AI改造激光焊接檢測(cè)！“過(guò)殺”率暴降50%，國(guó)際頭部客戶產(chǎn)線已用上

白交 2025-07-29 16:37:32 來(lái)源：量子位

允中 發(fā)自 凹非寺

量子位 | 公眾號(hào) QbitAI

精密制造行業(yè)的生產(chǎn)產(chǎn)線，講求精準(zhǔn)與穩(wěn)定，向來(lái)是硬科技的競(jìng)技場(chǎng)。在這輪AI重塑千行百業(yè)的浪潮中，可能沒(méi)有比精密制造更適合AI改造的場(chǎng)景了。

在7月北京舉辦的第三屆國(guó)際供應(yīng)鏈博覽會(huì)上，一套激光焊接在線檢測(cè)系統(tǒng)展示了AI+先進(jìn)制造檢測(cè)的真實(shí)落地效果：

基于深度學(xué)習(xí)的AI檢測(cè)模型，焊接檢測(cè)“過(guò)殺”率降低了50%，且實(shí)現(xiàn)了更智能的故障診斷，使得產(chǎn)線檢測(cè)精度和生產(chǎn)效率大幅提升。

這套激光焊接在線檢測(cè)系統(tǒng)由廣州德擎光學(xué)科技研發(fā)，搭載自主研發(fā)的AI與光電檢測(cè)深度融合的專(zhuān)利檢測(cè)技術(shù)，包括AI參數(shù)調(diào)節(jié)、AI降過(guò)殺、AI故障診斷等功能，目前已被國(guó)際頭部消費(fèi)電子客戶的產(chǎn)線采用。

△德擎光學(xué)激光焊接檢測(cè)設(shè)備在第三屆鏈博會(huì)現(xiàn)場(chǎng)展出

加工越精密，過(guò)程控制越嚴(yán)苛

激光焊接具有熱輸入小、精度高、速度快等特性，是精密制造的關(guān)鍵工藝。也正由于激光焊接具備高精密特性，因此微小的過(guò)程異常也可能造成質(zhì)量缺陷。

激光焊接涉及復(fù)雜的物理冶金過(guò)程，如熔池動(dòng)態(tài)、熱積累、晶粒生長(zhǎng)等，過(guò)程中易產(chǎn)生氣孔、裂紋、翹曲變形等缺陷。由于激光焊接過(guò)程呈現(xiàn)明顯的多光譜輻射特性，可見(jiàn)光波段表征金屬蒸汽噴發(fā)量和飛濺程度，反射激光表征工件對(duì)激光的吸收情況，近紅外波段則反映熔池的溫度波動(dòng)情況。通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)焊接過(guò)程中產(chǎn)生的光輻射，并將光輻射轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，再對(duì)電信號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析與異常識(shí)別，及時(shí)發(fā)出告警，從而輔助實(shí)現(xiàn)過(guò)程干預(yù)與質(zhì)量控制，降低缺陷發(fā)生率。

△德擎光學(xué)激光焊接在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件界面

這是德擎光學(xué)激光焊接在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的軟件界面，光電信號(hào)能反映焊接的狀態(tài)以及過(guò)程中有無(wú)缺陷的產(chǎn)生。

德擎光學(xué)采用的這一套面向激光焊接的光電檢測(cè)方案，雛形始自2016年底。彼時(shí)，國(guó)內(nèi)還沒(méi)有生產(chǎn)激光焊接傳感器的廠商，德擎光學(xué)聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術(shù)總監(jiān)白天翔博士等人決定回國(guó)創(chuàng)業(yè)。公司創(chuàng)立后的2-3年時(shí)間，專(zhuān)注于將技術(shù)、概念原型甚至學(xué)術(shù)理論轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品。2019年，激光焊接在線缺陷檢測(cè)儀（WDD）面世。

此后，針對(duì)激光焊接流程不同環(huán)節(jié)的需要，德擎光學(xué)將產(chǎn)品矩陣拓展至焊前控制、焊中監(jiān)測(cè)與焊后測(cè)量，相繼推出激光焦點(diǎn)測(cè)量?jī)xLFS、激光功率檢測(cè)儀LPM、激光焊接過(guò)程熔深測(cè)量?jī)xWDM、光學(xué)斷層掃描測(cè)量?jī)xOTS等。

用AI革新傳統(tǒng)焊接檢測(cè)算法

傳統(tǒng)的光電探測(cè)對(duì)焊接過(guò)程的檢測(cè)算法，一般是通過(guò)比對(duì)當(dāng)前焊接信號(hào)與正常信號(hào)生成的基準(zhǔn)，提取差異并計(jì)算如信號(hào)的波動(dòng)極限、平均偏移量、方差等信號(hào)特征，然后依據(jù)是否超出設(shè)定閾值范圍進(jìn)行缺陷檢出。

該檢測(cè)方式的優(yōu)勢(shì)是初期僅需少量數(shù)據(jù)便可建立基準(zhǔn)設(shè)定閾值，便于快速部署，可以區(qū)分絕大部分合格（OK）和不合格（NG）信號(hào)。但劣勢(shì)也很明顯——檢測(cè)精度和效率都高度依賴人工經(jīng)驗(yàn)，無(wú)法如計(jì)算機(jī)一樣遍歷所有特征閾值范圍組合，對(duì)于波形相近的樣品判定無(wú)能為力，導(dǎo)致一定比例的合格（OK）工件被誤判為NG工件（即“過(guò)殺”）。

