激光位移傳感器技術(shù)推動(dòng)中國(guó)智能制造領(lǐng)域的發(fā)展步伐

近日，在中國(guó)廣州舉辦的“北京·埃森焊接與切割”展覽盛會(huì)上，一家中國(guó)企業(yè)展示了由其自主研發(fā)的智能焊縫視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)和激光位移傳感器。據(jù)悉，這家企業(yè)目前已經(jīng)與全球包括四大家族（ABB、庫(kù)卡、發(fā)那科、安川電機(jī)）在內(nèi)的23款工業(yè)機(jī)器人品牌完成適配，率先實(shí)現(xiàn)智能焊縫視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)的本土化應(yīng)用落地，多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)一舉超越國(guó)外同行。

這項(xiàng)具有突破性的技術(shù)和產(chǎn)品引起業(yè)界的廣泛關(guān)注

據(jù)業(yè)內(nèi)人士介紹，該技術(shù)填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)在這一領(lǐng)域的技術(shù)空白，將有力推動(dòng)中國(guó)智能制造領(lǐng)域的發(fā)展步伐。該專家稱：“如果說(shuō)數(shù)據(jù)處理和算法是機(jī)器人的‘大腦’，那么，該項(xiàng)技術(shù)就是為大腦配備的‘眼睛’，使得機(jī)器人具備感知和適應(yīng)工作對(duì)象特征的能力，對(duì)變化的環(huán)境和形態(tài)各異的加工對(duì)象做出準(zhǔn)確處理，真正實(shí)現(xiàn)智能化，大幅擴(kuò)大工業(yè)機(jī)器人的適用領(lǐng)域，尤其是裝配相關(guān)的自動(dòng)化生產(chǎn)線。”

在人們的印象中，焊接工藝就是工人左手舉著“防護(hù)面罩”，右手手持焊槍在物件上施焊，隨之發(fā)出璀璨耀眼的光芒，并完成施焊，整個(gè)過(guò)程煙花紛飛，可謂驚心動(dòng)魄，不忍直視更不敢靠近。殊不知，隨著技術(shù)的高速發(fā)展，在工業(yè)生產(chǎn)線上，即便是蓬勃發(fā)展的現(xiàn)代化焊接流水線也正面臨著前所未有的挑戰(zhàn)：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對(duì)更高的感知能力和信息處理能力的迫切需求。

這家企業(yè)展示的產(chǎn)品正在工作

一家位于中國(guó)南方的制造工廠負(fù)責(zé)人稱，他的工廠從5年前便開(kāi)始進(jìn)入“無(wú)人施焊”的尷尬場(chǎng)景：全面保護(hù)的防護(hù)服、列入“特殊工種”的焊工工種，早已成為80后、90后工人嚴(yán)重的“冷門”工種，再加上焊接作業(yè)的場(chǎng)所往往代表著煙塵、金屬粉末等“負(fù)面詞匯”，即便開(kāi)出極具誘惑力的工資，也難以招到年富力強(qiáng)的從業(yè)者；另外一方面，工廠實(shí)現(xiàn)無(wú)人化焊接在技術(shù)方面也面臨著極大的瓶頸，第三代現(xiàn)代化焊接機(jī)器在信息處理能力上毋庸置疑，有著一副好“頭腦”，但在焊縫跟蹤、焊縫識(shí)別這一具有“眼睛”功能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)卻是一片實(shí)打?qū)嵉目瞻?，不能完全?shí)現(xiàn)無(wú)人化操作。國(guó)外引進(jìn)的焊縫跟蹤系統(tǒng)不但價(jià)格昂貴得令人乍舌，而且出了問(wèn)題得不到及時(shí)解決，甚至出現(xiàn)了引進(jìn)的設(shè)備閑置在生產(chǎn)線上的局面。國(guó)外產(chǎn)品的“水土不服”和“自療乏術(shù)”，讓中國(guó)工廠真正實(shí)現(xiàn)“無(wú)人化”和“智能化”舉步維艱。

