高精度焊件機器人視覺智能跟蹤新技術
項目概況 目前,國內外大量應用弧焊機器人系統從整體上看基本都屬第一代或準二代焊接機器人 系統。由于焊接路徑和焊接參數是根據實際作業條件預先設置的,在焊接時缺少外部信息傳 感和實時調整控制功能,這類弧焊機器人一般不能應對焊接作業條件嚴格的穩定性要求,焊 接時缺乏“柔性”,表現出明顯的缺點。在實際弧焊過程中,焊接條件是經常變化的,如加 工和裝配等誤差會造成焊縫位置和尺寸的變化,焊接過程中工件受熱及散熱條件改變會造成 焊道變形和熔透不均。 為克服機器人焊接過程中各種不確定性因素對焊接質量的影響,提高機器人作業智能化 水平和工作的可靠性,要求弧焊機器人系統不僅能實現焊接參數的在線調整,且能實現焊縫 的自動實時跟蹤。已完成鋁鎂硅合金框架弧焊機器人柔性工作站焊縫智能跟蹤與圖象處理技 術,使企業塞拉門設計制造的技術水平達國際先進水平。 本項目具有國際先進水平,擁有自主知識產權。 主要特點 已完成的項目,塞拉門框架的材料為鋁鎂硅合金,材料特殊、框架尺寸較大,焊點多 而短、焊接質量要求高,故解決柔性夾具設計、實現兩面焊接、滿足多系列多規格門框尺 寸的要求是體現了成果的先進性; 鋁鎂硅合金框架弧焊機器人柔性工作站所包括的柔性夾具、焊縫智能跟蹤與圖象處理 技術,使企業塞拉門設計制造的技術水平達國際先進水平,體現了成果的創造性。 技術指標 國內城市軌道車輛、高速列車的迅猛發展使得城軌門生產逐年猛增,品種不斷翻新,但 鋁鎂硅合金框架等主要零部件仍為手工焊接。由于手工焊接依賴于工人的技術水平,效率低, 焊接質量欠佳,優質品率低,是制約我國城軌門產品升級的關鍵技術。 首選企業的高精度焊件達到:焊縫識別誤差 600×600 像素, ±0.25mm,±0.20mm;焊 槍姿態誤差,±0.045mm,±0.040mm;其它誤差(包括焊絲變形誤差、工件熱變形誤差、焊 接電流誤差等),±0.030mm,±0.020mm;視覺跟蹤綜合誤差,±0.5mm,±0.35mm。 市場前景 成果實施后使用單位使用前手工焊接的 1.2 萬件/年,達到 4 萬件。按人工焊接生產水 平,支出費用為 72 萬×3.5=252 萬,機器人的投入成本 1 年半內可收回,且可滿足使用單位 近 3-5 年的發展需求。 按近幾年使用單位產品產量的增長速度,2009-2010 年產量可達 5.5 萬件,2 臺機器人 工作站每年可生產 5.68 萬件,完全滿足生產要求。若仍用人工焊接則成本支出為 72 萬 ×4.6=331.2 萬元,而機器人工作臺投入費用為零。企業每年可新增產值 4-5 億元,利稅 1.2-1.5 億元。 市場應用方面已具備推廣應用的基本條件,該成果的完成,不僅可以提升企業高精度特 材焊件設計制造的技術水平,提高企業技術創新能力和提升產業集聚度,使產品達同行業國8 內領先或國際先進水平,且可成為企業現代先進制造工藝與裝備工程應用的一個亮點。通過 開發研制,真正體現了產學研合作的現代高等教育理念,在高校和企業中鍛煉出一批機器人 研制方面、具有實戰經驗的科技人才。
南京工程學院
2021-04-13