CN111163868A - 集成有摄像头的施涂器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于将涂覆剂(例如漆料、粘合剂、密封剂、绝缘材料)施涂给一部件(例如汽车车身部件)的部件表面的施涂器(8)。本发明提供一种摄像头(11)，该摄像头在结构上集成在施涂器(8)中并且拍摄部件表面的相机图像。

Description

集成有摄像头的施涂器

技术领域

本发明涉及一种用于将涂覆剂(例如漆料，粘合剂，密封剂，绝缘材料)施涂到部件(例如汽车车身部件)的部件表面上的施涂器。

背景技术

例如从DE 10 2013 018 554 A1中已知这种施涂器。在操作过程中，施涂器借助于多轴式涂覆机器人沿特定的施涂路径移动，所述施涂路径例如沿着汽车车身部件的待密封的凸缘接缝延伸。期望使得施涂器相对于凸缘接缝的定位尽可能精确。因此，还知晓一种现有技术的由机器人引导的摄像系统，该摄像系统监测施涂器相对于凸缘接缝的位置，从而能够在操作期间进行位置校正。到目前为止，为此目的已经使用了下述工业摄像系统：它们满足了鲁棒性、图像分辨率和图像区段尺寸的要求。这些摄像系统通常安装在施涂器的外部上并与施涂器一起移动。

这种传统技术的缺点在于：由于安装的摄像系统而扩大了施涂器的外轮廓。这使得难以将附接有摄像系统的施涂器通过小部件开口插入到部件中。

这种普遍知晓的技术的另一个缺点是工业摄像系统的重量相对较高。这可能导致以下事实，即所使用的涂覆机器人的可用载荷能力不再足够，从而不得不使用相应更大的机器人，这又关联有更高的成本。

此外，如果涂覆机械人高度动态地移动，则向工业摄像系统馈送的线缆会在操作过程中引起问题。

此外，将工业摄像系统附接至施涂器也对机械固定、尤其是在位置、可更换性和稳定性方面提出了较高的要求。

毕竟，工业摄像系统的安装通常关联有高成本。

关于本发明的技术背景，也参考DE 10 2009 027 743 A1、DE 100 48 749 A1、DE10 2008 029 063 A1和DE 10 2012 021 658 A1。

发明内容

因此，本发明所基于的目的是提出一种相应改进的、具有摄像头的施涂器。

该目的通过根据权利要求1的根据本发明的施涂器实现。

本发明基于新获得的技术认知，即不仅复杂且昂贵的工业摄像系统适用于像以前那样的与施涂机器人一起操作，而且小型化且重量轻的所谓的内窥镜摄像头也适合于结构集成至施涂器。与上文描述的传统技术相反，本发明由此没有使摄像头附接至施涂器的外部。而是，本发明使得摄像头在结构上集成在施涂器内。这意味着摄像头被完全布置在施涂器的壳体内部，其中，仅摄像头的透镜可以从施涂器稍微突出。

在本发明的一实施例中，摄像头是捕获立体相机图像的立体摄像头。这是有利的，因为可以在三维上确定部件的形状、定向和位置。

替代地，本发明还提供了使摄像头是仅具有一个透镜的普通摄像头的可能性。

摄像头的紧凑尺寸允许将摄像头集成到施涂器的末端中，从而使摄像头靠近待涂覆的部件。因此，施涂器具有远端端部，在该远端端部处通过喷嘴施涂涂覆剂。摄像头优选地位于施涂器的远端端部处。例如，施涂器可具有远端面，在该远端面中布置有用于施涂涂覆剂的喷嘴和摄像头。

另外，根据本发明的施涂器优选地以具有内部线缆引导为特征，该内部线缆引导也可以在例如由施涂机器人引导的喷枪内延伸。施涂器内延伸的线缆可以是例如用于为摄像头供电和/或用于与摄像头进行数据连接的摄像头线缆。

另外，根据本发明的施涂器可以具有集成的照明装置，以照亮摄像头视场内的部件表面。优选地，所述照明装置是LED照明装置。

还应该提到的是，在操作集成有摄像头的施涂器时，存在摄像头的透镜会因过多的涂覆剂雾气的沉积而被弄脏(“喷溅(overspray)”)的风险。因此，根据本发明的施涂器优选具有用于吹出空气以保护摄像头的透镜不受污染的喷嘴装置。例如，喷嘴装置可以吹出所谓的气幕，所述气幕在现有技术中是已知的并由此不需要详细描述。

