自动喷涂装置及使用其的自动喷涂方法与流程

本发明涉及涂装技术领域，尤其涉及一种自动喷涂装置及使用其的自动喷涂方法。

背景技术：

目前，大型产品的迷彩喷涂仍然以人工喷涂为主，人工喷涂的基本流程为：喷底色；对不需喷涂的部位(如玻璃、轮胎等)进行保护；根据设计图案在产品上用特种铅笔或粉笔绘制迷彩图案；遮蔽产品不需喷涂的部位；调漆，喷涂第二种颜色；去掉遮蔽纸；油漆涂层固化；重复上述步骤并喷涂第三种颜色。

由上可知，现有技术中的人工喷涂方法具有以下三方面的缺点。第一，工序多，生产效率极低，已经成为产品生产过程的瓶颈；面对尺寸较大产品，操作不方便并存在人员等安全隐患；第二，喷涂前需先用遮蔽纸进行遮蔽，人工进行图案绘制，浪费且效率低，迷彩斑点形状较为简单，很难实现复杂图案的设计，效率低下，迷彩图案种类较少，不能适应陆地复杂背景的伪装需求；第三，传统喷涂方法漆雾飞溅浪费涂料，污染环境，操作人员近距离作业对身体健康危害大。

技术实现要素：

本发明提供了一种自动喷涂装置及使用其的自动喷涂方法，能够解决现有技术中人工喷涂生产效率低的技术问题。

根据本发明的一方面，提供了一种自动喷涂装置，自动喷涂装置包括：图案采集单元，图案采集单元用于采集待喷涂的背景图案；图形处理单元，图形处理单元与图案采集单元连接，图形处理单元用于处理背景图案以及对产品进行三维数据建模，并将处理后的背景图案以扩散方式帖敷到产品的三维模型上以形成三维图案；作业管理单元，作业管理单元与图形处理单元连接，作业管理单元用于接收图形处理单元中的三维图案；机器人自动喷涂单元，机器人自动喷涂单元与作业管理单元连接，机器人自动喷涂单元用于根据作业管理单元中的三维图案对产品进行自动喷涂。

进一步地，图形处理单元包括图案处理模块、三维建模模块和帖敷模块，图案处理模块用于对背景图案进行处理以生成数码迷彩图案，三维建模模块用于对产品进行三维数据建模，帖敷模块用于将数码迷彩图案帖敷到产品的三维模型上以形成三维图案。

进一步地，图案处理模块还包括图像识别与分析模块、颜色量化模块和伪装效果评价模块，图像识别与分析模块用于对背景图案进行类别划分，颜色量化模块用于提取背景图案的色域以生成数码迷彩图案，伪装效果评价模块用于对比背景图案和数码迷彩图案以获取图案的匹配率。

进一步地，机器人自动喷涂单元包括机器人控制柜、视觉定位模块和机器人，视觉定位模块和机器人均与机器人控制柜连接，视觉定位模块用于对待作业的产品进行视觉定位并进行位置定位偏差测量，机器人控制柜根据视觉定位模块输出的位置定位偏差以及作业管理单元输出的三维图案以控制机器人进行自动喷涂。

进一步地，机器人自动喷涂单元还包括供漆设备和压缩空气设备，供漆设备分别与机器人和压缩空气设备连接，压缩空气设备用于对供漆设备内的油漆加压，以通过供漆设备向机器人提供喷涂产品的油漆。

进一步地，机器人自动喷涂单元还包括监控模块和传感器模块，监控模块和传感器模块均与作业管理单元连接，监控模块用于向作业管理单元传输现场视频，传感器模块用于向作业管理单元传输环境参数以及故障信息。

根据本发明的另一方面，提供了一种自动喷涂方法，自动喷涂方法使用如上所述的自动喷涂装置。

进一步地，自动喷涂方法包括：步骤一，使用图案采集单元采集待喷涂的背景图案；步骤二，图案处理模块对背景图案进行处理以生成数码迷彩图案，三维建模模块对产品进行三维数据建模，帖敷单元将数码迷彩图案帖敷到产品的三维模型上以形成三维迷彩图案；步骤三，图形处理单元将三维迷彩图案导入作业管理单元中；步骤四，机器人自动喷涂单元接收作业管理单元中的三维迷彩图案并控制机器人进行产品的自动喷涂。

