CN104525424B - 一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备，所述光学测量设备包括传送台、光幕传感器、深度摄像机和多个数据接口。所述传送台将所述喷涂工件从所述传送台的一端传送到另一端。所述光幕传感器包括两组光幕发射器和接收器；当所述传送台传送所述喷涂工件时，所述两组光幕发射器和接收器分别测量和记录所述喷涂工件的第一面和第二面的投影视图。深度摄像机根据所述喷涂工件与所述传送台背景之间的距离差测量和记录所述喷涂工件的第三面的投影视图。多个数据接口将所述第一面、所述第二面和所述第三面的投影视图信息传送给主控设备，所述主控设备根据所述投影视图计算出所述喷涂机器人的喷涂路径。

Description

一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备

技术领域

本发明涉及喷涂领域，具体涉及一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备。

背景技术

在喷涂行业使用喷涂机器人可以避免人工长期处于有毒有害的生产环境。目前对喷涂机器人的编程方式主要包括人工示教法和离线编程法。人工示教法是由经验丰富的工人操作机器人控制手柄来逐步移动喷枪的位置，以完成整个喷涂路径的设定。通过记录和保存机器人末端关节的参数变化和位置，使得机器人可以重复原来的运动轨迹，以实现自动喷涂。此种方法具有相对较高的人工成本。

离线编程法需要利用计算机图形技术预先生成喷涂工件模型。在对工件进行喷涂的时候，根据已有喷涂工件模型和喷涂工艺计算喷涂路径，并根据该喷涂路径命令机器人进行喷涂。然而，实际应用中所采用的机器人离线编程软件操作相对复杂，并且需要精确的工件CAD模型或三维模型，才能模拟产生较为精准的喷涂路径。但是在家具板材等对喷涂路径精准度要求不高的生产环境中，这些板材工件往往没有CAD或三维模型，则无法利用离线编程软件去模拟生成喷涂路径。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于提供一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备，以减少人工参与，提高喷涂路径生成精度，减少喷涂的复杂程度，提高可操作性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

本发明提供了一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备，所述光学测量设备包括：

传送台，所述传送台包括传送带，所述传送带上覆盖皮带，所述传送台将所述喷涂工件从所述传送台的一端传送到另一端；

安装于所述传送台上的光幕传感器，所述光幕传感器包括两组光幕发射器和接收器；当所述传送台传送所述喷涂工件时，所述两组光幕发射器和接收器分别测量和记录所述喷涂工件的第一面和第二面的投影视图；

安装于所述传送台一端的深度摄像机，用于根据所述喷涂工件与所述传送台背景之间的距离差测量和记录所述喷涂工件的第三面的投影视图；以及

与所述光幕传感器和所述深度摄像机的多个数据接口，用于将所述第一面、所述第二面和所述第三面的投影视图信息传送给主控设备，所述主控设备根据所述投影视图计算出所述喷涂机器人的喷涂路径。

在一个实施例中，所述传送台包括两个台面，所述两个台面之间设置了支撑玻璃；所述光幕传感器包括第一光幕发射器和第一接收器，所述第一光幕发射器和所述第一接收器分别设置在所述支撑玻璃之上和所述支撑玻璃之下；所述光幕传感器还包括第二光幕发射器和第二接收器，所述第二光幕发射器和所述第二接收器分别设置在所述传送台位于所述支撑玻璃处的两侧。

在一个实施例中，所述传送台包括两个台面，所述两个台面之间设置了支撑玻璃；所述光幕传感器包括第一光幕发射器和第一接收器，所述第一光幕发射器和所述第一接收器分别设置在所述支撑玻璃之下和所述支撑玻璃之上；所述光幕传感器还包括第二光幕发射器和第二接收器，所述第二光幕发射器和所述第二接收器分别设置在所述传送台位于所述支撑玻璃处的两侧。

在一个实施例中，所述光幕传感器的每一个光幕发射器和接收器均采用光幕支撑装置固定，所述光幕支撑装置包括两个螺钉臂和光幕支撑臂，所述两个螺钉臂分别位于所述光幕支撑臂的两侧，所述螺钉臂和所述光幕支撑臂通过横梁连接，所述两个螺钉臂分别具有螺钉孔，所述光幕发射器和所述接收器通过所述光幕支撑臂固定于所述光幕支撑装置上，所述光幕支撑装置通过所述螺钉孔的螺钉分别固定于所述两个台面上。

在一个实施例中，所述每一个光幕传感器的发射器发出等间距光，对应的接收器接收相应的光线，当接收器接收到光线时，输出为第一电信号；当光线被物体阻挡时，接收器未接收到光线，则输出第二电信号；所述光幕传感器根据所述第一电信号和所述第二点信号计算出所述待测工件的对应面的形状和大小。

在一个实施例中，所述光学测量设备还包括电机控制模块，所述电机控制模块包括控制器、电机和编码器，所述编码器产生表示所述传送带速率的反馈信号，所述控制器根据所述反馈信号控制所述电机，以控制所述传送带速率。

