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高精度焊件机器人视觉智能跟踪新技术

项目概况目前，国内外大量应用弧焊机器人系统从整体上看基本都属第一代或准二代焊接机器人系统。由于焊接路径和焊接参数是根据实际作业条件预先设置的，在焊接时缺少外部信息传感和实时调整控制功能，这类弧焊机器人一般不能应对焊接作业条件严格的稳定性要求，焊接时缺乏“柔性”，表现出明显的缺点。在实际弧焊过程中，焊接条件是经常变化的，如加工和装配等误差会造成焊缝位置和尺寸的变化，焊接过程中工件受热及散热条件改变会造成焊道变形和熔透不均。为克服机器人焊接过程中各种不确定性因素对焊接质量的影响，提高机器人作业智能化水平和工作的可靠性，要求弧焊机器人系统不仅能实现焊接参数的在线调整，且能实现焊缝的自动实时跟踪。已完成铝镁硅合金框架弧焊机器人柔性工作站焊缝智能跟踪与图象处理技术，使企业塞拉门设计制造的技术水平达国际先进水平。本项目具有国际先进水平，拥有自主知识产权。主要特点已完成的项目，塞拉门框架的材料为铝镁硅合金，材料特殊、框架尺寸较大，焊点多而短、焊接质量要求高，故解决柔性夹具设计、实现两面焊接、满足多系列多规格门框尺寸的要求是体现了成果的先进性；铝镁硅合金框架弧焊机器人柔性工作站所包括的柔性夹具、焊缝智能跟踪与图象处理技术，使企业塞拉门设计制造的技术水平达国际先进水平，体现了成果的创造性。技术指标国内城市轨道车辆、高速列车的迅猛发展使得城轨门生产逐年猛增，品种不断翻新，但铝镁硅合金框架等主要零部件仍为手工焊接。由于手工焊接依赖于工人的技术水平，效率低，焊接质量欠佳，优质品率低，是制约我国城轨门产品升级的关键技术。首选企业的高精度焊件达到：焊缝识别误差 600×600 像素， ±0.25mm，±0.20mm；焊枪姿态误差，±0.045mm，±0.040mm；其它误差（包括焊丝变形误差、工件热变形误差、焊接电流误差等），±0.030mm，±0.020mm；视觉跟踪综合误差，±0.5mm，±0.35mm。市场前景成果实施后使用单位使用前手工焊接的 1.2 万件/年，达到 4 万件。按人工焊接生产水平，支出费用为 72 万×3.5=252 万，机器人的投入成本 1 年半内可收回，且可满足使用单位近 3-5 年的发展需求。按近几年使用单位产品产量的增长速度，2009-2010 年产量可达 5.5 万件，2 台机器人工作站每年可生产 5.68 万件，完全满足生产要求。若仍用人工焊接则成本支出为 72 万 ×4.6=331.2 万元，而机器人工作台投入费用为零。企业每年可新增产值 4-5 亿元，利税 1.2-1.5 亿元。市场应用方面已具备推广应用的基本条件，该成果的完成，不仅可以提升企业高精度特材焊件设计制造的技术水平，提高企业技术创新能力和提升产业集聚度，使产品达同行业国8 内领先或国际先进水平，且可成为企业现代先进制造工艺与装备工程应用的一个亮点。通过开发研制，真正体现了产学研合作的现代高等教育理念，在高校和企业中锻炼出一批机器人研制方面、具有实战经验的科技人才。

南京工程学院 2021-04-13