汽車(chē)是由多達3萬(wàn)個(gè)零部件組裝制造而成的，每一輛汽車(chē)均含有4,000～5,000個(gè)點(diǎn)焊鈑金件。所謂點(diǎn)焊，是指給金屬板接通電流，利用電阻產(chǎn)生的熱量使之熔化的焊接方法。由于點(diǎn)焊可對多種金屬材料進(jìn)行焊接，擁有焊接速度快、加工成本低、在機器人協(xié)助下操作容易等優(yōu)點(diǎn)，點(diǎn)焊已在大部分的汽車(chē)生產(chǎn)中使用。
為了保證較高的產(chǎn)品質(zhì)量，在生產(chǎn)線(xiàn)上，對零部件和焊點(diǎn)強度進(jìn)行抽樣檢查是很有必要的。以往質(zhì)量控制是采用將鏨子（一種加工金屬用的工具）鑿入焊接部位的方式。一旦焊接不牢就會(huì )損壞產(chǎn)品，不僅耗費時(shí)間、人力，也會(huì )拉高生產(chǎn)成本，因此需要實(shí)時(shí)注意避免開(kāi)焊的情況。
東芝開(kāi)發(fā)了一種自動(dòng)化的技術(shù)，可以使用機器人對焊接部位進(jìn)行檢測，避免破壞焊點(diǎn)。據統計，2018年世界汽車(chē)產(chǎn)量已達到9563萬(wàn)臺。在汽車(chē)大規模產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的今天，重大的行業(yè)革新即將到來(lái)。
一、人工智能助力“非破壞性”檢測
“傳統的檢測方法是在鈑金連接的縫隙間插入鏨子，用鐵錘敲擊檢測焊接強度，再對變形部分進(jìn)行復原。但是，近年來(lái)隨著(zhù)車(chē)身不斷輕量化及高強度化，高張力鋼板（強度更高的鋼板）的使用越來(lái)越頻繁。高張力鋼板由于其獨特的物理特性，很難插入鏨子，且變形后不易復原，只能對焊接部位進(jìn)行破壞性檢測。因此我們有必要找到一種‘非破壞性’的檢測方法?！?/p>
東芝公司研究開(kāi)發(fā)本部生產(chǎn)技術(shù)中心的高橋宏昌向我們解釋道，在非破壞性檢測需求日益高漲的情況下，他利用東芝在醫療及發(fā)電廠(chǎng)領(lǐng)域中積累的技術(shù)，開(kāi)發(fā)出了“Matrixeye?”這一超聲波檢測設備。從2004年起，“Matrixeye?”就已應用于實(shí)際，幫助進(jìn)行非破壞性檢測。
“‘Matrixeye?’的出現使非破壞性檢測成為可能：用超聲波的回波信號對焊接部位進(jìn)行檢測，通過(guò)3D圖像的形式將焊接強度可視化。但是看準焊接部位、涂抹耦合劑、操作檢測探頭等一連串的工作都需要人工操作。而且，要實(shí)現準確測量，需要將發(fā)射超聲波的檢測探頭以最佳角度對準焊接部位，這需要極高的熟練度。人工操作耗時(shí)耗力，是一個(gè)待解決的課題?！保ǜ邩颍?/b>
“Matrixeye?”及發(fā)射超聲波的檢測探頭
非破壞性檢測亟待優(yōu)化，在這一挑戰下，通過(guò)機器人來(lái)控制自動(dòng)化點(diǎn)焊檢測的構想誕生了。
點(diǎn)焊檢測機器人
點(diǎn)焊檢測機器人的工作流程
二、“傾斜度推算引擎”提升檢測速度
在使用“Matrixeye?”發(fā)射超聲波將熔接部位進(jìn)行3D圖像化時(shí)，必須要將探頭保持在合適的平行度。以往這都是憑借人工技巧來(lái)控制，要實(shí)現自動(dòng)化，就需要解決保持平行度這一技術(shù)問(wèn)題。
“例如，我們最初所嘗試的方法是，按照焊接部位的焊核直徑（熔接部分的直徑）找出最大焊點(diǎn)，然后依次調整參數（傾斜度），測量最大值。但是，這樣一來(lái)，就需要反復測量，測量時(shí)間相對較長(cháng)?！保ǜ邩蛳壬?/p>
在反復嘗試摸索了幾種方法后，我們終于找到了“傾斜度推算引擎”這一實(shí)現手段。
