一种基于图像测量雾锥角的实验装置的制作方法

本实用新型涉及喷涂工艺技术领域，特别是涉及一种基于图像测量雾锥角的实验装置。

背景技术：

在喷涂工艺研究领域，喷涂形状的测量对于喷涂工艺研究有着重要的实际意义。喷涂形状指的是，在喷枪静态情况下，将涂料喷涂在工件表面一定时间，待涂料固化后形成的涂层形状。喷涂形状往往呈椭圆形，其长轴长度代表了喷涂喷幅，是喷涂轨迹规划与搭接距离设计的基础；短轴长度往往容易被忽略，但短轴长度对于建立喷涂涂层厚度分布模型也有着重要的意义。

对于喷涂形状的测量普遍采取的是将涂料喷涂在工件表面，待涂料固化形成涂层后，用测量工具直接测量椭圆形涂层的长轴长度和短轴长度。该种方法的优点在于精度较高，方法简单易行，但缺点在于效率很低，并且需要准备待喷涂的工件，成本较高，不适于大批量的实验。

现有技术中，提出了公开号为cn202304805u，授权公告日为2012年07月04日的中国实用新型专利文件，来解决上述存在的技术问题，该专利文献所公开的技术方案如下：一种喷雾锥角测量装置，包括：喷雾室、摄像头和射灯，喷雾室内设置喷嘴；摄像头对喷嘴的喷雾锥角进行拍照；射灯安装在所述喷雾室侧壁上。

上述技术方案在实际使用过程中，会出现以下问题：

（1）该文件所采用的是封闭式的结构，这种结构对于防止漆料飞溅到环境中是十分有利的，该结构通过旋转喷枪实现雾锥的多角度拍摄，导致该测量装置结构体积过于庞大，结构较为复杂，不便于移动，设备成本高。同时该结构的使用原理是选择喷嘴的不同测量面，从而记录多组锥角数据，进而才能测量雾锥角，操作麻烦。

（2）当需要进行不同喷枪的实验需要人工更换喷枪，例如对于机器人喷涂的场合，喷枪需要安装在机械臂上，使用该测量装置，需要将喷枪从机械臂上拆卸下来重新安装，操作复杂。

（3）设有多个光源，光源之间容易互相影响。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本实用新型提出了一种基于图像测量雾锥角的实验装置，能有效解决装置结构庞大，不便于移动的问题，并且操作更加简单。

本实用新型是通过采用下述技术方案实现的：

一种基于图像测量雾锥角的实验装置，包括相机和光源，其特征在于：还包括喷枪和转台，所述相机和光源分别通过连接杆与转台相连，且光源的光线和相机的镜头的轴线平行，所述喷枪位于转台上方，喷枪的喷嘴与转台的轴线重合，转台沿轴心顺时针或逆时针转动。

所述转台上设有角度刻度。

还包括驱动件，所述驱动件用于驱动转台转动。

所述驱动件为步进电机或伺服电机。

所述转台的直径为0.8——1.3m。

所述连接杆为升降杆。

还包括静音轮，所述静音轮位于实验装置底部。

所述静音轮表面安装有刹车片。

所述喷枪通过机械臂或吊杆在转台轴线方向进行升降。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果表现在：

1、本实用新型使用转台来转动相机和光源，并且在转动过程中，保持喷嘴的位置与转台的轴线重合即可测量雾锥的长短轴，而不是利用两个相机和两个光源分别对雾锥的长短轴进行测量，避免了光源之间互相影响以及不同相机标定误差不同带来的实验误差，同时节约设备成本。

本实用新型结构简单，体积重量小，导致自身移动方便，在利用外部设施进行移动时也比较方便，例如将其放置在推车上就可以自由移动。由于该结构特点，使得本实用新型方便在不同的场合使用，比如在机器人喷涂的场合，不需要将喷枪从机械臂上拆卸下来重新安装，只需要将本实验装置移动到喷枪的下方，保持喷枪的喷嘴与转台的轴线重合即可进行雾锥角测量，操作简单。

