Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta

Kari Koskinen, Hannu Lehtinen, Karri Vartiainen

Research output: Book/ReportReport

Abstract

Hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin perusedellytyksenä on hitsauspään liikuttaminen oikealla nopeudella ja riittävällä tarkkuudella hitsattavaa railoa pitkin. Robotit pystyvät seuraamaan nimellistä opetettua liikerataa lähes sadasosamillimetrin tarkkuudella. Tälläista tarkkuutta ei ole yleensä taloudellisesti järkevää vaatia hitsattavilta kappaleilta eikä myöskään hitsauksen apulaitteilta. Pienillä kappaleilla voidaan sopivilla kiinnittimillä ja ohjaimilla kohdistaa hitsausrailo riittävällä tarkkuudella oikealle kohdalleen. Suurilla kappaleilla sen sijaan on riittävän jäykkien kiinnittimien käyttö lähes mahdotonta. Hitsauksen lämpötilamuutokset aiheuttavat kappaleissa lisäksi vetelyitä ja hitsausrailojen siirtymiä. Railojen kohdistaminen tarkasti robotille opetetuille kohdille on suurissa kappaleissa muutenkin lähes mahdotonta. Robotilla on oltava aisteja ja älykkyyttä, jotta se löytäisi hitsauksen aloituskohdan, seuraisi hitsattavaa railoa hitsauksen aikana sekä antaisi hitsausprosessille säätötietoa railotilavuudessa hetkellisesti tapahtuvista muutoksista. Optiset ja visuaaliset menetelmät on havaittu tähän tarkoitukseen lupaavimmiksi. VTT: ssa on suunniteltu optinen railonseurantajärjestelmä, joka soveltuu käytettäväksi hitsausrobotin yhteydessä ja suoriutuu em. tehtävistä. Suunnitellussa järjestelmässä havannointioptiikka on kiinnitetty hitsauspäähän ja sen mukana llikkuvaan koordinaatistoon, jossa seurannan ohjauskäskyjen antaminen robotille on yksinkertaista. Toimiessaan mahdollisimman lähellä valokaarta anturin täytyy olla pieni ja kevyt, ja siksi valo siirretään valokaapelilla valolähteestä anturiin ja kuva kuvakaapelilla anturista kameraan. Valolähteenä käytetään valokaaren suodatoksen vuoksi laseria. Lasersäteestä muodostetaan sylinterilinssin avulla taso, joka heijastetaan poikki hitsattavan railon, jolloin kuvakenttään moodostuu railon muodon ilmaiseva murtoviiva. Kuva analysoidaan reaaliaikaisesti VTT:ssä kehitetyssä kuvankäsittelyjärjestelmässä. Tuloksena saadaan paikka- ja geometriatietoa, jonka avulla voidaan ohjata hitsauspään paikkaa ja korkeutta sekä hitsausprosessin parametrejä. Hitsauspään korkeus railosta voidaan määrittää, koska valotaso heijastetaan vinosti railoon. Mittausmenetelmän periaatetta on kokeiltu ja siten varmistettu, ettei laservalaisun ja kaistanpäästösuodattimen avulla saadaan railosta hitsauksen aikana riitävän häiriötön kuva .
Original languageFinnish
Place of PublicationEspoo
PublisherVTT Technical Research Centre of Finland
Number of pages47
ISBN (Print)951-38-1999-X
Publication statusPublished - 1984
MoE publication typeD4 Published development or research report or study

Publication series

SeriesValtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports
Number272
ISSN0358-5077

