一种基于机器视觉的喷涂智能控制系统与自动化设备的制作方法

本发明涉及一种基于机器视觉的喷涂智能控制系统与自动化设备，属于喷涂技术领域。

背景技术：

目前，随着工业自动化水平的不断提升，为了提高生产效率，确保批量产品的生产一致性，在工业生产过程中，许多需要喷涂的环节使用了自动喷涂设备。因传统的自动喷涂设备是在空间坐标系统中通过数控编程，按预设的轨迹喷涂，这种方式需要每次把产品摆放在一个固定的位置，否则将出现偏差，甚至可能使产品报废。为此，需要先根据产品的外形，制作一个合适的夹具。喷涂前，把产品放入夹具，即上料；喷涂完成后，取出产品，即下料。如此反复。这种方式对夹具的精度要求很高，如果产品外形种类较多，需要制作相应地夹具。极大地提高了生产成本，降低了生产效率。

而近年来，随着视觉技术的不断发展，给机器加“眼睛”，使机器更智能，已经成为当前机械自动化领域的一个新趋势。申请人因此将传统自动喷涂机与机器视觉的结合，通过自动识别产品位置，并自动修正喷涂轨迹，解决了产品需要夹具固定的问题。能降低生产成本，提高生产效率，也为配备自动上料取料的喷涂设备提供了更好的解决方案。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于机器视觉的喷涂智能控制系统与自动化设备，从而克服现有技术的不足。

喷涂包括喷胶与喷漆，喷涂通过喷枪或碟式雾化器，借助于压力或离心力，分散成均匀而微细的雾滴，施涂于被涂物表面的涂装方法。可分为空气喷涂、无空气喷涂、静电喷涂以及上述基本喷涂形式的各种派生的方式，如大流量低压力雾化喷涂、热喷涂、自动喷涂、多组喷涂等。通过喷枪使油漆雾化，涂覆于物体表面的加工方法。有压缩空气喷漆、高压无空气喷漆、静电喷漆多种。喷漆作业使用含有大量溶剂的易燃漆料，在要求快速干燥的条件下挥发到空气的溶剂蒸气，易形成爆炸混合物。特别静电喷漆是在60千伏以上高电压下进行的，喷漆嘴与被漆工件相距在250毫米以内即易发生火花放电，会引燃易燃蒸气。目前主要有四种：电弧喷涂、火焰喷涂、等离子喷涂及爆炸喷涂。利用喷涂技术，可以在各种基体上获得具有耐磨、耐蚀、隔热、导电、绝缘、密封、润滑以及其他特殊机械的物理、化学性能的涂层。应用范围非常广泛，涉及到国民经济各个部门以及包括尖端技术在内的各个领域。喷胶从字面来理解，做为动词是指把有一定粘性的液体散着射出去；作为名字指的是现在科技下的一种产品名。即用全自动喷胶机将胶水或油漆散着射出并使之按一定的规律附着在另一物体上的过程。

本发明的技术原理为，在喷涂自动化设备上增加机器视觉自动定位功能，再通过智能控制系统对工件进行喷涂。

本发明通过以下技术方案实现，通过与计算机连接的机器视觉机构与运动控制器，进行视觉喷涂控制与运动控制；视觉机构拍摄产品图像，将图像数据传输到计算机，识别图像位置，自动修改喷涂轨迹，生成新的运动控制数据，发送到运动控制器；从而由运动控制器对任意形状、任意摆放的工件进行喷涂。

本发明包括如下控制步骤：

步骤1、工业相机拍照，并进行初期的图像预处理，对过数据总线把图像数据传送到运行在计算机的视觉喷涂上层软件；

步骤2、运行于计算机的视觉喷涂上层软件收到工具相机的图像数据后，其中的视觉识别模块对图像数据进行识别处理，在图像中准确查找产品轮廓，并根据轮廓计算出产品的当前位置、旋转角度等数据；

步骤3、视觉喷涂上层软件中的轨迹转换模块根据视觉识别模块计算出的产品当前位置、旋转角度等数据，将原有轨迹进行偏移变换、旋转变换、内缩变换等，并生成相应的运动控制指令，发送到运动控制器；

步骤4、运行于运动控制器的底层软件接收到运动控制指令后，控制喷涂设备运动，完成喷涂工作。

本发明喷涂轨迹生成规则包括：

规则一、按产品轮廓喷涂；视觉识别模块自动提取产品轮廓位置点集，并将轮廓位置点集提交给轨迹转换模块，轨迹转换模块根据距离最近原则，从轮廓位置点集中选择一个位置点作为轨迹起点，先优化合并连续同向的位置点，以减少数据量，再转换成喷涂运动轨迹；

规则二、按照自定义轨迹方式喷涂；则先编辑喷涂轨迹，再将产品拍照入库，视觉加工时，根据识别结果，自动从产品库中调用相应的喷涂轨迹；

规则三、两种喷涂轨迹生成方式同时使用；在有效的识别范围内，同时放入多种不同的产品时，系统根据识别结果，如果产品库中存在与产品相匹配的自定义喷涂轨迹，则该产品按自定义喷涂轨迹加工；如果产品库中不存在与该产品相匹配的自定义喷涂轨迹，则自动按产品轮廓生成喷涂轨迹。

