基于点云的自动喷涂装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及智能喷涂技术领域，具体涉及一种基于点云的自动喷涂装置及方法。该基于点云的自动喷涂装置及方法包括流水线输送带，流水线输送带上设置有自动扫描装置、位置传感器及喷涂机构，所述自动扫描装置连接有嵌入式计算单元，位置传感器连接嵌入式计算单元及喷涂机构，提供一种提高作业效率，节省生产成本，提高喷涂厚度的均匀性的基于点云的自动喷涂装置及方法。

【技术实现步骤摘要】
基于点云的自动喷涂装置及方法
本专利技术涉及智能喷涂
，具体涉及一种基于点云的自动喷涂装置及方法。
技术介绍
随着产业升级，对钢结构构件的需求逐渐增大。传统的在线示教或离线编程等方式的自动喷涂机器人存在柔性作业差、成本较高、效率低、编程工作量大、操作复杂繁琐、对工件相对定位精度要求较高等诸多缺点，此外对工作人员具有较高的专业要求。不同型号、不同系列、不同尺寸的工件都需要定制一套喷涂工艺程序，操作及其繁琐，无法适应流水线式的多种类钢构件的混合喷涂或单种类钢构件的并行喷涂。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种提高作业效率，节省生产成本，提高喷涂厚度的均匀性的基于点云的自动喷涂装置及方法。本专利技术为解决其技术问题所采用的技术方案为：基于点云的自动喷涂装置，包括流水线输送带，流水线输送带上设置有自动扫描装置、位置传感器及喷涂机构，所述自动扫描装置连接有嵌入式计算单元，位置传感器连接嵌入式计算单元及喷涂机构；所述流水线输送带用于输送待喷涂构件，流水线输送带连接所述嵌入式计算单元；流水线输送带采用链条传动的筋板形式，筋板高50mm，筋板宽度2mm，筋板间距500mm，目的是尽可能减少输送带与待喷涂构件底部的接触面积，减少喷涂盲区。流水线输送带以0.01m/s-0.05m/s的速度并排输送多个待喷涂的待喷涂构件，每一排待喷涂构件为一组，每组间待喷涂构件的纵向间距保持在0.1m左右，每组各待喷涂构件之间的横向间距根据待喷涂构件高度、自动扫描装置的位置等相应设置，使得自动扫描装置的三维扫描盲区尽可能少为宜。所述自动扫描装置用于采集流水线输送带上待喷涂构件的外形轮廓数据，并将数据传送至嵌入式计算单元，为后续喷涂工艺计算准备数据，自动扫描装置的数量根据其视场角和待扫描范围设置，自动扫描装置可以采用定时扫描或位置触发扫描两种方式，把采集的流水线输送带上每一组待喷涂构件的外形轮廓数据传输给嵌入式计算单元；所述位置传感器用于采集流水线输送带上待喷涂构建的位置及速度信息，并将信息发送至嵌入式计算单元，用于辅助3D建模和喷涂机构的纵向定位，位置传感器可采用超过1000线的编码器，对流水线输送带上待喷涂构件的纵向位置和速度数据进行高频采集，通过TTL/HTL通信接口传输给嵌入式计算单元和喷涂机械臂，用于辅助3D建模和喷涂机械臂的纵向位置计算；所述嵌入式计算单元用于接收自动扫描装置及位置传感器采集的数据，进行3D模型的计算，如数据滤波、数据平滑、3D建模、喷涂对象识别、喷涂路径规划、喷涂时序指令等，并向喷涂机构发送有关喷涂指令；还包括云计算单元，所述云计算单元用于刻画记录喷涂机构喷涂过程中的数据画像。通过云计算单元记录操作人员信息、设备开关机时间、设备运行时间、设备运行状态、生产资源消耗、生产任务统计及待喷涂构件信息等。云计算单元既可以部署在本地也可以部署在云端，刻画记录喷涂机构每次喷涂任务全过程的数据画像，例如操作人员信息、设备开关机时间、设备运行时间、设备运行状态、生产资源消耗、生产任务统计、构件详细信息等。所述喷涂机构适用于H型构件、槽型构件、平板型构件、方型构件、圆型构件、简单特殊型材，如具有端面、墩板、筋板、腹板、安装腿等。所述喷涂机构包括连接喷涂机械臂的喷涂装置，所述喷涂机械臂及喷涂装置均连接所述嵌入式计算单元；所述喷涂机械臂设置有与流水线输送带垂直方向及流水线输送带宽度方向运动的两个自由度。喷涂机械臂接收嵌入式计算单元的喷涂指令，完成对待喷涂构件的喷涂作业。本实施例设置喷涂装置为喷枪。喷涂机械臂设置的两个自由度配合流水线输送带运动自由度，形成空间3自由度的运动形式。本实施例设置6把喷枪，其中2把喷枪主要用于喷涂待喷涂构件的纵向端面，2把喷枪用于喷涂待喷涂构件横向左侧面及顶面，2把喷枪喷涂待喷涂构件的横向右侧面及顶面。所述自动扫描装置包括2D激光雷达，其扫描频率在20Hz以上、3D激光雷达，其扫描频率在10Hz以上及3D相机，其帧率在5Hz以上。所述嵌入式计算单元包括传感器数据获取模块、喷涂对象识别提取模块、喷涂工艺分析模块、喷涂策略规划模块、喷涂作业解析模块、动作执行模块、数据库模块、全局定位模块、监控服务模块、数据画像模块。