大熊星座焊接机器人

大熊星座WELDINGMASTER实现了对工件形状的独立感知和生成所需的机器人轨迹,轨迹生成时间从5天缩短到30天s,大大提高了相应工艺的生产效率,解决了钢结构等重工业结构多样化导致的自动化应用问题。

大熊星座焊接机器人

Part 01

焊接行业现状


利用自动化机器将人类从繁重的工作中解放出来,是科技长久以来的发展目标。随着焊接劳动力成本的逐年上升和技能人才缺口的逐年扩大,企业对机器人填补人才缺口的需求强劲。据PAISI根据广发证券发展研究中心的数据,2020年国内焊接机器人销量超过5万台,但目前市场上的焊接机器人基本处于自动化状态,尚未智能化,无法应用于许多高端制造领域。

图1:数据源PAISI广发证券发展研究中心



市场上现有的焊接机器人通常需要通过人工教学来确定焊接轨迹,因为每个动作都需要人工教学一次,所以非常耗时。不仅如此,对于人力难以触及的较高或较深的焊缝,很难进行教学编程。此外,主流品牌的机器人程序语言也不同,掌握机器人至少需要几周的时间。同时,在实际使用中,工艺参数不可调、运动轨迹不可修改、焊接程序不可调等都需要工件适应机器人的工作条件,要求极其苛刻,难以满足,实际焊接效率不足理论值30%。自动化教学编程对工件加工精度的容错率很低。除了高度标准化的汽车行业外,很难满足大多数其他行业的使用需求,市场迫切需要能够满足制造需求的智能焊接机器人。

图2:自动焊接和智能焊接

Part 02

智能焊接智能在哪里?

从AI从技术的应用角度来看,我们可以用熟悉的汽车自动驾驶进行类比。两者都需要按预设程序执行的能力,更需要处理频繁紧急情况的实时感知和分析能力。不同的是,自动驾驶的决策只反映了几种处理形式,如制动、加速和变道,因此从智能形式来看自动驾驶属于重感知轻决策

我们再来看AlphaGo,从另一个角度更容易理解。基于围棋1.43*10768年浩如星辰的结果,需要具备巨大的数据处理能力和决策判断能力;决策能力强,AlphaGo感知能力相对较弱,只需扫描判断实际落子位置即可,因此
AlphaGo属于重决策轻感知

在实际焊接工作中,智能焊接感知系统需要在恶劣条件下对工件和熔池进行数字感知建模。为了保证焊接结果的高度准确性,微小的变化会造成巨大的数据变化和处理,最终反映出智能焊接机器人完美实施复杂的高难度焊接工作,如多层多路规划、变缝焊接、错边焊接、薄板焊接等,即全过程自适应焊接,这就是为什么只有智能焊接机器人才能最终取代高技能焊工的重要原因
智能焊接机器人属于重感知重决策

图三:AI决策与AI对比感知能力


可见智能焊接难度相当大, 没有手就行了。自适应焊接的实现,需要从焊接工艺的需求出发设计系统,驱动系统适应工件情况,取代过去要求工件适配机器人的工作逻辑,建立各类工件的识别模型和各类材料的工艺数据库,实现焊接过程动态参数化控制。同时,感知系统需要在恶劣的工作条件下对工件和熔池进行数字感知建模,多传感器集成方案是必不可少的。

图4:智能焊接系统赋能机器人的眼脑

Part 03

高端制造焊接问题

船舶海洋工程、桥梁建筑、航空航天等高端制造业面临的焊接困难通常体现在两个方面:工件的小批量、多规格形式和焊接复杂性。这两个因素的结合形成了各领域制造企业的焊接问题。

图5:小批量、多规格、焊接复杂性

工件自适应解决小批量多规格难题


在桥梁钢结构预制行业,工件的多样性迫使传统焊接机器人用户在每次切换工件前面临机器人编程问题,导致企业节省焊工,但复杂的机器人编程招聘专业机器人工程师完成,不能从根本上解决自动化应用问题。大熊星座WELDING MASTER实现了对工件形状的独立感知和生成所需的机器人轨迹,轨迹生成时间从5天缩短到30天s,大大提高了相应工艺的生产效率,解决了钢结构等重工业结构多样化导致的自动化应用问题。

图六:中铁桥梁钢结构项目

自适应解决复杂焊接问题


在中国海洋集团船舶海工有色金属管段焊接工程中,最大的问题是解决工件原材料和装配误差造成的焊接问题。大熊星座WELDING MASTER在这个项目中,2000ms对工件进行分析判断,实时调用各种工艺参数,实现全过程自适应焊接。焊后合格率为98%,是人工合格率的1.同时每天可生产120寸管段,生产效率是工人的5倍。

图7:中远海运重工有色金属管焊接工程

Part 04

WELDING MASTER

智能焊接机器人产品由大熊星座智能技术有限公司推出WELDING MASTER(焊接大师)具有独立编程的特点,无需人工教学,工件容错率高,广泛应用于各种材料,焊接效率高,质量好,适合小批量多样化工件的生产。其焊接工艺可达到具有10多年焊接经验的焊接工人的水平,解决制造企业焊接技能人才短缺的问题。

图八:搭载WOS智能焊接系统的焊接大师机器人


焊接机器人字化程度最好的焊接机器人,WELDING MASTER新一代搭载大熊星座自主研发的新一代WOS智能焊接系统,全面突破技术壁垒,实现焊接工件的全规格、全过程适应,独立编程时间快至30s,并达到20ms、0.1mm精细工艺控制等级;软件驱动的研发WELDING MASTER焊接合格率高达98%,就像经验丰富的焊接工人一样,可以处理焊接过程中随机出现的特殊情况;同时适用于高端制造领域焊接特种材料过程中复杂的工艺参数变化。焊接产品的一次检测合格率远高于一般焊接机器人。

Part 05

重新定义焊接工作方法

目前除了与船舶制造领域的中远重工合作外,WELDING MASTER产品已应用FPSO在船舶制造过程中,中集太平洋相继获得LNG球罐焊接工程及招商局重工不锈钢管段焊接工程,并与中国航天、中国石油进行案例验证试验。大熊星座希望通过与行业领先企业的合作,实现基准示范作用。未来,大熊星座计划扩展到航空航天、高端设备、能源设备、轨道交通等领域,预计将应用于约10个行业。

图9:应用领域


大熊星座公司成立于2019年12月,以改善2000万焊接工人的工作环境为使命,积极推进焊接大师的数据化、模块化经验。公司自主研发的智能焊接操作系统(Welding Operation System),集环境感知、目标分析和行为决策于一体,实现了品牌、多结构的工业机器人,已应用于船舶和海洋工程、航天设备、桥梁预制、轨道交通等领域。

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