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项目案例 Case
Case 激光位移

基于激光位移测量的机器人自动定位打磨系统的成功应用案例

日期: 2025-05-03
浏览次数: 5


一、某型航空发动机机匣精密打磨项目(国内自主研发案例)

应用背景

加工对象:钛合金 TC4 机匣(直径 350mm,叶片型面曲率半径 20-100mm,加工余量 0.3-0.5mm)
核心难点:薄壁结构(最小壁厚 1.5mm)易变形,型面复杂导致定位误差敏感(设计公差 ±0.02mm,表面粗糙度 Ra≤0.2μm)。

技术方案

  1. 硬件系统

    • 测量单元:KUKA KR600 R2830 机器人搭载 LTP150 激光位移传感器(量程 ±40mm,重复精度 1.2μm),采用螺旋线扫描路径(层间距 0.5mm,采样点密度 1 点 /°)。

    • 定位工装:三工位旋转工作台(定位精度 ±5″),配置伺服驱动定位夹紧滑块(行程 ±20mm,分辨率 1μm),通过 120° 对称分布实现径向(X/Y 轴)和角向(θ 轴)解耦调整。

  2. 软件算法

    • 偏差计算:基于 Kasa 迭代法拟合圆周 72 个等分点,径向定位精度 ±15μm;通过定位销块切线测量,角向偏差检测精度 ±0.001°。

    • 闭环控制:自动调整滑块补偿径向偏差,角向误差通过修正加工程序角度实现补偿,单次定位周期≤3 分钟。

实施效果

  • 精度突破:径向尺寸偏差从 ±0.3mm 降至 ±15μm,表面粗糙度 Ra 从 1.2μm 降至 0.15μm,满足航空级精度要求。

  • 效率提升:单工件加工时间从 8 小时缩短至 5.5 小时,良率从 85% 提升至 98%,避免人工对刀的耗时误差。

  • 柔性适配:通过参数化配置,兼容 3 种不同型号机匣,换型时间≤10 分钟,适应多品种小批量生产。

基于激光位移测量的机器人自动定位打磨系统的成功应用案例


二、航空发动机涡轮叶盘自动化打磨项目(专利技术转化案例)

应用背景

加工对象:镍基高温合金涡轮叶盘(直径 400mm,叶片高度 80mm,叶间流道最小宽度 15mm)
核心难点:叶片型面扭曲度大(最大曲率变化率 0.05mm⁻¹),定位误差易导致打磨过切或欠切。

技术方案

  1. 系统集成

    • 测量模块:采用自主研发的激光位移测量系统(基于三角测量法,线性度 ±0.02% F.S.),机器人末端集成快换装置,支持传感器与砂带机工具头(接触力控制 ±5N)自动切换。

    • 定位策略:通过三滑块机构调整工件圆心,结合角向偏差补偿(公式 φ=λ/R),实现定位精度 ±15μm(径向)和 ±0.001°(角向)。

  2. 工艺优化

    • 路径规划:针对叶间流道设计五轴联动轨迹,刀轴矢量与型面法向夹角控制在 15° 以内,避免干涉;砂带线速度 800mm/s,接触压力 30N(力传感器实时反馈调整)。

    • 误差补偿:基于测量数据实时修正机器人 TCP(工具中心点),补偿机械臂运动误差(重复定位精度从 ±0.08mm 提升至 ±0.02mm)。

实施效果

  • 质量提升:叶片缘板厚度偏差从 ±0.1mm 降至 ±0.01mm,流道表面粗糙度 Ra≤0.18μm,通过航空发动机热疲劳测试(循环次数≥10⁴次无裂纹)。

  • 成本节约:减少人工检测工序(每工件检测时间从 2 小时降至 15 分钟),年节约成本约 300 万元(按年产 500 件计算)。

  • 技术创新:实现 “测量 - 定位 - 打磨 - 检测” 全流程自动化,获国防科技进步三等奖。

基于激光位移测量的机器人自动定位打磨系统的成功应用案例


三、飞机螺旋桨叶片镜面抛光项目(Kane Robotics 案例,美国)

应用背景

加工对象:碳纤维复合材料螺旋桨叶片(长度 2.5m,叶面扭曲度 ±10°,表面精度要求 ±0.05mm)
核心难点:柔性材料易变形,传统接触式测量易损伤表面,需高精度非接触定位。

技术方案

  1. 设备配置

    • 测量系统:集成激光位移传感器(三角法,精度 ±20μm)与视觉相机,构建多传感器融合系统,获取叶片点云数据(采样密度 0.5mm),通过 RoboDK 软件实现点云与 CAD 模型的高精度配准(配准误差≤0.03mm)。

