第二节 先进制造技术 一、CAD／CAM及自动化技术
1985～1990年，哈尔滨科技大学李振加、杨永芝、刘献礼、陈波、黎志仁、潘洪平研究开发三维、二维槽型刀片，解决了45钢、LD5R铝合金、60Si2Mn高强度钢、1Cr18Ni9Ti不锈钢、20CrMnTi合金钢和GCr15轴承钢的精加工、半精加工以及粗加工的断屑问题。以精加工小切削用量为重点，提供了新型三维刀片槽型以及槽型CAD软件包；开发切屑折断过程与槽型CAD专家系统；建立切屑折断过程计算机动态仿真系统。填补三维槽型可转位刀片在NC、MC、FMC、FMS上应用方面的国内空白，为发展中国三维槽型可转位刀片系统化、标准化奠定良好的基础。1991年获国家技术发明奖四等奖。
1991～1995年，哈尔滨理工大学李振加、周洪玉、徐亦红、郑敏利、曲贵民等开发8个品种8个规格的二维、准三维、三维槽型刀片，解决了45钢、38CrMoAl合金钢和60Si2Mn高强度合金钢的精加工、半精加工及粗加工的断屑问题；建立的切削过程断屑的数学模型，为切屑控制提供了可靠的理论依据；利用所提出的切屑流向、卷曲预测公式及切屑折断数学模型开发出切屑折断过程与槽型CAD专家系统，为预测切屑折断过程，开发刀片槽型提供了先进、快捷、可靠的技术手段，可使停机率减少30％。1996年获机械部科技进步奖二等奖。
1993～1995年，哈尔滨理工大学韩剑辉、王卫兵、张维波、秦汝曾、赵之丽在消化吸收进口设备的基础上，结合中国火电厂的生产实际，研制200兆瓦、300兆瓦汽轮发电机组30％～40％电动旁路控制系统，具有较高的可靠性和容错能力，控制模式与中国当时的机组运行方式完全相配套。操作界面，提供了一个为用户和操作人员容易接受的友好界面，在进口设备上实现了中文汉字操作界面。能够适应各厂家生产的汽轮机组的冷、温、热态的中缸及高、中压缸联合启动方式，以及机组的定压或滑压运行方式，具有与DEH、DCS等系统的接口，具有机组故障工况下的保护功能。200兆瓦机组及300兆瓦机组旁路系统产品被国家电力规划设计总院、国家电力公司成套设备部列入火电机组主要推荐产品。哈尔滨理工大学先后为哈尔滨电力设备总厂研制开发了系列汽轮机组及燃气轮机组旁路控制系统装置，并形成了多个系列的成型产品，满足了哈尔滨电力设备总厂的生产需要。截至1995年，哈尔滨电力设备总厂累计生产电站旁路系统装置200多套，安装于新建火力发电机组中，运行良好，得到用户的肯定和好评，哈尔滨电力设备总厂已成为国内最大的旁路系统生产厂家，产品遍布全国，同时出口到印度、印尼和土耳其等国家，国内市场占有率达40％，累计产值近10亿元。该成果于1997年获黑龙江省科技进步奖三等奖。
1994～1997年，哈尔滨理工大学李振加、李玉学、陈玉全、朱齐、郑敏利研制开发模具CAD／CAM系统，该系统应用于黑龙江省模具技术开发中心，汽车保险杠模具、滚梯模具、江铃汽车变速箱壳体模具等几十套大型复杂模具设计、分析与制造。哈尔滨印刷机械厂利用该系统设计、制造印刷机、包装机，设计速度提高10倍以上。该项成果1999年获黑龙江省科技进步奖二等奖。
1995年3月～1996年4月，哈尔滨理工大学李振加、魏华亮、董丽华、李彬芳、王志刚等开发铣刀CAD／CAM系统并在哈尔滨量具刃具厂、哈尔滨工量数控刀具有限责任公司、黑龙江省模具技术开发中心、哈尔滨工程机械制造厂等企业推广使用。哈尔滨工量数控刀具有限责任公司，全部产品设计均采用该技术，设计效率提高20倍以上，加工生产效率提高4倍以上，特别是对手工编程无法加工的具有曲面及空间角度复杂的产品进行自动编程加工（如可转位螺旋立铣刀的加工）。1996年完成4种规格数控可转位模块式铣刀（面铣刀、立铣刀）的样品试制和批产试制，投放市场，解决了国家重点工程的急需，替代了昂贵的进口刀具，1999年获机械工业部科技进步奖二等奖。
1995～2000年，哈尔滨理工大学李振加、郑敏利、刘献礼、谭光宇、陈玉全开发切屑折断理论及其虚拟现实和预报系统，并开发不同断屑槽型车刀片（8个品种，8个规格）、三维复杂槽型铣刀片（4个品种，6个规格）、圆形刃车刀片（2个品种，4个规格）、可转位数控面铣刀（1个品种，8个规格）、立铣刀（2个品种，8个规格）、三维阶梯形切槽切断刀片（1个品种）。所开发的产品（刀具与刀片）在哈尔滨工量数控刀具有限责任公司、哈尔滨电机厂有限责任公司和第一重型机械集团公司等企业应用，获得经济效益2 826万元。此外，根据美国福特汽车公司要求，开发基于全球网络的英文版机械加工过程中切屑形成与折断预报系统，已应用于该公司的机械加工生产中；研制开发中文版的切屑形成与折断预报系统和断屑试验数据库。这些研究成果已在中国第一汽车集团公司工艺装备有限责任公司、中国第一汽车集团公司长春轻型汽车厂、黑龙江省模具技术开发中心等9个企业的局域网上运行。该项成果2004年获国家科技进步奖二等奖。
1996～2000年， 哈尔滨理工大学孙立镌、唐良红、宋双柱、许龙津、张辉等研究开发数控机床计算机辅助工业造型技术（CAID）。该技术在基于B－rep、CSG、FDT混合模型描述实体的基础上，提高特征编辑的效率，提出重用CSG与FDT技术的特征线性和非线性修改的算法。该技术整体考虑物体的几何信息与拓扑信息，给出各种精度的明确几何解释和它们之间的内在关系，并提出四类求交算法，解决了拼合运算中几何求交不稳定性问题。为了满足交互式设计需要，该技术提出一种改进Watkins扫描线算法，并运用随距离增加而能量减少的光照模型和Phong明暗处理的方法解决了平面、曲面的真实感显示问题。该算法已在电工仪表三维CAD系统中得到应用，可以快速生成较逼真的真实感效果图。该成果已经应用于北京第一机床厂、南京机床厂、北京第二机床厂等有关厂家的数控机床造型设计，并为济南第一机床厂、齐齐哈尔第一机床厂、齐齐哈尔第二机床厂完成数控机床的产品造型设计，取得良好的经济效益和社会效益。2002年获黑龙江省科技进步奖二等奖。
1997～1999年，哈尔滨理工大学于惠力、陈玉全、车成彬、黄泽远、赵新通研究开发模具数控磨削、研磨加工技术。首次实现了模具型腔的粗、精自动化加工；研制出利用特殊润滑剂来驱动的增速装置一牵引驱动增速弹簧卡头刀柄，获得专利权；研制磁力—磨料研磨装置及可研磨不同表面形状的一系列CBN磨头。该技术已在哈尔滨龙飞模具制造有限公司、哈尔滨工量数控刀具有限责任公司、牡丹江市技术协作试验厂用于模具制造加工全过程，缩短了模具制造周期，降低了加工工时，简化了工艺过程，大幅度提高加工质量和加工效率。该项成果2001年获中国机械工业科学技术奖三等奖。
1997～1999年，哈尔滨理工大学葛江华、陈永秋、隋秀凛、唐文明等研制电站阀门计算机辅助设计系统。电站阀门参数化设计是在NT4.0上，以AUTOCADR13C4及通用机械CAD软件INTE—CAD5.0为开发平台，以ADS、LISP、ARX为开发工具研制的电站阀门专用的参数化设计模块，缩短了通用机械CAD的基本绘图功能与电站阀门专业化设计要求之间的距离。并以哈尔滨哈锅阀门股份有限公司的工作环境为实例，对其工艺过程、典型工艺、工艺路线及装备进行分析，在KMCAPP平台上进行应用和开发，并为下一步的CAD／CAPP／CAM／PDM／ERP做好充分的准备。在UG的CAD系统建模环境下建立电站阀门零件的实体模型，通过特征建模方式（Features Modeling）三维零件模型库，非几何信息保留在其模型中，为下一步的集成做好准备。基于制件的应用模型，由系统确定采用的加工方法、刀具参数、工艺参数、加工形式等数据，经后置处理，生成可供数控机床加工用的NC程序。2002年该系统获黑龙江省科技进步奖三等奖。
同期，哈尔滨理工大学武俊峰、王培志、宋清昆、吕宁、朱若楠与黑龙江省华安工业（集团）公司合作完成155毫米、152毫米炮弹专用法国拧卸钻孔清螺纹注药生产线自动控制系统国产化。在研究中摒弃了原控制系统中信号接收板的技术实现方法，自行设计了与所采用型号控制器相匹配的输入信号调理板；在控制软件设计中，采用了先进的步指令并行处理结构，提高了软件执行速度和系统的纠错能力；系统实现软件互锁，从整体上保证不出现因各种因素可能出现的机械设备误动作；软件设计中融进了模糊识别技术，在不增加硬件投入的前提下，只需通过现有传感元件的“联合检测”，即可获得系统故障的状态。该项目的实施为企业节省150余万元的订货费用，确保了155毫米炮弹出口任务的如期完成，当年及实现产值1.1亿元，增产节支500余万元。2000年获黑龙江省科技进步奖三等奖。
1997～2000年，哈尔滨理工大学孙立镌、唐良红、宋双柱、许龙津、张辉开发机电产品CAID系统。该系统包括：①三维CAD系统动态显示技术：实时实现绕三坐标旋转和缩放等变换，实现电工仪表产品真实感图形的动态显示，便于用户观察机电产品的各个侧面；②计算机辅助配色系统：根据电工仪表产品色彩设计的特点，本系统采用先主色（基色设计）后辅色（配色设计）最后调整的方式，设计出1套符合设计规则的比较完善的色彩设计系统，并将该系统与三维CAD相结合融合一体，提供改变体色、面色等多种方法，用户使用非常方便；③常用柜体fa、ks、kb27种图库：通过Microsoft开放数据库连通（ODBC）技术，在VC中实现对产品输入、查询、删除、修改等一系列操作，大大提高产品数据库维护管理开放性；④常用工业电器元件图库：在电器元件产品图册管理中建立天宇电器元件库和环宇电器元件库两种数据库，以及交流接触器、控制继电器、低压断路器、隔离开关、控制器、起动器、低压熔断器、主令电器、电源设备、互感器等14大类产品元件库，兼有色彩图、模型图、产品说明等多项功能，产品扫描图可获得产品资料全部信息。该项成果已成功应用于阿城继电器股份有限公司、大庆油田通宇有限公司、邯郸市东宝自控设备有限责任公司、南京数控机床有限责任公司、济南第一机床厂、北京第一、第二机床厂、齐齐哈尔第一、第二机床厂等。2002年获中国机械工业科学技术奖三等奖。
同期，黑龙江省CAD应用工程协调指导小组办公室郑志成、刘鸿祥、冯钧、高保康、崔炳军、程乃春等实施国家科技部重点项目“全国CAD应用工程”的子项目“黑龙江省CAD应用工程技术开发与应用示范”。项目主要内容是人才培训、技术开发、应用示范、普及推广、环境建设和战略研究等。该项目的实施使黑龙江省CAD应用普及率提高20％，在项目实施过程中培养了上千名CAD专门技术人才；开发了近100个信息化应用软件；创新或优化设计制造100多种新产品；由于缩短产品制造周期、提质降耗、提高市场竞争能力以及开发新产品等方面，示范企业共获得了11亿元的新增产值。该项目于2000年11月通过国家科技部和国家CAD应用工程协调指导小组组织的验收，2001年获黑龙江省科技进步奖一等奖。
