母院背景

母院背景

中心介绍

Introduction

 集成所-精密工程研究中心

 

中国科学院深圳先进技术研究院精密工程研究中心是香港中文大学精密工程研究所的同源机构,2006年成立。本中心致力于精密工程技术与应用的研究和开发,主要研究方向包括精密制造与自动化技术、精密检测技术与精密运动控制技术,中心努力开拓精密工程在机械、电子、能源、交通运输装备等各领域的应用,不断提升精密工程行业创新水平,力争成为国内一流的精密工程研究机构。
中心2011年获批筹建深圳市精密工程重点实验室,2012与2013年分别与深圳市百泰珠宝首饰有限公司成立“贵金属首饰精密加工联合实验室”、厦门市意杰文化传媒有限公司成立“智能机器人联合实验室”、与中航航空电子有限公司揭牌成立联合实验室、与香港中文大学成立“精密工程联合实验室”。另外,还与深圳市百泰珠宝首饰有限公司成立“深圳市中科百泰科技有限公司”,共同推动珠宝加工产业的装备升级和技术创新。

精密工程研究中心的主要研究方向:

 

何凯 博导

博士、副研究员、中心执行主任
分别于1995年和1998年获得合肥工业大学学士、硕士学位,专业为机械制造及其自动化;随后在合肥工业大学机械与汽车工程学院任讲师、助理研究员;2003年9月起在香港中文大学自动化与计算机辅助工程学系任访问学者、研究助理,2004年4月至2008年1月在该系攻读博士学位,2008年4月起在香港中文大学精密工程研究所做博士后,2008年9月加入深圳先进技术研究院担任精密工程中心副主任。已参加完成了多项国家和安徽省重点科技攻关项目以及香港创新科技基金和香港研究基金项目。目前主持多项中科院、广东省及深圳市科技项目、企业合作项目,主要研究方向:精密制造及自动化技术、工业机器人、金属成形技术及装备等。

 

主要研究项目有:

(1)金属板材冲压式无模渐进成形技术

为满足小批量生产和样品制造,我们提出一种金属板材无模渐进成形技术,其工作原理:首先导入设计好的最终零件的三维CAD模型,然后按给定的层间距将CAD模型分层切片,将三维CAD模型离散成一系列的二维曲线,最后压力机上的球形小冲头沿每个片层的外轮廓线连续冲击金属板材,通过一系列的局部小变形来完成整个零件的加工,整个成形过程都由压力机的数控系统自动完成。该技术实现了钣金零件的无模成形,与传统的整体成形模具相比,节省巨额制造模具的费用,将快速原型制造技术与塑性成形技术有机结合,产品制作周期短,易于修改,非常适合小批量、多样化、复杂板件的生产和试制,特别是对一些新产品的开发具有巨大的经济价值,具有实用性。

无模单点冲压式渐进成形样机及成形样件

 

(2)金属板材高压水射流柔性渐进成形技术

针对小批量生产和样品制造,我们还提出一种高压水射流板材无模渐进成形技术,它是在板材渐进成形技术基础上结合高压水射流技术而发展起来的一种新技术,它的核心思想是用具有一定压力的水射流替代渐进成形的金属工具头,用水通过高压泵,经喷嘴将高压水喷射到板材上,水的动能转化为作用于板材的压力能,使板材产生局部塑性变形。在计算机控制下高压水喷嘴沿规划路径运动,完成层层加工,直至最终成形。高压水射流渐进成形技术为加工金属板材提供了一种新的方法,无需模具,非常适合小批量零件加工和新产品样机研制。同时,其加工时接触的界面是液体—固体,摩擦小无须润滑,接触面上压力分布更加均匀,零件表面质量好,高柔性,高效率,绿色环保。

五轴高压水射流渐进成形样机

加工的不锈钢样件及波纹管样件

(3)高强度高性能金属蜂窝成形工艺及装备

高速列车铝蜂窝吸能器是高速列车被动安全防护技术的核心,是保证乘客免受重大灾害的终极安全卫士,然而我国目前还没有掌握高速列车用高强度、高性能铝蜂窝吸能器的制造工艺,因此开展高速列车铝蜂窝吸能器的研究具有重要的科学意义,重大的现实意义和工程实用价值。本项目基于成型法加工金属蜂窝芯的工艺,研制一套自动化加工成套装备,所研制的高强度铝蜂窝吸能器装备主要由四大模块组成,铝箔表面处理模块、铝箔成型模块、铝箔涂胶模块、铝箔叠加模块,通过对各个模块的分析与设计,最终实现金属蜂窝芯研制。

