CN109590181A - 一种基于双目视觉的工件喷涂方法、喷涂装置及喷涂系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于双目视觉的工件喷涂方法，包括通过双目视觉获取工件的形状特征、判断是否存在喷涂模型、建立形状模型标定特征部位、精确检测、匹配判断是否需要喷涂、更新喷涂模型、生成喷涂路径以及按照喷涂路径对工件进行喷涂等步骤。本发明还公开了一种基于双目视觉的喷涂装置，包括喷枪、移动机构、控制单元、双目视觉系统和喷涂工艺检测传感器，喷枪、双目视觉系统和喷涂工艺检测传感器均安装于移动机构上，且均与控制单元电连接。本发明还公开了一种具有上述喷涂装置的喷涂系统。本发明利用双目视觉快速成像对工件进行精准定位和识别，结合喷涂工艺检测传感器建立出喷涂模型进行自动喷涂，适用多种外形的工件，喷涂效率高效果好。

Description

一种基于双目视觉的工件喷涂方法、喷涂装置及喷涂系统

技术领域

本发明属于工件喷涂技术领域，尤其涉及一种基于双目视觉的工件喷涂方法、喷涂装置及喷涂系统。

背景技术

现代生产中，规模化和集中化生产趋于常态，自动化喷涂设备已经在各行各业内得到推广，开始大范围替代人工操作。但是在产品更新换代频繁的形势下，自动化设备也遇到了产品种类多、变化频繁等问题。常见的自动化喷涂设备，需要根据工件产品的形状及喷涂需求进行路径规划，不同的工件都需要重新编程，即使两个工件仅存在非常小的偏差，也无法实现自动纠正路径，因此虽然自动化喷涂设备一定程度上替代了人工喷涂，但又增加了大量的调试人员，而且编程所需时间长，已经无法满足高速紧迫的生产需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术存在的不足，提供一种利用双目视觉快速成像对工件进行精准定位和识别，同时结合各种喷涂工艺检测传感器进而建立出喷涂模型对工件进行喷涂的基于双目视觉的工件喷涂方法、喷涂装置及喷涂系统。

为解决上述技术问题，本发明提出的技术方案为：

一种基于双目视觉的工件喷涂方法，包括以下步骤，

S1、将工件固定放置，通过双目视觉获取工件的形状特征，将工件的形状特征与数据库进行匹配，判断数据库中是否存在相应的喷涂模型；

S2、若数据库中存在工件的喷涂模型，直接进行S7的操作，若数据库中不存在工件的喷涂模型，进行S3的操作；

S3、利用双目视觉建立工件的形状模型，并标定出特征部位；

S4、标定特征部位后，同时采用双目视觉和喷涂工艺检测传感器对各特征部位进行精确检测，获取各特征部位的详细属性数据；

S5、将各特征部位的详细属性数据与数据库进行匹配，判断各特征部位是否需要进行喷涂；

S6、将S5中的判断结果更新至S3建立的模型中，得到喷涂模型；

S7、根据喷涂模型，生成喷涂路径；

S8、按照喷涂路径对工件进行喷涂，完成喷涂工作。

本发明利用双目视觉快速成像特性，可对较大尺寸的工件做出厘米级别的精度定位，进而快速获取工件主体结构的形状特征，并与数据库中现有的喷涂模型进行匹配，若存在相应的喷涂模型，可直接规划路径进行喷涂，若不存在相应的喷涂模型，在形状特征的基础上建立形状模型，并标定出特征部位，再移动贴近至各特征部位，采用双目视觉和喷涂工艺检测传感器同时对特征部位进行精确的二次识别，从而建立出满足喷涂所需精度要求的喷涂模型，在喷涂模型的基础之上生产喷涂路径完成喷涂工作，对于复杂程度不是特别大的工件上，可以实现智能和自动喷涂，且适用于各种外形的工件，节省了人工编程的时间，大幅提高了喷涂效率，保证了喷涂的效果，提高了设备的安全性，满足了快速喷涂的需求。

