採用沉浸式3D虛擬現實技術模擬機器人焊接，就像看電影一樣！

摘要

使用3D模擬裝置來訓練機器人如何進行焊接具有諸多優點。因為焊接是一個複雜、精密的過程，想要解釋清楚或者傳授給人，並不是一件特別容易的事情。

將先進的運動控制基本部件、3D視覺和機器人控制，結合到機器人焊接的3D模擬軟體中。機器人焊接的未來是數字化的，而模擬有助於展示之前未曾考慮過的可能性。

在建造任何東西之前，Genesis Systems公司都使用模擬來實現可視化和演示複雜或大規模的機器人過程。這對焊接特別有幫助,這是一個複雜的、精密的過程，想要解釋清楚或者傳授給人，並不是一件特別容易的事情。

虛擬現實與3D

Genesis Systems虛擬解決方案中心的3DG環境，致力於將虛擬現實和沉浸式3D可視化技術結合在一起，從而在概念和設計階段將機器人過程可視化。3DG技術，致力於評估人體工程學參數，如焊槍以及機器人的可達性。系統是由16塊面板組成的視聽牆，可以顯示2D和3D圖像。該系統便與攜帶,易於拆卸和安裝。

"對我們來說，這是一個偉大的工具，」 Genesis Systems的虛擬解決方案工程師Brendan Brown說道，"在3DG環境下，我們可以吸引客戶過來體驗,讓他們真實的感受即將購買的某個系統。他們可以看到我們前期所做的工作，以及為了給他們提供最佳的解決方案，這是我們所做的售前工作。"

他們還使用3DG系統，與內部設計和工具組一起，對協作過程進行審查。

Brown說: "戴上常規的3D眼鏡,就像在電影院里看電影一樣。然後利用遊戲桿，你就可以驅動模型，圍繞機器，鑽到機器下面，出來進去，從各個角度觀察它。"

圖1:採用沉浸式3D虛擬現實技術模擬機器人焊接過程，能夠在開始製造之前，更高效地進行設計和概念評審。圖片來源: RIA

例如，三軸龍門上的焊接機器人，被定位到焊接在採礦業使用的大型傾卸卡車框架上的MIG，利用不同顏色來區分各種零件。

"其中一些部件有40英尺長，"Brown說,"這部分工作需要多次、厚板焊接。完成一件焊接，所需要的時間大概是48小時。在焊接過程中，由於熱量和牽引(變形)，這些部件實際會增長2到3英寸。"

模擬環境能夠向客戶展示先進的過程,其中有些東西單靠想像，可能會覺得根本無法實現。汽車行業和家電行業已逐步開始對激光焊接進行更深入的研究。

"我們獲得了不少客戶訂單,就是因為我們使用激光焊接,而激光焊接產生的熱量和變形更小。我們已經完成了模擬工作，可以展示激光焊接的優點，技術人員已經對此進行了嚴格的焊接變形和熱效應分析。他可以向客戶展示：傳統的 MIG焊接，可能會造成某一部件5毫米的變形或偏轉，但如果使用激光焊接，可以將變形降低到1毫米。"Brown說。

圖2: 機器人激光焊接應用的模擬研究，可以在安裝前暴露可能出現的問題。

在Genesis虛擬解決方案中心的大廳中，還布置了自動化解決方案中心。用戶可以在該裝置上測試某些技術，比如遠程激光焊接和激光縫步進機。

Genesis公司使用機器人激光縫步進機來測試客戶零件,而在以前使用的是傳統的點焊。他們已經有一些機器人系統應用到該領域。

激光縫步進機是一種伺服驅動、自保持的激光頭。Brown說:"它的一個優點是，在大多數激光焊接工藝中常見的大型激光安全櫃，在這裡根本就不需要。機器人移動到零件的上方，然後將激光頭向下驅動,基本上與頭部施加作用力，這有助於將兩種材料結合在一起。不需要巨大的密封的外殼，需要的夾具也更少。相比傳統的點焊而言，這種焊接方式的焊後表面更好，也更容易保持一致性。"

圖3: 機器人激光縫步進機，將夾緊力與激光焊接技術相結合，以取代傳統的電阻焊。

先進的焊接技術,如遠距離激光焊接和激光縫步進機，仍然會像傳統焊接工藝一樣提示零件裝配和其他關鍵變數的相同問題。整個過程仍然需要被完全理解，才能成功實現自動化。

本文來自於《控制工程中文版》（CONTROL ENGINEERING China ）2018年6月刊《技術文章》欄目，原標題為：採用3D可視化技術模擬機器人焊接的優點

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