进一步地，在步骤二中，三维建模模块包括激光扫描仪，激光扫描仪获取产品表面的点云数据，并对点云数据进行分析整理以实现对产品的三维数据建模，帖敷模块对产品的三维模型进行网格剖分，并根据数码迷彩图案对网格赋色以形成三维迷彩图案。

进一步地，步骤四具体包括：机器人控制柜接收作业管理单元中的三维迷彩图案的喷涂作业指令和数据；视觉定位模块对待作业的产品进行视觉定位并对产品进行位置定位偏差测量，视觉定位模块将测量所得的数据传输给计算机自动计算出偏差数据并将偏差数据反馈给机器人控制柜，机器人控制柜自动修正喷涂作业指令和数据；供漆设备向机器人自动供漆，机器人在机器人控制柜的控制下完成对产品的自动喷涂操作，在此过程中，监控模块实时监控喷涂作业。

应用本发明的技术方案，通过在自动喷涂装置中配置图案采集单元、图形处理单元、作业管理单元和机器人自动喷涂单元，图案采集单元可根据战场环境、季节的不同，现时现地采集背景图案并通过图形处理单元生成伪装图案，实现战时环境下车辆的快速、批量伪装喷涂；再者，图形处理单元运用计算机图像处理技术，结合三维图案帖敷软件，为产品数字化生成三维图案；此外，本发明的自动喷涂装置将三维图案数字化设计和机器人自动喷涂单元充分结合，极大地提高了产品的喷涂效率。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1示出了根据本发明的具体实施例提供的图案采集单元、图形处理单元和作业管理单元之间位置关系的结构示意图；

图2示出了根据本发明的具体实施例提供的图形处理单元、三维建模模块和作业管理单元之间位置关系的结构示意图；

图3示出了根据本发明的具体实施例提供的机器人自动喷涂单元的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、图案采集单元；20、图形处理单元；21、三维建模模块；30、作业管理单元；40、机器人自动喷涂单元；41、机器人控制柜；42、视觉定位模块；43、机器人；44、供漆设备；45、压缩空气设备；46、监控模块；47、传感器模块；50、产品。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中，出于解释而非限制性的目的，阐述了具体细节，以帮助全面地理解本发明。然而，对本领域技术人员来说显而易见的是，也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。

在此需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

如图1至图3所示，根据本发明的具体实施例提供了一种自动喷涂装置，该自动喷涂装置包括图案采集单元10、图形处理单元20、作业管理单元30和机器人自动喷涂单元40，图案采集单元10用于采集待喷涂的背景图案，图形处理单元20与图案采集单元10连接，图形处理单元20用于处理背景图案以及对产品进行三维数据建模，并将处理后的背景图案以扩散方式帖敷到产品50的三维模型上以形成三维图案，作业管理单元30与图形处理单元20连接，作业管理单元30用于接收图形处理单元20中的三维图案，机器人自动喷涂单元40与作业管理单元30连接，机器人自动喷涂单元40用于根据作业管理单元30中的三维图案对产品进行自动喷涂。

应用此种配置方式，通过在自动喷涂装置中配置图案采集单元10、图形处理单元20、作业管理单元30和机器人自动喷涂单元40，图案采集单元10可根据战场环境、季节的不同，现时现地采集背景图案并通过图形处理单元20生成伪装图案，实现战时环境下车辆的快速、批量伪装喷涂；再者，图形处理单元20运用计算机图像处理技术，结合三维图案帖敷软件，为产品数字化生成三维图案；此外，本发明的自动喷涂装置将三维图案数字化设计和机器人自动喷涂单元40充分结合，极大地提高了产品的喷涂效率。

本发明的自动喷涂装置相对于现有技术中工序多、生产效率低且喷雾飞溅浪费涂料的传统喷涂方法而言，本发明的自动喷涂装置能够根据背景图案的复杂程度和伪装要求，迅速设计出与任意背景高度融合的二维迷彩图案，结合三维迷彩贴敷软件快捷生成喷涂所需的三维迷彩图案模型，使用机器人自动喷涂单元取代人工喷涂。此种方式能够实现从二维图案设计到三维迷彩模型生成，再到机器人迷彩喷涂的全自动化处理，极大地提高了产品的喷涂效率。

在本发明中，为了实现背景图案的处理以及对产品进行三维数据建模，并将处理后的背景图案以扩散方式帖敷到产品50的三维模型上以形成三维图案，可将图形处理单元20配置为包括图案处理模块、三维建模模块21和帖敷模块，图案处理模块用于对背景图案进行处理以生成数码迷彩图案，三维建模模块21用于对产品50进行三维数据建模，帖敷模块用于将数码迷彩图案帖敷到产品的三维模型上以形成三维图案。