本发明还包括产品轮廓内缩工艺：

沿着产品轮廓喷涂，但又为了使胶水不溢出到轮廓外，需要加工轨迹沿着轮廓内侧运动。本发明可以根据视觉系统捕获的产品轮廓，按照设置的内缩值，将加工轨迹内缩。

本发明包括包括机体和喷涂机构，喷涂机构为喷枪，还包括机器视觉机构、计算机、运动控制器、输送机构、自动取料机构、料盘；视觉机构、运动控制器、输送机构、自动取料机构均与计算机串口连接；机体还包括喷涂区；机器视觉机构设置在喷涂区的上方；喷涂机构安装在运动控制器上；机器视觉机构由设置在喷涂区顶部的工业相机和安装在喷涂机构的摄像头构成；所述输送机构包括输送带与输送电机；自动取料机构包括吸料气缸、吸料盘、导轨；吸料气缸分设在导轨左右两侧，吸料气缸底部连接两个吸料盘；料盘放置在输送机构前端的一侧，料盘底部设置材料感应传感器，材料感应传感器与计算机串口连接。

所述喷涂区主要包括气吸风洞与加工罩以及背光源；输送带穿过加工罩，并且平铺在气吸风洞的上方，背光源设置于气吸风洞的下方。

所述喷涂机构包括喷枪，喷枪固定在所述运动控制器上；摄像头安装在喷枪上。

所述料盘还放置于升降机构之上，升降机构由升降台、升降电机以及上限位传感器，下限位传感器，升降电机控制升降台的升降，升降电机与计算机连接；上限位传感器，下限位传感器分别设置在机体上，升降台的行程由上限位传感器、下限位传感器限位。

还包括沿输送机构设置的烘干机构；烘干机构位于喷涂区的输送带输出端。

本发明包括以下工艺流程：

步骤1、将待喷涂工件整齐码放在升降台上，启动吸料盘从右运动到升降台上方，吸料气缸下降，吸料盘吸料，吸料气缸上升，再将物料从左边移动到右边输送带上方，气缸下降将物料放在输送带上；吸料盘左右运动的行程可调；

步骤2、输送带将物料送入喷涂区，视觉开始启动拍照，识别材料外形及位置；

步骤3、自动喷涂系统根据物料的形状位置开始自动喷涂，喷涂完成后输送带将物料送到烘干区烘干；循环操作，直至本批次工件加工完成。

本发明的优点在于，（1）将机器视觉应用到自动喷涂机中；机器视觉具有类似人类眼睛的实时定位功能，但眼睛的定位是粗略的，大概的，而机器视觉具有测量功能，能做到精准定位。机器视觉与自动喷涂的结合，使得工件不再需要夹具固定在某个位置上，可以在识别范围内的任意位置、任意旋转角度摆放；视觉识别稳定，在加工范围内不能有错识别和漏识别的现象出现。（2）两种喷涂轨迹生成方式，既可按照自定义轨迹方式喷涂，又可按产品轮廓喷涂；喷涂方式灵活多变，操作性高；（3）产品轮廓内缩，防止胶水外溢至轮廓外；（4）任意形状、任意摆放、任意颜色、任意数量的不透明工件可多个同时识别，智能程度高、喷涂效率极高；（5）无需夹具定位，解决了传统喷涂设备需要对产品使用固定位置的夹具定位的问题。极大地降低了生产成本，提高了生产效率。（6）支持远程操作，方便设备维护。（7）支持远程操作，方便设备维护。（8）可以和erp系统对接。可以把每种材料的加工数量上传erp。

附图说明

图1为原理图。

图2为流程图。

图3为主视图。

图4为主视图之二。

图5为侧视图。

具体实施方式

下面结合附图1至5对本发明的优选实施例作进一步说明，本发明通过与计算机连接的机器视觉机构与运动控制器，进行视觉喷涂控制与运动控制；视觉机构拍摄产品图像，将图像数据传输到计算机，识别图像位置，自动修改喷涂轨迹，生成新的运动控制数据，发送到运动控制器；从而由运动控制器对任意形状、任意摆放的工件进行喷涂。在有效的识别范围内，可同时放入多种不同的产品（不能重叠），任意颜色、任意数量、不透明，系统可一次同时识别多个不同种类的产品。

本发明包括如下控制步骤：

步骤1、工业相机拍照，并进行初期的图像预处理，对过数据总线把图像数据传送到运行在计算机的视觉喷涂上层软件；

步骤2、运行于计算机的视觉喷涂上层软件收到工具相机的图像数据后，其中的视觉识别模块对图像数据进行识别处理，在图像中准确查找产品轮廓，并根据轮廓计算出产品的当前位置、旋转角度等数据；

步骤3、视觉喷涂上层软件中的轨迹转换模块根据视觉识别模块计算出的产品当前位置、旋转角度等数据，将原有轨迹进行偏移变换、旋转变换、内缩变换等，并生成相应的运动控制指令，发送到运动控制器；

