CN214077356U - 一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及机器人喷涂领域，公开了一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，包括可移动式操作平台，可移动式操作平台上设置有视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统、输送系统和控制系统；输送系统用于传输工件；机器人系统与所述自动喷涂系统连接；控制系统分别与所述视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统和输送系统连接。本实用新型通过机器人搭载喷枪，采用视觉纠偏系统辅助喷涂精度，不仅能够对较小尺寸工件能够进行批量精细化喷涂，而且能够实现多个工件的自动输送、校准、换色、喷涂及实时监控。

Description

一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统

技术领域

本实用新型涉及机器人喷涂领域，具体地涉及一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统。

背景技术

在机器人喷涂领域中，根据执行机构的不同，分为机器人自动喷涂系统、往复机自动喷涂系统；根据搭载的喷具不同，分为喷枪自动喷涂系统、旋杯自动喷涂系统；根据是否加电，分为静电喷涂系统、非静电喷涂系统。但在实际生产过程中，采用喷枪或旋杯的喷涂系统，其扇幅及流量较大(一般为≥200mm 喷幅，≥100cc/min流量)，主要针对如汽车、保险杠、冰箱门板、家具等大型被涂工件。在较小的工件喷涂上(如玩具、手办、手机壳、小型航模等)，如果采用上述喷涂方式，会存在油漆浪费、涂装效率(涂着效率×涂装有效率)低下，污染严重等问题。另外，机器人喷涂未提及采用视觉纠偏系统辅助喷涂精度，因此在某些场合下对较小尺寸工件批量精细化喷涂不太适用。

实用新型内容

本实用新型提供一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，从而解决现有技术的上述问题。

第一方面，本实用新型提供了一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，包括可移动式操作平台，可移动式操作平台上设置有视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统、输送系统和控制系统；输送系统用于传输工件；机器人系统与自动喷涂系统连接；控制系统分别与所述视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统和输送系统连接。

进一步的，视觉纠偏系统包括光源、镜头、视觉相机和视觉处理器；光源连接有光源控制器，光源控制器用于调节光源的亮度；镜头直接安装在视觉相机前端，视觉相机通过网线与视觉处理器进行数据交换，视觉处理器与控制系统连接；视觉相机用于对工件进行拍摄；视觉处理器用于对视觉相机拍摄的工件图像进行图像视觉处理、并生成图像纠偏数据。

进一步的，自动喷涂系统包括空压机、气控柜、喷枪、阀组、管路、若干个气路和若干个压力罐，阀组包括换色阀和流量阀，若干个压力罐包括若干个油漆压力罐和至少一个溶剂压力罐，若干个油漆压力罐中的每一个油漆压力罐的油漆颜色不同；空压机分别通过若干个气路与所述若干个压力罐和喷枪连接；管路包括主管路和若干个支管路，若干个压力罐通过若干个支管路与换色阀连接，换色阀通过主管路与所述喷枪连接；流量阀位于主管路；自动喷涂系统具有主管路的自动清洗功能；气控柜用于控制各个气路的开关和压力大小；气控柜与所述控制系统连接。

进一步的，机器人系统包括机器人本体、机器人系统控制器、驱动器和示教器；示教器与机器人系统控制器之间进行有线或无线连接，示教器用于输入控制指令、并将控制指令传输到机器人系统控制器中；机器人系统控制器与驱动器连接，驱动器与所述机器人本体连接，机器人系统控制器通过分析处理控制指令或所述视觉纠偏系统中生成的图像纠偏数据从而调用相应的喷涂程序、并通过驱动器控制机器人运动；喷枪搭载在所述机器人本体上。

进一步的，可移动式操作平台包括操作台、可移动式操作平台框架、安全门、安全门锁、工件架和相机支架，操作台位于操作台框架上，所述操作台设有人机界面。

可移动式操作平台框架和操作台框架均为铝型材框架。

进一步的，输送系统包括输送系统控制器、传送带、传感器、电机和电机驱动器；传感器与输送系统控制器连接，输送系统控制器与电机驱动器连接，电机驱动器与所述电机连接，电机用于驱动传送带转动；当工件放置在传送带上时，通过操作台上的操作装置按钮触发传送信号，输送系统控制器接收传送信号、并控制电机转动，当工件达到指定位置时触发光电到位信号，传感器将光电到位信号反馈至输送系统控制器，输送系统控制器控制电机停止转动；输送系统控制器与所述控制系统连接。

进一步的，控制系统包括PLC控制模块、数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块，数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块分别与PLC控制模块连接，控制系统用于实现数据的高效采集与处理。

