10月19日，2016年北京国际风能大会暨展览会在中国国际展览中心召开。宁波市智能制造产业研究院工业4.0研究中心主任刘晓鸣团队在分论坛上作了主题发言，分享的主题是，叶片打磨机器人应用开发。
以下为发言全文：
刘晓鸣：感谢组委会，感谢行业的领导朋友，我是刘晓鸣博士的助手我姓陆，今天下午我跟大家分享一下智能生产，叶片打磨机器人应用开发，我们会跟行业企业来做智能制造平台推动，做一些技术指导，我们这个小组的负责人是刘晓鸣博士，刘晓鸣博士是千人计划专家，在美国学习十余年，是国内外知名的机器人系统打磨自动化设备制造专家，曾在美国组织多条自动化系统。曾经获得美国第三届国际切削打磨大会最佳论文奖并获得基金资助，拥有一项美国专利和10项中国专利。成功打磨案例顶级游艇模具(玻璃钢)CRH高铁车厢(26米)等。
先说一下行业背景，风电作为一个可再生能源虽然近几年有下滑的趋势，但是仍然持续较高的增长，最近“十三五”规划提出全面协调推进风电的开发，那么对于风电行业以及叶片制造厂家有一个产能扩张的需求来满足这个市场的需要，这也是我们这个团队切入这个行业的主要因素以及行业的支持。
那么我们了解一下风电叶片行业一个情况，为了完成高质量大规模的叶片生产，需要大批量高质量的产业，现在的情况知识性人才和技术性人才以及叶片生产是分散在不同地方的，这块会造成一些成本的上升。那么目前叶片产品设计能力发展到现在已经需要转换到叶片制造能力，这个也是中国风电完成产业链布局关键包括作业布局关键所在，维修再制造能力，全球产业链布局，叶片智能化生产实现机器自动化迫在眉睫，这个也是我们做叶片打磨一个主要的想法。
那么这个行业关键一个问题是影响后续的一个情况，从一开始玻纤花裁剪，叶片灌输、玻纤花的铺放，叶根打磨，我们看了这么多，可再生能源行业怎么做到更加的绿色，这个也是给我们行业提出一个想法和挑战，这是我们一个关于叶片机器人打磨解决方案现场布局，我们想法是中间这个是叶片，叶片是用大型车固定的，当然还有其他辅助固定手段，两面是导轨，这个方案是一个初步展示，两边导轨上加上机器人打磨设备，在机器人打磨头上有磨削刀具，这是打磨工作原理简单说明，一开始的时候就是通过上料装置送到打磨工位进行粗定位，今天打磨哪种叶片，批次是哪个，用预制好的程序发布到机器人平台上，确定一个加工的路径。同时确定完加工路径后我们会用机器人在线校准技术包括工具进行扫描，确保安装误差是在可控范围内保证后续加工精度，大家理解一开始固定就出了问题，后面打磨的时候它那个偏差会越来越大。
下面一步通过末端磨抛电机对工件进行打磨，采用力位控制技术以补偿工件的布局误差。这个是我们现场一个展示这边有一个视频可以跟大家分享一下，这是其中一方面，这面有两个激光红点定位用的，打磨路径是叶片前源往尾源走，这两点随时用来验证反馈相应位置确定中间不会出现偏差，这是一边打磨完。实际打磨过程当中中间放防护栏的，这是在调试速度放慢的，如果客户需要调快的话也是可以的，到这个位置这个点在外面，从这个位置开始往后走。
刘晓鸣助手：这个是叶片一段运行，这段视频讲的上面还有打磨头可能比较黑看不清楚，我们现在叶片打磨机器人最多可以同时用五个头来打磨，这个头这边可以随时切换的，刚才放了一段叶片打磨机器人现场的情况。现在我们开发一套系统对机器人打磨管理跟优化，这张是我们现在做的优化是一个导轨放在这儿，这个导轨放两个机器人，只要程序优化好的话，这面可以打叶片这个部分，从而节约机器人来回跑的时间，把工序优化好这是跟实际配套好的。
