基于云计算的汽车智能喷漆方法与流程

本发明涉及喷漆工艺技术领域，具体涉及一种基于云计算的汽车智能喷漆方法。

背景技术：

随着汽车行业的不断发展、劳动力成本的不断提高以及环保意识的不断增强，传统行业亟需自动化、信息化、智能化等一系列技术手段进行武装，从人口红利过渡为技术红利，提升我国传统行业的产品竞争力。近年来，我国汽车保有量大幅上升，对资源的需求急剧增加，同时造成的空气污染也日益严重。受益于节能环保政策的推出，未来节能环保、新能源汽车以及相关零部件行业将是新的投资增长点，也是未来汽车工业的发展方向。

目前，国内外对于汽车的喷漆工序主要都是靠人工来完成的，然而这种人工喷漆的方式存在诸多不足：1)油漆浪费严重，损耗大，成本高；2)由于人工喷漆的方式不一，在喷漆过程中很难保证上漆量的均匀程度从而导致喷漆质量一致性较差；3)由于没有对漆雾进行处理，作业环境恶劣，喷漆室内粉尘极大，严重影响操作人员的健康，容易使操作人员患上尘肺病；4)对环境造成严重污染；5)效率低，不适合大批量的机械化作业；6)需要较多的操作人员，增加了作业成本和管理成本。

云计算是继八十年代大型计算机到客户端-服务器的大转变之后的又一种巨变，它是基于互联网相关服务的增加、使用和交付模式，通过互联网来提供动态易扩展且经常是虚拟化的资源。通过使计算分布在大量的分布式计算机上，而非本地计算机或远程服务器中，企业数据中心的运行将与互联网更相似，这使得企业能够将资源切换到需要的应用上，根据需求访问计算机和存储系统，只要连接互联网即可来获取各类服务，可以大规模的降低成本。因此，“云”具有前所未有的性能价格比，用户可以充分享受“云”的低成本优势。

到目前为止，将云计算与汽车喷漆工艺相互结合的技术还未见报道。

技术实现要素：

为了克服现有人工喷漆存在的油漆损耗大、质量一致性差、影响操作人员健康、污染严重、效率低、成本高的问题，本发明提供一种基于云计算的汽车智能喷漆方法。

本发明为解决技术问题所采用的技术方案如下：

本发明的基于云计算的汽车智能喷漆方法，包括以下步骤：

步骤一、基础设施搭建

搭建云计算平台、多个城市服务平台、多个喷烤房；

所述云计算平台包括大型服务器，与大型服务器相连的交换器，与交换器相连的数据存储器，与交换器相连的路由器，嵌入数据存储器中的数据管理系统、汽车零件三维模型数据库和汽车零件喷涂程序数据库；所述大型服务器通过路由器和双线接入式千兆网络与各个城市服务平台进行数据通讯，所述数据管理系统用于管理汽车零件三维模型和汽车零件喷涂程序的下载和上传，所述汽车零件三维模型数据库用于存储汽车厂商提供的各种型号的汽车零件三维模型和各个城市服务平台通过扫描上传的汽车零件三维模型，所述汽车零件喷涂程序数据库用于存储根据汽车零件三维模型生成的汽车零件喷涂程序和各个城市服务平台上传的实际的汽车零件喷涂程序，所述数据存储器中还存储由城市服务平台上传的优化后的喷枪位姿轨迹数据；

所述城市服务平台包括服务器，与服务器相连的3D扫描设备，与3D扫描设备相连的3D扫描设备控制系统，嵌入服务器中的3D扫描设备控制系统、喷涂件点云数据库、汽车零件喷涂程序数据库、质量检测数据库和汽车零件喷涂路径规划系统；所述服务器通过双线接入式千兆网络与大型服务器进行数据通讯，所述服务器用于数据存储以及与各个喷烤房的数据传输，所述3D扫描设备控制系统用于控制3D扫描设备对汽车零件进行扫描和建模，所述喷涂件点云数据库用于存储汽车零件的点云数据，所述汽车零件喷涂程序数据库用于存储根据汽车零件喷涂路径编程设计的汽车零件喷涂程序，所述质量检测数据库用于存储由喷烤房上传的质检结果，所述汽车零件喷涂路径规划系统用于规划汽车零件喷涂路径；

所述喷烤房用于实现汽车智能喷漆；

步骤二、搭建汽车零件三维模型数据库

通过3D扫描设备控制系统控制3D扫描设备对汽车零件进行扫描，并建立汽车零件三维模型，通过服务器将汽车零件三维模型上传至云计算平台中，并通过数据管理系统将汽车零件三维模型存储在数据存储器中的汽车零件三维模型数据库中，汽车零件三维模型数据库本身也存储各汽车厂商提供的各种型号的汽车零件三维模型；

步骤三、汽车零件喷涂路径设计

利用喷涂件点云数据库中的点云数据通过汽车零件喷涂路径规划系统自动生成汽车零件喷涂路径，同时根据生成的汽车零件喷涂路径编程设计汽车零件喷涂程序，并将汽车零件喷涂程序存储在汽车零件喷涂程序数据库中。汽车零件喷涂程序数据库中还存储从云计算平台中的汽车零件喷涂程序数据库中下载的汽车零件喷涂程序；