上述的工件喷涂方法，优选的，所述步骤S4中，喷涂工艺检测传感器为测距传感器、硬度传感器、颜色传感器和用于识别工件材质的传感器中的一种或多种。喷涂工艺检测传感器和双目视觉配合工作，双目视觉起到初步定位工件形状和特征部位位置的作用，在通过双目视觉建立的形状模型的基础上，采用喷涂工艺检测传感器对形状模型进行进一步的细化完善和更新，实现工件的需喷涂和非喷涂区域的识别，最后统一数据生成喷涂模型，生成喷涂路径，引导自动喷涂设备完成喷涂工作，其中测距传感器、硬度传感器、颜色传感器和用于识别工件材质的传感器均能提供相应的属性信息数据用于对喷涂模型的细化。

上述的工件喷涂方法，优选的，所述步骤S7中，将喷涂模型拆分成多个喷涂区域，根据数据库中的喷涂区域数据，生成各喷涂区域的喷涂路径。将不同形状的工件进行拆分，化繁为简，可有效提高喷涂路径规划的效率，减小规划路径的难度。

上述的工件喷涂方法，优选的，所述喷涂区域包括平面、弧面、球面和面的交接线中的一种或多种。由于喷涂的特殊性，对设备的运行精度宽容性较高，只需经验数据库中有平面、弧面、球面和面的交接线几种情况，即可拼装出各种形状工件。

上述的工件喷涂方法，优选的，所述步骤S8之后还包括以下步骤，

S9、通过双目视觉采集喷涂完成后的工件的图片，判断工件是否喷涂合格；

S10、若喷涂不合格，报警并分析喷涂弊病种类和情况，然后将弊病种类和情况的信息存入数据库。

上述的步骤通过检查保证喷涂合格，对于不合格的产品及时报警通知并记入数据库，便于进行分析处理。

上述的工件喷涂方法，优选的，所述步骤S10中，若弊病为漏喷，立即对工件进行补喷，若弊病为喷涂颜色不均、发花、流挂或橘皮，查找原因并对喷涂工艺参数进行优化。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种用于上述的基于双目视觉的工件喷涂方法的喷涂装置，包括喷枪和用于带动所述喷枪移动的移动机构，所述喷枪安装于所述移动机构上，所述喷涂装置还包括控制单元、双目视觉系统和用于对工件的尺寸、硬度、颜色或材质信息进行检测的喷涂工艺检测传感器，所述双目视觉系统和喷涂工艺检测传感器均安装于所述移动机构上且能随移动机构移动，所述喷枪、双目视觉系统和喷涂工艺检测传感器均与所述控制单元电连接，所述喷涂工艺检测传感器为激光测距传感器、雷达、磁感应传感器、硬度传感器和颜色传感器中的一种或多种。双目视觉系统和喷涂工艺检测传感器同时附加在移动机构上，双目视觉起到初步检测和定位的作用，能指导移动机构的移动来进行进一步的精确检测，工艺检测传感器能在双目视觉定位的基础上对工件的精确尺寸、材质、硬度和颜色进行精确的检测，对喷涂模型缺少的信息进行细化补充完善。

上述的喷涂装置，优选的，所述移动机构为机械手，所述喷枪、双目视觉系统和喷涂工艺检测传感器均安装于所述机械手的自由端。

上述的喷涂装置，优选的，所述移动机构包括轨道移动架和设置于所述轨道移动架上且能沿轨道移动架滑动的移动板，所述喷枪、双目视觉系统和喷涂工艺检测传感器均安装于所述移动板上。

上述的喷涂装置，优选的，对于小型工件，上述轨道移动架可采用单轴移动式的，对于大型工件还可以采用2轴或3轴移动式的轨道移动架。

作为一个总的技术构思，本发明还提供了一种基于双目视觉的喷涂系统，包括用于固定待喷涂工件的喷涂工作台和上述的喷涂装置，所述喷涂装置设有若干个，所述喷涂装置围绕设置于所述喷涂工作台的周围。该喷涂系统中喷涂装置能够围绕固定在喷涂工作台上的工件进行建模和自动喷涂等工作，喷涂效率高、效果好，尤其适用于尺寸较大的工件自动喷涂工作。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

