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    【導讀：對風能設備的自動化加工的整體方案初次得到制定。其核心便是通過機器人輔助手段，對轉子葉片進行全自動磨削。由此，最高可以節省 70%的生產成本。】

                                  

              掃描儀所測得的葉片數據與CAD數據進行比對，其結果構成機器人實時軌跡數據的基礎

    一直以來，風能設備的加工會牽涉到很多的人力。其主要原因便是對長達80m的轉子葉片的磨削加工迄今為止尚未實現自動化，因為尺寸很大且幾何外形多變。換言之，即轉子葉片的形狀在加工過程中不好準確把握，因此無法達到自動化作業的程度。磨削加工需要結合眼睛觀察和感覺，而常規的機器人恰恰就缺少這兩方面的東西。

                     

圖 1 通過轉子葉片的實際位置與CAD數據的相互調整，機器人即可“知道”，在何處需要磨削掉多少數量的材料

    特殊掃描儀測定幾何形狀數據

    自動化專家即GDC Consulting公司非常積極地投入到對此問題的解決中去，并研發出了一種技術方案，它可以允許對GFK元件進行自動化加工。該技術方案的關鍵點是機器人與傳感器及轉子的CAD數據進行智能化的配合。實時的葉片數據通過特殊的掃描儀被測得，并與虛擬的數據進行比對。比對的結果便可生成一種新的符合實時狀態的幾何形狀。與此同時，加工作業機器人也會更新其運行軌跡數據。

    同時，在設計自動化方案時，充分考慮到了葉片的形狀，這也是新的技術方案的決定性部分。只是簡單地把一個力和力矩相關聯的打磨工具交到機器人手里，是達不到目的的，而是要讓所研發出來的系統能夠識別磨削流程處在哪里，需要磨削掉多少量等（圖1和圖2）。

                       

                          圖2 轉子葉片的費時費力的拋光作業將來可由機器人來完成

    通過機器人經此類傳感器所進行的控制，可以形成一種調節電路，這有助于對轉子的各個尺寸進行測量，并準確測定葉片的形狀和位置。在生產過程中，經過與CAD數據的比對，設計工作即可與實際情況進行校準，并建立生產數據庫。數據庫可以給出準確的生產參數信息。

    對表面和外部輪廓進行高效磨削

    可以毫不夸張地說，這項加工技術相當于在風能設備生產上產生的一次革命。以往，工人們需要穿著防護服，在一段40m長的葉片上手動工作約 60～100h，以獲得光滑的工件表面。這樣的工作令操作人員既累又煩，同時對人體健康也不利，因為所使用的合成樹脂含有苯乙烯，在磨削過程中會被釋放出來而刺激人體皮膚粘膜。因此，針對較小的GFK元件，基本上都在帶有高效排風的單獨的操作間內打磨。針對較大的轉子葉片，則直接在刀具上排風，此時工人在作業過程中，需強制性地佩戴防護面罩。在新的加工方案中，這種不適宜和具有危害性的作業方式將被摒棄。

                     

圖 3 用于加工軸承環和法蘭的CNC加工中心擁有已獲得專利的自調心張緊裝置，由此可以實現對工件的自動引入和張緊

    在制訂設備方案、配置“硬件”和軟件編程過程中，GDC Consulting公司可以借鑒不同行業（如從太陽能技術至航空工業）在研發機器人輔助的自動化方案工作的豐富經驗。

    據GDC公司稱，針對2.5MW設備上的單個葉片，可以按此方式節省大約50%～70%的生產成本，并可以加工出一樣的表面或外形輪廓。采用此技術的制造廠家可以從快速的生產中受益。由于CAD數據可以得到校正，實時尺寸可以得到保證，因此葉片也可達到可重復的質量。這也減輕了轉子葉片與設備的配合難度，原因是各個葉片都能保持在相同的外形輪廓和運行性能上。機器人輔助的自動化技術的另一個優勢便是可以采用相同的原理對葉片進行切邊和涂漆。這可使得企業投資再次獲得好的經濟回報。

    計劃建立轉子整體加工站

    針對轉子的整體加工，目前計劃設立一個較大的加工站。這種加工站應該建立在一家風能設備制造廠或轉子葉片制造廠里。但這只是風能設備全自動化加工的第一步。GDC Consulting公司與兩家西班牙企業一起，共同建立Acolus- Konsortium聯合公司。這家公司融合了加工和自動化技術方面的各種能力。其中一家西班牙合作伙伴為Reyma S.L.公司，它研發和制造用于加工風能設備軸承環和扁軸承法蘭的CNC設備。軸承環的內徑可以達到8m。設備帶有已獲專利的自調心張緊裝置，這為軸承的自動引入和張緊打下基礎（圖3）。

    加工重達25t的輪轂

    Reyma公司與GDC公司和Prova S.L.自動化技術設備公司一起，共同研發出了一種可實現25t重輪轂自動化加工的技術方案。對此可以采用Reyma公司專門為此開發的大型加工設備。這種設備可以在一道工序上即加工完成所需的全部加工流程，它通過Acolus合作方即Prova S.L.公司在其冶金加工自動化工作經驗的基礎上所研發的大型上料裝置進行自動進料。由于加工元件的尺寸較大，因此這是一項艱巨的加工和自動化任務，同時在物流輸送方面也是一個挑戰。

    通過這種加工技術方案，Acolus集團公司可向風能設備制造廠家首次提供貫穿式的協調的加工自動化技術。由此，塔、輪轂和轉子的生產又向自動化加工目標邁進了一步。各合作方都相信，第一家采用這種技術方案的制造企業將會在市場競爭中占據很大的優勢，因為它在核心部件如輪轂、塔和葉片的加工上，可以達到更加快速、更低成本和絕對可重復質量的生產。按照Acolus公司的觀點，這個步驟早就應該有了，因為風能設備制造廠家的數量最終會達到一定的規模，這將足以證明自動化加工的道路是完全正確的。