步骤四、喷枪位姿轨迹获取和优化

(1)基于点云切片技术的喷枪位姿轨迹获取

由于点云数据生成三维模型过程繁琐，所以引入点云切片技术，利用喷烤房喷涂机械手系统中的上位机直接对汽车零件的点云数据进行处理，直接生成等距的喷枪位姿轨迹；

(2)喷枪位姿轨迹优化

对得到的喷枪位姿轨迹进行速度优化和间距优化；将优化后的喷枪位姿轨迹通过喷烤房喷涂机械手系统中的控制系统上传到城市服务平台的服务器中，再由服务器上传至上级的云计算平台的数据存储器中；根据优化后的喷枪的位姿、路径、速度信息生成实际的汽车零件喷涂程序存储在汽车零件喷涂程序数据库中，将生成的实际的汽车零件喷涂程序上传并存储至云计算平台中的汽车零件喷涂程序数据库中；

步骤五、喷涂时，处于系统末端的喷烤房，根据需要可在云计算平台中下载需要的汽车零件喷涂程序、在汽车零件喷涂路径规划系统中下载汽车零件喷涂路径，并在五轴联动的龙门桁架式喷涂机械手的控制系统中设置相关喷涂参数，根据实际情况修改所下载的汽车零件喷涂程序，对喷涂参数进行优化，使重合率达到50％～60％，同时根据下载的汽车零件喷涂路径以及优化的喷枪位姿轨迹，通过龙门桁架式喷涂机械手进行喷涂，喷涂后进行喷烤，得到厚度均匀的漆膜；

步骤六、喷烤完成之后，需要对喷涂质量进行检验。

进一步的，步骤二的具体过程为：(1)通过3D扫描设备控制系统控制3D扫描设备对汽车零件进行扫描，通过旋转汽车零件或者3D扫描设备的扫描头，变换扫描视角，运用多视角点云的自动拼接技术，可完成对汽车零件全方位360度扫描；(2)扫描完成后，在汽车零件表面取一些点，计算这些点与3D扫描设备之间的距离，当测量的点足够多时，自动生成点云数据，点云数据存储在喷涂件点云数据库中，利用汽车零件的点云数据就能够得到汽车零件表面的轮廓，将这些相邻的点之间建立联系，就能够得到汽车零件的三维模型，通过数据管理系统将汽车零件三维模型存储在数据存储器中的汽车零件三维模型数据库中；(3)对点云数据进行预处理：去除异常数据点以减小误差；通过合适的数据插补的方法补齐遗失点；选择最优的数据平滑降低或消除测量噪声；对点云数据进行压缩。

进一步的，步骤四的具体过程为：通过设定切片方向和切片层数，对预处理后的点云数据进行切片处理，得到切片多义线后对其平均采样，确定喷枪在汽车零件表面的喷涂路径，然后估算所有采样点的法向量，最后利用偏置算法获取喷枪位姿轨迹。

进一步的，所述喷烤房包括：采用电动卷帘门分割成的喷漆间和烤漆间、喷涂机械手系统、质量检测系统；

所述喷漆间包括：安装在喷漆间侧壁及顶部上的防爆照明灯、分别设置在喷漆间顶部的进风口和底部的出风口、安装在喷漆间外部墙体上且与进风口连通的送风机、安装在喷漆间外部墙体上且与出风口连通的排风机、固定在喷漆间地面上的环保箱、安装在喷漆间顶部进风口处的过滤网、水池、安装在水池中的水泵、安装在喷漆间一端侧面且通过导流管与水池相通的溢流槽，通过水泵将水池中的水抽至喷漆间内的溢流槽中，使水在溢流槽中溢流形成水膜帘；

所述烤漆间包括：安装在烤漆间侧壁及顶部上的防爆照明灯、安装在烤漆间侧壁上部的摄像头、安装在烤漆间两侧壁和顶部上的远红外发射板、安装在烤漆间顶部的变频风扇；

所述喷涂机械手系统包括：五轴联动的龙门桁架式喷涂机械手、控制系统、漆料盒、双工位转台；所述龙门桁架式喷涂机械手包括：分别固定在喷烤房两侧壁上的两个X轴滑动平台、两端分别固定在两个X轴滑动平台上的Y轴滑动平台、一端固定在Y轴滑动平台中间部位的Z轴升降机构、固定在Z轴升降机构另一端的第一旋转轴、固定在Z轴升降机构另一端且位于第一旋转轴之下的第二旋转轴、固定在第二旋转轴上的喷枪，所述第一旋转轴的轴线与Z轴升降机构的轴线平行，所述第二旋转轴的轴线与Z轴升降机构的轴线垂直；所述控制系统用于从服务器的汽车零件喷涂程序数据库中下载汽车零件喷涂程序，从服务器的喷涂件点云数据库中下载点云数据、并根据点云数据对喷枪位姿轨迹进行优化，从上级服务器中下载各种型号汽车零件三维模型、并根据实际喷涂情况反馈至质量检测系统；所述漆料盒放置在喷漆间地面上并通过通过料管连接到喷枪上；所述双工位转台一端安装在喷漆间，另一端安装在烤漆间，通过双工位转台将喷完漆的汽车零件由喷漆间传输到烤漆间；

