CN115301517B - 一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法，属于风机修复技术领域，包括如下步骤：无人机采集风机叶片的点云图并传输给工控机；工控机根据点云图重建风机叶片模型，对表面深度大于1mm的区域做出标记，并传送给修复机器人；修复机器人通过自升降装置上升至风力发电机的叶片前方，并通过吸盘吸附在风机上，对风机叶片执行喷涂前检测程序；修复机器人对判定为需喷涂区域执行喷涂程序；修复机器人对风机叶片执行喷涂后检测程序；修复机器人通过自升降装置下降至地面，结束自动化喷涂工作。本发明能在空中完成对叶片的喷涂工序，安全性好，并且避免喷涂后出现有色差、流挂等现象。
Description
技术领域
本发明属于风机修复技术领域，具体涉及一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法。
背景技术
目前风机叶片缺陷修复中的喷涂工作都靠人工，喷涂的用量和时间都凭工人的经验所决定，经常导致喷涂到其他不需要维修的区域，并且在喷涂作业完成后出现有色差、流挂现象等问题，并且人工喷涂的效率低下，耗时耗力，一个五人的维修团队通常一天只能完成对于一个风机的喷涂工作，对喷涂完成后涂料是否固化也需要人工来判断，整个作业程序不能满足风机修复行业急速增加的业务量。。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术中存在的问题，提供了一种风机叶片自动化喷涂方法，通过修复机器人和无人机的配合，不拆卸叶片的前提下，在空中完成对叶片的喷涂工序，安全性好，不会喷涂到其他完好区域，施工完成不会有色差、流挂等现象，且从长远来看性价比较高。
技术方案如下：
一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法，包括通过无线网络相互通讯连接的无人机、修复机器人和工控机，修复机器人包括自升降装置、承载平台、机械臂、工具库、控制模块、能源动力模块；其中机械臂的一端设置有摄像头和快换装置，自升降装置和机械臂的另一端分别安装在承载平台上方的两端，承载平台上方的中间分别设置工具库、控制模块、能源动力模块，承载平台的底部四周设置有至少四个吸盘能源动力模块与自升降装置、承载平台、机械臂、控制模块电连接，控制模块包括单片机和数据库；工具库内设置有喷枪组件、毛刷组件、温湿度计组件和色差仪组件，各组件的上端均通过一圆环构件与机械臂的快换装置相适配；并执行如下步骤：
步骤S1：无人机沿着预设路径飞行，将修复机器人的自升降装置与风机相连，并通过机身自带的激光雷达采集风机叶片的点云图并传输给工控机；
步骤S2：工控机根据点云图重建风机叶片模型，使用软件对重建模型进行分割后对表面深度大于1mm的区域做出标记，并将标记后的模型图传送给修复机器人的控制模块；
步骤S3：修复机器人通过自升降装置上升至风力发电机的叶片前方，并通过吸盘吸附在风机上，对风机叶片执行喷涂前检测程序；
步骤S4：修复机器人对判定为需喷涂区域执行喷涂程序；
步骤S5：修复机器人对风机叶片执行喷涂后检测程序；
步骤S6：修复机器人通过自升降装置下降至地面，结束自动化喷涂工作。
进一步的，自升降装置包括导向支架、驱动电机、两个收绳器和三根缆绳；驱动电机并通过转轴与收绳器连接，两根缆绳的一端卷绕分别在两个收绳器中，另一端带有挂钩，穿过导向支架上固定的环后通过无人机固定在风机顶端，通过驱动电机的正反旋转带动收绳器收放缆绳，以起到拉动修复机器人上升和下降，另一根缆绳通过导向支架上固定的环和滑轮后将两端固定在地面上。
进一步的，快换装置为一个截面为凸字形的电控构件，其凸出部侧面设置有两个或以上的钢珠，钢珠后部为伸缩结构，在快换装置的控制下自由伸缩；各组件上的圆环构件内侧对应位置开有孔洞，钢珠伸出时卡入孔洞内，使得快换装置凸出部与圆环紧密连接。
进一步的，步骤S3中喷涂前的检测程序包括如下步骤：
