CN112642619A - 一种智能喷涂机器人系统及其喷涂方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能喷涂机器人系统及其喷涂方法，该智能喷涂机器人系统包括扫描建模单元、离线编程单元、驱动控制单元、机器人本体及厚度检测单元；扫描建模单元对工件进行三维扫描与建模，得到模型数据；离线编程单元根据模型数据生成喷涂轨迹；驱动控制单元驱动机器人本体上的喷枪按喷涂轨迹运动并对工件进行喷涂作业；厚度检测单元检测涂层厚度数据并反馈给驱动控制单元，驱动控制单元根据检测数据校准喷涂工艺参数。该智能喷涂机器人系统通过三维扫描建模生成喷涂轨迹，适用于各种工件的喷涂，且喷涂轨迹精度较高；通过涂层厚度检测引入喷涂工艺参数误差校准机制，有效降低了喷涂轨迹误差、喷涂工艺参数误差等误差引起的喷涂质量问题。

Description

一种智能喷涂机器人系统及其喷涂方法

技术领域

本发明涉及智能喷涂技术领域，特别是涉及一种智能喷涂机器人系统及其喷涂方法。

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。喷涂机器人采用人工示教法或者离线编程法生成喷涂轨迹，并根据该喷涂轨迹命令机器人进行喷涂作业。人工示教的喷涂机器人在人工示教后喷涂作业，不同外观的工件分别需要至少一次人工示教，喷涂的效率低，且喷涂质量受限于示教工人的喷涂水平，如果喷涂轨迹的误差较大的话则喷涂质量不高；同时，考虑到可能会出现的喷涂工艺参数的细微波动或喷涂轨迹本身的误差，如果仍然按照预设喷涂工艺参数进行喷涂作业的话，则喷涂形成的涂层质量如涂层的厚度与表面平整度无法得到有效控制，则本次喷涂的喷涂质量不高，可能需要返工甚至废弃，喷涂效率相对较低，浪费成本。

因此，目前急需一种可以提高喷涂质量及喷涂效率的喷涂机器人。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种智能喷涂机器人技术方案，用于解决上述技术问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种智能喷涂机器人系统，包括扫描建模单元、离线编程单元、驱动控制单元、机器人本体、自动换色供漆单元及厚度检测单元；

所述扫描建模单元对待喷涂工件进行三维扫描与建模，得到三维模型数据；所述离线编程单元根据所述三维模型数据生成喷涂轨迹；所述机器人本体上设有喷枪；所述驱动控制单元驱动所述喷枪按照所述喷涂轨迹运动，同时，所述驱动控制单元驱动所述喷枪对所述待喷涂工件进行喷涂作业；所述自动换色供漆单元与所述喷枪连接，为所述喷枪提供多种颜色的涂料；

所述厚度检测单元对已喷涂区域的涂层厚度进行检测，并将涂层的实际厚度数据反馈给所述驱动控制单元；所述驱动控制单元根据所述实际厚度数据校准所述喷枪的喷涂工艺参数。

可选地，所述扫描建模单元包括三维激光扫描仪及计算机；所述三维激光扫描仪扫描得到所述待喷涂工件的点云数据；所述计算机上搭载有处理程序，通过所述处理程序对所述点云数据进行去噪、配准、精简及分割，并通过所述处理程序根据处理后的点云数据建模，得到所述待喷涂工件的三维模型数据。

可选地，所述离线编程单元先根据所述三维模型数据生成初始运动轨迹，再根据所述初始运动轨迹进行虚拟示教，最后根据所述虚拟示教的反馈结果对所述运动轨迹进行优化，得到优化后的运动轨迹。

可选地，所述驱动控制单元包括喷涂工艺控制模块及处理器；所述喷涂工艺控制模块驱动所述喷枪按照所述喷涂轨迹运动并调节控制所述喷枪的喷涂工艺参数；所述处理器根据所述实际厚度数据、目标厚度数据及预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数。