Fingerprint

welding
Olla

Keywords

  • arc welding
  • robots
  • seam welds
  • optical tracking

Cite this

Koskinen, K., Lehtinen, H., & Vartiainen, K. (1984). Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports, No. 272
Koskinen, Kari ; Lehtinen, Hannu ; Vartiainen, Karri. / Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta. Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1984. 47 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 272).
@book{5bdd014cc3d146e18801a59e16c26e0c,
title = "Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta",
abstract = "Hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin perusedellytyksen{\"a} on hitsausp{\"a}{\"a}n liikuttaminen oikealla nopeudella ja riitt{\"a}v{\"a}ll{\"a} tarkkuudella hitsattavaa railoa pitkin. Robotit pystyv{\"a}t seuraamaan nimellist{\"a} opetettua liikerataa l{\"a}hes sadasosamillimetrin tarkkuudella. T{\"a}ll{\"a}ista tarkkuutta ei ole yleens{\"a} taloudellisesti j{\"a}rkev{\"a}{\"a} vaatia hitsattavilta kappaleilta eik{\"a} my{\"o}sk{\"a}{\"a}n hitsauksen apulaitteilta. Pienill{\"a} kappaleilla voidaan sopivilla kiinnittimill{\"a} ja ohjaimilla kohdistaa hitsausrailo riitt{\"a}v{\"a}ll{\"a} tarkkuudella oikealle kohdalleen. Suurilla kappaleilla sen sijaan on riitt{\"a}v{\"a}n j{\"a}ykkien kiinnittimien k{\"a}ytt{\"o} l{\"a}hes mahdotonta. Hitsauksen l{\"a}mp{\"o}tilamuutokset aiheuttavat kappaleissa lis{\"a}ksi vetelyit{\"a} ja hitsausrailojen siirtymi{\"a}. Railojen kohdistaminen tarkasti robotille opetetuille kohdille on suurissa kappaleissa muutenkin l{\"a}hes mahdotonta. Robotilla on oltava aisteja ja {\"a}lykkyytt{\"a}, jotta se l{\"o}yt{\"a}isi hitsauksen aloituskohdan, seuraisi hitsattavaa railoa hitsauksen aikana sek{\"a} antaisi hitsausprosessille s{\"a}{\"a}t{\"o}tietoa railotilavuudessa hetkellisesti tapahtuvista muutoksista. Optiset ja visuaaliset menetelm{\"a}t on havaittu t{\"a}h{\"a}n tarkoitukseen lupaavimmiksi. VTT: ssa on suunniteltu optinen railonseurantaj{\"a}rjestelm{\"a}, joka soveltuu k{\"a}ytett{\"a}v{\"a}ksi hitsausrobotin yhteydess{\"a} ja suoriutuu em. teht{\"a}vist{\"a}. Suunnitellussa j{\"a}rjestelm{\"a}ss{\"a} havannointioptiikka on kiinnitetty hitsausp{\"a}{\"a}h{\"a}n ja sen mukana llikkuvaan koordinaatistoon, jossa seurannan ohjausk{\"a}skyjen antaminen robotille on yksinkertaista. Toimiessaan mahdollisimman l{\"a}hell{\"a} valokaarta anturin t{\"a}ytyy olla pieni ja kevyt, ja siksi valo siirret{\"a}{\"a}n valokaapelilla valol{\"a}hteest{\"a} anturiin ja kuva kuvakaapelilla anturista kameraan. Valol{\"a}hteen{\"a} k{\"a}ytet{\"a}{\"a}n valokaaren suodatoksen vuoksi laseria. Lasers{\"a}teest{\"a} muodostetaan sylinterilinssin avulla taso, joka heijastetaan poikki hitsattavan railon, jolloin kuvakentt{\"a}{\"a}n moodostuu railon muodon ilmaiseva murtoviiva. Kuva analysoidaan reaaliaikaisesti VTT:ss{\"a} kehitetyss{\"a} kuvank{\"a}sittelyj{\"a}rjestelm{\"a}ss{\"a}. Tuloksena saadaan paikka- ja geometriatietoa, jonka avulla voidaan ohjata hitsausp{\"a}{\"a}n paikkaa ja korkeutta sek{\"a} hitsausprosessin parametrej{\"a}. Hitsausp{\"a}{\"a}n korkeus railosta voidaan m{\"a}{\"a}ritt{\"a}{\"a}, koska valotaso heijastetaan vinosti railoon. Mittausmenetelm{\"a}n periaatetta on kokeiltu ja siten varmistettu, ettei laservalaisun ja kaistanp{\"a}{\"a}st{\"o}suodattimen avulla saadaan railosta hitsauksen aikana riit{\"a}v{\"a}n h{\"a}iri{\"o}t{\"o}n kuva .",
keywords = "arc welding, robots, seam welds, optical tracking",
author = "Kari Koskinen and Hannu Lehtinen and Karri Vartiainen",
year = "1984",
language = "Finnish",
isbn = "951-38-1999-X",
series = "Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports",
publisher = "VTT Technical Research Centre of Finland",
number = "272",
address = "Finland",

