2. 快速开始

本章节将以一个实际焊接工程为例介绍如何控制机器人快速开始焊接工作（需要先获取焊接插件授权），图2-1，图2-2为焊接准备，其中图2-1为待焊接工件，图2-2为机器人和工件。

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图2.1 待焊接工件

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图2.2 机器人+工件

2.1. 3D机械振镜相机产品说明

高精度3D相机采用光栅结构光进行扫描，根据双目图像恢复算法重建出物体的真实三维点云数据。满足工业级高分辨率、亚毫米测量的三维视觉应用需求。该设备体积小、景深大测量精度高等特点。可应用于工业自动化、机器人、三维物体重建等场景。

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图2.3 标准版本

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图2.4 配备保护罩版本

此款相机可搭配各型主流焊接机器人，引导焊接机器人进行焊接作业，实现复杂焊缝特征提取、轨迹寻位、工件找正定位等功能。成像算法，最高可实现0.2mm的Z向重复精度；采用双目结构光技术，亚毫米级精度图像采集；

该相机具有以下特点：

  • 支持多帧融合，解决金属零件表面反光问题；

  • 高效投影模块配合精准曝光，性能更稳定；

  • 系统抗噪性能强，较暗工件也可输出清晰点云；

  • 非接触式测量，不损伤被测物体表面；

  • 出厂时就进行优化方案的预设定，无需要用户自行标定；

  • 紧凑的铝合金全封闭外壳设计，在工业生产中，提供了长效、可靠的保障，预留多孔位安装，让相机的部署更加方便快捷；

该产品是适用于 350mm~1100mm 距离物体识别的智能相机。该产品不仅体积小，重量轻，机身强度高，而且成像速度快，精度高，特别适用于高温环境工作，具有抗高温的特点，前置有防溅盖板能够有效起到防火花溅射，无示教焊接轨迹生成的功能。

2.1.1. 系统要求

  • Windows 10.0 或以上 / Ubuntu 18.04 或以上；

  • 主频 1.8GHz 或以上；

  • 建议 8GB RAM 或以上。

2.1.2. 产品参数

表2-1 产品参数表

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2.1.3. 视场测量范围

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图2.5 视场测量范围

2.1.4. 结构图纸

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图2.6 标准版本结构尺寸图

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图2.7 配备保护罩版本结构尺寸图

2.1.5. 结构图纸

相机电源接口

表2-2 机身电源座（8pin）

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表2-3 电源线缆（8pin）

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相机通信控制接口

表2-4 机身POE网口座（12pin）

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表2-5 POE网口线缆（12pin）

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相机防护罩外部控制接口

表2-6 防护盖外控座（4pin）

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表2-7 防护盖外控线缆（4pin）

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2.1.6. 相机安装

保护罩的安装需要拆掉相机上壳M5堵头，露出进线孔，使用4颗M3*12内六角圆柱头螺钉安装在相机上壳对应孔位。

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图2.8 保护罩安装示意图

相机安装示意：

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图2.9 相机安装示意图

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图2.10 固定板建议尺寸

安装要求：

表2-8 安装要求

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使用方式和注意事项：

  • 建议使用默认分辨率，减少上电初始化分别率增加时间消耗；

  • 相机意外断开，可检查网线和电源线是否松动，软件是否运行正常，或重新启动相机；

  • 请按照指引正确操作产品，如操作不当可能会导致内部元件损坏；

  • 开机后,请勿直视光机，以免造成眼睛不适；

  • 请勿使用其它热源加热此产品；

  • 请勿用任何方式修改或拆解此产品，以免造成产品损坏及精度下降；

  • 请勿摔落或撞击此产品，以防内部组件损坏及精度下降；

  • 请勿触摸镜片，以免造成取图效果；

  • 产品在使用一段时间后会发热,属于正常现象。

2.2. 设备安装

如图2-11所示，将相机和焊枪通过连接件安装在机器人末端。

重要

以机器人拖动按钮为参考点，连接件安装在其正后方（沿末端法兰盘径向穿过圆心到达对侧位置）。

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图2.11 安装相机和焊枪

重要

请确保安装牢固，否则会影响精度。

2.3. 工具坐标系标定

AIRLab软件提供了工具坐标系的手动标定功能，打开AIRLab软件，导入机器人、工具，点击左侧“导入模块”-“工具”，打开工具设置界面（参照3.5.1节），接着选择想要标定的工具坐标系名称点击“修改”按钮进入“工具坐标系手动标定”界面，如下图所示。

