O 子程序指令282

参考文献284