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備”。該設備突破傳統剛性打磨技術瓶頸,實現高精度力控、智能路徑規劃與多面加工一體化,為航空航天、汽車制造、半導體等高端領域提供了高效、綠色的精密加工解決方案,成為推動 “中國智造” 升級的重要創新成果。

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,顯得尤為突出。

       針對上述問題,中國計量大學“云磨智擎”學生團隊敏銳地捕捉到這些行業痛點,整合電磁學、機器人學與機器視覺技術,研發出集 “電磁柔順力控 + 視覺精準引導” 于一體的柔性打磨拋光設備,實現從 “粗放加工” 到 “精準智造” 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.電磁變剛度柔順打磨裝置——力控精度達±1N,響應速度提升40%

       創新采用定圈動鐵式音圈電機,通過電流-剛度線性映射原理,實現0-100N接觸力動態調節,力控精度達±1N,響應速度≤40 ms,較傳統方案提升40%。裝置配備六維力傳感器與位移傳感器,實時補償20 mm范圍內的曲面偏差,有效消除打磨震顫,使鋁合金、鈦合金等硬質材料表面粗糙度穩定在Ra≤0.8 μm,達到航空級精密加工標準。

電磁變剛度柔順裝置

       2.智能翻轉工作臺——360°無死角加工,除塵效率超99.7%

       集成高精度分度盤(分辨率0.00625°,重復定位精度0.0035°),支持工件360°自動翻轉,一次裝夾即可完成多面加工,解決傳統設備需多次人工調整的痛點。配套氣陀螺工業集塵系統,以2000 m3/h流量吸附打磨粉塵,除塵效率達99.7%,顯著改善作業環境,降低職業病風險。

       3.視覺引導系統——AI算法賦能,焊縫識別準確率98.7%

       搭載激光3D掃描儀與改進型Yolact+深度學習算法,通過GhostNet骨干網絡與Coordinate Attention注意力機制,將雙金屬焊縫等小目標識別準確率提升至98.7%,單幀處理速度達15.32 FPS。結合六軸機器人手眼標定技術,實現理論模型與實際加工坐標的微米級匹配,路徑規劃誤差≤0.03 mm,徹底解決復雜曲面“定位難、規劃慢”問題。

 柔性打磨拋光設備實物圖

       項目由中國計量大學機械電子工程、測控技術與儀器和工業工程等專業9名本科生組成,在蔣志韜等老師的指導下,歷時2年完成原理設計、樣機研制與工業測試。團隊突破“學生科研落地難”瓶頸,與企業共建聯合實驗室,實現“技術研發-場景驗證-工藝優化”閉環,被行業專家評價為“兼具學術價值與工程意義的典型成果”,該項目成果獲得了多方面的權威認可。經中國科學院上海科技查新咨詢中心國內外查新,證實項目核心技術具有新穎性,綜合技術達到國際先進水平。團隊申請的8項專利,包括7項發明專利、1件軟件著作權和1項外觀專利,形成了完善的知識產權保護體系。

       在項目成果轉化與行業應用落地的關鍵階段,“云磨智擎” 團隊與浙江思普鋸業有限公司(簡稱“思普鋸業”)達成深度產學研合作,共同開啟智慧化鋸條焊縫打磨拋光領域的技術革新。作為國內高端鋸切工具制造的龍頭企業,思普鋸業以“降低鋸切成本,提升切削效率”為愿景,通過持續創新、全球化合作及嚴格的質量管理體系推動行業進步。雙方聯合開發的柔性打磨拋光工藝已納入思普鋸業高端產品線的標準制程,成為了高校科研成果與細分行業深度融合的典型范例。

團隊成員與指導老師探討

       “我們希望通過技術創新,讓精密加工不再依賴‘老師傅經驗’,而是用智能設備實現‘一鍵精準加工’我們不僅是設備研發者,更是精密加工生態的構建者。” 團隊負責人周柯宇表示,“目前團隊正推進設備模塊化設計,團隊也將持續深耕 “電磁力控 + 視覺引導” 技術,計劃2025年完成中試量產,目標覆蓋汽車模具、醫療器械等大型市場,助力我國從“制造大國”向“制造強國”邁進。”

       在未來,云磨智擎團隊預計將進一步推進該項目落地實用,以實現柔性打磨拋光設備的生產應用,為全球制造業提供“中國方案”,為‘中國智造’提供更多‘柔性’力量。