一种蜂窝板涂覆装置及方法与流程

本公开涉及复合材料制造领域，特别涉及一种蜂窝板涂覆装置及方法。

背景技术：

蜂窝板作为一种绿色环保新型复合材料，具有抗压、减震、保温、隔热、隔音、阻燃、无污染、重量轻等优良性能，广泛应用于航天航空、列车、船舶、建筑和装修等方面。

蜂窝板是由两块较薄的面板，通过某种材料牢固地粘结或焊接在一层蜂窝芯两面而制成的板材。目前蜂窝板的面板与蜂窝芯的结合方式主要有三种：(1)胶水粘合，(2)胶膜粘合，(3)焊料焊接。这三种方式都是基于面板整体涂胶、填充整块胶膜、整体涂焊料，或者基于蜂窝芯整体涂胶、填充整块胶膜、整体涂焊料。胶水粘合和胶膜粘合的强度差、可燃并且会释放有毒气体；使用焊料焊接的焊料价格不菲，整体涂覆的方式不仅浪费大量的焊料，同时多余的焊料在焊接过程中会在面板表面浸湿铺展，从而造成面板强度降低。此外，大面积涂覆结合材料容易存在涂覆不均匀的现象，例如有些部分结合材料比较厚，有些部分结合材料比较薄，甚至有些部分缺少结合材料，不仅浪费涂覆材料，也增加了制作成本。

在蜂窝芯和面板的结合过程中，最终起到力学结合作用的是蜂窝芯与上下面板的接触面。以边长为2.7mm、壁厚为0.05mm的正六边形蜂窝芯为例，蜂窝芯的总面积为19.75mm²，实际在结合中起作用的蜂窝芯面积为0.81mm²，仅占蜂窝芯总面积的4.1％。所以基于整个面板或整个蜂窝芯的结合材料涂覆方式很不经济，期待一种材料节约型的涂覆方法。

技术实现要素：

本公开的目的是提供一种蜂窝板涂覆装置及方法，其克服了现有的整体涂覆的缺陷，只对蜂窝芯与面板接触的部分涂覆结合材料，提高了结合材料的利用率，最大程度地降低了焊料对面板的腐蚀性。

本公开的一方面提供一种蜂窝板涂覆装置，包括：

支撑架；

暗室盖板，设置于所述支撑架上，用于形成暗室；

光源，设置于所述暗室内；

滑台模组，设置于所述暗室盖板内部，能够相对于所述支撑架沿水平y方向移动；

成像器件，设置于所述滑台模组上，且能够相对于所述滑台模组沿水平x方向滑动，用于拍摄所述蜂窝板的图像；

喷嘴，设置于所述滑台模组上，且能够相对于所述滑台模组沿水平x方向滑动，用于涂覆结合材料；

夹具，设置于所述暗室盖板内部、所述支撑架的上表面上，用于固定所述蜂窝板的上面板、下面板和蜂窝芯的至少其中之一，所述夹具外围设置有标定框，所述标定框上设置刻度；

图像处理器，用于处理所述成像器件拍摄的图像；以及

伺服电机，用于控制所述滑台模组的移动以及所述成像器件和喷嘴的滑动。

优选地，所述光源是条形led光源。

优选地，所述光源设置于所述暗室盖板的顶部，在所述光源下方设置有透光板。

优选地，在所述支撑架的上表面铺设有黑色衬垫。

本公开的另一方面提供一种采用上述的蜂窝板涂覆装置的蜂窝芯涂覆方法，包括以下步骤：

步骤s11：将待涂覆的蜂窝芯放置于夹具上，拍摄蜂窝芯的图像ic，处理所述图像ic，获得蜂窝芯的轮廓坐标pc；

步骤s12：将待涂覆的上面板和下面板中的一块面板放置于夹具上，拍摄所述一块面板的图像ip，处理所述图像ip，确定所述一块面板的参考点坐标p1，其中所述一块面板的参考点坐标p1是设置于所述一块面板上的参考点在物理坐标系中的坐标；