這位工廠負(fù)責(zé)人所稱的技術(shù)瓶頸就是工業(yè)4.0的核心，即通過(guò)“傳感-決策-執(zhí)行”的途徑，對(duì)工業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的全生命周期過(guò)程進(jìn)行的智能化和信息化升級(jí)。在技術(shù)的基礎(chǔ)應(yīng)用方面，“傳感”體現(xiàn)在焊接領(lǐng)域，就是在煙塵、弧光、電磁等干擾的情況下能識(shí)別各種不規(guī)則的焊縫，精確測(cè)量出距離、弧度等物理參數(shù)，并將之傳送到機(jī)器人的“大腦”中，“大腦”對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行計(jì)算處理，然后向機(jī)械臂發(fā)出執(zhí)行指令，機(jī)械臂由此才能做出精確的焊接動(dòng)作。若“眼睛”感知到的數(shù)據(jù)不能確保精準(zhǔn)，那么“大腦”越靈光，施焊的效果反而越差，嚴(yán)重影響產(chǎn)品的質(zhì)量和美觀。

從全球范圍來(lái)看，由于智能制造領(lǐng)域涉及眾多學(xué)科和技術(shù)，眾多廠家也處于群雄并起狀態(tài)，國(guó)際上尚未形成通用的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和接口規(guī)范，將各廠家不同的接口、協(xié)議實(shí)現(xiàn)“對(duì)話”也就是生態(tài)建設(shè)規(guī)范，對(duì)于眾多智能制造應(yīng)用者來(lái)講，就不是一件輕而易舉的事。

據(jù)研發(fā)出智能焊縫視覺(jué)跟蹤系統(tǒng)的中國(guó)企業(yè)負(fù)責(zé)人介紹，該公司自主研發(fā)的激光位移傳感器及視覺(jué)焊縫跟蹤器，已經(jīng)與23款工業(yè)機(jī)器人品牌完成了適配，也就是說(shuō)首次完成了全球焊接領(lǐng)域內(nèi)的智能生態(tài)建設(shè)。“這種適配保證了工業(yè)機(jī)器人與位移傳感器的集成也就是‘大腦’和‘眼睛’的完美對(duì)話，無(wú)需任何現(xiàn)場(chǎng)定制的對(duì)接調(diào)測(cè)，即可實(shí)現(xiàn)焊接工藝的無(wú)人化操作?！?/p>

從實(shí)際應(yīng)用來(lái)看，其產(chǎn)品具有抗弧光、抗煙塵、抗飛濺、抗電焊、抗電磁干擾等五“抗”特點(diǎn)，跟蹤精度最高達(dá)0.04mm（毫米），響應(yīng)時(shí)間最快可達(dá)到1ms（毫秒），達(dá)到或超過(guò)國(guó)外同類產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)。同時(shí)，“自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊縫”“自動(dòng)實(shí)時(shí)跟蹤焊接”“自動(dòng)焊縫寬度適應(yīng)”“自動(dòng)焊槍高度調(diào)整”“自動(dòng)板材適應(yīng)”“自動(dòng)焊縫軌跡預(yù)測(cè)”六個(gè)自動(dòng)化能力，完美詮釋了“智能”二字的涵義。

江蘇一家工廠已經(jīng)安裝并使用了該企業(yè)產(chǎn)品，據(jù)工廠負(fù)責(zé)人介紹，使用這一產(chǎn)品后，工廠整個(gè)生產(chǎn)線配置1個(gè)外焊工人即可，不僅緩解了“用工荒”和“用工難”的問(wèn)題，而且焊接專機(jī)和焊接機(jī)器人系統(tǒng)的智能化水平及焊接產(chǎn)品質(zhì)量和成品率大大提高，也大幅度降低了資源消耗，最重要的是，操作者從煙塵和弧光中解放出來(lái)，避免出現(xiàn)身體傷害，危及人身安全。