可选地，所述喷涂工艺参数包括所述喷枪的移动速度、喷涂距离及喷涂压力中的至少一种。

此外，为实现上述目的及其他相关目的，本发明还提供一种智能喷涂机器人系统的喷涂方法，包括步骤：

提供上述任一项所述的智能喷涂机器人系统；

对待喷涂工件进行三维扫描与建模，得到三维模型数据；

根据所述三维模型数据生成喷涂轨迹；

驱动所述喷枪按照所述喷涂轨迹运动，并控制所述喷枪按照预设喷涂工艺参数对所述待喷涂工件进行喷涂作业；

检测所述待喷涂工件上已喷涂区域的涂层厚度，得到涂层实际厚度数据；

根据涂层目标厚度数据、所述涂层实际厚度数据及所述预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数；以及

控制所述喷枪按照所述校准后的喷涂工艺参数对所述待喷涂工件进行喷涂作业。

可选地，所述检测所述待喷涂工件上已喷涂区域的涂层实际厚度数据的步骤包括：

将所述待喷涂工件的喷涂表面划分为多个面激光网格区；

在所述待喷涂工件的已喷涂区域，选定部分所述面激光网格区并检测对应的涂层厚度，得到所述涂层实际厚度数据。

可选地，所述根据涂层目标厚度数据、所述涂层实际厚度数据及所述预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数的步骤包括：

分析计算每个选定的所述面激光网格区中所述涂层实际厚度数据与涂层目标厚度数据的误差；

对多个所述面激光网格区中所述涂层实际厚度数据与涂层目标厚度数据的误差取平均值；

根据所述平均值及所述预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数。

可选地，周期性地对所述喷涂工艺参数进行校准。

如上所述，本发明的智能喷涂机器人系统具有以下有益效果：

1)、通过扫描建模单元的三维扫描与建模再生成喷涂轨迹，适用于各种外形的喷涂工件的喷涂，且得到的喷涂轨迹精度高，喷涂质量较好，喷涂效率高；

2)、通过厚度检测单元的涂层厚度检测引入喷涂工艺参数误差校准机制，能有效降低喷涂轨迹误差、喷涂工艺参数误差等误差而引起的喷涂质量问题，进一步提高喷涂质量与喷涂效率。

附图说明

图1显示为本发明实施例的智能喷涂机器人系统的结构示意图。

图2显示为本发明实施例的智能喷涂机器人系统的喷涂方法流程示意图。

图3显示为本发明实施例的喷涂工艺参数闭环控制体系。

具体实施方式

如前述在背景技术中所提及的，喷涂机器人采用人工示教法或者离线编程法生成喷涂轨迹，并根据该喷涂轨迹命令机器人进行喷涂作业。人工示教的喷涂机器人在人工示教后喷涂作业，不同外观的工件分别需要至少一次人工示教，喷涂的效率低，且喷涂质量受限于示教工人的喷涂水平，如果喷涂轨迹的误差较大的话则喷涂质量不高；同时，考虑到可能会出现的喷涂工艺参数的细微波动或喷涂轨迹本身的误差，如果喷涂时仍然按照预设喷涂工艺参数进行喷涂作业的话，则喷涂形成的涂层质量如涂层的厚度与表面平整度无法得到有效控制，则本次喷涂的喷涂质量不高，可能需要返工甚至废弃，喷涂效率相对较低，浪费成本。

基于此，本发明提出一种智能喷涂机器人系统，先利用三维扫描与建模生成喷涂轨迹，使得该喷涂机器人适用于各种外形的待喷涂工件的喷涂，且得到的喷涂轨迹精度比较高，喷涂质量较好；再通过涂层厚度检测引入喷涂工艺参数误差校准机制，将喷枪的实际喷涂轨迹误差、喷涂工件的位置误差及喷涂工艺参数误差等误差全部等价到喷涂工艺参数误差上，通过喷涂工艺参数误差校准机制能有效降低喷涂轨迹误差、喷涂工件的位置误差及喷涂工艺参数误差等误差而引起的喷涂质量问题，进一步提高喷涂质量。