所述质量检测系统包括CCD图像采集单元和与之相连的质量检测控制系统，通过质量检测控制系统配置采样面，并控制CCD图像采集单元拍摄采样面的高清图像，通过质量检测控制系统对采样面的高清图像进行处理，评估涂层质量，并将质检结果上传至服务器的质量检测数据库中，根据质检结果调整优化汽车零件喷涂程序生成过程中的相关参数，优化汽车零件喷涂程序。

进一步的，还包括安装在喷烤房外部墙体上的操作按钮和故障显示灯，所述防爆照明灯、送风机、排风机、水泵、摄像头、远红外发射板、变频风扇均与操作按钮相连，通过操作按钮控制防爆照明灯、送风机、排风机、水泵、摄像头、远红外发射板、变频风扇的开启和关闭；所述防爆照明灯、送风机、排风机、水泵、摄像头、远红外发射板、变频风扇均与故障显示灯相连，上述组件出现故障时均通过故障显示灯进行显示。

进一步的，所述控制系统包括：ARM处理器、与ARM处理器相连的DSP处理器、与DSP处理器相连的上位机，与上位机相连的下位机、与上位机相连的操作面板；所述上位机通过网络设备连接互联网并与服务器进行数据通讯，所述下位机分别与两个X轴滑动平台、Z轴升降机构、Y轴滑动平台、第一旋转轴、第二旋转轴相连；通过上位机从服务器的汽车零件喷涂程序数据库中下载汽车零件喷涂程序，通过上位机从服务器的喷涂件点云数据库中下载点云数据，并根据点云数据对喷枪位姿轨迹进行优化，所述上位机向下位机发送控制命令，下位机再根据此控制命令解算成相应时序信号直接控制龙门桁架式喷涂机械手进行喷涂作业，通过下位机实时读取龙门桁架式喷涂机械手状态数据，并转化成数字信号反馈给上位机，通过上位机和网络设备从服务器中下载各种型号汽车零件三维模型，并根据实际喷涂情况及时反馈至质量检测系统。

进一步的，所述漆料盒采用多个压力容器组成，其中一个压力容器装有料管油漆清洗剂，其余的压力容器中分别装有一种颜色漆料，各个压力容器均通过料管连接到喷枪上，每个压力容器均通过开关阀和气泵控制漆料的流通。

进一步的，所述X轴滑动平台、Z轴升降机构、Y轴滑动平台均为直线运动轴，所述第一旋转轴、第二旋转轴均为旋转运动轴。

进一步的，所述X轴滑动平台、Y轴滑动平台、Z轴升降机构的行程分别为3.5米、3米和1.45米；所述第一旋转轴和第二旋转轴的行程均为-90度到+90度，所述喷枪距离地面的最小距离为0.28米。

进一步的，所述水池中放置有漆雾凝聚剂。

本发明的有益效果是：本发明的总体目标是为避免人工喷漆造成的对喷漆工人的健康伤害，减小喷漆烤漆过程对周边环境的危害，从根本上避免由于操作人员的技能手法差异导致的漆面质量的不一致性，本发明研究设计一个基于云计算的自动喷漆烤漆一体化分布式“机器换人”解决方案，利用云计算平台的技术优势，与汽车自动化补漆喷涂深度融合，创新汽车补漆服务新模式。

本发明的基于云计算的汽车智能喷漆系统具有以下优势：

1)智能喷漆机械手油漆损耗小，降低企业生产成本；

2)喷涂质量稳定，机械手喷涂方式能够保证上漆量的均匀程度和质量的稳定性；

3)通过对漆雾进行处理，保护汽车操作人员的健康，降低对环境造成的污染；

4)生产效率高，适合大批量生产；

5)大量减少人力，降低了企业生产成本和管理成本。

6)本发明针对汽车零部件形状复杂、喷涂质量和精度要求高以及喷涂环境恶劣等问题，以智能控制、动态优化设计、模块化设计等技术为基础，研发设计了汽车零部件智能喷烤房。根据汽车零部件表面喷涂工艺与作业环境要求，规划了智能喷烤房结构布局，自主研发设计了喷烤房环境控制系统、龙门桁架式五轴喷涂机器人及其附属设备，最终实现汽车零部件表面喷漆与修复过程的无人化、智能化，为该行业提供技术保障。