2、所述转台上设有角度刻度，便于在旋转转台时，清楚明白的知道转动角度，便于旋转转台拍摄长短轴图片。

3、还包括驱动件，所述驱动件用于驱动转台转动，替代人工转动转台，转动的角度更加精准。

4、所述驱动件为步进电机或伺服电机，结构现有，技术也比较成熟，造价低。

5、转台的直径为0.8——1.3m，转台的直径过大容易造成拍摄图像时光线不够强，过小容易导致相机被雾化的涂料污染，该范围是最合适的范围。

6、连接杆为升降杆，便于调整相机和光源的高度，一是保持光源的光线和相机的镜头的轴线平行，二是为了使得与喷嘴保持适合的高度，便于相机拍出更清晰的照片，使得本实验装置也能适用于更多的场合。

7、所述实验装置的底部设有静音轮，方便实验装置的移动。

8、所述静音轮表面安装有刹车片，避免实验装置在测量的时候移动，导致测量不准确。

9、喷枪通过机械臂或吊杆在转台轴线方向进行升降，升降方便，使得喷枪与相机平面保持适合的高度，拍出更加清晰的照片。

附图说明

下面将结合说明书附图和具体实施方式对本实用新型作进一步的详细说明，其中：

图1为本实用新型的结构示意图；

图中标记：

1、相机，2、光源，3、喷枪，4、转台，5、驱动件，6、连接杆，7、机械臂。

具体实施方式

实施例1

作为本实用新型基本实施方式，本实用新型包括一种基于图像测量雾锥角的实验装置，包括相机1、光源2、喷枪3和转台4，所述相机1和光源2分别通过连接杆6与转台4相连，且光源2的光线和相机1的镜头的轴线平行。所述喷枪3位于转台4上方，喷枪3的喷嘴与转台4的轴线重合，转台4沿轴心顺时针或逆时针转动。

所述喷枪3可以是本实验装置以外其他区域的喷枪3，与转台4、相机1和光源2等并没有连接关系，使用时，保持该喷枪3的喷嘴与与转台4的轴线重合即可。

或者所述喷枪3也可以是固定在实验装置的静止位置的一个器件上，例如在实验装置侧边设置的伸缩杆，在支撑杆上设置挂钩，喷枪3固定在挂钩上。在使用时，可以使用该喷枪3进行喷涂，但当需要进行不同喷枪3的实验时，可以将实验装置本身的喷枪3从挂钩上取下，将实验装置移动至其他喷枪3下方即可，不需要频繁更换喷枪3。

实施例2

作为本实用新型一较佳实施方式，本实用新型包括一种基于图像测量雾锥角的实验装置，包括相机1、光源2、喷枪3、转台4和驱动转台4沿轴心顺时针或逆时针转动的驱动件5。该驱动件5可以为步进电机。

所述光源2可以为射灯，相机1和光源2分别通过连接杆6与转台4相连，相机1和光源2与连接杆6的固定方式可以为导轨安装，连接杆6与转台4的固定方式可以为法兰安装。光源2的光线和相机1的镜头的轴线平行，该平行度为目测平行即可。

所述喷枪3可以通过吊杆悬挂在转台4上方，喷枪3的喷嘴与转台4的轴线重合。

所述转台4的直径为0.8m，且转台4的边缘位置设有角度刻度。

使用时，打开喷枪3开始喷涂，打开光源2和相机1，将相机1对准喷涂雾锥长轴所在面，调整转台4旋转角度，当相机1画面所示的长轴光斑面积最大时，停止调节，记住当前转盘的角度。该角度可以是实验装置旁一个静止的参照物所对应的角度。调节好喷涂工艺参数，相机1自动拍摄一张长轴图片，拍好后根据角度刻盘上的角度转台4旋转90度，比如静止的参照物所对应的角度为45度，此时顺时针旋转转台4，静止的参照物所对应的角度应该为315度。转台4停止后相机1再拍摄一张短轴图片，拍好后转台4旋转回初始时的角度，完成拍照。