1997年5月～2000年，哈尔滨理工大学张礼勇、童子权等完成自动测试系统及设备研究，提出机电产品自动测试系统典型实现模式，达到以VXI总线主机箱、零槽控制器、数据采集器、信号调理器等核心模件组建覆盖大量机电产品自动测试系统的目的。在推广应用中创建基于USB总线的虚拟仪器测试平台，并首次利用该平台组建“PCB功能模件自动测试系统”。课题组主要面向机电行业和社会公益事业推广应用自动测试系统，其中，在机电行业中组建电机、微电机、水泵、航空发动机、柴油发动机、电量仪表、电冰箱、洗衣机、管道燃气、材料力学性能等10种自动测试系统，装备到大连电机厂、佳木斯电机厂、上海浦东水文站、哈尔滨潜水电泵厂等70余个单位；在社会公益事业中，组建大气污染、城市供水排水、电厂水质、站网气象、机场气象、地震模拟试验等6种自动测试系统，装备到北京、哈尔滨、大连、大庆、合肥、太原等60余个城市和地区的环境监测站、自来水公司和城市污水处理中心。该项成果2001年获中国机械工业科技奖一等奖。截至2004年底，自动测试系统及设备累计销售额已达3.28亿元。
1999～2002年，哈尔滨理工大学武俊峰、王培志、宋清昆、吕宁、许远明等与黑龙江省华安工业集团公司合作研制具有自主知识产权的新型炮弹自动化注药生产线集数控制系统。系统采用冗余化设计方法、并行处理结构、故障自诊断技术和模糊识别技术，从而保证了生产线运行的稳定性和可靠性并具备功能扩展性。该控制系统具有配方功能的批量处理包，使生产线具备柔性生产能力，可根据不同型号产品进行工艺参数调整，适合小批量、多型号产品生产。2003年获黑龙江省科技进步奖二等奖。
2001年6月～2004年11月，哈尔滨理工大学满春涛、吕宁、李双全等研制现场总线式彩色液晶电子记录仪表。现场总线式彩色液晶电子记录仪表采用全新的设计理念，以高性能16位单片机嵌入式结构模块作为主控单元，配接大容量闪速存储器记录现场数据，使用TFT真彩色液晶显示器作为现场数据主输出设备，配有USB接口的大容量电子记录盘及工业现场总线标准的RS－485数据通讯接口，可进行多路信号实时采集，显示，存储，亦可对生产数据进行实时分析和处理；系统配接在线式后备电源系统，在系统掉电的状态下可维持系统一定时间的正常工作。2002～2004年，累计生产1 200余台，实现产值1 300余万元，利税600万元，产品远销全国几十家工矿企业。2005年获黑龙江省科技进步奖三等奖。
2001年11月～2004年4月，哈尔滨工业大学徐晓飞、战德臣、乔立民、徐汉川、刘旭东开发基于时间一成本双主线的CERP系统。该系统采用J2EE平台、B／S结构、软构件和工作流等先进软件技术，开发了可重构、可配置、可剪裁的CERP软件系统。CERP系统包括13个系统88个模块近2 000个构件，覆盖了生产、成本、销售、采购、质量、设备、人力等ERP软件核心功能。该系统在哈尔滨空调股份有限公司、黑龙江华润酒精公司、威海亿美运动器械有限公司等近10家企业得到推广应用，企业平均缩短交货期10％左右，库存资金占用降低5％～10％，降低采购成本3％～5％，降低产品成本3％～5％。2005年获黑龙江省科技进步奖二等奖。
二、超精密加工、纳微制造技术及精密测量技术
（一）超精密加工技术
为了满足大型国防工程用大型空气轴承零件加工的需要，1991～1993年，哈尔滨工业大学周俊瑞、董申、刘长在等与无锡机床厂合作研制大型精密万能磨床，其主要指标：最大加工外圆直径750毫米；形状精度≤1微米 ，表面粗糙度 Ra≤0.1微米。
很多加工与检测需要严格的环境条件，为了保证局部环境温度变化小于0.1～0.001℃，需要用恒温油（或水）来取得，1992～1994年，哈尔滨工业大学孙聖和、张庆春、董申、李忠海等研制超精密恒温油控制系统。该系统油温变化小于0.004℃。1995年获航天工业总公司科技进步奖二等奖。
1992～1996年，哈尔滨工业大学董申、李旦、梁迎春等研制亚微米超精密车床。机床加工零件形状与尺寸精度达0.2微米，表面粗糙度Ra（0.015微米。1998年获航天工业总公司科技进步奖一等奖。
1993～1996年，哈尔滨理工大学李振加、苏俊清、刘献礼、王德祥、陈波等在国内第一个对高压热壁加氢反应器主体件筒节材料2.25Cr－1Mo钢的切削加工性进行了系统的研究。在研究刀具粘结破损机理、刀片材质优选技术、C形屑及螺卷屑数学模型和折断判据的基础上，经几十次现场试验开发了新型精加工、半精加工硬质合金刀片及楔块式结构的新型刀具（包括精加工、半精加工、粗加工3类刀具）。由于大大改善了切屑折断情况和刀具粘结破损情况，使刀具寿命粗加工刀具达到76～255分，半精加工刀具达到150分，精加工刀具达到70～150分，避免了频繁换刀，大大减少了辅助工时；由于优选了刀具材质、几何参数及切削用量，粗加工切削效率提高了117％，半精加工提高了114％，精加工提高80％，大大降低了机动工时。该项成果1999年获机械工业部科技进步奖二等奖。
1994～1995年，哈尔滨理工大学陈玉全， 彭广斌， 金东燮， 关砚聪， 杨玉春等研究出难加工材料镜面加工方法。该项研究针对不锈钢、钛合金等难加工材料，开发了电解——机械——磁力复合抛光工艺，研制了弹性抛光塑料磨料块。该磨料块具有良好的透水性和耐腐蚀性，配合上述工艺实现难加工材料的镜面抛光。该磨料块已经获得实用新型专利权。该项成果已转让给牡丹江农机修造厂、牡丹江市福科通用机械电器厂和韩国科学技术院。在后续的科研中，在省科技厅攻关项目的资助下，应用电解——机械——磁力复合抛光工艺技术研制出一系列用于不便搬运的大型工件的抛光机械和抛光片，并获得3项实用新型专利权。1998年获黑龙江省科技进步奖二等奖。
为了解决小尺寸、大深度光学零件高效加工，2001～2002年，哈尔滨工业大学张飞虎、回长顺、董申、陈明君等进行非球面精密磨削技术应用研究。该项研究是在1996年哈尔滨工业大学自行研制的亚微米超精密机床上，增加了1套超精密磨削系统和ELID磨削技术，加工出满意的光学零件，2003年获国防科技奖三等奖。
为了满足中国超精密加工所用金刚石刀具需要，改变加工复杂曲面用圆弧刃金刚石刀具完全依赖国外进口的局面，2001～2003年，哈尔滨工业大学孙涛、张龙江、宗文俊研制六轴金刚石刀具刃磨机。圆弧刃金刚石刀具刃口半径≤50纳米，圆弧刃半径跳动≤0.1微米。
2001～2005年，哈尔滨工业大学董申、张景和、王海峰、王景贺、杨辉、郝娟等研制大型光学零件超精密加工机床。该机床为国内最大、精度最高机床。其主要性能指标：最大加工尺寸直径1 200毫米；液体静压、工件主轴轴向、径向跳动≤0.026微米，径向刚度1500牛顿／微米；垂直导轨液体静压，直线度0.2微米／250毫米；纵向导轨空气静压，直线度≤0.35微米／650毫米。
2003～2005年，哈尔滨工业大学梁迎春、张飞虎、张龙江、张景和、王景贺等研制KDP晶体超精密铣床，解决了国防急需。其主要技术指标：最大工件尺寸直径600毫米；形状精度≤1微米；表面粗糙度 Ra≤10纳米。
2004～2005年，哈尔滨工业大学董申、张飞虎、张龙江、李国在引进乌克兰超精密切削试验台的基础上，改进空气主轴性能和进给速度等性能，增加非球面加工功能，研制可加工大型平面、球面和非球面光学零件的高精度超精密机床，其特点是用圆弧进给代替直线进给运动，能获得更高的精度。技术指标：加工工件尺寸直径700毫米；可切削平面、球面和非球面面型精度λ1／5～1／3；表面粗糙度Ra ≤10纳米。
（二）微纳制造技术
微小零件（如直径0.3毫米球）的形状、尺寸、表面粗糙度的检测一直是国家某重大工程存在的问题。2001年，哈尔滨工业大学孙涛、董申、王洪祥、闫永达、张龙江研制原子力探针测头微三维测量系统，解决了微小零件的三维检测问题，2002年获黑龙江省科学技术进步奖三等奖。
2002年，哈尔滨工业大学董申、闫永达、孙涛、陈明君、赵清亮完成超精密及纳米加工理论与相关技术研究，2005年获黑龙江省自然科学奖二等奖。
同年，哈尔滨工业大学梁迎春、董申、陈明君、张飞虎、闫永达、孙涛等完成国家自然科学基金重点项目“微纳米切削加工基础及相关技术研究”，2005年获教育部自然科学奖一等奖。
2002～2004，哈尔滨工业大学孙立宁主持研制微机电系统（MEMS）装备关键技术及设备。课题组针对MEMS器件的组装（微装配、封装、微连接等）作业，开展了宏微精密定位、作业工具、显微视觉等关键技术的研究和应用，并将若干单元技术集成，研制出高温压力微传感器封装关键设备。该设备可实现高温压力微传感器的反面封装，解决了传感器封装的关键工艺问题，提高了传感器封装的自动化和批量化水平，为高温压力传感器的产业化奠定了基础。49研究所使用该设备后，产品质量和生产能力得到大幅度提高。课题组还面向MEMS制造设备需求，开展精密作业设备的扩展应用研究，研制4自由度CELT加工设备，并使用该设备分别在半导体和金属材料上完成三维立体MEMS微结构（微型蜗杆、金字塔形模板）刻蚀加工。该设备已应用于厦门大学承担的国家自然科学基金重点项目上；针对微塑性成形技术工艺要求，研制微塑性成形加工设备，并用该设备完成了1毫米尺寸微齿轮的塑性加工，该设备已应用于哈尔滨工业大学材料学院承担的“863”计划项目，属于国内首创。课题的研究同时带动了微机电系统封装通用关键技术的研究，实现了纳米微定位产品的产业化，已销售116台（套），实现产值240万元，利税70余万元。
同期，哈尔滨工业大学郭斌主持研究了微机电系统（MEMS）器件的精密微塑性成形技术，在国际上首次研制成一套基于压电陶瓷驱动的宏微结合的精密微成形系统，建立微型零件微塑性成形实验平台，实现了微型零件的精确成形；在国际上首次提出和开展微型模具结构设计，并设计一种用于微型零件精密成形的微型浮动模具结构，将材料和模具之间的摩擦阻力变为积极摩擦，有效地提高了材料的充填能力和降低了变形载荷；建立材料微塑性成形性评价方法和准则；在微塑性成形过程的数值模拟方面，采用分子动力学方法分别对拉伸和弯曲等微成形过程进行仿真，应用微观塑性力学理论，在分子尺度上揭示了微塑性成形机理和变形规律。课题组与航天科技集团红林机械厂合作研究开发某型号导弹引信钟表延时机构上的微小齿轮的精密微成形技术，还与航天科技集团三院合作，在该院研制的小型武器装备上应用该项成果。
2003～2005年，哈尔滨工业大学谭久彬、王雷研究开发磁－磁变换微驱动机理与纳米精度大输出力微驱动技术。主要成果：①建立基于有限元方法建立的含有磁滞现象的磁－机耦合模型，为消除磁场非线性影响提供有效的方法。②为了提高基于电能－磁能－机械能转化工作方式的超磁致伸缩微位移驱动器的输出特性，对超磁致伸缩材料棒（Terfenol－D）的驱动磁场进行优化分析。③通过永久磁体的三维空间磁场强度分布数学模型，分析永久磁体与Terfenol－D之间磁场作用关系，及产生均匀永久磁体作用磁场的边界条件，建立基于磁场－磁场转化的驱动原理。此原理避免了涡流的产生，进而消除了温度带来的非线性，其输出位移漂移量小于13纳米。该项研究成果应用于超精密加工与二元光学元件直接写入设备。
