谈起焊接工艺，大部分人首先会想到金属面罩、四溅的火星和令人不适的噪音。其实，工厂内大部分高强度、高专注度的焊接工作已被焊接机器人所接替，焊接机器人已历经从示教焊接到离线编程焊接，再到免示教焊接的智能化进程，有力拉动产业数字化技术创新，保障工业经济平稳增长。
不同于榫卯结构，也并非法兰连接，焊接技术是以物理或化学的方法通过加热、加压使金属或其他塑性材料相结合的加工工艺和联接方式。利用焊接技术相连的两枚硬件结构中间消除了连接配件的使用，一方面减轻设备自重，另一方面，可以增强一体结构的可靠性。焊接技术的应用非常广泛，从基本的机械制造到航空航天，从建筑工程到微电子技术都离不开焊接技术的支撑。
现代制造业对焊接工艺速度和精度的行业标准逐年抬升，多家企业纷纷将目光投向焊接机器人，搭上智能焊接的“顺风车”。如今，机器人焊接技术在机车制造行业、船舶制造行业、机械制造行业、航天技术、建筑行业、石油化工行业等多领域均有应用。
我国焊接机器人
产业活性强
焊接机器人多采用6个自由度，按受控方式可分为点焊机器人、弧焊机器人、激光焊接机器人，以及搅拌摩擦焊接机器人。它们可执行三维立体方向的不规则焊接任务，并根据焊接对象形状不同，调整焊接方式或路径，可适应精密机械工业的部件焊接需求，满足现代工业经济对焊接工艺高速、柔性、稳定可靠的期许。
产业前瞻院数据显示，以专利申请量为衡量依据，我国是全球焊接机器人第一大技术来源国，焊接机器人专利申请量占全球焊接机器人专利总申请量70%以上，远远超出其它国家或地区的专利申请量。2023年，中国的焊接机器人专利申请量在1000项以上，其中企业申请人的专利数量占比超过六成。不难看出，焊接领域技术创新研发热度正处于高峰期，科研成果转化率较高，落地目的性强。上海柴孚机器人有限公司（以下简称“柴孚机器人”）是国内众多专注焊接机器人研发的公司之一，其推出的ARC系列焊接机器人，在同类竞品中呈现出独特优势。
图1 柴孚机器人SF ARC系列焊接机器人
柴孚机器人研发生产桌面机器人、码垛机器人、冲压机器人等多款自动化装备，擅长从工业机器人核心部件入手，打造品牌优势。柴孚机器人在ARC系列的机器人产品中应用超精密RV关节减速器，将焊接重复精度缩小至0.05mm。此外，柴孚机器人将机械手腕设计为中空构造，可减少基轴运动，它可在与其它机器人精确度持平的情况下，保持更高的运动速度和更短的周期时间。机器人能以任意角度安装在地面、墙壁、天花板等地点，并且拥有IP65防护级别认证，可在潮湿环境全天待命，易于维护保养，在一定程度上降低后续成本。
ARC-X系列（SF6-C1400X、SF6-C2080X）是柴孚机器人公司的自动化解决方案的核心组成部分，专门为电动车车架的焊接工艺而设计。通过精细分级和更高的核心运算，在0.05mm的控制精度基础上，ARC-X系列最大运行速度突破至700 °/s，受到越来越多电动车制造商的欢迎。
图2 柴孚机器人“SF6-C1400X”焊接机器人
智能焊接技术
需求持续攀升
中国智能焊接行业上游参与者为金属材料与核心零部件供应商，中游主体为自动化焊接设备与焊接机器人制造商，下游参与主体主要为汽车制造商及机械制造商。其中，智能焊接核心零部件主要包括控制器、伺服系统和减速器，松下、安川电机和西门子等外资品牌占据伺服系统的主导地位已久，但国有企业具备价格优势，在中小企业普遍寻求智能化转型的今天，中国国产品牌占有率呈持续攀升状态。
智能程度不高的焊接机器人难以充分打开下游市场。首先，焊接行业下游标准化程度低，以钢结构行业为例，国内钢结构构件的设计大多不采用标准化，而目前的焊接机器人技术对非标行业适应性较差，每一次焊接都需要重新编程。其次，针对焊接后未焊满、漏焊或多焊的情况，往往需要人工二次修补，而差错率低、智能化程度高的焊接机器人产量低，价格贵，同样也是焊接机器人产品落地困难的原因之一。
焊接机器人在工业制造领域发光发热已有几十年，大多数在预有编程的前提下工作，少数具有智能特征。当下，焊接工艺更加繁杂，而智能焊接的重要意义就在于使用机器智能来代替人的智能，帮助机器人自适应焊接要求。焊接产业正向柔性化发展，免示教智能焊接机器人的推广应用，有望解决焊接产业的智能化困局。
智能焊接系统
迎来视觉技术突破
除了受机器人硬件条件制约，焊接技术智能化程度关键在于智能焊接系统。小批量、非标件的焊接需要机器人搭载具备识别和自主规划焊接路径的焊接系统，采用离线编程或首次示教的方法，将焊接轨迹、姿态以及参数等任务传达至运动系统装置。控制系统通过信息提取及处理，明确焊接任务，并制定控制策略，进行焊接参数规划及各类监测并将控制策略转化为驱动信号，驱动伺服电机，实现高速度、高精度的运动并通过传感器反馈，保证机器人能正确地完成焊接过程。
发展智能焊接系统，需要良性结合几种能力：全域软件能力（传感/规划/控制算法开发能力），全栈软件能力（机器人算法/操作系统/中间件），软硬件集成能力（嵌入式软件/智能硬件开发能力），以及硬件生产能力。
不同于搬运和码垛等其他机器人，其应用场景标准化程度高，动作路径固定，而焊接机器人的焊接对象非标化程度高，无法用同一个动作完成大量非标件焊接，需要搭载多模态传感器以提升机器人对环境的感知能力，同时引入3D视觉，提升机器人视觉识别能力。国内工业视觉市场处于早期发展阶段，产业链尚不成熟，算法迭代仍需大量数据反哺，3D视觉是目前焊接系统实现技术突破的关键抓手。
尽管面临诸多艰难，但焊接机器人的发展从未停止。一方面，功能持续丰富，已逐步从基础的自动焊接，进化到离线编程或具有示教、数据记忆、非标件等功能的智能焊接；另一方面，形态逐渐多样，从早期的自动横焊设备，逐步演变为轨道移动式机器人等多种形态。例如，在2005年鸟巢项目中，焊接机器人具备了焊缝轨迹示教、焊接参数储存记忆、焊接电源联动控制等功能；2016年大兴国际机场项目中，焊接机器人形态则包括刚性直轨道移动式焊接机器人、管道焊接机器人、柔性轨道移动式焊接机器人形态，不同于往年常用的自动横焊设备。
未来智能焊接市场规模将持续扩大，下游渗透率有望大幅提升。在产研共融、技术创新、政府扶持等多因素的共同催化下，国产智能焊接品牌正逆风翻盘。
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