附图说明

图1为本发明的基于云计算的汽车智能喷漆系统的整体结构示意图。

图2为本发明的基于云计算的汽车智能喷漆系统的结构框图。

图3为本发明的基于云计算的汽车智能喷漆方法的工作流程图。

图4为喷烤房的结构示意图。

图中：1、云计算平台，1-1、大型服务器，1-2、数据存储器，1-3、双线接入式千兆网络，1-4、路由器，1-5、交换器，1-6、数据管理系统，1-7、汽车零件三维模型数据库，1-8、汽车零件喷涂程序数据库，2、城市服务平台，2-1、服务器，2-2、3D扫描设备，2-3、3D扫描设备控制系统，2-4、喷涂件点云数据库，2-5、汽车零件喷涂程序数据库，2-6、质量检测数据库，2-7、汽车零件喷涂路径规划系统，3、喷烤房，X轴滑动平台3-1、Z轴升降机构3-2、Y轴滑动平台3-3、环保箱3-4、第一旋转轴3-5、喷枪3-6、第二旋转轴3-7、双工位转台3-8、操作面板3-11、操作按钮3-12、故障显示灯3-13、摄像头3-14、防爆照明灯3-15、远红外加热板3-16、送风机3-17、水膜帘3-18、排风机3-19。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明的一种基于云计算的汽车智能喷漆系统利用自身强大的存储能力和数据处理能力，管理各型喷涂件的三维模型数据、规划喷涂路径、监控喷涂工作状态、依据反馈数据改进加工路径和喷涂方法以提高效率。通过云计算平台1的搭建，将目前处于星散的各自独立经营的汽车修理厂的喷烤房3组建成网络化车间，实现喷烤房3之间的信息共享、优化资源配置。每座城市配置有1-2座基于机器视觉的模型智能识别技术的城市服务平台2作为信息中心，因其具有高效、节能等特点，故可辐射、覆盖整座城市，建设成为“社区店”模式，其余喷烤房3即可作为云计算平台1末梢，进行作业前，从云计算平台1下载车型数据和加工数据并根据实际情况进行参数微调即可。

如图1所示，本发明的一种基于云计算的汽车智能喷漆系统，主要包括：云计算平台1、多个城市服务平台2、多个喷烤房3。

汽车智能喷漆的基础是云计算平台1，该云计算平台1的主要功能是实现与下级的各个城市服务平台2的数据共享。云计算平台1主要是由硬件部分和软件部分共同作用实现的。如图2所示，云计算平台1主要包括高性能的大型服务器1-1、大容量的数据存储器1-2、稳定可靠的双线接入式千兆网络1-3、路由器1-4和交换器1-5以及数据管理系统1-6、汽车零件三维模型数据库1-7、汽车零件喷涂程序数据库1-8。高性能的大型服务器1-1与交换器1-5通过线缆相连，交换器1-5与数据存储器1-2通过线缆相连，交换器1-5通过线缆与路由器1-4相连，高性能的大型服务器1-1通过路由器1-4和双线接入式千兆网络1-3与下级的各个城市服务平台2进行数据通讯，完成数据的共享和对接。数据管理系统1-6、汽车零件三维模型数据库1-7、汽车零件喷涂程序数据库1-8均嵌入数据存储器1-2中，数据管理系统1-6主要负责管理汽车零件三维模型和汽车零件喷涂程序的下载和上传，汽车零件三维模型数据库1-7主要用于存储汽车厂商提供的各种型号的汽车零件三维模型和各个城市服务平台2通过扫描上传的汽车零件三维模型；汽车零件喷涂程序数据库1-8主要用于存储根据汽车零件三维模型生成的汽车零件喷涂程序和各个城市服务平台2上传的实际的汽车零件喷涂程序。数据存储器1-2中还存储由下级城市服务平台2上传的优化后的喷枪位姿轨迹数据。

汽车智能喷漆系统需要在各个城市设置城市服务平台2。城市服务平台2主要是由硬件部分和软件部分共同作用实现的。如图2所示，城市服务平台2主要包括高性能的服务器2-1、3D扫描设备2-2、3D扫描设备控制系统2-3、喷涂件点云数据库2-4、汽车零件喷涂程序数据库2-5、质量检测数据库2-6、汽车零件喷涂路径规划系统2-7、双线接入式千兆网络1-3。服务器2-1与3D扫描设备2-2通过线缆相连。3D扫描设备控制系统2-3、喷涂件点云数据库2-4、汽车零件喷涂程序数据库2-5、质量检测数据库2-6和汽车零件喷涂路径规划系统2-7嵌入服务器2-1中。3D扫描设备2-2是一种基于机器视觉的模型智能识别设备，通过配置3D扫描设备2-2对汽车零件进行扫描，并建立汽车零件三维模型。高性能的服务器2-1通过双线接入式千兆网络1-3与高性能的大型服务器1-1进行数据通讯，完成数据的共享和对接，同时，高性能的服务器2-1用于数据存储以及与下级的各喷烤房3的数据传输。3D扫描设备控制系统2-3用于控制3D扫描设备2-2对汽车零件进行扫描和建模，喷涂件点云数据库2-4主要用于存储汽车零件的点云数据，汽车零件喷涂程序数据库2-5主要用于存储根据汽车零件喷涂路径编程设计的汽车零件喷涂程序，质量检测数据库2-6用于存储由喷烤房3中的质量检测系统上传的质检结果，汽车零件喷涂路径规划系统2-7用于规划汽车零件喷涂路径。