（三）精密测量技术
1983～1986年，哈尔滨船舶工程学院杜泽、韩伟实研制水位调节器，主要用于舰艇造水系统海水蒸发器与污冷凝器水位的自动调节，能连续测量调节对象水位与给定值的偏差，经液压放大后，通过调节阀相应改变调节对象的给水量（海水蒸发器）或排水量（污冷凝器），以保持水位恒定。具有自能源、维护使用方便等特点。该调节器在舰艇造水系统的应用，为核动力装置一、二回路保质保量的补充水创造了必要条件，保证了有关设备系统寿命，为舰艇持续海上航行提供了良好的工作条件，解决了15年来中国舰艇一直存在的关键技术问题之一，1988年获得国家技术发明奖三等奖。
“八五”期间，哈尔滨工业大学多项重大国防工程项目的大型零件无法进行精度检测，市场无此类高精度检测设备出售。1991～1995年，哈尔滨工业大学谭久彬、李东昇、杨文国、张龙江等研制中国第一台大型圆柱度仪。在研制过程中，在对刚体运动学和空气动力学设计方法进行深入研究的基础上，结合具体加工工艺和装配工艺方法，提出了“最佳整体平均效应理论”，并研制了以回转精度为主控目标的超精密回转基准系统，其轴向回转精度达到13.4纳米，径向回转精度达到（13.5＋0.15H）纳米（H＝1／毫米），超过英国和美国同类仪器的最高回转精度（径向回转精度为（20＋0.3H）纳米）。该技术为解决中国国防和航天领域惯性器件的超精密测量的关键技术问题发挥了重要作用。同期，谭久彬还主持研究开发以支承刚度为主控目标的大型回转基准技术，并在保证径向回转精度达到（0.08＋0.00036H）微米的前提下，承载能力达到550千克，超过了英国大型回转基准的最高水平为：径向回转精密为（0.10＋0.0005H）微米，承载能力为400千克。该大型圆柱度仪直接用于航天重大工程项目中，解决了其中的重要技术问题，1997年获国家科技进步奖三等奖。
1992～1995年，哈尔滨工业大学马玉林、李鹏生、才海男等研制用于孔径非接触检测的激光光纤测量系统。该系统用双频激光干涉测量装置读数、光纤测头定位，实现了高精度内尺寸测量。主要技术指标：测量分辨力0.1微米，测量精度±1微米，内尺寸测量范围≥6毫米，被测表面质量（Ra）≤0.16微米，示值稳定性±1毫伏／40分钟。该系统可用于对各种尺寸特别是内尺寸进行非接触的定位测量，测量分辨率力达到亚微米级，特别适合于软质材料工件的测量，适合于在高电压、大磁场和环境空间狭小的场合工作，也可应用于所有机械制造部门的测试工作。该系统达到国际先进水平。
为了解决国防重大武器型号和航天惯性器件加工装配中的超精密测量问题，1992～2001年，哈尔滨工业大学谭久彬、赵维谦、杨文国、金国良、齐乃明研制惯性器件非连续圆柱形状超精密测量仪。该测量仪器总体精度水平与英国和德国联合研制的最高国家基准型仪器处于同一量级，打破了国外长期技术封锁。该仪器可成为国际圆柱度测量比对专用仪器。受国家质量技术监督局委托，以本项目的主要技术为依据，哈尔滨工业大学和中国计量科学研究院主持制定了新的圆度、圆柱度仪国家检定规程，已于2001年初发布实施。2002年该测量仪获国防科学技术奖二等奖。
1993～1998年，哈尔滨工业大学谭久彬主持研制非接触式圆柱体形状误差超精测量仪，结合该项目的研究，提出了“功能复合理论”和“自身参照理论”，并据此成功研制了误差分离系统和回转基准轴系及驱动系统的一体化技术与设备。该设备不仅具有整体式部件功能，而且测量链大大缩短，误差环节大大减少，形成了中国纳米精度回转基准。经比对，该回转基准的回转运动重复性精度达到5纳米，技术的先进性优于英国RTH（国际上公认其为最高水平的仪器公司，该技术长期对中国禁运）的同类超精型仪器。该技术直接用于航天重大工程中，解决了关键零部件加工和装配过程中的超精密测量技术关键。根据上述理论，谭久彬主持研究出“倒向法”误差分离技术，并在航天重点预研项目中得到应用，可实时地消除基准间误差，使仪器的精度水平提高了一个数量级。该项技术处于国际领先地位，在该领域内一直处于领先地位的英国RTH尚未突破该技术。经测试考核，中国计量科学研究院指定该仪器作为代表国家进行国际比对的专用设备。该技术成果受到国家质量技术监督局工程参量委员会高度重视，指定由谭久彬结合上述技术主持制订《中华人民共和国圆度和圆柱度测量仪检定规程》。上述成果1999年获国防科技进步奖一等奖。
核能由于放射性等潜在危险，核动力装置的设计、建造和运行必须始终坚持安全第一的原则。1998～2002年，哈尔滨工程大学与中国核动力研究设计院、中国船舶重工集团719研究所等单位组成联合课题组，在哈尔滨工程大学张志俭带领下，经过4年多的研究，研制核动力装置全范围模拟器，2002年12月通过验收投入使用。该项成果在核动力装置建模与实时仿真技术方面取得了创造性成果，为中国核动力运行和保证运行及试验的核安全做出重要贡献，得到使用单位的高度评价，2005年获国防科学技术进步奖一等奖。
1999～2005年，哈尔滨工业大学谭久彬、赵维谦、杨文国、金国良、薛梓开展大型超精密仪器核心基础单元技术研究，解决并取得了超精密复合直线运动基准单元技术、超精密复合回转运动基准单元技术、仪器基准间误差分离技术和共焦扫描传感技术等。主要成果：①发明了系列回转运动基准装置，提高了回转精度、轴向／径向刚度、承载能力和工作稳定性。②发明系列直线运动基准装置，提高了直线运动精度、径向刚度、径向承载能力和工作稳定性。③发明一系列基于上述方法的误差分离装置，使仪器基准间位置精度提高一个数量级以上。④发明多种共焦扫描测量装置和显微镜，使垂直分辨力达到了纳米和亚纳米量级，水平分辨力实现超分辨。基于上述超精密核心单元技术，解决了大型超精密仪器集成技术问题，为中国航天、国防工业和精密装备制造研制出一批大型超精密测量仪器、大型／超大型专用测试／试验装备和大型超精密加工／测量一体化装备，解决了长期以来中国因不掌握核心单元技术，无法自行研制大型超精密级测量仪器的问题，以及超精密加工与装配过程中的测量难题。同时，还为中国计量领域研制出第一台圆柱度测量仪标准装置和微小深孔测量仪标准装置等，使中国具备在该领域进行量值传递和溯源的能力。该项成果2005年获国家技术发明奖一等奖。
为了研制国家基准型圆柱度测量仪，打破国外长期技术封锁，建立中国圆柱度量值传递和溯源系统，在全国范围内实现圆柱度量值的统一，以解决中国国防工业、尖端装备制造业和精密装备制造业长期存在的圆柱度量值不统一的问题，2001～2004年，哈尔滨工业大学谭久彬、赵维谦、薛梓、张恒、叶树亮研制XXX基准型圆柱度测量仪。主要成果：①提出并首次采用组合式基准误差分离技术，使基准位置精度提高一个数量级，提出并首次采用了组合式空间回转误差分离技术，显著提高空间回转精度；②采用高斯滤波技术，研制成形状与噪声滤波器，与德国PTB逐点比对，最大差值仅为0.3纳米；③提出并采用组合轨迹回转研磨法，研制成超精密级圆柱度标准器，与基准型圆柱度测量仪一起构成了国家级圆柱度量值溯源和传递系统；④采用上述技术后，该基准型仪器测量不确定度与该领域最高权威部门德国PTB进行测试比对，数据平均相差0.011微米，达到极高的数据一致性。本项目打破了国外对中国长期技术封锁，全部用具有自主知识产权的技术建立起圆柱度测量国家基准仪器，建成了中国圆柱度量值传递和溯源系统，为迅速实现全国范围内的圆柱度量值统一奠定了坚实基础；建成了中国圆柱度量值国际比对专用仪器，使中国机构参加而且有能力组织国际比对，这对提升中国圆柱度测量能力，实现在国际范围内的平等竞争具有十分重要的意义；该技术成果可建立国防工业各级标准型圆柱度测量仪器和各军工企业计量型圆柱度测量仪器，形成国防工业圆柱度溯源和传递系统，已在军工部门推广应用，2005年获国防科学技术奖一等奖。
三、工业机器人
1984年3月～1985年5月，哈尔滨工业大学吴林、蔡鹤皋与哈尔滨航天科工哈尔滨风华有限公司（原国营风华机器厂，以下简称风华公司）合作研制华宇－1型（HRGH－1）弧焊机器人，该机器人是中国自行研制的第一台弧焊机器人。1985年5月，华宇—1型弧焊机器人参加全国首届科技成果展览会，受到中央领导同志及各界人士的密切关注和高度评价。1986年2月，华宇—1型弧焊机器人通过天工业部的技术鉴定。这台机器人的焊接水平可与7级焊工媲美，而且具有听觉、触觉、视觉功能。专家认为，这台机器人在重复定位精度、动作范围、负重等主要技术性能指标接近或达到国际同类产品水平，标志着中国机器人智能化向国际水平迈出可喜的一步。1987年，华宇－1型弧焊机器人获航天工业部科技进步奖一等奖，并荣获全国军转民高科技展览会金奖。风华公司被航天工业部确定为工业机器人定点生产厂家，很快转入批量生产。华宇－1型弧焊机器人已装备在长春第一汽车厂和哈尔滨星光机器厂轻型载重汽车生产线上。
1987年，哈尔滨工业大学吴林等与风华公司合作研制华宇－1型点焊机器人（HRGD－1型），并在北京中国第一届机器人展览会上展出，该机是中国自行研制的第一台点焊机器人，1988年通过航天工业部的技术鉴定。1989年华宇－1型点焊机器人获航天工业部科技进步奖三等奖，并获全国军转民高科技产品展览会金奖。华宇－1型点焊机器人，已装备在长春第一汽车厂和哈尔滨星光机器厂的汽车生产线上。
哈尔滨工业大学邓宗全、张晓华、陈明、陈宏钧、王杨等自1987年开始进行管内机器人行走机构的研究开发。1996年与大庆油田建设公司合作，研制在直径660毫米的大口径管线中可进行对接焊缝野外工业X射线检测的机器人系统，在京陕管线投入工业应用。该机器人在管线内可移动距离为300米，技术上解决了收放线的控制问题和长距离强弱信号混 传干扰问题，1999年获国家科技进步奖三等奖。此后，又研制直径89毫米防腐补口管道作业机器人。与此同时，哈尔滨工业大学的另一个科研小组研制能在直径80～100毫米的管道内以最大行走速度为2米／分进行蠕动前后行走的管道机器人。该机器人采用了超越行走方式蠕动行走机构。因其没有一般的蠕动机器人支撑足的无效伸缩运动，所以能以较高的速度在管内蠕动运行。
1988年，风华公司研制生产华宇2型弧焊机器人、X／C点焊机器人和钻孔机器人，先后参加了中国首届机器人博览会和香港航天成果展览会，受到国内外专家的好评。1988年10月4日，华宇2型弧焊机器人和X／C点焊机器人通过了航天工业部的技术鉴定，1989年又双双获航天工业部科技进步奖三等奖。这3种型号的工业机器人，装备在长春一汽和武汉第二汽车厂的生产线上。1986～1995年，风华公司共生产弧焊机器人7台套，点焊机器人6台套，钻孔机器人2台套。
