ロボットレーザー溶接用のディープラーニングベースのビジョンシステム: シームトラッキングとギャップ幅推定

導入

現代の製造業では、ロボットレーザー溶接その精度、スピード、深い浸透力で高く評価されています。ただし、その高性能には、レーザービームとジョイント間の完璧な位置合わせが必要です。伝統的ビジョンシステム多くの場合、一貫性のない照明、スパッタ、複雑な接合形状に悩まされ、欠陥が発生します。ここがディープラーニング分野に革命を起こしています。高度な機能を統合することで、ディープラーニング堅牢なアルゴリズムビジョンシステム、メーカーは前例のない精度を達成できます。縫い目追跡そしてギャップ幅の推定、信頼性を変革します。ロボットレーザー溶接.

レーザー溶接における主要な課題

の有効性ロボットレーザー溶接継ぎ目の経路を正確に特定する (追跡) ことと、接合される部品間の物理的なギャップを測定する (推定) という 2 つの視覚的なタスクに依存します。わずかな位置ずれや予期せぬギャップの変動でも、気孔、アンダーカット、不完全な貫通などの重大な欠陥を引き起こす可能性があります。従来のレーザービジョンセンサーは、構造化された光と幾何学的アルゴリズムを使用します。制御された設定では効果的ですが、脆い場合があり、高い反射率、酸化、または溶接プロセス自体からの強いグレアによって簡単に混乱します。これにより、よりインテリジェントで適応性のあるシステムに対する重要なニーズが生じます。ビジョンシステム.

ディープラーニングが視覚システムをどのように変革するか

ディープラーニング、特に畳み込みニューラル ネットワーク (CNN) はパラダイム シフトをもたらします。ルールベースのアルゴリズムとは異なり、ディープラーニングモデルは、さまざまな条件下での溶接継ぎ目の何千もの画像でトレーニングできます。人間の視覚認識と同様の方法で、ノイズ、スパッタ、反射の変化にもかかわらず、継ぎ目の特徴を認識することを学習します。

• 縫い目追跡用: CNN は、からのリアルタイム画像を処理できます。ビジョンシステムのカメラを使用して、継ぎ目の中心線の正確なピクセル座標を出力します。驚くべき堅牢性でバックグラウンドノイズから継ぎ目を区別し、ロボットレーザー溶接アームを使用してリアルタイムのパス修正を行います。

• ギャップ幅の推定用: 同様に、モデルをトレーニングして、関節の 2 つのエッジを識別し、それらの間のピクセル距離を計算し、それを現実世界に変換することができます。ギャップ幅の推定。この測定は、特に固有のばらつきがあるフィッティングにおいて、レーザー出力やワイヤ送給速度を動的に調整して一貫した溶接品質を確保するために非常に重要です。

で発表された独創的な研究機械知能の研究このアプローチを検証します。研究により開発されたのは、ディープラーニング-ベースのビジョンシステム特にのためにロボットレーザー溶接。このシステムは、次の点で優れたパフォーマンスを実証しました。縫い目追跡精度とリアルタイム性ギャップ幅の推定従来の方法と比較し、産業応用の可能性を強調しています。

システムアーキテクチャとワークフロー

実践的な深層学習ベースのビジョンシステムのためにロボットレーザー溶接通常、次のものが含まれます。

1. データの取得とトレーニング: さまざまな照明と材料条件下での数千のラベル付き画像 (既知の位置とギャップ幅を持つ継ぎ目を示す) のデータセットが編集されます。 CNN モデル (たとえば、正確なピクセル単位のセグメンテーションのための U-Net アーキテクチャ) は、このデータに基づいてトレーニングされます。

2. リアルタイム推論: トレーニングされたモデルは、溶接トーチの前に取り付けられた高速カメラに接続された産業用コンピューターに展開されます。各フレームをミリ秒単位で処理します。

3. 閉ループ制御: 出力 (縫い目の中心線の座標とギャップの幅) は、ロボットレーザー溶接コントローラ。ロボットはリアルタイムで経路を調整し、溶接パラメータはパラメータに基づいて調整されます。ギャップ幅の推定、完全に適応的なプロセスを作成します。

利点と産業への影響

統合するディープラーニングにビジョンシステム目に見えるメリットをもたらします:

• 精度と品質の向上：ほぼ完璧を達成縫い目追跡、欠陥とやり直し率を大幅に削減します。

• プロセスの堅牢性の向上: 従来のシステムを機能不全にする部品の取り付け、表面状態、周囲光の変動を許容します。

• 柔軟性の向上: 1 つのシステムを、大規模な再プログラミングなしで複数のジョイント タイプ (バット、ラップ、フィレット) を処理できるようにトレーニングできるため、多品種生産が容易になります。

このイノベーションにより、ロボットレーザー溶接電気自動車のバッテリートレイアセンブリから精密な航空宇宙部品に至るまで、品質公差が極めて厳しい、より要求の厳しい用途に適しています。

インテリジェント溶接の未来

将来は、これらの機能の拡張にあります。次世代システムは、2D 視覚からステレオ カメラまたはレーザー スキャナーを使用した 3D 認識に移行し、さらに豊富なデータを提供します。さらに、ディープラーニングモデルの役割は追跡と測定を超えてリアルタイムを含むように拡大される品質予測- 溶融池の形状を分析して欠陥が発生する前に予測し、真の工程内修正を可能にします。

結論

の融合ディープラーニングロボット付きビジョンシステム～の大きな飛躍を示すロボットレーザー溶接。高精度、堅牢、リアルタイムを実現することで、縫い目追跡そしてギャップ幅の推定、このインテリジェントなテクノロジーは、自動溶接の長年の限界を克服します。これにより、より自律的で柔軟かつ信頼性の高い製造セルへの道が開かれ、セルの可能性を最大限に発揮できるようになります。ロボットレーザー溶接不良品ゼロ生産を追求して実現しました。