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1显示为本发明实施例的智能喷涂机器人系统的结构示意图，请参见图1，本发明提供一种智能喷涂机器人系统，其包括扫描建模单元、离线编程单元、驱动控制单元、机器人本体、自动换色供漆单元及厚度检测单元；

扫描建模单元对待喷涂工件进行三维扫描与建模，得到三维模型数据；离线编程单元根据三维模型数据生成喷涂轨迹；机器人本体上设有喷枪；驱动控制单元驱动喷枪按照喷涂轨迹运动，同时，驱动控制单元驱动喷枪对待喷涂工件进行喷涂作业；自动换色供漆单元与喷枪连接，为喷枪提供多种颜色的涂料；

厚度检测单元对已喷涂区域的涂层厚度进行检测，并将涂层的实际厚度数据反馈给驱动控制单元；驱动控制单元根据实际厚度数据校准喷枪的喷涂工艺参数。

详细地，扫描建模单元包括三维激光扫描仪及计算机，三维激光扫描仪扫描得到待喷涂工件的点云数据；计算机上搭载有处理程序，计算机接收点云数据后，通过处理程序对点云数据进行去噪、配准、精简及分割等处理，并通过处理程序根据处理后的点云数据建模，得到待喷涂工件的三维模型数据。可以理解的是，扫描建模单元还包括支架、电源等各种适应性的配件，在此不再赘述。

详细地，离线编程单元包括轨迹规划子单元与轨迹验证子单元，轨迹规划子单元根据三维模型数据利用人工智能优化算法生成喷涂轨迹，轨迹验证子单元模拟验证喷涂轨迹是否能被执行。

更详细地，离线编程单元先根据三维模型数据生成初始运动轨迹，再根据初始运动轨迹进行虚拟示教，最后根据虚拟示教的反馈结果对运动轨迹进行优化，得到优化后的运动轨迹。

由上述分析可知，本发明的智能喷涂机器人系统利用三维扫描与建模生成喷涂轨迹，使得该喷涂机器人系统适用于各种外形的待喷涂工件的喷涂，且得到的喷涂轨迹精度比较高，后续喷涂质量较好。

详细地，驱动控制单元包括喷涂工艺控制模块及处理器；喷涂工艺控制模块驱动所述喷枪按照喷涂轨迹运动并调节控制喷枪的喷涂工艺参数；处理器根据实际厚度数据、目标厚度数据及预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数。其中，喷涂工艺参数包括喷枪的移动速度、喷涂距离及喷涂压力中的至少一种。

更详细地，喷涂工艺控制模块包括喷涂专家软件系统，涂装生产线的管理属于一个系统管理，包含涂装材料质量管理、涂装工艺及设备管理、涂装过程中流程管理、涂装车间的环境管理等，通过喷涂专家软件系统实现日程的可视化、进度的可视化、成本的可视化、负荷的可视化、实绩的可视化等方面的管理。

详细地，机器人本体上设有喷枪，机器人本体包括若干电机和依次连接的底座、腰座、大臂、三轴箱、小臂和机械手腕，喷枪固定在机械手腕上；机器人本体上设置有用于给电机供电的电机线和与喷枪相连的喷涂管，机器人本体上设置有电机线走线腔，电机线和电机均封装在电机线走线腔内，电机线走线腔为密闭的腔体，喷涂管设置在电机线走线腔外。其中，机器人本体为六关节型机器人。