本发明的基于双目视觉的工件喷涂方法利用双目视觉快速成像特性，快速获取待喷涂工件的形状特征，并与数据库中现有的喷涂模型进行匹配，若存在相应的喷涂模型，可直接规划路径进行喷涂，若不存在相应的喷涂模型，利用双目视觉建立形状模型，再借助双目视觉和喷涂工艺检测传感器共同工作建立喷涂模型，进而规划喷涂路径完成工件的喷涂；双目视觉负责检测工件的尺寸形状并建模，同时起到引导喷涂装置移动对各个部位进行详细检测及喷涂，防止设备碰撞和漏喷的情况，而喷涂工艺检测传感器在双目视觉的引导下，负责对工件上其他喷涂工艺属性进行检测，进一步完善工件的各种信息(如识别出有磁性的黑色金属、无磁性的有色金属、木质材料、反光面、已有涂料表面等信息)，并将这些信息更新至喷涂模型，在双目视觉和喷涂工艺传感器的共同作用下，对照预设的工艺要求，可以规划出喷涂路径进行喷涂；本发明可较好的适应一些尺寸较大的工件自动喷涂工作，尤其适用于混线生产或品种多批量少的产品，对于数据库中现有的工件模型，可以直接快速进行喷涂，对于新形状的工件，能快速建立喷涂模型并存入数据库中，完成喷涂工作的同时丰富了喷涂数据库，可以应用于后续相同工件的喷涂过程，适用于各种外形的工件，节省了人工编程的时间，大幅提高了喷涂效率，保证了喷涂的效果。

附图说明

图1是实施例1中的基于双目视觉的喷涂装置的结构示意图。

图2是实施例2中的基于双目视觉的喷涂装置的结构示意图。

图3是实施例1中的工件一的立体结构示意图。

图4是实施例2中的工件二的立体结构示意图。

图例说明：

1、喷枪；2、移动机构；21、机械手；22、轨道移动架；23、移动板；3、双目视觉系统；4、喷涂工艺检测传感器；5、喷涂工作台。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下文将结合说明书附图和较佳的实施例对本发明做更全面、细致地描述，但本发明的保护范围并不限于以下具体实施例。

实施例1：

如图1所示，本实施例的基于双目视觉的喷涂系统包括用于固定待喷涂工件的喷涂工作台5和用于对工件进行建模并喷涂的喷涂装置，喷涂装置围绕设置于喷涂工作台5的周围。

本实施例中的基于双目视觉的喷涂装置，包括喷枪1和用于带动喷枪1移动的移动机构2，移动机构2包括轨道移动架22和设置于轨道移动架22上且能沿轨道移动架22滑动的移动板23，喷枪1安装于移动板23上，喷涂装置还包括控制单元、双目视觉系统3和用于对工件的尺寸、硬度、颜色或材质信息进行检测的喷涂工艺检测传感器4，双目视觉系统3和喷涂工艺检测传感器4均安装于移动板23上且能随移动板23移动，喷枪1、双目视觉系统3和喷涂工艺检测传感器4均与控制单元电连接。

本实施例中，喷涂工艺检测传感器4为激光测距传感器、磁感应传感器、硬度传感器和颜色传感器。

本实施例采用基于双目视觉的工件喷涂方法对如图3所示的工件一进行喷涂，工件一为长方体形状的工件，喷涂采用上述的喷涂装置，包括以下步骤，

(1)将工件一固定放置，通过双目视觉获取工件一的形状特征，判断出工件一为长方体形状的工件，将工件一的形状特征与数据库进行匹配，判断数据库中是否存在长方体形状的喷涂模型；

(2)经匹配发现数据库中存在工件一的长方体形状的喷涂模型；

(3)根据数据库中的喷涂模型，工件一可拆分成6个喷涂区域，6个喷涂区域均为平面，数据库中存在平面的喷涂经验数据，调取平面的喷涂经验数据，生成各喷涂区域的喷涂路径；

