眾所周知，傳感器作為工業(yè)4.0時(shí)代的重要基石，在“中國制造2025”、“‘十四五’國家科技創(chuàng)新規(guī)劃”、“新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃”等多個規(guī)劃里面，都將傳感器的研發(fā)作為規(guī)劃重點(diǎn)之一。

　　根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)ReportLinker報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)到 2025年全球傳感器市場規(guī)模將達(dá)到1285.6億美元，在 2020-2025年期間，復(fù)合年增長率為8.86%。從應(yīng)用領(lǐng)域來看，工業(yè)、汽車電子、通信電子、消費(fèi)電子占據(jù)著國內(nèi)傳感器的最大市場，其中工業(yè)和汽車電子產(chǎn)品領(lǐng)域的傳感器占比最大，發(fā)展速度最快的是汽車電子和通信電子應(yīng)用市場。國內(nèi)傳感器技術(shù)正處于創(chuàng)新突破的關(guān)鍵階段，并體現(xiàn)向集成化、微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的大趨勢。

　　如何將精度越來越高、種類越來越多的傳感器應(yīng)用于智能制造時(shí)代，行業(yè)里普遍有兩種思路：做加法和新應(yīng)用。

　　做加法：多傳感器協(xié)助機(jī)器人精確裝配

　　在初級裝配生產(chǎn)線中，工業(yè)機(jī)器人以固定的角度和姿態(tài)，完成簡單的組裝、配送、檢測等工作。大批量、高強(qiáng)度是這類生產(chǎn)線的特點(diǎn)，出于預(yù)算及施工周期的考慮，許多企業(yè)在靈活性和成本中選擇了后者。不僅舍棄了裝配線未來改造的可能，采購的傳感器也僅達(dá)到基本需求，造成上下料配送系統(tǒng)誤差大、自動化程度低，因此很難滿足產(chǎn)品高精度的裝配要求，更切斷了二次升級改造的可能。

　　為了解決這些裝配時(shí)的痛點(diǎn)，生產(chǎn)企業(yè)往往會采用 “做加法”的方式，即加入不同的傳感器，實(shí)現(xiàn)多維度數(shù)據(jù)采集反饋，以滿足裝配精度需求。

　　以汽車行業(yè)為例，機(jī)械臂在裝配作業(yè)時(shí)需要旋轉(zhuǎn)工件、夾具等設(shè)備，由于工件差異，旋轉(zhuǎn)時(shí)容易產(chǎn)生不可察覺的加速度變化，使加速度傳感器產(chǎn)生誤差，影響最終精度。這時(shí)，需要引入專為感應(yīng)旋轉(zhuǎn)設(shè)計(jì)的傳感器。例如，假設(shè)3軸加速度傳感器繞著指向地球的z軸旋轉(zhuǎn)，而x軸和y軸與地球平行，則Z軸將繼續(xù)測量1g，而X和Y 軸仍為0g。在這種情況下，沿Z軸旋轉(zhuǎn)加速度傳感器將不會產(chǎn)生讀數(shù)發(fā)生變化。

　　還是以汽車裝配為例，焊接、打磨等特殊加工工藝全在裝配過程中，因高溫、閃光，會產(chǎn)生零件公差疊加，影響傳感器讀數(shù)，導(dǎo)致一定的誤差，難以實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的自動化裝配。激光焊縫跟蹤傳感器的加入，大大提高其在自動化裝配應(yīng)用中的精度。在點(diǎn)膠貼片、封裝焊接、PCB板及陶瓷板裝配、激光打標(biāo)等應(yīng)用上，激光傳感器能輕松準(zhǔn)確地幫助裝配機(jī)器人進(jìn)行初始系統(tǒng)設(shè)置。這簡化了零件固定或尺寸公差問題，從而提高了裝配質(zhì)量。

　　除了復(fù)雜多變的裝配環(huán)境外，新型表面材料的出現(xiàn)、裝配工藝的升級也對傳感器精度提出了新的挑戰(zhàn)。

　　以3C電子、半導(dǎo)體裝配中的點(diǎn)膠貼片為例。傳統(tǒng)點(diǎn)膠機(jī)主要以機(jī)器視覺定位，或通過軟件算法進(jìn)行偏移補(bǔ)償運(yùn)算來進(jìn)行點(diǎn)膠機(jī)針頭零點(diǎn)校準(zhǔn)。隨著曲面屏、柔性電子材料應(yīng)用的增多，傳統(tǒng)點(diǎn)膠機(jī)容易產(chǎn)生定位不準(zhǔn)，涂抹不均勻、化學(xué)液溢出等情況。激光對針傳感器的加入可有效緩解這一痛點(diǎn)。

　　通過發(fā)射兩條對射光路，激光對針傳感器搭建起一個二維坐標(biāo)體系。當(dāng)針頭處于正確位置時(shí)將同時(shí)阻斷兩條光路的發(fā)射、接收，即可得到X軸和Y軸的零點(diǎn)數(shù)據(jù)。垂直移動針頭使光路恢復(fù)時(shí)，即可得到Z軸零點(diǎn)，從而得到三軸的絕對位置校正和零點(diǎn)復(fù)位，重復(fù)精度可達(dá)0.01mm。此外，激光對針傳感器能動態(tài)檢測裝配數(shù)據(jù)，動態(tài)調(diào)節(jié)，控制針頭實(shí)時(shí)運(yùn)動以消除裝配過程中產(chǎn)生的誤差，滿足裝配機(jī)器人高精度零點(diǎn)定位的要求。