步骤4、运行于运动控制器的底层软件接收到运动控制指令后，控制喷涂设备运动，完成喷涂工作。

本发明喷涂轨迹生成规则包括：

规则一、按产品轮廓喷涂；不需要事先编辑喷涂轨迹，也不需要拍照入库，视觉识别模块41自动提取产品轮廓位置点集，并将轮廓位置点集提交给轨迹转换模块42，轨迹转换模块42根据距离最近原则，从轮廓位置点集中选择一个位置点作为轨迹起点，先优化合并连续同向的位置点，以减少数据量，再转换成喷涂运动轨迹；

规则二、按照自定义轨迹方式喷涂；则先编辑喷涂轨迹，再将产品拍照入库，视觉加工时，根据识别结果，自动从产品库中调用相应的喷涂轨迹；

规则三、两种喷涂轨迹生成方式同时使用；在有效的识别范围内，同时放入多种不同的产品（不能重叠）时，系统根据识别结果，如果产品库中存在与产品相匹配的自定义喷涂轨迹，则该产品按自定义喷涂轨迹加工；如果产品库中不存在与该产品相匹配的自定义喷涂轨迹，则自动按产品轮廓生成喷涂轨迹。

本发明还包括产品轮廓内缩工艺：沿着产品轮廓喷涂，但又为了使胶水不溢出到轮廓外，需要加工轨迹沿着轮廓内侧运动。本发明可以根据视觉系统捕获的产品轮廓，按照设置的内缩值，将加工轨迹内缩。

包括机体1和喷涂机构2，喷涂机构2为喷枪，还包括机器视觉机构3、计算机4、运动控制器5、输送机构6、自动取料机构7、料盘8；

机器视觉机构3、运动控制器5、输送机构6、自动取料机构7均与计算机4串口连接；

机体1还包括喷涂区11；机器视觉机构3设置在喷涂区11的上方；

喷涂机构2安装在运动控制器5上；

机器视觉机构3由设置在喷涂区顶部的工业相机31和安装在喷涂机构2的摄像头32构成；

所述输送机构6包括输送带61与输送电机62；

自动取料机构7包括吸料气缸71、吸料盘72、导轨73；吸料气缸71分设在导轨73左右两侧，吸料气缸71底部连接两个吸料盘72；

料盘8底部设置材料感应传感器81，材料感应传感器81与计算机4串口连接。

工作状态：当料盘8结构上的材料感应传感器81检测到信号时，自动取料机构7的吸料气缸71在计算机2控制下沿导轨73移动至料盘8上方，吸料盘72对准工件，其中吸料盘72与导轨73之间的间距可设定；吸料气缸71下降并使吸料盘72吸取材料，启动真空，吸料气缸71上升，通过导轨73把工件移动到输送带61上方，吸料气缸71下降，关闭真空，工件落至输送带61上；自动取料机构7在料盘8盛放有工件情况下循环工作。

所述喷涂区11主要包括气吸风洞111与加工罩112以及背光源113；输送带61穿过加工罩112，并且平铺在气吸风洞111的上方，背光源113设置于气吸风洞111的下方。

当输送机构3把工件移动到喷涂区11时，打开背光源113并拍照定位，整个过程控制在1s内完成，定位完成后由运动控制器5沿x,y,z轴做轨迹运动，喷枪喷涂胶水；喷涂工艺结束后，输送带61继续运动，输入后续工件，输出已喷涂的工件，输送电机62为步进电机，从而可设置输送带61每次步进时的移动距离。

所述喷涂机构2的喷枪固定在所述运动控制器5上；摄像头32安装在喷枪上。

所述料盘8还放置于升降机构9之上，升降机构9由升降台91、升降电机92以及上限位传感器93，下限位传感器94，升降电机92控制升降台91的升降，升降电机92与计算机2连接；上限位传感器93，下限位传感器94分别设置在机体1上，升降台91的行程由上限位传感器93、下限位传感器94限位。

升降机构9的实施例可由步进电机驱动一个与直线丝杆连接的平台来实现料盘8的上下移动，当下限位传感器94有信号输出时升降台91停止下降，当上限位传感器93有信号时升降台91停止上升。正常动作时材料整齐码放在料盘8内，吸料盘72每拿走一件材料，料盘8都会在升降台91及升降电机92作用下向上移动一个材料厚度的距离，直到升降台91碰到上限位传感器93，此时表明材料已经取完，升降电机92停止并发出报警，等待人工把料盘8复位放满材料重新启动。

还包括沿输送机构6设置的烘干机构10；烘干机构10位于喷涂区11的输送带61输出端。

本发明包括以下工艺流程：

步骤1、将待喷涂工件整齐码放在升降台上，启动吸料盘从右运动到升降台上方，吸料气缸下降，吸料盘吸料，吸料气缸上升，再将物料从左边移动到右边输送带上方，气缸下降将物料放在输送带上；吸料盘左右运动的行程可调；

步骤2、输送带将物料送入喷涂区，视觉开始启动拍照，识别材料外形及位置；

步骤3、自动喷涂系统根据物料的形状位置开始自动喷涂，喷涂完成后输送带将物料送到烘干区烘干；循环操作，直至本批次工件加工完成。