在一个实施例中，所述深度摄像机设置在所述传送台传送所述待测工件的方向面上。

与现有技术相比，采用本发明的光学测量仪器使得整个智能机器人控制系统可以自动测量工件三视图，并根据三视图自动生成喷枪的喷涂轨迹。这个过程中不需要人工试喷，从而提高了喷涂精度，减轻了人为负担。同时，由于不会受到工件CAD图的限制，本发明的智能机器人控制系统和方法操作更加简便，适用面更广。

附图说明

图1所示为根据本发明的实施例的智能机器人喷涂系统。

图2所示为根据本发明的实施例的光学测量设备。

图3所示为根据本发明的实施例的传送台的示意图。

图4所示为根据本发明的实施例的光幕支撑装置的示意图。

图5所示为根据本发明的实施例的电机控制模块的结构图。

图6所示为根据本发明的实施例的控制喷涂机器人的喷涂方法流程图。

图7所示为根据本发明的实施例的对喷涂工件进行光学测量的方法流程图。

图8所示为根据本发明的另一实施例的对喷涂工件进行光学测量的方法流程图。

图9所示为根据本发明的实施例的中央控制器的方法流程图。

图10所示为根据本发明的实施例的中央控制器的另一方法流程图。

图11所示为根据本发明的实施例的计算单面的喷涂路径的方法流程图。

图12所示为根据本发明的实施例的单面喷涂节点示意图。

图13所示为根据本发明的实施例的计算单面喷涂节点对应的三维坐标的方法流程图。

图14所示为根据本发明的实施例的计算主视图喷涂节点对应的三维坐标的方法流程图。

图15所示为根据本发明的实施例的计算俯视图喷涂节点对应的三维坐标的方法流程图。

图16所示为根据本发明的实施例的计算左视图喷涂节点对应的三维坐标的方法流程图。

图17所示为根据本发明的实施例的计算每一个喷涂节点法向量的方法流程图。

图18所示为根据本发明的实施例的目标喷涂节点和相邻节点的示意图。

图19所示为根据本发明的实施例的对所述喷涂轨迹进行空间拟合的方法流程图。

图20所示为根据本发明的实施例的产生整体喷涂路径的方法流程图。

具体实施方式

以下将对本发明的实施例给出详细的说明。尽管本发明将结合一些具体实施方式进行阐述和说明，但需要注意的是本发明并不仅仅只局限于这些实施方式。相反，对本发明进行的修改或者等同替换，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

另外，为了更好的说明本发明，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员将理解，没有这些具体细节，本发明同样可以实施。在另外一些实例中，对于大家熟知的方法、流程、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本发明的主旨。

图1所示为根据本发明的实施例的智能机器人喷涂系统100。在一个实施例中，智能机器人喷涂系统100包括光学测量设备106、主控设备102和喷涂设备104。在一个实施例中，喷涂设备104包括喷涂机器人112和装配于喷涂机器人112的喷枪110。光学测量设备106对喷涂工件进行光学测量，以获取所述喷涂工件的三维投影视图和所述喷涂工件的尺寸信息，并产生表示所述三维投影视图和所述尺寸信息的工件信号。主控设备102与光学测量设备106相连，用于接收所述工件信号，读取与喷涂机器人112相关的喷涂参数，根据所述工件信号和所述喷涂参数计算所述喷涂机器人112的喷涂路径，并产生包含所述喷涂路径信息的喷涂指令。喷涂设备104与所述主控设备相连。喷涂设备104根据所述喷涂指令按照所述喷涂路径进行喷涂操作。

优点在于，智能机器人喷涂系统100利用光学测量设备106实时测量喷涂工件的三维投影视图，并根据所述三维投影视图自动生成喷枪的喷涂轨迹。由于不需要人工手动操作，智能机器人喷涂系统100提高了喷涂精度。由于不需要标准工件的CAD图片，智能机器人喷涂系统100节约了成本。

在图1所述的实施例中，主控设备102包括中央控制器126、设备驱动存储器120、显示器122、模型接口124和控制按钮128。设备驱动存储器120、显示器122、模型接口124和控制按钮128与中央控制器126相连。中央控制器126通过模型接口124与光学测量设备106进行通信，用于接收光学测量设备106传送来的三维投影视图。中央控制器126从设备驱动存储器120中读出驱动参数，并给光学测量设备106和喷涂设备104配置驱动运行参数。中央控制器126根据待测工件的三维投影视图和喷涂参数生成喷涂路径，并在显示器122上显示。工作人员通过显示器122查看自动生成的喷涂路径。如果自动生成的喷涂路径需要修改，工作人员通过控制按钮128修改喷涂参数。由此，中央控制器126再次生成喷涂路径，并产生喷涂指令，以控制喷涂机器人112完成喷涂操作。