作为本发明的一个具体实施例，可采用高清相机作为图案采集单元10。自动喷涂装置能够预置或实地获取目标地点目标季节的背景图案，使用高清相机以获取背景图或用图像扫描仪扫描卫星/航拍图片，图案处理模块对所获取的背景图案进行处理并生成数码迷彩图案，运用计算机图像处理技术提取自然背景的形状、颜色、亮度和纹理等数字信息，加上必要的人工干预，以在产品的三维模型上精确再现背景图案。其中，此处所说的必要的人工干预是指对采集到的背景图案进行一些必要的处理，比如将面积过小的迷彩图案进行修改等操作。

进一步地，在本发明中，为了对采集到的背景图案进行处理以生成迷彩图案，可将图案处理模块配置为还包括图像识别与分析模块、颜色量化模块和伪装效果评价模块，图像识别与分析模块用于对背景图案进行类别划分，颜色量化模块用于提取背景图案的色域以生成数码迷彩图案，伪装效果评价模块用于对比背景图案和数码迷彩图案以获取图案的匹配率。

应用此种配置方式，当图案采集单元10采集到背景图案后，图形处理单元20对该背景图案进行处理，具体地，图像识别与分析模块首先对背景图案的类别进行划分，以确认背景图案是属于雪地或者草地或者其他应用场景；然后，颜色量化模块提取背景图案的色域以生成数码迷彩图案；数码迷彩图案生成之后，伪装效果评价模块对所生成的数码迷彩图案和原始的背景图案相对比以获取图案的匹配率，并将获取的图案匹配率与设定的合格匹配率相对比，确定针对该背景图案的处理是否合格。

进一步地，在本发明中，三维建模模块21包括激光扫描仪，在迷彩图案自动设计生成的基础上，通过激光扫描仪获取产品表面的点云数据，并使用图形处理软件对获取的数据进行分析整理，在施工现场快速获得待喷涂产品的三维数学模型，为覆盖迷彩图案提供贴敷平台，从而可实现二维数码迷彩的三维转换。

此外，在本发明中，为了实现产品50的自动喷涂操作，可将机器人自动喷涂单元40配置为包括机器人控制柜41、视觉定位模块42和机器人43，视觉定位模块42和机器人43均与机器人控制柜41连接，视觉定位模块42用于对待作业的产品进行视觉定位并进行位置定位偏差测量，机器人控制柜41根据视觉定位模块42输出的位置定位偏差以及作业管理单元30输出的三维图案以控制机器人43进行自动喷涂。

具体地，在本发明中，作业管理单元30作为中枢单元，其可接收图形处理单元20中的三维迷彩图案，并将该三维迷彩图案的喷涂作业指令和数据传输给机器人控制柜41，视觉定位模块42用于对喷涂目标产品进行位置定位偏差测量，并将数据传输给计算机自动计算出偏差数据，再将数据处理后反馈给机器人控制柜41，机器人43再根据所得到的数据自动将程序进行修正，以修改喷涂路径。

进一步地，为了提高产品表面的喷涂质量，在本发明中，可将机器人自动喷涂单元40配置为还包括供漆设备44和压缩空气设备45，供漆设备44分别与机器人43和压缩空气设备45连接，压缩空气设备45用于对供漆设备44内的油漆加压，以通过供漆设备44向机器人43提供喷涂产品的油漆。

应用此种配置方式，通过采用高压无气自动喷涂(高压无气自动喷涂亦即无气喷涂，其是通过使用高压柱塞泵，直接将油漆加压，形成高压力的油漆，喷出枪口形成雾化气流作用于物体表面(墙面或木器面)的一种喷涂方式)，能够使得产品的喷涂表面更加均匀，无颗粒感。再者，由于此种喷涂方式与空气隔绝，油漆更加干燥、干净。本发明的此种高压无气自动喷涂方式可用于高粘度油漆的施工，而且边缘清晰，甚至可用于一些有边界要求的喷涂项目。压缩空气设备45为喷涂系统中的气动阀(例如调压阀和换色阀)、搅拌器等气动元器件提供气源压力，并通过供漆设备44向机器人43提供喷涂产品的油漆。

进一步地，在本发明中，为了能够在喷涂过程中实时监控现场环境，可将机器人自动喷涂单元40配置为还包括监控模块46和传感器模块47，监控模块46和传感器模块47均与作业管理单元30连接，监控模块46用于向作业管理单元30传输现场视频，传感器模块47用于向作业管理单元30传输环境参数以及故障信息。

