Laser-Technologie

Wie kann eine vorübergehende Kalibrierung durchgeführt werden, falls ein visuelles Laserschweißsystem für Roboter ausfällt?

Im Produktionsprozess des robotergestützten Laserschweißens übernimmt das Vision-System Aufgaben wie die Erkennung von Werkstücken, die Lokalisierung der Schweißnaht und die Detektion von Positionsabweichungen. Tritt beim System eine Fehllokalisierung, eine Erkennungsverschiebung, eine anomale Kamerabildgebung oder eine Diskrepanz zwischen den Koordinaten des Vision-Systems und denen des Roboters auf, kann der Roboter die Schweißposition möglicherweise nicht präzise bestimmen. In schweren Fällen kann dies zu Fehlschweißungen, Kollisionen oder fehlerhaften Produkten innerhalb einer gesamten Charge führen.

Falls professioneller After-Sales-Support nicht unverzüglich vor Ort organisiert werden kann, können Sie grundlegende Fehlerdiagnose und eine vorläufige Kalibrierung durchführen. Bitte beachten Sie jedoch: Eine vorläufige Kalibrierung eignet sich lediglich zur Behebung geringfügiger Positionsabweichungen; bei Hardwareausfällen in der Kamera, am Roboter, am Laserkopf oder an Sicherheitssystemen wird dringend davon abgeraten, die Geräte selbst zu zerlegen oder anzupassen.

I. Warum funktionieren Vision-Systeme für robotergestütztes Laserschweißen nicht korrekt?

Das Vision-System einer robotergestützten Laserschweißmaschine besteht typischerweise aus einer Industriekamera, einem Objektiv, einer Lichtquelle, einer Vision-Steuerungssoftware, einem Kommunikationsmodul und dem Roboter-Koordinatensystem.

Häufige Ursachen für eine fehlerhafte visuelle Lokalisierung sind:

Staub oder Ölflecken auf der Oberfläche des Kameraobjektivs;

Veränderungen der Werkstückposition;

Deutliche Änderungen der Lichtverhältnisse;

Leichte Verschiebung der Montageposition der Kamera;

Versehentliche Änderung der Vision-Parameter;

Fehlende Kalibrierungsdaten;

Abweichung in der Koordinatenbeziehung zwischen dem Vision-System und dem Roboter;

Kommunikationsfehler;

Kamera- oder Sichtsteuerungsstörung.

Daher sollten Sie bei einer Störung des Sichtsystems das Roboterprogramm nicht sofort ändern, sondern zunächst klären, ob das Problem beim Bild, beim Erkennungsprozess oder bei den Koordinaten liegt.

II. Schritt eins: Bestätigen Sie, ob das Sichtsystem tatsächlich ausgefallen ist

Wenn vor Ort eine Verschiebung der Schweißposition auftritt, ist der erste Schritt, den aktuellen Status des Sichtsystems zu überprüfen.

Sie können die Fehlerbehebung in der folgenden Reihenfolge durchführen:

① Überprüfen Sie, ob die Kamera ein normales Bild erzeugt

Öffnen Sie die Sichtsoftware oder die Überwachungsanzeige, um zu bestätigen, dass das Werkstück deutlich sichtbar ist.

Falls der Bildschirm vollständig schwarz ist, verzerrt erscheint (z. B. mit „Schnee“ oder Artefakten) oder keine Verbindung hergestellt werden kann, prüfen Sie vorrangig die Stromversorgung, die Kommunikation und den Anschluss der Kamera – und nicht die Koordinatenkalibrierung.

② Überprüfen Sie Objektiv und Schutzglas

Laser-Schweissumgebungen neigen dazu, Rauch, Spritzer und Metallstaub zu erzeugen. Falls die Linse oder das Schutzglas verschmutzt werden, kann die Kontur des Werkstücks unscharf werden und dadurch die Erkennung behindern. Reinigen Sie die Ausrüstung gemäss den Anweisungen des Herstellers.

③ Überprüfen Sie die Positionierung des Werkstücks

Stellen Sie sicher, dass das Werkstück gemäss der ursprünglichen Positionierungsmethode platziert ist. Falls sich die Position der Halterung geändert hat, kann die vom Sehsystem erkannte Position von dem ursprünglichen Produktionszustand abweichen.

