焊接自动化取得重大突破,中国激光位移传感器技术冲击全球制高点

来源:全景网    关键词:激光位移传感器, 焊接自动化,    发布时间:2018-09-27

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  近日,在中国广州举办的“北京·埃森焊接与切割”展览盛会上,一家中国企业展示了由其自主研发的智能焊缝视觉跟踪系统和激光位移传感器。据悉,这家企业目前已经与全球包括四大家族(ABB、库卡、发那科、安川电机)在内的23款工业机器人品牌完成适配,率先实现智能焊缝视觉跟踪系统的本土化应用落地,多项技术参数一举超越国外同行。
  

  

  
  这项具有突破性的技术和产品引起业界的广泛关注

  据业内人士介绍,该技术填补了国内在这一领域的技术空白,将有力推动中国智能制造领域的发展步伐。该专家称:“如果说数据处理和算法是机器人的‘大脑’,那么,该项技术就是为大脑配备的‘眼睛’,使得机器人具备感知和适应工作对象特征的能力,对变化的环境和形态各异的加工对象做出准确处理,真正实现智能化,大幅扩大工业机器人的适用领域,尤其是装配相关的自动化生产线。”

  在人们的印象中,焊接工艺就是工人左手举着“防护面罩”,右手手持焊枪在物件上施焊,随之发出璀璨耀眼的光芒,并完成施焊,整个过程烟花纷飞,可谓惊心动魄,不忍直视更不敢靠近。殊不知,随着技术的高速发展,在工业生产线上,即便是蓬勃发展的现代化焊接流水线也正面临着前所未有的挑战:一方面是“用工荒”和人工成本日益高企,另一方面是智能制造对更高的感知能力和信息处理能力的迫切需求。
  

  这家企业展示的产品正在工作

  一家位于中国南方的制造工厂负责人称,他的工厂从5年前便开始进入“无人施焊”的尴尬场景:全面保护的防护服、列入“特殊工种”的焊工工种,早已成为80后、90后工人严重的“冷门”工种,再加上焊接作业的场所往往代表着烟尘、金属粉末等“负面词汇”,即便开出极具诱惑力的工资,也难以招到年富力强的从业者;另外一方面,工厂实现无人化焊接在技术方面也面临着极大的瓶颈,第三代现代化焊接机器在信息处理能力上毋庸置疑,有着一副好“头脑”,但在焊缝跟踪、焊缝识别这一具有“眼睛”功能的关键环节却是一片实打实的空白,不能完全实现无人化操作。国外引进的焊缝跟踪系统不但价格昂贵得令人乍舌,而且出了问题得不到及时解决,甚至出现了引进的设备闲置在生产线上的局面。国外产品的“水土不服”和“自疗乏术”,让中国工厂真正实现“无人化”和“智能化”举步维艰。

  这位工厂负责人所称的技术瓶颈就是工业4.0的核心,即通过“传感-决策-执行”的途径,对工业产业链的全生命周期过程进行的智能化和信息化升级。在技术的基础应用方面,“传感”体现在焊接领域,就是在烟尘、弧光、电磁等干扰的情况下能识别各种不规则的焊缝,精确测量出距离、弧度等物理参数,并将之传送到机器人的“大脑”中,“大脑”对这些参数进行计算处理,然后向机械臂发出执行指令,机械臂由此才能做出精确的焊接动作。若“眼睛”感知到的数据不能确保精准,那么“大脑”越灵光,施焊的效果反而越差,严重影响产品的质量和美观。

  从全球范围来看,由于智能制造领域涉及众多学科和技术,众多厂家也处于群雄并起状态,国际上尚未形成通用的技术标准和接口规范,将各厂家不同的接口、协议实现“对话”也就是生态建设规范,对于众多智能制造应用者来讲,就不是一件轻而易举的事。

