科创中国
基于多区域分割的大尺寸构件自适应偏差补偿
成果类型：: 实用新型专利
发布时间: 2022-10-18 17:48:22
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：“科创中国”高端装备产业科技服务团| 贡天媛 | 2022-10-20 23:13:02
因复杂船体结构空间狭窄，需选用小型机器人进行焊接作业，现场机器人型
号为 ABB140，其臂展只有 0.81m，适合构件狭小空间复杂焊缝焊接。复杂船体
构件尺寸大（标准件尺寸达到 16m×16m），而机器人因臂展小只能在小范围内
进行工件坐标的标定。若大尺寸构件的摆放偏角值较小，机器人无法精准检测出
来。当焊缝位置偏差达到一定数值时，由于焊接系统是参照标定的工件坐标来控
制焊接小车移动位置，会存在机器人发生碰撞风险。
在装配过程中的误差或者前道焊接工序导致的工件变形，使焊缝在水平面高度上发生位置偏离，即在 Z 轴方向出现坐标位移偏差，对焊缝起弧点寻位也产生影响。为实现依据实际大尺寸平面分段的空间位置情况，解决仿真模型三维坐标 的自动补偿的问题，本项目提出多区域控制点位置偏差自动测量方法：在大尺寸复杂平面分段模型上设置多个区域控制点，包括底板区域控制点和纵横肋板区域控制点，依据多个区域控制点将复杂船体构件模型划分为多个子区域并规划每一个控制点的机器人测量路径。
大尺寸复杂平面分段结构多区域控制点偏差测量与补偿
针对大尺寸复杂平面分段船体结构与平面分段三维模型存在变形大、装配偏
差大造成焊缝位置偏差大等行业共性问题，提出了大尺寸复杂平面分段多区域控
制点偏差测量与补偿技术，研究了多区域控制点设置规则和多区域自适应补偿方
法，实现了双门架四机器人测量偏差与补偿，已成功应用于大型船舶建造生产。研发大尺寸复杂平面分段机器人焊接系统及装备
开展三维设计模型数据赋能高端智能装备的各项研究工作，打通了基于船体
三维模型的数据驱动关键技术，研发了大尺寸复杂立体构件焊接机器人系统及船
舶平面分段机器人焊接装备，促进了船舶建造行业技术创新的上游、中游、下游
的对接与耦合，推动了在国产行业软件自主可控、智能装备研发方面的产学研深
度融合，实现了大尺寸复杂立体构件的空间焊缝自动焊接生产，已成功应用于民
用各型船舶、公务船舶的建造生产过程中，创造了突出的经济效益和社会效益
本项目针对大尺寸复杂平面分段的高端装备数字赋能技术研究，推进数字技术创新应用，加强数字关键核心技术攻关，共享船舶结构模型设计数据，推进数据驱动技术路径，提升数字技术创新和供给能力。且本项目研究定位于船舶行业高端制造装备的数字赋能，以船舶工业国产自主可控软件 SPD 船体模型数据为数据源，针对大型船舶建造过程中亟需数字化焊接生产的高端装备，开展了大尺寸复杂平面分段多机器人数字化生产高端装备的数字赋能研究，解决了大尺寸复杂平面分段的数据驱动机器人焊接成套关键共性基础技术，建成国内首条成功应用于船体建造的大尺寸复杂平面分段多机器人数字化焊接生产线，实现了从国产自主可控软件 SPD 设计端到数据驱动高端装备端的数字赋能技术发展，提升了我国建造大型船舶、军辅船的先进工艺技术水平。 本项目的技术覆盖面较广，应用前景广阔。
研究团队由合国内高端装备研发企业 （DIG）、高端装备研发院所（中船 11 所）、行业软件开发公司（上海东欣软件工程有限公司）、高校（江苏科技大学）的数余名专家组成。
研究团队开展了基于 SPD 船体模型的大尺寸复杂平面分段高端焊接装备数字赋能的成套关键技术研究，实现了三维模型数据驱动船舶平面分段机器人焊接生产，推动了我国船舶工业自主可控软件功能完善，促进了船舶工业软件的自主可控性能提升。
本项目在技术研发、装备研制和推广应用过程中，获得授权发明专利 5 件、
授权实用新型专利 8 件、受理发明专利 20 件、发表论文 3 篇、主编团体标准 1 项、编制企业标准 1 项、制定企业技术秘密 2 项。
本项目研究成果基于国产行业自主可控软件 SPD 船舶产品设计软件，行业内率先开展了 SPD 船体结构模型的自主可控数字赋能新模式实施，有效推动了国产自主可控软件在高端装备产业协同发展，形成良性快速的产业发展局面，对基于国产自主可控软件 SPD 的数字赋能产业发展具有良好带动和示范作用。
项目成果主要在中船黄埔文冲船舶有限公司进行产业化应用，项目实施以来，近 3 年实现本项目研究成果占比产值达 2.36 亿元，利润约 3389 万元，节支约 1552万，为公司带来显著的经济效益。同时相关技术成果也推广应用到北京火箭装备公司建造的航天某火箭发动机喷管，以及武汉曼众精工机械有限公司单位建造的汽车底盘管件等产品，累计新增销售额超 9953.54 万元，新增利润 134.62 万元，机器人智能焊接技术与装备直接销售合同超过 1 亿元。
本项目显著的研究成果，有效地助力了国产自主可控 SPD 软件从设计端到数据驱动装备端的跨越式发展，填补了国防装备数字化焊接生产的多项技术空白，推动了船舶行业的数字化转型进，促进了国产行业软件自主可控、智能装备研发方面的产学研深度融合，保障了国家重要工程产品高质量建造。
本项目以船舶工业国产自主可控软件 SPD 船舶产品设计为平台，开展船舶行业高端制造装备的数字赋能研究，解决了船体三维模型数据驱动多机器人焊接生产的关键共性基础技术，形成了应用于大型船体建造的大量主要技术指标，为该成果的重要转化方向。
下载app