另外，根据本发明的施涂器可以具有布置在摄像头的光轴上的偏转镜。例如，偏转镜可以具有45°±5°或90°±5°的偏转角。在本发明的一优选实施例中，偏转镜可以例如通过螺钉连接或卡口锁安装在摄像头上。替代地，偏转镜也有可能被永久地安装并且不能被移除。

在本发明的优选实施例中，施涂器具有位于施涂器内部的可再充电的蓄电器，所述蓄电器用于向电力消耗者(例如：摄像头，照明装置)供电，其中，蓄电器在结构上也集成在施涂器内部。

施涂器优选地包括用于对施涂器内部的蓄电器进行感应充电的感应充电接口，其中，感应充电接口在结构上也集成在施涂器内部。为了给集成的蓄电器充电，施涂器可以由涂覆机器人移动到感应充电电源附近，然后可以通过感应充电接口从感应充电电源对集成的蓄电器进行充电。

还应该提到的是，施涂器优选地还具有结构上集成的无线数据接口，所述无线数据接口用于集成的摄像头与外部分析评估单元(例如，机器人控制器)之间的数据通信。因此，集成的摄像头可以通过无线数据接口将记录的相机图像发送到外部分析评估单元。例如，无线数据接口可以例如是蓝牙接口或Wi-Fi接口。

摄像头可以是常规的内窥镜摄像头，因为它是可商购的。

还应该提到的是，摄像头可以连接至机器人控制器，所述机器人控制器还控制涂覆机器人。通过将图像处理“完全集成”到机器人控制器中，可以优化总线运行时间和采样速率，从而可以通过实时(在线)分析评估相机图像来实现路径校正。

还应该提到的是，施涂器具有带有特定的施涂方向的喷嘴，而摄像头具有特定的光轴。优选地，喷嘴的施涂方向平行于摄像头的光轴。然而，在本发明的范畴内，替代地，喷嘴方向和摄像头的光轴还能够相对于彼此成角度。

关于摄像头，还应该提到的是，所述摄像头可以例如是提供VGA格式的相机图像的视频图形阵列摄像头。但是，在本发明的范畴内也可以使用其它类型的摄像头。

优选地，摄像头具有至少30°、至少40°或至少50°的透镜角度(视角)，而摄像头的外部尺寸优选地是30mm以下、20mm以下、10mm以下或甚至是7mm以下。已经提到的LED照明装置可以集成到这种摄像头中。

另外，应该提及的是，施涂器优选地属于根据DIN EN 60529的某种防护等级，以便能够在操作过程中出现的环境条件下工作。例如，施涂器的防护等级为根据DIN EN 60529的IP67、IP68、IP69或IP69K。

加热的介质也可以利用集成有摄像头的施涂器进行施涂。施涂温度可以是>＝80℃或<＝80℃。

关于根据本发明的施涂器的类型，应该提及的是，它优选是通过喷嘴来施涂涂覆剂(例如：粘合剂，绝缘材料，密封剂)的喷嘴施涂器。然而，本发明也可以用其它类型的施涂器来实现，例如旋转雾化器、空气雾化器、超声雾化器、无空气雾化器或空气混合雾化器。

还应该提到的是，本发明不仅要求保护作为单个部件的根据本发明的施涂器。而是，本发明还要求保护具有多个运动的机器人轴和如上所述的根据本发明的施涂器的整个涂覆机器人(施涂机器人)。这种涂覆机器人优选地具有串行机器人运动学设计，所述串行机器人运动学设计可以从现有技术中知晓并由此无需详细描述。还应该提到的是，涂覆机器人优选具有至少5个、至少6个或至少7个可运动的机器人轴。

还应该提到的是，本发明还要求保护用于这种涂覆机器人的对应的操作方法。根据本发明的操作方法首先提供：通过涂覆机器人使施涂器沿施涂路径在部件表面上方移动。施涂器将涂覆剂施涂至部件表面。根据本发明的操作方法还提供了：由集成的摄像头拍摄的部件表面的相机图像。

