汽車是由多達3萬個零部件組裝制造而成的，每一輛汽車均含有4,000～5,000個點焊鈑金件。所謂點焊，是指給金屬板接通電流，利用電阻產生的熱量使之熔化的焊接方法。由于點焊可對多種金屬材料進行焊接，擁有焊接速度快、加工成本低、在機器人協助下操作容易等優點，點焊已在大部分的汽車生產中使用。

為了保證較高的產品質量，在生產線上，對零部件和焊點強度進行抽樣檢查是很有必要的。以往質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。一旦焊接不牢就會損壞產品，不僅耗費時間、人力，也會拉高生產成本，因此需要實時注意避免開焊的情況。

東芝開發了一種自動化的技術，可以使用機器人對焊接部位進行檢測，避免破壞焊點。據統計，2018年世界汽車產量已達到9563萬臺。在汽車大規模產業化生產的今天，重大的行業革新即將到來。

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，再對變形部分進行復原。但是，近年來隨著車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。”

東芝公司研究開發本部生產技術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電廠領域中積累的技術，開發出了“Matrixeye?”這一超聲波檢測設備。從2004年起，“Matrixeye?”就已應用于實際，幫助進行非破壞性檢測。

“‘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行檢測，通過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，要實現準確測量，需要將發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。人工操作耗時耗力，是一個待解決的課題。”（高橋）

“Matrixeye?”及發射超聲波的檢測探頭

非破壞性檢測亟待優化，在這一挑戰下，通過機器人來控制自動化點焊檢測的構想誕生了。

點焊檢測機器人

點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?”發射超聲波將熔接部位進行3D圖像化時，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控制，要實現自動化，就需要解決保持平行度這一技術問題。

“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，然后依次調整參數（傾斜度），測量最大值。但是，這樣一來，就需要反復測量，測量時間相對較長。”（高橋先生）

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”這一實現手段。

“‘傾斜度推算引擎’是一種自動調整檢測探頭，測量角度的新技術，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，再通過機器人自動修正檢測探頭角度。這種方法可將檢測時間大大縮短。”（生產技術中心·齊藤真擴）

自動調整傾斜度

齊藤說道，開發團隊全員一致認為，如果只是單純的自動化，不能將檢測所需的速度提高到人力速度以上，就沒有意義。具有絕對優勢的速度是開啟省力化、低成本化之門的鑰匙，將會為汽車生產現場帶來巨大變革。開發出該技術后，保障實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，通過實際驗證實驗，積累更多的實驗數據，同時也在努力提高該技術的實用性。今后將會更多地聽取生產現場的聲音，進一步改善用戶體驗度。”（齊藤）

三、自動化“非破壞”檢測技術走向海外

為了能在1年內啟動這項點焊檢測技術，我們正在進行現實實驗。在今后勞動人口進一步減少的趨勢下，該技術很可能會讓汽車生產搭上一大“順風車”。

“對我們來說，首先要使該技術扎根于汽車制造領域，實現檢測的自動化，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現場就更加理想了。當然，未來也有可能進軍海外市場，海外的生產廠商原本就對非破壞性檢測有極大需求，可以說市場是相當大的。”（高橋）

這項技術在商業層面蘊含著巨大的發展可能，這也是東芝公司內部的技術資產有機結合的成果。

“我們所屬的研究開發本部擁有良好的氛圍，公司內部的各種技術靈活開放，讓我們能夠更有效地利用東芝的優勢技術。未來在MaaS¹概念的進一步發展中，公共車輛的需求也許會進一步增加。為迎接這樣的時代，生產現場需要更優質、高效地進行汽車制造，很期待我們的技術能夠對此有一定的貢獻。”（齊藤）
1 Mobility as a Service（移動服務）：通過靈活運用信息通信技術，能夠不局限于運營主體，將私家車以外的所有交通移動方式作為一個統一的服務、實現無縫銜接的全新的移動概念。

東芝結合多年的工業與通訊技術，致力人工智能領域，將創新的技術成果應用于具體的生產操作場景，賦能汽車行業，讓更易、更快、更優的生產現場成為可能。未來汽車行業將會發生什么樣的變化，我們拭目以待。

參與點焊檢測機器人開發的東芝研究開發本部
生產技術中心 機電解決方案推進部
牛島彰、齊藤真擴、千葉康德、高橋宏昌（左起）