裝備制造技術(shù)研究室結合國家發(fā)展裝備制造業(yè)的重大戰略，主要從事面向航空航天、國防、汽車(chē)及能源等領(lǐng)域的先進(jìn)制造裝備基礎理論研究及相關(guān)重大裝備研發(fā)，在大型復雜曲面數字化加工工藝與裝備、精密測量技術(shù)與裝備、高性能激光先進(jìn)制造工藝與裝備、空間機器人化技術(shù)與裝備等學(xué)科方向取得了豐碩成果，引領(lǐng)我國高端裝備先進(jìn)制造技術(shù)的發(fā)展。

主要研究方向包括：

一、復雜曲面精密加工

● 復雜曲面精密高效加工軌跡自動(dòng)規劃；

● 基于人工牽引力控制的機器人輔助裝配技術(shù);

● 大型復雜曲面機器人精密研磨拋光技術(shù)及裝備；

二、増材制造技術(shù)及裝備

● 高性能金屬激光增材制造裝備及工藝開(kāi)發(fā)；

● 金屬激光增材制造技術(shù)研究;

三、激光沖擊波技術(shù)及應用

● 激光沖擊強化裝備；

● 激光清洗

四、視覺(jué)測量技術(shù)

● 基于多目視覺(jué)的復雜彎管測量及評價(jià)技術(shù)；

● 基于數字相移的復雜曲面精密測量及評價(jià)技術(shù)；

● 數字近景工業(yè)攝影測量技術(shù);

● 基于結構光的大型物體稠密掃描測量及評價(jià)技術(shù)；

1. 復雜曲面精密加工

（1）復雜曲面精密高效加工軌跡自動(dòng)規劃。

大型復雜曲面類(lèi)零件廣泛應用于航空航天、國防、運載工具、動(dòng)力、裝備等各個(gè)領(lǐng)域，是國家極端制造能力和制造水平的體現，國民經(jīng)濟和國防安全的重要保障。加工軌跡規劃的效果直接關(guān)系到零件的加工質(zhì)量,而加工軌跡的幾何特性與其運動(dòng)特性間存在自然的聯(lián)系，二者不是割裂的孤立的。主要適于精密高效加工的優(yōu)良運動(dòng)幾何學(xué)性質(zhì)的數控加工路徑生成新原理和新方法，為高性能機械產(chǎn)品加工提供理論支持，提升我國在數控加工領(lǐng)域的研究創(chuàng )新能力。

在多年研究的基礎上提出了基于映射法的光滑加工軌跡規劃方法，基于運動(dòng)學(xué)性能的刀軸矢量的優(yōu)化方法，高光滑等殘高加工軌跡的水平集優(yōu)化方法以及復雜型腔的子區域分割及高效連接方法

（2）大型復雜曲面機器人精密研磨拋光技術(shù)及裝備

大型復雜曲面機器人精密研磨拋光裝備主要由工業(yè)機器人、上位機、力傳感器、研磨工具、軟件系統、工藝系統等構成。開(kāi)發(fā)了適用于不同研拋工藝的自動(dòng)化研拋軌跡生成軟件，實(shí)現了大型曲面研拋過(guò)程中的工業(yè)機器人力和位置混合控制，并且研究了精密研拋加工過(guò)程中的工藝參數最優(yōu)化方法。

目前，該技術(shù)應用于航天、航空、兵器等領(lǐng)域的大型部件機器人輔助裝配及復雜曲面零件自動(dòng)化精密研磨拋光，在多家航天生產(chǎn)企業(yè)獲得了工程應用。如大型模具復雜曲面型面，發(fā)動(dòng)機葉片表面、核一級主泵外表面、核主泵葉輪的研磨拋光等。

（3）基于人工牽引力控制的機器人輔助裝配技術(shù)。

該項技術(shù)解決了大型部件在狹小空間內裝配時(shí)人工托舉易疲勞，觀(guān)察不便，位姿調整困難且易發(fā)生磕碰等問(wèn)題。系統由工業(yè)機器人、移動(dòng)平臺、工控機、末端執行器、六維力傳感器、雙目視覺(jué)傳感器等組成。首先通過(guò)雙目視覺(jué)傳感器實(shí)現產(chǎn)品相對于機器人的相對位置關(guān)系測量，然后進(jìn)行無(wú)碰撞機器人軌跡規劃、仿真和離線(xiàn)編程，并引導機器人運行至裝配位置。通過(guò)人工牽引力控制，實(shí)現被裝配部件的局部調整和定位，最終完成機器人輔助裝配過(guò)程。