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图2.12 工具坐标系手动标定界面

AIRLab提供了两种标定方法，分别为“四点法”与“六点法”，本文将以“六点法”为例对其进行介绍，具体步骤如下：

重要

标定之前确认当前应用的工具坐标系为0，工件坐标系为0，扩展轴坐标系为0！

Step1：首先打开前文提到的“工具坐标系手动标定”界面，然后点击想要使用的标定方法，本次演示则点击“六点法”按钮，显示界面如下；

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图2.13 标定方法设置

Step2：控制机械臂以某个姿态将机械臂末端工具对准标定工具的顶端（固定参考点），等待机械臂移动就位后，点击界面的“设置点1”按钮，当按钮变成“修改点1”则说明点位设置成功，若要修改所设置点位，则点击“修改点1”进行重复步骤。过程如下图所示；

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图2.14 设置点1

Step3：改变机械臂的姿态同样将机械臂末端工具对准标定工具的顶端（固定参考点），等待机械臂移动就位后，点击界面的“设置点2”按钮，当按钮变成“修改点2”则说明点位设置成功，若要修改所设置点位，则点击“修改点2”进行重复步骤。过程如下图所示；

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图2.15 设置点2

Step4：再次改变机械臂的姿态，将机械臂末端工具对准标定工具的顶端（固定参考点），等待机械臂移动就位后，点击界面的“设置点3”按钮，当按钮变成“修改点3”则说明点位设置成功，若要修改所设置点位，则点击“修改点3”进行重复步骤。点位3设置完成后，页面上的标定点位示意图切换为点位4，按照示意图开始设置点位4即可。过程如下图所示；

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图2.16 设置点3

Step5：调整机械臂姿态，这次需要将机械臂末端竖直对准标定工具的顶端（固定参考点），如下图（左侧）所示，等待机械臂移动就位后，点击界面的“设置点4”按钮，当按钮变成“修改点4”则说明点位设置成功，若要修改所设置点位，则点击“修改点4”进行重复步骤。点位4设置完成后，页面上的标定点位示意图切换为点位5，按照示意图开始设置点位5即可。过程如下图所示；

重要

点4的姿态在调整时，需要将焊枪弯曲的方向对准在机器人基坐标系的X或Y轴方向上！这样在Step6中只要在X或Y轴方向进行一次移动就可以得到点5。

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图2.17 设置点4

Step6：保持机械臂的姿态不变，利用基坐标系移动，在水平方向上向焊枪弯曲的方向移动一段距离，该方向即设定的工具坐标系X轴正方向。等待机械臂移动就位后，点击界面的“设置点5”按钮，当按钮变成“修改点5”则说明点位设置成功，若要修改所设置点位，则点击“修改点5”进行重复步骤。点位5设置完成后，页面上的标定点位示意图切换为点位6，按照示意图开始设置点位6即可。过程如下图所示；

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图2.18 设置点5

Step7：回到固定参考点，垂直往上移动一段距离，该方向即工具坐标系Z轴正方向，工具坐标系Y正方向则通过右手定则确定。等待机械臂移动就位后，点击界面的“设置点6”按钮，当按钮变成“修改点6”则说明点位设置成功，若要修改所设置点位，则点击“修改点6”进行重复步骤。过程如下图所示；

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图2.19 设置点6

Step8：以上步骤完成后，点击“计算”按钮计算工具位姿，显示结果如下图所示。

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图2.20 工具坐标系计算结果

Step9：检查计算结果无误后，点击“保存”按钮，将会把计算结果保存在本地路径~/AIRLabExe/Data/import_config/Cleargun_cutwire_settings.config下的[Tool_coord_value_list]中，本次示例中标定的是tool3，所以保存的内容为<3=“标定计算结果”>，同时“工具设置”中也出现了标定成功的tool3选项，过程如下图所示。

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图2.21 工具坐标系计算结果保存

若选择的工具坐标系为已有工具坐标系（上述本地路径下已有相关坐标系的值），则会有“询问”弹窗提示是否覆盖之前的结果，如下图所示，若选择“确定”按钮则覆盖原有结果。

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图2.22 工具坐标系询问弹窗

2.4. 点云相机手眼标定

机器人上电后，启动AIRLab软件，确保各模块正确启动。

Step1：相机连接

  1. 打开导入模块中的相机模块，三维场景中显示“相机设置”弹窗。

  2. 连接相机；点击导入模块-相机，三维场景显示相机设置弹窗，相机自动连接。连接成功，弹窗中“连接状态”会显示“已连接”，如下图下所；如果连接失败，弹窗中“连接状态”会显示未连接，此时请先人工排查相机连线是否正确。