　　總而言之，借助多傳感器的數(shù)據(jù)補(bǔ)償，不僅將返工、修整和報(bào)廢的成本降至最低，還能配合上下料、物流配送、協(xié)同操作人員，更高效靈活。

　　新柔應(yīng)性用裝配：線，應(yīng)用更自如

　　隨著裝配自動化需求不斷的升級，制造業(yè)對精度的需求越來越高，除了添加不同的傳感器獲得更多數(shù)據(jù)來提升裝配精度外，最根本的辦法是提升傳感器性能及研發(fā)出新型傳感器，來滿足以往無法實(shí)現(xiàn)的需求，開拓自動化裝配的新疆土。

　　同樣以汽車裝配行為為例，傳統(tǒng)裝配線中，機(jī)械臂從位置控制單元獲得空間、距離等參數(shù)，沿著事先規(guī)劃好的軌跡在封閉、確認(rèn)的空間中完成生產(chǎn)裝配動作。視覺傳感器的加入，使裝配機(jī)器人具備一定適應(yīng)外界可變環(huán)境的能力。但隨著裝配對象越來越多樣化，機(jī)械臂和工作面的接觸常常是未知的復(fù)雜曲面，因而這種力/力矩的感知，必須是多維的。多維力傳感器在此基礎(chǔ)上應(yīng)運(yùn)而生，并獲得了廣泛的應(yīng)用空間。

　　以目前較常見的六維力傳感器（6-Dimension Force Torque Sensor）為例，是指測量空間X、Y、Z三個方向上的力和扭矩的傳感器。它屬于力傳感器，能同時(shí)轉(zhuǎn)換多維力/力矩信號為電信號，可用于監(jiān)測方向和大小不斷變化的力與力矩和測量加速度或慣性力以及檢測接觸力的大小和作用點(diǎn)。

　　六維力傳感器的加入，可以幫助裝配機(jī)器人感知力與扭矩的變化，以完成更復(fù)雜的工作。如精密裝配、力控柔性抓取、拋光打磨、插拔拼裝等，其工作質(zhì)量直接取決于機(jī)器人對力的感知與控制精度和速度。對此，行業(yè)中普遍認(rèn)為，多維力控是繼機(jī)器視覺后另一種重大傳感器應(yīng)用領(lǐng)域。

　　有意思的是，隨著裝配機(jī)器人的精度越來越高，目前部分企業(yè)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了 “用機(jī)器人裝配傳感器”，“用機(jī)器人裝配機(jī)器人”。

　　物聯(lián)網(wǎng)：傳感器的另一必經(jīng)之路

　　在工業(yè)4.0 + 5G趨勢下，除了性能的不斷突破外，傳感器的物聯(lián)網(wǎng)功能決定了工廠的數(shù)字化程度。沒有物聯(lián)網(wǎng)這一平臺的支持，再強(qiáng)勁的傳感器也無法幫助中國工業(yè)實(shí)現(xiàn)質(zhì)的飛躍。

　　十四五規(guī)劃中明確提出要把發(fā)展經(jīng)濟(jì)的著力點(diǎn)放在實(shí)體經(jīng)濟(jì)之上，給予高端制造和智能制造大力關(guān)注。5G通信技術(shù)的低時(shí)延、高可靠性和廣覆蓋的特點(diǎn)有助于實(shí)現(xiàn)云控制平臺對智能制造裝備實(shí)現(xiàn)更為底層的操作，確保操作的時(shí)效性，使得工業(yè)機(jī)器人、傳感器等設(shè)備之間的協(xié)調(diào)更緊密，實(shí)現(xiàn)智能裝備的大規(guī)模、靈活化部署。在大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)的強(qiáng)大支撐下，工業(yè)加工、制造業(yè)生產(chǎn)的整個產(chǎn)業(yè)鏈會越來越精細(xì)化，“柔性”將是未來工業(yè)加工和制造業(yè)生產(chǎn)的核心競爭力?；?G技術(shù)的數(shù)字化工廠已成為機(jī)器人及智能制造領(lǐng)先企業(yè)，如 ABB、KUKA等企業(yè)的戰(zhàn)略方向。

　　目前我國自動化程度仍整體落后于發(fā)達(dá)國家，自動化裝配解決方案在各行業(yè)的應(yīng)用水平更是嚴(yán)重失衡。除了常見的汽車、3C行業(yè)外，裝配傳感器在設(shè)備管理、備料、物流運(yùn)輸、包裝等領(lǐng)域有著更廣泛的應(yīng)用空間。

　　展望未來，用于裝配的傳感器產(chǎn)業(yè)發(fā)展與應(yīng)用前景可期。這主要是因?yàn)橹袊圃鞓I(yè)門類齊全且規(guī)模巨大，制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級市場潛力巨大。隨著 5G、人工智能、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新興技術(shù)與傳感器融合發(fā)展，更將推動傳感器在裝配線上大放異彩，更靈活、更智能、更能干。

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