CN116394664A - 基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印装置及控制系统 - Google Patents

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CN116394664A CN202310665237.0A CN202310665237A CN116394664A CN 116394664 A CN116394664 A CN 116394664A CN 202310665237 A CN202310665237 A CN 202310665237A CN 116394664 A CN116394664 A CN 116394664A
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Abstract

本发明公开了基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印装置及控制系统，涉及喷墨打印技术领域，包括多轴机械臂、控制计算机、喷墨打印头、喷头保湿清洗单元、机械臂控制单元和供墨单元，承印物定位检测单元，当对物体外部进行喷墨加工时，通过承印物定位检测单元对物体的形状和尺寸进行检测，并在检测过后进行固定。本发明可以实现在大面积、凹凸不平、曲率不规格的复杂曲面物体进行无缝图形、精准定位、一次成型的彩色打印，利用机械手技术和喷墨打印技术，实现在具有复杂物理几何形状的汽车表面上进行彩色打印，不但有效解决了现有汽车喷涂技术中色彩单一、喷涂不均匀、个性化难、工艺复杂和效率低的技术问题。

Description

基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印装置及控制系统
技术领域
本发明涉及喷墨打印技术领域，具体为基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印装置及控制系统。
背景技术
随着汽车智能制造新技术的不断推进，加速了国内汽车制造业的飞速发展，汽车制造在科技上不断的进步和创新，对产品的个性化需求也提出了更高的要求，同时也推动国内汽车制造业不断地转型升级，其中就包含汽车喷涂工业信息化技术，汽车喷涂工序是汽车生产过程中的一个重要环节，而影响喷涂效果如喷涂时间、涂层厚度的均匀性、喷涂色彩的丰富度及色彩度等的因素，主要有物体表面形状、喷枪参数、喷涂材料、喷涂工艺及喷涂环境等；
现阶段，喷涂技术的快速发展和产品的逐渐多样化，传统的喷涂技术已不能满足日渐复杂的喷涂工艺要求，在汽车制造中，由于品牌效益和个性化设计，大部分工业零部件的外观设计均采用不同曲率的自由曲面进行组合，组合形式复杂多变，针对于大面积、凹凸不平、曲率不规格的复杂曲面物体，无论是传统的人工喷涂工艺，还是喷涂机器人都是采用高压喷射技术来完成，高压喷射技术在实际应用过程中，由于高压喷枪喷射后的雾状涂料极易漂浮在工作空间内，所产生大量的苯、胺类、酸类等有害挥发物污染环境，同时还损害工人的身体健康等，针对复杂曲面喷涂时，高压喷射技术适应性弱，喷涂质量差，工艺流程复杂、工艺要求高、喷涂效率低、个性化程度弱、色彩单一的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印装置及控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，包括多轴机械臂、控制计算机、喷墨打印头、喷头保湿清洗单元、机械臂控制单元和供墨单元；
承印物定位检测单元，当对物体外部进行喷墨加工时，通过承印物定位检测单元对物体的形状和尺寸进行检测，并在检测过后进行固定；
打印控制单元，当承印物定位检测单元检测完成后，把检测数据发送到打印控制单元后，对接收到的数据进行计算再把计算后的数据进行发送；
