CN110013934A - 汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统，包括：三维激光扫描检测子系统和基于壁挂式六轴喷涂机构的喷涂子系统，其中，检测子系统包括冗余三平动索机构和三维激光扫描仪，以在喷涂之前，用于扫描汽车白车身，生成汽车白车身三维模型和喷涂轨迹，并且在喷涂之后，检测汽车白车身表面上漆率和表面质量；喷涂子系统包括第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构，以根据汽车白车身三维模型和喷涂轨迹控制第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构协同作业，对不同类型汽车白车身根据预设喷涂策略实施不同的喷涂工艺，完成喷涂作业。该系统具有灵活性好、柔性好的特点，可对不同汽车白车壳进行自动扫描、喷涂和检测作业。

Description

汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统

技术领域

本发明涉及汽车喷涂技术领域，特别涉及一种汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统。

背景技术

近年来，受国家宏观政策调控及居民消费水平提高的影响，我国新能源电动汽车产业正在呈现出蓬勃的生机，我国汽车工业的发展进入了一个新的历史性高速增长期。在这种局面下，以特斯拉为首的国际新能源汽车企业，纷纷进入中国市场并不断扩大新能源汽车生产规模，国内比亚迪、荣威、蔚来等汽车自主品牌生产厂家也纷纷加大研发和投资力度。由此可见在未来几年，我国的新能源汽车生产量将持续增加，各种新车型也会大量出现，汽车工业对工业机器人等自动化汽车生产装备的需求将会不断增加。

目前，在国内广泛使用的喷涂系统都是根据设计师设计好的汽车车型和涂装对汽车进行整车喷涂。随着工业4.0，中国制造2025的不断推进，汽车的制造、配置和涂装越来越追求定制化，而传统汽车先制造再销售的统一规格模式已逐渐无法适应新的汽车生产销售模式。

发明内容

本申请是基于发明人对以下问题的认识和发现做出的：

目前，汽车的制造、配置和涂装越来越追求定制化，而传统汽车先制造再销售的统一规格模式已逐渐无法适应新的汽车生产销售模式。若能在汽车生产之前，由用户对汽车涂装进行定制，通过先销售再制造的模式，可极大地提高生产利用率，实现汽车生产的零库存。

针对这种现状，若开发一种可实现汽车车身自动扫描、喷涂和检测的一体系统，通过对汽车车身的全自动扫描，生成汽车白车身的三维模型和喷涂轨迹，进而进行汽车白车壳的自动喷涂。在完成喷涂后，再次自动扫描，对汽车白车身的喷涂质量和上漆率进行检测和评估，这样的一套汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统将具有非常广阔的应用前景。

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

为此，本发明的目的在于提出一种汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统，该系统拥有自动扫描、喷涂和检测的功能，具有高柔性、高灵活性的优点，更适应于汽车车身的定制化喷涂作业任务，可针对不同形状和规格的汽车白车壳进行定制化喷涂作业。

为达到上述目的，本发明实施例提出了一种汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统，包括：三维激光扫描检测子系统，所述三维激光扫描检测子系统包括冗余三平动索机构和三维激光扫描仪，以在喷涂之前，用于扫描汽车白车身，生成汽车白车身三维模型和喷涂轨迹，并且在喷涂之后，检测汽车白车身表面上漆率和表面质量；和基于壁挂式六轴喷涂机构的喷涂子系统，所述基于壁挂式六轴喷涂机构的喷涂子系统包括第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构，以根据所述汽车白车身三维模型和喷涂轨迹控制所述第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构协同作业，对不同类型汽车白车身根据预设喷涂策略实施不同的喷涂工艺，完成喷涂作业。

本发明实施例的汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统，具有大范围且高精度的激光扫描功能，能够建立准确的汽车白车壳三维数字模型和检测汽车白车身喷涂表面质量和上漆率；同时采用了壁挂式六轴喷涂混联机构，兼具了串联机构工作空间大的优点，又具有并联机构刚度高，精度高，动态性能好的优点，从而可实现汽车白车身的扫描、喷涂和检测功能，可实现定制化喷涂服务，提升生产效率，具有高柔性的优点。

另外，根据本发明上述实施例的汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统还可以具有以下附加的技术特征：