    • 打磨单元:KUKA 机器人搭载轨道砂光机(振幅 2mm,频率 50Hz),集成 ATI 力传感器(力控制精度 ±1N),实现恒压力抛光(压力设定 25N)。

  2. 关键技术

    • 位姿匹配:通过叶片榫头定位销块的激光测量,计算角向偏差并补偿至机器人运动轨迹,确保叶背与叶盆的抛光轨迹与理论型面偏差≤±0.04mm。

    • 路径优化:采用等参数线法生成抛光轨迹,针对叶面曲率变化自动调整砂带接触角度(最小曲率半径处步长 0.3mm),避免抛光纹路不均。

基于激光位移测量的机器人自动定位打磨系统的成功应用案例

实施效果

  • 表面质量:抛光后叶面粗糙度 Ra≤0.1μm,气动性能测试显示阻力系数降低 3%,达到航空级镜面标准。

  • 效率对比:单叶片加工时间从人工操作的 12 小时缩短至 4 小时,且消除了人工抛光的厚度不均问题(最大厚度偏差从 ±0.2mm 降至 ±0.06mm)。

  • 安全性:非接触测量避免叶片损伤,力控制技术防止过载导致的材料分层,缺陷率从 5% 降至 0.5% 以下。


四、航空航天蒙皮壁板边缘铣削项目(国内某主机厂案例)

应用背景

加工对象:铝合金蒙皮壁板(尺寸 3m×2m,曲率半径 500-2000mm,边缘精度要求 ±0.1mm)
核心难点:大尺寸薄壁件定位基准易漂移,传统机械定位耗时且精度不足。

技术方案

  1. 定位系统

    • 激光测量网络:在机器人末端安装 3 组 LTP150 传感器(呈 60° 分布),同时扫描壁板边缘特征点(每米采集 50 个点),通过最小二乘法拟合边缘曲线,确定工件实际位置与理论坐标系的偏差(X/Y 轴 ±20μm,θ 轴 ±0.002°)。

    • 动态调整:驱动真空吸附工装的三自由度调整机构(平移 ±5mm,旋转 ±0.5°),基于测量数据实时补偿壁板安装偏差。

  2. 加工工艺

    • 铣削策略:采用 “先测量后加工” 模式,根据实时定位数据生成铣削路径,主轴转速 8000rpm,进给速度 500mm/min,刀具选用金刚石涂层立铣刀(直径 10mm,刃长 15mm)。

    • 误差补偿:通过机器人运动学模型修正 TCP 位置,补偿机械臂热变形(温度每变化 10℃,补偿量≤±0.05mm)。

实施效果

  • 边缘精度:铣削后边缘直线度误差≤±0.08mm,轮廓度误差≤±0.1mm,满足大部件装配间隙≤0.2mm 的要求。

  • 生产效率:单壁板定位时间从 30 分钟缩短至 5 分钟,铣削效率提升 40%,年产能从 2000 件提升至 3500 件。

  • 标准化应用:形成一套适用于大尺寸曲面件的定位加工流程,已推广至 3 种型号飞机蒙皮生产。


五、共性技术优势与行业价值

  1. 核心技术共性

    • 非接触测量:激光位移传感器实现微米级精度的径向 / 角向偏差检测,避免接触式测量的工件损伤与耗时问题。

    • 闭环控制:通过 “测量 - 计算 - 调整 - 加工” 全流程自动化,将定位误差抑制在设计公差 1/10 以内(如 ±15μm≤±0.02mm 的 1/1.3)。

    • 多学科融合:集成机器人运动学、曲面拟合算法、力控制技术,解决复杂曲面加工的干涉、变形等难题。

  2. 行业推广价值

    • 精度对标:达到国际先进水平(如美国 AeroGlide 系统径向精度 ±20μm,本案例 ±15μm),打破国外技术垄断。

    • 成本效益:单套系统投资回收期≤2 年(按年节约人工 / 返工成本计算),适用于航空航天、光学器件等高端制造领域。

    • 标准化意义:建立复杂曲面工件的自动化定位加工标准,推动行业从 “经验驱动” 向 “数据驱动” 转型。

总结

上述案例表明,基于激光位移测量的机器人自动定位打磨系统在航空复杂曲面加工中已实现工程化应用,核心在于通过高精度测量、智能算法与精密工装的深度融合,解决了传统加工中的定位难、精度低、效率差等问题。未来随着多传感器融合、数字孪生等技术的发展,该类系统将进一步向智能化、柔性化方向升级,成为高端装备制造的核心技术支撑。