承印物曲面扫描单元，对放置后物体的表面进行扫描，并对扫描后的数据通过3D曲面投影算法进行计算，计算出承印物体的曲面信息，并把计算后的信息进行发送；
路径规划单元，对承印物曲面扫描单元扫描后的数据信息进行接收，并通过路径规划算法对数据进行计算，计算后把最优的移动路径发送给打印控制单元，且打印控制单元对接收的数据信息进行处理后，再发送到承印物曲面扫描单元；
喷墨打印控制单元，对打印控制单元的数据进行接收，且同时把信息发送到喷墨打印头和供墨单元，并控制喷墨打印头进行喷墨，通过喷墨打印头把墨喷到承印物体外部，且供墨单元对喷墨打印头进行稳定的供墨。
优选的，所述多轴机械臂底端通过螺栓安装有基座，所述喷墨打印头安装在多轴机械臂右侧操作端底部，且用于打印作业，所述打印控制单元安装在多轴机械臂左侧端，所述打印控制单元与控制计算机电性连接，且用于控制多轴机械臂和喷墨打印头，所述喷墨打印控制单元同时把控制信息发送给同步控制器单元，并通过同步控制器单元把接收后的信息直接发送给机械臂控制单元，通过机械臂控制单元控制多轴机械臂，并通过多轴机械臂带动控制喷墨打印头进行移动。
优选的，所述供墨单元包括墨罐、压力大小检测模块、二级墨盒和负压模块，通过喷墨打印控制单元对打印的墨量进行严格的控制，且二级墨盒连续对喷墨打印头进行供墨，且负压模块用于检测二级墨盒内部压力的大小，并控制抽墨泵将墨罐内部墨水供应到二级墨盒内部，打印工作中，二级墨盒和压力大小检测模块跟随喷墨打印头移动，并将喷墨打印头内部压力问题转移为二级墨盒内部压力问题，通过设置墨罐、墨管和负压模块，解决二级墨盒内部压力问题。
优选的，所述喷头保湿清洗单元对打印控制单元的数据进行接收，并通过喷头保湿清洗单元把数据发送到喷墨打印头，在喷墨打印头每次进行打印任务前后，通过控制喷墨打印头的原点定位，将喷墨打印头设置为每完成一次打印作业后回到起始点，并在喷墨打印头起始点位置设置喷墨打印自动清洗模块，实时配合控制喷墨打印头的运动，实现喷墨打印头在打印前和打印后的自动清洗。
优选的，所述喷头保湿清洗单元元对打印控制单元的数据进行接收，并通过喷头保湿清洗单元把数据发送到喷墨打印头，在喷墨打印头打印作业完成后，喷墨打印头处于闲置或待机状态，喷墨打印头自动回到起始点，并将带有保湿液的保湿机构升高至设定位置，保证保湿机构与喷墨打印头底面处于紧密贴合状态，从而隔绝喷墨打印头内部与空气接触进行保湿，所述多轴机械臂底端通过螺栓安装有基座，所述基座底端通过螺栓安装有固定底板。
优选的，所述喷墨打印头内部两侧中部通过螺栓分别安装有第一喷头和第二喷头，所述喷墨打印头内部顶端四角处通过螺栓安装有距离传感器，所述喷墨打印头内部顶端四周位于距离传感器的一侧安装有惯性检测模块，所述喷墨打印头内部顶端中部前侧通过螺栓安装有激光投影仪，所述喷墨打印头内部顶端通过螺栓安装有两个照明灯，所述喷墨打印头内部顶端位于激光投影仪的一侧安装有图像采集模块，所述多轴机械臂包括六个电机，且多轴机械臂的六个电机最终实现喷墨打印头的X/Y/Z轴运动、角度倾斜和X/Y/Z轴运动补偿。
优选的，所述承印物曲面扫描单元包括色彩管理单元，且通过3D曲面投影算法与色彩管理单元将获取的投影图像信息、打印图形信息和喷头打印参数信息进行分析，从而将打印图形进行分割和变形，并将处理后的图形进行光栅化处理，所述惯性检测模块分别检测喷墨打印头在轴内的运动数据，惯性检测模块将t时刻检测的喷墨打印头X/Y/Z信息和t+1时刻的检测的喷墨打印头X/Y/Z信息反馈给打印控制单元，在获取两个时刻不同的X/Y/Z三轴信息后，对两个不同时刻的信息进行分析，从而获得打印头角度运动信息，再将获得的角度运动信息与路径规划算法进行计算分析，判断打印头的运动信息是否存在误差，如果存在误差，打印控制单元会根据分析的误差对机械臂控制单元进行控制，并驱动机械手作位置误差补偿，3D投影算法具体为：
Figure SMS_1
Figure SMS_2
