国产高端传感器,如何助力中国智造腾飞?

过去很长一段时间里,在高端智能传感器的关键行业、关键技术、高附加值应用上,国际品牌一直处于垄断地位,其中又以美国、日本、德国的品牌为代表。随着近年来云计算、人工智能、大数据等技术在国内逐渐成熟落地,传感技术自主可控成为了不可逆转的趋势。

值此背景下,国内许多企业开始布局高端智能传感器赛道,大批新技术、新装备的出现,促使3C生产制造环节朝着更快、更智能、更高精度的方向提升,带动3C电子产业智能制造迈上新台阶。

作为具有跨专业领域综合研发实力的国产高端工业传感器一线企业,海伯森技术(深圳)有限公司(以下简称“海伯森”)一直深耕先进传感技术研发,不断丰富产品线,在光学精密测量、工业2D/3D检测、机器人精密力控等领域已经形成了成熟的产品矩阵。近日,海伯森在3D视觉检测领域再次发力,正式发布中国首台集光、机、电、算技术于一体的3D闪测传感器——“大菠萝”HPS-DBL60。

海伯森3D闪测传感器“大菠萝”HPS-DBL60

该产品配备了业界顶级水准的CMOS感光元件、四位一体彩色投光单元和超低畸变远心光学系统。无需一秒,即可完成62×62mm工作区域的2D尺寸和3D轮廓的测量,重复测量精度可达到1μm。特别优化的光学系统和内置算法,大大提高了对高反光和黑色材料被测表面的适应能力,适合于各种3C、半导体、PCB、精密工件等产品的2D/3D外观和尺寸高精度在线测量。

借新产品发布之际,OFweek维科网·电子工程也有幸专访了海伯森CEO王国安博士,共同探讨国产传感器厂商助力中国智能制造高质量发展背后的逻辑。

聚焦高端传感,主抓技术研发

在访谈中了解到,海伯森创始人王国安是日本名古屋大学博士,深圳市“孔雀人才”。早年间在日本的求学和工作经历,让他在传感器研发领域积累了丰富的经验,同时日本社会严谨、专注的精神也对他产生了深刻的影响。回国后,王国安于2015年创办了海伯森,秉承日本所倡导的“工匠精神”,开始了高端传感器产品的研发。

自成立之初,海伯森就确立了“技术赢市场,诚信待客户”的经营原则,多年来一直坚持不断创新,并在高端工业传感器领域取得了不菲成绩。

海伯森技术(深圳)有限公司CEO,王国安博士

据王国安介绍,传感器是一门集合了数学、物理学、微电子学、力学、机械等于一体的复杂学科。回顾传感器发展史,大体可分为三代:第一代是结构型传感器,利用结构参量变化来感受和转化信号;第二代是20世纪70年代发展起来的固体型传感器,由半导体、电介质、磁性材料等固体元件构成;如今已步入了以智能型传感器为主的第三代传感器时代。

随着新一代信息技术的高速发展,以3C制造行业为首的劳动密集型产业,受到人口红利消失、技术迭代更新等因素的影响,各行业的自动化程度越来越高,自动化设备、工业机器人对于传感器的需求也在大量增长,促使着传感器朝着高端化、智能化发展。另一方面,工业环境中应用传感器的细分场景极多,尤其是在极端工况条件下,传感器需要抵抗震动、粉尘、高温、腐蚀等恶劣影响,这就要求现代传感器需同时具备高稳定性和高可靠性。

毫无疑问,高端传感器市场潜力巨大,但其技术难度大、研发周期长 ,一款传感器产品从概念到小批量、大批量进入市场往往需要两年半到三年半甚至更长时间,还不能保证成功,而想要落地终端行业,仍需要经过漫长的验证及试用周期。

业内不乏投入数年的时间进行高端传感器产品研发的业者,最终因为种种困难,产品开发不及预期,无法在市场立足而折戟沉沙,相比之下,将相同的时间与资金投入类似互联网、金融等其他领域,则可能更容易获得成果。

“我们一直坚信,海伯森不做简单的事情,而是要去做难的事情,因为只有克服了真正困难的挑战,才会在最后爆发出极大的价值。”王国安对此自信且自豪的表示,早期的海伯森也经历了同样的艰难时刻,在逐一解决人才短缺、研发时长、技术创新、获客渠道等难题后,如今再回首审视,无疑是一笔宝贵的财富。