同年，哈尔滨工业大学在“863”计划智能机器人主题的支持下开展了爬壁机器人的研究开发。爬壁机器人的关键技术是载体机构，载体机构与壁面的吸附方式一般有真空吸附和磁吸附2种方式。前者用于非磁性壁面，后者只用于铁磁材料壁面。哈尔滨工业大学机器人研究所王炎、赵言正等开发了全方位移动机构的真空负压吸附式爬壁机器人机构。这种机构适于在不导磁的垂直壁面上进行作业。该课题已利用此机构做成了可负重15千克（自重20千克）、以2米／分的速度在核废储存罐上进行检查和探伤作业的爬壁机器人。
1989年，哈尔滨工业大学机器人研究所与哈尔滨星光机器厂合作建成国内第一条机器人汽车生产线，由11台机器人组成，焊接轻型载重汽车驾驶室，经一年的试生产，生产轻型载重汽车几千台，1990年3月通过航天部鉴定。
1990年，哈尔滨工程大学孟庆鑫、王立权等研制水下作业工具装备。该装置由机械本体、本地控制器硬件、本地控制器软件、仿真软件、网络操作控制器、视频系统等六部分组成。水下遥操作业系统的机械本体由5个自由度的SIWR－II水下作业机械手，作业工具，即夹持器和切割器，自动工具库等组成，一次下潜可完成多种作业任务。本地控制系统的硬件由主控计算机（PC机）、A／D及I／O接口电路、D／A接口电路、光电隔离可控硅驱动电路、伺服阀控制器、视频系统组成。本地控制系统的软件用来管理整个实验系统的硬件资源，通过人机交互界面来进行管理，可以在远离机器人的场所通过连接在网络上的远程控制机对机械手进行监视控制，整个程序采用Microsoft Visual C＋＋6.0 来编制。机器人仿真软件用空间中的凸多面体来模拟大臂，小臂，腰部等机器人的各个部分，空间中的障碍物也用空间中的凸多面体来模拟。1997年获中国船舶总公司科技进步奖三等奖。
1990～1994年，哈尔滨工业大学机器人研究所研制“863”计划智能机器人主题专家组下达的壁面爬行遥控机器人，1994年通过“863”计划智能机器人主题专家组的验收和航天工业总公司主持的鉴定。该机器人为中国第一台壁面爬行机器人，填补了中国弧形壁面移动机器人的空白，1996年获国家科技进步奖三等奖。
1991年11月～1995年11月，哈尔滨工业大学王炎、赵言正、高波等与大庆石油管理局第一采油厂合作研制中国首台多功能磁吸附式爬壁机器人（金属罐防腐机器人）。该机器人主要用于油田企业众多高大的金属罐喷砂除锈和喷漆防腐，带检测装置后，也可测厚等。该机器人具有以下特点：永磁吸附、有线遥控，可在平面、弧形导磁金属罐壁上垂直移动作业；载重大，超过40千克，带功能附件后，可用于喷砂与喷漆作业，也可用于检测；设计有抗倾覆机构，爬行安全可靠，可跨越5～10毫米焊缝；运动平稳，永磁块用橡胶封装，履带与罐壁是软接触；设计有特制运载小车，机器人可自动上下罐壁，取送方便。该机器人填补国内空白且达到国际先进水平，1997年获黑龙江省科技进步奖一等奖。
1992～1995年，哈尔滨工业大学邓喜君、吴伟国、蔡鹤皋等研制组合式多节齿轮柔性臂机构。该研究主要针对普通关节型机器人灵活度低、回避障碍能力差等弱点，研制出多自由度关节机构及由该关节组成的柔性手臂。在充分分析高灵活性的人臂结构基础上，研制一种新型三自由度无奇异全方位Pitch－Yaw－Roll关节机构，解决了俯仰、侧摆运动干涉及多数机器人关节存在的奇异问题。在此基础上进一步研制出了高灵活度仿人手臂式七自由度柔性手臂样机，并对该机构进行了运动学理论研究，样机实验表明该柔性手臂比人的手臂还要灵活。其主要技术指标：柔性手臂具有3个关节7个自由度，其运动范围为：肩关节Pitch±90°、Yaw±90°、Roll±360°，肘关节Pitch0°～－165°，腕关节Pitch±90°、Yaw±90°、Ro11±360°；大臂长为0.5米、小臂长0.47米；腕点到末端接口为0.045米；带全方位腕的小臂重6千克，末端负载2千克；末端最大速度0.506 米／秒；关节最大角加速度0.42 rad／s2 。该柔性臂可应用于要求回避障碍的复杂环境及条件恶劣的极限作业中。该技术成果填补国内空白、达到国际先进水平。
同期，哈尔滨工业大学路同浚、韩晓建、吴平川等研制脊骨式机器人柔性臂机构。脊骨式机器人柔性臂，由步进电机和蜗轮 — 蜗轩副驱动的四根钢缆牵拉数个球面脊骨作相对的滚动，使臂在任意方位作弯曲运动，将驱动箱（滑体）的自重和弹簧力集于底座一体，解决了柔性臂特有的平衡问题，使机器人柔性臂结构简单、重量轻、灵活，工作空间比传统的刚性臂机器人有无法比拟的优势。该柔性臂在恶劣和有害的环境如有毒容器、高温、狭小空间等情况下，代替人工作业。该研究填补国内空白且达到机器人领域20世纪90年代国际水平。同期，哈尔滨工业大学王树国、赵春霞、付宜利等开发了空间智能机器人地面实验综合平台仿真系统。该仿真系统具有几何建模、单元动态仿真、空间机器人遥操作实时预测预报，以及虚拟机器人与实际机器人运动误差时时补偿等功能。该仿真系统应用于空间机器人研究及空间站研究等，是中国首次研制的用于空间智能机器人遥操作的大型仿真系统，其技术水平达到国际同类系统水平。
1992～1998年，哈尔滨工业大学机器人研究所刘宏在德国宇航中心（DLR）机器人及系统力学研究所学习工作期间，主持研制当时世界上最为复杂、智能化程度最高的多传感器多关节四手指机器人手“THE DLR HAND”。该机器人手的机械零件超过1 000个、电子元件超过1 500个；每个手指有包括关节位置、关节力矩、“人工皮肤”触觉、温度和限位等28个传感器，从手部引出的总线达400多条；机器人手的腕部还安装六维腕力传感器和微型立体摄像机。该机器人手在1998年德国汉诺威国际工业博览会上实现了由汉诺威至慕尼黑通过数据手套的远程遥控服务作业。
随着机器人技术的发展和应用领域的不断拓宽，要求机器人的运动精度达到亚微米至纳米级，其操作对象已从宏观领域扩展到微观领域。因此，纳米级微驱动机器人及微操作机器人技术成为纳米技术和机器人技术的发展新的研究方向。1993～1995年，哈尔滨工业大学机器人研究所在微驱动机器人机构设计、压电陶瓷微驱动器件的机理分析、压电陶瓷微驱动器件的驱动与控制、微驱动机器人的运动学与动力学理论、微驱动机器人的应用、微操作机器人研究等方面取得了一批重要的研究成果。采用电极化强度控制的新原理，研制一种高稳定性、高精度、高频响、低漂移、小迟滞的新型压电陶瓷纳米级微驱动系统，并获1项专利权。这项成果已应用于小型卫星CCD摄像机微调、天津大学隧道显微镜、清华大学微细电火花加工、厦门大学电化学隧道显微镜、哈尔滨工业大学机器人精密装配和大型圆柱度仪定位等纳米技术科研项目的微驱动系统。
同期，哈尔滨工业大学蔡鹤皋、孙立宁、安辉等研制机器人高精度宏微控制系统。该研究采用压电陶瓷为驱动元件，根据“蚯蚓”爬行原理，研制出两维大行程工作台，可实现步距为0.01 ～50微米、范围为毫米级的运动；采用新的驱动原理研制出新型压电陶瓷驱动电源，该电源具有高精度、高频响、高稳定性，并能有效地改善压电／电致伸缩陶瓷存在的非线性、迟滞和蠕变等不足。主要技术指标：电压输出范围0～300伏、电压输出纹波＜10毫伏、电压漂移＜10毫伏／8小时、频响＞10千赫兹。该系统主要应用于精密加工、生物医学工程、光纤对接、精密测量、微细加工等领域，研制的压电陶瓷驱动电源完全可以取代进口产品。压电陶瓷驱动精密工作台及压电陶瓷驱动电源属国内首创，达到国际先进水平。1996年完成“机构、驱动、检测一体化纳米级微机器人系统的研究”和“实用化纳米级微机器人系统的研究”等多项“863”计划课题。以光纤对接、微小零件的装配为背景，开展了微操作机器人的研究工作。在国内首次建立由立体显微镜、微型腕力传感器、微操作手、宏动作业台、主操纵手等组成的微操作机器人系统，并且对微操作机器人的体系结构、显微视觉、遥微操作力反馈控制、微操作的虚拟现实体系进行了深入的研究，采用自主和遥控两种方法完成直径为0.2毫米的微小轴孔的装配实验。
哈尔滨工业大学机器人研究所孙立宁、钟奉全、谭建勋、邓喜军等与哈尔滨博实自动化股份有限公司合作，针对石化、化工行业后处理工段的具体特点以及其自动化设备全部依赖进口的情况，1999年研制基于机器人技术的ZBM－A1200型全自动包装机器人码垛生产线。经过多年的实际工程应用，现已形成四大系列数十个品种，产品已广泛应用于大庆、山东、上海、江苏、新疆等全国大型石化骨干企业，效果良好。产品的各项性能指标均已达到国外同类产品的先进水平，填补了中国在该领域的空白，而价格却仅为进口同类产品的1／3～1／2。性能稳定的国产自动化装备的推广应用，有效地抑制了该类产品的进口，为国家节约大量的外汇，也大大地减轻了工人的劳动强度，改善了工作条件，提高了生产效率。该公司经2000年和2003年的扩建工程建设新增生产能力200台套。该生产线2005年获国家科技进步奖二等奖。
同期，哈尔滨工业大学机器人研究所蔡鹤臬、赵杰、王晓东等先后研制多传感器智能手爪和具有多种感知功能的HIT仿人机器人多指灵巧手。多传感器智能手爪具有力学觉、滑觉、接近觉、压觉、测距、测位移等6种18个传感器和力控RCC装置，实现了多传感器信息融合，可完成自动跟踪和抓取浮游物体及拔插、安装等作业。该项成果已应用于空间机器人地面实验平台。HIT手是中国第一个具有多种感知功能的机器人灵巧手，2001年底通过验收和鉴定。该灵巧手有4个手指，每个手指有4个关节，由微型直线驱动器实现关节的驱动，具有力觉、温觉、位置觉等多种感知功能，其中微型六维力／力矩传感器获专利权，并且利用数据手套实现了灵巧手的远程遥控作业。该成果获得国防科技进步奖三等奖，得到国内外媒体的高度关注和评价。
1995～1998年， 哈尔滨工业大学机器人研究所完成“863”计划项目“一汽点焊机器人应用工程”，其中2台HT－100A型点焊机器人用于一汽红旗轿车点焊生产线。1996年，承担了国家重点科技攻关项目“工业机器人产业化开发”第二专题“轻型机器人本体样机设计与制造”，已制造出13台轻型工业机器人，已用于汽车后桥的自动焊接生产线上。1999年完成“863”计划项目“120千克点焊机器人样机设计与制造”。
2001年，哈尔滨工业大学机器人研究所与德国宇航中心（DLR）合作组建“德宇航—哈工大联合机器人实验室”。哈尔滨工业大学机器人研究所刘宏等与DLR合作进行仿人机器人灵巧手的研制，2004年研制HIT／DLR灵巧手样机。该手有4个手指，共有13个自由度，每个手指有4个关节、3个自由度，拇指另有一个开合的自由度。灵巧手共有机械零件600多个，表面粘贴的电子元器件1 600多个，传感器89个，手的尺寸略大于人手，整体重量1.8千克。采用机电一体化设计方法，所有的驱动、传动、传感及电气系统等集成在手指或手掌内。HIT／DLR灵巧手在国际同类机器人灵巧手中处于领先地位，同时灵巧手的系统结构及关键部件的选型等使灵巧手的小批量生产、进行商品化转换成为可能。同年，HIT／DLR灵巧手样机在首届德国慕尼黑国际机器人及自动化展览会上首次亮相。此后课题组与DLR及德国机器人公司SCHUNK进行了深入的合作开发，在灵巧手的外观、系统的可靠性、软件结构以及可操作性等方面进行了完善，使灵巧手具有产品化的品质，2005年，HIT／DLR灵巧手以崭新的外貌再次亮相慕尼黑国际机器人及自动化展览会，以其精美的外观、可靠的软硬件系统等赢得了众多参观者的赞赏。已有5套仿人灵巧手销往德国。
