CN116604478A - 智能喷砂房及其控制方法 - Google Patents

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CN116604478A CN202310634841.7A CN202310634841A CN116604478A CN 116604478 A CN116604478 A CN 116604478A CN 202310634841 A CN202310634841 A CN 202310634841A CN 116604478 A CN116604478 A CN 116604478A
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Abstract

本发明提供一种智能喷砂房及其控制方法，喷砂房内部设有天车，天车与喷砂房纵向滑动，天车上设有伸缩臂，伸缩臂下端与多自由度机械手连接，机械手端部设有多个喷嘴，喷砂房一侧的存砂房内部设有多个存砂罐，存砂罐通过喷砂管与机械手端部的喷嘴连通。摄像头工件的位置和大小来进行自动喷砂，实现灵活加工。从而通过该六自由度机械手数控喷砂机实现设备操纵简单可靠，整体上显著提高了企业的生产效率和产品的合格率的效果。

Description

智能喷砂房及其控制方法
技术领域
本发明涉及喷砂领域，尤其是涉及一种智能喷砂房及其控制方法。
背景技术
喷砂是以压缩空气为动力让砂材高速射向工件表面，使工件的表面获得一定的清洁度和不同的粗糙度，以实现粗化金属表面或去除金属表面的锈蚀物、氧化皮与其它脏污等达到装饰目的以及提高工件抗疲劳性的一种表面处理方法。
喷砂机即可对工件进行喷砂处理的机器，目前多数喷砂机主要采用单工位或多工位，固定或移动喷砂头的喷砂方式对工件进行加工。此种方式往往只能达到工件表面某一方向或某些方向的喷砂钝化效果，欲对整个工件表面进行全方位无死角喷砂时，则必须在加工过程中不断对工件的摆放位置或方向进行调整。显然，采用现有设备对工件进行喷砂钝化，不仅加工过程繁琐，生产连续性差，而且加工效率较低。
中国专利CN114211403A公开了一种六自由度机械手数控喷砂机，机箱，其内部形成有安装空间；操作台，包括圆盘工装和安装件，圆盘工装转动安装于安装件上；六自由度机械手安装于安装空间内，六自由度机械手可于喷砂区域内全方位活动；喷砂枪头包括喷砂管、导砂组件及调节组件；集砂组件，安装于安装空间内以收集漏孔所漏出的砂砾，且将所收集的砂砾再次输至喷砂管内喷砂；液晶操纵系统，安装于机箱上且分别控制六自由度机械手、导砂组件、调节组件的工作状态。
上述专利能够进行持续的全方位自动化喷砂加工，实现灵活加工路径的同时也能改变喷砂参数。
但是上述专利加工位置狭小，六自由度机械手的活动范围较小，且喷砂效果还需要人工观察对比，在对非标准工件进行喷砂时，还需要对六自由度机械手进行编程处理，没有解决生产连续性差的技术问题。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种智能喷砂房及其控制方法，解决现有设备对工件进行喷砂钝化，不仅加工过程繁琐，生产连续性差，而且加工效率较低的问题。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种智能喷砂房，喷砂房内部设有天车，天车与喷砂房纵向滑动，天车上设有伸缩臂，伸缩臂下端与多自由度机械手连接，机械手端部设有多个喷嘴，喷砂房一侧的存砂房内部设有多个存砂罐，存砂罐通过喷砂管与机械手端部的喷嘴连通。