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图2.23 相机配置-搜索设备

  1. 参数配置：选择拍摄模式为“结构光”，同时设置合适的曝光时间等参数。

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图2.24 设置拍摄模式—结构光

Step2：手眼标定

  1. 点击“相机设置”弹窗中的设备调试。点击“手眼标定”按钮，三维场景中显示“手眼标定弹窗”弹窗，如图所示。

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图2.25 手眼标定弹窗

  1. 选择手眼标定类型和标定算法，点击手眼标定窗口中的“标定开始”按钮开始标定。

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图2.26 标定开始

  1. 标定板放置在相机正下方，机器人以合适的姿态控制末端相机正对标定板，相机距离标定板有效拍摄距离为400-600mm，如图2-27所示。将AIRLab主显示框切换至相机显示，如图2-28所示。

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图2.27 标定板放置位置

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图2.28 AIRLab软件-相机显示

  1. 选择运行方式为“自动”后点击“自动运行”按钮，软件将开始自动进行手眼标定，拍照过程中相机发出蓝光即为拍摄成功。自动运行机器人自动拍摄标定板并自动变换位姿，拍摄一轮变换八个姿态拍摄八次标定板。拍摄过程中提示标定失败需要再次点击“自动运行”重新进行本轮标定。

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图2.29 相机拍照

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图2.30 点云显示

  1. 标定结束后点击“标定结束”按钮，完成相机手眼标定；

Step3：精度验证

手眼标定结束后，对标定结果进行精度验证。

  1. 手动拖动机器人使相机正对标定板，相机距离标定板距离为400mm-600mm。点击“重新验证”按钮对手眼标定结果进行重新验证；点击精度验证下的“拍照”按钮进行拍摄。拍摄成功后，软件终端显示相机拍摄成功。

  2. 手动拖动机器人变换姿态，变换姿态建议八个姿态，分别为正向关节配置四个姿态和末端关节反过来后的四个姿态，如下图所示。每次四个姿态同样尽量覆盖机器人的关节活动范围，每次变化姿态界面差值需满足RX变化量>10°，RY变化量>10°，RZ变化量>45°。加上精度验证第一次拍照，总共拍九次。

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图2.31 验证姿态

  1. 精度验证拍摄成功后，点击“验证结果”按钮，会出现下图所示的弹窗。综合误差的数值在0.5mm~1.0mm区间内表示本次手眼标定结果较好，在1.0mm~1.5mm区间内的标定效果次之。其他结果代表本次标定结果不佳，需要进行重新标定。

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图2.32 精度验证结果

2.5. 地面获取与验证

在首次进行任务作业前，需要先确定作业地面（若更换作业地面，需重新按此流程进行再次确认），操作步骤如下。

Step1：打开“相机设置”界面，拍摄模式选择“结构光”，点击“设备调试”标题。调整相机位置，对准作业地面，点击“拍摄地面”按钮开始拍地。

Step2：完成地面拍摄后，调整相机位置对准工件。点击“地面效果验证”按钮，界面如下图所示。将相机对准工件，点击“拍照”按钮。拍摄完成后点击“查看分割点云”按钮，弹窗中就会显示地面效果验证点云，如下图所示。

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图2.33 地面效果验证弹窗

其中红色点云代表被地面切割掉的工件，绿色点云代表被保留的工件，灰色点云代表原始地面，黄色点云代表调整参数后的地面。

如果上述验证结果不符合预期，可以通过调整切地参数（拖动滑块或是文本框输入），然后点击“拍照”按钮，拍照完成后点击“查看分割点云”，弹窗会显示新参数下的地面验证点云。

若本次设置地面验证的点云符合需求（地面与工件底部近似平齐，工件被完整地保留），如果符合，地面效果验证结束，直接关闭“地面效果验证”弹窗；如果不符合则重复上述调整参数-拍照-查看分割点云操作，直至符合要求。

2.6. 模型构建

移动机器人进行拍摄点位示教（点位的拍摄范围能够覆盖工件模型），并创建模型构建程序，如下图所示。

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图2.34 模型构建程序

点击如下图所示中的“运行程序”，机器人开始移动和拍照，以及模型构建。

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图2.35 模型构建——开始运行

构建成功后，界面中出现工件的点云模型，如下图所示。

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图2.36 构建成功的工件点云模型

2.7. 开始运行

模型构建成功后，请依次完成焊缝编辑、工件定位以及精定位识别步骤，详细操作说明请见本手册第3章中得工程模块解析内容。

Lua程序生成成功后，请先设置“程序配置”弹窗中的参数，如下图所示。详细参数说明请参考本手册第3章中“焊接程序配置”一节。

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图2.37 获取程序配置

配置完成后点击一键运行，程序将从“工件定位”开始运行直到焊接完成。