2001年，哈尔滨工业大学机器人研究所吴林、高洪明等研制九自由度弧焊机器人系统。该系统由六自由度铰接关节开链式机器人操作机、三自由度变位机、控制器及相应的控制软件系统构成。主要成果：①开发具有自主知识产权的基于PC控制器的九自由度弧焊机器人系统，系统控制硬件及软件完全开放，为焊接机器人智能化控制奠定了基础；②利用机器人操作手与变位机构成的冗余自由度系统实现了机器人焊接环境下的船形焊过程位置与速度的协调运动控制，可用于复杂空间曲线焊缝；③将多种传感器与机器人结合，通过串行通讯方式建立具有星形网络拓扑结构的焊接机器人柔性加工单元，实现了离线编程与实时反馈质量控制相结合。该机器人系统2002年获国防科学技术进步奖一等奖。
2001～2003年，哈尔滨工业大学邓宗全主持研制X射线检测实时成像管道机器人。该机器人能够完成管道焊缝的自主寻址、同步旋转运动以及焊缝图像的实时采集、处理和存储的工艺任务；利用基准铅丝X射线图像传递机器人管内外旋转机构同步控制信息并实现同步旋转运动的控制技术，满足了机器人内外旋转机构的跟踪检测成像要求，为工程管线X射线实时成像检测提供了技术保证；基于多传感器（低频电磁定位、视觉伺服与计程器）信息融合技术的焊缝自主寻址定位技术，解决了管道机器人系统运行寻址的可靠性、准确性、安全性和工作效率间的矛盾；研制的链式和钢带式管外旋转机构各有不同的应用特点，均能满足旋转轨迹共面、旋转同心等工艺要求；图像采集与处理系统能够满足实时成像的要求，具有焊缝缺陷初步判别及精确识别焊缝典型缺陷的功能，有实际应用价值。所研制的机器人系统能够实现最佳放大倍数的透照工艺，取得了最佳清晰度的检测图像。
同期，哈尔滨工业大学徐殿国主持研制数字化交流伺服系统及一体化关节驱动装置。完成了200瓦、400瓦、750瓦、1 000瓦和1 500瓦一系列数字化交流伺服系统样机，包括永磁同步伺服电动机、全数字伺服驱动器、位置反馈单元三部分。研制1台机器人一体化关节驱动装置。数字化750瓦交流伺服系统样机安装在中国科学院沈阳自动化研究所的1台焊接机器人的二号臂上，控制其正常运行，并通过机器人整机1 000小时运行考核。
同期，哈尔滨工业大学曲东升主持完成基于双重驱动的高速高精度机器人系统及控制方法的研究，研制出两种基于双重驱动的高速高精度机器人系统：①采用直线电机和压电陶瓷双重驱动的全闭环一维直线运动系统1套，宏微驱动结合实现3纳米分辨率，重复定位精度（10纳米，稳定时间38毫秒）；②基于直线电机及压电陶瓷驱动的两自由度平面并联机器人系统2套，运动分辨率可达1微米，刚性杆系统重复定位精度（1.5微米、稳定时间58毫秒）；柔性杆系统采用压电智能杆，抑制末端的残余振动，重复定位精度（4.5微米，通过主动抑振，系统稳定时间由423毫秒提高到153毫秒）。在单元技术方面，研制高性能压电陶瓷驱动电源、纳米级微驱动工作台，并在清华大学、天津大学、中国科技大学、吉林大学、北京航空航天大学、北京工业大学、上海光机所以及哈尔滨工业大学等单位得到了成功应用。与哈尔滨工业大学博实精密测控有限责任公司合作，课题组还为中国物理研究院激光所研发八自由度高精度激光靶架定位系统1套。高速高精度作业系统在超精密加工、精密装配、精密进给、IC封装、医疗科学以及测量等领域均有广泛的需求。
同期，哈尔滨工业大学付宜利主持研制未知环境中自主工作智能移动机器人导航系统。智能移动机器人自主导航系统是服务机器人、危险环境作业机器人、外星球探测机器人和军用机器人的关键系统，在社会服务、教育娱乐、航天、军事、环境监测等领域具有广阔的应用前景。该课题设计的全方位移动机器人平台采用4轮独立前进和转向驱动，实现8种运动方式，保证机动性要求。机构部件模块化，机构部件参数可调整与结构形态可重构，使移动机器人平台具有重构特性。设计了仿生沙地车轮和仿爬行动物类的转向架，使移动机器人平台具有仿生特性，机器人具有良好的复杂地形的通过性和自定位能力。结合人类驾车经验及模糊控制理论，提出了双层模糊控制策略；同时采用了虚拟目标点的方法处理局部路径规划中经常出现的陷阱问题，克服了局部最小问题。提出的导航方法既具有模糊控制所有的计算量小的特点，又能够适应复杂的环境，且具有较好的实时性。利用红外、超声、定向陀螺、码盘和GPS等传感器给出的环境信息，实现了复杂未知环境移动机器人自主导航。该项成果达到国际先进水平。研究成果为移动机器人在未知环境中自主工作提供通用的环境信息获取、处理、避碰和导航技术，已在广茂达伙伴机器人公司应用。
利用国际互联网和虚拟现实技术实现机器人的遥操作成为现代机器人的一个重要的发展趋势。2001～2005年，哈尔滨工业大学赵杰主持完成“863”计划项目“基于INTERNET的多机器人遥操作系统的研究”。该项研究建立基于Internet的多操作者多机器人遥操作系统实验平台，解决基于Internet的多操作者多机器人遥操作的关键技术，实现多个操作者通过Internet在异地遥控多个机器人共同完成预定作业，即物体的抓取、搬运及避障，结构件的装配等作业。“863”计划课题“基于虚拟环境双向力反应力觉临场感技术及INTERNET机器人远程主从遥控作业的研究”已经通过验收，得到一致的好评。
同期，哈尔滨工业大学博实精密测控有限责任公司以哈尔滨工业大学机器人研究所为技术依托，致力于精密定位、精密测量和控制领域产品的开发，已形成精密定位、工业测量和控制、运动控制三大系列产品，精密定位系列产品包括纳米级微驱动系列（包括纳米级精密定位工作台、压电陶瓷驱动电源、高精度测微仪和高精度控制器等）和高精度宏动工作台系列产品，已经广泛应用于国内数十家大专院校和科研院所，得到了用户的高度评价和充分认可。在工业测量和控制系统方面，该公司研制的M2000系列工业自动电子定量控制器、工业电子复检秤、配料控制器等高精度测量控制设备已经在全国二十几个省市得到广泛应用。在运动控制系列产品方面，已研制出国内领先的基于PC平台的开放式多轴运动控制器，能够提供开放式的多轴独立或联动伺服控制、多形式曲线位置控制、具有速度前馈的数字控制，高精度调速系统，编码器（光栅尺）数显系统。其中，压电陶瓷驱动电源及精密定位控制器主要性能指标居于国际前列，2005年获黑龙江省科技进步奖一等奖，并获发明专利权1件、实用新型专利权6件。已销售116台（套）与纳米级微驱动机器人系统相关产品。
2003～2005年，哈尔滨工业大学邓喜军主持研制基于自由落体传感器（FFS）的高速高精度称重包装码垛生产线。该生产线已在北京燕化公司、上海石化公司、齐鲁石化公司、大庆石化公司等国家大中型石化、化工企业投入使用，实现销售收入4 027万元。经现场运行考核，运行稳定，各项技术性能指标均可满足用户的实际要求。
四、热切割技术及其设备
1985～1987年，机械工业部哈尔滨焊接研究所（1999年划归机械科学研究总院，以下简称哈尔滨焊接所）刘泽生、董琳、张华、王润、殷继忠、卢丕等与哈尔滨市火焰切割机厂共同研制GCNC－5000型数控火焰切割机。其精度达到西德国家标准DIN8523《火焰切割机的验收与检验》的要求，切割的零件切割表面质量和尺寸偏差均达到西德国家标准DIN2310B3《热切割火焰切割方法、原理、质量和尺寸偏差》规定的I级精度。1988年获中国机械研究院科技进步奖二等奖。
1986～1989年，哈尔滨焊接所吕振杰、林潮勇、牛世安、刘庆发研制中薄板空气等离子切割设备，制订了切割的工艺规范。最大切割厚度为60毫米（最佳切割范围为30毫米以下），切割效率为气割的2～3倍，切割表面质量达到国家专业标准Ⅱ级以上水平，切割成本比普通等离子切割降低20％以上，电极使用寿命平均达2.5小时以上。
1988～1989年，哈尔滨四海数控科技股份有限公司（以下简称四海数控公司）刘安丽、张兴志、吴振际、逄秀义等自行研制SKG－1型数控火焰切割机，控制核心采用了单片机，实现了从纸带打孔、光电跟踪到数字控制的飞跃，是国内第一台数控火焰切割机，替代进口，被评为哈尔滨市工业新产品。
1989～1994年，四海数控科技股份有限公司张兴志、吴振际、逄秀义等研制SKG－3型数控火焰切割机。该机型是在SKG－1型数控火焰切割机基础上，控制核心从单片机上升为工业控制机，实现在计算机控制下的数字化控制，软件系统采用专业编程语言，输出ESA或GCD国际通用代码，驱动采用步进式电机，传动机构采用自行设计的蜗轮、蜗杆减速箱及齿轮、齿条传动。控制精度和机械执行精度有了大幅度提高，实现现代数控切割机生产。该机获得首届金榜技术与产品博览会金奖，获得“国家级精品”称号，列为1994年哈尔滨市火炬计划项目。
1993年，齐齐哈尔第二机床厂研制QZZJ－800型数控激光切割机，采用国产激光发生器和数控系统，切割板厚达6毫米，切缝不大于0.2毫米。
1993～1999年，哈尔滨焊接所宋宝天、闫相和、宋炀、韩松、王连东等研制遥控水下等离子自动切割装备及工艺。该设备具备水下等离子切割、空气中火焰切割及手工空气等离子切割3种功能：水下等离子切割系统陆上切割厚度达到80毫米（碳钢），水下切割厚度达到60毫米（碳钢）；火焰切割系统在陆上达到60毫米；机头可达范围为3.5×3.5×4.5米，运动速度可在100～400毫米／分内无级调节；实现自动定心和自动寻位，定位精度可达到±5毫米；对被切割件的变形具有30毫米的补偿能力，保证割炬与工件的距离恒定；自动规划切割路径，自动进行水平圆环、垂直直线、水平直线、垂直圆弧的切割，且割炬能够自动调节姿态；可手动单独操作各轴进行切割；通过计算机监视工作状况，用计算机显示切割路径、切割参数，并打印切割参数。该设备为中国首次进行的反应堆退役工程研制的专用设备，属国内首创。该设备的研制成功，为中国填补反应堆退役领域中大厚度活化部件水下遥控等离子切割方面的空白，使中国成为继日本、美国及欧洲少数国家（德国、西班牙、比利时）之后，拥有该项反应堆退役技术及设备的国家，2002年获中国机械工业科学技术奖二等奖。
1994～1996年，四海数控公司逄秀义等研制SKG－3D型多媒体触摸式数控切割机。该机型是切割机的高端产品，控制核心采用触摸屏、一体化工作站，SK94控制系统，套排料系统，自动点火系统，自动调高系统，全汉化、人机对话界面，菜单式服务，参数化输入。驱动采用进口日本松下交流伺服电机，传动机构采用自行设计的蜗轮、蜗杆减速箱及齿轮、齿条传动。1995年被中国质量检验协会评为“中华之光名牌产品”，获国际BID国际质量金星奖，1996年被列入国家重点火炬计划项目，1998年获国家火炬计划优秀项目三等奖，2001年获黑龙江省省长特别奖。同期，四海数控公司吴振际等研制数控激光切割机。引进激光发生器，将普通火焰切割机改造为激光切割，针对不锈钢薄板，加工速度更快，加工精度更高。传动部件采用滚珠直线导轨和滚珠丝杠，1996年被列入国家级火炬计划项目。
