CN104112030A

CN104112030A - 应用影像处理于自行车车架的自动作业方法与系统

Info

Publication number: CN104112030A
Application number: CN201310139460.8A
Authority: CN
Inventors: 林其禹
Original assignee: GEMCRANE Co Ltd
Current assignee: GEMCRANE Co Ltd
Priority date: 2013-04-19
Filing date: 2013-04-19
Publication date: 2014-10-22

Abstract

一种应用于自行车车架的自动作业方法，包括以下步骤：首先，建构一自行车车架的3D对象模型；接着，对3D对象模型进行骨架化处理，并求出自行车车架的3D对象模型中各杆件之中心线位置；之后，设定一作业模式，此作业模式包括：设定一机械手臂上的一工具的动作路径及移动速率；然后，基于作业模式，使一机械手臂上的一工具对该自行车车架进行作业。其中，上述的作业模式可为一喷漆模式或一焊接模式。本发明的有益效果是：较精确地对自行车车架进行喷漆。

Description

应用影像处理于自行车车架的自动作业方法与系统

技术领域

本发明提供一种自动作业方法与自动操作系统，且特别是一种应用于自行车车架的自动作业方法与自动操作系统。

背景技术

在目前自行车车架的生产过程中，对于自行车车架的喷漆工作都是采用人工的方式或是直线式喷漆机器进行喷漆。然而，对于高阶的自行车市场来说，不管是采用人工方式或是直线式喷漆机器，都容易有喷漆质量不足或难以确保的问题。首先，就人工方式的喷漆来说，其需要熟练的工人来进行才可确保喷漆质量，然而熟练工人的成本较高，对于制造厂商来说是一项负担。另外，直线式喷漆机器是采用一种散布式的喷漆方式，但采用这种方式难以对转角处(即：各杆件间的连接处)进行喷涂，而且也会造成大量喷漆的浪费。

因此，使用更先进的自动化喷漆技术来提高喷漆水平和确保喷漆质量的一致性，已成为业者追求的目标。然而，目前较先进的自动化喷漆技术成本较高，故目前主要是使用在汽车壳体的喷涂上，若用在自行车车架的喷涂上则显得相当不经济。因此，如何将较先进的自动化喷漆技术应用在自行车车架上，是值得本领域具有通常知识者去思量的。

发明内容

本发明的其中一目的在于提供一应用于自行车车架的自动作业方法与自动操作系统，其可将较先进的自动化喷漆技术或其他制造程序应用在自行车车架上。

根据上述目的与其他目的，本发明提出一种应用于自行车车架的自动作业方法，其包括以下步骤。首先，建构一自行车车架的3D对象模型。接着，对3D对象模型进行骨架化处理，并求出自行车车架的3D对象模型中各杆件之中心线位置。之后，设定一作业模式，此作业模式包括：设定一机械手臂上的一工具的动作路径及移动速率。然后，基于作业模式，使一机械手臂上的一工具对该自行车车架进行作业。其中，上述的作业模式可为一喷漆模式或一焊接模式。

根据上述目的与其他目的，本发明提出一种应用于自行车车架的自动操作系统，其包括：一信息处理装置与一机械手臂。信息处理装置储存有至少一自行车车架的3D对象模型，该信息处理装置用以对3D对象模型进行骨架化处理，并求出自行车车架中的各杆件之中心线位置。另外，机械手臂与信息处理装置通讯连接，于该机械手臂上设有一工具。其中，信息处理装置可设定机械手臂的一作业模式，该作业模式包括：机械手臂沿着自行车车架的中心线的动作路径及移动速率。而且，当输送装置将自行车车架移动至机械手臂附近时，信息处理装置启动该工具，以使该工具对该自行车车架进行作业。

综上所述，本发明提供一种自动作业方法与自动操作系统具有以下的优点：

1．有较低的人工成本。

2．较精确地对自行车车架进行喷漆

3．不会造成大量喷漆的浪费。

4．即使在各杆件间的连接处(即：转角处)，仍可对其进行喷涂。

为让本发明的上述目的、特征和优点更能明显易懂，下文将以实施例并配合所附图式，作详细说明如下。需注意的是，所附图式中的各组件仅是示意，并未按照各组件的实际比例进行绘示。

附图说明

图1为一种自行车车架的自动作业方法之流程图。

图2为一种建构自行车车架的3D对象模型之一实施例的流程图。

图3为用已拍摄自行车车架的3D摄影机及相关设备。

图4为自行车车架之3D对象模型。

图5为骨架化后的3D对象模型。

图6为本发明之自行车车架的自动操作系统之实施例。

图7为自行车车架之其中一杆件的示意图。

具体实施方式

请参照图1，图1所绘示为一种自行车车架的自动作业方法之流程图，其包括下述的步骤。首先，执行步骤S110，建构一自行车车架的3D对象模型。再来，执行步骤S120，对3D对象模型进行骨架化(skeletonization)处理，并求出该自行车车架中的各杆件之中心线位置。之后，执行步骤S130，设定一喷漆模式。然后，执行步骤S140，使用设置于一机械手臂上的喷漆器对该自行车车架进行喷漆。以下，将对上述的各步骤进行更详细的介绍。