应用此种配置方式，监控模块46可向作业管理单元30传输现场视频，从而能够使得操作员远距离观测现场喷涂情况，防止近距离作业对人员身体健康所造成的损害。传感器模块47监控环境参数(例如环境的温度、湿度以及环境中气体浓度等)及故障信息，通过在机器人自动喷涂单元40中各部件上安装力传感器等，可以实时观测机器人各部件的运行情况，当某部件发生故障时，能够通过作业管理单元30及时停止喷涂作业指令和数据的传输，以及时清除故障。

进一步地，在本发明中，机器人自动喷涂单元40还具备油漆喷涂、机器人保护、喷头清洗、油漆搅拌、快速换色等所需压缩空气接口。其中，供漆设备44可通过供漆管路向机器人43自动供漆，供漆设备44能够自动清洗喷头及前端换色管路。在机器人43的手臂前端设置有换色阀，机器人43通过该换色阀能够完成迷彩所需不同颜色的自动转换。该换色阀为新型精密换色阀，其与喷头近距离设置，在该新型精密换色阀内可实现四种不同涂料的循环变更。本发明采用气动阀门及机械力压回控制技术，切换相应的气动阀门达到换色目的。具体地，当一种颜色喷完以后，系统自动控制当前色漆气动阀门关闭，当前色漆停止喷涂，系统控制气动阀门自动启动事先设置的另一色漆进行喷涂，切换后的色漆不能直接进行喷涂，需要对枪嘴之前留下来的不同色漆进行清洗(系统自带清洗收集装置)，经过短时间(10秒以内)清洗以后即可进行下一步喷涂。依此步骤，共可以进行四种颜色的切换。

根据本发明的另一方面，提供了一种自动喷涂方法，该自动喷涂方法使用如上所述的自动喷涂装置。本发明的自动喷涂方法包括：步骤一，使用图案采集单元10采集待喷涂的背景图案；步骤二，图案处理模块对背景图案进行处理以生成数码迷彩图案，三维建模模块21对产品进行三维数据建模，帖敷单元将数码迷彩图案帖敷到产品的三维模型上以形成三维迷彩图案；步骤三，图形处理单元20将所生成的三维迷彩图案导入作业管理单元30中；步骤四，机器人自动喷涂单元40接收作业管理单元30中的三维迷彩图案并控制机器人43进行产品的自动喷涂。

本发明的自动喷涂方法相对于现有技术而言，其从现有迷彩的设计方法、要求和理论出发，采用数字图像理论、图像识别与分析、三维扫描技术等现代数学分析手段，实现装备三维迷彩的自动化设计，设计的三维数码迷彩斑点具有不重复、设计快捷方便及符合伪装要求等优点；再者，通过作业管理单元30接收三维迷彩图案并将三维迷彩图案的喷涂作业指令和数据输出给机器人自动喷涂单元40，以通过机器人自动喷涂单元40实现对产品50的自动喷涂，此种方式方便快捷、工作效率高且极大地减轻了人力成本，保障了操作人员的身体健康。

进一步地，在本发明中，在步骤二中，三维建模模块21包括激光扫描仪，激光扫描仪获取产品表面的点云数据，并对点云数据进行分析整理以实现对产品的三维数据建模，帖敷模块将数码迷彩图案以扩散方式帖敷到产品的三维模型上以形成三维迷彩图案。

应用此种配置方式，能够实现背景图案的离线三维贴敷，通过三维激光扫描仪对产品50进行扫描建模，可利用点云快速完成对产品50的三维数据建模。然后，结合二维迷彩图案，利用图形工作站(亦即图形三维贴敷软件的载体，如计算机等)中的三维迷彩贴敷软件，将二维图案根据扩散方式，帖敷到产品的三维模型上，形成三维迷彩图案，导入作业管理单元30中，作为机器人喷涂规划的基础。

作为本发明的一个具体实施例，在将二维迷彩图案贴敷到产品的三维模型上时，可通过对产品的计算机三维模型进行合理的网格剖分，并按照数码迷彩图案的生成算法对网格赋色，在产品的三维模型表面自动形成满足伪装标准的数码迷彩图案。该图案能够实现装备交接面的迷彩斑点连续完整，同时每一图案可不重复。本发明的此种贴敷方式能够解决现有技术中人工在产品的三维表面贴图所导致的效率低下、重复度高的问题，极大地提高产品的喷涂效率。