高强度铝蜂窝成套装备工程样机



研制的高强度铝蜂窝

(4)数控珠宝首饰车花机

黄金饰链是最普遍的珠宝首饰,几乎每一个珠宝首饰加工企业都将它作为主要的产品之一。针对黄金饰链的自动化装备具有庞大的市场需求,它将带来黄金饰链甚至是珠宝首饰行业的产业升级,使所生产的黄金饰链及其他黄金饰品的附加值更高,市场竞争力更强。针对珠宝首饰行业的自身属性,利用现代先进制造技术,我们研制出了一套高端珠宝首饰五轴联动数控装备,推动整个黄金饰链加工行业向机械化、自动化和高精度作业转型,为批量生产高端珠宝首饰及提高生产效率奠定基础,同时,通过高端珠宝首饰自动化加工装备的应用,促进珠宝首饰行业设计水平的发展。


数控珠宝首饰车花机与加工的黄金饰链

(5)规则多孔金属材料制备工艺

规则多孔金属材料的制备工艺及其相关力学性能是本项目的主要研究内容。目前多孔金属材料主要通过发泡法或金属粉末烧结法制造,但这两种方法只适用于泡沫金属(非规则多孔材料)。而对于规则多孔金属材料,主要通过选择性激光烧结和脱模铸造的方法制造。这些方法工艺复杂、成本高。本项目提出一种新的规则多孔金属的制备方法,即:先采用传统金属板材冲压成形加工(冲裁和折弯等)的方式制成单个单元胞体,然后再将单个单元胞体拼接成规则多孔金属材料的整体结构。项目还将通过数值模拟和实验测试探讨结构的力学性能。

利用金属板材成形技术制作单元体


单元体的样件及组装好的规则多孔金属结构组件

(6) 基于嵌入式运动控制系统的关节式机器人

基于嵌入式运动控制系统,研制四轴SCARA机器人和六轴关节式机器人。四轴SCARA机器人要求重复定位精度优于0.05mm,运动速度大于1.5米/秒,六轴关节式机器人重复定位精度优于0.08mm,运动速度大于2米/秒。
已经研制出四轴和六轴机器人如图所示。样机运行稳定,定位精确,用户可自定义IO,实现多种运动轨迹的实时切换。对机器人机构学、运动学和动力学建模、运动插补算法、机器人运动控制系统等领域进行深入研究,完成了四轴和六轴机器人样机的研制,并在深圳高交会上进行展示,取得了良好的效果。

四轴SCARA机器人 六轴关节式机器人

传统的人工打磨抛光方式:效率低、产品质量一致性差,而且打磨车间粉尘多,环境恶劣,存在较大的安全隐患对人体也十分有害。近年来随着企业招工难,人力成本不断增加,企业生产模式转型升级等,迫切需要自动化的抛光打磨设备,以降低企业成本、提高企业市场竞争力。为此我们设计并研制了一套抛光打磨机器人系统,该系统由工业机器人、力检测补偿装置、砂带机、布轮机等组成,通过设计合适的夹具夹持工件可以实现水龙头、门把手等复杂曲面的打磨抛光。该套打磨系统已经应用于相关企业,下一步我们还将设计实现针对运动器械、眼镜架等复杂物体的打磨抛光系统,推动传统抛光打磨企业向自动化、智能化的模式转变。

打磨抛光机器人系统与打磨工件

(7)手机光谱仪

光谱检测技术在食品药品检测、环境监测、生化分析、照明检测等领域具有广泛用途。传统的光谱仪体积庞大、价格昂贵,只适合于实验室使用。具有手掌大小的光纤光谱仪具有良好的便携性,价格适中,近二十年来得到迅速发展,然而其市场定位仍未突破专用检测仪器的范畴。随着移动互联网时代的到来,第三代基于智能手机的微型光谱仪具有极致便携、价格低廉的优点,将成为真正意义上“口袋里的实验室”,具有广阔的市场空间。

手机光谱仪样机、拍摄光谱图


 

精密工程研究中心

中心联系方式

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联系人:曹晓燕

地址:天津市西青区海泰发展六道兴企一号园区

电话:022-83713221

邮箱:caoxiaoyan@tiat.ac.cn