④ Überprüfen Sie die Ergebnisse der Seherkennung

Falls die Kamera das Werkstück deutlich erkennen kann, die ermittelte Position jedoch deutlich abnormal ist, ist eine weitere Inspektion der Sehparameter und der Koordinatenbeziehungen erforderlich.

III. Schritt 2: Überprüfen Sie die Erkennungsleistung nach der Reinigung der Linse erneut

Viele Anomalien bei der visuellen Positionierung beruhen nicht auf Problemen mit den Kalibrierungsdaten, sondern vielmehr auf Verschmutzungen innerhalb des Sichtfelds der Kamera.

Bevor die Reinigung erfolgt, ist die betreffende Ausrüstung gemäß den Sicherheitsprotokollen abzuschalten; Wartungsarbeiten dürfen nicht durchgeführt werden, solange der Roboter oder das Lasersystem im automatischen Betrieb ist.

Wichtige zu inspizierende Bereiche:

Industriekameraobjektiv;

Schutzglas;

Vorhandensein von Rauch oder Staub im Bereich des Objektivs;

Kamerahalterung (auf Lockerung prüfen);

Hindernisse innerhalb des Sichtfelds.

Nach der Reinigung ist das Programms zur visuellen Erkennung neu zu starten und zu überprüfen, ob das System das gleiche Standardwerkstück korrekt erkennt.

Wenn die Erkennung nach der Reinigung wieder normal funktioniert, ist in der Regel keine Anpassung der Kalibrierungsparameter für die visuelle Erkennung erforderlich.

IV. Schritt 3: Prüfung auf Veränderungen der Kameraposition

Falls die Bildquelle des Vision-Systems normal ist, die erkannte Position jedoch eine konstante Verschiebung aufweist, muss die Montageposition der Kamera überprüft werden.

Beispiel:

Die Kamera identifizierte ursprünglich die Nahtmitte der Schweißnaht am Punkt A; nach einer Betriebszeit der Anlage verschoben sich jedoch alle Erkennungsergebnisse für sämtliche Werkstücke in dieselbe Richtung.

In diesem Fall liegt der Fokus auf der Überprüfung folgender Punkte:

Lockerheit der Kamerahalterung;

Schrauben zur Befestigung der Kamera;

Drehung des Objektivs;

Positionelle Veränderungen des Laser-Schweißkopfs oder des Roboter-Endeffektors;

Verschiebung der Werkstückhalterung.

Falls sich die physische Position der Kamera tatsächlich verändert hat, sind möglicherweise die ursprünglichen Kalibrierungsdaten nicht mehr gültig.

Passen Sie nicht einfach die Roboterprogrammkoordinaten an, um die Verschiebung zu „kompensieren“; dies könnte bei einer zukünftigen Neukalibrierung zu größeren Abweichungen führen.

V. Schritt 4: Durchführung einer vorläufigen Kalibrierung mithilfe eines Standardwerkstücks

Falls bestätigt ist, dass das Vision-System Bilder korrekt aufnimmt und Objekte richtig erkennt, jedoch eine geringfügige Koordinatenabweichung aufweist, kann ein Standardwerkstück oder ein Kalibrierziel für eine grundlegende Kalibrierung verwendet werden. Der grundsätzliche Ansatz lautet:

Referenzobjekt fixieren → visuelle Erkennung → visuelle Koordinaten ermitteln → Vergleich mit den tatsächlichen Roboterkoordinaten → Abweichung bestimmen → Neu-Kalibrierung gemäß der Kalibriervorschrift des Geräts durchführen.

Beispielsweise können die Abweichungen in X- und Y-Richtung dokumentiert werden, falls der Roboter nach der Identifizierung der Referenzposition stets an einer Position mit konstantem Versatz anfährt.

Ist die Abweichung sehr gering und stabil, sollte die Korrektur idealerweise gemäß der vom Gerätehersteller bereitgestellten Vision-Kalibriervorschrift durchgeführt werden.

Es ist entscheidend, die Sichtparameter oder Roboterkoordinaten nicht willkürlich allein aufgrund von Erfahrung zu ändern. Unterschiede bei Marken von Sichtsystemen, Robotersteuerungen und Softwarearchitekturen bedeuten, dass sich die spezifischen Betriebsverfahren unterscheiden.