所述传感器模块用于获取模块通过UDP协议获得自动扫描装置对待喷涂构件的轮廓扫描数据和位置传感器对待喷涂构件位置、速度的测量数据，通过空间变换后，把多个自动扫描装置的每帧测量数据从各自的位置传感器坐标系统一到喷涂坐标系，形成一帧完整的轮廓数据，利用位置传感器的数据在纵向上拼接每一帧扫描的轮廓数据，形成待喷涂构件完整的三维模型。所述喷涂对象识别提取模块用于根据传感器数据获取模块生成的构建轮廓数据，对数据进行滤波、降采样、平滑、剔除外点等处理，排出因环境、设备噪声等对数据的干扰，增加扫描数据的稳定性和一致性。然后对轮廓数据进行分割计算待喷涂构件的数量和几何特征信息。喷涂工艺分析模块根据现有喷涂工艺参数提取待喷涂构件的所有待喷涂面并进行参数化表示，根据各喷涂面的参数方程离散化出每个喷涂周期的喷涂路径；喷涂策略规划模块结合相关的喷涂工艺参数拟合各喷涂面内的喷涂路径和各喷涂待喷涂构件间的行走路径，形成具有时间和速度特性的喷涂轨迹，覆盖每组待喷涂构件的待喷涂区域；喷涂作业解析模块把喷涂轨迹转换为按时间序列定义的喷涂设备相关控制指令，如流水线输送带控制指令、喷涂机械臂控制指令、喷枪控制指令、喷漆压力控制指令、喷漆种类控制指令等；动作执行模块按时间序列执行相关控制指令，控制流水线输送带、喷涂机械臂和喷枪按时间序列到达某一坐标位置完成喷涂作业，控制喷漆压力按时间序列变换漆压等。所述数据库模块预先存有若干喷涂待喷涂构件的3D点云模型模板、喷涂工艺参数，如漆膜厚度、喷涂速度、流水线速度、喷涂轨迹纵向间隔、喷漆压力、喷枪类型等、点云算法超参数，如模版匹配阈值、迭代次数、搜索半径、单元格数量、外点阈值、采样数量等、员工账户权限、员工操作记录、系统运行信息，如设备开关机时间，设备运行时间、设备运行状态，生产资源消耗，生产任务统计等；全局定位模块为待喷涂构件3D模型的重建提供纵向位置服务，起到对齐3D模型坐标系和喷涂机械臂坐标系的作用，使数据在不同的操作空间态具有一致性；监控服务模块始终监控设备各部件和软件算法的中间处理状态信息；如各传感器异常信息、喷涂机械臂异常信息、流水线输送带异常信息、误操作信息、算法处理异常信息等。当出现异常信息时，会向操作人员进行警告通知。数据画像模块会以UI的形式动态展示各数据。如待喷涂构件3D点云模型重建、点云平面实体化、喷涂轨迹离散化、喷涂轨迹标注、喷涂动作关键点标注、喷涂面积、预计油漆用量、设备运行信息等。一种基于点云的自动喷涂方法，包括以下步骤：信息录入：将若干待喷涂构件的3D点云模型模版、喷涂工艺参数、点云算法超参数等信息录入数据库模块；构件输送：将同类型的待喷涂构件按一定间距并排放置在流水线输送带上，控制流本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于点云的自动喷涂装置，其特征在于，包括流水线输送带(1)，流水线输送带(1)上设置有自动扫描装置(2)、位置传感器(5)及喷涂机构，所述自动扫描装置(2)连接有嵌入式计算单元(6)，位置传感器(5)连接嵌入式计算单元(6)及喷涂机构；/n所述流水线输送带(1)用于输送待喷涂构件(3)，流水线输送带(1)连接所述嵌入式计算单元(6)；/n所述自动扫描装置(2)用于采集流水线输送带(1)上待喷涂构件(3)的外形轮廓数据，并将数据传送至嵌入式计算单元(6)；/n所述位置传感器(5)用于采集流水线输送带(1)上待喷涂构建的位置及速度信息，并将信息发送至嵌入式计算单元(6)；/n所述嵌入式计算单元(6)用于接收自动扫描装置(2)及位置传感器(5)采集的数据，进行3D模型的计算，并向喷涂机构发送有关喷涂指令；/n还包括云计算单元(7)，所述云计算单元(7)用于刻画记录喷涂机构喷涂过程中的数据画像。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于点云的自动喷涂装置，其特征在于，包括流水线输送带(1)，流水线输送带(1)上设置有自动扫描装置(2)、位置传感器(5)及喷涂机构，所述自动扫描装置(2)连接有嵌入式计算单元(6)，位置传感器(5)连接嵌入式计算单元(6)及喷涂机构；
所述流水线输送带(1)用于输送待喷涂构件(3)，流水线输送带(1)连接所述嵌入式计算单元(6)；
所述自动扫描装置(2)用于采集流水线输送带(1)上待喷涂构件(3)的外形轮廓数据，并将数据传送至嵌入式计算单元(6)；
所述位置传感器(5)用于采集流水线输送带(1)上待喷涂构建的位置及速度信息，并将信息发送至嵌入式计算单元(6)；
所述嵌入式计算单元(6)用于接收自动扫描装置(2)及位置传感器(5)采集的数据，进行3D模型的计算，并向喷涂机构发送有关喷涂指令；
还包括云计算单元(7)，所述云计算单元(7)用于刻画记录喷涂机构喷涂过程中的数据画像。