喷烤房3为高质量的喷涂作业提供良好的环境保证。采用电动卷帘门将喷烤房3分割为喷漆间3-9和烤漆间3-10。喷漆间3-9主要承担汽车零件的喷漆作业。为了保证表面喷漆作业环境要求，喷漆间3-9应具备照明、通风、空气净化、漆雾处理和故障报警功能。如图4所示，喷漆间3-9内部主要设置有：防爆照明灯3-15、进风口、出风口、水膜帘3-18、过滤网、溢流槽，喷漆间3-9外部主要设置有送风机3-17、排风机3-19、环保箱3-4、水泵、水池、导流管。喷漆间3-9的照明设备按照GB14444-2006《喷漆室安全技术规定》要求安装，照明设备全部采用防爆照明灯3-15，防爆照明灯3-15安装在喷漆间3-9侧壁及顶部上。进风口设置在喷漆间3-9顶部，出风口设置在喷漆间3-9底部，送风机3-17与进风口连通，排风机3-19与出风口连通，送风机3-17和排风机3-19均安装在喷漆间3-9外部墙体上。喷漆间3-9压力为负压，室外空气通过送风机3-17经喷烤房3顶部进风口进入喷漆间3-9内部，在汽车零件周围形成风幕，使喷漆后的残留漆雾不向四周弥散而随气流下降，在排风机3-19的作用下，气流有序地通过喷漆间3-9底部出风口经环保箱3-4净化后排向室外，环保箱3-4固定在喷漆间3-9地面上。喷漆间3-9顶部进风口处需要安装过滤网(过滤棉、活性炭等)，用于净化空气。采用水膜帘3-18处理残留漆雾，即喷漆时，采用水泵将水池中的水抽至喷漆间3-9内的溢流槽中，使水在溢流槽中溢流形成水膜帘3-18，溢流槽安装在喷漆间3-9一端侧面，水泵安装在水池中，溢流槽通过导流管与水池相通；当残留漆雾碰到水膜帘3-18时，就会被水吸附，污水通过导流管回流至水池内，水池中放置有漆雾凝聚剂，污水通过漆雾凝聚剂的凝结和过滤网的过滤净化后重新被水泵吸入喷烤房3内，漆雾中的有机溶剂被稀释达到排放标准后经排风机3-19排放到室外。

如图4所示，烤漆间3-10主要承担喷漆表面的烘烤作业，为了达到表面烤漆作业环境要求，烤漆间3-10应具备照明、加热、热交换和故障报警等功能。烤漆间3-10主要包括：摄像头3-14、防爆照明灯3-15、远红外发射板3-16、变频风扇。烤漆间3-10的照明灯组全部采用防爆照明灯3-15，电压为220V，防爆照明灯3-15安装在烤漆间3-10侧壁及顶部上。摄像头3-14安装在烤漆间3-10侧壁上部，通过摄像头3-14可以监视喷烤房3内部情况，在出现问题时可以及时处理。烤漆间3-10采用远红外发射板3-16加热，电压为220V，温度可达60～80度，温升时间不超过40分钟，远红外发射板3-16安装在烤漆间3-10两侧壁和顶部上，采用分组控制。热交换通过变频风扇实现，烤漆间3-10顶部安装有变频风扇两个，该变频风扇可实现自动变频控制，同时要满足防爆要求。

汽车智能喷漆的执行部件是喷涂机械手系统。该喷涂机械手系统主要包括：五轴联动的龙门桁架式喷涂机械手、控制系统、漆料盒、双工位转台3-8。

根据汽车零件喷涂工艺要求，进行龙门桁架式喷涂机械手本体初步设计。定制开发五轴联动的龙门桁架式喷涂机械手，对龙门桁架式喷涂机械手本体及其关键零部件进行动力学和静力学分析，以结构轻量化、提高系统刚度、降低模态基频和优化动态性能为目标，设计各轴行程和漆料盒，实现机械手的结构优化。根据龙门桁架式喷涂机械手本体的设计方案及动力学、静力学分析结果，对龙门桁架式喷涂机械手本体进行详细的结构设计。五轴联动的龙门桁架式喷涂机械手主要包括两个X轴滑动平台3-1、Z轴升降机构3-2、Y轴滑动平台3-3、第一旋转轴3-5、第二旋转轴3-7、喷枪3-6。两个X轴滑动平台3-1分别固定在喷烤房3两侧壁上，Y轴滑动平台3-3的两端分别固定在两个X轴滑动平台3-1上，Z轴升降机构3-2一端固定在Y轴滑动平台3-3中间部位，第一旋转轴3-5固定在Z轴升降机构3-2另一端，第二旋转轴3-7也固定在Z轴升降机构3-2另一端并且位于第一旋转轴3-5之下，第一旋转轴3-5的轴线与Z轴升降机构3-2的轴线平行，第二旋转轴3-7的轴线与Z轴升降机构3-2的轴线垂直。X轴滑动平台3-1、Z轴升降机构3-2、Y轴滑动平台3-3均为直线运动轴，第一旋转轴3-5、第二旋转轴3-7均为旋转运动轴。X轴滑动平台3-1、Y轴滑动平台3-3、Z轴升降机构3-2的行程分别为3.5米、3米和1.45米。第一旋转轴3-5和第二旋转轴3-7的行程均为-90度到+90度。喷枪3-6固定在第二旋转轴3-7上，喷枪3-6距离地面的最小距离为0.28米。