1994～2000年，哈尔滨工程大学王宗义等研制大直径开孔数控火焰切割机。该切割机在圆柱形耐压壳体上高精度地开超大直径立体圆孔，并开变角度坡口，解决了高精度空间三维超大直径相贯线的火焰切割机的关键技术；设计提出齿圈转桥式旋转机构、悬臂和弧板式枪摆机构，结合精确的数控伺服系统从根本上保证了切割机的可靠性和切割的精度；采用程序控制和示教结合的控制策略。该切割机成功应用于中国舰艇制造，特别是多次完成中国某型潜艇的大直径、大垂直位移和坡口角度变化的高精度开孔，极大地提高了切割质量和生产效率。已应用于舰艇自动节割、化工容器等领域。2002年通过省科技厅鉴定，达到国内先进水平，2004年获黑龙江省科技进步奖一等奖。
1996年，四海数控公司李伟海、吴振际等自行开发研制具有自主知识产权的国内第一台SKGG－B型数控相贯线切割机，并投放市场。到2000年已生产几百台，成为国内首家出口数控相贯线切割机的企业。该切割机用于偏心和非偏心的圆管正交、斜交的相贯线和端头及其坡口的切割设备，对管材具有切割任意形状的长型口功能该机采用六轴数控系统，对支管切割相贯线端头及连接板、方柄和方管切割相贯孔的粗度达到21世纪国际先进水平。用该机切割的支管相贯线端头与母管焊接时其对接间隙小，可达到实现自动焊接标准。该设备加工工件外径60～800毫米，壁厚5～25毫米。加挂等离子可加工不锈钢等有色金属管。该产品适用于大型钢结构体育场馆的建筑、海上石油钻井平台、大型钢塔、发射塔、桥梁建筑等领域。2000年获得国家重点新产品证书，2002年获黑龙江省省长特别奖。
1996～1997年，四海数控公司吴振际、李玉强等研制SKZG型钻割机，该钻割机是具备切割功能的数控平面钻削机床。机床主体采用铸造床身，传动件选用高精度等级的直线导轨和滚珠丝杠，标准钻削动力头，加挂火焰切割头。控制系统采用该公司自主研发的SKZG型机床专用软件，工艺性、可靠性强，系统工业化程度高。该机床将切割功能与钻削功能有机地结合在一起，属国内首创，填补了国内空白，使原来在两道不同工序，利用不同加工设备完成的工作，在1台设备上完成，生产效率成倍提高。1997年，SKZG型钻割机获得国家重点新产品证书，2003年SKZG型机床专用软件获得黑龙江省科技进步奖。
1997～1999年，四海数控公司逄秀义、姜杰等研制数控H型钢切割生产线。该生产线将多台H型钢不同的专用切割设备进行了高度集成，从平面板材切割，到H型钢定尺切断，端头形状切割的所有设备，均实现了即可单机独立控制生产，也可全线设备集中控制，按程序自动化流水作业，完成H型钢的全部切割工序。采用工业控制机实现自动控制。该公司因其数控H型钢切割生产线获得1997年全省首届十大杰出地方名优新产品企业，1999年获得国家重点新产品证书。
2003～2004年，华崴集团哈尔滨华崴焊切股份有限公司丛焕武、郭艳玲、崔琨、刘伟、李红研制HW－系列多轴数控火焰及等离子切管机。该机根据零件要求自动计算坡口形状，可实现圆管、方管、锥管的切割，坡口角度可以任意设定，统一零件可进行定角坡口、定点坡口、面接坡口的切割；与承载钢管焊接结构、承内压钢管焊接结构、介质输送管道焊接结构的工艺技术标准相结合，研究出符合美国AWS D1.1：2000标准的零件焊接结合面的描述方法和编程方式；采用通用编程语言及模块化软件结构，开发出具有较高开放性的、易于维护和升级换代的、并带上下层控制的数控系统软件，同时考虑程序代码的通用性，界面及操作简单宜人；集成实现多管相贯平面或空间、三管、四管火焰切割。该切割机售价仅为国外同类产品售价的1／4～1／3，替代进口，2005年获黑龙江省优秀新产品奖三等奖。
2004～2005年，四海数控公司李玉强、李伟海等研制数控新型建筑材料制造生产线。该生产线包括数控H型钢自动生产线、数控箱型梁柱自动生产线、数控管桁制造生产线，涵盖了所有钢结构生产设备，并形成计算机控制下的全自动流水生产线，是钢结构生产企业现代化、规模化生产的高端设备集群，占国内自动生产线市场份额的40％。2005年被列入国家发展改革委员会国家重点技术改造“双高一优”项目导向计划。同期，四海数控公司李玉强、吴振际等研制SKG－XG型数控H型钢楔头切割机，该机是继数控六轴相贯线切割机之后的又一形式的数控立体切割设备，达到9个控制轴，具有极高的控制技术，可对H型钢端部任意的接头方式进行自动切割，效率极高，工艺水平高，是国内唯一采用火焰热切割方式立体加工H型钢的设备，技术属国际先进水平。主机体采用龙门式结构，横梁前布置2套切割总成，负责两侧翼板的切割，并同时完成焊接坡口的成型；横梁后配置1套切割总成，专门负责腹板端头的切割，并同时完成焊接坡口的成型，还完成H型钢根部工艺腰型孔的切割。以上加工过程均由计算机程序控制，模拟机械手的摆角、旋转、退让、升降，自动完成全部切割动作。该机2005年获黑龙江省科技进步奖二等奖。
五、先进焊接技术
（一）水下焊接技术
1989～1995年，哈尔滨焊接所利用水下局部排水半自动焊枪（LD－CO2↓水下焊接法）在青岛市黄岛码头、天津港等进行水下焊接施工。2000～2005年，在渤海石油水下工程中心、中国海洋工程服务烟台分公司、哈尔滨市天宝焊接研究所等单位推广应用LD－CO2↓水下焊接法。该项技术成为中国海洋工程建设中一项成熟的、不可缺少的施工技术。
（二）国家重点工程及大型成套设备焊接技术
1984～1986年，哈尔滨焊接所谭长瑛、曹廷武、殷殿相、蔡宏彬、温安然完成“HQ70、80钢焊接性、焊接材料、焊接工艺研究及在工程起重机上应用”课题。针对HQ70、HQ80钢，在国内首次采用Mn－Ni－Mo－Ti合金系统，研制JH－J707G和JH－J807G焊条，该焊条综合性能优于联邦德国的HRO－85焊条；研制H08MnNiMoTi和H08MnNi2MoTi焊丝，其CO2↓或Ar＋CO2↓气体保护焊熔敷金属的低温冲击韧性分别高于日本的YM－70A和奥地利的Min－Cr－Mo2SIG焊丝；研制的新焊丝可采用普通的非真空技术冶炼，成本较低，便于大力生产和推广；研制的CO2↓电弧点焊技术，采用高频引弧，有效地提高了点焊过程的稳定性，将不开孔点焊最大板厚从国外的6毫米提高到8毫米，焊点抗剪强度提高25％左右。研制的焊条、焊丝和电弧点焊设备已定点生产，为焊接HQ70、80钢构件提供了成套技术。该项成果1989年获机电部科技进步奖二等奖；“HQ70钢焊接材料、焊接工艺研究及在工程起重机的应用”成果1992年获国家科技进步奖三等奖。
1987～1989年，哈尔滨焊接所、哈尔滨电机厂、机械部哈尔滨大电机研究所、东北滨海水电大件加工厂李彦、王昱成、杜兵、杨玉亭、宋慧珍等为三峡水电站中间机组转轮焊接生产研制焊接材料，其综合性能达到国外先进水平。采用混合气体保焊焊接工艺（95％Ar＋5％CO2↓），与纯氩气体保护焊相比，工艺性能良好，电弧稳定，成形良好，熔深较大，其熔化效率为手工焊的2倍以上，焊接辅助时间降低1／2～3／4，焊接材料消耗少，1台岩滩水电站转轮混合气体保护焊所需填充材料约为手工电弧焊的1／2。该项研究成果达到国际先进水平，研制的焊接材料关键性能（水下疲劳裂纹扩展速率、断裂韧性及抗裂性）优于国外同类焊接材料，1994年获机械部科技进步奖一等奖，1995年获国家科技进步奖三等奖。
1989年7月～1992年3月，哈尔滨焊接所杜兵、李彦、朱慧珍、徐实鹏研究出加氢反应器成套堆焊材料及工艺。经过两年半的试验研究，研制4种焊带，完成堆焊工艺及一系列性能试验研究，使加氢反应器带极堆焊层的力学性能（拉伸、弯曲、剪切）、晶间腐蚀性能、堆焊层化学成分、金相组织全部达到了设计技术要求，与第一重型机器厂联合进行的焊接工艺评定结果表明，所研制的焊接材料及配套工艺不仅满足了加氢反应器带极堆焊层的技术指标要求，而且堆焊层的综合性能达到了日本相应的技术水平，1995年获机械部科技进步奖一等奖。
1991年10月～1993年，哈尔滨焊接所林柏山、张善保、闫相和、白鹰、王林完成“加氢高压空冷器箱体双缝内角焊设备及工艺研究”。研制适用于箱内狭小空间（100×76平方毫米）长焊缝（3米）的专用双缝内角焊机，具有焊接位置显示及故障位置记忆功能，所配制的焊剂及选用的厚板深坡口细丝埋弧焊焊接工艺，能满足加氢高压空冷器箱体焊接的要求。该成果已在工厂应用于生产，解决了加氢高压空冷器设备制造中内角焊接的技术关键，1994年获机械部科技进步奖二等奖。
1992～1995年，哈尔滨焊接所徐实鹏、王国栋、钱嵘、张晓航、王家淳研制600兆瓦核电站主设备制造用配套不锈钢堆焊材料。课题组完成了带极电渣堆焊和带极埋弧堆焊材料与工艺的研究；研制了与电渣堆焊工艺和埋弧堆焊工艺配套的超低碳不锈钢带和烧结焊剂；完成了试验室研究工作及带极电渣堆焊和超低碳不锈钢焊条的工厂生产验证。研制的焊材和工艺，其综合技术指标达到了核容器内壁堆焊技术条件要求，可用于核容器生产。研究成果达到了国际同类产品的先进水平，2001年获黑龙江省科技进步奖三等奖。
1993～1996年，哈尔滨焊接所徐实鹏、王国栋、孙敦武等完成“09—Ⅳ”潜艇核动力设备焊接关键技术研究。主要成果：①对“09－Ⅳ”潜艇压力壳、蒸发器、稳压器不锈钢大面积电渣堆焊材料和工艺进行了研究，研制过渡层堆焊用焊带（D－NP－309L）、耐蚀层堆焊用焊带（D－NP－308L）及配套电渣型烧结焊剂，达到了日本等国家20世纪90年代初同类产品的技术水平；②采用激光重熔改性的工艺方法，解决了密封面不锈钢耐蚀层表面硬度低的问题（要求HB≥185），同时满足了核容器密封面技术要求；③用双晶探头解决了离堆焊层2毫米以下的任意位置的缺陷探伤，同时研制了高灵敏度的液晶配方，解决了超探2毫米的盲区问题；④研制两种镍基焊条，热丝TIG焊焊丝，以及配套焊接工艺，突破接管安全端镍基焊缝存在微裂纹难关；⑤针对Inconel690新型材料，研制开发了匹配焊条，达到国外同类产品的技术水平，填补了国内空白；⑥系统地研究了特大厚度A508－Ⅲ钢焊接性、马鞍型窄间隙埋弧焊工艺、焊接接头消应热处理工艺，并研制该工艺所需直径1.6毫米焊丝和配套烧结焊剂；⑦研制马鞍型接头窄间隙细丝埋弧焊专机，该机跟踪精度高，焊接工艺性好，窄间隙自动清渣彻底；⑧采用概率分析方法对大厚度插入式接管焊接结构的安全性进行了评定，并提出“09－Ⅳ”潜艇压力壳焊接结构安全评定方法的建议草案。该项成果1998年获机械工业部科技进步奖二等奖。
