为自适应机器人焊接开发WiseWELDING机器视觉系统

 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:
用自动焊接路径修正来取代人工操作。这种方案采用优质不锈钢加工设备生产，它可以在两个月的时间内，完成设计，原型制造，测试和部署一个能用来生产的完整系统。

The Solution:
开发三维机器视觉系统WiseWELDING，它通过机器人焊接路径来适应相邻零件间几何变化。在工作窗口，它可以修复大的几何位移(50×40 mm)，同时可以感应无缝“对接”接头(差距大于或等于0.05 mm)。

关于机器人焊接

机器人焊接在生产过程中具有很多优势，如：运动平稳，快速，精确，可重复性好，灵活以及能够抗击危险环境。然而，对任何成功的高级应用而言，最重要的先决条件是掌握焊接技术。这种解决方案的主要动机在于：在焊接过程中，零件的几何尺寸通常在一定程度上有所不同。因此，实际的机器人焊接路径不得不为每一个特定零件进行修正。可以采用机器人工具提示和操作人员主观判断的方式对每个路径点进行修正，这种方法耗时，重复，而且容易出现人为错误。

自动焊接路径修正可以通过附加的视觉模块来完成， 该模块能实现实际路径点的非接触式传感。这样，修正就会变得更精确，重复性更好，通常比人工方法快10倍。

选择开发平台时的注意事项

我们使用NI开发平台是因为它提供了高层次的快速应用开发程序设计，而且它还是一个非常灵活的硬件平台，易于实现硬件和软件的紧密集成。

此外，NI PCI-7811R R系列多功能数据采集卡和 NI C 系列 I/O 模块NI 9151 R系列扩展机箱能为机器人提供最灵活及通用化的I/O接口。我们在NI LabVIEW图形化编程环境下开发了这项应用：用于图像处理的NI视觉开发模块，用于定制I/O的LabVIEW FPGA模块。通过使用第三方千兆位以太网驱动支持，我们可以方便地集成用于图像采集的高端视觉传感器。

WiseWELDING

使用WiseWELDING自适应焊接的第一步是用视觉系统对无缝化机器人平台进行升级。接着，使用机器视觉检测的方法确定制造好的零件的主要几何尺寸。由于它的非接触性，这一过程只需一次，而且通常很快。这之后就可以进行焊接了，系统会自动地适应相邻零件间几何变化。

所有的接缝布局都包括在内：衔接，V型衔接，重叠，角接，定制接缝以及它们的各种启动/停止装置。NI高层次快速开发工具在该领域的价值是无可估量的。无论是为了实现实时性能的机器人通信，自触发和I/O接口，还是设计、制造定制视觉的原型和数据采集算法，我们都可以在短短几个小时内展开，测试，优化，最终确定并实现要求的功能。LabVIEW仪器I/O助手，现场可编程门阵列(FPGA)执行模拟目标，NI视觉助手和信号处理库快速地获得可用代码，这大大节省了我们本应该用来实现期望功能而进行编码的宝贵时间。这项工作和使用诸如“高级边缘探测器”之类NI高级视觉功能得到了定制开发图像和信号处理功能的进一步支持，这样就可以将由成像模块，段和寄存功能得到的多模数据相关联，而且可以在不同的环境下实现强大的实时性能，无论是黑色金属还是不锈钢，配对零件或是拉毛的，抑或是因刮痕，谬误和周围条件而导致的混合表面反射率。

结论

目前的系统在一台多核的带有 Windows操作系统的PC机处理单元中运行，但是，由于时间、可靠性以及形式等制约因素，我们正在考虑为下一个任务使用NI实时操作系统平台，例如NI EVS-1464RT。有了选择好的NI硬件和软件开发平台，我们可以方便地对当前产品设想进一步的开发、优化和用户化。