步骤S31：通过机械臂上的摄像头拍摄风机叶片图像，保存到控制模块的数据库中；
步骤S32：用halcon软件对数据库中的图像进行二值化和增加滤波的操作，使图像中的条纹、颗粒等信息锐化；
步骤S33：统计条纹和颗粒等信息的总面积，将其与工控机传来的模型图进行差异对比，将差异面积大于一百平方毫米判定为需要修复区域，并按顺序标记编号。
进一步的，步骤S4中喷涂程序包括如下步骤：
步骤S41：机械臂移动至工具库，通过快换装置连接喷枪组件；
步骤S42：机械臂移动至风机叶片前，使用喷枪组件按编号顺序对标记区域进行喷涂；
步骤S43：机械臂将喷枪组件移动至工具库原位后解除连接，并重新连接工具库中的毛刷组件；
步骤S44：机械臂移动至风机叶片前，使用毛刷组件按编号顺序对步骤S42中的喷涂区域进行涂抹；
步骤S45：机械臂将毛刷组件移动至工具库原位后解除连接。
进一步的，步骤S5中，喷涂后的检测程序包括如下步骤：
步骤S51：对喷涂区域进行温湿度检测，不合格等待30分钟后再次检测，合格进入步骤S52；
步骤S52：对喷涂区域进行色差检测，不合格回到步骤S4，合格进入步骤S53；
步骤S53：通过机械臂上的摄像头拍摄风机叶片图像，保存到控制模块的数据库中；
步骤S54：用halcon软件对数据库中的图像进行二值化和增加滤波的操作，使图像中的条纹、颗粒等信息锐化；
步骤S55：统计条纹和颗粒等信息的总面积，将其与工控机传来的模型图进行差异对比，对差异面积大于一百平方毫米判定为需要修复区域，重新按顺序标记新编号并回到步骤S4，若不存在需要修复区域则进入步骤S6。
更进一步的，对喷涂区域进行温湿度检测步骤包括：
步骤S511：机械臂移动至工具库，通过快换装置连接温湿度计组件；
步骤S512：机械臂移动至风机叶片前，使用温湿度计组件的探针充分接触喷涂表面；
步骤S513：机械臂上的摄像头拍摄温湿度计组件读数保存到控制模块的数据库中；
步骤S514：使用halcon软件中的OCR字符识别模块对读数进行识别，读数小于30%判定为合格。
更进一步的，对喷涂区域进行色差检测步骤包括：
步骤S521：机械臂将温湿度计组件移动至工具库原位后解除连接，并重新连接工具库中的色差仪组件；
步骤S522：机械臂移动至风机叶片前，使用色差仪组件的探针充分接触喷涂表面；
步骤S523：机械臂上的摄像头拍摄色差仪组件读数保存到控制模块的数据库中；
步骤S524：使用halcon软件中的OCR字符识别模块对读数进行识别，读数小于2则判定为合格。
有益效果：
1)本发明通过修复机器人和无人机的配合，不拆卸叶片的前提下，在空中完成对叶片的喷涂工序，不需要人工操作，安全性好，且从长远来看性价比较高。
2)通过摄像头拍摄图片与叶片建模的对比检测，确保了机械臂喷涂位置的准确性。
3)机器人在喷涂完成后执行检测程序能确保喷涂后不会出现色差、流挂等现象。
附图说明
图1为本发明自动化喷涂流程图；
图2 为修复机器人的结构示意图；
图3为快换装置和圆环构件的结构示意图。
其中： 1为机械臂、11为摄像头、12为快换装置、121为钢珠、13为圆环构件、131为孔洞、2为承载平台、3为升降装置、4为工具库、5为控制模块、6为能源动力模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明：
如图1和图2所示一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法，包括通过无线网络相互通讯连接的无人机、修复机器人和工控机，修复机器人包括自升降装置3、承载平台2、机械臂1、工具库4、控制模块5、能源动力模块6；其中机械臂的一端设置有摄像头11和快换装置12，自升降装置和机械臂的另一端分别安装在承载平台上方的两端，承载平台上方的中间分别设置工具库、控制模块、能源动力模块，承载平台的底部四周设置有至少四个吸盘，能源动力模块与自升降装置、承载平台、机械臂、控制模块电连接，控制模块包括单片机和数据库；工具库内设置有喷枪组件、毛刷组件、温湿度计组件和色差仪组件，各组件的上端均通过一圆环构件13与机械臂的快换装置相适配；并执行如下步骤：