}

Koskinen, K, Lehtinen, H & Vartiainen, K 1984, Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta. Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports, no. 272, VTT Technical Research Centre of Finland, Espoo.

Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta. / Koskinen, Kari; Lehtinen, Hannu; Vartiainen, Karri.

Espoo : VTT Technical Research Centre of Finland, 1984. 47 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 272).

Research output: Book/ReportReport

TY - BOOK

T1 - Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta

AU - Koskinen, Kari

AU - Lehtinen, Hannu

AU - Vartiainen, Karri

PY - 1984

Y1 - 1984

N2 - Hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin perusedellytyksenä on hitsauspään liikuttaminen oikealla nopeudella ja riittävällä tarkkuudella hitsattavaa railoa pitkin. Robotit pystyvät seuraamaan nimellistä opetettua liikerataa lähes sadasosamillimetrin tarkkuudella. Tälläista tarkkuutta ei ole yleensä taloudellisesti järkevää vaatia hitsattavilta kappaleilta eikä myöskään hitsauksen apulaitteilta. Pienillä kappaleilla voidaan sopivilla kiinnittimillä ja ohjaimilla kohdistaa hitsausrailo riittävällä tarkkuudella oikealle kohdalleen. Suurilla kappaleilla sen sijaan on riittävän jäykkien kiinnittimien käyttö lähes mahdotonta. Hitsauksen lämpötilamuutokset aiheuttavat kappaleissa lisäksi vetelyitä ja hitsausrailojen siirtymiä. Railojen kohdistaminen tarkasti robotille opetetuille kohdille on suurissa kappaleissa muutenkin lähes mahdotonta. Robotilla on oltava aisteja ja älykkyyttä, jotta se löytäisi hitsauksen aloituskohdan, seuraisi hitsattavaa railoa hitsauksen aikana sekä antaisi hitsausprosessille säätötietoa railotilavuudessa hetkellisesti tapahtuvista muutoksista. Optiset ja visuaaliset menetelmät on havaittu tähän tarkoitukseen lupaavimmiksi. VTT: ssa on suunniteltu optinen railonseurantajärjestelmä, joka soveltuu käytettäväksi hitsausrobotin yhteydessä ja suoriutuu em. tehtävistä. Suunnitellussa järjestelmässä havannointioptiikka on kiinnitetty hitsauspäähän ja sen mukana llikkuvaan koordinaatistoon, jossa seurannan ohjauskäskyjen antaminen robotille on yksinkertaista. Toimiessaan mahdollisimman lähellä valokaarta anturin täytyy olla pieni ja kevyt, ja siksi valo siirretään valokaapelilla valolähteestä anturiin ja kuva kuvakaapelilla anturista kameraan. Valolähteenä käytetään valokaaren suodatoksen vuoksi laseria. Lasersäteestä muodostetaan sylinterilinssin avulla taso, joka heijastetaan poikki hitsattavan railon, jolloin kuvakenttään moodostuu railon muodon ilmaiseva murtoviiva. Kuva analysoidaan reaaliaikaisesti VTT:ssä kehitetyssä kuvankäsittelyjärjestelmässä. Tuloksena saadaan paikka- ja geometriatietoa, jonka avulla voidaan ohjata hitsauspään paikkaa ja korkeutta sekä hitsausprosessin parametrejä. Hitsauspään korkeus railosta voidaan määrittää, koska valotaso heijastetaan vinosti railoon. Mittausmenetelmän periaatetta on kokeiltu ja siten varmistettu, ettei laservalaisun ja kaistanpäästösuodattimen avulla saadaan railosta hitsauksen aikana riitävän häiriötön kuva .