2.根据权利要求1所述的基于点云的自动喷涂装置，其特征在于，所述喷涂机构包括连接喷涂机械臂(4)的喷涂装置，所述喷涂机械臂(4)及喷涂装置均连接所述嵌入式计算单元(6)；
所述喷涂机械臂(4)设置有与流水线输送带(1)垂直方向及流水线输送带(1)宽度方向运动的两个自由度。


3.根据权利要求1所述的基于点云的自动喷涂装置，其特征在于，所述自动扫描装置(2)包括2D激光雷达、3D激光雷达及3D相机。


4.根据权利要求1-3任一所述的基于点云的自动喷涂装置，其特征在于，所述嵌入式计算单元(6)包括传感器数据获取模块、喷涂对象识别提取模块、喷涂工艺分析模块、喷涂策略规划模块、喷涂作业解析模块、动作执行模块、数据库模块、全局定位模块、监控服务模块、数据画像模块。


5.根据权利要求4所述的基于点云的自动喷涂装置，其特征在于，所述传感器模块用于获取模块通过UDP协议获得自动扫描装置(2)对待喷涂构件的轮廓扫描数据和位置传感器(5)对待喷涂构件位置、速度的测量数据，通过空间变换后，把多个自动扫描装置(2)的每帧测量数据从各自的位置传感器(5)坐标系统一到喷涂坐标系，形成一帧完整的轮廓数据，利用位置传感器(5)的数据在纵向上拼接每一帧扫描的轮廓数据，形成待喷涂构件完整的三维模型。


6.根据权利要求5所述的基于点云的自动喷涂装置，其特征在于，所述喷涂对象识别提取模块用于根据传感器数据获取模块生成的构建轮廓数据，对数据进行滤波、降采样、平滑、剔除外点处理，然后对轮廓数据进行分割计算待喷涂构件(3)的数量和几何特征信息。


7.根据权利要求6所述的基于点云的自动喷涂装置，其特征在于，喷涂工艺分析模块根据现有喷涂工艺参数提取待喷涂构件(3)的所有待喷涂面并进行参数化表示，根据各喷涂面的参数方程离散化出每个喷涂周期的喷涂路径；
喷涂策略规划模块结合相关的喷涂工艺参数拟合各喷涂面内的喷涂路径和各喷涂待喷涂构件间的行走路径，形成具有时间和速度特性的喷涂轨迹，覆盖每组待喷涂构件的待喷涂区域；
喷涂作业解析模块把喷涂轨迹转换为按时间序列定义的喷涂设备相关控制指令；
动作执行模块按时间序列执行相关...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈超，王梅香，刘剑，张鹏飞，王常江，
申请(专利权)人：山东华锐智能技术有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37