可以看一下这张图，是我们对前面打磨好的一些数据分析，在这个平面内我们打磨有重叠，这个重叠位置对那个打磨位置是否有影响，这些都存在我们打磨的数据库里面。这个是我们打磨的净度表，有这么多叶片要打磨当然这些全部配置好，绿色是打磨正常打磨到位，黄色有一定影响我们需要分析，红色出现故障我们赶紧要去现场看到底是什么问题，我们在办公室里面可以远程看到这些信息，这对管理者来说是很方便的。最后一个我们认为比较重要的，在打磨过程当中，特别在一开始试打磨的时候会有很多程序需要调整的地方，那么这些信息都是到最后成了比如说打磨的案例库，打磨的一个实时的算法库，那么这些都会存到我们系统最后的知识库里面，这个为我们后续的一些工作提供一个支持。
下一个我们可以来探讨一下叶片打磨究竟有多难，很多企业据我们了解都在做这块，真正落地的很少，我们简单列了一下，如果搬运机器人我们定义为厘米级，厘米级误差是可以接受的，当然有些精度要求不能接受，我只是说大部分。焊接机器人定义为毫米级，最上面金字塔顶端打磨机器人定义0.01到01mm，有些要求没那么高，叶片当中精益求精是没有错的。我们这里面列了三个，铝材打磨，不锈钢打磨，玻璃钢打磨。铝材打磨容易粘刀，表面致密。不锈钢留下明显纹路，注意表面，打磨后需要抛光。玻璃钢打磨工艺时间用力较大，容易打到纤维，破坏叶片整体强度，所以我们打磨机器人里面会设置一部分试打磨过程，通过机器人的程序不断来学习每个叶片一个情况是什么样子，最后汇总成算法库，铝材打磨我们认为比较难，不锈钢一般难度，玻璃钢打磨我们认为是极难的。
下面把叶片打磨自动化简单说一下，他们现在自动化打磨最大问题两个大面形状不规则，生产企业对叶片打磨非常高的要求，打磨是否到位，自动化里面最麻烦的，你做完这个动作以后是否到位是要马上检测出来的，实际叶片放在现场，它跟理论上数据导入3D模型有偏差的，这个偏差在一开始应该检测出来，避免后面打磨带来更大误差。
最后一个就是说一般来讲每一个型号的叶片都应该是一样的，实际上大家知道通过灌输工艺过来理论不一样的，这个对差异化给我们自动化打磨带来非常大的挑战。如果有数模可以导入后面工作会很快，没有通过视觉反馈和离线编程，叶片打磨位置不一样，刚才说前沿、大梁、尾接。一般模具翻到多少次是有一定变形的，这个在厂家可控范围就可以，我们后面具备离线编程的能力，就是可以动态的改变打磨的轨迹控制实现自主调节。第二个难点叶片定位和偏差，叶片是非常长的，放在地上有一定变形，这个变形对打磨有影响，人工问题不大，自动化来讲这点非常致命的，针对这个误差下对它局部补偿，我们跟workobject在线微调，扫描哪个位置有偏差对它实施校准。在这个位置跟实际打磨数据程序有比对，比对完了以后我们打磨，降低它打磨的一个偏差。
第三个就是说如果叶片打磨长度超过机器人的范围那怎么办，我们用ABB机器人选型，选取叶片尾部，叶尖比较大的部分，叶片旋转四个角度，每次旋转90度，基本可以打全，超过范围我们会跟厂家说在多少成本范围内我们建议选一个两个还是三个。
下面一部分提高打磨效率，是厂家最关注的部分，我们分成叶尖、前缘、尾缘、中间大梁。叶尖根据时间限定，大梁最容易打的问题不大。前缘跟尾缘有些位置不好打磨的，大型车固定的位置是人工打补充还是用其他方法这个是没有办法的，目前来讲没有办法。打磨检测刚才说了视觉识别跟力反馈，因为现在情况是如果自动化打磨力反馈是非常重要的，但是刚才也讲到叶片会有比较大的，它的曲面变化是非常快的，比如说这个尾缘这个点到这个点变化非常快，这个对力反馈提出非常大的要求，我们现在用的混合力反馈，简单来讲就是说我们通过边扫描边打磨边学习，同类型叶片把它的轨迹记录到算法库，通过不断学习来确保大魔到最优的效果，大家可以看一下这张图，这张图红色位置，是我们达到力反馈要求，蓝色位置没有达到，所以说我们可以很清楚在这个位置上打出来，都是这条线这次打磨按照工艺要求是有限的，这条线说明是有问题的，打磨离线编程程序需要调整的，通过几次优化到最优解，当然了没有最优解只有更优解。