“‘傾斜度推算引擎’是一種自動(dòng)調整檢測探頭，測量角度的新技術(shù)，利用‘Matrixeye?’測量到的超聲波回波信號推算出焊接部位的傾斜度，再通過(guò)機器人自動(dòng)修正檢測探頭角度。這種方法可將檢測時(shí)間大大縮短?！保ㄉa(chǎn)技術(shù)中心·齊藤真擴）
自動(dòng)調整傾斜度
齊藤說(shuō)道，開(kāi)發(fā)團隊全員一致認為，如果只是單純的自動(dòng)化，不能將檢測所需的速度提高到人力速度以上，就沒(méi)有意義。具有絕對優(yōu)勢的速度是開(kāi)啟省力化、低成本化之門(mén)的鑰匙，將會(huì )為汽車(chē)生產(chǎn)現場(chǎng)帶來(lái)巨大變革。開(kāi)發(fā)出該技術(shù)后，保障實(shí)驗樣品材料的可持續性供給成為了新的課題。
“目前我們正從各供應商處獲取樣品材料，通過(guò)實(shí)際驗證實(shí)驗，積累更多的實(shí)驗數據，同時(shí)也在努力提高該技術(shù)的實(shí)用性。今后將會(huì )更多地聽(tīng)取生產(chǎn)現場(chǎng)的聲音，進(jìn)一步改善用戶(hù)體驗度?！保R藤）
三、自動(dòng)化“非破壞”檢測技術(shù)走向海外
為了能在1年內啟動(dòng)這項點(diǎn)焊檢測技術(shù)，我們正在進(jìn)行現實(shí)實(shí)驗。在今后勞動(dòng)人口進(jìn)一步減少的趨勢下，該技術(shù)很可能會(huì )讓汽車(chē)生產(chǎn)搭上一大“順風(fēng)車(chē)”。
“對我們來(lái)說(shuō)，首先要使該技術(shù)扎根于汽車(chē)制造領(lǐng)域，實(shí)現檢測的自動(dòng)化，再讓其能夠對應更多的焊接方法，若能運用于飛機及船舶等生產(chǎn)現場(chǎng)就更加理想了。當然，未來(lái)也有可能進(jìn)軍海外市場(chǎng)，海外的生產(chǎn)廠(chǎng)商原本就對非破壞性檢測有極大需求，可以說(shuō)市場(chǎng)是相當大的。”（高橋）
這項技術(shù)在商業(yè)層面蘊含著(zhù)巨大的發(fā)展可能，這也是東芝公司內部的技術(shù)資產(chǎn)有機結合的成果。
“我們所屬的研究開(kāi)發(fā)本部擁有良好的氛圍，公司內部的各種技術(shù)靈活開(kāi)放，讓我們能夠更有效地利用東芝的優(yōu)勢技術(shù)。未來(lái)在MaaS1概念的進(jìn)一步發(fā)展中，公共車(chē)輛的需求也許會(huì )進(jìn)一步增加。為迎接這樣的時(shí)代，生產(chǎn)現場(chǎng)需要更優(yōu)質(zhì)、高效地進(jìn)行汽車(chē)制造，很期待我們的技術(shù)能夠對此有一定的貢獻?！保R藤）
1 Mobility as a Service（移動(dòng)服務(wù)）：通過(guò)靈活運用信息通信技術(shù)，能夠不局限于運營(yíng)主體，將私家車(chē)以外的所有交通移動(dòng)方式作為一個(gè)統一的服務(wù)、實(shí)現無(wú)縫銜接的全新的移動(dòng)概念。
東芝結合多年的工業(yè)與通訊技術(shù)，致力人工智能領(lǐng)域，將創(chuàng )新的技術(shù)成果應用于具體的生產(chǎn)操作場(chǎng)景，賦能汽車(chē)行業(yè)，讓更易、更快、更優(yōu)的生產(chǎn)現場(chǎng)成為可能。未來(lái)汽車(chē)行業(yè)將會(huì )發(fā)生什么樣的變化，我們拭目以待。
參與點(diǎn)焊檢測機器人開(kāi)發(fā)的東芝研究開(kāi)發(fā)本部
生產(chǎn)技術(shù)中心 機電解決方案推進(jìn)部
牛島彰、齊藤真擴、千葉康德、高橋宏昌（左起）
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