一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法技术

本发明专利技术公开了一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法，包括：步骤1：建立与喷涂机器人所在真实环境一致的三维虚拟空间及与喷涂机器人对应的虚拟喷涂模型；步骤2：采集在喷涂机器人进行喷涂工作时的喷涂机器人运行参数和环境参数，将采集到的数据实时写入数据库；步骤3：基于数据库中的数据，虚拟喷涂模型在三维虚拟空间中进行模拟喷涂，得到待喷涂工件上各点位的喷涂膜厚；步骤4：根据待喷涂工件上各点位的喷涂膜厚，控制喷涂机器人对待喷涂工件进行补喷。待喷涂工件进行补喷。待喷涂工件进行补喷。

【技术实现步骤摘要】
一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法


[0001]本专利技术属于喷涂
，具体涉及一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法。

技术介绍

[0002]为保证自动化喷涂效果与质量，大多数的自动化喷涂采用数学模型法或基于CFD法对规划好的喷涂轨迹预先仿真喷涂，然而，实际喷涂过程中诸多不可控因素(温度、湿度、油漆类型等)往往会影响到喷涂的均匀性，与预先仿真存在较大偏差，同时由于油漆未干时，无法检测其膜厚，无法在喷涂过程中实时测量膜厚进行实时轨迹调整与补喷。

