Konenäköavusteiset mittaukset robotisoidussa hitsauksessa
Suoranta, Ilkka (2019)
Kandidaatintyö
Suoranta, Ilkka
2019
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019052717248
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2019052717248
Tiivistelmä
Tässä kandidaatintyössä perehdytään konenäköavusteiseen robottihitsaukseen. Työ tehtiin LUT-yliopiston hitsauslaboratoriolle osana DigRob- projektia, jonka tavoitteena on kehittää erilaisia menetelmiä, joilla robottihitsaus saataisiin kannattavaksi piensarjatuotannossa. Konenäöllä on tässä projektissa keskeinen rooli, sillä konenäön avulla saadaan mittadataa hitsattavista kappaleista, hitsausrailosta, hitsausprosessista ja valmiista hitsistä. Näiden mittausten avulla robottisolu voi muun muassa hallita kappaleenkäsittelyä, ohjata hitsauspoltinta ja optimoida hitsausparametrejä adaptiivisesti vallitsevan tilanteen mukaisesti.
Työn tavoitteena on kartoittaa robottihitsauksessa käytettävät konenäkömenetelmät ja niiden sovelluskohteet hitsauksen eri vaiheissa, sekä määrittää lasermittauksen tarkkuus pienarailon ilmaraon mittauksessa. Tavoitteista ensimmäiseen vastataan kirjallisuuskatsauksella ja jälkimmäiseen kokeellisella osuudella.
Kirjallisuuskatsaus on toteutettu kirjallisuuslähteisiin, kaupallisiin toimijoihin ja asiantuntijahaastatteluihin perustuen. Katsauksessa esitellään konenäön sovelluskohteet robottihitsauksessa ja vertaillaan näissä sovelluskohteissa käytettäviä konenäkömenetelmiä. Katsauksen perusteella parhaiten robottihitsaukseen soveltuva konenäkömenetelmä on lasermittaus sen monikäyttöisyyden ja yksinkertaisuuden vuoksi.
Kokeellisessa osuudessa suoritettiin mittauskokeet robottiin kytketyllä lasermittauslaitteella, jolla mitattiin pienarailon muuttuvaa ilmarakoa. Kokeiden tarkoituksena oli selvittää lasermittauksen tarkkuus ja määrittää pienin pienarailosta tunnistettava ilmarako. Mittaustulosten perusteella pienarailosta voidaan tunnistaa käytännön sovellusten kannalta riittävällä tarkkuudella yli 0.49 mm ilmarako. This bachelor’s thesis deals with machine vision assisted robotic welding. The thesis has been done for the LUT-university’s welding laboratory as part of a project named “DigRob”. The project aims to create methods, which would enable profitable robotic welding in small batch production. Machine vision plays a key role in this project, since it can provide measurement data from the parts to be welded, groove geometry, weld pool and the weld bead. Robotic welding cell can utilize this data, for example, in handling of the components, weld seam tracking and adaptive control of welding parameters.
The aim of the thesis is to map the different machine vision methods and their applications in robotic welding, as well as to determine the accuracy of laser vision when air gap of a Tjoint is measured. The first of these objectives is answered in the literature review, and the latter in the experimental section.
The literature review is based on scientific publications, commercial actors and specialist interviews. In the review, the possible applications of machine vision in robotic welding are presented, and the various machine vision methods used in these applications are compared. Based on this review, the most suitable method for robotic welding is laser vision due to its versatility and simplicity.
In the experimental section, a non-constant air gap of a T-joint was measured with a laser vision sensor, which was attached to a welding robot. The purpose of this test was to discover the accuracy of laser vision in gap measurement, and to determine the smallest detectable air gap of T-joint. The key result of the experiment was, that air gap over 0.49 mm can be measured accurately enough for practical applications.
Työn tavoitteena on kartoittaa robottihitsauksessa käytettävät konenäkömenetelmät ja niiden sovelluskohteet hitsauksen eri vaiheissa, sekä määrittää lasermittauksen tarkkuus pienarailon ilmaraon mittauksessa. Tavoitteista ensimmäiseen vastataan kirjallisuuskatsauksella ja jälkimmäiseen kokeellisella osuudella.
Kirjallisuuskatsaus on toteutettu kirjallisuuslähteisiin, kaupallisiin toimijoihin ja asiantuntijahaastatteluihin perustuen. Katsauksessa esitellään konenäön sovelluskohteet robottihitsauksessa ja vertaillaan näissä sovelluskohteissa käytettäviä konenäkömenetelmiä. Katsauksen perusteella parhaiten robottihitsaukseen soveltuva konenäkömenetelmä on lasermittaus sen monikäyttöisyyden ja yksinkertaisuuden vuoksi.
Kokeellisessa osuudessa suoritettiin mittauskokeet robottiin kytketyllä lasermittauslaitteella, jolla mitattiin pienarailon muuttuvaa ilmarakoa. Kokeiden tarkoituksena oli selvittää lasermittauksen tarkkuus ja määrittää pienin pienarailosta tunnistettava ilmarako. Mittaustulosten perusteella pienarailosta voidaan tunnistaa käytännön sovellusten kannalta riittävällä tarkkuudella yli 0.49 mm ilmarako.
The aim of the thesis is to map the different machine vision methods and their applications in robotic welding, as well as to determine the accuracy of laser vision when air gap of a Tjoint is measured. The first of these objectives is answered in the literature review, and the latter in the experimental section.
The literature review is based on scientific publications, commercial actors and specialist interviews. In the review, the possible applications of machine vision in robotic welding are presented, and the various machine vision methods used in these applications are compared. Based on this review, the most suitable method for robotic welding is laser vision due to its versatility and simplicity.
In the experimental section, a non-constant air gap of a T-joint was measured with a laser vision sensor, which was attached to a welding robot. The purpose of this test was to discover the accuracy of laser vision in gap measurement, and to determine the smallest detectable air gap of T-joint. The key result of the experiment was, that air gap over 0.49 mm can be measured accurately enough for practical applications.