走近激光焊接机器人迎接新一轮智造行业革新浪潮

  激光技术被誉为是20世纪最伟大的发明之一，被称为“最快的刀”、“最准的尺”和“最亮的光”。随着激光技术的逐渐成熟与其独特的技术优势，被大范围的应用到工业制造领域。机器人，制造业的“明珠”，推动工业人机一体化智能系统升级的重要力量。激光与机器人的完美结合，使人机一体化智能系统向着更高质量、更高水平发展，带动人机一体化智能系统层级跃升。

  激光+机器人的组合，克服了传统激光加工弊端，让激光实现了更多用途的应用。目前激光+机器人应用大致上可以分为机器人+激光焊接、机器人+激光切割、机器人+激光熔覆三种。其中，激光焊接机器人率先实现了规模化应用。据MIR睿工业调研，目前激光焊接机器人占整体出货量的80%，其次是激光切割（15%）和激光熔覆（5%）。

  激光焊接机器人技术集高精度、高速度、高灵活性和自动化程度于一体，能够在复杂环境下完成精密焊接任务，在减少人力成本的同时，提高生产效率和质量稳定性，发展前途广阔。

  激光焊接机器人主要由机器人本体、激光发生器、激光焊接头、控制柜、焊接电源、送丝机构、示教器组成。与传统焊接机器人相比，激光焊接机器人增加了激光发生器和更精密的控制管理系统，使得激光焊接机器人可以有效的进行高精度、高质量的焊接作业。

  激光技术具备能量集中、基本无飞溅、免打磨、工艺简单等特点，对焊接的技术工艺技术要求比氩弧焊要简单，不需要太资深的焊工操作，适用于薄板、外观要求高、免打磨等应用场景，如铝、碳钢、不锈钢、镀锌类金属合金的焊接。

  激光焊接机器人在五金家电，尤其是小家电、健身器材、金属家具等行业有较好的替代优势；

  汽车行业附加值高，具有产品规模大，市场空间广等特点，未来是一个重点应用方向，如排气管、底盘件、钣金件等；

  随着激光技术进步，激光焊接机器人对焊接的灵活性以及兼容性，将更加适用于工程机械、船舶等中厚板高难度领域的发展需求，取代部分气保焊。

  不论从场景还是行业的应用，激光焊接都有着诸多的技术优势。但从实际生产端看，机器人激光焊接市场规模依然比较小，且基本以外资机器人厂商为主。

  根据MIR睿工业数据统计，2023年中国激光焊接机器人应用市场规模约3000多台。其中，外资厂商Fanuc在行业内几乎处于垄断地位，其次是安川。而国内做激光焊接机器人的厂商还很少，代表厂商有卡诺普、埃斯顿、钱江和凯尔达等。据MIR睿工业数据统计，目前外资和内资分别占整体市场的80%和20%左右。

  客观来说，虽然激光技术有着良好的发展前途，但激光焊接机器人的解决方案在机器人本身、精度及焊接工艺方面仍面临着诸多挑战尚待解决。这些挑战不仅关乎技术的进步，也直接影响到产品的可靠性和用户的满意度。

  碰撞问题。激光焊接时机器人通常与工件较近，极易发生碰撞，而两者精度要求高，在碰撞后保证工件、机器人无损和焊点无偏差很难，频繁碰撞让最终用户和集成商非常痛苦；

  速度的平稳性和轨迹精度。由于激光光斑比较小，对焊缝的容忍度低，因此在极端速度下保持高精度是一大挑战；

  工艺适配问题。激光焊接有独特工艺，需要针对其特点开发合适的工艺建议，如缓升、缓降、粘丝检测、调节功率、频率和波形等，以满足焊接质量要求。

  一方面，这些难点扼制了激光焊接技术的快速发展。另一方面，受市场规模较小的影响，当前入局的机器人厂商并不多，市场没有过多的投入和开发，以外资为主导的激光焊接技术当前主要服务于大规模的公司，而忽视了中小企业的定制需求。

  针对激光焊接机器人的应用痛点，国产焊接机器人领军企业卡诺普率先给出了解决方案。

  自2021年手持激光焊行业迎来了快速的增长，特别是到2023年，约有15万台手持激光器进入市场。随着产品、技术的迭代和前段下料设备的高精度化，以及成本的下降，未来将拓宽更多的应用场景。