步骤s13：基于所述蜂窝芯的轮廓坐标pc和所述参考点坐标p1，在所述一块面板上按照所述蜂窝芯的轮廓坐标pc涂覆结合材料；

步骤s14：针对待涂覆的上面板和下面板中的另一块面板，重复步骤12和步骤13。

本公开的右一方面提供一种采用上述的蜂窝板涂覆装置的蜂窝芯涂覆方法，包括以下步骤：

步骤s21：将待涂覆的蜂窝芯、上面板和下面板放置于夹具上，拍摄所述蜂窝芯、上面板和下面板的图像；

步骤s22：处理所述蜂窝芯、上面板和下面板的图像，获得蜂窝芯的轮廓坐标以及上面板和下面板的参考点坐标，其中所述上面板和下面板的参考点坐标是设置于所述上面板和下面板上的参考点在物理坐标系中的坐标；

步骤s23：基于所述蜂窝芯的轮廓坐标以及上面板和下面板的参考点坐标，同时在所述上面板和下面板上按照所述蜂窝芯的轮廓坐标涂覆结合材料。

本公开的再一方面提供一种采用上述的蜂窝板涂覆装置的蜂窝芯涂覆方法，包括以下步骤：

步骤s31：将待涂覆的蜂窝芯和下面板放置于夹具上，拍摄所述蜂窝芯和下面板的图像；

步骤s32：处理所述蜂窝芯和下面板的图像，获得蜂窝芯的轮廓坐标以及下面板的参考点坐标，其中所述下面板的参考点坐标是设置于所述下面板上的参考点在物理坐标系中的坐标；

步骤s33：基于所述蜂窝芯的轮廓坐标和下面板的参考点坐标，同时在所述蜂窝芯和下面板上按照所述蜂窝芯的轮廓坐标涂覆结合材料。

优选地，在所述步骤s11中，将待涂覆的蜂窝芯的区域拆分为多个小成像区域，分别对每个小成像区域进行成像，获得多个小区域图像is，然后通过图像拼接将所述多个小区域图像is拼接成完整的蜂窝芯的图像image。

优选地，通过以下步骤拼接所述多个小区域图像is：

步骤s200：图像预处理，对所有小区域图像is进行平滑去噪；

步骤s210：图像配准，检测小区域图像is之间相同的特征点；

步骤s220：图像变换，将小区域图像is变换到参考图像坐标系中，其中选择所有小区域图像is中的任意一个图像作为所述参考图像；

步骤s230：图像拼接，在参考图像坐标系中拼接小区域图像is，获得完整的蜂窝芯的图像image；

步骤s240：图像融合，对相邻小区域图像is的重叠区域进行平滑过渡。

优选地，通过以下步骤获得蜂窝芯的轮廓坐标：

步骤s250：对所述图像image进行图像二值化处理；

步骤s260：分割经过二值化处理的图像image，获得感兴趣的像素点；

步骤s270：骨架提取，从感兴趣的像素点中提取蜂窝芯轮廓；

步骤s280：蜂窝芯顶点坐标确定，从蜂窝芯轮廓中提取蜂窝芯的六边形子芯的顶点，计算顶点的物理坐标。

本公开的有益效果是基于成像器件和图像识别技术提取蜂窝芯轮廓，基于提取的蜂窝芯轮廓，只在蜂窝芯与上下面板实际结合处，需要涂覆结合材料的区域涂覆结合材料，从而提高了蜂窝板与蜂窝芯结合材料的利用率，最大程度地降低了焊料对面板的腐蚀性，提高了蜂窝板的质量，实现自动化涂覆，提高蜂窝板的制作效率。

附图说明

通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例中，相同的参考标号通常代表相同部件。

图1示出了现有蜂窝板的结构示意图；

图2示出了根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置的立体图；

图3示出了根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置的另一角度的立体图；

图4示出了在示例性实施例中，蜂窝芯置于夹具上的状态示意图；

图5a、5b和5c示出了根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置采用并行工作模式时，置于夹具上的蜂窝板部件状态图；

图6a和6b示出了根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置采用第三种工作模式时，置于夹具上的蜂窝板部件状态图；

