3D视觉在机器人焊接领域的应用、挑战与机会
发布时间：2023-11-03
随着科技的不断进步，机器人在各个行业中的应用越来越广泛。机器人视觉赋予了机器人更丰富的感知与决策能力，已经成为助力机器人在各行业应用和落地的重要推手之一。“机器人+3D视觉”则为新时代下工业生产力的再升级创造了条件，也给机器人焊接行业带来了新的机遇和可能。
传统机器人焊接
在传统模式下，机器人焊接往往需要人工示教点位并编写机器人程序，当工件的装夹位置发生偏移，工件本身的装配误差不能忽略，或者工件类型发生改变时，就需要重新示教编程，这个过程极其复杂、耗时。“编程两小时，焊接五分钟”的状况制约了机器人在该领域的推广使用。此外，由于焊接场景工作环境恶劣，并伴随着粉尘、电磁辐射、弧光、噪声的污染，“90”“00”后的新生代工人越来越少，行业面临严重的劳动力缺乏问题，迫切需要引入机器人来替代人力完成焊接作业。面对当下复杂的矛盾，急需一种简单易用的“免编程，免示教”解决方案来破局，“机器人+3D视觉”方案经过一段时间的落地迭代，已成为“全村希望”。
（图片来源于网络）
3D视觉引导机器人焊接
将3D视觉引入机器人焊接领域，仿佛为机器人装上了“双眼”。高精度3D相机通过单次或者多次拍摄，获得工件的三维点云，再利用智能算法提取出视野内全部的焊缝信息，进而得到准确的焊接点位信息，同时计算出机器人的焊接姿态。该过程以实际工件信息为驱动，因此不受工件加工、组队、装夹误差的影响，还可以识别焊缝间隙的大小，从而辅助工艺的调整。这种应用不仅提高了机器人焊接的精度和效率，还降低了对工件特征和编程的要求，为机器人进军更多焊接场景开创了新的可能。
知象三维视觉方案
知象光电Revopoint是国内最早一批推出机器人焊接3D视觉方案的企业之一，具备行业领先的独特优势。其方案已经在国内外多个行业领域的龙头客户现场实现了批量应用，并广受认可；其次，“硬核可靠”是知象一贯的基因，公司拥有多项“3D视觉+”机器人焊接发明专利，自主研发的3D工业相机经过严苛的防尘、防水、ESD、EMC等专业测试认证以及复杂场景的实战检验。
方案介绍：
Tracer 3D焊接视觉系统由焊接专用3D相机Tracer P系列、焊接视觉软件Tracer Studio和标定软件Tracer Calibration等构成。通用焊接解决方案由Tracer 3D焊接视觉系统搭配焊接机器人构成，具有复杂焊缝特征提取、轨迹寻位、工件找正定位等功能。可应用于钢结构、车厢板、钢筋、人防门、管板件等装配误差大的机器人焊接寻位，帮助用户显著提高生产效率，降低人工成本。
同时，公司针对钢结构行业客户推出了钢结构自动化焊接解决方案，方案通过打通钢结构从设计到自动化焊接生产的数据链，实现了小批量、多品种的钢结构件的全自动焊接。方案使用Tekla模型进行驱动，自动计算焊缝信息；借助先进的三维视觉技术，自动识别、定位焊缝，自动完成机器人的轨迹规划和编程。整个过程无需过多的人工干预，无需进行任何编程，真正实现钢结构生产的智能化和自动化。
行业面临挑战
尽管3D视觉在机器人焊接的多种领域场景中已经成功应用，但仍然面临多方面的挑战。
在技术层面，实际焊接工作中存在大量“小批量多品种”的场景，工件类型也较多，这就对3D识别算法提出了更高的要求；其次，复杂、狭小空间的机器人路径规划问题，也仍然是行业需要突破的难点；焊接环境中复杂的材质变化，如高反、油污表面，也对3D成像算法的适用性提出了挑战。只有业界和学界不断扎实钻研，专注底层技术的创新和优化，加强交流与合作，才能突破以上困境。
在商业落地层面，首先，该行业中存在视觉厂商、机器人厂商、集成厂商、软件厂商等多个角色，行业的分工和模式仍待探索和磨合；其次，工业场景较为多样，机器人焊接如何满足不同行业的个性化需求，也仍是需要探索解决的问题；此外，近年来受多方影响，全球的经济增长疲软，导致机器视觉产品的市场售价压力逐渐增大。面对上述挑战，业内所有上下游企业需要进一步明确自身定位，不断加强分工合作，共同促进行业的良性发展。
未来可期
当前我国3D视觉行业仍处于发展中早期，各项应用正在快速落地。未来几年内将会以蓬勃之势不断发展和布局，市场规模也将不断增大。具体到焊接行业，专业焊接技术工人数量逐年减少，新一代年轻人不愿接力选择工人职业，行业面临传承断层的局面，这将是推动“机器人+3D视觉”方案快速落地的强劲动力。
2016-2027年中国机器视觉市场规模及预测(单位：亿元，%)
（(数据来源：高工机器人产业研究所）
当前，机器人焊接行业机会与挑战并存，知象光电Revopoint将延续一贯的硬科技基因，通过不断的自主创新，以及开放合作的精神、国际化的战略布局，助力3D视觉在机器人焊接领域的推广和应用。
（上述文章内容根据知象光电Revopoint杨涛博士在2023（第二届）焊接机器人技术与应用峰会上的演讲整理。）
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