其中，Y方向的分辨率由喷头的喷孔分辨率决定，因而Y方向的PASS数目N取决于喷头有效宽度L、PASS连接补偿百分比
Figure SMS_3
(Stiching)、喷头原始分辨率/>
Figure SMS_4
和Y方向的分辨率要求Ry。
优选的，所述激光投影仪将激光线投影到承印物的打印曲面上，通过图像采集模块将投影后的图像反馈给打印控制单元，所述路径规划单元包括图片曲率转化模块，通过图片曲率转化模块针对不规格曲面的物体，将二维的打印图像转换为匹配的三维图像，还需要对栅格化后的图片进行适合喷墨打印的分割和曲率转换，
路径规划算法具体为：
Figure SMS_5
其中，
Figure SMS_7
为展平后平面宽度 (mm)，/>
Figure SMS_9
为展平后平面长度 (mm)，Rx*Ry为图片分辨率要求 (dpi)，/>
Figure SMS_12
为喷墨频率 (kHz)，/>
Figure SMS_8
为喷头有效宽度（mm），/>
Figure SMS_11
为喷头原始分辨率(npi)，/>
Figure SMS_13
为连接补偿百分比，/>
Figure SMS_14
为机械手加速度 （/>
Figure SMS_6
），/>
Figure SMS_10
为机械手悬停时间（s），
Figure SMS_15
其中，喷头有效宽度为W，最远可喷射距离为d，需要打印的曲面曲率半径为r，则通过计算下列方程可得出三者之间的关系，根据选用喷头的特性，我们可以通过喷头所在轮廓的曲率半径得知喷头上所有喷孔在每个路径点上与物件表面的距离是否小于可喷射距离，即曲率半径需满足
Figure SMS_16
否则，则需要通过改变路径或者改变喷头倾斜角度，来达到均匀喷射的目的。
优选的，所述负压模块的输出端与压力大小检测模块的输入端电性连接，所述压力大小检测模块的输出端分别与墨罐和二级墨盒电性连接，所述二级墨盒的输出端分别与负压模块和喷墨打印头电性连接，所述负压模块的输出端与压力大小检测模块电性连接，所述喷墨打印控制单元的输出端与喷墨打印头电性连接。
优选的，所述承印物定位检测单元与打印控制单元电性连接，所述承印物曲面扫描单元与路径规划单元电性连接，所述路径规划单元与打印控制单元电性连接，所述打印控制单元分别与喷墨打印控制单元、承印物曲面扫描单元和喷头保湿清洗单元电性连接，所述喷墨打印控制单元分别与喷墨打印头、同步控制器单元和供墨单元电性连接，所述同步控制器单元与机械臂控制单元电性连接，所述机械臂控制单元与多轴机械臂电性连接，所述多轴机械臂与喷墨打印头电性连接，所述喷头保湿清洗单元与喷墨打印头电性连接。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、本发明通过综合的喷墨打印控制，可以实现在大面积、凹凸不平、曲率不规格的复杂曲面物体进行无缝图形、精准定位、一次成型的彩色打印，利用机械手技术和喷墨打印技术实现在具有复杂物理几何形状,的汽车表面上进行彩色打印，不但有效解决了现有汽车喷涂技术中色彩单一、喷涂不均匀、个性化难、工艺复杂和效率低的技术问题，还解决了现有喷漆喷涂技术耗费大量原材料、耗能高、对环境造成负面影响的问题，增加了对环境的保护更加的环保，此外，该技术还可以应用到飞机、火车、航天航空、医疗器械、工艺品等制造领域；
2、本发明同时实现非接触式彩色喷墨打印技术，可以直接在车辆表面上进行彩色图像输出，打印过程中喷墨打印头与打印物体保持有效喷墨距离，无需人工铺设遮蔽材料，有效降低了出错概率和运营成本，也实现了打印图案的个性化设计，并在彩色涂料的控制方面极其严格，每次喷射出来的涂料极少，喷射出来的涂料在极短的时间内就附着在打印物体表面上，不会出现涂料漂浮在工作空间内，从而在根源上解决了现有喷漆喷涂技术耗费大量原材料、耗能高、对环境造成负面影响的问题。
附图说明
图1为本发明实施例提供的多轴机械臂立体结构示意图；
图2为本发明实施例提供的整体系统框图；
图3为本发明实施例提供的供墨单元内部系统框图；