VI. Schritt 5: Konsistenzprüfung zwischen visuellen Koordinaten und Roboterkoordinaten

Visuelle Positionierung in robotergestützten Laserschweißsystemen umfasst im Wesentlichen Transformationen zwischen verschiedenen Koordinatensystemen.

Häufige Koordinatenbeziehungen umfassen:

Kamerakoordinaten → Werkstückkoordinaten → Roboterkoordinaten → Laserschweiß-Ausführungsposition

Tritt bei einer dieser Koordinatenbeziehungen eine Abweichung auf, könnte der Roboter ‚das Werkstück sehen, aber an einer falschen Stelle schweißen‘.

Beispiel:

Das Sichtsystem erkennt eine Änderung der Nahtposition, doch die tatsächliche Position des Roboters nach der Bewegung bleibt in einer festen Richtung versetzt; in diesem Fall müssen die visuelle Koordinatentransformation und die Kalibrierung der Roboterkoordinaten überprüft werden.

Falls die Ausrüstung über eine robuste automatische Kalibrierungsfunktion verfügt, kann der Kalibrierungsvorgang über die Bedienoberfläche der Ausrüstung ausgeführt werden; ist eine solche Funktion nicht verfügbar, muss die Aufgabe von Technikern durchgeführt werden, die Erfahrung mit Robotern und Vision-Systemen besitzen.

VII. Schritt 6: Prüfen, ob Vision-Parameter versehentlich geändert wurden

Auf der Produktionsfläche tritt manchmal folgende Situation auf:

Die Ausrüstung selbst ist fehlerfrei, doch die Parameter des Vision-Programms wurden verändert.

Beispiel:

Belichtungsparameter geändert;

Verstärkungseinstellungen (Gain) geändert;

Schwellenwertparameter geändert;

Bereich von Interesse (ROI) modifiziert;

Kantenerkennungsparameter geändert;

Vorlagenparameter geändert;

Falsches Produktprogramm ausgewählt.

Wenn die Anlage zuvor normal gearbeitet hat, aber Erkennungsprobleme plötzlich nach einem Schichtwechsel oder einem Produktwechsel auftreten, empfiehlt es sich, zu prüfen, ob das Bildverarbeitungsprogramm kürzlich geändert wurde.

Unternehmen sollten validierte Bildverarbeitungsprogramme sichern und geeignete Zugriffskontrollen einführen, um das Risiko zu minimieren, dass vor Ort tätiges Personal versehentlich zentrale Parameter verändert.

VIII. Warum sollte das Roboter-Schweißprogramm nicht direkt für eine vorübergehende Kalibrierung geändert werden? Dies ist eine häufige Falle bei der vor-Ort-Behandlung visueller Anomalien.

Beispielsweise könnte jemand, wenn die Schweißposition eines Roboters ursprünglich korrekt war, aber nun insgesamt um 2 mm verschoben ist, einfach alle Schweißpunkte im Roboterprogramm um 2 mm verschieben.

Dies mag kurzfristig die Produktion wiederherstellen, birgt jedoch Risiken.

Die zugrundeliegende Ursache könnte sein:

Veränderungen der Kameraposition;

Veränderungen der Kalibrierungsdaten;

Veränderungen der Werkstückhalterung;

Anomalien bei der Koordinatentransformation;

Änderungen in der Position des Roboter-Endeffektors.

Wenn die Ursache nicht behoben wird, kann alleinige Anpassung des Roboterprogramms zu einer weiteren Diskrepanz zwischen den Koordinaten des Visionssystems und den Roboterkoordinaten führen.

Daher ist ein rationalerer Ansatz folgender:

Zunächst die Quelle der Abweichung identifizieren, dann entscheiden, ob das Visionssystem neu kalibriert, die Halterung angepasst oder das Roboterprogramm korrigiert werden muss.

IX. Welche Schritte sind nach vorübergehender Wiederherstellung der Produktion einzuleiten?

Falls die Produktion mittels einer Basis-Kalibrierung vorübergehend wiederhergestellt wird, ist der sofortige Übergang zur Serienfertigung nicht zu empfehlen.

Zuvor sollte eine Kleinstserien-Verifikation durchgeführt werden.