(4)按照喷涂路径对工件一进行喷涂，完成工件一的喷涂工作；

(5)通过双目视觉采集喷涂完成后的工件一的图片，判断工件一是否喷涂合格；

(6)发现有一处漏喷，设备报警并分析漏喷的原因，同时对工件一进行补喷。

本实施例中将采用双目视觉得到的形状特征与数据库匹配，发现数据库中存在工件一的喷涂模型，因此可以采用数据库中的经验数据直接对工件一进行喷涂，大幅提高了喷涂效率，最后通过双目视觉对喷涂结果进行检查，保证了喷涂的效果和质量。

实施例2：

如图2所示，本实施例的基于双目视觉的喷涂系统包括用于固定待喷涂工件的喷涂工作台5和用于对工件进行建模并喷涂的喷涂装置，喷涂装置设有3个，喷涂装置围绕设置于喷涂工作台5的周围，以便对大型工件进行全方位的扫描建模及喷涂。

本实施例中的基于双目视觉的喷涂装置，包括喷枪1和用于带动喷枪1移动的机械手21，喷枪1安装于机械手21的自由端，喷涂装置还包括控制单元、双目视觉系统3和用于对工件的尺寸、硬度、颜色或材质信息进行检测的喷涂工艺检测传感器4，双目视觉系统3和喷涂工艺检测传感器4均安装于机械手21的自由端且能随机械手21移动，喷枪1、双目视觉系统3和喷涂工艺检测传感器4均与控制单元电连接。

本实施例中，喷涂工艺检测传感器4为雷达和磁感应传感器。

本实施例采用基于双目视觉的工件喷涂方法对如图4所示的工件二进行喷涂，工件二为由长方体和半个圆柱体组成的工件，喷涂采用上述的喷涂装置，包括以下步骤，

(1)将工件二固定放置，通过双目视觉获取工件二的形状特征，判断出工件二为长方体和半个圆柱体组合构成的工件，将工件二的形状特征与数据库进行匹配，判断数据库中是否存在该组合形状的喷涂模型；

(2)经匹配发现数据库中不存在工件二的形状特征的喷涂模型；

(3)利用双目视觉建立工件二的形状模型，并标定出特征部位，工件二的特征部位分别为长方体和半个圆柱体；

(4)标定特征部位后，同时采用双目视觉和喷涂工艺检测传感器对两个特征部位进行精确检测，喷涂工艺检测传感器为雷达和磁感应传感器，获取特征部位的精确尺寸信息和材质信息等数据，精确检测得到长方体和半个圆柱体的精确尺寸信息，长方体的顶面与半个圆柱体的顶面重合，长方体的底面为非金属材质，其余面均为金属材质，半圆柱体的两个端面和顶部弧面均为金属材质；

(5)将各特征部位的详细属性数据与数据库进行匹配，数据库中非金属材质面不进行喷涂，金属材质面进行喷涂，因此判断出长方体的底面无需进行喷涂，其余的面均需进行喷涂；

(6)将步骤(5)中的判断结果更新至步骤(3)建立的形状模型中，得到喷涂模型；

(7)根据数据库中的喷涂模型，工件二可拆分成5个喷涂区域，其中，一个为半圆柱体的顶部弧面，两个为长方体的侧面，两个为长方体侧面与半圆柱体端面组成的组合面，数据库中存在平面和弧面的喷涂经验数据，调取平面和弧面的喷涂经验数据，生成各喷涂区域的喷涂路径；

(8)按照喷涂路径对工件二进行喷涂，完成工件二的喷涂工作；

(9)通过双目视觉采集喷涂完成后的工件二的图片，判断工件二是否喷涂合格；

(10)工件二喷涂合格，将工件二转出，进行下一工件的喷涂工作。

本实施例中将采用双目视觉得到的形状特征与数据库匹配，发现数据库中不存在工件二的喷涂模型，因此建立工件二的形状模型，标定出两个特征部位，利用双目视觉定位对两处特征部位进行精确检测，进而细化完善得到喷涂模型，再将喷涂模型拆分为5个喷涂区域进行喷涂，完成喷涂工作，采用本实施例的基于双目视觉的工件喷涂方法对工件二进行喷涂，尽管数据库中没有工件二的相关数据模型，利用双目视觉和喷涂工艺检测传感器能够快速检测并构建出其喷涂模型，无需对其进行编程，大幅提高了喷涂效率，且能保证喷涂的精度，根据喷涂模型拆分多个喷涂区域，化繁为简，充分利用喷涂经验数据，生成各喷涂区域的喷涂路径，进而完成喷涂工作。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围的情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (10)