控制系统是龙门桁架式喷涂机械手的核心，它的主要任务就是控制龙门桁架式喷涂机械手在喷漆间3-9中的运动位置、姿态和轨迹、操作顺序及动作的时间等，具有编程简单、软件菜单操作、友好的人机交互界面、在线操作提示和使用方便等特点。该控制系统主要包括：DSP处理器、ARM处理器、上位机、下位机、操作面板3-11、网络设备。DSP处理器与ARM处理器相连，DSP处理器与上位机相连，上位机与下位机相连，上位机与操作面板3-11相连，上位机通过网络设备连接互联网，并与上级的城市服务平台2中的服务器2-1进行数据通讯。下位机分别与两个X轴滑动平台3-1、Z轴升降机构3-2、Y轴滑动平台3-3、第一旋转轴3-5、第二旋转轴3-7相连。该控制系统的软件平台采用模块化的上、下位机访问结构，运动控制为下位机，执行运动控制指令，人机交互、译码等功能为上位机，通过操作面板3-11进行操作，通过上位机执行操作、编程、示教等功能。

该控制系统采用嵌入式结构，以高性能ARM处理器和DSP处理器为核心，充分利用其自身资源和强大的实时处理能力，易于实现龙门桁架式喷涂机械手实时、多任务控制的要求。通过控制系统中的上位机从城市服务平台2的服务器2-1中的汽车零件喷涂程序数据库2-5中下载相关汽车零件喷涂程序，操作人员可根据实际情况，对下载后的汽车零件喷涂程序进行修改。通过控制系统中的上位机从城市服务平台2的服务器2-1中的喷涂件点云数据库2-4中下载点云数据，并根据点云数据对喷枪位姿轨迹进行优化。上位机向下位机发送控制命令，下位机再根据此控制命令解算成相应时序信号直接控制龙门桁架式喷涂机械手进行喷涂作业，通过下位机实时读取龙门桁架式喷涂机械手状态数据，并转化成数字信号反馈给上位机。喷烤房3通过上位机和网络设备从上级服务器2-1中下载各种型号汽车零件三维模型，并根据实际喷涂情况及时反馈至质量检测系统，提出改进建议，构成闭环化喷涂修改解决方案。

为了保证喷涂质量，必须搭建一套质量检测系统。该质量检测系统设置在喷烤房3中。该质量检测系统是以计算机视觉系统为主体的实时图像采集和识别系统。该质量检测系统主要包括CCD图像采集单元和质量检测控制系统。操作人员在质量检测控制系统可配置采样面，并控制CCD图像采集单元拍摄采样面的高清图像，质量检测控制系统对采样面的高清图像进行处理，评估涂层质量，并将质检结果上传至城市服务平台2服务器2-1中的质量检测数据库2-6中，并根据质检结果调整优化汽车零件喷涂程序生成过程中的相关参数，优化汽车零件喷涂程序，提高喷涂质量。其具体过程如下：在汽车涂装结束后，对汽车涂膜缺陷进行在线自动检测，获取缺陷的位置坐标和模式类别，并统计出各类缺陷的数量；该系统的核心在于图像处理和模式识别，图像处理的主要任务是去噪、图像增强和图像分割，在图像采集过程中往往会受到噪声的干扰，如光电转化过程中的噪声、脉冲干扰、信道传输误差、A/D转换过程中的误差及工业现场电磁干扰等，因此必须对采集到的图像进行去噪处理已获取最大程度反映现实的图像；之后为了能够突出图像中感兴趣的部分，必须对图像进行增强处理，最后为了提取出感兴趣部分的特征值，还需要对图像进行分割操作，分割的准则是每个区域内部的特征或属性是相同或相似的。这些特征可以是像素灰度值、边缘轮廓曲线、纹理特征、形状和颜色等，也可以是空间频谱或直方图等。模式识别的主要任务是对输入进来的图像进行分类，确定出图像中所显示的缺陷类型，模式识别主要使用的是BP神经网络模式识别算法，经过大量的缺陷图像数据的训练，该算法可精确的判定图像中所显示的缺陷类型。

漆料盒放置在喷漆间3-9地面上。漆料盒采用多个压力容器组成，其中一个压力容器装有料管油漆清洗剂，其余的压力容器中分别装有一种颜色漆料，各个压力容器均通过料管连接到喷枪3-6上，每个压力容器均通过开关阀和气泵控制漆料的流通。

双工位转台3-8一端安装在喷漆间3-9，另一端安装在烤漆间3-10，通过双工位转台3-8将喷完漆的汽车零件由喷漆间3-9传输到烤漆间3-10。操作按钮3-12和故障显示灯3-13均安装在喷烤房3外部墙体上，喷烤房3中的防爆照明灯3-15、送风机3-17、排风机3-19、水泵、摄像头3-14、远红外发射板3-16、变频风扇均与操作按钮3-12相连，通过操作按钮3-12控制防爆照明灯3-15、送风机3-17、排风机3-19、水泵、摄像头3-14、远红外发射板3-16、变频风扇的开启和关闭；喷烤房3中的防爆照明灯3-15、送风机3-17、排风机3-19、水泵、摄像头3-14、远红外发射板3-16、变频风扇均与故障显示灯3-13相连，上述组件出现故障时均通过故障显示灯3-13进行显示，方便操作人员及时解决故障问题。

