一种基于云平台识别特征的激光清洗控制系统及方法与流程

本发明涉及激光清洗领域，尤其涉及一种基于云平台识别特征的激光清洗控制系统及方法。

背景技术：

激光清洗技术(lasercleaning)是一种新型的清洗方式，与机械摩擦清洗、化学腐蚀清洗、液体固体强力冲击清洗、高频超声清洗等传统清洗方法相比，激光清洗具有明显的优点。(1)激光清洗不需使用任何化学药剂和清洗液，可以解决化学清洗带来的环境污染问题；(2)激光器清洗相对于传统接触式的清洗方法，可以避免损伤物体的表面；(3)激光可以通过光纤传输，与机器手和机器人相配合，方便地实现远距离操作，能清洗传统方法不易达到的部位，这在一些危险的场所使用可以确保人员的安全；(4)激光清洗能够清除各种材料表面的各种类型的污染物，达到常规清洗无法达到的清洁度；(5)激光清洗效率高，节省时间。

目前激光清洗技术已比较成熟，并已广泛应用在模具清洗、武器清洗、飞机除漆、楼房外壁清洗、电子工业清洗、精密机械工业清洗、反应堆管道清洗、文物清洗等方面。以上这些场合需要高度的无人化、自动化以及智能决策(分配选择)能力。但是，目前的激光清洗设备的控制系统主要还是工作在单机状态，需要清洗控制人员的现场操作和人工判断识别，严重限制了激光清洗设备的工作能力、清洗设备供应商提供服务的能力和远程交互控制的能力。

对于上述所述问题，目前工业4.0以及工业互联网领域的一些技术、概念、做法，如云平台计算、物联网、深度学习、人工智能等，具有重要的意义，其与激光清洗控制技术的结合，将会是一个非常有意义的解决方法。

因此，需要一种基于云平台识别特征的激光清洗控制技术，提高激光清洗技术在诸多应用场合中所需的无人化、自动化以及智能决策(分配选择)能力。提高激光清洗技术的适用性，节省了人力，提高了经济效益。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点和不足，提供一种基于云平台识别特征的激光清洗控制系统及方法。

本发明通过下述技术方案实现：

一种基于云平台识别特征的激光清洗控制系统，包括客户端、后台管理端2、云平台端、多个清洗设备节点13；

所述客户端包括多个客户端节点1，各客户端节点1为各清洗设备节点13用户提供远程监控；

所述云平台端包括云平台服务器3、数据库4以及网关5；

所述清洗设备节点13包括控制器6、通信模块7、运动平台8、激光器9、光学系统10和ccd传感器11；所述通信模块7与控制器6连接，控制器6分别连接ccd传感器11、激光器9和运动平台8；所述激光器9连接光学系统10；光学系统10用于出射激光光斑对待清洗物12表面进行清洗；

云平台服务器3通过工业互联网实现与各客户端节点1、后台管理端2和网关5信息交互。

所述运动平台8为清洗设备节点13提供移动动力，实现上升、下潜、转向、前进或者后退运动。

所述激光器9为脉冲光纤激光器。

所述光学系统10包括依次连接的扩束镜、聚焦镜、偏转镜；光学系统10为对激光器9输出的激光进行调整，使其输出20-200μm的激光光斑至待清洗物12表面。

所述偏转镜的输出端还安装有一个在作业过程中对偏转镜进行防护的保护镜。

本发明基于云平台识别特征的激光清洗控制系统的运行方法如下：

客户端开机步骤：客户端节点1发送远程开机指令；

指令传输步骤：客户端节点1通过云平台服务器3以及网关5连接到指定的清洗设备节点13；

清洗设备节点13终端开机：开启ccd传感器11开始对待清洗物12的清洗区域图像采集，采集完成自动关闭；

清洗区域识别请求：控制器6发送ccd传感器11采集的图像数据到云平台服务器3，请求识别服务；将本次服务过程记录到服务器；

到位检测：控制器6判断根据云平台服务器3提供请求识别答复，判断云台是否到位，若到位，则开启激光器9、光学系统10；若没有到位，则云平台下载识别结果给控制器6，反馈控制运动平台8进行修正；