在一个实施例中，光学测量设备106包括数据接口130、光幕传感器132、深度摄像机134、传送台136和电机控制模块138。数据接口130与主控设备102相连，用于从主控设备102接收驱动参数，并向主控设备102传送三维投影视图。光学测量设备106的具体结构和操作将结合图2至图5进行描述。

图2所示为根据本发明的实施例的光学测量设备106。如图2所示，传送台136包括传送带224。传送带224上覆盖皮带，用于将喷涂工件从传送台的一端传送到另一端。图2显示了一个喷涂工件从传送台的一端传送到另一端的示意图。为了描述方便，图2示出了该喷涂工件分别在传送台两端和中间位置的状态。

在一个实施例中，光幕传感器132安装于传送台136上。更具体地讲，传送台136包括两个台面，光幕传感器132安装在两个台面的连接处。在图2的实施例中，光幕传感器132包括两组光幕发射器和接收器，例如：第一组发射器210和接收器211，第二组发射器212和213。当传送台136传送所述喷涂工件时，所述两组光幕发射器和接收器分别测量和记录所述喷涂工件的第一面和第二面的投影视图。例如：发射器210和接收器211测量和记录所述喷涂工件的俯视图；发射器212和接收器213测量和记录所述喷涂工件的正视图。更具体地讲，每一个光幕传感器的发射器发出等间距光，对应的接收器接收相应的光线，当接收器接收到光线时，输出为第一电信号；当光线被物体阻挡时，接收器未接收到光线，则输出第二电信号；所述光幕传感器根据所述第一电信号和所述第二点信号计算出所述待测工件的对应面的形状和大小。

深度摄像机134安装于传送台136的一端。深度摄像机134根据所述喷涂工件与所述传送台背景之间的距离差测量和记录所述喷涂工件的第三面的投影视图。更具体地讲，深度摄像机134设置在所述喷涂工件的传送方向面上，由此，深度摄像机134设置和记录了所述喷涂工件的左视图。

优点在于，采用图2的两组光幕传感器和深度摄像机的结构，光学测量设备106无需三组光幕传感器，不仅方便了传送台136的搭建，还节约了传送台136的成本。

在另一个实施例中，光幕传感器包括三组光幕发射器和接收器，用于分别测量和记录所述喷涂工件的三个面（即正视图、俯视图和左视图）的投影视图（图中未示出此实施例）。

图3所示为根据本发明的实施例的传送台136的示意图。图3将结合图2进行描述。图3示出了传送台136的一部分视图。传送台136包括两个台面302和304。台面302和304分别设置了传送带224。两个台面302和304之间设置了支撑玻璃306。优点在于，支撑玻璃306可以透光，因此，光幕发射器210和接收器211可以分别设置在支撑玻璃306之上和支撑玻璃306之下。此外，光幕发射器212和接收器213分别设置在支撑玻璃306的两侧。此外，如图2和图3所示，光幕发射器和接收器均通过光幕支撑装置222固定于传送台136上（将在图4进行描述）。

图4所示为根据本发明的实施例的光幕支撑装置222的示意图。图4将结合图2和图3进行描述。光幕传感器的每一个光幕发射器和接收器均采用如图4所示的光幕支撑装置222固定。光幕支撑装置222包括两个螺钉臂402和406和光幕支撑臂404。两个螺钉臂402和406分别位于光幕支撑臂404的两侧，螺钉臂402和406与光幕支撑臂404通过横梁408连接，螺钉臂402和406分别具有螺钉孔412和414。前述的光幕发射器或者接收器通过光幕支撑臂404安装在光幕支撑装置222上，光幕支撑装置222通过螺钉孔412和414的螺钉分别固定于两个台面224和226上。

图5所示为根据本发明的实施例的电机控制模块138的结构图。在一个实施例中，电机控制模块138安装在传送台136的台面之下。电机控制模块138包括控制器502、电机504和编码器506。编码器506产生表示所述传送带速率的反馈信号，控制器502根据所述反馈信号控制电机504，以控制传送带504的速率。 优点在于，通过控制传送带504的速率，以达到光幕传感器和深度摄像机拍摄投影面的最优化效果。

图6所示为根据本发明的实施例的控制喷涂机器人的喷涂方法流程图600。图6将结合图1至5进行描述。

在步骤602中，对喷涂工件进行光学测量，以获取所述喷涂工件的三维投影视图和所述喷涂工件的尺寸信息。在步骤604中，产生表示所述三维投影视图和所述尺寸信息的工件信号。在步骤606中，读取与所述喷涂机器人相关的喷涂参数。在步骤608中，根据所述工件信号和所述喷涂参数计算所述喷涂机器人的喷涂路径，并产生包含所述喷涂路径信息的喷涂指令。在步骤610中，根据所述喷涂指令控制所述喷涂机器人按照所述喷涂路径进行喷涂操作。在步骤612中，产生表示传送台136的传送带速率的反馈信号。在步骤614中，根据所述反馈信号控制传送台136的电机504，以控制所述传送带速率。