也可以通过分析评估所记录的相机图像来确定部件的位置、定向和/或形状。这使得可以根据所获取的相机图像、特别是根据部件的位置、定向和/或形状来调整施涂路径。

另外，可以在操作期间通过分析评估所记录的相机图像来确定几何特征(例如：重叠的接缝，边缘，部件的间隙)。然后可以根据所记录的几何特征来调整施涂路径。以便例如使施涂器沿循凸缘接缝。

此外，在本发明的范畴内，如果摄像头被对准成使得它可以检测涂覆剂射流的至少一部分，则还可以通过分析评估相机图像来检查涂覆剂射流。以这种方式，例如可以检测到喷嘴的堵塞。

此外，相机图像的记录也可以用于执行存在与否的检查。因此，通过分析评估相机图像，可以确定在施涂器的前面是否存在部件。

此外，在本发明的范围内，还可以通过分析评估相机图像来检查所施涂的涂层的质量。例如，通过分析评估相机图像，可以检测所施涂的涂层中的缺陷(例如：间隙，气泡等)。

上面已经提到，集成在施涂器中的蓄电器可以通过感应充电接口进行无线充电。在根据本发明的操作方法的框架内，施涂器通过涂覆机器人被定位成使得其靠近感应充电电源，从而使得感应充电电源与集成的感应充电接口之间的距离足够小，以便能够进行充电过程。例如，涂覆机器人的休息位置可用于此目的。

附图说明

本发明的其它有利的进一步改进限定在从属权利要求中或者在下文中在结合基于附图的对本发明的优选实施例的描述中予以更详细的说明。附图示出：

图1是具有涂覆机器人的示例性涂覆设备，该涂覆机器人引导根据本发明的施涂器；

图2是图1中的施涂器的透视图；

图3是根据本发明的施涂器的另一示例的示意图，

图4是图3的一变体；

图5示出了带有喷嘴装置的集成的摄像头的示意图，该喷嘴装置用于形成气幕以防止摄像头透镜的污染；并且

图6是用于根据本发明的施涂器的偏转镜的透视图。

具体实施方式

在下文中，对根据本发明的如图1和图2所示的施涂系统的实施例进行了说明，该施涂系统用于将密封剂(例如PVC增塑溶胶)施涂到机动车车身部件上。例如在DE 10 2013018 554 A1中描述了这样的施涂系统，从而该公开文本的内容通过引用结合到本说明书中。

施涂系统具有多轴式施涂机器人1，所述多轴式施涂机器人1具有机器人基座2、可旋转的机器人部件3、近端机器人臂4(“臂1”)、远端机器人臂5(“臂2”)、机器人手轴6、喷枪7和施涂器8，其中，施涂器8在图2中示出。

施涂器8具有喷嘴9，由密封剂构成的涂覆剂射流10从喷嘴9排出。喷嘴9位于施涂器8的远端端部中。根据本发明，还有一个小型摄像头11，其完全集成在施涂器8内部并由此没有从施涂器8的外轮廓上向外突出。这样做是有利的，因为它不会增加施涂器8的干扰轮廓。此外，设计为内窥镜摄像头的摄像头11非常轻巧，从而不会显著削弱机器人运动的动力特性并且不会使施涂机器人1的有效载荷超重。

图3示出了根据本发明的施涂器8的根据本发明的另一实施例的示意图，其中，该实施例部分地对应于上述实施例，因此参考以上描述以避免赘述，其中，相同的附图标记用于表示对应的细节。

该实施例的一特别特征在于：摄像头11是具有两个透镜12、13的立体摄像头，以使得摄像头11可以拍摄立体相机图像。这允许部件的三维抓取。

另外，在该实施例中，施涂器8具有集成的照明装置14，所述照明装置14被设计成LED照明装置并在拍摄相机图像时照亮部件表面。

应当提及的是，摄像头11、喷嘴9和照明装置14都布置在施涂器8的远端面15中。这提供了使摄像头11靠近所述部件定位的优点。

摄像头11和照明装置14由集成的蓄电器16供电。

蓄电器16进而连接至集成的感应充电接口17，该感应充电接口17使得能够对蓄电器16进行无线感应充电。为此，施涂器8被施涂机器人1移动到感应充电电源18附近，以使得然后可以通过感应充电接口17从感应充电电源18对蓄电器16充电。

