热模锻件在线自动化三维测量技术及装备

     热模锻件广泛应用于航空、航天、汽车等高端装备的关键承力部位,在成形过程中经历多个热态变形过程,精度难以控制。传统热模锻件采用大余量模锻和机加工的方式生产,严重影响模锻件性能,且材料和能源浪费严重。对模锻件不同温度下的三维尺寸进行精确测量,是澄清模锻件变形规律、优化锻造工艺的基础。但在测量热模锻件时面临如下难题:1)生产线现场振动强,导致热模锻件数据精确获取难;2)热模锻件形状复杂,导致测量路径自动规划难;3)热模锻件无法粘贴标志点,导致测量数据自动处理难;4)热模锻生产线装备复杂,导致测量装备与生产线的协同控制难。针对上述难题,项目组在系列项目支持下,经过十一年的产学研联合攻关,取得如下创新成果:
    1、发明热模锻件精确三维测量技术,研制了具备热辐射智能防护功能的热模锻件高温三维测量头,解决了热模锻件三维数据难以精确测量的难题,实现了1100℃及以下热模锻件的快速、高精度三维测量,单次测量范围600mm×450mm、测量精度±0.05mm、测量时间0.40s。
    2、提出热模锻件多视点测量路径自动规划方法,研发了测量路径自动规划软件,实现了热模锻件测量视点自动生成、测量路径自动规划和测量坐标系自动调整等功能,路径规划效率提高5倍,测量视点数量降低30%。
    3、提出热模锻件三维测量数据自动处理技术,研发了热模锻件三维测量数据自动处理软件,解决了多视点测量数据对齐、拼接优化和噪音去除等难题,拼接精度达0.05mm+0.02mm/m,噪声自动去除时间小于0.20s。
    4、发明集成面扫描和机器人的热模锻件在线自动化三维测量技术,研制了AutoScan-H系列装备,国际首次在线实现了1100℃热模锻件三维尺寸的全测全检,为热模锻工艺优化提供了丰富的数据,显著提升了热模锻件的成形精度及其生产线的智能化水平。
    获发明专利27项、软件著作权12项;发表论文66篇,出版专著2部;参与制定国标和行标各1项。“先进成形技术与装备”教育部创新团队专家验收“整体达到国际先进水平,部分达到国际领先水平”;专家鉴定“对提高我国复杂锻件智能化制造水平具有重要意义,市场前景广阔。”
    研制的系列自动化三维测量装备应用于全球知名的汽车前桥、转向节、曲轴等和航空发动机叶片、齿轮、导热内环等关键部件生产企业,支撑了轻量化汽车、新一代飞机等高端装备的研制与生产,填补了相关企业缺少热模锻件测量技术的空白,效益显著。据统计5家完成单位,近三年新增产值58.89亿元、利润10.13亿元。成果推动了我国热模锻行业的技术进步,提升了我国制造业的国际竞争力。