在步骤S110中，为了建构自行车车架的3D对象模型，可以使用3D绘图软件进行绘制，这些3D绘图软件例如为Solid Work，Pro／E，3Dmax等。建构好自行车车架的3D对象模型后，便可进行后续的处理。然而，在某些情况下，负责喷漆的厂商无法取得已绘制完成的自行车车架的3D对象模型，而只能拿到自行车车架的样品。若要请人重新绘制，则需花费不少的时间和金钱，因此本发明还提供以下的实施例，方便厂商快速建立自行车车架的3D对象模型。

请参照图2，图2所绘示为一种建构自行车车架的3D对象模型之一实施例的流程图。首先，如步骤S112，提供一自行车车架10的样品，并将其置于一3D摄影机120(如图3所示)前，此3D摄影机120例如为微软公司提供的Kinect摄影机。接着，如步骤S114，启动该3D摄影机120对自行车车架10进行拍摄，以捕捉自行车车架10的影像及该自行车车架10之影像的深度信息。再来，如步骤S116，根据所捕捉的自行车车架10的影像及其深度信息，建构自行车车架10之一3D对象模型10’(如图4所示)。

请同时参照图2与图3，于步骤S112中，在对自行车车架10进行拍摄时，是先将自行车车架10固定在一旋转台20，此旋转台20上具有一夹具22，此夹具22是用以固定自行车车架10。接着，将旋转台20进行旋转，此旋转台20旋转的速度约为每10秒1圈，这样一来3D摄影机120才可拍摄到自行车车架10不同角度的影像。另外，可藉由微软公司所提供的Kinect-Fusion算法或其他算法来将3D摄影机120所拍摄的影像进行整合，来建构自行车车架10的3D对象模型10’(如图4所示)。另外，使用者可从开放的链接库Point Cloud Library(PCL)中获取Kinect-Fusion算法。

然而，由图4可知，藉由3D摄影机120除了会拍摄到自行车车架10外，还会拍摄到其他的对象，如：夹具22等。因此，需要经过后续的处理，以将不需要的影像(如：夹具22的影像)移除。

为了将不需要的影像移除，可使用CAD软件，如：SolidWork，Blender,或Meshlab。在本实施例中，是使用Meshlab来将不需要的对象移除。而且，Meshlab的功能除了可将不需要的对象移除外，还可以进行点云数据处理(point cloud processing)，例如：将3D对象模型10’的点云(point cloud)密度降低。在此，将3D对象模型10’的点云密度降低的原因在于：若点云密度太高的话，则将降低后续处理的速度，因此可将点云密度调降到适当程度。

请同时参照图2与图5，于步骤S120中，对3D对象模型10’进行骨架化处理，骨架化处理之目的在于让3D对象模型10’的重建过程可以较快速达成，这是因为使用3D摄影机120进行摄影时，难免有些表面无法被侦测到，而造成3D对象模型10’在重建上的困难，但若使用骨架化处理程序，则可以修补因3D摄影机120扫描不完整所造成的表面孔洞或突出物。此外，进行骨架化处理后，便可求出3D对象模型10’中各杆件之中心线11a’位置。藉由这些中心线11a’，便可设定喷漆模式，此喷漆模式是指设定机械手臂130(如图6所示)上的喷漆器132之作业方式，包括沿着中心线11a’的动作路径及移动速率。为了更加清楚地说明喷漆模式，还请参照图7。

在图7中，绘示出自行车车架10之其中一杆件11的示意图。藉由喷漆模式的设定，便可指挥喷漆器132对自行车车架10进行喷漆。如图6所示，藉由以中心线11a为基准，喷漆器132便可沿着杆件11进行喷漆，上述中心线11a为一虚拟的线且对应到3D对象模型10’中的中心线11a’。例如，喷漆器132可先后沿着路径1，2，3，4对杆件11进行喷漆，而且也可设定喷漆器132在各路径上的喷漆量、动作路径、及移动速率。

请参照图6，图6所绘示为本发明之自行车车架的自动操作系统之实施例。此自动操作系统100除了可包括如图3所示的3D摄影机120外，还可包括信息处理装置110及机械手臂130。此信息处理装置110可以为一工业计算机或一般的个人计算机，储存有上述自行车车架10的3D对象模型10’，且该信息处理装置110是用以对3D对象模型10’进行骨架化处理，并求出自行车车架10中的各杆件11之中心线11a位置(详细的流程可参照上述中与图1～图5相关的流程步骤)。

