3D+AI智能焊接机器人培育新质生产力 激活发展新动能

  为积极响应国家绿色创新号召，践行“双碳”目标。近日，中建五局建筑科技（湘潭）有限公司联合局工程创新研究院新制式交通工程研究所，共同开拓了3D+AI智能焊接机器人在钢结构构件制造加工方面的应用。

  据了解，3D+AI焊接机器人由机器人焊接系统、电气视觉系统和机器人走行系统组成，配备水冷系统和清枪剪丝系统，可实现大熔深无飞溅长时间焊接。

  中建五局建筑科技（湘潭）有限公司作为中建五局三公司钢构科技公司旗下的独立法人单位之一，是中建五局首家自主设计、施工、运营的钢结构人机一体化智能系统基地。

  该基地作为中建五局装配式全产业链发展的策略的重要一环，具备年产各类建筑用重轻型装配式钢构件8万余吨的能力，可实现年产值6亿元以上；基地始终以“绿色、智造、高质、科研”为产品理念，加速培育以智能化、数字化、自动化、网格化为新技术路线的新质生产力。

  此次研发的3D+AI焊接机器人的电气视觉系统搭载自主研发的3D+AI视觉焊缝轨迹引导技术，该技术运用了创新的MEMS结构光技术，结合低功率MEMS光机和高分辨率sensor/RGB相机，实现快速面阵扫描，获取工件高还原色彩的完整三维点云（RBGD）。

  嵌入式视觉点云AI解析算法可识别95%以上搭接、对接等复杂3D焊缝特征，并规划完整焊接工艺。自动焊接机器人具备多轴自由度和精确控制能力，可在各种姿态和场景下进行角焊缝操作。

  通过预先编程或传感器反馈，机器人能自动调整焊接枪的位置和角度，以满足多种的焊接需求。3D+AI焊接机器人通过快速对实物进行虚拟3D建模，实现全自动高效焊接。

  此外，3D+AI焊接机器人在钢构件焊接过程中可实现免定位焊接。智能焊接机器人配备了视觉系统和控制算法，当钢构件随意摆放在机器人工作台面上后，通过视觉面扫描终端构件，实时感知构件的位置和姿态，并根据实时反馈自动调整，快速进行实体实时三维建模。

  通过构件三维模型匹配技术，精准寻位构件多点焊接轨迹位置，无需二次定位，无需高精度定位工装。该技术一般适用于结构受力小牛腿、起重行车梁加劲板、H型构件加劲肋、条板缀板等钢结构构件的工厂焊接。

  3D+AI焊接机器人同时运用了免示教数模焊缝轨迹引导焊接技术。通过构建焊接工艺的数学模型，确定焊缝的形状、尺寸及位置等信息。在焊接过程中，通过激光传感器、视觉系统或力矩传感器等装置，实时监测焊缝位置和形状，并将这一些数据反馈给焊接设备。

  通过控制算法，将传感器收集的数据与数学模型进行比对和分析，计算出焊接设备需调整的参数，如焊枪速度、角度和焊接电流等。根据控制算法的计算结果，焊接设备会自动调整焊枪的位置、角度和运动轨迹，实现焊缝的跟踪和焊接。焊接设备会自动控制焊接参数，使焊缝得到准确地熔化和填充。

  3D+AI焊接机器人的使用，降低了示教和调试的时长，使得焊接流程更为自动化和高效率。在工厂起重行车梁加劲板焊接的调试中，以9米长、两侧共计20块加劲板的吊车梁为例，从3D建模到机器人完成焊接，总计约4小时。

  考虑到操作人员辅助钢构件起重翻面等其他时间，综合功效可达纯人工作业的2倍。1名普工即可轻松操作设备，且机械臂配备的精扫描相机可实现焊接位置的实时纠偏。这种方法极大地节省了人力物力，降低了焊接人力成本，提高了工厂批量生产起重行车梁等标准件的生产效率。

  3D+AI焊接机器人作业要成为一项被大范围的应用的新质生产力，其培育、发展及运用将是一项长期任务和系统工程。未来湘潭公司将坚持以科学技术创新为核心，以产业升级为引擎，锚定3D+AI焊接机器人应用，致力于走出一条生产要素投入少、资源环境成本低、经济社会效益好的全新增长路径，以实现生产的基本工艺的革新。通过工艺创新研究、设备改造提升、智慧平台管理等手段，积极应对钢结构加工中的组织效率低、人工投入大、产品质量不统一、生产周期长等挑战，为钢结构行业高水平质量的发展注入强大“新动能”。（董胤楚、阳婉婷）

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