图7示出了根据示例性实施例进行蜂窝芯图像拼接的流程图；

图8示出了根据示例性实施例获取蜂窝芯轮廓坐标的流程图。

主要附图标记说明：

100-暗室盖板；110-光源；112-透光板；120-滑台模组；122-伺服电机；130-相机；140-喷嘴；150-上面板；151-蜂窝芯；152-下面板；153-夹具；154-标定框；156-黑绒布；160-支撑架。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。

图1显示了现有蜂窝板的结构示意图。蜂窝板包括上面板150、蜂窝芯151和下面板152。蜂窝芯151由多个六边形子芯构成。上面板150和下面板152分别设置于蜂窝芯151的上表面和下表面，通过结合材料与蜂窝芯151结合在一起。蜂窝板的制作包括两部分，第一部分是蜂窝芯及上下面板的制作，第二部分是上下面板与蜂窝芯的结合。为了将上下面板与蜂窝芯结合在一起，首先需要在蜂窝芯及上下面板涂覆结合材料。

根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置用于在蜂窝板的蜂窝芯、上面板、下面板上涂覆结合材料，根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置包括：

支撑架；

暗室盖板，设置于所述支撑架上，用于形成暗室；

光源，设置于所述暗室内；

滑台模组，设置于所述暗室盖板内部，能够相对于所述支撑架沿水平y方向移动；

成像器件，设置于所述滑台模组上，且能够相对于所述滑台模组沿水平x方向滑动，用于拍摄所述蜂窝板的图像；

喷嘴，设置于所述滑台模组上，且能够相对于所述滑台模组沿水平x方向滑动，用于涂覆结合材料；

夹具，设置于所述暗室盖板内部、所述支撑架的上表面上，用于固定所述蜂窝板的上面板、下面板和蜂窝芯的至少其中之一，所述夹具外围设置有标定框，所述标定框上设置刻度；

图像处理器，用于处理所述成像器件拍摄的图像；以及

伺服电机，用于控制所述滑台模组的移动以及所述成像器件和喷嘴的滑动。

由于在自然光照的条件下拍摄的单幅图像存在光照不均的现象，在不同时间拍摄的图像也会随着光照的变化而变化，灰度值相差太大，不利于图像处理。因此，考虑到光源对成像的影响，根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置在支撑架上设置暗室盖板，以搭建暗室，利用相同的光源照射成像，保证了成像的一致性。

在暗室盖板内部设置滑台模组，其能在伺服电机的控制下相对于支撑架沿水平y方向移动(如图2中箭头所示)，从而带动设置于其上的成像器件和喷嘴一起移动。成像器件用于拍摄待涂覆的蜂窝芯、上面板或下面板的图像，喷嘴用于涂覆结合材料。成像器件和喷嘴也由伺服电机控制，可以相对于滑台模组沿水平x方向滑动(如图2中箭头所示)。因此，可以通过伺服电机控制成像器件和喷嘴沿水平方向移动到支撑架的任意位置进行拍摄和涂覆。

夹具设置在支撑架的上表面上，用于固定蜂窝板的上面板、下面板和蜂窝芯。在夹具外围设置有标定框，标定框可以是带有刻度或线条的(例如铝块构成的)框形结构，其除了用于固定蜂窝芯或面板，还用于相机标定。成像器件拍摄到的每幅图像都包含一部分标定框，当需要进行图像拼接时，可以在所有图像拼接完成后根据图像中包含的标定框查看拼接图像是否正确。而相机标定的结果是得到一组内参和外参的参数，内参实现了图像坐标系到相机坐标系的转换，外参实现了相机坐标系到世界物理坐标系的转换，由此可以得到图像坐标系到世界物理坐标系的转换，以用于后续的图像处理。