技术实现思路

[0003]专利技术目的：为解决在喷涂过程中无法实时测量膜厚的问题，本专利技术提出了一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法。
[0004]技术方案：一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法，包括以下步骤：
[0005]步骤1：建立与喷涂机器人所在真实环境一致的三维虚拟空间及与喷涂机器人对应的虚拟喷涂模型；
[0006]步骤2：采集在喷涂机器人进行喷涂工作时的喷涂机器人运行参数和环境参数，将采集到的数据实时写入数据库；
[0007]步骤3：基于数据库中的数据，虚拟喷涂模型在三维虚拟空间中进行模拟喷涂，得到待喷涂工件上各点位的喷涂膜厚；
[0008]步骤4：根据待喷涂工件上各点位的喷涂膜厚，控制喷涂机器人对待喷涂工件进行补喷。
[0009]进一步的，所述喷涂机器人运行参数包括每个关节的位置信息、每个关节的速度信息和喷涂机器人的开关信息；所述环境参数包括环境温度数据和环境湿度数据。
[0010]进一步的，在步骤3中，所述的得到待喷涂工件上各点位的喷涂膜厚，具体操作包括：
[0011]在三维虚拟空间中，定义待喷涂工件；
[0012]使用立方体，按照立方体每个面与待喷涂工件的相交关系，构造待喷涂工件的新网络；
[0013]根据喷涂涂层生长率模型，将喷漆渲染在该新网络上；
[0014]通过颜色梯度表征在该新网格上任意点位的喷涂膜厚。
[0015]进一步的，所述喷涂涂层生长率模型表示为：
[0016][0017]其中，D(x)为喷涂膜厚，a为喷涂区域的椭圆长轴半径，b为喷涂区域的短轴半径，
H
max
为喷涂最厚值，v是移动速度。
[0018]有益效果：本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：
[0019]1、通过实时读取喷涂机器人参数，通过数据库与三维引擎建立连接，使得三维引擎能够实时模拟喷涂机器人的运动；
[0020]2、使用Unity 3D开发引擎或其他三维开发引擎的粒子系统(Particle System)，模拟喷涂效果，由于Particle System的粒子不同于Game Object，为系统内置粒子系统，模拟喷漆效果运行时无需占用太多的CPU与GPU,使得系统能够流畅运行，若使用真实Game Object，当粒子达到1000或以上，系统将卡顿严重，模拟喷漆效果较差；
[0021]3、通过预先给定的涂层生长率数学模型，使得三维开发引擎系统能够虚拟定量的显示出喷涂膜厚以及均匀性；
[0022]4、通过动态构建网格的方法，解决无法直接对被喷涂物体的网格进行渲染的问题；
[0023]5、膜厚的表征采用颜色梯度表征，根据不同颜色梯度可以直观看出喷涂膜厚分布以及喷涂均匀性；
[0024]6、通过脚本编译，可以通过鼠标单击工件位置的方法，定量显示该点位处的喷涂膜厚；
[0025]7、通过实时喷涂效果仿真，定量显示膜厚，有效避免了基于CFD法预先仿真喷涂的局限性，方便实时轨迹调整与补喷。
附图说明
[0026]图1为本专利技术的虚拟喷涂流程示意图；
[0027]图2为本专利技术的喷涂膜厚流程示意图。
具体实施方式
[0028]下面结合附图和实施例进一步阐述本专利技术。
[0029]如图1所示，本专利技术的一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法，主要包括以下步骤：
[0030]步骤1：在Unity 3D开发引擎或其他三维开发引擎中，建立与喷涂机器人所在真实环境一致的虚拟空间及与喷涂机器人对应的虚拟喷涂模型；
[0031]步骤2：在喷涂机器人工作时，采集喷涂机器人的运行参数，即喷涂机器人每个关节的角度、喷涂机器人的开关信号、当前喷涂机器人的环境参数等，将采集到的运行参数实时写入数据库中；具体实现步骤为：通过OPC UA或其他通讯方式读取来自温度传感器的温度数据、湿度传感器的湿度数据、PLC变量(喷涂机器人每个关节的位置信息、喷涂机器人每个关节的速度信息、喷涂机器人的开关信息)和喷涂机器人的其他参数；将读取到的数据实时写入数据库中；
[0032]步骤3：Unity开发引擎或其他开发引擎实时读取数据库中的数据，通过脚本(C#或其他)驱动虚拟喷涂模型的运动，并通过Unity 3D开发引擎或其他三维开发引擎的粒子系统(Particle System)，实现喷涂效果的模拟展示。本专利技术的喷涂效果的模拟展示中通过喷涂膜厚及均匀性表征方法对喷涂膜厚进行实时展示，方便进行补涂和对喷涂均匀性进行可
视化展示。具体包括以下步骤：
[0033]在三维引擎中，定义待喷涂工件，使用立方体截取该待喷涂工件，根据立方体每个面与待喷涂工件的相交关系，构造待喷涂工件的新网格，根据涂层生长率数学模型将喷漆渲染在该新网络上，渲染时，膜厚的表征采用颜色梯度表征，将颜色深浅分为1024个梯度，根据不同颜色梯度直观看出喷涂膜厚以及喷涂均匀性。在三维引擎中，编写脚本，通过鼠标点击待喷涂工件的某点位，读取该点位颜色梯度，可定量展示该点位处的喷涂膜厚。
[0034]本专利技术的涂层生长率数学模型，用于计算喷涂膜厚，实现对真实喷涂机器人进行喷涂时的膜厚进行反映；根据喷涂涂层生长率模型中的有限范围模型的椭圆双β分布建立涂层生长率数学模型，椭圆双β数学模型是在满足x向涂层生长率为β分布模型的同时，y向的生长率也满足，且同一方向的任一截面上，β的数值不变。尝试给定β1＝2，β2＝4，得以下数学模型表达：
[0035][0036]其中，a为椭圆长轴半径，b为短轴半径，H
max
为x向截面上喷涂最厚值，v是移动速度。
[0037]基于此数学模型，在喷枪压力、流量、雾锥角及喷嘴距离不变的情况下，参数a、b为定值，以速度为v匀速喷涂时，H
max
为定值，且与移动速度成反比，a、b、H
max
都易测量。a、b、H
max
的值确定后，据中心的距离x可对应唯一喷涂膜厚。以常用的喷枪压力、流量、雾锥角及喷嘴距离做试验，测得a、b、H
max
，得到数学模型，存入数据库中，方便三维开发引擎实时调用。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤1：建立与喷涂机器人所在真实环境一致的三维虚拟空间及与喷涂机器人对应的虚拟喷涂模型；步骤2：采集在喷涂机器人进行喷涂工作时的喷涂机器人运行参数和环境参数，将采集到的数据实时写入数据库；步骤3：基于数据库中的数据，虚拟喷涂模型在三维虚拟空间中进行模拟喷涂，得到待喷涂工件上各点位的喷涂膜厚；步骤4：根据待喷涂工件上各点位的喷涂膜厚，控制喷涂机器人对待喷涂工件进行补喷。2.根据权利要求1所述的一种面向喷涂机器人的喷涂膜厚实时虚拟定量显示方法，其特征在于：所述喷涂机器人运行参数包括每个关节的位置信息、每个关节的速度信息和喷涂机器人的开关信息；所述环境参数包括环境温度...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐江敏，王帅，姚震球，谷丽丽，季剑波，许明，
申请(专利权)人：江苏科技大学，
类型：发明
国别省市：