图4为本发明实施例提供的多轴机械臂的打印程序框图；
图5为本发明实施例提供的同步控制器单元的程序框图；
图6为本发明实施例提供的机械手与喷头运行流程图；
图7为本发明实施例提供的喷墨打印头内部仰视的结构图。
图中：1、基座；2、多轴机械臂；3、控制计算机；4、固定底板；5、第一喷头；6、喷墨打印头；7、承印物定位检测单元；8、承印物曲面扫描单元；9、路径规划单元；10、打印控制单元；11、喷头保湿清洗单元；12、同步控制器单元；13、机械臂控制单元；14、供墨单元；15、喷墨打印控制单元；16、图像采集模块；17、惯性检测模块；18、照明灯；19、激光投影仪；20、距离传感器；21、第二喷头。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1-7，本发明提供一种技术方案：基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印装置及控制系统，包括多轴机械臂2、控制计算机3、喷墨打印头6、喷头保湿清洗单元11、机械臂控制单元13和供墨单元14；
承印物定位检测单元7，当对物体外部进行喷墨加工时，通过承印物定位检测单元7对物体的形状和尺寸进行检测，并在检测过后进行固定；
打印控制单元10，当承印物定位检测单元7检测完成后，把检测数据发送到打印控制单元10后，对接收到的数据进行计算再把计算后的数据进行发送；
承印物曲面扫描单元8，对放置后物体的表面进行扫描，并对扫描后的数据通过3D曲面投影算法进行计算，计算出承印物体的曲面信息，并把计算后的信息进行发送；
路径规划单元9，对承印物曲面扫描单元8扫描后的数据信息进行接收，并通过路径规划算法对数据进行计算，计算后把最优的移动路径发送给打印控制单元10，且打印控制单元10对接收的数据信息进行处理后，再发送到承印物曲面扫描单元8；
喷墨打印控制单元15，对打印控制单元10的数据进行接收，且同时把信息发送到喷墨打印头6和供墨单元14，并控制喷墨打印头6进行喷墨，通过喷墨打印头6把墨喷到承印物体外部，且供墨单元14对喷墨打印头6进行稳定的供墨。
多轴机械臂2底端通过螺栓安装有基座1，喷墨打印头6安装在多轴机械臂2右侧操作端底部，且用于打印作业，打印控制单元10安装在多轴机械臂2左侧端，打印控制单元10与控制计算机3电性连接，且用于控制多轴机械臂2和喷墨打印头6，喷墨打印控制单元15同时把控制信息发送给同步控制器单元12，并通过同步控制器单元12把接收后的信息直接发送给机械臂控制单元13，通过机械臂控制单元13控制多轴机械臂2，并通过多轴机械臂2带动控制喷墨打印头6进行移动；
多轴机械臂2底端通过螺栓安装有基座1，喷墨打印头6安装在多轴机械臂2右侧操作端底部，且用于打印作业，打印控制单元10安装在多轴机械臂2左侧端，打印控制单元10与控制计算机3电性连接，且用于控制多轴机械臂2和喷墨打印头6，喷墨打印控制单元15同时把控制信息发送给同步控制器单元12，并通过同步控制器单元12把接收后的信息直接发送给机械臂控制单元13，通过机械臂控制单元13控制多轴机械臂2，并通过多轴机械臂2带动控制喷墨打印头6进行移动；
喷头保湿清洗单元11对打印控制单元10的数据进行接收，并通过喷头保湿清洗单元11把数据发送到喷墨打印头6，在喷墨打印头6每次进行打印任务前后，通过控制喷墨打印头6的原点定位，将喷墨打印头6设置为每完成一次打印作业后回到起始点，并在喷墨打印头6起始点位置设置喷墨打印自动清洗模块，实时配合控制喷墨打印头6的运动，实现喷墨打印头6在打印前和打印后的自动清洗；
喷头保湿清洗单元11元对打印控制单元10的数据进行接收，并通过喷头保湿清洗单元11把数据发送到喷墨打印头6，在喷墨打印头6打印作业完成后，喷墨打印头6处于闲置或待机状态，喷墨打印头6自动回到起始点，并将带有保湿液的保湿机构升高至设定位置，保证保湿机构与喷墨打印头6底面处于紧密贴合状态，从而隔绝喷墨打印头6内部与空气接触进行保湿，多轴机械臂2底端通过螺栓安装有基座1，基座1底端通过螺栓安装有固定底板4；