详细地，自动换色供漆单元通过喷涂管为喷枪提供多种颜色的涂料。

详细地，厚度检测单元采用非接触式方法检测待喷涂工件表面已喷涂区域的涂层厚度，如利用激光跟踪仪检测涂层厚度；在检测时将待喷涂工件的表面划分为多个面激光网格区，随机选定已喷涂区域的部分面激光网格区，检测每个面激光网格区内的涂层厚度，并将检测到的涂层的实际厚度数据反馈给驱动控制单元；在驱动控制单元中，处理器分别分析每个面激光网格区内涂层的实际厚度数据与目标厚度数据的误差，再对多个面激光网格区内涂层的实际厚度数据与目标厚度数据的误差取平均值，根据该平均值及预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数并反馈给喷涂工艺控制模块。

此外，图2显示为本发明实施例的智能喷涂机器人系统的喷涂方法流程示意图，请参见图2，于本实施例中，本发明还提供一种上述智能喷涂机器人系统的喷涂方法，包括步骤：

S1、提供上述智能喷涂机器人系统；

S2、对待喷涂工件进行三维扫描与建模，得到三维模型数据；

S3、根据三维模型数据生成喷涂轨迹；

S4、驱动喷枪按照喷涂轨迹运动，并控制喷枪按照预设喷涂工艺参数对待喷涂工件进行喷涂作业；

S5、检测待喷涂工件上已喷涂区域的涂层厚度，得到涂层实际厚度数据；

S6、根据涂层目标厚度数据、涂层实际厚度数据及预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数；以及

S7、控制喷枪按照校准后的喷涂工艺参数对待喷涂工件进行喷涂作业。

详细地，在步骤S3中，在离线编程单元中，在三维模型数据的基础上，结合喷涂机器人的预设喷涂工艺参数(喷枪的移动速度、喷涂距离及喷涂压力等)利用人工智能优化算法生成喷涂轨迹。

详细地，检测待喷涂工件上已喷涂区域的涂层实际厚度数据的步骤S5进一步包括：

S51、将待喷涂工件的喷涂表面划分为多个面激光网格区；

S52、在待喷涂工件的已喷涂区域，选定部分面激光网格区并检测对应的涂层厚度，得到涂层实际厚度数据。

详细地，根据涂层目标厚度数据、涂层实际厚度数据及预设喷涂工艺参数进行解耦计算的步骤S6进一步包括：

S61、分析计算每个选定的面激光网格区中涂层实际厚度数据与涂层目标厚度数据的误差；

S62、对多个面激光网格区中涂层实际厚度数据与涂层目标厚度数据的误差取平均值；

S63、根据该平均值及预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数。

由上述分析可知，本发明的智能喷涂机器人系统通过厚度检测单元的涂层厚度检测引入了喷涂工艺参数误差校准机制，根据已喷涂区域的涂层厚度误差对后续喷涂的喷涂工艺参数进行调整，得到校准后的喷涂工艺参数，形成如图3所示的喷涂工艺参数闭环控制体系，能有效降低喷涂轨迹误差、喷涂工艺参数误差等误差而引起的喷涂质量问题，提高了喷涂质量与喷涂效率。

可选地，在该智能喷涂机器人系统的喷涂方法中，周期性地对喷涂工艺参数进行校准，进一步提高喷涂质量与喷涂效率。

综上所述，本发明提供的智能喷涂机器人系统，先利用三维扫描与建模生成喷涂轨迹，使得该喷涂机器人适用于各种外形的喷涂工件的喷涂，且得到的喷涂轨迹精度比较高，提高了后续喷涂质量与喷涂效率；再通过涂层厚度检测引入喷涂工艺参数误差校准机制，将喷涂轨迹误差、喷涂工艺参数误差等误差全部等价到喷涂工艺参数误差上，形成喷涂工艺参数的闭环控制，通过喷涂工艺参数误差校准机制能有效降低因喷涂轨迹误差、喷涂工件的位置误差及喷涂工艺参数误差等误差而引起的喷涂质量问题，进一步提高了喷涂质量与喷涂效率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种智能喷涂机器人系统，其特征在于，包括扫描建模单元、离线编程单元、驱动控制单元、机器人本体、自动换色供漆单元及厚度检测单元；

