為自適應(yīng)機(jī)器人焊接開(kāi)發(fā)WiseWELDING機(jī)器視覺(jué)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(dòng)焊接路徑修正來(lái)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(gè)月的時(shí)間內(nèi)，完成設(shè)計(jì)，原型制造，測(cè)試和部署一個(gè)能用來(lái)生產(chǎn)的完整系統(tǒng)。

The Solution:
開(kāi)發(fā)三維機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)WiseWELDING，它通過(guò)機(jī)器人焊接路徑來(lái)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(shí)可以感應(yīng)無(wú)縫“對(duì)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(guò)程中具有很多優(yōu)勢(shì)，如：運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，快速，精確，可重復(fù)性好，靈活以及能夠抗擊危險(xiǎn)環(huán)境。然而，對(duì)任何成功的高級(jí)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?jiǎng)訖C(jī)在于：在焊接過(guò)程中，零件的幾何尺寸通常在一定程度上有所不同。因此，實(shí)際的機(jī)器人焊接路徑不得不為每一個(gè)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(duì)每個(gè)路徑點(diǎn)進(jìn)行修正，這種方法耗時(shí)，重復(fù)，而且容易出現(xiàn)人為錯(cuò)誤。

自動(dòng)焊接路徑修正可以通過(guò)附加的視覺(jué)模塊來(lái)完成， 該模塊能實(shí)現(xiàn)實(shí)際路徑點(diǎn)的非接觸式傳感。這樣，修正就會(huì)變得更精確，重復(fù)性更好，通常比人工方法快10倍。

選擇開(kāi)發(fā)平臺(tái)時(shí)的注意事項(xiàng)

我們使用NI開(kāi)發(fā)平臺(tái)是因?yàn)樗峁┝烁邔哟蔚目焖賾?yīng)用開(kāi)發(fā)程序設(shè)計(jì)，而且它還是一個(gè)非常靈活的硬件平臺(tái)，易于實(shí)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?cè)贜I LabVIEW圖形化編程環(huán)境下開(kāi)發(fā)了這項(xiàng)應(yīng)用：用于圖像處理的NI視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊，用于定制I/O的LabVIEW FPGA模塊。通過(guò)使用第三方千兆位以太網(wǎng)驅(qū)動(dòng)支持，我們可以方便地集成用于圖像采集的高端視覺(jué)傳感器。

WiseWELDING

使用WiseWELDING自適應(yīng)焊接的第一步是用視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)無(wú)縫化機(jī)器人平臺(tái)進(jìn)行升級(jí)。接著，使用機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)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(guò)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(huì)自動(dòng)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(dòng)/停止裝置。NI高層次快速開(kāi)發(fā)工具在該領(lǐng)域的價(jià)值是無(wú)可估量的。無(wú)論是為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性能的機(jī)器人通信，自觸發(fā)和I/O接口，還是設(shè)計(jì)、制造定制視覺(jué)的原型和數(shù)據(jù)采集算法，我們都可以在短短幾個(gè)小時(shí)內(nèi)展開(kāi)，測(cè)試，優(yōu)化，最終確定并實(shí)現(xiàn)要求的功能。LabVIEW儀器I/O助手，現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)執(zhí)行模擬目標(biāo)，NI視覺(jué)助手和信號(hào)處理庫(kù)快速地獲得可用代碼，這大大節(jié)省了我們本應(yīng)該用來(lái)實(shí)現(xiàn)期望功能而進(jìn)行編碼的寶貴時(shí)間。這項(xiàng)工作和使用諸如“高級(jí)邊緣探測(cè)器”之類(lèi)NI高級(jí)視覺(jué)功能得到了定制開(kāi)發(fā)圖像和信號(hào)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(shí)現(xiàn)強(qiáng)大的實(shí)時(shí)性能，無(wú)論是黑色金屬還是不銹鋼，配對(duì)零件或是拉毛的，抑或是因刮痕，謬誤和周?chē)鷹l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(tái)多核的帶有 Windows操作系統(tǒng)的PC機(jī)處理單元中運(yùn)行，但是，由于時(shí)間、可靠性以及形式等制約因素，我們正在考慮為下一個(gè)任務(wù)使用NI實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)平臺(tái)，例如NI EVS-1464RT。有了選擇好的NI硬件和軟件開(kāi)發(fā)平臺(tái)，我們可以方便地對(duì)當(dāng)前產(chǎn)品設(shè)想進(jìn)一步的開(kāi)發(fā)、優(yōu)化和用戶化。