优选方案中，天车上设有横向滑动的承载架，承载架通过电机驱动在天车上横向滑动，承载架顶部设有多个导向轮，喷砂管绕过导向轮喷嘴连通。
优选方案中，机械手端部与喷砂安装架连接，喷砂安装架一侧设有伸出的支撑柱，支撑柱端部设有安装板，安装板上设有多个卡耳，喷嘴通过卡耳固设在安装板上；
喷砂管穿过安装架的板体与喷嘴连通。
优选方案中，天车一侧还设有校准电机，校准电机输出端设有齿轮，天车导轨上设有齿条，齿条与齿轮啮合。
优选方案中，喷砂房内部两侧设有多个摄像头，摄像头与控制电脑电连接，控制电脑内部设有设觉识别系统；
视觉识别系统用于识别被喷砂的工具的位置和识别喷砂完成情况。
优选方案中，喷砂房内部设有喷砂调节座，喷砂房底板上设有，喷砂调节座与地轨，喷砂调节座与地轨滑动连接。
优选方案中，喷砂调节座包括底板，底板两侧设有支撑座，两个支撑座之间转动连接有转动板，转动板端部的转动轴与第一电机连接，转动板板体表面设有安装底座，安装底座与转动板转动连接，转动板下方设有第二电机，第二电机与安装底座连接。
优选方案中，第一电机输出端设有第一蜗杆，转动板端部的转动轴上设有第一蜗轮，第一蜗轮与第一蜗杆啮合；
第二电机输出端设有第二蜗杆，安装底座的转动轴上设有第二蜗轮，第二蜗轮与第二蜗杆啮合。
优选方案中，第一电机、第一蜗轮和第一蜗杆外部罩有第一保护罩；
第二电机、第二蜗轮和第二蜗杆外部罩有第二保护罩。
该方法包括：
S1、需要喷砂的物件安装在喷砂调节座的安装底座上，喷砂调节座通过地轨推入到喷砂房内部；
S2、多个摄像头对待喷砂物件进行拍照，多个摄像头的拍摄图像，使用立体重建技术将二维图像转化为三维点云数据，以计算物体的三维坐标，对于喷砂物件目标物体，使用目标检测和跟踪技术在多个摄像头中进行实时识别和跟踪；
多个摄像头拍摄到的三维坐标和目标检测结果，计算出物体在三维空间中的准确位置；
多摄像头联合视觉检测物体位置的算法公式可以表示为：P＝(A^-1)×b；
其中，P是待求解的物体位置坐标，A是各个摄像头视角下的特征点坐标矩阵，b是各个摄像头视角下的相机中心坐标向量；
该公式基于三角测量原理，通过解线性方程组计算物体在三维空间中的坐标；
S3、多摄像头联合视觉检测物体位置的算法包括基于卡尔曼滤波和粒子滤波的多目标跟踪算法、基于深度学习的目标检；
S4、检测出待喷砂物件的位置后，控制电脑控制机械手开始对待喷砂物件进行喷砂，对视觉目标检测结果的位置进行喷砂覆盖，摄像头多方位检测喷砂效果；
S5、出现死角、倒勾或者方向凹面结构时，喷砂调节座调整安装底座的旋转角度，喷砂调节座与多自由度的机械手配合对待喷砂物件进行喷砂；
S6、喷砂结束后，摄像头对喷砂后的物件进行多次拍照，检测喷砂后的物件表面是否达到喷砂合格的预设值；
S7、控制电脑对摄像头对喷砂后的物件进行多次拍照进行图像增强处理，采用直方图均衡化算法处理照片，输送带有数据的像素的灰度级别图像，灰度级别图像与数据库中的阀值进行对比，判断喷砂后的物件是否符合要求；
其中，直方图均衡化算法为；
其中，s为输出像素的灰度级别，r为输入像素的灰度级别，T(r)为变换函数，L为像素灰度级数，M和N分别为图像的行数和列数，nj为图像中具有灰度级别j的像素数；
进行直方图均衡化时，将当前像素的灰度级别值映射到新的灰度值，公式如下：
其中，h(i)表示原始图像中像素灰度值为i的像素数量，N是图像的总像素数，L是灰度级别数；
像素的灰度级别与数据库中的数据进行对比算法公式为：