此外，施涂器8还具有结构上集成的无线数据接口19(例如：蓝牙接口，Wi-Fi接口)，以便能够与分析评估单元(例如机器人控制器)通信。例如，由摄像头11记录的相机图像可以经由无线数据接口19发送给机器人控制器，以使得机器人控制器可以基于所记录的相机图像来调试施涂路径。

还应该提到的是，可以通过材料供给装置20和管线装置21向施涂器8中的喷嘴9提供待施涂的材料。材料供给装置20仅示意性地示出并且还可以例如包括阀。

最后，应该提到的是，摄像头11、照明装置14、蓄电器16、感应充电接口17和无线数据接口19是通过线缆22、23、24、25连接的，这些线缆完全在施涂器内部延伸。因此，施涂器8的外轮廓不受线缆22-25干扰，这是有利的。

图4示出了一修改的实施例，该修改的实施例在很大程度上对应于上文在图3中描述的实施例，因此参考上文描述以避免赘述，其中，相同的附图标记用于适当的细节。

该实施例的一个特别特征是：摄像头11和照明装置14不是由蓄电器16供电，而是由线缆26供电，线缆26也在喷枪7内延伸。

另外，来自摄像头11的数据传输不是无线的，而是经由线缆27传输的，该线缆27也完全在施涂器8内或在喷枪7内延伸。

图5示出了具有附加的喷嘴装置28的集成摄像头11的另外的变型，该喷嘴装置吹出气幕29以保护摄像头11的透镜30免受过量的涂覆剂雾的污染(“喷溅”)。

最后，图6示出了可附接的偏转镜31，偏转镜31可通过螺纹连接32可拆卸地安装在摄像头11的透镜30上。

本发明不限于上文描述的优选实施例。而是，可能有大量的变型和修改，它们也利用了本发明的思想，因此落入保护范围内。特别地，本发明还要求独立于所引用的权利要求地保护从属权利要求的主题和特征，而尤其不考虑主权利要求的特征。因此，本发明包括彼此独立地享有保护的本发明的多个方面。

附图标记列表

1 施涂机器人

2 机器人基座

3 可旋转的机器人部件

4 近端机器人臂(“手臂1”)

5 远端机器人臂(“手臂2”)

6 机器人手轴

7 喷枪

8 施涂器

9 喷嘴

10 涂覆剂射流

11 摄像头

12 摄像头透镜

13 摄像头透镜

14 照明装置

15 施涂器的远端面

16 蓄电器

17 感应充电接口

18 感应充电电源

19 无线数据接口

20 材料供给装置

21 管线装置

22-25 线缆

26 线缆

27 线缆

28 喷嘴装置

29 气幕

30 透镜

31 偏转镜

32 螺纹连接

Claims (14)

1.一种施涂器(8)，其用于将涂覆剂、尤其是漆料、粘合剂、密封剂、绝缘材料或防腐剂施涂给一部件的部件表面、尤其是机动车车身部件的部件表面，其特征在于，所述施涂器具有摄像头(11)，所述摄像头在结构上集成在施涂器(8)中并且拍摄所述部件表面的相机图像。

2.根据权利要求1所述的施涂器(8)，其特征在于，所述摄像头(11)是立体摄像头，从而所述相机图像是立体相机图像。

3.根据前述权利要求中任一项所述的施涂器(8)，其特征在于，

a)施涂器(8)具有远端端部(15)，涂覆剂在该远端端部处通过喷嘴被施涂；并且

b)摄像头(11)位于施涂器(8)的远端端部(15)处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的施涂器(8)，其特征在于，所述施涂器具有：

a)用于向摄像头(11)供电和/或用于与摄像头(11)数据连接的摄像头线缆(22、23、25)，所述摄像头线缆(22、23、25)在施涂器内部延伸(8)，尤其是在施涂器(8)的喷枪内部延伸，和/或