另外，也可将多个自行车车架10设置于一输送装置(未绘示；例如：输送轨道)上，并使这些自行车车架10依着一预定路径移动。而且，当输送装置将自行车车架10移动至机械手臂130附近时，信息处理装置110启动喷漆器132，以使该喷漆器132对自行车车架10进行喷漆。另外，机械手臂130例如为6轴机械手臂，这样一来机械手臂130便可以多角度地对自行车车架10进行喷漆。

综上所述，藉由将自行车车架的3D对象模型骨架化，并找出自行车车架的中心线，便可设定机械手臂的动作路径及移动速率，并指示喷漆器对自行车车架的杆件进行喷漆作业。由于是采用机械手臂进行喷漆作业，故相较于习知的人工喷漆方式会有较低的人工成本。而且，由于采用机械手臂，故可较精确地对自行车车架进行喷漆，而无需如习知直线式喷漆机器般地采用散布式的喷漆方式，亦不会造成大量喷漆的浪费。另外，因为采用机械手臂，故即使在各杆件间的连接处(即：转角处)，仍可对其进行喷涂。

而且，在无法直接取得已绘制完成的自行车车架的3D对象模型，而只能拿到自行车车架样品的情况下，也可使用3D摄影机并采用图2所示的流程来产生自行车车架的3D对象模型，而无须请人重新绘制，不但节省成本且节省时间。

此外，如图1中所示的流程及如图6中所示的系统并不仅只限于喷漆作业，也可应用于自行车车架的其他自动作业中。例如，当本发明之自动作业方法应用于焊接时，于图1所示之步骤S130中，可将「喷漆模式」改为「焊接模式」，并将机械手臂130上的喷漆器132(如图7所示)改为焊枪(未所示)，其中上述的焊接模式除了包括机械手臂130的动作路径及移动速率，还可包括该焊枪所欲焊接之处。

上述实施例仅是为了方便说明而举例，虽遭所属技术领域的技术人员任意进行修改，均不会脱离如权利要求书中所欲保护的范围。

Claims

1.一种应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，包括：

建构一自行车车架的3D对象模型；

对该3D对象模型进行骨架化处理，并求出该自行车车架的3D对象模型中各杆件之中心线位置；

设定一作业模式；及

基于该作业模式，使一机械手臂上的一工具对该自行车车架进行作业；

其中，设定该作业模式包括：设定该工具的动作路径及移动速率。

2.如权利要求1所述应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，该作业模式为一喷漆模式，而该工具为一喷漆器。

3.如权利要求1所述应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，该作业模式为一焊接模式，而该工具为一焊枪。

4.如权利要求1至第3项中任一项所述应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，在(a)步骤中，建构该自行车车架的3D对象模型的方式包括：

(a1)提供一自行车车架；

(a2)使用一3D摄影机拍摄该自行车车架，以捕捉该自行车车架的影像及该自行车车架之影像的深度信息；及

(a3)根据该自行车车架的影像及影像的深度信息，建构该自行车车架的一3D对象模型。

5.如权利要求4所述应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，该3D摄影机为微软公司提供的Kinect摄影机；而在(a3)步骤中，是由微软公司提供的Kinect Fusion来建构该自行车车架的3D对象模型。

6.如权利要求4所述应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，(a2)步骤包括以下步骤：

将自行车车架置于一旋转台上；及

将该旋转台转动，并使用该3D摄影机拍摄该自行车车架。

7.如权利要求1至3中任一项所述应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，(a)步骤还包括以下步骤：

对该3D对象模型进行修整。

8.如权利要求7所述应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，对该3D对象模型进行修整是包括以下步骤：移除该3D摄影机所拍摄但后续处理无需使用的对象。

9.如权利要求1至3中任一项所述应用于自行车车架的自动作业方法，其特征在于，(d)步骤中，该机械手臂为一六轴机械手臂。

10.一种应用于自行车车架的自动操作系统，其特征在于，包括：

一信息处理装置，储存有至少一自行车车架的3D对象模型，该信息处理装置用以对该3D对象模型进行骨架化处理，并求出该自行车车架中的各杆件之中心线位置；及

一机械手臂，与该信息处理装置通讯连接，于该机械手臂上设有一工具；

其中，该信息处理装置可设定该机械手臂的一作业模式，该作业模式包括该机械手臂沿着该自行车车架的该中心线的动作路径及移动速率；而且，当该输送装置将该自行车车架移动至该机械手臂附近时，该信息处理装置启动该工具，以使该工具对该自行车车架进行作业。