图7所示为根据本发明的实施例的对喷涂工件进行光学测量的方法流程图602。图7是对图6中的步骤602的进一步描述。

在步骤702中，将所述喷涂工件从传送台的一端传送到另一端。在步骤704中，在所述喷涂工件的传送过程中，采用三组发射器和接收器分别测量和记录所述喷涂工件的三个面的投影视图。

图8所示为根据本发明的另一实施例的对喷涂工件进行光学测量的方法流程图602’。图8是对图6中的步骤602的进一步描述。图7和图8为步骤602的两种不同实施例。

在步骤802中，将所述喷涂工件从传送台的一端传送到另一端。在步骤804中，在所述喷涂工件的传送过程中，采用两组光幕发射器和接收器分别测量和记录所述喷涂工件的第一面和第二面的投影视图。在步骤806中，采用深度摄像机根据所述喷涂工件与所述传送台背景之间的距离差测量和记录所述喷涂工件的第三面的投影视图。在图7或者图8的实施例中，传送台、支撑玻璃、深度摄像机、电机控制模块和光幕传感器采用图2至图5的结构，在此就不再赘述。

优点在于，采用图6至图8的控制方法使用光学测量设备测量待测工件的三维视图和尺寸信息，避免了因为缺乏工件CAD图而无法自动生成喷涂路径的问题。同时，根据待测工件的三维视图和尺寸信息自动生成喷涂路径，避免了因为人工校对路径而产生的误差，提高了喷涂精度，并由此提高了喷涂质量。

以下将对根据三维视图生成喷涂路径的方法做进一步说明。

图9所示为根据本发明的实施例的中央控制器126的方法流程图900。方法流程图900描述了一种基于三维模型识别的喷涂机器人控制方法。

在步骤902中，为主控设备102、光学测量设备106和喷涂设备104设置硬件驱动参数。其中，主控设备102包括显示器122、与所述喷涂设备104和所述光学测量设备106相连的数据接口130。喷涂设备104包括喷枪110和喷涂机器人112。

在步骤904中，从光学测量设备106读取待喷涂工件的三维投影视图。

在步骤906中，根据所述三维投影视图和尺寸信息产生喷涂指令，以控制喷涂机器人112喷涂所述喷涂工件。

图10所示为根据本发明的实施例的中央控制器126的另一方法流程图904。方法流程图904描述了一种控制喷涂机器人路径的方法。图10是图9中步骤904的进一步说明。

在步骤1002中，读取喷涂工件的三维投影视图。在步骤1004中，读取所述喷涂机器人的喷涂参数。在步骤1006中，根据所述三维投影视图和所述喷涂参数计算所述喷涂工件的每个单面的喷涂路径。在步骤1008中，将所述每个单面的喷涂路径显示在显示器122上。在步骤1010中，用户判断该面喷涂路径是否可行。如果喷涂路径不可行，则进入步骤1012，用户通过控制按钮128重新设定喷涂参数。由此，中央控制器126根据改变以后的参数重新生成喷涂工件的每个单面的喷涂路径，并进入步骤1008.

如果喷涂路径可行，则进入步骤1014，根据所述每个单面的喷涂路径产生整体喷涂路径。

在步骤1016中，产生喷涂指令，以控制所述喷涂机器人喷涂所述喷涂工件。

优点在于，通过显示器显示和用户修改的步骤使得喷涂路径更加优化。同时，与用户手动操作喷枪测定喷涂路径的方法相比，改变参数并自动生成喷涂路径的方法简化了人工操作，并且提高了喷涂路径的计算精度。

在另一个实施例中，中央控制器126省略了步骤1008至步骤1010。

图11所示为根据本发明的实施例的计算单面的喷涂路径的方法流程图1006。图11是对图10中步骤1006的进一步说明。

在步骤1102中，根据所述三维投影视图确定所述工件的多个待喷涂面。在步骤1104中，根据所述喷涂参数和所述三维投影视图计算所述喷涂机器人的喷枪的喷涂节点跨度和漆雾直径，并根据所述喷涂节点跨度和所述漆雾直径确定所述多个待喷涂面的每一个面的喷涂节点，并得到所述喷涂节点的二维点坐标。步骤1102至步骤1104中的二维喷涂节点的二维坐标计算方法将结合图12进行描述。

图12所示为根据本发明的实施例的单面喷涂节点示意图1200。在一个实施例中，喷涂参数包括工艺参数与路径参数。其中，工艺参数包括喷枪距离、喷涂覆盖范围、喷涂次数和喷枪角度。路径参数包括对工件整体喷涂的方式和待喷涂表面信息。该整体喷涂的方式包括单面和多面喷涂、包边优先或单面优先。根据工艺参数对喷涂面进行水平和垂直划分，同时保证喷涂节点落在视图范围之内。如图12所示，需要计算喷涂节点时，中央控制器126根据喷枪距离、喷涂覆盖范围和喷枪角度确定喷枪喷涂漆雾的范围和每次移动的节点跨度。由此，根据喷涂漆雾的范围和节点跨度设置每一个喷涂节点的位置。