b)在结构上集成在施涂器(8)中的照明装置(14)，所述照明装置(14)在摄像头(11)的视场中对所述部件表面进行照明，所述照明装置尤其构造成LED照明装置，和/或

c)喷嘴组件(28)，所述喷嘴组件用于吹出空气以保护摄像头(11)的透镜(30)免受污染。

5.根据前述权利要求中任一项所述的施涂器(8)，其特征在于，

a)偏转镜(31)被设置，所述偏转镜(31)布置在摄像头(11)的光轴上，所述偏转镜尤其具有45°±5°或90°±5°的偏转角，和/或

b)偏转镜(31)能够被布置在摄像头(11)上。

6.根据前述权利要求中任一项所述的施涂器(8)，其特征在于，所述施涂器具有用于向摄像头(11)供电的可再次充电的蓄电器(16)，所述蓄电器(16)在结构上集成在所述施涂器(8)中。

7.根据权利要求6所述的施涂器(8)，其特征在于，所述施涂器具有用于对所述施涂器(8)中的蓄电器(16)进行感应充电的感应充电接口，其中，所述感应充电接口(17)在结构上集成在所述施涂器(8)中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的施涂器(8)，其特征在于，所述施涂器具有无线数据接口(19)，所述无线数据接口在结构上集成在所述施涂器(8)中并用于集成的摄像头(11)与外部分析评估单元之间的数据通信，所述无线数据接口尤其构造成蓝牙接口或作为Wi-Fi接口。

9.根据前述权利要求中任一项所述的施涂器(8)，其特征在于，

a)摄像头(11)是内窥镜摄像头，和/或

b)摄像头(11)连接至机器人控制器，和/或

c)施涂器(8)具有喷嘴(9)，所述喷嘴(9)具有特定的施涂方向，并且摄像头(11)具有特定的光轴，喷嘴(9)的施涂方向和摄像头(11)的光轴彼此平行，和/或

d)摄像头(11)是视频图形阵列摄像头，和/或

e)摄像头(11)的透镜角度是至少30°、至少40°或至少50°，和/或

f)摄像头(11)的外部尺寸是30mm以下、20mm以下、10mm以下或甚至是7mm以下，和/或

g)施涂器(8)的防护等级对应于根据DIN EN 60529的防护等级IP67、IP68、IP69或IP69K。

10.一种涂覆机器人(1)，其具有多个可运动的机器人轴、尤其具有串行机器人运动学设计，涂覆机器人还具有根据前述权利要求中任一项所述的施涂器(8)。

11.一种用于根据权利要求10所述的涂覆机器人(1)的操作方法，所述操作方法包括以下步骤：

a)借助于涂覆机器人(1)沿施涂路径在部件表面上方移动施涂器(8)，

b)借助于施涂器(8)将涂敷剂施涂给部件表面，并且

c)借助于摄像头(11)拍摄部件表面的相机图像。

12.根据权利要求11所述的操作方法，其特征在于，所述操作方法还包括以下步骤：

a)通过分析评估所记录的相机图像来确定所述部件的位置、定向和/或形状，和/或

b)通过分析评估所记录的相机图像来记录所述部件的几何特征、尤其是重叠的接缝、边缘或间隙，和/或

c)根据所记录的相机图像、尤其根据所述部件的位置、定向和/或形状或者根据所述部件的几何特征来调适施涂路径。

13.根据权利要求11或12所述的操作方法，其特征在于，所述操作方法还包括以下步骤：

a)通过分析评估相机图像来检查涂覆剂射流，和/或

b)通过分析评估相机图像来检查施涂器(8)前方是否存在所述部件，和/或

c)通过分析评估相机图像来检查所施涂的涂层，尤其是检测所施涂的涂层中的缺陷。

14.根据权利要求11至13中任一项所述的操作方法，其特征在于，所述操作方法还包括以下步骤以用于给所述施涂器(8)中的蓄电器充电：

a)借助于涂覆机器人(1)将所述施涂器(8)移动到位于感应充电电源(18)附近的充电位置处，所述充电位置优选为所述涂覆机器人(1)的休息位置；并且

b)经由施涂器(8)中的感应充电接口(17)来从感应充电电源(18)向施涂器(8)中的蓄电器(16)进行感应无线充电。

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