开启ccd传感器11采集，采集完自动关闭；

清洗程度识别请求：控制器6发送ccd传感器11采集的图像数据到云平台服务器，请求识别服务；将本次服务过程记录到服务器；

清洗完成检测：控制器判断根据云平台服务器3提供请求识别答复，判断是否清洗完成，若完成，则结束本清洗区域的清洗过程，关闭激光器9、光学系统10，完成一个清洗周期；若没有完成，则保持激光器9、光学系统10开启，继续进行清洗。

本发明相对于现有技术，具有如下的优点及效果：

本发明利用云平台服务器，并通过工业互联网实现与客户端、后台管理端和网关的高速、可靠、实时的信息交互。本发明激光清洗控制系统利用云平台服务器具备如下优点：

其可以接受后台管理端的云服务软件部署、软件模型的调参；

支持客户端对清洗设备节点的监控请求；

可为清洗设备节点的识别请求提供在线的来自云平台特征识别服务，指导清洗过程的完成。特别的，云平台上的云服务软件部署有基于深度神经网络模型的清洗图像识别服务，可以精准识别来自不同待清洗物质的ccd图像的清洗表面以及清洗程度。本发明提高了激光清洗技术在诸多应用场合中所需的无人化、自动化以及智能决策(分配选择)能力。提高激光清洗技术的适用性，节省了人力，提高了经济效益。

附图说明

图1是本发明基于云平台识别特征的激光清洗控制系统的原理图。

图2是本发明基于云平台识别特征的激光清洗控制系统的应用场景示意图。

图3本发明基于云平台识别特征的激光清洗控制系统的控制流程图。

图4本发明涉及的云平台和数据库的定义、部署、维护流程图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步具体详细描述。

实施例

如图1-4所示。本发明公开了一种基于云平台识别特征的激光清洗控制系统，包括客户端、后台管理端2、云平台端、多个清洗设备节点13；

所述客户端包括多个客户端节点1，各客户端节点1为各清洗设备节点13用户提供远程监控；

所述云平台端包括云平台服务器3、数据库4以及网关5；

所述清洗设备节点13包括控制器6、通信模块7、运动平台8、激光器9、光学系统10和ccd传感器11；所述通信模块7与控制器6连接，控制器6分别连接ccd传感器11、激光器9和运动平台8；所述激光器9连接光学系统10；光学系统10用于出射激光光斑对待清洗物12表面进行清洗；

云平台服务器3通过工业互联网实现与各客户端节点1、后台管理端2和网关5信息交互。

所述运动平台8为清洗设备节点13提供移动动力，实现上升、下潜、转向、前进或者后退运动。

所述激光器9为脉冲光纤激光器。

所述光学系统10包括依次连接的扩束镜、聚焦镜、偏转镜；光学系统10为对激光器9输出的激光进行调整，使其输出20-200μm的激光光斑至待清洗物12表面。

所述偏转镜的输出端还安装有一个在作业过程中对偏转镜进行防护的保护镜。

各客户端节点1形式可以是pc、手机上的应用、app，甚至是wechat平台的小程序；客户端节点1作用是为激光清洗设备用户提供远程监控清洗设备，开展清洗操作的入口。

后台管理端2是激光清洗设备及其云服务提供商的后台支持平台，通过该平台可以有效完成有关云平台服务器3的部署、运营、维护工作，并完成对数据库4数据的分析工作。

云平台服务器3可以接受后台管理端2的云服务软件部署、完成软件模型的调参；其支持客户端节点1对清洗设备节点13的监控请求；同时，其可以为清洗设备节点13的识别请求提供在线的来自云平台特征识别服务。