喷墨打印头6内部两侧中部通过螺栓分别安装有第一喷头5和第二喷头21，喷墨打印头6内部顶端四角处通过螺栓安装有距离传感器20，喷墨打印头6内部顶端四周位于距离传感器20的一侧安装有惯性检测模块17，喷墨打印头6内部顶端中部前侧通过螺栓安装有激光投影仪19，喷墨打印头6内部顶端通过螺栓安装有两个照明灯18，喷墨打印头6内部顶端位于激光投影仪19的一侧安装有图像采集模块16，多轴机械臂2包括六个电机，且多轴机械臂2的六个电机最终实现喷墨打印头6的X/Y/Z轴运动、角度倾斜和X/Y/Z轴运动补偿，在通过多轴机械臂2带动喷墨打印头6进行水平移动喷墨打印时，如果自左往右进行打印的话，先通过第一喷头5在物体表面打印上一层底层物料，当喷墨打印头6持续往右侧移动时，就会通过第二喷头21把需要打印的物质直接喷在底层物料上，且进行打印的过程中，不需要多余的步骤直接一次打印完成，不会在打印的过程中与外部的物体进行接触，实现非接触进行喷墨打印；
承印物曲面扫描单元8包括色彩管理单元，且通过3D曲面投影算法与色彩管理单元将获取的投影图像信息、打印图形信息和喷头打印参数信息进行分析，从而将打印图形进行分割和变形，并将处理后的图形进行光栅化处理，惯性检测模块17分别检测喷墨打印头6在3轴内的运动数据，惯性检测模块17将t时刻检测的喷墨打印头6X/Y/Z信息和t+1时刻的检测的喷墨打印头6X/Y/Z信息反馈给打印控制单元10，在获取两个时刻不同的X/Y/Z三轴信息后，对两个不同时刻的信息进行分析，从而获得打印头角度运动信息，再将获得的角度运动信息与路径规划算法进行计算分析，判断打印头的运动信息是否存在误差，如果存在误差，打印控制单元会根据分析的误差对机械臂控制单元进行控制，并驱动机械手作位置误差补偿，
3D投影算法具体为：
Figure SMS_17
Figure SMS_18
其中，Y方向的分辨率由喷头的喷孔分辨率决定，因而Y方向的PASS数目N取决于喷头有效宽度L、PASS连接补偿百分比
Figure SMS_19
(Stiching)、喷头原始分辨率/>
Figure SMS_20
和Y方向的分辨率要求Ry；激光投影仪19将激光线投影到承印物的打印曲面上，通过图像采集模块16将投影后的图像反馈给打印控制单元10，路径规划单元9包括图片曲率转化模块，通过图片曲率转化模块针对不规格曲面的物体，将二维的打印图像转换为匹配的三维图像，还需要对栅格化后的图片进行适合喷墨打印的分割和曲率转换，
路径规划算法具体为：
Figure SMS_22
其中，
Figure SMS_26
为展平后平面宽度 (mm)，/>
Figure SMS_29
为展平后平面长度 (mm)，Rx*Ry为图片分辨率要求 (dpi)，/>
Figure SMS_23
为喷墨频率 (kHz)，/>
Figure SMS_24
为喷头有效宽度（mm），/>
Figure SMS_27
为喷头原始分辨率(npi)，/>
Figure SMS_30
为连接补偿百分比，/>
Figure SMS_21
为机械手加速度 （/>
Figure SMS_25
），/>
Figure SMS_28
为机械手悬停时间（s），
Figure SMS_31
其中，喷头有效宽度为W，最远可喷射距离为d，需要打印的曲面曲率半径为r，则通过计算下列方程可得出三者之间的关系，根据选用喷头的特性，我们可以通过喷头所在轮廓的曲率半径得知喷头上所有喷孔在每个路径点上与物件表面的距离是否小于可喷射距离，即曲率半径需满足
Figure SMS_32
否则，则需要通过改变路径或者改变喷头倾斜角度，来达到均匀喷射的目的；
负压模块的输出端与压力大小检测模块的输入端电性连接，压力大小检测模块的输出端分别与墨罐和二级墨盒电性连接，二级墨盒的输出端分别与负压模块和喷墨打印头6电性连接，负压模块的输出端与压力大小检测模块电性连接，喷墨打印控制单元15的输出端与喷墨打印头6电性连接；
