在全球制造業向智能化、綠色化轉型的關鍵時期,中國計量大學 “云磨智擎” 團隊歷經兩年技術攻關,成功推出 “基于電磁力控與視覺引導的柔性打磨拋光設(she)備(bei)”。該設(she)備(bei)突破傳統(tong)剛(gang)性打(da)磨(mo)技術瓶頸,實現(xian)高(gao)(gao)精度力控、智(zhi)能(neng)路徑規劃(hua)與多面(mian)加(jia)工一(yi)體化(hua),為(wei)航空航天、汽車制(zhi)造(zao)、半導體等高(gao)(gao)端領域(yu)提供(gong)了高(gao)(gao)效、綠色的精密加(jia)工解決方案(an),成為(wei)推(tui)動(dong) “中國智(zhi)造(zao)” 升級的重要創新成果(guo)。

項目團隊實踐調研

       直擊行業痛點:傳統打磨 “硬傷” 催生柔性化解決方案

       傳統打磨工藝長期受困于諸多難題。在復雜曲面加工場景下,剛性打磨設備常常引發過載損傷,致使工件報廢;欠打磨問題屢見不鮮,導致產品質量難以保障;二次退火現象頻發,不僅降低生產效率,還影響產品性能。這些問題在對精度要求極高的航空航天、精密儀器制造等高端制造業中,顯得(de)尤為(wei)突(tu)出。

       針對上(shang)述問(wen)題,中國計(ji)量大(da)學(xue)“云(yun)磨智擎(qing)”學(xue)生團(tuan)隊敏(min)銳(rui)地捕(bu)捉到(dao)這些行業痛點,整(zheng)合電(dian)磁學(xue)、機器人學(xue)與機器視覺技術,研(yan)發出(chu)集 “電(dian)磁柔順力控 + 視覺精準(zhun)引導” 于(yu)一(yi)體的柔性打磨拋(pao)光設(she)備,實現從 “粗放加工” 到(dao) “精準(zhun)智造” 的跨越。

       云磨智擎團隊研發的柔性打磨拋光設備具有三大核心技術:重新定義精密打磨標準

       1.電(dian)磁變剛度(du)柔順(shun)打磨(mo)裝置——力控(kong)精度(du)達±1N,響應速度(du)提升40%

       創新采用(yong)定圈動鐵(tie)式音圈電(dian)機,通過電(dian)流-剛度(du)線性映射原(yuan)理(li),實(shi)現0-100N接觸力(li)動態調節,力(li)控精度(du)達±1N,響(xiang)應速(su)度(du)≤40 ms,較傳統方案提升40%。裝置配備六維力(li)傳感器與位移傳感器,實(shi)時(shi)補(bu)償20 mm范圍內(nei)的曲(qu)面偏差,有效消除(chu)打磨震顫(zhan),使鋁合(he)金、鈦(tai)合(he)金等硬質材料表面粗糙度(du)穩定在Ra≤0.8 μm,達到(dao)航空級精密加工標(biao)準。

電磁變剛度柔順裝置

       2.智能翻(fan)轉(zhuan)工作臺——360°無(wu)死角加工,除塵效(xiao)率(lv)超99.7%

       集成高精度(du)(du)分度(du)(du)盤(分辨率0.00625°,重復定(ding)位精度(du)(du)0.0035°),支持工(gong)(gong)件(jian)360°自動(dong)翻(fan)轉,一次裝夾即可完成多面加工(gong)(gong),解決(jue)傳統設備需多次人(ren)工(gong)(gong)調整的(de)痛點(dian)。配套(tao)氣陀螺工(gong)(gong)業集塵系統,以(yi)2000 m3/h流量吸附打磨粉塵,除(chu)塵效(xiao)率達99.7%,顯著改(gai)善作業環境,降低職業病風險。

       3.視(shi)覺引導系(xi)統(tong)——AI算法賦能(neng),焊縫識別準確率98.7%

       搭載激光3D掃描儀(yi)與改進(jin)型Yolact+深(shen)度學習(xi)算法,通過GhostNet骨干網絡與Coordinate Attention注意力機(ji)制,將雙金屬焊縫等小(xiao)目標識別準確(que)率(lv)提升(sheng)至98.7%,單幀(zhen)處理速度達15.32 FPS。結(jie)合(he)六軸(zhou)機(ji)器(qi)人手眼標定(ding)技術,實現理論(lun)模型與實際加工坐標的微米(mi)級(ji)匹配(pei),路(lu)徑規劃誤差(cha)≤0.03 mm,徹(che)底解決復(fu)雜曲面“定(ding)位難、規劃慢”問(wen)題。