进一步地，在本发明中，为了实现对产品50的自动喷涂，可将步骤四配置为具体包括：机器人控制柜41接收作业管理单元30中的三维迷彩图案的喷涂作业指令和数据；视觉定位模块42对待作业产品进行视觉定位并对产品进行位置定位偏差测量，视觉定位模块42将测量所得的数据传输给计算机自动计算出偏差数据并将偏差数据反馈给机器人控制柜41，机器人控制柜41自动修正喷涂作业指令和数据；供漆设备44向机器人43自动供漆，机器人43在机器人控制柜41的控制下完成对产品的自动喷涂操作，在此过程中，监控模块46实时监控喷涂作业。

为了对本发明有进一步地了解，下面结合图1至图3对本发明的自动喷涂装置的具体工作过程进行详细说明。

如图1至图3所示，作为本发明的一个具体实施例，自动喷涂装置包括图案采集单元10、图形处理单元20、作业管理单元30和机器人自动喷涂单元40，采用高清相机作为图案采集单元10，机器人自动喷涂单元40包括机器人控制柜41、视觉定位模块42、机器人43、供漆设备44、压缩空气设备45、监控模块46和传感器模块47，机器人43由机器人控制柜41控制并实施喷涂作业，供漆设备44和机器人之间靠油漆管路连接并给机器人43提供喷涂产品的油漆，压缩空气设备45为喷涂系统中气动阀、搅拌器等气动元器件提供气源压力，视觉定位模块42用于目标产品定位，为机器人路径规划提供坐标基础，监控模块46提供机器人喷涂的实时画面，观测机器人的运行情况以及现场情况，传感器模块47实时监测喷涂装置内的温湿度情况，避免环境变化对作业造成影响。

当需要进行产品的自动喷涂操作时，自动喷涂装置首先预置或实地获取目标地点目标季节的背景图案，使用高清相机以获取背景图或用图像扫描仪扫描卫星/航拍图片，图案处理模块对所获取的背景图案进行处理并生成数码迷彩图案，运用计算机图像处理技术提取自然背景的形状、颜色、亮度和纹理等数字信息，加上必要的人工干预，以在产品的三维模型上精确再现背景图案。然后，三维激光扫描仪对产品50进行扫描建模，利用点云快速完成对产品50的三维数据建模。接着，对产品的计算机三维模型进行合理的网格剖分，并按照数码迷彩图案的生成算法对网格赋色，在产品的三维模型表面自动形成满足伪装标准的数码迷彩图案并将所形成的三维迷彩图案输出至作业管理单元30，作业管理单元30将三维迷彩图案的喷涂作业指令和数据输出给机器人控制柜41。

最后，将目标产品(或车辆)运送至指定位置落位，视觉定位模块42对目标产品进行位置定位偏差测量，并将数据传输给计算机自动计算出偏差数据，再将数据处理后反馈给机器人控制柜41，机器人43再根据所得到的数据自动将程序进行修正以修改喷涂路径。然后，将需要的部位(如轮胎、车窗、车灯等位置)进行遮蔽，并开始进行机器人的自动喷涂，在此过程中，监控模块46观测机器人的运行情况以及现场情况，传感器模块47实时监测喷涂装置内的温湿度情况，避免环境变化对作业造成影响。一旦作业现场中出现故障，作业管理单元30停止向机器人控制柜41输出作业指令，以及时清除现场故障。

综上所述，本发明的自动喷涂方法相对于现有技术而言，其从现有迷彩的设计方法、要求和理论出发，采用数字图像理论、图像识别与分析、三维扫描技术等现代数学分析手段，实现装备三维迷彩的自动化设计，设计的三维数码迷彩斑点具有不重复、设计快捷方便及符合伪装要求等优点；再者，通过作业管理单元30接收三维迷彩图案并将三维迷彩图案的喷涂作业指令和数据输出给机器人自动喷涂单元40，以通过机器人自动喷涂单元40实现对产品的自动喷涂，此种方式方便快捷、工作效率高且极大地减轻了人力成本，保障了操作人员的身体健康。此外，在本发明中，通过使用高压无气喷涂方式，能够实现基于机器人的图案可控的喷涂，本发明的此种喷涂方法是一种更高效、更环保、更节能的喷涂方式。

如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用，和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。

应该强调，术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在，但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。

这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的，因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外，由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变，因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作，而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。