為自適應(yīng)機(jī)器人焊接開發(fā)WiseWELDING機(jī)器視覺系統(tǒng)

 Author(s):
Robert Modic, M.Sc. - Wise Technologies Ltd.

Industry:
Manufacturing, Machine Vision/Imaging

Products:
NI 9401, LabVIEW, PCI-7811R, cRIO-9151, FPGA Module, NI 9426, Vision Development Module

The Challenge:
用自動焊接路徑修正來取代人工操作。這種方案采用優(yōu)質(zhì)不銹鋼加工設(shè)備生產(chǎn)，它可以在兩個月的時間內(nèi)，完成設(shè)計，原型制造，測試和部署一個能用來生產(chǎn)的完整系統(tǒng)。

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

關(guān)于機(jī)器人焊接

機(jī)器人焊接在生產(chǎn)過程中具有很多優(yōu)勢，如：運動平穩(wěn)，快速，精確，可重復(fù)性好，靈活以及能夠抗擊危險環(huán)境。然而，對任何成功的高級應(yīng)用而言，最重要的先決條件是掌握焊接技術(shù)。這種解決方案的主要動機(jī)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(jī)器人焊接路徑不得不為每一個特定零件進(jìn)行修正?？梢圆捎脵C(jī)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(jìn)行修正，這種方法耗時，重復(fù)，而且容易出現(xiàn)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(xiàn)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(fù)性更好，通常比人工方法快10倍。

選擇開發(fā)平臺時的注意事項

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

此外，NI PCI-7811R R系列多功能數(shù)據(jù)采集卡和 NI C 系列 I/O 模塊NI 9151 R系列擴(kuò)展機(jī)箱能為機(jī)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(huán)境下開發(fā)了這項應(yīng)用：用于圖像處理的NI視覺開發(fā)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(wǎng)驅(qū)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(yīng)焊接的第一步是用視覺系統(tǒng)對無縫化機(jī)器人平臺進(jìn)行升級。接著，使用機(jī)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(jìn)行焊接了，系統(tǒng)會自動地適應(yīng)相鄰零件間幾何變化。

所有的接縫布局都包括在內(nèi)：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(fā)工具在該領(lǐng)域的價值是無可估量的。無論是為了實現(xiàn)實時性能的機(jī)器人通信，自觸發(fā)和I/O接口，還是設(shè)計、制造定制視覺的原型和數(shù)據(jù)采集算法，我們都可以在短短幾個小時內(nèi)展開，測試，優(yōu)化，最終確定并實現(xiàn)要求的功能。LabVIEW儀器I/O助手，現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)執(zhí)行模擬目標(biāo)，NI視覺助手和信號處理庫快速地獲得可用代碼，這大大節(jié)省了我們本應(yīng)該用來實現(xiàn)期望功能而進(jìn)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(fā)圖像和信號處理功能的進(jìn)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(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)，而且可以在不同的環(huán)境下實現(xiàn)強(qiáng)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(dǎo)致的混合表面反射率。

結(jié)論

目前的系統(tǒng)在一臺多核的帶有 Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)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(wù)使用NI實時操作系統(tǒng)平臺，例如NI EVS-1464RT。有了選擇好的NI硬件和軟件開發(fā)平臺，我們可以方便地對當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)想進(jìn)一步的開發(fā)、優(yōu)化和用戶化。