《智能弧焊系统控形、控性技术及装备》

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该项目属于机械科学技术焊接工艺与设备领域,主要涉及智能焊接技术及应用。

作为现代化制造业不可或缺的关键环节,焊接生产的复杂性使其成为工业4.0进程的难点之一。中国机器人焊接事业蓬勃发展,逐步缩小与工业发达国家的距离,但在高端智能焊接领域尚存在显著差距,严重局限了民族工业的国际竞争力。该项目在焊接电弧机理、复杂工况感知和焊接参数精准控制等方面实现了重大技术创新与突破,成功实现了机器人焊接生产的动态感知和智能调控,有效推动了大规模焊接生产的转型升级,关键技术创新与突破如下:

(1)提出了多元素多组分标准温度法,突破了多组分电弧温度和浓度计算的局限,建立了焊接电弧时空四维测量方法和系统,计算了电子密度、电子温度的空间分布和动态行为,理论误差从±16-35%降低到±2-3%;揭示了气体组分、焊枪位姿、工件状态对电弧能量分配路径和比例的作用规律,以及对熔池流动和凝固行为的影响,建立了铝合金、镀锌板、热成型板等材料的电弧能量模型和数据库,为改善焊缝成形、抑制焊接缺陷提供了理论依据和数据支撑。

(2)提出了结构光自适应多次曝光法,解决了铝合金、镀锌板等高反光材料的形位检测难题;突破了空间曲线焊缝法向跟踪技术,检测精度从±0.5mm提高到±0.05mm,实现了焊接过程的机器人位姿精准控制;建立了多信息融合的焊前、焊中和焊后协同检测方法和系统,实现了工件、机器人、焊接电源的综合优化方法和评价模型,为突破机器人智能焊接技术瓶颈提供了新思路和新方法。

(3)提出了“脉冲-短路自适应协同波控”技术,突破了机器人弧焊过程智能优化的难题,依据装配间隙、表面状态、操作环境、机器人位姿等完成焊接电源波控参数优化和焊接气体选配,有效改善了焊缝成形、抑制了气孔、弧坑裂纹、表面氧化等焊接缺陷,镀锌板弧焊焊缝的气孔密度从29.3个/100mm下降到9.7个/100mm,汽车板MIG铜钎焊焊缝表面黑色沉积面积从80%降到5%以下。

项目成果在汽车制造领域得到成功应用和推广,在上海拖拉机内燃机、上海君屹工业自动化、上海汇众汽车制造、武汉捷众汽车零部等企业的后纵梁焊接、电池模组焊接、扭转梁后桥焊接、横向摇臂焊接、后轮罩、副车架焊接等多条机器人焊接生产线中得到成功应用,形成8套企业技术规范,近三年累计新增产值13.83亿元,新增利润3.67亿元。同时,部分成果也成功应用于上海航空发动机、交运集团、纳铁福传动轴等企业。

项目授权发明专利11项,实用新型8项,公开专利申请5项,在焊接电弧机理、复杂工况感知和焊接参数精控三个方面形成专利群。发表学术论文75篇(其中SCI/EI收录47篇,国内外累计他引197次),国内外学术会议邀请报告11次,组织国内外学术研讨会3次。与国内知名企共建产学研合作研发中心3个,培养了相关领域研究生40多名,形成了一支焊接协同创新团队,有效推动了中国焊接制造科学与技术的进步。

成果说明

该项目研发了多种智能化机器人焊接工艺规范和焊接成套装备,在上海汽车行业得到广泛应用。 研发的系统装备已在上海汇众汽车制造有限公司、上海拖拉机内燃机有限公司、上海君屹工业自动化股份有限公司、联合汽车电子有限公司、上海纳铁福传动轴有限公司、交运集团、沈阳捷众、陕西航天动力、创斯达集团等十余家企业应用。形成了8套企业技术规范,近三年新增产值13.83亿元,新增利润3.67亿元,凸显了该项目在大规模焊接制造领域共性技术的支撑作用。 应用汽车轻量化方向:所建立的技术方法应用到汇众汽车制造有限公司、烟台捷众、上

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