三維機器視覺讓傳統焊接實現智能化

文:超準視覺 | 2019年第三期 (0) | (0)

眾所周知,焊接在工業制造的各個工業領域(如汽車、造船、建筑、城市管道等)有著極為重要地位。但是隨著社會經濟的不斷發展,由于環境差、危險高等行業特點,導致焊接從業人員從業積極性下降,從業人員嚴重不足,人員成本快速攀升。因此,工業機器人取代人工完成焊接工作,也成為焊接領域實現智能制造,減員增效的主要手段。

盡管工業機器人在國內制造領域快速發展,然而在焊接領域,工業機器人的滲透率依然不高。我們認為有以下兩個主要原因:

1.需要機器人編程工程師在焊接前對機器人焊接軌跡進行示教編程或離線編程。編程時間長,且容易出現錯誤,需多次試焊才能確定最終的編程方案。面對多品種少批量的焊接產品,嚴重影響生產效率。

2.在焊接過程中,由于工件本身的尺寸誤差,或者工裝定位誤差,又或是焊接熱應力所造成的形變,導致實際焊縫軌跡與編程軌跡存在差異,而焊接機器人并無法識別并修正該差異,從而導致焊接品質出現瑕疵。

近年來,國內外企業針對問題2已經提出了有效的解決方案:即在焊槍前部加裝視覺傳感器,焊接過程中實時判斷焊縫實際位置與預先變成位置的差異,并引導機器人實時進行修正。這一領域國內外較知名的企業包括日本基恩士,美國LMI,德國SICK,以及國內的北京創想和唐山英萊。

對于問題1,始終沒有廠商提出可行的解決方案。因此,焊接前的機器人編程已經成為制約機器人快速導入焊接領域的最大瓶頸。

面對焊接業界對機器換人的巨大需求,以及目前焊接機器人需在焊接前進行人工編程的技術困境,深圳市超準視覺科技有限公司經過長時間技術積累和產品研發,成功研發了“焊接機器人三維自動尋跡視覺系統”,在不大幅度增加成本的前提下,解決了焊接機器人人工編程的技術難題,打通了焊接機器人換人的最后一公里。

以下是超準視覺“焊接機器人三維自動尋跡視覺系統”的簡要介紹。

 焊接機器人三維自動尋跡視覺系統.png

如圖所示,在焊槍前方設置有2D視覺攝像頭和焊縫尋跡/跟蹤激光頭。

2D攝像頭的主要作用是快速識別焊縫的起點和終點。

其主要工作模式是:.

1.基于2D視覺技術,通過圖形化界面,工作人員可以快速選取焊縫的起始點和終止點的X/Y坐標值;

2.若當前視場有多條焊縫,可以通過選取起始點1、終止點1、起始點2、終止點2……的方式,實現多焊縫選取,并設定焊接先后次序;

3.對于復雜零件,當六軸機械臂無法覆蓋所有焊縫時,通過圖像化焊縫選取功能配合變位機的轉動,可以上實現復雜零件上的焊縫快速選取。

通過運用深度學習等算法,系統能自行識別并高亮顯示焊縫,供操作人員選取確定,方式簡單快捷。焊縫起點,運動方向和終點的確定為下一步的焊槍自動尋跡設定了邊界,打下了基礎。

自動尋跡過程使用前置設定的焊縫起點等信息,啟動焊縫尋跡/跟蹤兩用攝像頭,通過算法控制,引導機械手攜帶焊槍來到可以準確開始焊接過程的起伏點。接下來,系統綜合運用神經網絡預測,高效濾波,噪聲剔除和型態自適應控制等算法,由機器人異步自尋找并確定待焊縫的空間信息,并根據已設定在程序內的經驗參數給出最佳焊接角度及機器人焊槍運動軌跡。自動尋跡過程(無需人工干預)完成,機器人自行生成了傳統需要人工示教才能獲得的空間焊縫軌跡。

當真正的焊接過程開始后,超準視覺跟蹤系統實時監測當前時間片焊縫空間位置信息,并實時控制機器手做適當修正,確保焊槍永遠按指定角度和精確位置對正焊縫,完成高質量焊接。

(此段可選)焊接主過程完成后,尋跡/跟蹤攝像頭沿焊縫運動第三次,進行焊縫質量檢查。

在精度方面,“焊接機器人三維自動尋跡視覺系統”的軌跡規劃精度可達到0.05mm,完全可以滿足激光焊等高精度焊接工藝的要求。在效率方面,“焊接機器人三維自動尋跡視覺系統”的軌跡規劃速度可達到20mm/秒,針對復雜焊縫,其效率遠高于人工編程。

綜上所述,深圳市超準視覺所開發的“焊接機器人三維自動尋跡視覺系統”,利用大量的計算機視覺圖像及人工智能技術。通過對焊接坡口特征的提取和分析,以及在焊縫在三維位置空間和時間空間這四個維度的變化情況,結合不同的焊接工藝,自動規劃焊接過程中焊機及機器人的實時位姿及運動軌跡。完全可以取代工程師示教編程或離線編程的工作。

超準視覺創立于2017年12月,總部位于深圳市南山區留學生創業大廈。公司創始人兼CEO陳珉博士畢業于英國諾丁漢大學計算機學院,專業計算機圖像處理,被評為深圳市海外高層次人才(孔雀計劃)。公司核心成員擁有海外留學及工作經驗,其中包括2名博士/博士后、3名碩士。

準視覺作為國內領先的工業三維機器視覺企業,自成立以來一直專注于工業級三維機器視覺及人工智能核心技術、產品、解決方案的研發、生產和工業化應用,為傳統工業機器人賦予視覺和思考的能力,讓機器人更加智能,從而真正實現智能制造和柔性制造。

超準視覺成立至今,完成了兩輪數千萬元融資,還獲得了深圳市政府創客創業項目資助,已獲得一項集成電路布圖,十項軟件著作權授權,申請發明專利四項。此外,超準視覺的產品和技術獲得日本萬代玩具等國內外客戶一致認可,廣泛應用于汽車、玩具、焊接、切割等行業,成為產業、資本、政府三方面均高度認可的科技型創業企業。


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