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述冗余三平动索机构包括：第一至第四绳索；闭环导轨，所述闭环导轨设置于所述汽车白车身的上方，其中，所述闭环导轨的包围的空间大于所述汽车白车身的俯视空间；第一至第四卷扬机，所述第一至第四卷扬机分别一一对应通过第一至第四移动副安装在所述闭环导轨上，并且第一至第四卷扬机分别一一对应通过所述第一至第四绳索连接所述三维激光扫描仪。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一至第四移动副中的一个或多个通过磁悬浮磁力驱动、齿轮齿条啮合驱动或滚轮轨道摩擦驱动。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构的结构完全相同，并分别分布在所述汽车白车身的两侧的墙壁上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构的壁挂式六轴喷涂混联机构包括：机座，所述机座固定在所述墙壁上；腰部转台，所述腰部转台通过第一转动副和所述机座连接；第一和第二大臂，第一大臂通过第二转动副和所述腰部转台连接，第二大臂通过第三转动副和所述腰部转台连接；第一小臂和第二小臂，第一小臂通过第四转动副和所述第一大臂连接，第二小臂通过第五转动副和所述第二大臂连接，其中，所述第一小臂和所述第二小臂通过第六转动副相互连接，所述第二转动副、所述第三转动副、所述第四转动副、所述第五转动副和所述第六转动副的转动轴相互平行；第一手腕至第三手腕，第一手腕通过第七转动副和所述第一小臂连接，第二手腕通过第八转动副和所述第一手腕连接，第三手腕通过第九转动副和第二手腕连接；喷枪，所述喷枪和所述第三手腕固接。

进一步地，在本发明的一个实施例中，所述第一转动副、所述第二转动副、所述第三转动副、所述第七转动副、所述第八转动副和所述第九转动副为驱动副。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明一个实施例的汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统的结构示意图；

图2为根据本发明一个实施例的三维激光扫描检测子系统的三维示意图；

图3为根据本发明一个实施例的六轴喷涂混联机构的实施例结构示意图；

图4为根据本发明一个实施例的基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统处于喷涂作业时的三维示意图；

附图标记说明：

基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统1、三维激光扫描检测子系统2、汽车白车身3、机座11、腰部转台12、第一大臂13、第二大臂14、第一小臂15、第二小臂16、第一手腕17、第二手腕18、第三手腕19、喷枪110、闭环导轨20、第一卷扬机21、第一绳索22、第二卷扬机23、第二绳索24、第三卷扬机25、第三绳索26、第四卷扬机27、第四绳索28、三维激光扫描仪29。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

下面参照附图描述根据本发明实施例提出的汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统。

图1是本发明一个实施例的汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统的结构示意图。

如图1所示，该汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统包括：三维激光扫描检测子系统2和基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统1。

其中，三维激光扫描检测子系统2包括冗余三平动索机构和三维激光扫描仪，以在喷涂之前，用于扫描汽车白车身3，生成汽车白车身3三维模型和喷涂轨迹，并且在喷涂之后，检测汽车白车身3表面上漆率和表面质量；和基于壁挂式六轴喷涂机构的喷涂子系统1包括第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构，以根据汽车白车身3三维模型和喷涂轨迹控制第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构协同作业，对不同类型汽车白车身3根据预设喷涂策略实施不同的喷涂工艺，完成喷涂作业。本发明实施例的系统拥有自动扫描、喷涂和检测的功能，具有高柔性、高灵活性的优点，更适应于汽车车身的定制化喷涂作业任务，可针对不同形状和规格的汽车白车壳进行定制化喷涂作业。

具体而言，本发明实施例的系统包括三维激光扫描检测子系统2和基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统1。其中，三维激光扫描检测子系统2包括冗余三平动索机构和三维激光扫描仪，该子系统2在喷涂之前，自动扫描汽车白车身3，生成汽车白车身3三维模型和喷涂轨迹；在喷涂之后，自动扫描检测汽车白车身3表面上漆率和表面质量。基于壁挂式六轴喷涂机构的喷涂子系统1包括两台壁挂式六轴喷涂机构，根据汽车白车身3三维模型和喷涂轨迹，通过两台壁挂式六轴喷涂机构协同作业，对不同类型汽车白车身3实施不同的喷涂工艺，完成喷涂作业。该系统具有灵活性好、柔性好的特点，可对不同汽车白车壳进行自动扫描、喷涂和检测作业。

下面将通过具体实施例对汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统进行进一步详细阐述。

进一步地，在本发明的一个实施例中，冗余三平动索机构包括：第一至第四绳索；闭环导轨，闭环导轨设置于汽车白车身的上方，其中，闭环导轨的包围的空间大于汽车白车身的俯视空间；第一至第四卷扬机，第一至第四卷扬机分别一一对应通过第一至第四移动副安装在闭环导轨上，并且第一至第四卷扬机分别一一对应通过第一至第四绳索连接三维激光扫描仪。