步骤S1：无人机沿着预设路径飞行，将修复机器人的自升降装置与风机相连，并通过机身自带的激光雷达采集风机叶片的点云图并传输给工控机；
步骤S2：工控机根据点云图重建风机叶片模型，使用软件对重建模型进行分割后对表面深度大于1mm的区域做出标记，并将标记后的模型图传送给修复机器人的控制模块；
步骤S3：修复机器人通过自升降装置上升至风力发电机的叶片前方，并通过吸盘吸附在风机上，对风机叶片执行喷涂前检测程序；
步骤S4：修复机器人对判定为需喷涂区域执行喷涂程序；
步骤S5：修复机器人对风机叶片执行喷涂后检测程序；
步骤S6：修复机器人通过自升降装置下降至地面，结束自动化喷涂工作。
自升降装置包括导向支架、驱动电机、两个收绳器和三根缆绳；驱动电机通过转轴与收绳器连接，两根缆绳的一端卷绕分别在两个收绳器中，另一端带有挂钩，穿过导向支架上固定的环后通过无人机固定在风机顶端，通过驱动电机的正反旋转带动收绳器收放缆绳，以起到拉动修复机器人上升和下降，另一根缆绳通过导向支架上固定的环和滑轮后将两端固定在地面上。
如图3所示，快换装置为一个截面为凸字形的电控构件，其凸出部侧面设置有两个或以上的钢珠121，钢珠后部为伸缩结构，在快换装置的控制下自由伸缩；各组件上的圆环构件内侧对应位置开有孔洞131，钢珠伸出时卡入孔洞内，使得快换装置凸出部与圆环紧密连接。
步骤S3中喷涂前的检测程序包括如下步骤：
步骤S31：通过机械臂上的摄像头拍摄风机叶片图像，保存到控制模块的数据库中；
步骤S32：用halcon软件对数据库中的图像进行二值化和增加滤波的操作，使图像中的条纹、颗粒等信息锐化；
步骤S33：统计条纹和颗粒等信息的总面积，将其与工控机传来的模型图进行差异对比，将差异面积大于一百平方毫米判定为需要修复区域，并按顺序标记编号。
步骤S4中喷涂程序包括如下步骤：
步骤S41：机械臂移动至工具库，通过快换装置连接喷枪组件；
步骤S42：机械臂移动至风机叶片前，使用喷枪组件按编号顺序对标记区域进行喷涂；
步骤S43：机械臂将喷枪组件移动至工具库原位后解除连接，并重新连接工具库中的毛刷组件；
步骤S44：机械臂移动至风机叶片前，使用毛刷组件按编号顺序对步骤S42中的喷涂区域进行涂抹；
步骤S45：机械臂将毛刷组件移动至工具库原位后解除连接。
步骤S5中，喷涂后的检测程序包括如下步骤：
步骤S51：对喷涂区域进行温湿度检测，不合格等待30分钟后再次检测，合格进入步骤S52；
步骤S52：对喷涂区域进行色差检测，不合格回到步骤S4，合格进入步骤S53；
步骤S53：通过机械臂上的摄像头拍摄风机叶片图像，保存到控制模块的数据库中；
步骤S54：用halcon软件对数据库中的图像进行二值化和增加滤波的操作，使图像中的条纹、颗粒等信息锐化；
步骤S55：统计条纹和颗粒等信息的总面积，将其与工控机传来的模型图进行差异对比，对差异面积大于一百平方毫米判定为需要修复区域，重新按顺序标记新编号并回到步骤S4，若不存在需要修复区域则进入步骤S6。
对喷涂区域进行温湿度检测步骤包括：
步骤S511：机械臂移动至工具库，通过快换装置连接温湿度计组件；
步骤S512：机械臂移动至风机叶片前，使用温湿度计组件的探针充分接触喷涂表面；
步骤S513：机械臂上的摄像头拍摄温湿度计组件读数保存到控制模块的数据库中；
步骤S514：使用halcon软件中的OCR字符识别模块对读数进行识别，读数小于30%判定为合格。
对喷涂区域进行色差检测步骤包括：
步骤S521：机械臂将温湿度计组件移动至工具库原位后解除连接，并重新连接工具库中的色差仪组件；
步骤S522：机械臂移动至风机叶片前，使用色差仪组件的探针充分接触喷涂表面；
步骤S523：机械臂上的摄像头拍摄色差仪组件读数保存到控制模块的数据库中；
步骤S524：使用halcon软件中的OCR字符识别模块对读数进行识别，读数小于2则判定为合格。