Der Ablauf sollte folgender Reihenfolge folgen:

Einzelteil-Test → Dauerlauf-Test → Stichprobenkontrollen → Serienfertigung

Wichtige Prüfpunkte sind:

Genauigkeit der Schweißposition;

Stabilität der Nahtverfolgung;

Optisches Erscheinungsbild der Schweißnaht;

Vorhandensein einer Schweißnahtversatzung;

Konsistenz der Werkstückpositionierung;

Drift der Bilderkennung nach kontinuierlichem Betrieb.

Erst bei stabiler Erkennungsposition während des kontinuierlichen Tests mit der Serienfertigung fortfahren.

X. Wann ist eine vor Ort durchgeführte temporäre Kalibrierung nicht zu empfehlen?

Nicht alle Störungen von Bildverarbeitungssystemen eignen sich für eine vor-Ort-Behandlung.

Automatisches Schweißen unterbrechen und den Gerätehersteller oder qualifizierte Techniker kontaktieren, falls Folgendes auftritt:

Kameraverbindungsfehler;

Hardwarefehler vom Sichtsteuergerät gemeldet;

Vollständiger Verlust der Kalibrierungsdaten;

Erheblicher Aufprall/Kollision am Kameragehäuse oder Objektiv;

Roboter-Kollision;

Änderung der Position des Laserkopfs;

Abweichungen in der Nullposition des Roboters oder mechanischen Parametern;

Anhaltende, signifikante Drift der visuellen Erkennungsergebnisse;

Sicherheitsalarme ausgelöst;

Unsicherheit bezüglich der Auswirkungen von Parameteränderungen.

Beliebige Änderungen, die ausschließlich zur schnellen Wiederherstellung der Produktion vorgenommen werden, sind abzulehnen – insbesondere bei der Roboter-Einheit, der Laserquelle, Sicherheitskreisen oder kritischen Kalibrierungsdaten.

XI. Wie können Ausfälle in Roboterschweiß-Visionssystemen mit Laser minimiert werden?

Regelmäßige Wartung ist wichtiger als die Behebung von Störungen nach deren Auftreten.

Visionssystem regelmäßig reinigen

Inspektions- und Reinigungspläne für Komponenten wie Linsen und Schutzglas entsprechend der Produktionsumgebung festlegen.

Kamerahalterung sicher befestigen

Kameraträger und Befestigungsschrauben periodisch überprüfen, um Positionsverschiebungen durch mechanische Vibration zu minimieren.

Kalibrierungsdaten sichern

Validierte Visionprogramme, Kalibrierungsparameter und Roboterprogramme sichern.

Zugriff auf Betriebsfunktionen verwalten

Unbefugte Personen daran hindern, Sehparameter oder Roboterprogramme willkürlich zu ändern.

Regelmäßige Genauigkeitsüberprüfung durchführen

Standard-Werkstücke verwenden, um periodisch die Ausrichtung zwischen visuell erkannten Positionen und den tatsächlichen Ausführungspositionen des Roboters zu verifizieren.

Wartungsunterlagen für die Geräte führen

Anomalien des Sehsystems, Parameteränderungen, Kalibrierungsdetails und Wartungsaktivitäten dokumentieren, um zukünftige Fehlersuche zu erleichtern.

XII. Auswahl von robotergestützten Laserschweißsystemen: Stabilität des Sehsystems ist entscheidend

Bei robotergestützten Laserschweißprojekten mit visueller Positionierung, Nahterkennung und komplexem Pfadschweißen ist das Sehsystem nicht bloß eine zusätzliche Industriekamera; es muss nahtlos mit dem Roboter, dem Laserkopf, dem Steuerungssystem, der Werkzeug-/Spannvorrichtung und dem Schweißprozess integriert sein.

Daher sollte bei der Auswahl robotergestützter Laserschweißausrüstung nicht nur die Roboter-Marke und die Laserleistung berücksichtigt werden, sondern auch Folgendes:

Visuelle Positionierungsmethode;

Genauigkeit der visuellen Erkennung;

Kalibriermethode;

Koordinatentransformationsmethode;

Software-Bedienmethode;

Funktionen zur Anomaliealarmierung;

Methode der Datensicherung;

Fähigkeiten zum technischen After-Sales-Support.

Insbesondere bei nichtstandardisierten Automatisierungsprojekten ist die Verifikation mit realen Werkstücken vor der Geräteauslieferung unerlässlich.