ILT推出AI模块协同激光熔覆技术解决方案，用于高效修复采矿工具

2025年3月3日，南极熊获悉，弗劳恩霍夫激光技术研究所 (ILT) 的研究人员联合加拿大的多家研究机构合作开发了一款 AI 模块，以帮助进行激光材料沉积。该技术用于修复磨损的铲斗齿和其他采矿工具。弗劳恩霍夫研究人员于2025 年 2 月 19 日在汉诺威工业博览会预展上展示了他们的解决方案。

激光材料沉积 (LMD)，也称为激光熔覆，是一种修复替代方法。在这种方法中，金属粉末和激光束通过光学系统引导，使得激光束在粉末沉积的部件上形成局部焊接池。激光控制系统在工具上移动，一层一层地沉积高质量的金属合金。这样可以恢复零件的原始轮廓，例如磨损的挖掘机齿或钻头，就像以前一样。在自适应激光增材制造的人工智能增强过程传感 (AI-SLAM) 项目中，弗劳恩霍夫研究人员将激光技术与人工智能相结合。

△采矿工具（例如挖掘机铲斗齿）极易磨损。使用超精确的人工智能辅助激光材料沉积技术，可在机器上快速且经济高效地进行修复。

弗劳恩霍夫 ILT 激光材料沉积部门负责 LMD 涂层和热处理的项目经理 Max Zimmermann 解释道：“项目目标是实现所有步骤的自动化，从绘制缺陷图到规划焊接过程中要使用的路径和参数，再到实际执行和质量控制。”

项目合作伙伴包括加拿大国家研究委员会、麦吉尔大学，以及总部位于卡尔加里的人工智能公司Braintoy 和总部位于埃德蒙顿的 Apollo Machine and Welding 等公司。总部位于多特蒙德的软件开发公司 BCT 也参与其中。

超硬碳化钨和不锈钢

在修复过程中，激光光学系统会沿着预先计算好的路径在工具表面上移动。不锈钢在约1300°C 的温度下熔炼并沉积，同时喷嘴将碳化钨颗粒同时喷射到同一区域。冷却后，颗粒与熔融钢结合，在工具上形成超硬涂层，保护工具免受磨损和腐蚀。

研究团队面临的挑战之一是找到碳化钨颗粒与钢的最佳比例。Zimmermann 解释道：“颗粒比例过高会使涂层变脆，容易开裂，但如果不锈钢比例过高，涂层又太软，因此会很快磨损。必须校准激光功率，使温度足够高以熔化钢，但又不能太高以致碳化钨颗粒也熔化（约 2900°C）。如果发生这种情况，碳化钨会变得太软。此外，还有许多其他参数：喷嘴与表面之间的距离、系统跟踪路径的速度、路径之间的重叠、激光功率等等。总之，在规划单个修复过程时，需要设置和协调 150 个参数。

△为了能够从一致的距离将金属涂层沉积在工具复杂的表面几何形状上，激光头在三个轴上移动，还具有两个旋转轴

人工智能规划和控制维修

对于 AI-SLAM 项目，弗劳恩霍夫研究人员开发了一个由多个部分组成的 AI 模块，用于控制这一复杂的规划和控制过程。第一步，线激光器使用 CMOS 相机捕捉工具（例如挖掘机齿）的磨损轮廓。这将生成当前表面几何形状的图像。将图像与新齿轮廓进行比较，新齿轮廓也存储在软件中。最后，模块使用差异来计算应应用的金属涂层的路径和厚度。相机在涂层过程中将图像提供给 AI，以便它可以在工作进行时检测到任何差异或错误。

速度更快，错误更少

项目合作伙伴 BCT 将研究人员的AI 模块整合到OpenARMS 操作软件中，随后软件将AI 为焊接过程推荐的参数转换为控制命令。这意味着人类操作员不再需要输入机器代码，这是一个耗时且容易出错的步骤。总部位于卡尔加里的 Braintoy 负责机器学习算法。它还为 LMD 系统中的数据分析提供了平台。

所有解决方案协同工作，因此修复过程自动进行且不会出错。Zimmermann 表示设备的操作员只需按下启动按钮即可。