在现代制造业中，焊接质量和效率是影响产品竞争力的关键因素。然而，传统焊接工艺依赖于焊工的技能和经验，导致质量不稳定，难以满足高标准、精度要求高的焊接任务。焊接机器人普及后，通常采用“示教+再现”的模式来提高焊接的效率和精度。然而，尽管有了计算机辅助设计（CAD）的帮助，这些系统主要还是处理已知的环境模型，存在一定的定位误差和其他风险，并且对于非标准的小工件来讲，由于编程成本高，还是依赖焊工进行焊接。面对日益复杂的焊接需求和市场竞争，如何提升焊接质量和效率，成为制造业亟待解决的难题。

随着先进感知技术的引入，机器人焊接开始迈向智能化。这些技术让机器人能更精准地识别焊接环境，实时监控焊接过程，并有效检测焊缝中的缺陷。因此，基于AI和感知能力的智能焊接机器人成为了研究和应用的新焦点。

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钢结构行业难点

非标小件如何实现智能化生产

2023年，钢结构市场稳步上升，同比增长率达5.2%。未来几年，随着建筑钢结构、装配式钢结构政策的促进，在大型公共建筑、商业建筑以及学校、医院等公共性建筑的应用持续增多，行业将保持较稳定增长趋势。

2020-2026年中国钢结构市场规模推移（单位：万吨）

（数据来源：MIR 睿工业根据公开资料整理）

钢结构按照分类大致分为建筑钢结构、桥梁船舶钢结构和工业钢结构，其中建筑钢结构占比：约70%，包含厂房、商用建筑（商场、场馆）、住宅（装配化率大于60%基本都用钢结构），非标程度低。预计随着钢材价格走势的下滑，未来这部分市场将保持每年12%-16%的增速。

可以看出钢结构应用场景是十分复杂、多变的，而且在一些特定场景下，除了标准钢结构元件之外，还存在非标小件（非标准小型工件）占据着重要市场。市场量大，包含但不限于桥梁、船舶、工程机械，甚至电力机械设备等一般工业。这也造就了非标小件焊接的难点之一，在钢结构非标小件的生产过程中，由于其形状、尺寸的多样性及焊接精度的高要求，使得焊接作业的难度和复杂度大大增加。同时，非标场景下对焊接机器人法的算法要求更高，研发周期也要长。

难点汇总：

非标元器件焊接：钢结构尺寸小、规格多、技术要求复杂，非标构件焊接难度大。

复杂结构的焊接：需要精准识别和定位焊缝，纠正位置偏差，保证焊接质量。

大批量生产：标准化批量生产与复杂、大型构件焊接的矛盾，离线编程技术需要不断调整和验证，短期内难以实现理想效果。

焊接变形控制：需要合理设计坡口形状和焊缝布置，减少焊缝截面积，降低焊接变形和应力集中。

针对非标小件的这些难点，目前并不是毫无解决办法。相比传统焊接工业机器人，智能焊接机器人增加了感知技术，如激光或摄像传感器及其控制装置等。简单来说，可以将智能焊接的过程类比为一个焊工的工作：焊工的手代表机械臂，手中的焊枪就是执行任务的工具，而他的眼睛和耳朵则代表感知系统。焊工的大脑类比过来就是智能机器人焊接系统的控制器，负责思考、判断和决策。在传统的工业机器人应用中，观察、思考和执行通常由三个独立的控制器负责。而现在的技术使得这三个过程能够集成在同一个控制器中，仿佛一个人同时进行看、思考和执行的动作，极大地提高了处理信息的速度和决策的效率，从而显著提升了工作效率，尤其是在智能化决策方面。

目前，新一代智能焊接机器人主要由机器人本体、AI感知系统和焊接工艺三部分组成。

首先要有过硬的本体技术，是实现智能化的核心性能，绝对定位精度是智能机器人的核心指标。其次是AI感知能力， AI加3D视觉模块是完全独立于机器人本体的一个要素。做本体的更多能力在于设计、电控、运控、动力学，而AI更多的是深度学习、点云处理算法和感知决策。第三个能力是焊接工艺，除了解构焊接过程，解耦繁杂的焊接参数之间的关系，还有在工况不稳定以及热积累影响下的工艺自适应，这也是焊接电源厂商会更多聚焦的模块。

但是目前在中国机器人市场，很少有企业既有有本体团队和AI视觉团队，又能在机器人本体、AI视觉和焊接工艺三部分同时发力。

2022年，主做3D视觉产品研发的昇视唯盛通过入股哈工现代不断寻求突破和创新，成功实现企业战略融合，如今已成为少数具备“三合一”技术的企业之一。

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实际案例

IBWS：智能定制焊接系统

让我们举一个实际的案例，更清晰的看出“三合一”技术的优越之处。

在制造业，特别是在焊接领域，传统的机器人技术在非标准小件的批量生产中面临诸多限制。传统机器人焊接系统往往需要大量的手动编程，这不仅耗时耗力，而且在面对复杂或变化的生产需求时缺乏灵活性。为了解决这一问题，哈工现代推出了创新的智能定制焊接系统IBWS，旨在通过高度自动化和智能化改变焊接行业的现状。