 柔性打磨拋光設備實物(wu)圖

       項目(mu)由(you)中(zhong)國計(ji)(ji)量大學機械電子工(gong)(gong)程、測(ce)(ce)控(kong)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)與儀(yi)器和(he)工(gong)(gong)業工(gong)(gong)程等(deng)專業9名本(ben)科生組成(cheng),在蔣志韜等(deng)老師的指(zhi)導下,歷時2年(nian)完成(cheng)原理設計(ji)(ji)、樣機研(yan)(yan)制與工(gong)(gong)業測(ce)(ce)試。團(tuan)隊(dui)突破“學生科研(yan)(yan)落地難”瓶頸,與企業共建聯合實驗(yan)室,實現“技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)研(yan)(yan)發-場景(jing)驗(yan)證-工(gong)(gong)藝優化(hua)”閉環(huan),被行(xing)業專家評價為“兼具學術(shu)(shu)(shu)價值(zhi)與工(gong)(gong)程意(yi)義(yi)的典型成(cheng)果”,該項目(mu)成(cheng)果獲得了(le)多方面(mian)的權威認可。經中(zhong)國科學院上(shang)海(hai)科技(ji)(ji)查(cha)新(xin)咨詢中(zhong)心(xin)(xin)國內(nei)外查(cha)新(xin),證實項目(mu)核心(xin)(xin)技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)具有新(xin)穎性,綜(zong)合技(ji)(ji)術(shu)(shu)(shu)達到(dao)國際(ji)先(xian)進水平(ping)。團(tuan)隊(dui)申請的8項專利(li),包括7項發明專利(li)、1件軟件著作權和(he)1項外觀專利(li),形成(cheng)了(le)完善(shan)的知識產權保護體系。

       在項目成果轉化與行(xing)業(ye)(ye)應用落地的(de)關鍵階段,“云磨智擎(qing)” 團隊與浙江思(si)(si)普(pu)鋸(ju)(ju)業(ye)(ye)有(you)限公司(簡稱“思(si)(si)普(pu)鋸(ju)(ju)業(ye)(ye)”)達成深度產學研合作(zuo)(zuo),共同開啟智慧(hui)化鋸(ju)(ju)條焊縫打(da)磨拋光領域(yu)的(de)技術革新。作(zuo)(zuo)為國內(nei)高(gao)端鋸(ju)(ju)切工具(ju)制造的(de)龍頭企業(ye)(ye),思(si)(si)普(pu)鋸(ju)(ju)業(ye)(ye)以“降低鋸(ju)(ju)切成本,提升切削效率”為愿景,通過(guo)持續創(chuang)新、全(quan)球化合作(zuo)(zuo)及嚴格的(de)質量管理體(ti)系推動(dong)行(xing)業(ye)(ye)進步。雙方聯合開發的(de)柔性打(da)磨拋光工藝已納入思(si)(si)普(pu)鋸(ju)(ju)業(ye)(ye)高(gao)端產品線的(de)標(biao)準制程,成為了(le)高(gao)校(xiao)科(ke)研成果與細分行(xing)業(ye)(ye)深度融(rong)合的(de)典型范例。

團隊成員(yuan)與指導(dao)老(lao)師探討

       “我們希望通過技(ji)術創新,讓精密(mi)(mi)加工(gong)不再依賴‘老師傅經驗’,而是用智能設備實現‘一鍵(jian)精準加工(gong)’我們不僅(jin)是設備研(yan)發(fa)者(zhe),更是精密(mi)(mi)加工(gong)生態的(de)構建者(zhe)。” 團隊(dui)(dui)負(fu)責(ze)人(ren)周柯宇表示(shi),“目(mu)前(qian)團隊(dui)(dui)正推(tui)進(jin)(jin)設備模(mo)塊化(hua)設計(ji),團隊(dui)(dui)也(ye)將持(chi)續深耕 “電磁力控 + 視覺引導” 技(ji)術,計(ji)劃2025年完成(cheng)中(zhong)試量(liang)產,目(mu)標覆蓋(gai)汽車模(mo)具、醫療器(qi)械等(deng)大(da)型(xing)市場,助力我國(guo)從“制(zhi)造(zao)大(da)國(guo)”向“制(zhi)造(zao)強國(guo)”邁進(jin)(jin)。”

       在未來,云磨(mo)智(zhi)擎團隊預計將進一步推進該項目落(luo)地(di)實(shi)用,以實(shi)現柔性打磨(mo)拋光設備的生產應用,為全球(qiu)制造業提(ti)供(gong)“中(zhong)國(guo)(guo)方案(an)”,為‘中(zhong)國(guo)(guo)智(zhi)造’提(ti)供(gong)更多(duo)‘柔性’力量(liang)。