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开拓激光智能加工技术的领路人——陈继明教授

  激光,是一种自然界原本不存在的光,因受激而发出,激光有普通光所完全不具备的方向性好、亮度高、单色性好和相干性好等特性,它被誉为神奇之光,是20世纪人类最重大的发明之一,具有宏大的技术潜力。激光的空间控制性和时间控制性很好,对加工对象的材质、外形、尺寸和加工环境的要求很少,特别适用于自动化加工控制。激光加工系统与计算机数控技术相结合可构成高效自动化加工设备,为优质、高效和低本钱的加工开拓了宽广的前景。

  北京工业大学就有这样一位不断创新开拓激光加工技术在工业领域开发与综合利用,潜心于激光微细加工和激光三维加工的学者,他就是陈继民教授。

  手握神兵,孜孜以求

  陈继民读博期间,师从我国著名激光工程专家左铁钏,他开始带着激光这一神兵利器,不断在科研的道路上无怨无悔的探索。加工制造业,尤其是激光加工制造业一直是我国的薄弱环节。此时,陈继民正专注于激光三维智能加工技术这一世界前沿的研究课题,这就意味着他要突破一道道技术难关,度过一个个不眠之夜,强烈的责任心和使命感让他不断努力,永不懈怠。功夫不负有心人,他的研究课题“大功率CO2激光三维智能加工的CAM(即computer Aided Manufacturing,计算机辅助制造)系统”取得了重大技术突破。

  激光加工的智能性也体现在三维运动轨迹的智能化和加工过程中工艺的自适应性上,难点集中在以下两个主要方面:首先,大功率CO2激光三维加工采用的飞行光束传输和聚焦过程中受众多因素的影响,最终影响到实际三维加工;其次是激光切割工艺复杂,激光头必须始终垂直被加工对象的表面,这是长期以来困绕激光三维加工离线自动编程的难题,除算法的复杂性,还涉及编程的难度。陈继民通过CAD系统中提取激光加工的三维空间轨迹,给出了一系列三维轨迹的自动生成算法,并优化了动画仿真技术和干涉检查算法,终于突破了三维激光加工自动编程的瓶颈,解决了轨迹数据提取的关键技术。并首次将Hopfield网络引入到加工轨迹的规划中,为智能优化加工顺序规划提供了一条有效的途径。这种智能方法,可以大大缩短加工编程时间,无须用户编程,只要将加工图形的参数输入,系统就能自动生成三维加工轨迹,真正实现了智能加工。

  为进一步实现加工过程的智能性,陈继民还研究了激光三维切割的工艺特点,通过BP神经网络对试验数据的学习和训练,能够很好地预测切割结果和选择切割参数,由此自动生成的切割工艺子程序,与三维轨迹程序集成起来形成完整的激光三维加工CAM系统,首次实现了当激光入射角不垂直工件表面时仍能进行有效切割的基于数据试验的激光切割工艺的智能系统。

  这项科技成果在我国一汽“大红旗”轿车的激光加工中得到了实际应用,取得了令人满意的效果,并得到相关部门的高度肯定。

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