回到图11，在步骤1106中，根据所述三维投影视图的各视图二维点坐标对应关系计算每一个面的所述喷涂节点对应的三维坐标。步骤1106将在图13至图16中进一步描述。

在步骤1108中，根据所述喷涂节点的每一个节点的三维坐标和所述每一个节点的相邻节点的三维坐标计算每一个喷涂节点的法向量，其中，所述法向量表示所述喷枪在对应喷涂节点的空间状态。步骤1106将在图17中进一步描述。

在步骤1110中，根据所述喷涂节点的三维坐标生成所述带喷涂面的喷涂轨迹。步骤1108将在图17至图18中进一步描述。

在步骤1112中，对所述喷涂轨迹进行空间拟合，以得到拟合后喷涂轨迹。步骤1112将在图19中进一步描述。

在步骤1114中，根据所述拟合后的喷涂轨迹计算所述喷枪的运行轨迹。步骤1114将在图20中进一步描述。

图13所示为根据本发明的实施例的计算单面喷涂节点对应的三维坐标的方法流程图1106。图13是对图11中步骤1106的进一步说明。在一个实施例中，三维投影视图包括主视图、俯视图和左视图。

在步骤1302中，将主视图中的喷涂节点的二维坐标转换为三维坐标。在步骤1304中，将俯视图中的喷涂节点的二维坐标转换为三维坐标。在步骤1306中，将左视图中的喷涂节点的二维坐标转换为三维坐标。值得说明的是，步骤1302至1306可以任意调换执行顺序。

图14所示为根据本发明的实施例的计算主视图喷涂节点对应的三维坐标的方法流程图1302。图14是对步骤1302的进一步描述。图14是以主视图中的目标喷涂节点为例进行描述。

在一个实施例中，利用三视图重建方法可以计算出喷涂节点的三维坐标，相当于将喷涂节点移动到了模型实际的表面上。图14的原理为：在三视图中，对于一个在主视图中的(x(v)，z(v))，需要满足在左视图中一点(y(w)、z(w))，z(w)= z(v)，并且在俯视图中存在一点(x(h)，y(h))使得x(h)= x(v)，y(h)= y(w)，才能得到主视图中对应的该点的三维坐标为(x(v)，y(h)，z(w))，否则无法求出该点的三维坐标。在一个实施例中，如果左视图的点(y(w)、z(w)) 或者俯视图的点(x(h)，y(h))位于模型实际表面以外，则无法获得三维坐标。在一个实施例中，如果主视图中的z(w)并不完全等于左视图中的z(v)，则需要选取最接近的值z(v)。以下将详细说明。

在步骤1402中，读取所述主视图中的所述目标喷涂节点。所述目标喷涂节点在所述主视图中的二维坐标为（X,Z），假设所述目标喷涂节点在三维空间的坐标为(X,Y,Z)。在步骤1404中，遍历检测所述俯视图中第X行属于所述待测工件的喷涂节点列坐标。在步骤1406中，比较所述列坐标，以得到所述列坐标的最大值Y_Max1和最小值Y_Min1。值得说明的是，对于俯视图中的点（x,y）,在俯视图中x坐标对应的点有可能没有被确定为喷涂节点，在这种情况下，需要先确定Y的一个范围值。

在步骤1408中，遍历检测所述左视图中第Z列属于所述待测工件的喷涂节点行坐标。在步骤1410中，比较所述行坐标，以得到所述行坐标的最大值Y_Max2和最小值Y_Min2。值得说明的是，对于左视图中的点（y，z）,在左视图中Z坐标对应的点有可能没有被确定为喷涂节点，在这种情况下，需要先确定Y的一个范围值。

在步骤1412中，计算所述最大值Y_Max1和所述最大值Y_Max2之间的第一差值。在步骤1414中，计算所述最小值Y_Min1和所述最小值Y_Min2之间的第二差值。当所述第一差值大于第一预设阈值（步骤1416）或者所述第二差值大于第二预设阈值（步骤1418）时，则进入步骤1426，停止计算所述目标喷涂节点的三维坐标，否则，进入步骤1420。由于差值大于阈值时，说明误差太大，则无法找到合理的对应点，因此，停止计算三维坐标。

在步骤1420中，确定坐标Y的最大值Y_Max和最小值Y_Min。具体地讲，当所述第一差值小于所述第一预设阈值且所述第二差值小于所述第二预设阈值时，则比较所述最大值Y_Max1和所述最大值Y_Max2，并且比较所述最小值Y_Min1和所述最小值Y_Min2。当所述最大值Y_Max1等于所述最大值Y_Max2，则所述目标喷涂节点的三维坐标中的Y坐标的最大值Y_Max等于Y_Max1或Y_Max2，否则，Y坐标的最大值Y_Max为Y_Max1和Y_Max2中的较小值。当所述最小值Y_Min1等于所述最小值Y_Min2，则所述目标喷涂节点的三维坐标中的Y坐标的最小值Y_ Min等于Y_Min1或Y_Min2，否则，Y坐标的最小值Y_ Min为Y_Min1和Y_Min2中的较小值。