1.一种基于双目视觉的工件喷涂方法，其特征在于：包括以下步骤，

S1、将工件固定放置，通过双目视觉获取工件的形状特征，将工件的形状特征与数据库进行匹配，判断数据库中是否存在相应的喷涂模型；

S2、若数据库中存在工件的喷涂模型，直接进行S7的操作，若数据库中不存在工件的喷涂模型，进行S3的操作；

S3、利用双目视觉建立工件的形状模型，并标定出特征部位；

S4、标定特征部位后，同时采用双目视觉和喷涂工艺检测传感器对各特征部位进行精确检测，获取各特征部位的详细属性数据；

S5、将各特征部位的详细属性数据与数据库进行匹配，判断各特征部位是否需要进行喷涂；

S6、将S5中的判断结果更新至S3建立的模型中，得到喷涂模型；

S7、根据喷涂模型，生成喷涂路径；

S8、按照喷涂路径对工件进行喷涂，完成喷涂工作。

2.根据权利要求1所述的工件喷涂方法，其特征在于：所述步骤S4中，喷涂工艺检测传感器为测距传感器、硬度传感器、颜色传感器和用于识别工件材质的传感器中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的工件喷涂方法，其特征在于：所述步骤S7中，将喷涂模型拆分成多个喷涂区域，根据数据库中的喷涂区域数据，生成各喷涂区域的喷涂路径。

4.根据权利要求3所述的工件喷涂方法，其特征在于：所述喷涂区域包括平面、弧面、球面和面的交接线中的一种或多种。

5.根据权利要求1所述的工件喷涂方法，其特征在于：所述步骤S8之后还包括以下步骤，

S9、通过双目视觉采集喷涂完成后的工件的图片，判断工件是否喷涂合格；

S10、若喷涂不合格，报警并分析喷涂弊病种类和情况，然后将弊病种类和情况的信息存入数据库。

6.根据权利要求5所述的工件喷涂方法，其特征在于：所述步骤S10中，若弊病为漏喷，立即对工件进行补喷，若弊病为喷涂颜色不均、发花、流挂或橘皮，查找原因并对喷涂工艺参数进行优化。

7.一种用于权利要求1至6中任一项所述的基于双目视觉的工件喷涂方法的喷涂装置，包括喷枪(1)和用于带动所述喷枪(1)移动的移动机构(2)，所述喷枪(1)安装于所述移动机构(2)上，其特征在于：所述喷涂装置还包括控制单元、双目视觉系统(3)和用于对工件的尺寸、硬度、颜色或材质信息进行检测的喷涂工艺检测传感器(4)，所述双目视觉系统(3)和喷涂工艺检测传感器(4)均安装于所述移动机构(2)上且能随移动机构(2)移动，所述喷枪(1)、双目视觉系统(3)和喷涂工艺检测传感器(4)均与所述控制单元电连接，所述喷涂工艺检测传感器(4)为激光测距传感器、雷达、磁感应传感器、硬度传感器和颜色传感器中的一种或多种。

8.根据权利要求7所述的喷涂装置，其特征在于：所述移动机构(2)为机械手(21)，所述喷枪(1)、双目视觉系统(3)和喷涂工艺检测传感器(4)均安装于所述机械手(21)的自由端。

9.根据权利要求7所述的喷涂装置，其特征在于：所述移动机构(2)包括轨道移动架(22)和设置于所述轨道移动架(22)上且能沿轨道移动架(22)滑动的移动板(23)，所述喷枪(1)、双目视觉系统(3)和喷涂工艺检测传感器(4)均安装于所述移动板(23)上。

10.一种基于双目视觉的喷涂系统，其特征在于：包括用于固定待喷涂工件的喷涂工作台(5)和根据权利要求7至9任一项所述的喷涂装置，所述喷涂装置设有若干个，所述喷涂装置围绕设置于所述喷涂工作台(5)的周围。