  据研发出智能焊缝视觉跟踪系统的中国企业负责人介绍,该公司自主研发的激光位移传感器及视觉焊缝跟踪器,已经与23款工业机器人品牌完成了适配,也就是说首次完成了全球焊接领域内的智能生态建设。“这种适配保证了工业机器人与位移传感器的集成也就是‘大脑’和‘眼睛’的完美对话,无需任何现场定制的对接调测,即可实现焊接工艺的无人化操作。”

  从实际应用来看,其产品具有抗弧光、抗烟尘、抗飞溅、抗电焊、抗电磁干扰等五“抗”特点,跟踪精度最高达0.04mm(毫米),响应时间最快可达到1ms(毫秒),达到或超过国外同类产品技术参数。同时,“自动实时监测焊缝”“自动实时跟踪焊接”“自动焊缝宽度适应”“自动焊枪高度调整”“自动板材适应”“自动焊缝轨迹预测”六个自动化能力,完美诠释了“智能”二字的涵义。

  

  江苏一家工厂已经安装并使用了该企业产品,据工厂负责人介绍,使用这一产品后,工厂整个生产线配置1个外焊工人即可,不仅缓解了“用工荒”和“用工难”的问题,而且焊接专机和焊接机器人系统的智能化水平及焊接产品质量和成品率大大提高,也大幅度降低了资源消耗,最重要的是,操作者从烟尘和弧光中解放出来,避免出现身体伤害,危及人身安全。
  

  安装完产品后,整条生产线配置1名外焊工人即可

  哈尔滨工业大学博士生导师、专注机器人与智能化焊接领域研究的张广军教授介绍,焊接技术是工业制造中的重要部分,是衡量工业化水平的重要指标。然而,在焊接加工过程中,由于电弧的存在以及施焊环境和对象的差异,智能化焊接技术的发展总是滞后于人工智能、智能控制、大数据等相关技术的发展脚步。“工业4.0体系”需求的焊接智能化程度与实际智能焊接技术发展速度之间的矛盾愈演愈烈。

  毫无疑问,在工业制造领域,若想实现智能制造、无人工厂,智能化焊接能力的突破是一道必须攻克的难关,在攻克激光焊缝跟踪及视觉焊缝跟踪技术难题之后,就相当于“大脑”配备了视力达到5.0的“豪华眼睛”,无异于为科技的发展插上了腾飞的翅膀。而中国本土企业研发能力的商业化落地,则是实现工业智能进口替代的标志性事件。随着应用范围的逐步扩大,其强大的适配能力及优越的服务体系将助推中国智能制造的核心环节走上独立自主之路。

  在此项具有重大意义的技术取得突破的背后,众多业界专家还注意到了激光位移传感器在工业机器人领域应用的巨大蓝海。据介绍,目前中国已成为世界第一大工业机器人需求国,具有机器人“眼睛”功能的激光位移传感器底层技术无论是在焊接,还是在毛坯制造、机械加工、热处理、上下料、装配等作业中,都具有无可取代的关键作用。随着中国此项技术的飞速发展,未来,激光位移传感器所在领域的需求将会得到迅猛释放。

    

  有数据显示,国内通用激光位移传感器市场规模已达120亿,且每年保持20%的增速。但是,99.87%的国内市场被国外厂商占据。工业自动化系统集成商对该器件的认知率虽然超过95%以上,由于价格昂贵、适配困难等原因,实际使用率尚不足10%。目前,高性价比的激光位移传感器在国内市场发展空间巨大。

  具有十年华为技术研发经历的领势投资创始合伙人周文表示:“在全球智能制造技术蓬勃发展的今天,拥有独立自主研发能力并具有极强商业化落地能力的高科技企业,正在成为推动新的技术革命的重要力量。一批又一批致力于引领全球智能制造技术的技术专家和企业家,正怀着对技术和商业的炽热追求,投入到历史发展的洪流中来。未来,国家与国家之间的较量,既体现在技术层面上的牵引能力,也体现在企业发展的强大动能上。更多民族工业品牌及具有核心技术企业的崛起,必将带动中国经济的快速发展,让人类生活更加美好。”