图像处理器接收成像器件拍摄的图像，对图像进行相应的处理，基于图像处理结果，伺服电机可以控制喷嘴在指定位置涂覆结合材料。

作为优选方案，光源是条形led光源，其具有体积小，耗能低等优点。

作为优选方案，光源设置于暗室盖板的顶部，在光源下方设置有透光板，透光板能使暗室内的光照更加均匀，有利于拍摄清晰的图像。

作为优选方案，在支撑架的上表面铺设有黑色衬垫(例如黑绒布)，因为蜂窝芯是铝制材料，蜂窝芯孔容易反光，使用黑色衬垫可以减弱蜂窝芯孔的反光影响，进一步提升拍摄质量。

根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置主要有两种工作模式：串行工作模式和并行工作模式。

在串行工作模式下，蜂窝板涂覆装置依次拍摄和处理蜂窝芯、上面板、下面板的图像，并基于处理结果依次在上面板和下面板上涂覆结合材料，最后再将各个部件重叠在一起。在串行工作模式下，蜂窝板涂覆装置的工作过程如下：

步骤s11：将待涂覆的蜂窝芯放置于夹具上，拍摄蜂窝芯的图像ic，将图像ic传输至图像处理器进行处理，获得蜂窝芯的轮廓坐标pc；在本步骤中，通过图像处理器对图像ic进行处理从而获得蜂窝芯的轮廓之后，可以基于相机标定参数和设置于夹具上的蜂窝芯参考点在物理坐标系中的坐标来确定蜂窝芯的轮廓坐标pc，这种坐标获取方法是本领域中常用的，在此不再赘述，在夹具上设置蜂窝芯参考点有助于确定整个蜂窝芯是否存在平移和旋转，可用于校正蜂窝芯的位置；在以下描述的其他工作模式中，也是基于同样的方法获得蜂窝芯的轮廓坐标pc，将不再赘述；

步骤s12：将待涂覆的上面板和下面板中的一块面板放置于夹具上，拍摄面板的图像ip，将图像ip传输至图像处理器进行处理，确定面板的参考点坐标p1，其中一块面板的参考点坐标p1是设置于一块面板上的参考点在物理坐标系中的坐标；在示例性实施例中，建立统一的物理坐标系保证涂覆过程的准确性，相应地，在面板上设置参考点，参考点坐标是该参考点在物理坐标系中的坐标，即该参考点相对于物理坐标系的原点的位置，通过确定面板的参考点坐标可以确定面板在物理坐标系中的位置；

步骤s13：基于蜂窝芯的轮廓坐标pc和参考点坐标p1，在面板上按照蜂窝芯的轮廓坐标pc涂覆结合材料；

步骤s14：针对另一块面板，重复步骤12和步骤13。

最后，将上面板、蜂窝芯、下面板按照上中下的顺序重叠在一起，等待高温压合结合、气氛焊接或真空焊接。

在并行工作模式下，蜂窝板涂覆装置同时拍摄蜂窝芯、上面板、下面板的图像，然后对这些图像进行处理，并基于处理结果在上面板和下面板上涂覆结合材料，最后再将各个部件重叠在一起。在并行工作模式下，蜂窝板涂覆装置的工作过程如下：

步骤s21：将待涂覆的蜂窝芯、上面板和下面板放置于夹具上，拍摄蜂窝芯、上面板和下面板的图像；

步骤s22：将蜂窝芯、上面板和下面板的图像传输至图像处理器进行处理，获得蜂窝芯的轮廓坐标以及上面板和下面板的参考点坐标，其中上面板和下面板的参考点坐标是设置于上面板和下面板上的参考点在物理坐标系中的坐标；

步骤s23：基于蜂窝芯的轮廓坐标以及上面板和下面板的参考点坐标，同时在上面板和下面板上按照蜂窝芯的轮廓坐标涂覆结合材料。

最后，将上面板、蜂窝芯、下面板按照上中下的顺序重叠在一起，等待高温压合结合、气氛焊接或真空焊接。

蜂窝板涂覆装置还可以采用第三种工作模式。即在蜂窝芯壁厚达到一定程度时，根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置也可以只在蜂窝芯和下面板上涂覆结合材料，以进一步节约结合材料，这种涂覆方法包括以下步骤：