在步骤1422中，根据喷涂面标号确定坐标Y。在一个实施例中，读取所述待喷涂工件的喷涂面编号。当所述编号为奇数时，则所述目标喷涂节点的坐标Y等于最小值Y_Min。当所述编号为偶数时，则所述目标喷涂节点的坐标Y等于最大值Y_Max。在步骤1424中，得出三维坐标(X,Y,Z)。

图15所示为根据本发明的实施例的计算俯视图喷涂节点对应的三维坐标的方法流程图1304。图15是对步骤1304的进一步描述。图15是以俯视图中的目标喷涂节点为例进行描述。

在步骤1502中，读取所述俯视图中的目标喷涂节点，所述目标喷涂节点在所述主视图中的二维坐标为（X’,Y’），并假设所述目标喷涂节点在三维空间的坐标为(X’,Y’,Z’)。在步骤1504中，遍历检测所述主视图中第X’行属于所述待测工件的喷涂节点列坐标。在步骤1506中，比较所述主视图的列坐标，以得到所述列坐标的最大值Z’_Max1和最小值Z’_Min1。在步骤1508中，遍历检测所述左视图中第Y行属于所述待测工件的喷涂节点列坐标。在步骤1510中，比较所述左视图中的列坐标，以得到所述列坐标的最大值Z’_Max2和最小值Z’_Min2。在步骤1512中，计算所述最大值Z’_Max1和所述最大值Z’_Max2之间的第一差值。在步骤1514中，计算所述最小值Z’_Min1和所述最小值Z’_Min2之间的第二差值。

当所述第一差值小于第一预设阈值（步骤1516）且所述第二差值小于第二预设阈值（步骤1518），则进入步骤1520，否则，进入步骤1526，停止计算坐标Z。

在步骤1520中，确定坐标Z’的最大值Z’_Max和最小值Z’_Min。更具体地讲，比较所述最大值Z’_Max1和所述最大值Z’_Max2，并且比较所述最小值Z’_Min1和所述最小值Z’_Min2。当所述最大值Z’_Max1等于所述最大值Z’_Max2，则所述目标喷涂节点的三维坐标中的Z’坐标的最大值Z’_Max等于Z’_Max1或Z’_Max2，否则，Z’坐标的最大值Z’_Max为Z’_Max1和Z’_Max2中的较小值；当所述最小值Z’_Min1等于所述最小值Z’_Min2，则所述目标喷涂节点的三维坐标中的Z’坐标的最小值Z’_ Min等于Z’_Min1或Z’_Min2，否则，Z’坐标的最小值Z’_ Min为Z’_Min1和Z’_Min2中的较小值。

在步骤1522中，根据所述待喷涂工件的喷涂面信息从Z’_Min和Z’_Max中选择一个值作为坐标Z’，以确定所述目标喷涂节点在三维空间的坐标 (X’,Y’,Z’)（步骤1524）。

图16所示为根据本发明的实施例的计算左视图喷涂节点对应的三维坐标的方法流程图1306。图16是对步骤1306的进一步描述。图16是以左视图中的目标喷涂节点为例进行描述。

在步骤1602中，读取所述左视图中的目标喷涂节点，所述目标喷涂节点在所述左视图中的二维坐标为（Y’’,Z’’），并假设所述目标喷涂节点在三维空间的坐标为(X’’,Y’’,Z’’)。

在步骤1604中，遍历检测所述主视图中第Z’’列属于所述待测工件的喷涂节点行坐标。在步骤1606中，比较所述主视图中的行坐标，以得到所述行坐标的最大值X’’_Max1和最小值X’’_Min1。在步骤1608中，遍历检测所述俯视图中第Y’’列属于所述待测工件的喷涂节点行坐标。

在步骤1610中，比较所述俯视图中的行坐标，以得到所述列坐标的最大值X’’_Max2和最小值X’’_Min2。在步骤1612中，计算所述最大值X’’_Max1和所述最大值X’’_Max2之间的第一差值。在步骤1614中，计算所述最小值X’’_Min1和所述最小值X’’_Min2之间的第二差值。

当所述第一差值小于第一预设阈值（步骤1616）且所述第二差值小于第二预设阈值（步骤1618），则进入步骤1620，否则，停止计算坐标X’’。

在步骤1620中，确定X’’的最大值X’’_Max和X’’_Min。在一个实施例中，比较所述最大值X’’_Max1和所述最大值X’’_Max2，并且比较所述最小值X’’_Min1和所述最小值X’’_Min2。当所述最大值X’’_Max1等于所述最大值X’’_Max2，则所述目标喷涂节点的三维坐标中的X’’坐标的最大值X’’_Max等于X’’_Max1或X’’_Max2，否则，X’’坐标的最大值X’’_Max为X’’_Max1和X’’_Max2中的较小值。当所述最小值X’’_Min1等于所述最小值X’’_Min2，则所述目标喷涂节点的三维坐标中的X’’坐标的最小值X’’_ Min等于X’’_Min1或X’’_Min2，否则，X’’坐标的最小值X’’_ Min为X’’_Min1和X’’_Min2中的较小值；