实施例：决定采用喷涂的方法对风机叶片缺陷修复时，先将修复机器人自升降装置的一根缆绳固定在地面，再设定无人机飞行路径，经过风机顶部时将自升降装置的另外两根缆绳一端的挂钩固定在风机顶端，在飞到风机叶片前通过机身自带的激光雷达采集风机叶片的点云图并传输给工控机；通过工控机根据点云图重建风机叶片模型，使用LiDAR360软件对重建模型进行分割后对表面深度大于1mm的区域做出标记，并将标记后的模型图传送给修复机器人的控制模块；修复机器人通过自升降装置的驱动电机的正旋转带动收绳器收紧缆绳上升至风力发电机的叶片前方，并通过吸盘吸附在风机机身或叶片上，对风机叶片执行喷涂前检测程序，即通过机械臂上的摄像头拍摄风机叶片图像，再用halcon软件对数据库中的图像进行二值化和增加滤波的操作，使图像中的条纹、颗粒等信息锐化，最后统计条纹和颗粒等信息的总面积，将其与工控机传来的模型图进行差异对比，将差异面积大于一百平方毫米判定为需要修复区域，并按顺序标记编号；修复机器人对判定为需喷涂区域执行喷涂程序，具体包括用机械臂连接工具库中的喷枪组件按编号顺序对标记区域进行喷涂和机械臂连接工具库中的毛刷组件按编号顺序对喷涂区域进行涂抹；修复机器人对风机叶片执行喷涂后检测程序，具体包括使用工具库中的温湿度计组件的探针充分接触喷涂表面，在机械臂上的摄像头拍摄温湿度计组件读数后，使用halcon软件中的OCR字符识别模块对读数进行识别，读数小于30%判定为合格，不合格等待30分钟后再次检测，合格后使用工具库中的色差仪组件的探针充分接触喷涂表面，在机械臂上的摄像头拍摄色差仪组件读数后，使用halcon软件中的OCR字符识别模块对读数进行识别，读数小于2则判定为合格，不合格则重新喷涂，合格后通过机械臂上的摄像头拍摄风机叶片图像，再用halcon软件对数据库中的图像进行二值化和增加滤波的操作，使图像中的条纹、颗粒等信息锐化；统计条纹和颗粒等信息的总面积，将其与工控机传来的模型图进行差异对比，对差异面积大于一百平方毫米判定为需要修复区域，重新按顺序标记新编号并再次进行喷涂，若不存在需要修复区域则修复机器人通过自升降装置的驱动电机的反向旋转带动收绳器放松缆绳下降至地面，结束整个自动化喷涂工作。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则和精神之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法，其特征在于：包括通过无线网络相互通讯连接的无人机、修复机器人和工控机，修复机器人包括自升降装置（3）、承载平台（2）、机械臂（1），工具库（4）、控制模块（5）、能源动力模块（6）；其中机械臂的一端设置有摄像头（11）和快换装置（12），自升降装置和机械臂的另一端分别安装在承载平台上方的两端，承载平台上方的中间分别设置工具库、控制模块、能源动力模块，承载平台的底部四周设置有至少四个吸盘能源动力模块与自升降装置、承载平台、机械臂、控制模块电连接，控制模块包括单片机和数据库；工具库内设置有喷枪组件、毛刷组件、温湿度计组件和色差仪组件，各组件的上端均通过一圆环构件13与机械臂的快换装置相适配；所述的自升降装置包括导向支架、驱动电机、两个收绳器和三根缆绳；驱动电机通过转轴与收绳器连接，两根缆绳的一端卷绕分别在两个收绳器中，另一端带有挂钩，穿过导向支架上固定的环后通过无人机固定在风机顶端，通过驱动电机的正反旋转带动收绳器收放缆绳，以起到拉动修复机器人上升和下降，另一根缆绳通过导向支架上固定的环和滑轮后将两端固定在地面上；并执行如下步骤：
步骤S1：无人机沿着预设路径飞行，将修复机器人的自升降装置与风机相连，并通过机身自带的激光雷达采集风机叶片的点云图并传输给工控机；
步骤S2：工控机根据点云图重建风机叶片模型，使用软件对重建模型进行分割后对表面深度大于1mm的区域做出标记，并将标记后的模型图传送给修复机器人的控制模块；
