創新溫州

“溫小知”講專利系列故事第七期

激光加工機器人：

三維曲面標定技術革新之路

浙江摩克激光智能裝備有限公司

13

June

在制造業的浩瀚星空中，激光加工技術猶如一顆璀璨的星辰，照亮了工業生產的高效與精準之路。而如今，一項革命性的技術革新——激光加工機器人三維曲面標定技術，正以其無接觸、高精度、自動化的特點，引領著行業的全新變革。這不僅是一次技術的飛躍，更是中國智造在高端制造裝備領域崛起的有力見證。

一

無接觸標定的革命性突破

傳統激光加工中，標定工作一直是制約效率與精度的瓶頸。人工貼標定點不僅耗時費力，還容易損傷高價值工件表面，尤其在航空航天、汽車制造等對精度和效率要求極高的領域，這一問題尤為突出。然而，一項全新的專利技術——激光加工機器人的三維曲面工件標定方法和裝置，徹底改變了這一局面。

圖1 裝置實物圖及工作方法示意圖

這一核心技術由多光源協同定位系統、智能幾何算法和可視化焦平面指示模塊三部分組成。

·多光源協同定位系統：通過在激光加工頭外周設置至少3組不共線的激光指示光組合裝置，每組包含2個高精度激光指示燈單元，并通過伺服電機實現±0.01°級別的角度微調，確保了標定的高精度和穩定性。

· 智能幾何算法：基于激光交點的三維空間坐標映射，能夠實時解算曲面工件的幾何特征，生成亞毫米級精度的標定點（精度可達10μm）。

· 可視化焦平面指示模塊：通過配套裝置直接投影激光焦點/焦平面位置，讓操作人員能夠直觀地進行操作，實現"所見即所得"的操作界面，極大地提高了工作效率和操作的便捷性。

圖4 三維曲面工件的標定方法流程圖

與傳統人工貼標定點的方式相比，這項技術實現了全自動無接觸標定，標定時間從人工貼反射標記的30分鐘/件縮短至不到3分鐘/件，且在高溫、真空等特殊環境下仍能穩定運行，徹底解決了傳統標定方式的諸多痛點。

二

億級工業自動化藍海的開拓者

在航空航天、汽車制造和精密模具等行業，傳統標定方式的低效率和高誤差一直是制約產業升級的難題。而這項激光加工機器人三維曲面標定技術，為這些行業帶來了全新的解決方案，極大地提升了行業的生產效率和產品質量。

表1傳統標定方式與本技術的對比

從市場價值來看，這項技術的前景廣闊。全球激光加工設備市場年增長率為12.3%，中國高精度曲面加工需求占制造業自動化改造預算的23%。預計到2025年，航空航天領域市場規模將達到12.6億元，新能源汽車模具需求將達到9.2億元，3C電子微型件加工潛在市場為8.3億元。而這項技術預計3年內將覆蓋30%的頭部激光設備廠商，8年占據高精度曲面加工市場55%的份額，其市場潛力巨大。

三

八年磨一劍的技術攻堅歷程

這項技術的研發之路并非一帆風順，而是經歷了八年的艱苦攻堅。2015年，團隊發現某航天院所因標定誤差導致衛星支架報廢，損失高達800萬元，這讓他們深刻認識到傳統標定方式的弊端，從而確立了研發方向。2017年，首代原型機誕生，但面臨光路干擾問題，多激光束交叉誤差達2mm。面對這一難題，團隊沒有退縮，而是不斷鉆研，終于在2019年突破了“多光源空間解耦算法”，將精度提升至0.5mm，并獲得了國家重點研發計劃的支持。2021年，與某德系汽車廠商合作測試，在寶馬7系碳纖維車頂模具標定中實現了零返工，這一成果標志著技術的成熟和實用性得到了市場的認可。2023年，完成第三代產品迭代，并通過了1500℃高溫環境驗證，這為技術在更廣泛領域的應用奠定了堅實的基礎。

在關鍵技術突破方面，伺服電機閉環控制算法響應時間從120ms優化至18ms，開發了專用標定軟件RobotCalib 3.0，支持六軸機器人動態補償，并獲得了UL/CE雙認證，攻克了歐美市場準入壁壘。這些成果的背后，是研發團隊無數個日夜的辛勤付出和不懈努力，是他們對技術創新的執著追求和對完美品質的堅守。

四

推動制造業智能化轉型

這項激光加工機器人三維曲面標定技術不僅在經濟上具有巨大的價值，更在社會效益方面發揮了重要作用。它作為產業升級加速器，單條產線可減少3名技術工人，人力成本降低40%，助力“黑燈工廠”建設，某家電企業實現了24小時無人化標定作業，極大地提高了生產效率和企業的競爭力。

在綠色制造方面，這項技術每年可減少反射貼片耗材使用量120噸（按1萬家用戶測算），能耗降低35%（相比傳統光學標定系統），為環境保護和可持續發展做出了積極貢獻。在安全生產方面，避免了操作人員接觸高溫/輻射環境，累計減少職業病例預估2300例/年，保障了工人的身心健康。

此外，該技術還成為產學研協同的典范。與清華大學機械系共建聯合實驗室，共同培養23名碩博人才，為行業輸送高素質的專業人才。技術衍生應用于醫療骨科植入物定制，推動個性化制造的發展，為醫療行業帶來了新的希望和機遇。

中國智造的驕傲與未來

從實驗室到產業化，激光加工機器人三維曲面標定技術的革新之路，是中國智造在高端制造裝備領域崛起的一個縮影。它印證了“關鍵核心技術是要不來、買不來、討不來的”這一論斷。通過八年持續創新，不僅填補了高精度曲面標定領域的技術空白，更在全球高端制造裝備領域樹起了中國標桿。

隨著智能制造的深入推進，這項技術將成為工業4.0時代的基礎性技術設施，持續釋放創新紅利。它不僅改變了激光加工行業的標定方式，更推動了整個制造業的智能化轉型，為中國的產業升級和經濟發展注入了強大的動力。這是一次技術的勝利，更是中國智造精神的勝利。讓我們共同期待，未來會有更多這樣的創新技術涌現，為中國智造的騰飛插上堅實的翅膀！