步骤s31：将待涂覆的蜂窝芯和下面板放置于夹具上，拍摄蜂窝芯和下面板的图像；

步骤s32：将蜂窝芯和下面板的图像传输至图像处理器进行处理，获得蜂窝芯的轮廓坐标以及下面板的参考点坐标，其中所述下面板的参考点坐标是设置于下面板上的参考点在物理坐标系中的坐标；

步骤s33：基于蜂窝芯的轮廓坐标和下面板的参考点坐标，同时在蜂窝芯和下面板上按照蜂窝芯的轮廓坐标涂覆结合材料。

最后，将上面板、蜂窝芯、下面板按照上中下的顺序重叠在一起，等待高温压合结合、气氛焊接或真空焊接。

在涂覆结合材料时，在蜂窝芯面积过大的情况下，由于单个成像设备的成像区域有限，可以将蜂窝芯区域拆分为多个小成像区域，分别对每个小成像区域进行成像，获得多个小区域图像is，然后通过图像拼接将所有小区域图像is拼接成完整的蜂窝芯的图像，再进行后续处理。示例性实施例采用基于角点特征检测的算法实现图像拼接。图像拼接经过图像预处理、图像配准、图像变换、图像拼接、图像融合五个主要步骤。以下参考图7详细描述蜂窝芯图像的拼接方法，该方法包括以下步骤：

步骤s200：图像预处理，对所有小区域图像is进行平滑去噪；

步骤s210：图像配准，检测小区域图像is之间相同的特征点；

步骤s220：图像变换，将小区域图像is变换到参考图像坐标系中，其中选择所有小区域图像is中的任意一个图像作为参考图像；为了便于拼接，选择所有小区域图像is中的一幅图像作为参考图像，将其坐标系作为参考图像坐标系，其余的图像都变换到该坐标系中，以便于后续拼接处理；

步骤s230：图像拼接，在参考图像坐标系中拼接小区域图像is，获得完整的蜂窝芯的图像image；

步骤s240：图像融合，对相邻小区域图像is的重叠区域进行平滑过渡；成像器件由于光谱响应以及对亮度的响应差异可能引起图像间的灰度差异，导致图像间拼接完成后拼接处存在明显的颜色差异，通过平滑过渡的方式可以消除图像间的颜色差异。

将所有小区域图像is拼接成完整的蜂窝芯的图像image之后，可以针对图像image提取蜂窝芯轮廓，确定蜂窝芯轮廓中六边形子芯的顶点坐标，即蜂窝芯的轮廓坐标。示例性实施例通过骨架提取算法提取蜂窝芯轮廓图像，然后根据轮廓图像计算蜂窝芯图像中所有六边形之芯顶点的坐标。如图8所示，其包括以下步骤：

步骤s250：对图像image进行图像二值化处理；

步骤s260：分割经过二值化处理的图像image，获得感兴趣的像素点，感兴趣的像素点是与蜂窝芯相关的像素点，其不包含之前提及的标定框等物体的图像，可以基于现有技术在图像中提取感兴趣的像素点；

步骤s270：骨架提取，从感兴趣的像素点中提取蜂窝芯轮廓，这一步骤可利用现有技术来实现，在此不再赘述；

步骤s280：蜂窝芯顶点坐标确定，从蜂窝芯轮廓中提取蜂窝芯的六边形子芯的顶点，计算顶点的物理坐标；如前所述，在提取蜂窝芯的六边形子芯的顶点之后，可以基于相机标定参数和设置于夹具上的蜂窝芯参考点在物理坐标系中的坐标来确定这些顶点的物理坐标，这属于本领域的常用技术手段，在此不再赘述。

最后，基于蜂窝芯轮廓的物理坐标，伺服电机控制喷嘴的移动，喷嘴按照蜂窝芯轮廓的物理坐标将结合材料以一定的宽度涂覆到待涂覆的上面板、下面板或蜂窝芯上。或者喷嘴也可以先将结合材料涂覆到上面板上，然后进行镜面映射、左右镜像或上下镜像对下面板进行涂覆。