承印物定位检测单元7与打印控制单元10电性连接，承印物曲面扫描单元8与路径规划单元9电性连接，路径规划单元9与打印控制单元10电性连接，打印控制单元10分别与喷墨打印控制单元15、承印物曲面扫描单元8和喷头保湿清洗单元11电性连接，喷墨打印控制单元15分别与喷墨打印头6、同步控制器单元12和供墨单元14电性连接，同步控制器单元12与机械臂控制单元13电性连接，机械臂控制单元13与多轴机械臂2电性连接，多轴机械臂2与喷墨打印头6电性连接，喷头保湿清洗单元11与喷墨打印头6电性连接。
工作原理：本发明对汽车引擎盖、车门等曲面不规格的打印物体表面进行打印时，先通过激光投影仪19将激光线投影到承印物的打印曲面上，通过图像采集模块16将投影后的图像反馈给控制计算机3，获得承印物打印物体曲面形状的特征数据，并通过3D曲面投影算法与色彩管理单元将获取的投影图像信息、打印图形信息和喷墨打印头6打印参数信息进行分析，从而将打印图形进行分割和变形，并将处理后的图形进行光栅化处理，获得处理后的图形信息和路径信息，处理后的图形信息通过信号线传输给喷墨打印头6喷墨打印控制单元15，从而控制喷墨打印头6在打印曲面上打印出适合的图形；
并在获得图片信息时通过图片曲率转化模块和路径规划单元9，针对不规格曲面的物体，将二维的打印图像转换为匹配的三维图像，其中通过路径规划算法对路径进行规划和优化，并对栅格化后的图片进行适合喷墨打印的分割和曲率转换；
且处理后的图形信息内含有色彩信息和喷头点火频率信息，路径信息通过信号线传输给打印控制单元10，从而通过喷墨打印控制单元15、同步控制器12和机械臂控制单元13控制多轴机械臂2，并控制喷墨打印头6进行打印，其中，路径信息中包含多轴机械臂2的运动信息、喷墨打印头6角度运动信息和防碰撞信息；
通过惯性检测模块17将t时刻检测的喷墨打印头6X/Y/Z信息和t+1时刻的检测的喷墨打印头6X/Y/Z信息反馈给打印控制单元10，打印控制单元10在获取两个时刻不同的X/Y/Z三轴信息后，对两个不同时刻的信息进行计算分析，从而获得喷墨打印头6角度运动信息，再将获得的角度运动信息与系统内规划的路径规划算法进行计算分析，判断喷墨打印头6的运动信息是否存在误差，如果存在误差，打印控制系统会根据分析的误差对多轴机械臂2进行控制，并驱动多轴机械臂2作位置误差补偿；
同时多轴机械臂2的X/Y/Z三轴运动无法实现打印喷墨的精度要求，在打印过程中，通过设置控制计算机3，将多轴机械臂2的X/Y/Z三轴运动信息实时反馈给打印控制单元10，打印控制单元10通过编码系统的反馈信息控制多轴机械臂2进行X/Y/Z三轴的运动补偿，从而实现在曲面不规格的表面上进行精准打印；
最终，通过打印控制单元10和喷墨打印控制单元15控制并启动喷墨打印头6和多轴机械臂2驱动控制，控制多轴机械臂2和喷墨打印头6将转换后的图像打印到物体上，实现曲面打印，通过多轴机械臂2实现喷墨打印过程中，且在保证喷头面X、Y轴始终与空间打印的X、Y轴平行的同时还要实现喷头面与对应曲面的平行，且进行喷墨打印过程中不会与物体产生接触，以及打印的速度和精准度都非常高，不会产生浪费的情况；
在打印过程中通过供墨单元14，解决喷墨打印头6工作过程中移动的高度在不断变化时，引起喷墨打印头6内部压力的不断变化，导致喷墨打印头6内压力小于正常值，喷墨打印头6内出现供墨不足的现象，导致喷墨打印头6喷墨量达不到标准，故而出现打印色彩失真，严重的供墨不足直接导致喷墨打印头6无法打印出图案，以及由于喷墨打印头6内压力大于正常值，喷墨打印头6内出现供墨过溢的现象，导致喷墨打印头6喷墨量高于设定标准，故而出现打印色彩失真，严重的供墨过溢直接导致喷墨打印头6滴墨的现象发生，打印过程中出现滴墨现象将直接意味着打印作业的失败；