其中，在本发明的一个实施例中，第一至第四移动副中的一个或多个通过磁悬浮磁力驱动、齿轮齿条啮合驱动或滚轮轨道摩擦驱动。

具体而言，如图2所示，该子系统2包括冗余三平动索机构和三维激光扫描仪29，通过驱动冗余三平动索机构来带动三维激光扫描仪29运动，实现三维激光扫描仪29在空间内的三维运动，并同时对汽车白车身3进行三维扫描，建立精准的汽车白车身3三维数字模型和喷涂轨迹。当基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统1完成喷涂作业任务后，三维激光扫描检测子系统2可实现对汽车白车身3的再次扫描，检测汽车白车身3的表面质量和表面上漆率，检测喷涂质量是否合格，是否需要进行补漆等工序。

三维激光扫描仪检测子系统2包括冗余三平动索机构和三维激光扫描仪29。冗余三平动索机构包括第一卷扬机21、第二卷扬机23、第三卷扬机25、第四卷扬机27、第一绳索22、第二绳索24、第三绳索26、第四绳索28和闭环导轨20。闭环导轨20安装在汽车白车身3上方，其包围的空间大于汽车白车身3俯视空间。第一卷扬机21、第二卷扬机23、第三卷扬机25和第四卷扬机27分别通过第一移动副、第二移动副、第三移动副和第四移动副安装在闭环导轨20上。第一移动副、第二移动副、第三移动副和第四移动副可通过磁悬浮磁力驱动、齿轮齿条啮合驱动或滚轮轨道摩擦驱动。

而且，第一移动副、第二移动副、第三移动副和第四移动副均可以实现单独驱动。第一卷扬机21、第二卷扬机23、第三卷扬机25和第四卷扬机27分别通过第一绳索22、第二绳索24、第三绳索26和第四绳索28连接三维激光扫描仪29。通过驱动第一卷扬机21、第二卷扬机23、第三卷扬机25和第四卷扬机27，实现第一绳索22、第二绳索24、第三绳索26和第四绳索28的收放，实现三维激光扫描仪29在三维空间内的运动。同时通过控制第一移动副、第二移动副、第三移动副和第四移动副，可避免第一绳索22、第二绳索24、第三绳索26和第四绳索28与汽车白车壳3发生干涉碰撞，最终实现三维激光扫描仪29对汽车白车身3整车的扫描。并通过无线网络，将汽车白车身3的三维模型数据传输至计算机，绘制出精确的汽车白车身3的三维数字模型。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构的结构完全相同，并分别分布在汽车白车身的两侧的墙壁上。

具体而言，如图2所示，基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统1，可根据扫描获得汽车白车身3的三维数字模型，针对不同类型汽车白车身3实施不同的喷涂工艺，实现对汽车白车身3的喷涂。基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统1包括两台壁挂式六轴喷涂混联机构，两台壁挂式六轴喷涂混联机构结构完全相同，并分布在汽车白车身的两侧的墙壁上。

进一步地，在本发明的一个实施例中，第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构的壁挂式六轴喷涂混联机构包括：机座、腰部转台、第一和第二大臂、第一小臂和第二小臂、第一手腕至第三手腕和喷枪。

其中，机座固定在墙壁上。腰部转台通过第一转动副和机座连接。第一大臂通过第二转动副和腰部转台连接，第二大臂通过第三转动副和腰部转台连接。第一小臂通过第四转动副和第一大臂连接，第二小臂通过第五转动副和第二大臂连接，其中，第一小臂和第二小臂通过第六转动副相互连接，第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副的转动轴相互平行。第一手腕至第三手腕，第一手腕通过第七转动副和第一小臂连接，第二手腕通过第八转动副和第一手腕连接，第三手腕通过第九转动副和第二手腕连接。喷枪和第三手腕固接。

其中，在本发明的一个实施例中，第一转动副、第二转动副、第三转动副、第七转动副、第八转动副和第九转动副为驱动副。

具体而言，如图3所示，六轴喷涂混联机构包括机座11、腰部转台12、第一大臂13、第二大臂14、第一小臂15、第二小臂16、第一手腕17、第二手腕18、第三手腕19、喷枪110。机座11固定在墙壁上。腰部转台12通过第一转动副和机座11连接。第一大臂13通过第二转动副和腰部转台12连接，第二大臂14通过第三转动副和腰部转台12连接，第一小臂15通过第四转动副和第一大臂13连接，第二小臂16通过第五转动副和第二大臂14连接，第一小臂15和第二小臂16通过第六转动副连接。第二转动副、第三转动副、第四转动副、第五转动副和第六转动副的转动轴相互平行。第一手腕17通过第七转动副和第一小臂15连接，第二手腕18通过第八转动副和第一手腕17连接，第三手腕19通过第九转动副和第二手腕18连接，喷枪110和第三手腕19固接。