  卡诺普敏锐地注意到行业发展前途，提前布局产品和技术的迭代。2022年，卡诺普发现一些做气保焊的集成商自发地形成了用机器人配上手持激光、激光头或机用头去做一些行业应用，卡诺普立马组织专业方面技术团队对激光焊技术和生态情况深入调研，潜心钻研。卡诺普采用横向看行业，纵向看工艺的战略，充分的发挥其在焊接领域的技术创新和行业积累，从场景和行业两个角度去深挖、突破，从根本解决客户痛点。

  2024年卡诺普正式推出激光行业先锋队，围绕客户和行业需求，从机器人功能、接口、性能和工艺四个维度进行专项研发，面向市场隆重推出三款激光专用机器人，并领先于行业，采取了激光焊接机器人同轴防碰撞技术。

  在意外急停时能保证机器人100%停止，机器人意外碰撞时，机器人456轴伺服软化，人能手动拖拽快速复位，快速生产，避免因碰撞造成的设备损坏和停机时间，提高生产效率的同时保证人员和设备的安全，为提升激光焊的安全性迈出了一大步。根据焊接工艺特点重新设计激光控制板卡以及激光工艺，将激光工艺参数与运动控制、送丝控制等关键环节融合到控制器中，提升焊接质量和激光焊接工艺的适应性。

  不满足于原来的技术积淀，卡诺普针对激光焊接机器人精度稳定性与焊接工艺精益求精。

  • 针对工艺，卡诺普借鉴气保焊同轴防碰撞原理，研发出激光专用的同轴防碰撞技术，在意外碰撞时能快速停机，避免进一步损坏激光头，大幅度的降低了碰撞对焊接精度的影响。同时，配置了伺服送丝和步进送丝，防止过程中的粘丝。

  • 在激光应用中，它有着独特的工艺属性，比如缓升、缓降以及工件运动中的调节工艺，围绕着应用，卡诺普开发了专门的工艺界面和激光控制板卡，达到运动控制、送丝控制与激光焊接工艺的融合，方便集成商和用户更便捷地使用，拓展更多应用场景。

  针对机器人行进过程中的抖动，开展摩擦力补偿，机器人外部扰动力矩补偿研究降低行进过程中的抖动，提升轨迹精度，保证激光小圆切割等高轨迹精度应用场合的切割精度。

  针对机器人到点定位慢的痛点，开展快速定位抑振技术，大幅度降低定位时间，相对于原有控制策略提升效率可达到20%，达到了可以与国际一线品牌相媲美的水平。

  针对变姿态时的抖动情况，通过研究机械部件的抑振措施，优化装配工艺，降低机械部件摩擦力，降低抖动幅度，保证变姿态运行时的轨迹精度，进一步应用到三维切割场景。

  • 在激光切割、熔覆应用中，还开发了简便化的切割、熔覆指令，方便现场快速编程。

  • 卡诺普还针对激光电弧复合，推出了50kg系列机器人，臂展从2.1米到2.7米，并且软件具备同时控制激光和气保焊的工艺界面，方便现场使用。而且基于卡诺普的电弧的工艺研究基础，可以联合开发激光电弧复合工艺。

  根据MIR睿工业数据统计，2024年卡诺普激光焊接机器人应用出货量已具有一定的规模，在国产企业中已经取得身位上的优势。并已实现激光焊接机器人出海，势头正猛。不断地进步的卡诺普，不再是焊接领域的“隐形冠军”，而是攀高向新，挺立在人机一体化智能系统革新潮头。

  激光焊接机器人仿若一座蕴藏无限可能的宝藏，潜力惊人，在智能制造蒸蒸日上的浪潮中，正崭露头角。随着卡诺普等一批国产厂商的投入，为该领域注入源源不断的活力，能否复制甚至超越2019年气保焊的辉煌成就虽未可知，但令人期待。

  要实现这一愿景，国产厂商还需克服一系列挑战，包括提高核心技术的自主创造新兴事物的能力、减少相关成本以适应更广泛的市场需求、提升使用者真实的体验和服务的品质等。但我们坚信，慢慢的变多的国产机器人品牌将为市场带来更多惊喜表现，机器人激光焊接的未来充满无限可能。

  • 使用紧凑式电柜，尺寸小，可立放或者平放，占地小，同时可方便集成于平台焊或激光主机箱内部；

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  MIR 睿工业精于工业领域研究，针对工业领域的细分行业都成立了专业研究团队来进行跟踪和服务，为客户提供兼备全球化视野与本土化业务结合的咨询服务。