叶片预弯曲过大，这张图可以看出来我们为了确保系统的成本最优，所以说我们通过大圈车翻转，这个位置通过机器人工位打磨，到这面打磨可达性没有问题的，但是到这个位置大家看出来偏离非常大，这块我们就会跟客户来交流，就是说有几种方式，一种方式是这块再加机器人再加工位，这个轨道可以往这边偏，这块人工打磨比较小工序可控，针对特别大的曲面我们其实还是建议人工，不是说机器人不能打是成本太高，多一个工位工艺可以优化很多，但是我们会确保满足客户一个成本控制。那么在这方面我们也会来解决就是说实际人工打磨粉尘控制，这个对人体伤害非常大的，现在人都不愿意干这事，我们这边连接一个除尘设备，这个是人工打磨，确保粉尘不会到处飘对人身造成伤害，现场还是需要人看设备。
下面如何更换打磨头和耗材，我们五种耗材通过调换，这个跟前面一样需要有一个成本来控制的。这是我们一个打磨成本控制，我们也计算过了，把它分为几类基本工人，高级打磨工，专业打磨工他们培训成本，这边优势就是说机器人打磨一个优势，基本的四万元每月，专业打磨用租金方式，费用比较高，在工作时间上自动化的优势是非常大的，白天晚上礼拜天都可以工作的，属于资产，可以抵押贷款因为是设备。这是对比的指标优势，我们现在机器人打磨是可以同时拿五个头打磨，打磨申请可以控制的，这是一个质量的控制，可以进行视觉监控，砂盘控制，晚上也可以干不用开灯连电灯钱都省了，现在定义打磨零损伤，打磨零杂质，打磨零排放这是我们的目标。力位混合控制，大模大的时候力位有偏差的，你这个曲面过来我们所有数据都收集过来，然后后面有算法调度它确保能达到最优这是我们系统里面最核心的，这个是一个系统仿真在一开始的时候我们可以用系统仿真来模拟实际情况怎么样的，由于时间关系不给大家放了。
刚才也说到了我们目标是这样子的，前期主要还是怎么说呢，机器人是个工具，我们核心还是工艺工艺工艺，只有细化到每一个工艺参数，每一个工艺环节，每一个工艺动作我们才能设计出或者说我们才能在现有基础上做出更好的算法更好满足客户打磨需求，一万小时磨力早就一个工程师，十万小时我们可以是一个大师，这是我们给叶片打磨自动化一个初步的计算，最后合计费用这么多，我们一般建议客户方案投资回报率小于等于两年，这样的话是比较容易接受的，最后我报个料，我们打磨机器人今年推出，我们想做喷气刮腻子，喷气防爆要求较高，五年搞不定，刮腻子今年推出没有问题，最后说表面视觉检查跟保险一样，我们选择这个机器人点切入，我们去了现场去了打磨的工厂就觉得如果我或者我朋友在这种环境下工作，他是什么情况，而且现在80后90后已经不愿意在这环境工作了，招人也是很麻烦事情这也是智能制造落地项目，同时我们也想改善风电制造行业一个制造环境，谢谢大家。
问答：
提问：咱们打磨完之后，不是说没打磨好，粗糙度有没有检验过?
刘晓鸣助手：会有检验过，客户把打磨正负多少给我们，根据这个我们开发程序员会用(英文)管理平台开发平台来进行开发，我们是有激光扫描的。
提问：因为你刚才说考虑叶片重力因素，实际上打磨叶片也形变，根部到叶尖不一样，形变怎么考虑?
刘晓鸣助手：导入实际叶片数模，这个模型跟实际打磨之前会用设备进行叶片扫描会进行比对，比如说你说哪个位置，叶中下垂这个位置偏差有补偿的，我们会在打磨比如说这个类型的打磨一个程序里面把这部分给它补偿，然后一开始的话，可能会有一些偏差，那么我们也是刚才说了我们会不断扫描把这个程序做优，我们会有试打磨一个过程，每个叶片理论上也都不一样，你放进去的时候，我们会有主要还是前期那个扫描，通过几个叶片以后我们这个程序基本可以定下来。