如图3所示，本发明的一种基于云计算的汽车智能喷漆方法，是采用上述的基于云计算的汽车智能喷漆系统实现的，主要包括以下步骤：

步骤一、基础设施搭建

搭建云计算平台1、多个城市服务平台2、多个喷烤房3。

汽车智能喷漆的基础是云计算平台1，该云计算平台1的主要功能是实现与下级的各个城市服务平台2的数据共享。云计算平台1主要是由硬件部分和软件部分共同作用实现的。云计算平台1主要包括高性能的大型服务器1-1、大容量的数据存储器1-2、稳定可靠的双线接入式千兆网络1-3、路由器1-4和交换器1-5以及数据管理系统1-6、汽车零件三维模型数据库1-7、汽车零件喷涂程序数据库1-8。高性能的大型服务器1-1与交换器1-5通过线缆相连，交换器1-5与数据存储器1-2通过线缆相连，交换器1-5通过线缆与路由器1-4相连，高性能的大型服务器1-1通过路由器1-4和双线接入式千兆网络1-3与下级的各个城市服务平台2进行数据通讯，完成数据的共享和对接。数据管理系统1-6、汽车零件三维模型数据库1-7、汽车零件喷涂程序数据库1-8均嵌入数据存储器1-2中，数据管理系统1-6主要负责管理汽车零件三维模型和汽车零件喷涂程序的下载和上传，汽车零件三维模型数据库1-7主要用于存储汽车厂商提供的各种型号的汽车零件三维模型和各个城市服务平台2通过扫描上传的汽车零件三维模型；汽车零件喷涂程序数据库1-8主要用于存储根据汽车零件三维模型生成的汽车零件喷涂程序和各个城市服务平台2上传的实际的汽车零件喷涂程序。数据存储器1-2中还存储由下级城市服务平台2上传的优化后的喷枪位姿轨迹数据。

汽车智能喷漆系统需要在各个城市设置城市服务平台2。城市服务平台2主要是由硬件部分和软件部分共同作用实现的。城市服务平台2主要包括高性能的服务器2-1、3D扫描设备2-2、3D扫描设备控制系统2-3、喷涂件点云数据库2-4、汽车零件喷涂程序数据库2-5、质量检测数据库2-6、汽车零件喷涂路径规划系统2-7、双线接入式千兆网络1-3。服务器2-1与3D扫描设备2-2通过线缆相连。3D扫描设备控制系统2-3、喷涂件点云数据库2-4、汽车零件喷涂程序数据库2-5、质量检测数据库2-6和汽车零件喷涂路径规划系统2-7嵌入服务器2-1中。3D扫描设备2-2是一种基于机器视觉的模型智能识别设备，通过配置3D扫描设备2-2对汽车零件进行扫描，并建立汽车零件三维模型。高性能的服务器2-1通过双线接入式千兆网络1-3与高性能的大型服务器1-1进行数据通讯，完成数据的共享和对接，同时，高性能的服务器2-1用于数据存储以及与下级的各喷烤房3的数据传输。3D扫描设备控制系统2-3用于控制3D扫描设备2-2对汽车零件进行扫描和建模，喷涂件点云数据库2-4主要用于存储汽车零件的点云数据，汽车零件喷涂程序数据库2-5主要用于存储根据汽车零件喷涂路径编程设计的汽车零件喷涂程序，质量检测数据库2-6用于存储由质量检测系统上传的质检结果，汽车零件喷涂路径规划系统2-7用于规划汽车零件喷涂路径。

喷烤房3为高质量的喷涂作业提供良好的环境保证。采用电动卷帘门将喷烤房3分割为喷漆间3-9和烤漆间3-10。喷漆间3-9主要承担汽车零件的喷漆作业。烤漆间3-10主要承担喷漆表面的烘烤作业。

步骤二、搭建汽车零件三维模型数据库

实现汽车智能喷漆的第一步就是获取各种型号的汽车零件三维模型数据，针对汽车零件的扫描采用3D扫描设备2-2，3D扫描设备2-2可以在极短的时间内获取汽车零件表面的高精度三维数据。通过3D扫描设备控制系统2-3控制3D扫描设备2-2对汽车零件进行扫描，并建立汽车零件三维模型，通过服务器2-1将汽车零件三维模型上传至云计算平台1中，并通过数据管理系统1-6将汽车零件三维模型存储在数据存储器1-2中的汽车零件三维模型数据库1-7中。而汽车零件三维模型数据库1-7本身也存储各汽车厂商提供的各种型号的汽车零件三维模型。

其具体过程为：(1)通过3D扫描设备控制系统2-3控制3D扫描设备2-2对汽车零件进行扫描，通过旋转汽车零件或者3D扫描设备2-2的扫描头，变换扫描视角，运用多视角点云的自动拼接技术，可完成对汽车零件全方位360度扫描；(2)扫描完成后，在汽车零件表面取一些点，计算这些点与3D扫描设备2-2之间的距离，当测量的点足够多时，自动生成点云数据，点云数据存储在喷涂件点云数据库2-4中，利用汽车零件的点云数据就能够得到汽车零件表面的轮廓，将这些相邻的点之间建立联系，就能够得到汽车零件的三维模型，通过数据管理系统1-6将汽车零件三维模型存储在数据存储器1-2中的汽车零件三维模型数据库1-7中；(3)由于设备的误差和人为因素，测量获得的点云数据会出现噪声点，在使用点云数据之前要对其进行预处理。预处理主要包括：去除异常数据点以减小误差；通过合适的数据插补的方法补齐遗失点，方便后续处理；选择最优的数据平滑降低或消除测量噪声，提高数据精度；对点云数据进行压缩，减少计算处理时间，提高效率。