Δ＝|p1-p2|
其中，p1和p2分别表示两个像素的灰度值；
Δ是它们之间的灰度差异，如果Δ很小，那么它们的灰度级别就很相似；
如果Δ很大，则它们的灰度级别之间的差异就很大。
本发明提供了一种智能喷砂房及其控制方法，通过机械手与喷砂调节座的数控系统的联合控制，机械手运行轨迹和喷砂调节座的偏转方向实现对安装底座上的工件可进行持续的全方位自动化喷砂加工；
喷砂房内部采用摄像头检测物体位置，摄像头工件的位置和大小来进行自动喷砂，实现灵活加工。从而通过该六自由度机械手数控喷砂机实现设备操纵简单可靠，整体上显著提高了企业的生产效率和产品的合格率的效果。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明喷砂房布局结构图；
图2是本发明喷砂房侧视三维结构图；
图3是本发明天车、机械手和喷砂调节座布局安装结构图；
图4是本发明天车与机械手安装结构图；
图5是本发明伸缩臂主视结构图；
图6是本发明伸缩臂内部结构原理图；
图7是本发明机械手安装喷嘴结构图；
图8是本发明喷砂调节座结构图；
图9是本发明喷砂调节座下方侧视结构图。
图中：喷砂房1；摄像头101；控制电脑102；存砂房2；存砂罐3；机械手4；天车5；校准电机501；齿条502；承载架503；导向轮6；门板7；喷砂调节座8；支撑座801；转动板802；安装底座803；第一蜗轮804；第一蜗杆805；第一电机806；第一保护罩807；第二电机808；第二蜗杆809；第二蜗轮810；第二保护罩811；地轨9；伸缩臂10；驱动电机1001；风琴罩1002；喷砂安装架11；支撑柱1101；安装板1102；喷嘴12；喷砂管13；卡耳14。
具体实施方式
实施例1
如图1～9所示，一种智能喷砂房，喷砂房1内部设有天车5，天车5与喷砂房1纵向滑动，天车5上设有伸缩臂10，伸缩臂10下端与多自由度机械手4连接，机械手4端部设有多个喷嘴12，喷砂房1一侧的存砂房2内部设有多个存砂罐3，存砂罐3通过喷砂管13与机械手4端部的喷嘴12连通。通过机械手4与喷砂调节座8的数控系统的联合控制，机械手4运行轨迹和喷砂调节座8的偏转方向实现对安装底座803上的工件可进行持续的全方位自动化喷砂加工；
喷砂房1内部采用摄像头101检测物体位置，摄像头101工件的位置和大小来进行自动喷砂，实现灵活加工。
伸缩臂10采用多线束驱动伸缩臂，伸缩臂10通过驱动电机1001驱动伸缩臂升降，伸缩臂10采用四节伸缩臂，伸缩臂10结构与吊车伸缩臂原理相同。
优选方案中，天车5上设有横向滑动的承载架503，承载架503通过电机驱动在天车5上横向滑动，承载架503顶部设有多个导向轮6，喷砂管13绕过导向轮6喷嘴12连通。导向轮6起到固定或者导向喷砂管13的作用，喷砂管13能够及时向喷嘴12提供喷砂。
优选方案中，机械手4端部与喷砂安装架11连接，喷砂安装架11一侧设有伸出的支撑柱1101，支撑柱1101端部设有安装板1102，安装板1102上设有多个卡耳14，喷嘴12通过卡耳14固设在安装板1102上；喷砂管13穿过安装架11的板体与喷嘴12连通。喷砂安装架11用于固定喷砂管13个多个喷嘴12。
优选方案中，天车5一侧还设有校准电机501，校准电机501输出端设有齿轮，天车5导轨上设有齿条502，齿条502与齿轮啮合。校准电机501主要用于校准天车5在导轨上的位置，天车5惯性滑动时，能够及时得到检测。
