更易、更优、更快！

汽车是由多达3万个零部件组装制造而成的，每一辆汽车均含有4,000～5,000个点焊钣金件。所谓点焊，是指给金属板接通电流，利用电阻产生的热量使之熔化的焊接方法。由于点焊可对多种金属材料进行焊接，拥有焊接速度快、加工成本低、在机器人协助下操作容易等优点，点焊已在大部分的汽车生产中使用。

为了保证较高的产品质量，在生产线上，对零部件和焊点强度进行抽样检查是很有必要的。以往质量控制是采用将錾子（一种加工金属用的工具）凿入焊接部位的方式。一旦焊接不牢就会损坏产品，不仅耗费时间、人力，也会拉高生产成本，因此需要实时注意避免开焊的情况。

东芝开发了一种自动化的技术，可以使用机器人对焊接部位进行检测，避免破坏焊点。据统计，2018年世界汽车产量已达到9563万台。在汽车大规模产业化生产的今天，重大的行业革新即将到来。

一、人工智能助力“非破坏性”检测

“传统的检测方法是在钣金连接的缝隙间插入錾子，用铁锤敲击检测焊接强度，再对变形部分进行复原。但是，近年来随着车身不断轻量化及高强度化，高张力钢板（强度更高的钢板）的使用越来越频繁。高张力钢板由于其独特的物理特性，很难插入錾子，且变形后不易复原，只能对焊接部位进行破坏性检测。因此我们有必要找到一种‘非破坏性’的检测方法。”

东芝公司研究开发本部生产技术中心的高桥宏昌向我们解释道，在非破坏性检测需求日益高涨的情况下，他利用东芝在医疗及发电厂领域中积累的技术，开发出了“Matrixeye™”这一超声波检测设备。从2004年起，“Matrixeye™”就已应用于实际，帮助进行非破坏性检测。

“‘Matrixeye™’的出现使非破坏性检测成为可能：用超声波的回波信号对焊接部位进行检测，通过3D图像的形式将焊接强度可视化。但是看准焊接部位、涂抹耦合剂、操作检测探头等一连串的工作都需要人工操作。而且，要实现准确测量，需要将发射超声波的检测探头以最佳角度对准焊接部位，这需要极高的熟练度。人工操作耗时耗力，是一个待解决的课题。”（高桥）

“Matrixeye™”及发射超声波的检测探头

非破坏性检测亟待优化，在这一挑战下，通过机器人来控制自动化点焊检测的构想诞生了。

点焊检测机器人

点焊检测机器人的工作流程

二、“倾斜度推算引擎”提升检测速度

在使用“Matrixeye™”发射超声波将熔接部位进行3D图像化时，必须要将探头保持在合适的平行度。以往这都是凭借人工技巧来控制，要实现自动化，就需要解决保持平行度这一技术问题。

“例如，我们最初所尝试的方法是，按照焊接部位的焊核直径（熔接部分的直径）找出最大焊点，然后依次调整参数（倾斜度），测量最大值。但是，这样一来，就需要反复测量，测量时间相对较长。”（高桥先生）

在反复尝试摸索了几种方法后，我们终于找到了“倾斜度推算引擎”这一实现手段。

“‘倾斜度推算引擎’是一种自动调整检测探头，测量角度的新技术，利用‘Matrixeye™’测量到的超声波回波信号推算出焊接部位的倾斜度，再通过机器人自动修正检测探头角度。这种方法可将检测时间大大缩短。”（生产技术中心·齐藤真扩）

自动调整倾斜度

齐藤说道，开发团队全员一致认为，如果只是单纯的自动化，不能将检测所需的速度提高到人力速度以上，就没有意义。具有绝对优势的速度是开启省力化、低成本化之门的钥匙，将会为汽车生产现场带来巨大变革。开发出该技术后，保障实验样品材料的可持续性供给成为了新的课题。

“目前我们正从各供应商处获取样品材料，通过实际验证实验，积累更多的实验数据，同时也在努力提高该技术的实用性。今后将会更多地听取生产现场的声音，进一步改善用户体验度。”（齐藤）

三、自动化“非破坏”检测技术走向海外

为了能在1年内启动这项点焊检测技术，我们正在进行现实实验。在今后劳动人口进一步减少的趋势下，该技术很可能会让汽车生产搭上一大“顺风车”。

“对我们来说，首先要使该技术扎根于汽车制造领域，实现检测的自动化，再让其能够对应更多的焊接方法，若能运用于飞机及船舶等生产现场就更加理想了。当然，未来也有可能进军海外市场，海外的生产厂商原本就对非破坏性检测有极大需求，可以说市场是相当大的。”（高桥）

这项技术在商业层面蕴含着巨大的发展可能，这也是东芝公司内部的技术资产有机结合的成果。

“我们所属的研究开发本部拥有良好的氛围，公司内部的各种技术灵活开放，让我们能够更有效地利用东芝的优势技术。未来在MaaS¹概念的进一步发展中，公共车辆的需求也许会进一步增加。为迎接这样的时代，生产现场需要更优质、高效地进行汽车制造，很期待我们的技术能够对此有一定的贡献。”（齐藤）
1 Mobility as a Service（移动服务）：通过灵活运用信息通信技术，能够不局限于运营主体，将私家车以外的所有交通移动方式作为一个统一的服务、实现无缝衔接的全新的移动概念。

东芝结合多年的工业与通讯技术，致力人工智能领域，将创新的技术成果应用于具体的生产操作场景，赋能汽车行业，让更易、更快、更优的生产现场成为可能。未来汽车行业将会发生什么样的变化，我们拭目以待。

参与点焊检测机器人开发的东芝研究开发本部
生产技术中心 机电解决方案推进部
牛岛彰、齐藤真扩、千叶康德、高桥宏昌（左起）