通过喷头保湿清洗单元11对喷墨打印头6内部通道、喷墨打印头6外部和供墨管道的疏通、清洁，解决打印原料的混乱、喷墨打印头6堵塞和供料不畅等问题，提升打印精度和成型效果；在打印过程中，喷墨打印头6设置机械防撞机构和光电感应机构，以确保喷墨打印头6在打印作业中，喷嘴面不因撞击而损坏。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (10)

1.基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于，包括多轴机械臂（2）、控制计算机（3）、喷墨打印头（6）、喷头保湿清洗单元（11）、机械臂控制单元（13）和供墨单元（14）；
承印物定位检测单元（7），当对物体外部进行喷墨加工时，通过承印物定位检测单元（7）对物体的形状和尺寸进行检测，并在检测过后进行固定；
打印控制单元（10），当承印物定位检测单元（7）检测完成后，把检测数据发送到打印控制单元（10）后，对接收到的数据进行计算再把计算后的数据进行发送；
承印物曲面扫描单元（8），对放置后物体的表面进行扫描，并对扫描后的数据通过3D曲面投影算法进行计算，计算出承印物体的曲面信息，并把计算后的信息进行发送；
路径规划单元（9），对承印物曲面扫描单元（8）扫描后的数据信息进行接收，并通过路径规划算法对数据进行计算，计算后把最优的移动路径发送给打印控制单元（10），且打印控制单元（10）对接收的数据信息进行处理后，再发送到承印物曲面扫描单元（8）；
喷墨打印控制单元（15），对打印控制单元（10）的数据进行接收，且同时把信息发送到喷墨打印头（6）和供墨单元（14），并控制喷墨打印头（6）进行喷墨，通过喷墨打印头（6）把墨喷到承印物体外部，且供墨单元（14）对喷墨打印头（6）进行稳定的供墨。
2.根据权利要求1所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述多轴机械臂（2）底端通过螺栓安装有基座（1），所述喷墨打印头（6）安装在多轴机械臂（2）右侧操作端底部，且用于打印作业，所述打印控制单元（10）安装在多轴机械臂（2）左侧端，所述打印控制单元（10）与控制计算机（3）电性连接，且用于控制多轴机械臂（2）和喷墨打印头（6），所述喷墨打印控制单元（15）同时把控制信息发送给同步控制器单元（12），并通过同步控制器单元（12）把接收后的信息直接发送给机械臂控制单元（13），通过机械臂控制单元（13）控制多轴机械臂（2），并通过多轴机械臂（2）带动控制喷墨打印头（6）进行移动。
3.根据权利要求1所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述供墨单元（14）包括墨罐、压力大小检测模块、二级墨盒和负压模块，通过喷墨打印控制单元（15）对打印的墨量进行严格的控制，且二级墨盒连续对喷墨打印头（6）进行供墨，且负压模块用于检测二级墨盒内部压力的大小，并控制抽墨泵将墨罐内部墨水供应到二级墨盒内部，打印工作中，二级墨盒和压力大小检测模块跟随喷墨打印头（6）移动，并将喷墨打印头（6）内部压力问题转移为二级墨盒内部压力问题，通过设置墨罐、墨管和负压模块，解决二级墨盒内部压力问题。
4.根据权利要求1所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述喷头保湿清洗单元（11）对打印控制单元（10）的数据进行接收，并通过喷头保湿清洗单元（11）把数据发送到喷墨打印头（6），在喷墨打印头（6）每次进行打印任务前后，通过控制喷墨打印头（6）的原点定位，将喷墨打印头（6）设置为每完成一次打印作业后回到起始点，并在喷墨打印头（6）起始点位置设置喷墨打印自动清洗模块，实时配合控制喷墨打印头（6）的运动，实现喷墨打印头（6）在打印前和打印后的自动清洗。