1996年，中国一重完成“300兆瓦核反应堆压力容器关键焊接技术研究与应用”项目，研究和开发出与核容器本体材料508－Ⅲ钢相匹配的主焊缝焊接材料、不锈钢堆焊材料、镍基和钴基合金焊接材料，为焊接材料国产化开了先河，加速了核电主设备焊接材料国产化进程；开发出窄间自动焊等5种新焊接工艺，使产品达到国际同类产品的先进水平；研制国内首台、世界领先的大厚度接管马鞍型窄间隙埋弧自动焊机，填补中国核反应堆压力容器制造的空白。该项成果已应用在巴基斯坦核反应堆压力容器上，后又应用于其3台主泵泵売上。该项成果1996年获黑龙江省科技进步奖一等奖，1997年获国家科技进步奖三等奖。
芜湖长江大桥是中国继武汉、南京、九江大桥之后又一座公铁两用的跨长江的大桥，该桥的建造采用了中国自行研制开发的14MnNbq桥梁钢。1996年11月～1998年，哈尔滨焊接所谭长瑛、张显辉、孙维峰、焦伟、刘忠利等完成“14MnNbq钢焊接材料及焊接工艺的试验研究和焊接工艺的制定及复验”。该项目于1998年通过铁道部组织的专家评审，2001年获黑龙江省科技进步奖二等奖和中国机械工业科学技术奖二等奖。
（三）埋弧焊接技术
1985年，哈尔滨焊接所林尚扬、杨书田、陶伯华、杨文佩、于静伟、亢稚禄完成“双丝窄间埋弧焊工艺及设备的研究”和“双丝窄间隙埋弧焊机的生产及推广应用”项目。研制双丝（单丝）窄间隙埋弧焊机，并经4次改型，交付工厂使用双丝（单丝）窄间隙埋弧焊机60多台套。10年来，该所协助工厂焊接了多种重大产品，如300兆瓦、600兆瓦锅炉汽包的纵缝焊接，产品壁厚210毫米，长7 800毫米；大型压力机主工作缸的环缝焊接，产品壁厚215毫米，直径2 100毫米；碳素热处理器缸体环缝焊接，产品壁厚310毫米，直径1 840毫米；煤液化加氢反应器环缝焊接，产品壁厚337毫米，直径5 500毫米，该产品连续焊接时间达到120小时以上，1条焊缝需消耗1吨多焊丝；焊接了多套加氢反应器及换热器等重大产品。产品焊接1次探伤合格率达到99％以上。“双丝窄间隙埋弧焊方法”1990年获国家技术发明奖三等奖，双丝（单丝）窄间隙埋弧焊机获得了发明专利权。
1986～1990年，哈尔滨焊接所孙敦武、陶伯华、杨书田、单际国完成水平直线与水平圆形焊缝的窄间隙埋弧焊接技术研究，设计制造大型水平直缝焊接机架具有4个自由度，结构合理、调节方便、运行可靠，为中国最大的水平直缝窄间隙埋弧焊设备。研制的水平焊缝的自动打渣排渣装置，从连接方式上解决了机头振动的技术关键，结构轻巧实用，效果良好；研制的120位机头横移量储存再现电路系统，与原控制设备配套有效地解决了水平直焊缝的端头跟踪问题，提高了自动化水平；研制的门式长纵缝双丝窄间隙埋弧焊成套设备，填补国内空白，达到20世纪80年代国际同类产品水平，为国内水电、火电、核电、锅炉、石油化工、重型机械等行业中厚壁结构的焊接提供了优质成套设备，可以替代进口，为国家节约大量外汇。该设备经1年多的生产应用，焊接了11个壁厚167～215毫米的300兆瓦及600兆瓦锅炉汽包筒体，共用了焊丝7吨多。焊缝X光检验1次合格率达99％，从而结束了600兆瓦锅炉汽包筒体由国外引进的历史，实现了该产品的焊接生产完全国产化。该项成果1993年获机械工业部科技进步奖三等奖。
同期，哈尔滨焊接所叶栋林、王国栋、李迎春、许秀芬、薛松柏与锦州市电焊条厂合作采用国产原材料，调整引进焊剂的配方，生产出达到标准的埋弧焊用烧结焊剂；制定了烧结焊剂颗粒强度检测方法，完成了7种焊丝与焊剂相结合的焊缝金属性能测试。该项成果已用于生产，形成了企业标准Q／JH62－89《烧结焊剂用原材料》，焊剂颗粒强度检测方法列入其中，成为指导焊剂生产的重要文件。生产的通用型烧结焊剂SJ101、SJ301、SJ501达到国际先进水平，获省部及国家优秀产品金奖，通过了五国船级社认可，满足了国内对通用型烧结焊剂的急需，替代进口，并出口创汇。1990年焊剂生产厂创利税190多万元，创汇近100万美元，投产3年来，年增收（节支）金额达3 745万元。1992年该项成果获国家科技进步奖二等奖。
1987～1989年，哈尔滨焊接所叶栋林、薛松柏、王国栋、许秀芬、李迎春与锦州市电焊条厂合作研制出低合金高强度钢及奥氏体不锈钢烧结焊剂。其中，SJ－601型烧结焊剂采用高氟型新渣系，具有增碳少、铬烧损量少，可过渡铬镍铌钼合金元素的特点，焊接工艺性能优良，解决了焊接含铬镍不锈钢时焊道粘渣的技术难题，该焊剂适用于铬镍奥氏体不锈钢特别是超低碳不锈钢的焊接；SJ－102通用型烧结焊剂具有高韧性（－60℃，AKV≥27J）、超低氢、焊接工艺性能优良的特点，配合适当的焊丝，适用于σb↓为500～800兆帕级低合金高强钢焊接。这两种焊剂，均由锦州市电焊条厂实现了商品化生产，通过了多国船检认可。该项成果1992年获机械部科技进步奖二等奖。
1988～1994年，哈尔滨工业大学杨士勤、阎久春、王小峰等研制耐高温材料高频脉冲微束等离子孤焊接设备及工艺。该设备是一种能量密度较高的小电流加热能源，采用高频脉冲微束等一些对焊接质量要求比较苛刻的耐高温金属材料，接头质量好，热影响区窄，避免了由于采用普通氢弧焊所造成的接头氧化变脆等难以避免的缺陷。其特点为：主弧焊接电流在0.5～30安范围内保持稳定；电弧长度可在1～20米范围内连续可调，不影响电弧；电弧具有明显的自收缩效应，稳定性更好，挺度更高；可焊接各类黑色金属材料的薄璧零件和微细零件。该项目在很大程度上拓宽了微束等离子弧焊机的应用范围。该成果填补国内空白，达到国际先进水平。
（四）堆焊技术
1983～1986年，哈尔滨焊接所董祖珏、何实、陈健、邹晶、潘永明与上海阀门厂合作完成“镍基阀门密封面堆焊材料及工艺研究”，研制一种具有新型组织形态的NDG－2#镍基硬质合金，其硬度、耐磨性、耐腐蚀性、耐热疲劳性、抗晶间腐蚀性等达到或超过钴基StelliteNo.6硬质合金，优于现有的国内外代钴材料，可以在较广的使用范围内代替钴基StelliteNo.6合金。该合金制成粉末和焊丝，可供粉末等离子弧堆焊和氧乙炔焰或氩弧堆焊使用，已在上海阀门厂A41H、A47H、SA37H、口径DN40～150毫米的微启式安全伐伐座的生产中应用，取得了明显的经济效益。该项成果1991年获国家技术发明奖三等奖；“新型代钴镍基耐磨堆焊合金”于1990年获发明专利权，1990年3月27日获美国专利权（4911768）。
1987年3月～1988年6月，哈尔滨焊接所崔树森、殷殿相、杨克非、于丹、魏伦完成“热壁加氢接管内壁耐腐蚀层堆焊设备及工艺研究”。研制的焊机主要技术性能完全满足加氢小管产品内壁堆焊的工艺要求；用该机堆焊了反承包日本的加氢反应器管件产品，焊机各系统工作稳定可靠，操作方便；通过试验研究出的堆焊工艺合理可行，堆焊层表面光滑，焊波均匀整齐，所焊产品质量达到了日本的技术要求；开发的超小型大功率新型焊枪成功地应用于φ50毫米小管内壁堆焊，其钨极使用寿命比国内采用的T1G焊提高5倍以上；该机成功地应用微机系统控制多种气电焊工艺过程，是一台自动化水平较高的专用设备。该焊机填补了国内空白，不仅性能优于由日本爱知公司进口的同类焊机，而且售价低（28万元）。热壁加氢小管内壁堆焊工艺及设备的研制成功，为中国加氢反应器的国产化做出贡献，1990年获国家科技进步奖二等奖。
1988～1990年，哈尔滨焊接所李家宇、赵春燕、高肇先、许秀芬、庄路等完成“药芯带极埋弧自动堆焊技术的研究”。研制出的17×1平方毫米、20×1平方毫米、28×1平方毫米及41×1平方毫米4种规格的无缝药芯带极及相应的堆焊工艺能满足典型大规格阀门及连铸机导辊堆焊要求，药芯带极填充度最高可达53％，熔敷速度达每小时12千克以上；研制出的DF507型和DL11型两种成分无缝药芯带极，经堆焊产品验证表明带极性能优良，满足了产品技术条件要求；配合DL11型无缝药芯带极研制出的SJ－7型烧结焊剂，经生产验证证明，具有较高的合金过渡系数，热脱渣性良好。该项成果1991年获中国机械研究院成果奖一等奖。
1988～1991年，哈尔滨焊接所冯志敏、刘仁培、潘永明、何实、许秀芬完成“耐冷、热疲劳堆焊新材料、工艺研究及应用”。课题组研究提出了冷、热疲劳裂纹的形成机制和提高材料冷、热疲劳抗力的途径。在此基础上，研制了CrNiWMoNb和CrWNiMnSi2种合金系统的手工电弧焊和埋弧自动堆焊新材料，硬度HRC≥50，耐磨性保持了原3Cr2W8的高水平，耐冷、热疲劳为3Cr2W8的2倍以上，而且回火稳定性、抗高温氧化性、抗裂性均优于3Cr2W8，具有国际先进水平。同时还进行热锻模和热轧辊堆焊工艺的研究，建成年产100吨的热轧辊堆焊修复中试基地，为鞍山钢铁公司堆焊修复了180吨热轧辊，为开封高压阀门厂、哈尔滨东北压铸厂等堆焊修复了40余套旧模具。1993年获机械部科技进步奖二等奖。
1996年7月～1997年，哈尔滨焊接所钟彬、孟工戈、周昭伟、李晓明、于凤福等完成“工程矿山机械易损件复合管状堆焊焊条及工艺的研究”。该项目采用保养焊接（堆焊）方式，研制开发出新型结构耐磨合金系列复合结构管状堆焊焊条（专利产品），实现了磨粒磨损条件下金属易损件的抗磨防护。在耐磨合金系统研究方面，获得了在高硼的条件下（含硼量为1.5～4.5％）通过多元合金化实现堆焊金属中硬质相与基体组织合理配置方面的规律性试验成果，在此基础上试制6种复合结构管状耐磨合金堆焊焊条，并小批量试生产，1997年投放市场，取得了较好的生产应用效果和经济效益。该项成果1999年获机械部科技进步奖二等奖。
1996年12月～2000年7月，哈尔滨焊接所王红英、林尚扬、李玉龙、董祖珏、程志国等完成“高效低稀释率等离子堆焊新技术的研究”。研制的粉末等离子堆焊焊枪，高熔敷速率≥30千克／小时，低稀释率＜5％，实现高熔敷速度和低稀释率的目的。该课题研究的高效、低稀释率粉末等离子堆焊技术与普通等离子堆焊相比，工作效率提高5～10倍，稀释率仍保持在5％以内，工件变形小。该项成果2001年获“九五”机械工业科技成果优秀奖；“高熔敷速度、低释释率等离子堆焊焊枪”于2001年获实用新型专利权。
1997年10月～2000年6月，哈尔滨焊接所何实、赵昆、程志国、朱嘉琦、王红英完成复合材料等离子弧堆焊装置及工艺的研究，解决了复合材料粉末等离子弧堆焊工艺中碳化钨颗粒的熔化烧损问题和“沉底”问题。采用该系统堆焊的焊道成型良好，堆焊厚度为3毫米时，表面不平整度小于±0.5毫米；堆焊层中的碳化钨颗粒未产生高温破坏，复合堆焊层耐磨性高于YZ3焊条的气焊堆焊层；在预热350℃～450℃条件下，堆焊层无裂纹产生。采用F321铁基合金粉末为粘结金属，机械破碎的碳化钨硬质合金颗粒为填充材料，堆焊成本为YZ3焊条气焊成本的1／3，堆焊效率为气焊的3倍，耐磨性为钎焊硬质合金块的2倍。该项成果2002年获中国机械工业科学技术奖二等奖。
（五）焊接专机、焊接机器人工作站、焊接生产线