第一转动副、第二转动副、第三转动副、第七转动副、第八转动副和第九转动副为驱动副。通过驱动第一转动副、第二转动副、第三转动副、第七转动副、第八转动副和第九转动副的协同转动，可实现壁挂式六轴喷涂混联机构末端上喷枪110的六自由度运动。同时，由于第一转动副、第二转动副、第三转动副作为驱动轴，其驱动力较大，通过集中安装在机座11上，既避免分散安装在小臂或手腕上，可减少机构的外部负载，减少电缆走线，并容易实现防爆防尘防护。而第七转动副、第八转动副和第九转动副由于只需驱动喷枪110转动，因此其驱动力矩较小，即电机较小，可直接安装在手腕内，并向手腕内充氦气进行防爆。通过这样的设计，可容易实现整个机构的防爆防尘处理，易于应用在环境恶劣的喷涂现场。

进一步而言，如图4所示，基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统1处于喷涂作业时的三维示意图，具体地，当基于壁挂式六轴喷涂混联机构的喷涂子系统1处于喷涂作业任务时，三维激光扫描仪检测子系统2将收缩第一绳索22、第二绳索24、第三绳索26和第四绳索28，将三维激光扫描仪29运动至最高点，避免对喷涂作业的影响。

根据本发明实施例提出的汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统，具有大范围且高精度的激光扫描功能，能够建立准确的汽车白车壳三维数字模型和检测汽车白车身喷涂表面质量和上漆率；同时采用了壁挂式六轴喷涂混联机构，兼具了串联机构工作空间大的优点，又具有并联机构刚度高，精度高，动态性能好的优点，从而可实现汽车白车身的扫描、喷涂和检测功能，可实现定制化喷涂服务，提升生产效率，具有高柔性的优点。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种汽车白车身全自动激光扫描喷涂检测一体系统，其特征在于，包括：

三维激光扫描检测子系统，所述三维激光扫描检测子系统包括冗余三平动索机构和三维激光扫描仪，以在喷涂之前，用于扫描汽车白车身，生成汽车白车身三维模型和喷涂轨迹，并且在喷涂之后，检测汽车白车身表面上漆率和表面质量；和

基于壁挂式六轴喷涂机构的喷涂子系统，所述基于壁挂式六轴喷涂机构的喷涂子系统包括第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构，以根据所述汽车白车身三维模型和喷涂轨迹控制所述第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构协同作业，对不同类型汽车白车身根据预设喷涂策略实施不同的喷涂工艺，完成喷涂作业。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述冗余三平动索机构包括：

第一至第四绳索；

闭环导轨，所述闭环导轨设置于所述汽车白车身的上方，其中，所述闭环导轨的包围的空间大于所述汽车白车身的俯视空间；

第一至第四卷扬机，所述第一至第四卷扬机分别一一对应通过第一至第四移动副安装在所述闭环导轨上，并且第一至第四卷扬机分别一一对应通过所述第一至第四绳索连接所述三维激光扫描仪。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述第一至第四移动副中的一个或多个通过磁悬浮磁力驱动、齿轮齿条啮合驱动或滚轮轨道摩擦驱动。

4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构的结构完全相同，并分别分布在所述汽车白车身的两侧的墙壁上。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述第一和第二壁挂式六轴喷涂混联机构的壁挂式六轴喷涂混联机构包括：

机座，所述机座固定在所述墙壁上；

腰部转台，所述腰部转台通过第一转动副和所述机座连接；

第一和第二大臂，第一大臂通过第二转动副和所述腰部转台连接，第二大臂通过第三转动副和所述腰部转台连接；

第一小臂和第二小臂，第一小臂通过第四转动副和所述第一大臂连接，第二小臂通过第五转动副和所述第二大臂连接，其中，所述第一小臂和所述第二小臂通过第六转动副相互连接，所述第二转动副、所述第三转动副、所述第四转动副、所述第五转动副和所述第六转动副的转动轴相互平行；

第一手腕至第三手腕，第一手腕通过第七转动副和所述第一小臂连接，第二手腕通过第八转动副和所述第一手腕连接，第三手腕通过第九转动副和第二手腕连接；

喷枪，所述喷枪和所述第三手腕固接。

6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述第一转动副、所述第二转动副、所述第三转动副、所述第七转动副、所述第八转动副和所述第九转动副为驱动副。