AB - Hitsauksen mekanisoinnin ja automatisoinnin perusedellytyksenä on hitsauspään liikuttaminen oikealla nopeudella ja riittävällä tarkkuudella hitsattavaa railoa pitkin. Robotit pystyvät seuraamaan nimellistä opetettua liikerataa lähes sadasosamillimetrin tarkkuudella. Tälläista tarkkuutta ei ole yleensä taloudellisesti järkevää vaatia hitsattavilta kappaleilta eikä myöskään hitsauksen apulaitteilta. Pienillä kappaleilla voidaan sopivilla kiinnittimillä ja ohjaimilla kohdistaa hitsausrailo riittävällä tarkkuudella oikealle kohdalleen. Suurilla kappaleilla sen sijaan on riittävän jäykkien kiinnittimien käyttö lähes mahdotonta. Hitsauksen lämpötilamuutokset aiheuttavat kappaleissa lisäksi vetelyitä ja hitsausrailojen siirtymiä. Railojen kohdistaminen tarkasti robotille opetetuille kohdille on suurissa kappaleissa muutenkin lähes mahdotonta. Robotilla on oltava aisteja ja älykkyyttä, jotta se löytäisi hitsauksen aloituskohdan, seuraisi hitsattavaa railoa hitsauksen aikana sekä antaisi hitsausprosessille säätötietoa railotilavuudessa hetkellisesti tapahtuvista muutoksista. Optiset ja visuaaliset menetelmät on havaittu tähän tarkoitukseen lupaavimmiksi. VTT: ssa on suunniteltu optinen railonseurantajärjestelmä, joka soveltuu käytettäväksi hitsausrobotin yhteydessä ja suoriutuu em. tehtävistä. Suunnitellussa järjestelmässä havannointioptiikka on kiinnitetty hitsauspäähän ja sen mukana llikkuvaan koordinaatistoon, jossa seurannan ohjauskäskyjen antaminen robotille on yksinkertaista. Toimiessaan mahdollisimman lähellä valokaarta anturin täytyy olla pieni ja kevyt, ja siksi valo siirretään valokaapelilla valolähteestä anturiin ja kuva kuvakaapelilla anturista kameraan. Valolähteenä käytetään valokaaren suodatoksen vuoksi laseria. Lasersäteestä muodostetaan sylinterilinssin avulla taso, joka heijastetaan poikki hitsattavan railon, jolloin kuvakenttään moodostuu railon muodon ilmaiseva murtoviiva. Kuva analysoidaan reaaliaikaisesti VTT:ssä kehitetyssä kuvankäsittelyjärjestelmässä. Tuloksena saadaan paikka- ja geometriatietoa, jonka avulla voidaan ohjata hitsauspään paikkaa ja korkeutta sekä hitsausprosessin parametrejä. Hitsauspään korkeus railosta voidaan määrittää, koska valotaso heijastetaan vinosti railoon. Mittausmenetelmän periaatetta on kokeiltu ja siten varmistettu, ettei laservalaisun ja kaistanpäästösuodattimen avulla saadaan railosta hitsauksen aikana riitävän häiriötön kuva .

KW - arc welding

KW - robots

KW - seam welds

KW - optical tracking

M3 - Report

SN - 951-38-1999-X

T3 - Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports

BT - Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta

PB - VTT Technical Research Centre of Finland

CY - Espoo

ER -

Koskinen K, Lehtinen H, Vartiainen K. Robotisoidun hitsauksen optinen railonseuranta. Espoo: VTT Technical Research Centre of Finland, 1984. 47 p. (Valtion teknillinen tutkimuskeskus. Tutkimuksia - Research Reports; No. 272).