如今,海伯森通过多年的技术沉淀,从研发理念、组织架构、研发流程和管理制度上进行系统的构建,建立起了属于自己的技术研发体系。多年积累,海伯森已是国家高新技术企业,公司已通过ISO9001质量管理体系认证和ISO14001环境管理体系认证,在力学、光学、机械、电子、算法等方面均拥有自主核心技术,取得了数十项产品自主知识产权。目前,海伯森掌握了多项前沿高端传感技术,并持续推出业内领先的高性能工业传感器产品。

核心技术自主可控乃大势所趋

虽然近年来国内的智能传感器无论是在技术还是应用领域,都取得了巨大进步,但总体来看仍然存在不足。王国安告诉OFweek维科网·电子工程,当他还在日本的时候,中国很少有很好的技术和产品来支撑高端智能传感器领域的市场发展,因此还得大量依赖国外进口,这导致欧美以及日本的企业每年都在中国赚得钵满盆盈。事实上,伴随着中国的崛起,实现核心技术的自主可控是必然趋势。

公开数据显示,中国市场上的高端传感器进口占比达85%,国产化率非常低。王国安认为,主要原因在于两点:一是国内传感器厂商基础积累比较薄弱;二是传感器产品的研发极度依赖“经济成本”与“时间成本”。除此之外,还要重点保证核心技术的自主可控。

“以一台自动化检测设备为例,其中的外壳、平台、电机驱动等模块都是很常规的部分,真正实现这台设备进行高精度检测等功能,其核心还是在于工业传感器,”王国安表示,“高端工业传感器在当前工业设备中扮演着核心零部件的角色,这也是为什么过去谈传统传感器而如今都在谈智能化传感器的原因,就是因为基于工业级场景下,它丰富了精度、传输、算法等更加细化的功能。”

值得注意的是,高端工业传感器在实现生产过程中的数据采集时,机器视觉技术的出现赋予了生产制造“智慧之眼”。相比人类视觉,机器视觉检测优势明显,因为其检测效率高、速度快、精度高、可靠性好,工作时间更长、信息方便集成、能适应恶劣环境。随着深度学习、3D视觉、高精度成像技术的持续发展,机器视觉的性能优势将进一步加大。

助力中国智造,国产替代正当时

公开数据显示,国内传感器市场年复合增长率超过11%,预计2023年市场总量将超过2500亿元。然而,当前国产工业厂商在购买高精度、高可靠性的传感器时大多偏爱国外品牌,对于国产品牌存在一定刻板印象,认为国产的质量得不到保障。但随着近两年来新冠肺炎疫情,以及国际贸易摩擦加剧等因素影响,许多厂商将目光投向了国产传感器。

王国安告诉OFweek维科网·电子工程:“以前很多集成商为了安心,更愿意花大价钱购置国外的传感器,但是由于外部环境变化,许多厂商开始主动找到我们来测试产品,结果发现原来国产传感器也能做得很好。所以如今国内传感器厂商其实肩负起了打破高端工业传感器‘卡脖子’局面的重任。在高端工业传感器领域,海伯森也会全力以赴研发高精度、高可靠性产品,以帮助国内缓解当前的供需压力。”

国外高端传感器发展时间悠久,产品在实践中不断进行迭代更新,所以才有了今天的高品质。海伯森在工业场景实践的经验不如国外厂商几十年的技术积累的条件下,无疑更需要一颗耐得住寂寞的心。王国安表示,“高端工业传感器技术不是通过大量堆砌人力、物力、财力就能解决的,最难突破的还是在于时间维度上。我们哪怕是坐五年、十年冷板凳,也要在这个行业当中去深挖下去。总之,要想成功没有捷径可走,唯有埋头苦干。”

总体而言,高端工业传感器目前正处于一个庞大的增量市场,随着5G到来,无论是在技术上还是应用场景上都会实现大的突破。王国安表示,未来,海伯森一方面将保持研发投入力度,依靠多年来积累的行业经验,继续沿着高端工业传感器方向去深耕,扩大技术壁垒,做出更多更好的高可靠性、高性能产品提供给终端客户。另一方面,海伯森也会瞄准未来趋势,从与工业比较接近的领域出发,去提供更多的高附加值产品和服务,助力中国智造腾飞。