云平台服务器3其置于安全可靠的区域，通过工业互联网实现与客户端节点1、后台服管理端2和网关5的高速、可靠、实时的信息交互；用途上：可以接受后台管理端2的云服务软件部署、软件模型的调参；支持客户端节点1对清洗设备节点13的监控请求；可为清洗设备节点13的识别请求提供在线的来自云平台3特征识别服务，指导清洗过程的完成。特别的，云平台3上的云服务软件部署有基于深度神经网络模型的清洗图像识别服务，可以精准识别来自不同待清洗物质的ccd图像的清洗表面以及清洗程度。

数据库4用于长期有效保存云平台3获取的清洗图片以及日志记录。同时数据库4接受来自客户端节点1以及后台管理端2的调阅分析，用于清洗过程的评估以及云服务系统的改进。

网关5是清洗设备节点13与云平台3通讯的媒介。其通过互联网实现连接。此外，其采用无线连接的形式实现与激光清洗设备节点13的通讯，以实现激光清洗设备节点13的灵活性。

控制器6，负责总控运动平台8、激光器9、光学系统10和ccd传感器11的协调动作，并控制通信模块7与云平台3通讯。

运动平台8为清洗设备节点13提供动力，实现上升、下潜、转向、前进或者后退运动功能。

激光器9为脉冲光纤激光器，具有高峰值功率的特点。能够瞬间清洗掉待清洗物12表面的污染物，又不至于伤害基材激光器模块通过能量光纤输出激光到光学系统10。

ccd传感器11可拍摄清洗前、清洗过程及清洗后的待清洗物12表面的高清图像，经过控制器6的通信模块7反馈往云平台3作为识别依据。

通信模块7负责采用无线连接方式连接控制器6与网关5之间的通信任务。无线连接方式可以但不限于zigbee、wifi、或者4g/5g等无线网络连接方式。

本发明基于云平台识别特征的激光清洗控制系统涉及云平台和数据库的定义、部署、维护流程：(1)清洗图像采集：采集大量的清洗图像(包括不同材料、不同激光清洗干净程度的图像)；(2)训练特征识别模型：通过搜集的图像数据，训练深度神经网络模型，提高特征的识别效率；(3)定义数据库：数据库应该包含，清洗设备节点编号、工作日志(开机关机时间)、故障日志(故障时间、故障代码)、ccd采集的清洗图像数据、清洗工艺参数等；(4)部署云平台端服务器：在服务器上部署特征识别模型的服务软件以及数据库；(5)云平台端服务器维护：定期维护服务器数据。

本发明基于云平台识别特征的激光清洗控制系统的运行方法，可通过如下步骤实现：

客户端开机步骤：客户端节点1发送远程开机指令；

指令传输步骤：客户端节点1通过云平台服务器3以及网关5连接到指定的清洗设备节点13；

清洗设备节点13终端开机：开启ccd传感器11开始对待清洗物12的清洗区域图像采集，采集完成自动关闭；

清洗区域识别请求：控制器6发送ccd传感器11采集的图像数据到云平台服务器3，请求识别服务；将本次服务过程记录到服务器；

到位检测：控制器6判断根据云平台服务器3提供请求识别答复，判断云台是否到位，若到位，则开启激光器9、光学系统10；若没有到位，则云平台下载识别结果给控制器6，反馈控制运动平台8进行修正；

开启ccd传感器11采集，采集完自动关闭；

清洗程度识别请求：控制器6发送ccd传感器11采集的图像数据到云平台服务器，请求识别服务；将本次服务过程记录到服务器；

清洗完成检测：控制器判断根据云平台服务器3提供请求识别答复，判断是否清洗完成，若完成，则结束本清洗区域的清洗过程，关闭激光器9、光学系统10，完成一个清洗周期；若没有完成，则保持激光器9、光学系统10开启，继续进行清洗。

如上所述，便可较好地实现本发明。

本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。