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3D視覺在機器人焊接領域的應用、挑戰與機會

發布時間:2023-11-03
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隨著科技的不斷進步,機器人在各個行業中的應用越來越廣泛。機器人視覺賦予了機器人更豐富的感知與決策能力,已經成為助力機器人在各行業應用和落地的重要推手之一?!皺C器人+3D視覺”則為新時代下工業生產力的再升級創造了條件,也給機器人焊接行業帶來了新的機遇和可能。

傳統機器人焊接

在傳統模式下,機器人焊接往往需要人工示教點位并編寫機器人程序,當工件的裝夾位置發生偏移,工件本身的裝配誤差不能忽略,或者工件類型發生改變時,就需要重新示教編程,這個過程極其復雜、耗時?!熬幊虄尚r,焊接五分鐘”的狀況制約了機器人在該領域的推廣使用。此外,由于焊接場景工作環境惡劣,并伴隨著粉塵、電磁輻射、弧光、噪聲的污染,“90”“00”后的新生代工人越來越少,行業面臨嚴重的勞動力缺乏問題,迫切需要引入機器人來替代人力完成焊接作業。面對當下復雜的矛盾,急需一種簡單易用的“免編程,免示教”解決方案來破局,“機器人+3D視覺”方案經過一段時間的落地迭代,已成為“全村希望”。

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(圖片來源于網絡)

3D視覺引導機器人焊接

將3D視覺引入機器人焊接領域,仿佛為機器人裝上了“雙眼”。高精度3D相機通過單次或者多次拍攝,獲得工件的三維點云,再利用智能算法提取出視野內全部的焊縫信息,進而得到準確的焊接點位信息,同時計算出機器人的焊接姿態。該過程以實際工件信息為驅動,因此不受工件加工、組隊、裝夾誤差的影響,還可以識別焊縫間隙的大小,從而輔助工藝的調整。這種應用不僅提高了機器人焊接的精度和效率,還降低了對工件特征和編程的要求,為機器人進軍更多焊接場景開創了新的可能。

知象三維視覺方案

知象光電Revopoint是國內最早一批推出機器人焊接3D視覺方案的企業之一,具備行業領先的獨特優勢。其方案已經在國內外多個行業領域的龍頭客戶現場實現了批量應用,并廣受認可;其次,“硬核可靠”是知象一貫的基因,公司擁有多項“3D視覺+”機器人焊接發明專利,自主研發的3D工業相機經過嚴苛的防塵、防水、ESD、EMC等專業測試認證以及復雜場景的實戰檢驗。

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方案介紹:

Tracer 3D焊接視覺系統由焊接專用3D相機Tracer P系列、焊接視覺軟件Tracer Studio和標定軟件Tracer Calibration等構成。通用焊接解決方案由Tracer 3D焊接視覺系統搭配焊接機器人構成,具有復雜焊縫特征提取、軌跡尋位、工件找正定位等功能??蓱糜阡摻Y構、車廂板、鋼筋、人防門、管板件等裝配誤差大的機器人焊接尋位,幫助用戶顯著提高生產效率,降低人工成本。

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同時,公司針對鋼結構行業客戶推出了鋼結構自動化焊接解決方案,方案通過打通鋼結構從設計到自動化焊接生產的數據鏈,實現了小批量、多品種的鋼結構件的全自動焊接。方案使用Tekla模型進行驅動,自動計算焊縫信息;借助先進的三維視覺技術,自動識別、定位焊縫,自動完成機器人的軌跡規劃和編程。整個過程無需過多的人工干預,無需進行任何編程,真正實現鋼結構生產的智能化和自動化。

行業面臨挑戰

盡管3D視覺在機器人焊接的多種領域場景中已經成功應用,但仍然面臨多方面的挑戰。

在技術層面,實際焊接工作中存在大量“小批量多品種”的場景,工件類型也較多,這就對3D識別算法提出了更高的要求;其次,復雜、狹小空間的機器人路徑規劃問題,也仍然是行業需要突破的難點;焊接環境中復雜的材質變化,如高反、油污表面,也對3D成像算法的適用性提出了挑戰。只有業界和學界不斷扎實鉆研,專注底層技術的創新和優化,加強交流與合作,才能突破以上困境。

在商業落地層面,首先,該行業中存在視覺廠商、機器人廠商、集成廠商、軟件廠商等多個角色,行業的分工和模式仍待探索和磨合;其次,工業場景較為多樣,機器人焊接如何滿足不同行業的個性化需求,也仍是需要探索解決的問題;此外,近年來受多方影響,全球的經濟增長疲軟,導致機器視覺產品的市場售價壓力逐漸增大。面對上述挑戰,業內所有上下游企業需要進一步明確自身定位,不斷加強分工合作,共同促進行業的良性發展。

未來可期

當前我國3D視覺行業仍處于發展中早期,各項應用正在快速落地。未來幾年內將會以蓬勃之勢不斷發展和布局,市場規模也將不斷增大。具體到焊接行業,專業焊接技術工人數量逐年減少,新一代年輕人不愿接力選擇工人職業,行業面臨傳承斷層的局面,這將是推動“機器人+3D視覺”方案快速落地的強勁動力。

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2016-2027年中國機器視覺市場規模及預測(單位:億元,%)  

數據來源:高工機器人產業研究所 )

當前,機器人焊接行業機會與挑戰并存,知象光電Revopoint將延續一貫的硬科技基因,通過不斷的自主創新,以及開放合作的精神、國際化的戰略布局,助力3D視覺在機器人焊接領域的推廣和應用。

(上述文章內容根據知象光電Revopoint楊濤博士在2023(第二屆)焊接機器人技術與應用峰會上的演講整理。)

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