2. 増材制造技術(shù)及裝備

金屬激光增材制造技術(shù)，是一項典型的數字化制造、綠色智能制造技術(shù)，在航空航天、國防軍工、汽車(chē)、模具、生物醫學(xué)等領(lǐng)域具有廣泛的應用前景。中科院沈陽(yáng)自動(dòng)化所于2014年獲批成立“激光3D打印工藝及裝備重點(diǎn)實(shí)驗室”，主要針對高性能激光增材裝備設計制造方法、核心工藝開(kāi)發(fā)方法、能量傳遞及材料快速熔凝作用機理、加工路徑規劃及軟件開(kāi)發(fā)方法等關(guān)鍵問(wèn)題進(jìn)行研究。激光高端增材制造成套裝備為滿(mǎn)足面向國內航空航天、國防軍工、汽車(chē)、能源等領(lǐng)域的需求，以難加工金屬材料為研究對象，采用突破基礎問(wèn)題，優(yōu)化工藝方法，指導設備開(kāi)發(fā)反復迭代的裝備開(kāi)發(fā)方法，開(kāi)發(fā)具有高性能、高精度及高實(shí)用性特點(diǎn)的成套裝備。

激光高端增材制造成套裝備開(kāi)發(fā)，包括：送粉式、鋪粉式和送絲式及激光熱源、激光電弧復合熱源等，在開(kāi)發(fā)方法上采用模塊化及核心部件動(dòng)態(tài)耦合的方法，使其在剛度、穩定性、可靠性、精度等關(guān)鍵指標得到可靠性保證。成套裝備中送粉頭可配套各型號光纖及硬光路接口，完成擴束、準直、再聚焦等一系列光學(xué)和機械零部件的集合，具備冷卻、送粉、同軸保護氣等多重功能，具有較高的送粉精度和噴粉挺度。送粉器采用高精密刮板、載氣送粉結構，同時(shí)具有粉末預熱、攪拌等特有功能，送粉量精確、穩定，送粉量和載粉氣流量連續可調。激光3D打印軟件開(kāi)發(fā)，軟件可支持多種數值模型格式，具有完善的特征識別、分層計算及路徑填充編輯功能，并可集成于各種數控系統及工業(yè)機器人系統，主要包括：整機及過(guò)程控制軟件、路徑規劃軟件、特征提取和識別軟件、功能梯度材料設計及路徑規劃軟件等。過(guò)程檢測控制系統，以紅外測溫技術(shù)為基礎，開(kāi)發(fā)小視場(chǎng)、高精度的熔池溫度檢測控制系統，熔池溫度控制精度為3%。同時(shí)，開(kāi)發(fā)了難加工材料激光增材制造工藝技術(shù)。包括鈦基、鎳基、鐵基、鈷基等10余中難加工材料的成形工藝及后處理工藝，可獲得力學(xué)性能不低于同類(lèi)鍛造標準，較高表面質(zhì)量和形面精度的零件。

激光高端增材制造成套裝備

導彈導引頭異性框架零件

導彈控制尾舵

開(kāi)發(fā)的高性能激光增材成套裝備具有高性能、高精度、高實(shí)用性的特點(diǎn)，相關(guān)設備以廣泛應用于國防、軍工、航空航天等相關(guān)領(lǐng)域。通過(guò)項目合作、技術(shù)服務(wù)等形式已與沈飛公司、黎明航空發(fā)動(dòng)機、航天五院、航天一院等多家單位合作。

3. 激光沖擊波技術(shù)及應用

（1）激光沖擊強化。

激光沖擊強化技術(shù)可有效的延長(cháng)疲勞工件的壽命，是一種提高金屬材料的抗疲勞、耐磨損和抗腐蝕能力的高新技術(shù)，作為目前最先進(jìn)、效果最好、效率最高的表面改性技術(shù)之一，激光沖擊強化可廣泛應用于航空航天、軍事國防、汽車(chē)船舶、核工業(yè)、石油化工等領(lǐng)域。該套裝備科實(shí)現工藝裝備中的多機器人協(xié)同機制以及加工中的多自由度運動(dòng)規劃；可在多機器人協(xié)同環(huán)境下的激光沖擊強化過(guò)程監控，保證加工質(zhì)量；對工件沖擊強化過(guò)程中，對工藝參數變化的控制，可確保激光頭的實(shí)現軌跡，并保證零件的加工質(zhì)量。

整體葉盤(pán)激光沖擊強化設備

由中國科學(xué)院沈陽(yáng)自動(dòng)化研究所自主研發(fā)的國內首臺首套航空發(fā)動(dòng)機整體葉盤(pán)激光沖擊強化自動(dòng)化裝備，成功的在黎明航空發(fā)動(dòng)機公司示范應用，利用激光沖擊強化技術(shù)可以有效的提高航空發(fā)動(dòng)機整體葉盤(pán)抗異物損傷能力及使用壽命，其疲勞壽命提高3倍以上，獲得中航工業(yè)領(lǐng)導的一致好評。

（2）激光清洗技術(shù)

激光清洗技術(shù)采用高能激光束照射在工件表面，使表面的污物、銹斑或者涂層發(fā)生瞬間蒸發(fā)或剝離，從而達到潔凈化的工藝過(guò)程，該過(guò)程實(shí)際上是激光與物質(zhì)相互作用的過(guò)程，包括一系列的化學(xué)物理效應，破壞掉污染物和物體之間的作用力，而不損壞物體本身。

激光清洗設備開(kāi)發(fā)