所述扫描建模单元对待喷涂工件进行三维扫描与建模，得到三维模型数据；所述离线编程单元根据所述三维模型数据生成喷涂轨迹；所述机器人本体上设有喷枪；所述驱动控制单元驱动所述喷枪按照所述喷涂轨迹运动，同时，所述驱动控制单元驱动所述喷枪对所述待喷涂工件进行喷涂作业；所述自动换色供漆单元与所述喷枪连接，为所述喷枪提供多种颜色的涂料；

所述厚度检测单元对已喷涂区域的涂层厚度进行检测，并将涂层的实际厚度数据反馈给所述驱动控制单元；所述驱动控制单元根据所述实际厚度数据校准所述喷枪的喷涂工艺参数。

2.根据权利要求1所述的智能喷涂机器人系统，其特征在于，所述扫描建模单元包括三维激光扫描仪及计算机；所述三维激光扫描仪扫描得到所述待喷涂工件的点云数据；所述计算机上搭载有处理程序，通过所述处理程序对所述点云数据进行去噪、配准、精简及分割，并通过所述处理程序根据处理后的点云数据建模，得到所述待喷涂工件的三维模型数据。

3.根据权利要求1所述的智能喷涂机器人系统，其特征在于，所述离线编程单元先根据所述三维模型数据生成初始运动轨迹，再根据所述初始运动轨迹进行虚拟示教，最后根据所述虚拟示教的反馈结果对所述运动轨迹进行优化，得到优化后的运动轨迹。

4.根据权利要求1所述的智能喷涂机器人系统，其特征在于，所述驱动控制单元包括喷涂工艺控制模块及处理器；所述喷涂工艺控制模块驱动所述喷枪按照所述喷涂轨迹运动并调节控制所述喷枪的喷涂工艺参数；所述处理器根据所述实际厚度数据、目标厚度数据及预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数。

5.根据权利要求1或4所述的智能喷涂机器人系统，其特征在于，所述喷涂工艺参数包括所述喷枪的移动速度、喷涂距离及喷涂压力中的至少一种。

6.一种智能喷涂机器人系统的喷涂方法，其特征在于，包括步骤：

提供如权利要求1-5中任一项所述的智能喷涂机器人系统；

对待喷涂工件进行三维扫描与建模，得到三维模型数据；

根据所述三维模型数据生成喷涂轨迹；

驱动所述喷枪按照所述喷涂轨迹运动，并控制所述喷枪按照预设喷涂工艺参数对所述待喷涂工件进行喷涂作业；

检测所述待喷涂工件上已喷涂区域的涂层厚度，得到涂层实际厚度数据；

根据涂层目标厚度数据、所述涂层实际厚度数据及所述预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数；以及

控制所述喷枪按照所述校准后的喷涂工艺参数对所述待喷涂工件进行喷涂作业。

7.根据权利要求6所述的智能喷涂机器人系统的喷涂方法，其特征在于，所述检测所述待喷涂工件上已喷涂区域的涂层实际厚度数据的步骤包括：

将所述待喷涂工件的喷涂表面划分为多个面激光网格区；

在所述待喷涂工件的已喷涂区域，选定部分所述面激光网格区并检测对应的涂层厚度，得到所述涂层实际厚度数据。

8.根据权利要求7所述的智能喷涂机器人系统的喷涂方法，其特征在于，所述根据涂层目标厚度数据、所述涂层实际厚度数据及所述预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数的步骤包括：

分析计算每个选定的所述面激光网格区中所述涂层实际厚度数据与涂层目标厚度数据的误差；

对多个所述面激光网格区中所述涂层实际厚度数据与涂层目标厚度数据的误差取平均值；

根据所述平均值及所述预设喷涂工艺参数进行解耦计算，得到校准后的喷涂工艺参数。

9.根据权利要求8所述的智能喷涂机器人系统的喷涂方法，其特征在于，周期性地对所述喷涂工艺参数进行校准。

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