瞭望 | 中国科学院院士潘际銮:将自己的命运与(2)
科研工作所取得的成绩,鼓舞了师生。部分课题吸纳了学生参与,使同学们感受到了焊接专业在国家工业建设和国防建设中的作用,感受到国家对焊接人才的迫切需求。可以说中国所有焊接工作者都是从哈工大、清华大学的焊接专业培养出来的。
《瞭望》:你担任了秦山核电站工程的焊接技术顾问,当时情况是怎样的?
潘际銮:焊接是建设核电站的关键技术。如果盛放核燃料的管道因焊接质量问题造成放射物质的泄漏,后果不堪设想。1987年初,当时的核工业部请国外专家参观正在施工的秦山核电站。外国专家认真察看了工作流程,发现工程中有些焊接结构质量不合格,他们十分担忧,紧急向中央写信报告此事。
受国务院委托、核工业部聘请,我去秦山核电站实地考察,对重要结构的焊接情况进行深入了解研究,发现了很多焊接问题。我与当时的核工业部副部长及欧阳宇院士商量,决定立即停止工程,有问题的焊接结构全部推倒重做,并与电站施工单位共同制定了焊接结构、焊接性能及焊接工艺试验方案。推倒重来使核电站建设工程工期推迟了一年,到1991年时才建成,但工程质量得到了保证,从1991年底秦山核电站并网发电,运转至今,主要焊接结构未发生问题。
填补国际空白
《瞭望》:怎样想到要研发无轨导全位置爬行焊接机器人?
潘际銮:1979年,我在参加一场全国焊接学术会议时,看到工人要焊接一个大直径合金钢罐体,为达到工艺质量要求,管件必须预热到200℃。工人要穿厚厚的石棉服进入罐体内焊接,在里面坚持十几分钟。灼人的高温使狭小的空间里聚积了大量有害气体,救护车必须一直在场,随时准备抢救休克的工人。这个场景让我印象很深刻,从那时起我就下决心要实现大型工件的焊接自动化。
大型结构件的自动化焊接一直是焊接领域的一大世界难题。虽然已有的焊接机器人能够替代一部分人工,但焊接机器人的机械臂运动范围只能在两米直径内,面对火箭、巨轮、油罐等超大型工件,依然束手无策。一次考察期间,我看到国外一家公司研发的焊接机器人可以像壁虎一样沿轨道爬到工件上焊接,这给了我启发,我们也要研究爬行式焊接机器人。
不过国外的爬行式焊接机器人需要预先在要焊接的物体表面铺设轨道,但在大型结构件的焊接上,往往面临焊接作业面大且变化多样。特别是在有曲面焊缝以及不规则焊缝的场景中,轨道很难与焊缝完全平行,焊接效果差。我们想要研究一款可以在不断运动中自动调整、自动焊接的机器人。它有三个定语,一是无轨导,可以不用铺设轨道;二是全位置,可以平焊、立焊、仰焊;第三个是爬行式,它能够爬行运动,这款焊接机器人当时在世界上是没有的。
《瞭望》:团队是怎样突破无轨导全位置爬行焊接机器人技术瓶颈的?
潘际銮:无轨导全位置爬行焊接机器人涉及数学、光学、力学、焊接、机械、控制、软件、电气等专业,是一个多学科交叉融合的系统工程产品,我们用20多年时间,突破了三大难题。
解决的第一个难题是让机器人要爬上去并且在不掉下来的前提下能运动。我们前后共研制了电磁式、履带永磁式、轮式、轮履结合式四代焊接机器人,最终采用了轮履式与悬浮磁吸附相结合的结构,实现了低自重、高负载的三维曲面吸附和爬行能力。
第二个是研发了控制系统。机器人主要由爬行机本体、电气控制柜、激光焊缝跟踪系统和焊接负载组成,要使各系统之间协调工作,我们研发了多传感器的信息融合控制技术,搭建了中央控制器,无需编程就能实现自动化操作。
解决的第三个难题是焊缝识别以及确保焊接质量。通过机器人搭载的激光跟踪传感器抓取焊缝特征,结合姿态传感器的数据,中央控制器实时计算运动偏差,轮履式机构实时调整位置,实现自主识别焊缝、自主对中焊缝,并实现自主焊接。通过对焊接材料的研究,焊缝能够成型,焊接质量得到保证。
1997年,我们研发出了无轨导全位置爬行焊接机器人原型机;2006年,焊接机器人在第十一届北京·埃森焊接与切割展览会首次露面,受到了许多参观者的青睐和好评。同行专家评价无轨导全位置爬行焊接机器人填补了国内外该项技术的空白,是国际焊接领域中的首创,属于国际领先、原始创新的科研成果,成为解决大型结构件在工地实现自动化焊接的强大武器;2009年,焊接机器人申请到了美国专利。
文章来源:《电站系统工程》 网址: http://www.dzxtgczz.cn/zonghexinwen/2021/0727/552.html