激光清洗可廣泛的應用于輪胎磨具表面去污、激光脫漆與除銹、微電子和光學(xué)精密元件清洗、管道殘留物清洗、水面石油清除、凈化太空垃圾以及古建筑和藝術(shù)品的清洗等。該項目成功為中國工程物理研究院激光聚變研究中心和蘇州熱工研究院設計開(kāi)發(fā)兩款激光清洗設備，針對不同的復雜環(huán)境，實(shí)現固定式和移動(dòng)式激光清洗。

4.視覺(jué)測量技術(shù)

（1）復雜彎管測量及評定

彎管是現代航空、航天、汽車(chē)等行業(yè)中復雜機電產(chǎn)品的重要組成部分，是整個(gè)機電產(chǎn)品的“血管系統”，負責將燃料、冷卻劑等各類(lèi)流體介質(zhì)輸送到產(chǎn)品的其他部位。彎管的快速精確測量是保證其精確裝配和無(wú)應力安裝的核心技術(shù)。本項目根據制造企業(yè)實(shí)際產(chǎn)品制造中的需求，以彎管三維外形數字化測量及評價(jià)為主要應用背景，針對目前彎管三維外形測量中存在的缺點(diǎn)，使用計算機視覺(jué)的方法，對復雜彎管三維外形測量進(jìn)行研究。研究彎管的三維外形測量及評價(jià)技術(shù)，對于提升彎管制造的自動(dòng)化水平，大幅提高彎管加工質(zhì)量及生產(chǎn)效率具有十分重要的意義。

基于多目視覺(jué)的復雜彎管三維外形測量

彎管加工誤差評價(jià)

該技術(shù)應用于航空、航天、汽車(chē)、船舶制造等領(lǐng)域中的大尺寸、復雜彎管系統的三維外形的測量與誤差評估。

（2）復雜曲面精密測量

復雜曲面類(lèi)零件在機械、航空航天和國防等行業(yè)有著(zhù)廣泛的應用，對其加工質(zhì)量進(jìn)行精密測量與評價(jià)具有重要的意義。傳統的測量方法多為接觸式測量，效率低且難以滿(mǎn)足測量要求，基于數字相移的視覺(jué)測量方法具有快速、高精度、非接觸等優(yōu)點(diǎn)，能夠在數秒內快速地獲得被測表面的稠密點(diǎn)云數據，通過(guò)對點(diǎn)云數據進(jìn)行濾波去噪、曲面擬合、特征提取、特征分析等處理，從而實(shí)現復雜曲面的精密測量與評價(jià)。

待測工件

測量結果

目前，該技術(shù)在逆向工程、質(zhì)量檢測、在線(xiàn)測量、機器視覺(jué)、文物保護等領(lǐng)域具有廣泛的應用。

（3）數字近景工業(yè)攝影測量技術(shù)

在工業(yè)生產(chǎn)中，對大型無(wú)紋理或欠紋理等物體進(jìn)行非接觸式3D測量一直比較困難。數字近景工業(yè)攝影測量是通過(guò)在不同的位置和方向獲取同一物體的2幅以上的數字圖像，經(jīng)特征提取、圖像匹配、集束調整等處理及相關(guān)數學(xué)計算后得到待測點(diǎn)精確的3D坐標，其測量原理和經(jīng)緯儀測量系統類(lèi)似，均為三角形交會(huì )法。近景攝影是指測量范圍小于100m。本技術(shù)只需要1臺筆記本電腦、1臺單反數碼相機、1根標尺、1組標志點(diǎn)，由工人手持數碼相機繞物體一周拍攝N幅圖像，導入筆記本電腦，經(jīng)軟件系統可重建出物體的3D模型，進(jìn)一步還可解算出物體的姿態(tài)、體積以及變形等參數。

測量系統示意圖

測量系統實(shí)物圖

軟件界面

鐵路罐車(chē)測量

飛機表面測量

大型鑄件測量

應用于鐵路運載、航空等領(lǐng)域的大型物體自動(dòng)化外形及特征測量，如軌道罐車(chē)容積檢定，大型鑄造件的特征測量、飛機表面變形測量等。目前，該項技術(shù)己經(jīng)在中國鐵道科學(xué)研究院、航天科工集團等研究院和生產(chǎn)企業(yè)獲得了工程應用。

（4）基于結構光的大型物體稠密掃描測量及評價(jià)技術(shù)

本項目采用線(xiàn)結構光多目視覺(jué)測量技術(shù)，配合高精度運動(dòng)控制和位置檢測技術(shù)，實(shí)現大型物體外形及關(guān)鍵部位的自動(dòng)化測量、數據評定分析和數據庫管理功能。在高速列車(chē)及航空裝備制造中，通過(guò)對物體進(jìn)行稠密的幾何測量獲得物體整體或關(guān)鍵部位的特征參數。

軌道車(chē)輛測量裝置

激光條紋

航空產(chǎn)品的幾何測量及特征評價(jià)

軌道車(chē)輛整體輪廓

該項目可應用于運載、航空等領(lǐng)域的大型車(chē)輛、機體自動(dòng)化外形測量，如軌道列車(chē)表面，大中型導彈表面以及飛機表面等。目前，該項技術(shù)己經(jīng)在中國中車(chē)集團、航天科工集團等生產(chǎn)企業(yè)獲得了工程應用。