优选方案中，喷砂房1内部两侧设有多个摄像头101，摄像头101与控制电脑102电连接，控制电脑102内部设有设觉识别系统；视觉识别系统用于识别被喷砂的工具的位置和识别喷砂完成情况。
优选方案中，喷砂房1内部设有喷砂调节座8，喷砂房1底板上设有，喷砂调节座8与地轨9，喷砂调节座8与地轨9滑动连接。喷砂调节座8采用数控系统控制，通过机械手4与喷砂调节座8的数控系统的联合控制，机械手4运行轨迹和喷砂调节座8的偏转方向实现对安装底座803上的工件可进行持续的全方位自动化喷砂加工。
在位置控制中，通过编码器获取机床工件的位置信息，并与目标位置进行比较，使用PID控制算法来调节电机转速和方向，以实现精准的位置控制。
在速度控制中，根据需要的切削速度和负载情况，通过测量电机转速和电流来计算实际负载并调整控制信号，使电机保持恒定的速度。
这些控制算法可以通过数字信号处理器或专用控制器实现，以实现高精度、高速度和高可靠性的加工操作。
优选方案中，喷砂调节座8包括底板，底板两侧设有支撑座801，两个支撑座801之间转动连接有转动板802，转动板802端部的转动轴与第一电机806连接，转动板802板体表面设有安装底座803，安装底座803与转动板802转动连接，转动板802下方设有第二电机808，第二电机808与安装底座803连接。第一电机806驱动转动板802转动，第二电机808驱动安装底座803转动。喷砂调节座8采用数控系统控制，通过机械手4与喷砂调节座8的数控系统的联合控制，机械手4运行轨迹和喷砂调节座8的偏转方向实现对安装底座803上的工件可进行持续的全方位自动化喷砂加工。
优选方案中，第一电机806输出端设有第一蜗杆805，转动板802端部的转动轴上设有第一蜗轮804，第一蜗轮804与第一蜗杆805啮合；
第二电机808输出端设有第二蜗杆809，安装底座803的转动轴上设有第二蜗轮810，第二蜗轮810与第二蜗杆809啮合。蜗杆齿轮传动比较稳定，能够在高负载下保持较高的精度；蜗轮蜗杆传动具有较强的扭矩传递能力，可承受较大的负载和冲击负荷；由于摩擦阻力的作用，蜗杆齿轮具有很好的自锁性，不易滑动倒退；
优选方案中，第一电机806、第一蜗轮804和第一蜗杆805外部罩有第一保护罩807；第二电机808、第二蜗轮810和第二蜗杆809外部罩有第二保护罩811。第一保护罩807和第二保护罩811保护驱动位置的齿轮。
实施例2
结合实施例1进一步说明，如图1-9所示结构，需要喷砂的物件安装在喷砂调节座8的安装底座803上，喷砂调节座8通过地轨9推入到喷砂房1内部；
多个摄像头101对待喷砂物件进行拍照，多个摄像头的拍摄图像，使用立体重建技术将二维图像转化为三维点云数据，以计算物体的三维坐标，对于喷砂物件目标物体，使用目标检测和跟踪技术在多个摄像头中进行实时识别和跟踪；
多个摄像头拍摄到的三维坐标和目标检测结果，计算出物体在三维空间中的准确位置；
多摄像头联合视觉检测物体位置的算法公式可以表示为：P＝(A^-1)×b；
其中，P是待求解的物体位置坐标，A是各个摄像头视角下的特征点坐标矩阵，b是各个摄像头视角下的相机中心坐标向量；
该公式基于三角测量原理，通过解线性方程组计算物体在三维空间中的坐标；
多摄像头联合视觉检测物体位置的算法包括基于卡尔曼滤波和粒子滤波的多目标跟踪算法、基于深度学习的目标检；
检测出待喷砂物件的位置后，控制电脑102控制机械手4开始对待喷砂物件进行喷砂，对视觉目标检测结果的位置进行喷砂覆盖，摄像头101多方位检测喷砂效果；