5.根据权利要求1所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述喷头保湿清洗单元（11）元对打印控制单元（10）的数据进行接收，并通过喷头保湿清洗单元（11）把数据发送到喷墨打印头（6），在喷墨打印头（6）打印作业完成后，喷墨打印头（6）处于闲置或待机状态，喷墨打印头（6）通过喷头保湿清洗单元（11）内部的回位功能自动回到起始点，并将带有保湿液的保湿机构升高至设定位置，保证保湿机构与喷墨打印头（6）底面处于紧密贴合状态，从而隔绝喷墨打印头（6）内部与空气接触进行保湿，所述多轴机械臂（2）底端通过螺栓安装有基座（1），所述基座（1）底端通过螺栓安装有固定底板（4）。
6.根据权利要求1所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述喷墨打印头（6）内部两侧中部通过螺栓分别安装有第一喷头（5）和第二喷头（21），所述喷墨打印头（6）内部顶端四角处通过螺栓安装有距离传感器（20），所述喷墨打印头（6）内部顶端四周位于距离传感器（20）的一侧安装有惯性检测模块（17），所述喷墨打印头（6）内部顶端中部前侧通过螺栓安装有激光投影仪（19），所述喷墨打印头（6）内部顶端通过螺栓安装有两个照明灯（18），所述喷墨打印头（6）内部顶端位于激光投影仪（19）的一侧安装有图像采集模块（16），所述多轴机械臂（2）包括六个电机，且多轴机械臂（2）的六个电机最终实现喷墨打印头（6）的X/Y/Z轴运动、角度倾斜和X/Y/Z轴运动补偿。
7.根据权利要求6所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述承印物曲面扫描单元（8）包括色彩管理单元，且通过3D曲面投影算法与色彩管理单元将获取的投影图像信息、打印图形信息和喷头打印参数信息进行分析，从而将打印图形进行分割和变形，并将处理后的图形进行光栅化处理，所述惯性检测模块（17）分别检测喷墨打印头（6）在3轴内的运动数据，惯性检测模块（17）将t时刻检测的喷墨打印头（6）X/Y/Z信息和t+1时刻的检测的喷墨打印头（6）X/Y/Z信息反馈给打印控制单元（10）。
8.根据权利要求6所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述激光投影仪（19）将激光线投影到承印物的打印曲面上，通过图像采集模块（16）将投影后的图像反馈给打印控制单元（10），所述路径规划单元（9）包括图片曲率转化模块，通过图片曲率转化模块针对不规格曲面的物体，将二维的打印图像转换为匹配的三维图像，还需要对栅格化后的图片进行适合喷墨打印的分割和曲率转换。
9.根据权利要求3所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述负压模块的输出端与压力大小检测模块的输入端电性连接，所述压力大小检测模块的输出端分别与墨罐和二级墨盒电性连接，所述二级墨盒的输出端分别与负压模块和喷墨打印头（6）电性连接，所述负压模块的输出端与压力大小检测模块电性连接，所述喷墨打印控制单元（15）的输出端与喷墨打印头（6）电性连接。
10.根据权利要求2所述的基于多轴机械手的汽车曲面部件喷墨打印的控制系统，其特征在于：所述承印物定位检测单元（7）与打印控制单元（10）电性连接，所述承印物曲面扫描单元（8）与路径规划单元（9）电性连接，所述路径规划单元（9）与打印控制单元（10）电性连接，所述打印控制单元（10）分别与喷墨打印控制单元（15）、承印物曲面扫描单元（8）和喷头保湿清洗单元（11）电性连接，所述喷墨打印控制单元（15）分别与喷墨打印头（6）、同步控制器单元（12）和供墨单元（14）电性连接，所述同步控制器单元（12）与机械臂控制单元（13）电性连接，所述机械臂控制单元（13）与多轴机械臂（2）电性连接，所述多轴机械臂（2）与喷墨打印头（6）电性连接，所述喷头保湿清洗单元（11）与喷墨打印头（6）电性连接。
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