实施例3

作为本实用新型另一较佳实施方式，本实用新型包括一种基于图像测量雾锥角的实验装置，包括相机1、光源2、喷枪3和转台4。所述相机1和光源2分别通过连接杆6与转台4相连，且光源2的光线和相机1的镜头的轴线平行；所述转台4沿轴心顺时针或逆时针转动；所述喷枪3位于转台4上方，喷枪3的喷嘴与转台4的轴线重合，且喷枪3通过机械臂7或吊杆在转台4轴线方向进行升降。

所述转台4的直径为1.3m。

所述连接杆6为升降杆。

所述实验装置的底部设有静音轮，静音轮表面安装有刹车片，可以轻松推动整个实验装置，且可以根据使用场景确认是否固定实验装置。

实施例4

作为本实用新型最佳实施方式，参照说明书附图1，本实用新型包括一种基于图像测量雾锥角的实验装置，包括相机1、光源2、转台4和驱动转台4沿轴心顺时针或逆时针转动的驱动件5。所述驱动件5为伺服电机，转台4所用的伺服电机的驱动形式可以采用人工操作驱动器面板或由上位机、plc等控制器自动控制。

所述相机1和光源2分别通过连接杆6与转台4相连，所述连接杆6为升降杆。相机1与光源2与连接杆6之间可以通过螺栓固定，连接杆6和转台4之间也可以通过螺栓固定。

光源2的光线和相机1的镜头的轴线平行；所述转台4位于喷枪3的下方，该喷枪3为其他区域内的喷枪3，与相机1、光源2、转台4没有任何连接关系。喷枪3通过外部的机械臂7或吊杆在转台4轴线方向进行升降，升降过程中保持转台4的轴线与喷枪3的喷嘴重合。

所述转台4的直径为1m，转台4表面设有角度刻度。

所述实验装置的底部设有静音轮。所述静音轮表面安装有刹车片。

对于机器人喷涂的场合，喷枪3固定在机械臂7上难以自由旋转。使用时，将实验装置推至喷枪3下方，保持喷嘴与转台4的轴线重合，光源2的光线和相机1的镜头的轴线平行。打开喷枪3开始喷涂，打开光源2和相机1，将相机1对准喷涂雾锥长轴所在面，可以在上位机上实时监测相机1画面，调整转台4旋转角度，当显示的长轴光斑面积最大时，停止调节，记住当前伺服电机的角度。调节好喷涂工艺参数，相机1自动拍摄一张长轴图片，拍好后转台4旋转90度，方向可随意，转台4停止后相机1再拍摄一张短轴图片，拍好后转台4旋转回初始时的角度。

当拍摄完一组工艺参数的雾锥长短轴图片后，喷枪3关闭5-10s时间再进行下一组工艺参数的喷涂，可以消除上一个实验可以产生的涂料雾气干扰图像。

所有实验过程均可通过上位机自动控制完成，流程如下：喷涂开启→相机1拍摄长轴图片→转台4旋转→相机1拍摄短轴图片→喷涂关闭→转台4旋转回初始位置。

当所有图片均已拍摄完毕，则需要对所拍摄的图片进行图像处理以获得长短轴雾锥角，图像处理可以采取不同的方法。比如：

（1）选取合适的阈值对图像进行二值化处理；

（2）采用边缘提取算子对二值化后的图像进行边缘提取；

（3）将靠近喷嘴区域的边界点保留，选取区域的纵向长度为30个像素，横向长度为整张图像的横向长度，照片的其余部分全部变成黑色；

（4）对剩余的边界点左右部分分别进行最小二乘法的直线拟合，用拟合出的两条直线斜率计算夹角，即可得到喷涂雾锥的长短轴雾锥角。

综上所述，本领域的普通技术人员阅读本实用新型文件后，根据本实用新型的技术方案和技术构思无需创造性脑力劳动而作出的其他各种相应的变换方案，均属于本实用新型所保护的范围。