出现死角、倒勾或者方向凹面结构时，喷砂调节座8调整安装底座803的旋转角度，喷砂调节座8与多自由度的机械手4配合对待喷砂物件进行喷砂；
喷砂结束后，摄像头101对喷砂后的物件进行多次拍照，检测喷砂后的物件表面是否达到喷砂合格的预设值；
控制电脑102对摄像头101对喷砂后的物件进行多次拍照进行图像增强处理，采用直方图均衡化算法处理照片，输送带有数据的像素的灰度级别图像，灰度级别图像与数据库中的阀值进行对比，判断喷砂后的物件是否符合要求；
其中，直方图均衡化算法为；
其中，s为输出像素的灰度级别，r为输入像素的灰度级别，T(r)为变换函数，L为像素灰度级数，M和N分别为图像的行数和列数，nj为图像中具有灰度级别j的像素数；
进行直方图均衡化时，将当前像素的灰度级别值映射到新的灰度值，公式如下：
其中，h(i)表示原始图像中像素灰度值为i的像素数量，N是图像的总像素数，L是灰度级别数；
像素的灰度级别与数据库中的数据进行对比算法公式为：
Δ＝|p1-p2|
其中，p1和p2分别表示两个像素的灰度值；
Δ是它们之间的灰度差异，如果Δ很小，那么它们的灰度级别就很相似；
如果Δ很大，则它们的灰度级别之间的差异就很大。
上述的实施例仅为本发明的优选技术方案，而不应视为对于本发明的限制，本发明的保护范围应以权利要求记载的技术方案，包括权利要求记载的技术方案中技术特征的等同替换方案为保护范围。即在此范围内的等同替换改进，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能喷砂房，其特征是：喷砂房(1)内部设有天车(5)，天车(5)与喷砂房(1)纵向滑动，天车(5)上设有伸缩臂(10)，伸缩臂(10)下端与多自由度机械手(4)连接，机械手(4)端部设有多个喷嘴(12)，喷砂房(1)一侧的存砂房(2)内部设有多个存砂罐(3)，存砂罐(3)通过喷砂管(13)与机械手(4)端部的喷嘴(12)连通。
2.根据权利要求1所述一种智能喷砂房，其特征是：天车(5)上设有横向滑动的承载架(503)，承载架(503)通过电机驱动在天车(5)上横向滑动，承载架(503)顶部设有多个导向轮(6)，喷砂管(13)绕过导向轮(6)喷嘴(12)连通。
3.根据权利要求1所述一种智能喷砂房，其特征是：机械手(4)端部与喷砂安装架(11)连接，喷砂安装架(11)一侧设有伸出的支撑柱(1101)，支撑柱(1101)端部设有安装板(1102)，安装板(1102)上设有多个卡耳(14)，喷嘴(12)通过卡耳(14)固设在安装板(1102)上；
喷砂管(13)穿过安装架(11)的板体与喷嘴(12)连通。
4.根据权利要求1所述一种智能喷砂房，其特征是：天车(5)一侧还设有校准电机(501)，校准电机(501)输出端设有齿轮，天车(5)导轨上设有齿条(502)，齿条(502)与齿轮啮合。
5.根据权利要求1所述一种智能喷砂房，其特征是：喷砂房(1)内部两侧设有多个摄像头(101)，摄像头(101)与控制电脑(102)电连接，控制电脑(102)内部设有设觉识别系统；
视觉识别系统用于识别被喷砂的工具的位置和识别喷砂完成情况。
6.根据权利要求1所述一种智能喷砂房，其特征是：喷砂房(1)内部设有喷砂调节座(8)，喷砂房(1)底板上设有，喷砂调节座(8)与地轨(9)，喷砂调节座(8)与地轨(9)滑动连接。
7.根据权利要求1所述一种智能喷砂房，其特征是：喷砂调节座(8)包括底板，底板两侧设有支撑座(801)，两个支撑座(801)之间转动连接有转动板(802)，转动板(802)端部的转动轴与第一电机(806)连接，转动板(802)板体表面设有安装底座(803)，安装底座(803)与转动板(802)转动连接，转动板(802)下方设有第二电机(808)，第二电机(808)与安装底座(803)连接。