作为优选方案，检测图像is之间相同的特征点包括特征检测、特征匹配和错误匹配点排除。例如可通过ransac算法执行错误匹配点排除。

作为优选方案，在上面板和下面板涂覆结合材料之后，重新拍摄结合材料区域图像，检验结合材料区域是否连通，涂层是否比较均匀，位置是否准确，形成结合材料涂覆反馈闭环质量检查和控制方式。

图2和图3显示根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置的立体图。蜂窝板涂覆装置包括支撑架160和设置于支撑架160上的暗室盖板100，暗室盖板100内部形成暗室，图像拍摄在暗室中进行。

在暗室盖板100内设置有光源110、透光板112、滑台模组120、相机130、喷嘴140、夹具153、标定框154、黑绒布156。

光源110设置于暗室盖板100的顶部，其是条形led光源。在光源110下方与光源110相距一定垂直距离处设置一块透光板112，光源110通过透光板112均匀分布在暗室中。

在透光板112下方与透光板112相距一定垂直距离处设置滑台模组120，滑台模组上设置有相机130和喷嘴140。相机130的总线与暗室外的图像处理器(未示出)相连，相机130拍摄的图像可通过总线传输到图像处理器。喷嘴140能够涂覆结合材料。通过伺服电机可以控制滑台模组120、喷嘴140和相机130的运动。

夹具153设置于支撑架上，用于固定上面板150、蜂窝芯151或下面板152。标定框154设置于夹具外围，用于定位蜂窝芯或上下面板的位置。在支撑架的上表面铺设有黑绒布156，夹具153和标定框154可置于黑绒布156上。

图4示出了在示例性实施例中，蜂窝芯151置于夹具153上的状态示意图。

图5a、5b和5c示出了根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置采用并行工作模式时，置于夹具上的蜂窝板部件状态图。在这种工作模式下，上面板150、蜂窝芯151、下面板152同时放置于夹具153上，同时拍摄上面板150、蜂窝芯151、下面板152的图像并对图像进行处理，获得蜂窝芯151的轮廓坐标以及上面板150和下面板152的参考点坐标，然后同时在上面板150和下面板152上按照蜂窝芯的轮廓坐标涂覆结合材料。

图6a和6b示出了根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置采用第三种工作模式时，置于夹具上的蜂窝板部件状态图。在这种工作模式下，蜂窝芯151、下面板152同时放置于夹具153上，同时拍摄蜂窝芯151、下面板152的图像并对图像进行处理，获得蜂窝芯151的轮廓坐标以及下面板152的参考点坐标，然后同时在蜂窝芯151和下面板152上按照蜂窝芯的轮廓坐标涂覆结合材料。

根据示例性实施例的蜂窝板涂覆装置和方法具有以下优点：

(1)基于成像器件和图像识别技术提取蜂窝芯轮廓，基于提取的蜂窝芯轮廓，只在蜂窝芯与上下面板实际结合处，需要涂覆结合材料的区域涂覆结合材料，从而极大降低了结合材料的使用；

(2)在蜂窝板的面积较大的情况下，将蜂窝芯拆分成多个小的成像区域，分别对拆分的小的成像区域进行成像，然后通过图像拼接完成大面积蜂窝芯的识别和处理；

(3)由于蜂窝板由上面板、蜂窝芯、下面板组成，所以贴层装配时需要保证与蜂窝芯拍摄、上面板涂覆、下面板涂覆过程一致的相对位置，通过设置标定框以及在标定框上设置不同类型的标注，使得线条和图案能够对准，保证了上面板、蜂窝芯、下面板位置的精确性，通过理论计算和实际系统测试，能够达到的精度为0.13mm，能够满足壁厚为0.05mm以上蜂窝芯的处理需要。

(4)考虑到涂覆过程中结合材料的加热特性，可以对结合处线条区域进行比例化增粗处理，确保上面板、蜂窝芯、下面板装夹和进行加热处理时，所有的蜂窝芯与面板结合处均有充足的结合材料，无论对于胶粘合还是焊料焊接的蜂窝板均保证结合材料的充足性和有效性。

上述技术方案只是本发明的一种实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开的原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例的描述，因此前面的描述只是优选的，而并不具有限制性的意义。