在步骤1622中，根据所述待喷涂工件的喷涂面信息从X’’_Min和X’’_Max中选择一个值作为坐标X’’，以确定所述目标喷涂节点在三维空间的坐标 (X’’,Y’’,Z’’)（步骤1624）。

图17所示为根据本发明的实施例的计算每一个喷涂节点法向量的方法流程图1108。图17是对图11中的步骤1108的进一步描述。图17是选取其中给一个目标喷涂节点J举例说明。如前所述，喷涂节点法向量γ表示喷枪在喷涂节点的空间姿态。

图18所示为根据本发明的实施例的目标喷涂节点J和相邻节点J1、J2、J3和J4的示意图。以下将结合图17和图18进行描述。

在步骤1702中，读取目标喷涂节点J的三维空间坐标。在步骤1704中，检测所述目标喷涂节点的四个相邻方向上的相邻节点J1、J2、J3和J4。在步骤1706中，读取所述四个相邻节点J1、J2、J3和J4的三维空间坐标。在步骤1708中，分别用直线连接喷涂节点J、J1、J2、J3和J4构成的三角形（J，J1，J2）、（J，J2，J3）、（J，J3，J4）和（J，J4，J1），其中，（J，J1，J2）表示用直线将节点J、J1和J2连接形成的三角形, （J，J2，J3）表示用直线将节点J、J2和J3连接形成的三角形, （J，J3，J4）表示用直线将节点J、J3和J4连接形成的三角形, （J，J4，J1）表示用直线将节点J、J4和J1连接形成的三角形。在步骤1708中，分别计算三角形（J，J1，J2）、（J，J2，J3）、（J，J3，J4）和（J，J4，J1）的4个法向量。三角形的法向量是指与三角形所形成的面垂直的方向矢量。在步骤1710中，计算所述4个法向量的平均值，以得到所述目标喷涂节点J的法向量。

优点在于，图17中的计算法向量的方法考虑了目标节点的四个方向的情况，由此，该法向量能够更加准确的表现喷枪在目标节点应有的角度和姿态，提高了喷涂的准确性。

图19所示为根据本发明的实施例的对所述喷涂轨迹进行空间拟合的方法流程图1112。图19是对图11中的步骤1112的进一步描述。

对于空间生成的喷涂节点，每一行（列）在空间表示为一条空间曲线。如果将两两喷涂节点间以直线表示，则不利于机器人的喷涂作业，因此需要对生成的喷涂轨迹进行拟合，以直线和曲线进行表示。

在步骤1902中，选择所述每一个喷涂节点的扫描方式。在步骤1904中，根据所述扫描方式读取所述多个待喷涂面的当前面的数据。在步骤1906中，根据第N行节点的三维坐标将所述第N行节点投影到所述当前面，以得到在所述当前面上的多个投影节点的三维坐标。在步骤1908中，计算所述多个投影节点的每个节点与所述第N行节点对应的节点的连接线的斜率。在步骤1910中，比较每个节点对应的斜率和相邻节点对应的斜率之间的大小。在步骤1912中，当所述比较结果表明当前节点的斜率与相邻斜率相等（说明当前节点与相邻节点是处于一个平面上），则对所述第一节点加上第一编号，否则（说明当前节点与相邻节点是处于不同平面上），对所述第一节点加上第二编号。

在步骤1914中，根据所述编号确定索引值。遍历检测所述多个投影节点的编号。当所述当前节点的编号为第一编号时，则在所述当前节点和所述当前节点的相邻节点之间的区间加上第一索引值（例如：逻辑0）。当所述第一节点的编号为第二编号时，则在所述第一节点和所述第一节点的相邻节点之间的区间加上第二索引值（例如：逻辑1）。

在步骤1916中，根据所述每一个节点对应的索引值拟合所述喷涂轨迹。具体而言，当所述区间的索引值为第一索引值（表示当前节点与相邻节点在同一平面上）时，则所述区间的喷涂轨迹为连接包含于所述区间节点的直线。当所述区间的索引值为第二索引值（表示当前节点与相邻节点在不同平面上）时，则对所述区间采样多个点，并对所述多个点进行三次差值拟合，以得到所述区间的曲线，即所述区间的喷涂轨迹为所述曲线。

当得到喷涂节点拟合轨迹和法向量以后，就可以按照以下公式计算所述喷枪的喷涂轨迹和法向量：

其中，H表示所述喷枪距离所述待喷涂工件表面的距离；P’(X,Y,Z)表示喷枪的运行轨迹中的节点；P (X,Y,Z)表示待喷涂面上的喷涂节点；V’(X,Y,Z)表示喷涂节点的法向量；V (X,Y,Z)表示喷枪的法向量。