安裝完產(chǎn)品后，整條生產(chǎn)線配置1名外焊工人即可

哈爾濱工業(yè)大學(xué)博士生導(dǎo)師、專注機(jī)器人與智能化焊接領(lǐng)域研究的張廣軍教授介紹，焊接技術(shù)是工業(yè)制造中的重要部分，是衡量工業(yè)化水平的重要指標(biāo)。然而，在焊接加工過(guò)程中，由于電弧的存在以及施焊環(huán)境和對(duì)象的差異，智能化焊接技術(shù)的發(fā)展總是滯后于人工智能、智能控制、大數(shù)據(jù)等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展腳步?！肮I(yè)4.0體系”需求的焊接智能化程度與實(shí)際智能焊接技術(shù)發(fā)展速度之間的矛盾愈演愈烈。

毫無(wú)疑問(wèn)，在工業(yè)制造領(lǐng)域，若想實(shí)現(xiàn)智能制造、無(wú)人工廠，智能化焊接能力的突破是一道必須攻克的難關(guān)，在攻克激光焊縫跟蹤及視覺(jué)焊縫跟蹤技術(shù)難題之后，就相當(dāng)于“大腦”配備了視力達(dá)到5.0的“豪華眼睛”，無(wú)異于為科技的發(fā)展插上了騰飛的翅膀。而中國(guó)本土企業(yè)研發(fā)能力的商業(yè)化落地，則是實(shí)現(xiàn)工業(yè)智能進(jìn)口替代的標(biāo)志性事件。隨著應(yīng)用范圍的逐步擴(kuò)大，其強(qiáng)大的適配能力及優(yōu)越的服務(wù)體系將助推中國(guó)智能制造的核心環(huán)節(jié)走上獨(dú)立自主之路。

在此項(xiàng)具有重大意義的技術(shù)取得突破的背后，眾多業(yè)界專家還注意到了激光位移傳感器在工業(yè)機(jī)器人領(lǐng)域應(yīng)用的巨大藍(lán)海。據(jù)介紹，目前中國(guó)已成為世界第一大工業(yè)機(jī)器人需求國(guó)，具有機(jī)器人“眼睛”功能的激光位移傳感器底層技術(shù)無(wú)論是在焊接，還是在毛坯制造、機(jī)械加工、熱處理、上下料、裝配等作業(yè)中，都具有無(wú)可取代的關(guān)鍵作用。隨著中國(guó)此項(xiàng)技術(shù)的飛速發(fā)展，未來(lái)，激光位移傳感器所在領(lǐng)域的需求將會(huì)得到迅猛釋放。

有數(shù)據(jù)顯示，國(guó)內(nèi)通用激光位移傳感器市場(chǎng)規(guī)模已達(dá)120億，且每年保持20%的增速。但是，99.87%的國(guó)內(nèi)市場(chǎng)被國(guó)外廠商占據(jù)。工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)集成商對(duì)該器件的認(rèn)知率雖然超過(guò)95%以上，由于價(jià)格昂貴、適配困難等原因，實(shí)際使用率尚不足10%。目前，高性價(jià)比的激光位移傳感器在國(guó)內(nèi)市場(chǎng)發(fā)展空間巨大。

具有十年華為技術(shù)研發(fā)經(jīng)歷的領(lǐng)勢(shì)投資創(chuàng)始合伙人周文表示：“在全球智能制造技術(shù)蓬勃發(fā)展的今天，擁有獨(dú)立自主研發(fā)能力并具有極強(qiáng)商業(yè)化落地能力的高科技企業(yè)，正在成為推動(dòng)新的技術(shù)革命的重要力量。一批又一批致力于引領(lǐng)全球智能制造技術(shù)的技術(shù)專家和企業(yè)家，正懷著對(duì)技術(shù)和商業(yè)的熾熱追求，投入到歷史發(fā)展的洪流中來(lái)。未來(lái)，國(guó)家與國(guó)家之間的較量，既體現(xiàn)在技術(shù)層面上的牽引能力，也體現(xiàn)在企業(yè)發(fā)展的強(qiáng)大動(dòng)能上。更多民族工業(yè)品牌及具有核心技術(shù)企業(yè)的崛起，必將帶動(dòng)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，讓人類生活更加美好。”