系统组成与创新

IBWS智能焊接系统由机器人、控制柜、焊接电源、焊枪及视觉系统组成。与传统的机器人系统或智能焊接系统的一个主要区别在于，IBWS系统采用了三合一的控制系统，这包括了感知决策系统、机器人控制系统以及焊接电源控制芯片，这些都集成在控制柜中。

解决方案与优势

免示教系统的独特创新

哈工现代的免示教系统不仅仅是轨迹控制，更包括实时调整和优化焊接工艺参数。焊接工艺专家系统能根据焊缝结构特征实时调整焊接参数，确保焊接过程的精确性。此外，三合一控制系统集成了机器控制、视觉系统和工艺系统，是现在进程间微秒级通讯，显著提高了操作效率和系统响应速度。

AI应用

由于焊接工程的复杂性和对经验的依赖性，表明焊接不仅仅是一个技术问题，而且涉及到个体工艺师对问题解决方法的个人理解和经验积累。为了标准化这一过程并提高效率和质量，哈工现代采用了无监督学习和强化学习的AI技术来自动匹配和优化焊接工艺。这些AI技术能够根据实际场景的需求定制适合的工艺策略。

此外，哈工现代在视觉系统中使用了RCNN（区域卷积神经网络）进行目标检测、特征提取和点云质量检测，进一步说明了AI的具体应用技术和方法。这包括利用图像处理技术来提取必要的特征，并通过RCNN和POINT-RCNN等算法来优化点云处理过程。

首件与非首件处理

在处理首件时，IBWS系统通过感知系统和人工决策相结合，确保初次焊接的高精度。一旦首件参数验证通过，这些信息将用于后续非首件工件的自动化处理，大大提高了操作效率。

传感器技术应对反光和环境影响

通过二次采集、多角度补全、偏光滤光片和环境光校准等技术，IBWS系统能够有效应对反光和环境干扰，确保数据采集的准确性和完整性。

点云闭环检测和高精度重建技术

IBWS系统通过点云分层消除获取高质量点云，实现精确的焊缝识别和工艺决策。这些技术不仅提升了焊接质量和精度，还确保了整个焊接过程的稳定性和可靠性。

节省成本和时间

IBWS减少了传统焊接所需的工装治具费用及安装时间，同时进一步提高了焊接效率，使系统运行效率接近示教编程的机器人效率。

经济效益与实际应用

哈工现代的IBWS系统已在多个生产线上得到应用，实际操作显示，首件模式下从启动到开始焊接需1.5分钟，而非首件模式仅需10秒。在非首件模式下，一个焊工最多可以同时负责和操作7-8台设备。

此外，IBWS系统还具备点云的闭环检测和视觉自适应感知功能，可以让机器人在面对结构不完整的工件时，也能自动计算并补全所需数据，确保焊接质量和精度。

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国产智能焊接机器人市场未来可期

据MIR睿工业市场研究显示，目前钢结构、海洋造船、能源电力、重工机械等行业中的代表企业开始批量释放焊接机器人订单，在智能制造政策的推动下，未来几年将带动弧焊机器人市场增长。

2023-2025E年中国弧焊机器人市场规模推移（台）

（数据来源：MIR DATABANK）

在智能焊接机器人领域，随着技术的持续进步和市场应用的日益深入，国产智能焊接机器人市场的未来可谓是充满希望。据MIR调研显示，一直以来，外资机器人品牌安川、发那科、松下等在焊接领域占据着主要市场地位，但2023年，在大环境不景气的情况下，内资品牌仍有所增长，而外资品牌却有较大幅度下滑.

（信息来源：MIR DATABANK）

如今，随着国内外合作的深入和技术的不断迭代，国产智能焊接机器人在对标国际品牌的过程中，已经显示出不容忽视的技术创新和市场应用潜力。随着国内制造业的不断升级和智能化需求的增加，预计国产机器人将在全球市场占据更加重要的地位，推动国内外市场的进一步竞争与合作。

随着技术的进步，如哈工已经推出的4.0版本的智能焊接机器人所示，国内品牌不仅在技术上逐渐追赶国际领先水平，还在应用的灵活性和定制化服务上展现出更大的优势。国内企业能够根据具体行业和客户需求，快速调整和优化产品，是许多大型外资公司难以匹敌的。

END

未来，智能焊接机器人将在船舶、工程机械、电力设备等领域发挥更大的作用，不仅提高生产效率，还能提升产品质量。此外，市场对智能化、自动化的追求不断增强，预计智能焊接机器人将逐渐取代传统手工焊接方式，加速工业智能化转型。国产智能焊接机器人将在全球焊接市场中的竞争力将进一步提升，为中国制造业的升级与转型提供强大动力。