1984～1988年，哈尔滨焊接所、国营建设机床厂侯天奎、褚柏林、宋天虎、林尚扬、鲁年松、杨书田等研制CY80摩托车焊接专用机群。该焊接专用机共14台（其中MAG焊9台17头，TIG焊5台10头），运交建设机床厂生产使用，安装出厂摩托车3 000台以上。该项成果1991年获国家科技进步奖二等奖。
1986年2月～1987年，哈尔滨焊接所林尚扬、杨书田、杨文佩、亢稚禄、孙敦武等研制自行龙门式双头两维自动跟踪焊接机。该焊接机是针对宝山钢铁公司二期工程冶金起重机主梁焊接的实际需要而研制的一种比较复杂的大型焊接设备，可进行双头气体保护焊及埋弧焊，并带有两维自动跟踪装置，提高了焊接质量和生产效率，减轻了焊工的劳动强度。该焊机配备有独创的旋流式双层气体保护焊焊枪，比富氩混合气体保护焊明显节约氩气。该龙门式焊机先后焊接了宝山钢铁公司二期工程配套桥式起重机主梁，以及其他产品的梁、柱、杆等共22件，其中最长焊缝达37.5米，累计焊缝长度1 600米，焊缝表面成形美观、整齐，完全符合产品技术条件要求。该项成果1988年获机械部科技进步奖二等奖，1991年获国家重大技术装备成果奖一等奖。
1988年2月～1991年2月，哈尔滨焊接所林柏山、张善保、姜常莹、孟万林、谢德义等研制加氢高压空冷器管板深小孔内角焊设备及工艺。该设备主要用于空冷器箱体内的管板接头水平位置内角缝的焊接，所焊小孔直径25毫米，焊枪伸入深度140毫米，所焊2台攻关产品管箱通过水压（26.7兆帕）试验，1次打压成功。该项成果1994年获机械部科技进步奖二等奖。
1990年8月～1995年5月，哈尔滨焊接所林柏山、张善保、闫相和、姜常莹、张强等针对集装箱波纹板的拼焊，研制集装箱波纹板拼焊专机。焊接工艺采用旋流式双层气体保护焊技术，在少氩（20％氩）的情况下，获得与富氩（80％氩）相当的焊接质量，实现良好的单面焊双面成型。专机性能及自动化程度均达到国际先进水平，替代进口，30多套设备在多家集装箱生产厂使用。1997年获机械部科技进步奖二等奖。
为提高推土机的主要承载部件—台车架的焊接质量、生产效率和减轻工人的劳动强度，1991年8月至1993年7月，哈尔滨焊接所、山东推土机总厂林尚扬、王富启、刘璇、杨书田、邓晓泉、于静伟等研制台车架弧焊机器人工作站，工作站总体技术水平达到国外同类工作站的水平，而价格比全套引进的同类型工作站低64％。采用2台工件翻转变位机与两维机器人行走机构，变位机的重复定位精度均高于合同要求指标，是当时国内自行开发的第一台最大、最重、最复杂的弧焊机器人工作站，1995年获国家科技进步奖三等奖。
1992年4月至1994年11月，哈尔滨焊接所侯天奎、鲁年松、姜常莹、金世珍、徐殿伦、朱宗卫研制空调压缩机环缝全自动焊机，经6万余件的焊接生产未发生故障。该项技术填补国内空白，焊接产品质量优于美国和法国泰康公司20世纪90年代同类产品水平， 1996年获机械部科技进步奖二等奖。
1995年，哈尔滨焊接所刘璇、于丹、郝路平、张树和、孟猛与中国嘉陵工业股份有限公司合作研制弧焊机器人摩托车车架焊接生产线。 该项目系国家“八五”重点科技攻关项目。生产线采用了7台机器人、8个变位机。形成5个站，生产节拍≤70秒；焊接变位机采用交流变频调速驱动，可在±180度翻转，任意无级定位，重复定位精度为0.03度，满足了合同技术指标，是国内自行开发成线的第一条应用弧焊机器人的摩托车车架焊接生产线，属国内首创，技术水平国内领先。
1996年，哈尔滨焊接所宋宝天、周大中、张善保、王清、杨书田等为吉林省白山车门厂研制奥迪车铝合金车门自动焊生产线。该车车门材质为铝－矽－镁合金，车门由异型面的拔制型材焊接而成，产品要求达到德国奥迪车门的质量水平。该生产线由4套弧焊机器人工作站、5套电阻点焊专机所组成。上框采用塞片式氦弧焊方法，焊缝成形美观，没有下淌现象，此为突出的难点之一。整个铝合金窗框的焊接采用氦弧焊、氩弧焊和电阻点焊，均达到了德国奥迪轿车铝合金车门的同等水平。本生产线生产的铝合金轿车门为长春一汽厂的轿车配套，达到国内领先水平，受到一汽厂的好评。
1997～1998年，四海数控公司吴振际等研制成SKZW型数控组焊网机。该设备是建筑桩基础、水泥预制件，安装等行业不可多得的专业生产工具。根据钢筋网的生产工艺过程，将直线送丝、绕丝、送进、焊接全过程融合在1台专机上完成，更为突出的是直线送丝、绕丝、送进、焊接的速度控制，节奏控制，电流大小控制，均由计算机程序化控制，人机对话界面，参数化输入，操作简单，自动化程度极高，焊接过程无须人为干预。生产出的钢筋网尺寸一致，焊接质量好。钢筋网的直径可根据用户要求变化，适用范围广。生产效率为手工操作的80倍，实用性极强，填补国内空白。1998年获得国家重点新产品证书。
1998年，哈尔滨焊接所崔树森、林柏山、郝路平、杨永波、林泳等设计制造宇航大型铝合金贮箱箱底机器人TIG焊工作站。该工作站除弧焊机器人系统为引进日本产品外，其余的外围机械系统与电控系统均由哈焊接所自行设计制造。自行设计的工件二维（翻转＋回转）变位机与机器人的6个轴协调运动，构成了一个8轴的机器人焊接系统，保证了工件焊接时的最佳位置。
大口径直缝钢管主要应用于油、气等的长输管线工程，由于现代长输管线是在高压下运行的，故所采用的钢管由以往的螺旋管而过渡到直缝钢管，并提出了较高的性能要求。为此，2000年，哈尔滨焊接所闫相和、白鹰、姜常莹、林柏山、耿昌松等研制大口径直缝钢管成套自动焊设备。大口径直缝钢管的焊接生产共包括预焊、内焊和外焊三道工序，生产中所用的设备包括预焊机、内焊机和外焊机3种。产品主要参数：①钢管直径：219.1～±1422.4毫米；②钢管壁厚：6～32毫米；③钢管长度：8～12.2米：④钢种等级：≤X80；⑤生产标准：APl Spec 5L （第42版）。其中：预焊机采用双电源的双丝MAG焊工艺，通过激光跟踪和摄像监视系统保证控制的可靠性，攻克了高速焊时焊道连续性差的共性技术关键。焊接速度：≤8米／分，焊缝质量：焊缝平整连续，无气孔、未熔合、夹渣、裂纹等缺陷；内焊与外焊均采用多丝埋弧焊方法，最多为四丝焊接；可自动供给和回收焊剂，焊接过程可通过摄像系统进行监视，焊接速度：0.5～3.0米／分，焊缝质量：焊缝趾端过渡平滑，无气孔、未熔合、夹渣、裂纹等缺陷。哈尔滨焊接所在国家专项资金的支持下，通过自主开发，取得了具有国际先进水平的大口径直缝钢管成套焊接技术成果，2001年为天水锻压机床厂提供内、外焊各2套的成套焊接技术装备；2003年为湖北沙市钢管厂提供除合缝装置以外的全套焊接技术装备（内、外焊各2套，高速预焊1套）。
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“十五”期间，哈尔滨焊接所于丹等负责研制铁路货车端墙机器人焊接生产线。端墙机器人焊接生产线共分为2条线，每条线均包括组装焊工位、待焊工位、机器人焊接工位、下面补焊工位、翻转工位、背面焊接工位等。机器人工作站由焊接机器人系统、外围机械系统和外围电控系统等组成。焊接机器人系统包括：六轴关式机器人本体、机器人控制柜、示教编程器、启动盒、焊接系统、焊缝跟踪传感装置和可协调运动的机器人滑轨等。其中焊接系统包括焊接电源、焊枪、剪丝清咀装置及焊接烟尘抽排净化装置等。为加大机器人的运动范围，提高机器人的可达性，机器人采用倒装方式，即机器人倒挂在滑轨支架的前端，机器人的底座轴线通过工件的中心线。焊接时机器人可在滑轨上移动，且机器人与滑轨做协调运动。外围机械系统包括机器人C型架、滑轨、焊接工位、自动传输机构、工件夹紧及定位机构等。其控制系统不仅可以控制生产线的流程及动作，同时与机器人系统进行通讯，控制机器人程序的启动停止，并且联结两套控制系统的安全回路，使其成为一体。该设备具有再起弧功能、防粘丝功能、焊接参数存储与调用功能、摆焊功能、故障自诊断显示功能，焊接质量优良，生产效率高，已用于在株洲车辆厂、沈阳车辆厂、重庆重型铸锻厂等。
2003～2004年，四海数控公司李伟海、吴宏基、史海清、李玉强、姜杰等研制SKHS数控等变截面H型钢全自动组焊生产线， 该生产线属大型专用设备的集成体，所有设备均在数字化控制下自动完成等变截面H型钢的组对、焊接、矫形等工艺加工流程，可单台控制，也可整线集中控制，实现多台设备控制通信。生产线综合运用了计算机软件技术、网络技术、遥控技术、通信技术等，自动化程度非常高，生产效率比传统手工、半自动生产设备提高20倍，高效节能，技术达到国际先进水平。该产品主要用于大型钢结构体育场馆的网架、桁架的制造、海上石油钻井平台、大型钢塔、发射塔、桥梁、航天、航空、军事等领域。2003年获得国家重点新产品证书和 黑龙江名牌产品称号。同期，华崴集团哈尔滨华崴焊切股份有限公司初哲、魏伦、赵刚、尹建成、涂洪森研制HW－系列膜式壁管屏焊接生产线。该生产线是为制造锅炉膜式壁管屏而设计制造的专用设备。该设备是在消化、吸收日本三菱公司MPM焊接技术的基础上，进行升级改造，将直流调速改为变频调速，运行稳定；采用逆变脉冲式富氩焊接电源，同时进行上下两面混合气体保护焊，焊后变形小，焊缝成形美观，质量完全达到膜式壁制造的行业技术要求。该设备可根据用户需要，提供4电极、8电极、12电极、20电极HW－系列膜式壁管屏焊接生产线，可与200兆瓦、300兆瓦、600兆瓦锅炉配套，是当时膜式水冷壁制造的先进设备。该设备已推广到东北、西北和中原地区，2005年获黑龙江省优秀新产品奖三等奖。
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2004～2005年，华崴集团哈尔滨华崴焊切股份有限公司张国栋、林淑英、赵刚、李红、张学军研制SKHS数控等截面H型钢自动焊接生产线。该生产线在H型钢分段生产的基础上，采用可编程控制，计算机操作，集组立——焊接——矫形于一体的全自动H型钢焊接生产线。该生产线采用双面对称焊接，解决了腹、翼板变形大难题；集组立、焊接、翻转、矫形于一体，采用了独特的矫正技术，矫正钢板厚度达50毫米，高于国外同类设备，热态矫形质量高；加工产品范围大（H型钢高度200～2 500毫米，加工长度最大可达16米）；首次使用先进的双头双丝双弧埋弧焊工艺。H型钢焊接自动生产线主要用于生产机械、建筑、交通、桥梁等行业常用的H型钢生产设备。该生产线2000年通过省科技厅在首都钢铁公司组织的鉴定，2001年被评为国家重点新产品，2003年被列入《国家科技成果重点推广计划》，2004年获得中国机械工业联合会科技进步奖三等奖。
2004～2005年，四海数控公司姜杰等研制SKLH型数控龙门式棱（圆）锥管纵环缝焊接机。该专用焊接机，应用于电站设备，石油、大型照明等方面。设备采用龙门式结构，龙门机体可行走，工件旋转，该设备应用工业控制机，进行程序化控制，可进行直缝焊接和环缝焊接，还可对锥形管进行自动焊接。该机于2004年获得国家重点新产品证书、中国机械工业联合会科学技术奖，2005年获得黑龙江省科技进步奖三等奖。