8.根据权利要求7所述一种智能喷砂房，其特征是：第一电机(806)输出端设有第一蜗杆(805)，转动板(802)端部的转动轴上设有第一蜗轮(804)，第一蜗轮(804)与第一蜗杆(805)啮合；
第二电机(808)输出端设有第二蜗杆(809)，安装底座(803)的转动轴上设有第二蜗轮(810)，第二蜗轮(810)与第二蜗杆(809)啮合。
9.根据权利要求8所述一种智能喷砂房，其特征是：第一电机(806)、第一蜗轮(804)和第一蜗杆(805)外部罩有第一保护罩(807)；
第二电机(808)、第二蜗轮(810)和第二蜗杆(809)外部罩有第二保护罩(811)。
10.根据权利要求1-9任一项所述一种智能喷砂房的控制方法，其特征是：该方法包括：
S1、需要喷砂的物件安装在喷砂调节座(8)的安装底座(803)上，喷砂调节座(8)通过地轨(9)推入到喷砂房(1)内部；
S2、多个摄像头(101)对待喷砂物件进行拍照，多个摄像头的拍摄图像，使用立体重建技术将二维图像转化为三维点云数据，以计算物体的三维坐标，对于喷砂物件目标物体，使用目标检测和跟踪技术在多个摄像头中进行实时识别和跟踪；
多个摄像头拍摄到的三维坐标和目标检测结果，计算出物体在三维空间中的准确位置；
多摄像头联合视觉检测物体位置的算法公式可以表示为：P＝(A^-1)×b；
其中，P是待求解的物体位置坐标，A是各个摄像头视角下的特征点坐标矩阵，b是各个摄像头视角下的相机中心坐标向量；
该公式基于三角测量原理，通过解线性方程组计算物体在三维空间中的坐标；
S3、多摄像头联合视觉检测物体位置的算法包括基于卡尔曼滤波和粒子滤波的多目标跟踪算法、基于深度学习的目标检；
S4、检测出待喷砂物件的位置后，控制电脑(102)控制机械手(4)开始对待喷砂物件进行喷砂，对视觉目标检测结果的位置进行喷砂覆盖，摄像头(101)多方位检测喷砂效果；
S5、出现死角、倒勾或者方向凹面结构时，喷砂调节座(8)调整安装底座(803)的旋转角度，喷砂调节座(8)与多自由度的机械手(4)配合对待喷砂物件进行喷砂；
S6、喷砂结束后，摄像头(101)对喷砂后的物件进行多次拍照，检测喷砂后的物件表面是否达到喷砂合格的预设值；
S7、控制电脑(102)对摄像头(101)对喷砂后的物件进行多次拍照进行图像增强处理，采用直方图均衡化算法处理照片，输送带有数据的像素的灰度级别图像，灰度级别图像与数据库中的阀值进行对比，判断喷砂后的物件是否符合要求；
其中，直方图均衡化算法为；
其中，s为输出像素的灰度级别，r为输入像素的灰度级别，T(r)为变换函数，L为像素灰度级数，M和N分别为图像的行数和列数，nj为图像中具有灰度级别j的像素数；
进行直方图均衡化时，将当前像素的灰度级别值映射到新的灰度值，公式如下：
其中，h(i)表示原始图像中像素灰度值为i的像素数量，N是图像的总像素数，L是灰度级别数；
像素的灰度级别与数据库中的数据进行对比算法公式为：
Δ＝|p1-p2|
其中，p1和p2分别表示两个像素的灰度值；
Δ是它们之间的灰度差异，如果Δ很小，那么它们的灰度级别就很相似；
如果Δ很大，则它们的灰度级别之间的差异就很大。
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