图20所示为根据本发明的实施例的产生整体喷涂路径的方法流程图1014。图20是图10中的步骤1014的进一步的描述。

在步骤2002中，如果所述待测工件的每个面的喷涂方式为单面喷涂，则进入步骤2003，所述整体路径为所述每个待测面的喷涂路径，否则，进入步骤2004。在步骤2004中，如果所述待测工件的每个面的喷涂方式为多面喷涂，则进入步骤2005，对所述每个待测面的喷涂路径进行组合和插补，以产生多面喷涂路径作为所述整体喷涂路径，否则，进入步骤2006。

在步骤2006中，所述待测工件的每个面的喷涂方式包括单面喷涂和多面喷涂，此时，进入步骤2007，对于需要单面喷涂的待测面选取所述待测面的单面喷涂路径，并且对于需要多面喷涂的待测面对所述每个待测面的喷涂路径进行组合和插补，以产生多面喷涂路径。组合所述单面喷涂路径和所述多面喷涂路径，以形成整体喷涂路径。

综上所述，采用本发明的智能机器人控制系统和方法可以自动测量工件三视图，并根据三视图自动生成喷枪的喷涂轨迹。这个过程中不需要人工试喷，从而提高了喷涂精度，减轻了人为负担。同时，由于不会受到工件CAD图的限制，本发明的智能机器人控制系统和方法操作更加简便，适用面更广。

上文具体实施方式和附图仅为本发明之常用实施例。显然，在不脱离权利要求书所界定的本发明精神和发明范围的前提下可以有各种增补、修改和替换。本领域技术人员应该理解，本发明在实际应用中可根据具体的环境和工作要求在不背离发明准则的前提下在形式、结构、布局、比例、材料、元素、组件及其它方面有所变化。因此，在此披露之实施例仅用于说明而非限制，本发明之范围由后附权利要求及其合法等同物界定，而不限于此前之描述。

Claims (4)

1.一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备，所述光学测量设备包括：

传送台，所述传送台包括传送带，传送带上覆盖皮带，传送台将所述喷涂工件从所述传送台的一端传送到另一端；

安装于所述传送台上的光幕传感器，光幕传感器包括两组光幕发射器和接收器；当传送台传送喷涂工件时，两组光幕发射器和接收器分别测量和记录喷涂工件的第一面和第二面的投影视图；

安装于传送台一端的深度摄像机，用于根据喷涂工件与传送台背景之间的距离差测量和记录喷涂工件的第三面的投影视图；以及

与光幕传感器和深度摄像机的多个数据接口，用于将第一面、第二面和第三面的投影视图信息传送给主控设备，主控设备根据投影视图计算出喷涂机器人的喷涂路径；

光幕传感器的每一个光幕发射器和接收器均采用光幕支撑装置固定，光幕支撑装置包括两个螺钉臂和光幕支撑臂，两个螺钉臂分别位于光幕支撑臂的两侧，螺钉臂和光幕支撑臂通过横梁连接，两个螺钉臂分别具有螺钉孔，光幕发射器和接收器通过光幕支撑臂固定于光幕支撑装置上，光幕支撑装置通过螺钉孔的螺钉分别固定于两个台面上；

所述深度摄像机设置在所述喷涂工件的传送方向面上，深度摄像机设置和记录了所述喷涂工件的左视图；

所述传送台包括两个台面，所述两个台面之间设置了支撑玻璃；所述光幕传感器包括第一光幕发射器和第一接收器，所述第一光幕发射器和所述第一接收器分别设置在所述支撑玻璃之上和所述支撑玻璃之下；所述光幕传感器还包括第二光幕发射器和第二接收器，所述第二光幕发射器和所述第二接收器分别设置在所述传送台位于所述支撑玻璃处的两侧。

2.根据权利要求1所述的一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备，其特征在于，所述传送台包括两个台面，所述两个台面之间设置了支撑玻璃；所述光幕传感器包括第一光幕发射器和第一接收器，所述第一光幕发射器和所述第一接收器分别设置在所述支撑玻璃之下和所述支撑玻璃之上；所述光幕传感器还包括第二光幕发射器和第二接收器，所述第二光幕发射器和所述第二接收器分别设置在所述传送台位于所述支撑玻璃处的两侧。

3.根据权利要求2所述的一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备，其特征在于，所述每一个光幕传感器的发射器发出等间距光，对应的接收器接收相应的光线，当接收器接收到光线时，输出为第一电信号；当光线被物体阻挡时，接收器未接收到光线，则输出第二电信号；所述光幕传感器根据所述第一电信号和所述第二电信号计算出待测工件的对应面的形状和大小。

4.根据权利要求1所述的一种用于喷涂机器人喷涂路径设定的光学测量设备，其特征在于，所述光学测量设备还包括电机控制模块，所述电机控制模块包括控制器、电机和编码器，所述编码器产生表示传送带速率的反馈信号，所述控制器根据所述反馈信号控制所述电机，以控制所述传送带速率。