步骤三、汽车零件喷涂路径设计

利用喷涂件点云数据库2-4中的点云数据通过城市服务平台2中的汽车零件喷涂路径规划系统2-7自动生成汽车零件喷涂路径。同时根据生成的汽车零件喷涂路径编程设计汽车零件喷涂程序，并将汽车零件喷涂程序存储在汽车零件喷涂程序数据库2-5中。汽车零件喷涂程序数据库2-5中还存储从云计算平台1中的汽车零件喷涂程序数据库1-8中下载的汽车零件喷涂程序。

汽车零件喷涂路径是整个汽车智能喷漆方法的核心，直接关系到喷涂的质量和效率。汽车零件喷涂路径规划系统2-7有效克服了人工示教法的诸多缺陷，增强了喷涂方法的灵活性，缩短了新产品喷涂的离线编程时间，提高了新产品的上市速度。

步骤四、喷枪位姿轨迹获取和优化

为了满足平均喷漆涂层厚度要求，即要求喷漆涂层厚度变化最小且同时喷涂效率最高的情况下，就必须对喷枪位姿轨迹进行优化，对喷枪位姿轨迹进行优化主要是在喷烤房3喷涂机械手系统中的上位机中进行的。其主要包括以下两个方面：

(1)基于点云切片技术的喷枪位姿轨迹获取

由于点云数据生成三维模型过程繁琐，所以引入点云切片技术，利用喷烤房3喷涂机械手系统中的上位机直接对汽车零件的点云数据进行处理，直接生成等距的喷枪位姿轨迹。

其具体过程为：通过设定切片方向和切片层数，对预处理后的点云数据进行切片处理，得到切片多义线后对其平均采样，确定喷枪3-6在汽车零件表面的喷涂路径，然后估算所有采样点的法向量，最后利用偏置算法获取喷枪位姿轨迹。

(2)喷枪位姿轨迹优化

对得到的喷枪位姿轨迹进行优化处理，喷枪位姿轨迹的优化主要包括速度优化和间距优化。在喷涂的过程中，如果保持喷枪3-6移动速度不变，那么喷涂面曲率的变化必然会引起喷漆涂层厚度的变化，无法满足涂层厚度一致性要求。在汽车零件喷涂路径一定的情况下，根据喷涂面的曲率变化来优化喷枪位姿轨迹，研究变速率喷涂来补偿喷涂面曲率变化带来的影响，提高延轨迹方向的涂层厚度的一致性。在自由曲面上进行喷涂时，自由曲面曲率在垂直于行程方向上发生变化，要保证喷漆涂层厚度在此方向上的一致性，必须研究变行程间距来补偿曲率变化带来的影响。同时，为了提高漆料利用率和喷涂效率，要使优化间距尽可能宽。

将最终得到的优化后的喷枪位姿轨迹通过喷烤房3喷涂机械手系统中的控制系统上传到城市服务平台2的服务器2-1中，再由服务器2-1上传至上级的云计算平台1的数据存储器1-2中。根据优化后的喷枪3-6的位姿、路径、速度信息，生成实际的汽车零件喷涂程序存储在汽车零件喷涂程序数据库2-5中，将生成的实际的汽车零件喷涂程序上传并存储至云计算平台1中的汽车零件喷涂程序数据库1-8中。

步骤五、喷涂时，处于系统末端的喷烤房3，根据需要可在云计算平台1中下载需要的汽车零件喷涂程序、在汽车零件喷涂路径规划系统2-7中下载汽车零件喷涂路径，并在五轴联动的龙门桁架式喷涂机械手的控制系统中设置相关喷涂参数，根据实际情况修改所下载的汽车零件喷涂程序，对喷涂参数进行优化，使重合率达到50％～60％，同时根据下载的汽车零件喷涂路径以及优化的喷枪位姿轨迹，通过龙门桁架式喷涂机械手进行喷涂，喷涂后进行喷烤，得到厚度均匀的漆膜。

步骤六、喷烤完成之后，需要对喷涂质量进行检验。操作人员在质量检测系统中选取采样面，控制CCD图像采集单元进行图像采集，质量检测控制系统对采集回来的高清图像进行处理，评估涂层质量，并将质检结果上传至城市服务平台2服务器2-1中的质量检测数据库2-6中，并根据质检结果调整优化汽车零件喷涂程序生成过程中的相关参数，优化汽车零件喷涂程序，提高喷涂质量。质检合格后可选择是否生成报表存档。

本发明实现了从模型获取到喷漆整个过程的自动化和智能化，提高了汽车补漆的效率和质量；同时改善了工作人员的工作环境；降低了工作人员的技术要求；减少了大量操作人员，为企业节省了大量成本。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。