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泓川科技LTM3/LTM5 激光位移传感器重塑网口TCP/IP通讯测量生态-从高速通讯到智能交互的全... 2025 - 05 - 13 一、破局万元壁垒:3000-4000 元网口传感器开启普惠智能时代在工业传感器领域,具备以太网(网口)输出功能的激光位移传感器长期被海外品牌以万元价格垄断,成为自动化升级的 “卡脖子” 环节。无锡泓川科技携LTM3(10kHz 采样)与 LTM5(31.25kHz 超高速采样)系列强势破局,以3000-4000 元核心定价,将高精度网口测量设备从 “奢侈品” 变为 “工业标配”,让中小企业也能畅享高速通讯与智能测控的双重红利。二、网口通讯革命:重新定义工业数据交互的 “速度与智慧”1. 百兆级极速传输:毫秒级捕捉动态世界LTM3/LTM5 搭载的以太网接口支持 TCP/IP 协议,数据传输速率达 100Mbps,较传统 485 串口(115.2kbps)快 800 倍,比模拟信号(易受干扰、刷新率低)更实现质的飞跃: 高频动态测量:LTM5-050 在锂电池极片涂布生产中,以 31.25kHz 超高速采样实时追踪极片厚度波动,网口同步输出微米级数据(重复精度 0.6μm),配合上位机软件实时绘制厚度曲线,异常波动响应时间<1ms,确保涂布精度一致性提升 99%。多传感器组网:单台 PLC 可通过网口同时接入 100 + 台 LTM3 传感器,构建密集测量阵列(如汽车车身全尺寸扫描),数据吞吐量较 485 方案提升 50 倍,系统延迟降低至微秒级。2.&...
泓川科技 HC26-30 与奥泰斯 OPTEX CD33-30 系列激光位移传感器对比分析:技术性能... 2025 - 04 - 14 在工业自动化领域,激光位移传感器凭借高精度、非接触测量的优势,广泛应用于精密定位、尺寸检测等场景。本文针对泓川科技 HC26 系列与奥泰斯 OPTEX CD33-30 系列(含模拟量通讯版本)进行多维度技术对比,从安装尺寸、通讯格式、模拟量信号、精度、成本等关键指标分析两者的可替代性,为用户选型提供参考。 一、结构设计与安装兼容性:尺寸与适配性对比泓川 HC26 系列外形尺寸为 60×50×22mm,重量约 120g(含线缆),采用紧凑式设计,支持螺丝安装,适配通用工业设备安装孔位(如文档 3 中提到的 2×4.4mm 贯穿孔)。防护等级为 IP67,可在粉尘、潮湿环境中稳定工作,环境温度范围 -10~50℃,适应性更强。奥泰斯 CD33-30 系列文档未明确标注具体尺寸,但从重量推测(约 65g,不含电缆),体积略小于 HC26,同样支持 M12 8 引脚接插式安装,防护等级 IP67,环境温度 -10~45℃。对比结论:两者安装方式均为工业标准,HC26 稍大但兼容性良好,适合对空间要求不苛刻的场景;CD33-30 系列体积更小巧,但 HC26 在温度适应性上略优。   二、通讯与信号输出:灵活性与通用性差异通讯格式HC26:支持 RS485 Modbus RTU 协议,波特率...
国产替代深度解析:泓川科技 HC8-050 与松下 HG-C1050 激光位移传感器的技术对比与应用... 2025 - 04 - 13 在工业自动化领域,精密测量是保障产品质量与生产效率的核心环节。泓川科技 HC8-050 与松下 HG-C1050 作为两款主流的中短距离激光位移传感器,在电子制造、精密加工、自动化检测等领域应用广泛。本文将从技术参数、核心性能、应用场景等维度展开深度对比,揭示 HC8-050 在特定场景下的显著优势及高性价比。一、基础技术参数:精准定位性能差异参数HC8-050HG-C1050差异分析测量范围50±15mm(35-65mm)50±15mm(35-65mm)两者一致,覆盖中短距离精密测量场景。重复精度15μm30μmHC8-050 的重复精度比 HG-C1050 提升 50%,适用于对微小位移敏感的精密检测(如芯片封装、精密轴承测量)。光点直径70μm约 70μm光斑尺寸相同,但 HC8-050 通过光学优化,在低反射率表面的光斑识别能力更强。线性度±0.1%F.S.±0.1%F.S.线性度一致,满足工业级测量精度要求。温度特性±0.05%F.S/℃±0.03%F.S/℃HG-C1050 理论温漂略优,但 HC8-050 通过硬件散热与软件温补算法,实际在高温环境(如 80℃)下稳定性更优。工作温度-10~50℃(支持 80℃长期使用)-10~45℃HC8-050 突破行业常规,通过特殊设计可在 80℃高温环境稳定运行,而 ...
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