為自適應機器人焊接開發WiseWELDING機器視覺系統

TIG/GTAW在焊接節點開始的結果

作者:
Robert Modic, M.Sc. - Wise Technologies Ltd.

行業:
Manufacturing, 圖像設備

產品:
NI 9401, LabVIEW, PCI-7811R, cRIO-9151, FPGA模塊, NI 9426, 圖像開發工具包

挑戰:
用自動焊接路徑修正來取代人工操作。這種方案采用優質不銹鋼加工設備生產，它可以在兩個月的時間內，完成設計，原型制造，測試和部署一個能用來生產的完整系統。

解決方案:
開發三維機器視覺系統WiseWELDING，它通過機器人焊接路徑來適應相鄰零件間幾何變化。在工作窗口，它可以修復大的幾何位移(50×40 mm)，同時可以感應無縫“對接”接頭(差距大于或等于0.05 mm)。

"WiseWELDING可以達到所有特定用戶的要求，并且可以在兩個月之內實現相當于人工方法10倍的產量。"

關于機器人焊接

機器人焊接在生產過程中具有很多優勢，如：運動平穩，快速，精確，可重復性好，靈活以及能夠抗擊危險環境。然而，對任何 成功的高級應用而言，最重要的先決條件是掌握焊接技術。這種解決方案的主要動機在于：在焊接過程中，零件的幾何尺寸通常在一定程度上有所不同。因此，實際 的機器人焊接路徑不得不為每一個特定零件進行修正。可以采用機器人工具提示和操作人員主觀判斷的方式對每個路徑點進行修正，這種方法耗時，重復，而且容易 出現人為錯誤。

自動焊接路徑修正可以通過附加的視覺模塊來完成， 該模塊能實現實際路徑點的非接觸式傳感。這樣，修正就會變得更精確，重復性更好，通常比人工方法快10倍。

選擇開發平臺時的注意事項

我們使用NI開發平臺是因為它提供了高層次的快速應用開發程序設計，而且它還是一個非常靈活的硬件平臺，易于實現硬件和軟件的緊密集成。

此外，NI PCI-7811R R系列多功能數據采集卡和 NI C 系列 I/O 模塊NI 9151 R系列擴展機箱能為機器人提供最靈活及通用化的I/O接口。我們在NI LabVIEW圖形化編程環境下開發了這項應用：用于圖像處理的NI視覺開發模塊，用于定制I/O的LabVIEW FPGA模塊。通過使用第三方千兆位以太網驅動支持，我們可以方便地集成用于圖像采集的高端視覺傳感器。

WiseWELDING

使用WiseWELDING自適應焊接的第一步是用視覺系統對無縫化機器人平臺進行升級。接著，使用機器視覺檢測的方法確定制造好的零件的主要幾何尺寸。由于它的非接觸性，這一過程只需一次，而且通常很快。這之后就可以進行焊接了，系統會自動地適應相鄰零件間幾何變化。

所有的接縫布局都包括在內：銜接，V型銜接，重疊，角接，定制接縫以及它們的各種啟動/停止裝置。NI高層次快速開發工 具在該領域的價值是無可估量的。無論是為了實現實時性能的機器人通信，自觸發和I/O接口，還是設計、制造定制視覺的原型和數據采集算法，我們都可以在短 短幾個小時內展開，測試，優化，最終確定并實現要求的功能。LabVIEW儀器I/O助手，現場可編程門陣列(FPGA)執行模擬目標，NI視覺助手和信 號處理庫快速地獲得可用代碼，這大大節省了我們本應該用來實現期望功能而進行編碼的寶貴時間。這項工作和使用諸如“高級邊緣探測器”之類NI高級視覺功能 得到了定制開發圖像和信號處理功能的進一步支持，這樣就可以將由成像模塊，段和寄存功能得到的多模數據相關聯，而且可以在不同的環境下實現強大的實時性 能，無論是黑色金屬還是不銹鋼，配對零件或是拉毛的，抑或是因刮痕，謬誤和周圍條件而導致的混合表面反射率。

結論

目前的系統在一臺多核的帶有 Windows操作系統的PC機處理單元中運行，但是，由于時間、可靠性以及形式等制約因素，我們正在考慮為下一個任務使用NI實時操作系統平臺，例如NI EVS-1464RT。有了選擇好的NI硬件和軟件開發平臺，我們可以方便地對當前產品設想進一步的開發、優化和用戶化。