為了突破傳統(tǒng)檢測(cè)瓶頸，德擎光學(xué)采用基于深度學(xué)習(xí)的端到端模型進(jìn)一步提升檢測(cè)的準(zhǔn)確率。

基于激光焊接缺陷檢測(cè)系統(tǒng)WDD在真實(shí)產(chǎn)線在線采集的加工結(jié)果，德擎光學(xué)研發(fā)團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了高覆蓋、高標(biāo)簽質(zhì)量的產(chǎn)線數(shù)據(jù)集，并以此訓(xùn)練出一個(gè)“取于產(chǎn)線，用于產(chǎn)線”的智能檢測(cè)系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用中，NG數(shù)據(jù)樣本往往難以獲得，而德擎光學(xué)團(tuán)隊(duì)得益于多年來(lái)對(duì)激光焊接機(jī)理的深入研究，以及對(duì)產(chǎn)線NG信號(hào)關(guān)聯(lián)的故障模式分析，實(shí)現(xiàn)僅需要至少50個(gè)NG樣本，生成超過(guò)50,000個(gè)模擬NG樣本的數(shù)據(jù)增強(qiáng)算法，解決了AI模型訓(xùn)練的數(shù)據(jù)不平衡問(wèn)題。

依據(jù)以上產(chǎn)線數(shù)據(jù)與深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)思路，團(tuán)隊(duì)構(gòu)建了一個(gè)面向焊接缺陷檢測(cè)的AI模型。其模型框架靈活，可拓展包括卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）、遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（RNN）、隨機(jī)森林（RF）、支持向量機(jī)（SVM）等多種算法結(jié)構(gòu)。

團(tuán)隊(duì)?wèi)?yīng)用真實(shí)產(chǎn)線NG數(shù)據(jù)對(duì)模型進(jìn)行多輪訓(xùn)練，使其學(xué)習(xí)得到的缺陷分布貼近實(shí)際工況下的缺陷分布，最終得到一個(gè)子模型；重復(fù)這一步，則得到多個(gè)子模型，隨后采用集成模型方法，將多個(gè)子模型集成為統(tǒng)一的機(jī)器學(xué)習(xí)模型。該模型經(jīng)多輪驗(yàn)證，已具備穩(wěn)定判定數(shù)據(jù)符合性的能力，可直接應(yīng)用于產(chǎn)線部署。

經(jīng)過(guò)訓(xùn)練后，AI選取WDD在線監(jiān)測(cè)的NG結(jié)果，進(jìn)行智能再判，更新判定結(jié)果提升判定準(zhǔn)確性。至此，AI模型成功應(yīng)用于激光加工過(guò)程的缺陷檢測(cè)，輸出缺陷判定結(jié)果（OK/NG）、缺陷類(lèi)型及工藝改進(jìn)措施。

△德擎光學(xué)AI降“過(guò)殺”效果圖

除了降“過(guò)殺”，AI融合檢測(cè)還應(yīng)用于激光焊接故障診斷，通過(guò)監(jiān)測(cè)批量工件的激光焊接質(zhì)量的信號(hào)趨勢(shì)，靈敏感知產(chǎn)線變化和加工參數(shù)異常，從單個(gè)工件缺陷檢測(cè)進(jìn)階到全產(chǎn)線缺陷預(yù)警，實(shí)時(shí)調(diào)整產(chǎn)線參數(shù)，提升產(chǎn)線良率。

AI給先進(jìn)制造檢測(cè)帶來(lái)更多可能性

據(jù)德擎光學(xué)聯(lián)合創(chuàng)始人兼技術(shù)總監(jiān)白天翔博士介紹，德擎光學(xué)的AI融合檢測(cè)還將陸續(xù)推出更多功能，包括AI物理參數(shù)回歸、AI缺陷分類(lèi)等，并與焊前控制、焊中監(jiān)測(cè)、焊后測(cè)量多款光學(xué)傳感器數(shù)據(jù)打通，實(shí)現(xiàn)對(duì)激光焊接焦點(diǎn)、熔深、功率、焊縫形貌等維度的全方位全鏈條精準(zhǔn)檢測(cè)。

與此同時(shí)，德擎光學(xué)將進(jìn)一步提升AI融合檢測(cè)的功能表現(xiàn)，并通過(guò)數(shù)字孿生技術(shù)實(shí)現(xiàn)工藝參數(shù)的實(shí)時(shí)閉環(huán)優(yōu)化。

目前，德擎光學(xué)已服務(wù)100余家客戶，有5000多臺(tái)設(shè)備在全球客戶現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行。作為國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的先進(jìn)制造檢測(cè)及控制技術(shù)專(zhuān)家，德擎光學(xué)為消費(fèi)電子、動(dòng)力電池、汽車(chē)、家電、航空航天等行業(yè)客戶提供激光焊接質(zhì)量全過(guò)程監(jiān)控解決方案。隨著這套AI融合檢測(cè)系統(tǒng)在更多領(lǐng)域的應(yīng)用和普及，中國(guó)智造正在激光焊接領(lǐng)域樹(shù)立起新的質(zhì)量檢測(cè)標(biāo)桿。