步骤S3：修复机器人通过自升降装置上升至风力发电机的叶片前方，并通过吸盘吸附在风机上，对风机叶片执行喷涂前检测程序，检测程序包括如下步骤：
步骤S31：通过机械臂上的摄像头拍摄风机叶片图像，保存到控制模块的数据库中；
步骤S32：用halcon软件对数据库中的图像进行二值化和增加滤波的操作，使图像中的条纹、颗粒等信息锐化；
步骤S33：统计条纹和颗粒等信息的总面积，将其与工控机传来的模型图进行差异对比，将差异面积大于一百平方毫米判定为需要修复区域，并按顺序标记编号；
步骤S4：修复机器人对判定为需喷涂区域执行喷涂程序；
步骤S5：修复机器人对风机叶片执行喷涂后检测程序，包括如下步骤：
步骤S51：对喷涂区域进行温湿度检测，不合格等待30分钟后再次检测，合格进入步骤S52；
步骤S52：对喷涂区域进行色差检测，不合格回到步骤S4，合格进入步骤S53；
步骤S53：通过机械臂上的摄像头拍摄风机叶片图像，保存到控制模块的数据库中；
步骤S54：用halcon软件对数据库中的图像进行二值化和增加滤波的操作，使图像中的条纹、颗粒等信息锐化；
步骤S55：统计条纹和颗粒等信息的总面积，将其与工控机传来的模型图进行差异对比，对差异面积大于一百平方毫米判定为需要修复区域，重新按顺序标记新编号并回到步骤S4，若不存在需要修复区域则进入步骤S6；
步骤S6：修复机器人通过自升降装置下降至地面，结束自动化喷涂工作。
2.如权利要求1所述的一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法，其特征在于：所述的快换装置为一个截面为凸字形的电控构件，其凸出部侧面设置有两个或以上的钢珠（121），钢珠后部为伸缩结构，在快换装置的控制下自由伸缩；各组件上的圆环构件内侧对应位置开有孔洞（131），钢珠伸出时卡入孔洞内，使得快换装置凸出部与圆环紧密连接。
3.如权利要求1所述的一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法，其特征在于所述步骤S4中喷涂程序包括如下步骤：
步骤S41：机械臂移动至工具库，通过快换装置连接喷枪组件；
步骤S42：机械臂移动至风机叶片前，使用喷枪组件按编号顺序对标记区域进行喷涂；
步骤S43：机械臂将喷枪组件移动至工具库原位后解除连接，并重新连接工具库中的毛刷组件；
步骤S44：机械臂移动至风机叶片前，使用毛刷组件按编号顺序对步骤S42中的喷涂区域进行涂抹；
步骤S45：机械臂将毛刷组件移动至工具库原位后解除连接。
4.如权利要求1所述的一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法，其特征在于对喷涂区域进行温湿度检测步骤包括：
步骤S511：机械臂移动至工具库，通过快换装置连接温湿度计组件；
步骤S512：机械臂移动至风机叶片前，使用温湿度计组件的探针充分接触喷涂表面；
步骤S513：机械臂上的摄像头拍摄温湿度计组件读数保存到控制模块的数据库中；
步骤S514：使用halcon软件中的OCR字符识别模块对读数进行识别，读数小于30%判定为合格。
5.如权利要求1所述的一种用于风机叶片缺陷修复的自动化喷涂方法，其特征在于对喷涂区域进行色差检测步骤包括：
步骤S521：机械臂将温湿度计组件移动至工具库原位后解除连接，并重新连接工具库中的色差仪组件；
步骤S522：机械臂移动至风机叶片前，使用色差仪组件的探针充分接触喷涂表面；
步骤S523：机械臂上的摄像头拍摄色差仪组件读数保存到控制模块的数据库中；
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- 2022-08-22 CN CN202211005931.1A patent/CN115301517B/zh active Active
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