进一步的，数字量输入输出模块包括数字量输入模块和数字量输出模块，数字量输入模块用于输入数字量信号，数字量信号包括急停信号、启动停止信号、传送带位置信号和安全门信号；数字量输出模块用于输出数字量信号，数字量输出信号包括各个阀组控制信号、机器人外部急停信号、外部轴控制信号和系统状态指示灯；模拟量输入输出模块包括模拟量输入模块和模拟量输出模块，模拟量输入模块用于输入模拟量信号，模拟量输入信号包括罐体液位和罐压信号，PLC控制模块根据模拟量输入信号监控罐体状态；模拟量输出模块用于输出模拟量信号，模拟量输出信号包括喷涂流量控制信号，PLC控制模块根据喷涂流量控制信号实现对喷涂流量的精确控制。

进一步的，控制系统还包括工控一体机和OPC服务器，PLC控制模块与工控一体机通过路由器建立无线通讯，工控一体机与视觉处理器通过RJ45接口建立有线通讯。

本实用新型工控一体机的输入输出信息和视觉处理器的输入输出信息都传输到OPC服务器中，从而建立PLC控制模块、工控一体机、视觉处理器之间的数据传输，达到PLC对整个系统数据的采集与处理。

第二方面，本实用新型提供了一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂方法，包括以下步骤：

S1)将待喷涂的工件放置在传送带上，通过操作台上的操作装置按钮触发传送信号，输送系统控制器接收传送信号、并控制电机转动；当工件达到作业区域时触发光电到位信号，传感器将光电到位信号反馈至输送系统控制器，输送系统控制器控制电机停止转动、并发送拍摄触发信号至视觉纠偏系统；

S2)视觉纠偏系统接收拍摄触发信号，利用视觉相机对工件进行拍摄，视觉处理器根据视觉相机拍摄的工件图像获得工件的三维坐标，并将工件的三维坐标与预存的工件的三维标准坐标进行比对，生成图像纠偏数据，图像纠偏数据包括三维角度偏差数据；

S3)机器人系统控制器根据图像纠偏数据控制机器人运动，控制系统调用与工件相应的喷涂程序；

S4)自动喷涂系统根据喷涂程序对工件进行喷涂，当需要进行换色时，机器人系统控制器控制机器人运动到换色区，开启主管路自动清洗功能，并通过换色阀进行换色；

S5)换色完成后机器人系统控制器控制机器人运动到作业区，自动喷涂系统根据喷涂程序继续对工件进行喷涂；

S6)工件完成喷涂，输送系统控制器控制电机转动，将完成喷涂后的工件运输到下料区，当工件达到下料区时触发下料区光电到位信号，传感器将下料区光电到位信号反馈至输送系统控制器，输送系统控制器控制电机停止转动。

本实用新型的有益效果是：本实用新型包括视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统、输送系统、控制系统以及可移动式操作平台，本实用新型通过机器人搭载喷枪，采用视觉纠偏系统辅助喷涂精度，不仅能够对较小尺寸工件能够进行批量精细化喷涂，而且能够实现多个工件的自动输送、校准、换色、喷涂及实时监控。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实施例一提供的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统的立体结构示意图。

图2为本实施例一提供的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统中压力罐的位置示意图。

图3为本实施例一提供的视觉纠偏系统工作原理图。

图4为本实施例一提供的机器人系统工作原理图。

1、安全门；2、人机界面；3、操作台；4、视觉相机；5、机器人本体；6、传送带；7、电机；8、工件存放区；9、电气控制箱；10、空压机；11、可移动式操作平台；12、机器人控制箱；13、空气箱；14、第一油漆压力罐；15、第二油漆压力罐；16、溶剂压力罐。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施方式仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。需要说明的是，本实用新型的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用来区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序，应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，这仅仅是描述本实用新型的实施例中对相同属性的对象在描述时所采用的区分方式。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，以便一系列单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于那些单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其他单元。

实施例一，一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，如图1及图2所示，包括可移动式操作平台11，可移动式操作平台11上设置有视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统、输送系统和控制系统；输送系统用于传输工件；机器人系统与自动喷涂系统连接；控制系统分别与所述视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统和输送系统连接。可移动式操作平台11包括操作台 3、可移动式操作平台框架、安全门1、安全门锁、工件架和相机支架，操作台 3位于操作台框架上，操作台3设有人机界面2。可移动式操作平台框架和操作台框架均为铝型材框架。可移动式操作平台11主要由铝型材框架、安全栏、安全门锁、工件架、相机支架等组成，主要为整个系统硬件安装及稳定工作提供平台。整个操作台同样是采用2040的铝型材拼接而成，在满足强度的要求下，减轻了整个系统的重量，同时也可借用铝型材T型槽进行其它零部件的安装，使整个平台具有较大的柔性。本实施例提供的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统还包括工件存放区8、电气控制箱9、机器人控制箱12、空气箱 13(内含阀组)。本实用新型总体重量小，可移动，不用破坏地面固定，方便设备转移；可移动式操作平台11的台面上有T型安装槽，可以便于其他零部件的安装。

如图3所示，视觉纠偏系统包括光源、镜头、视觉相机4和视觉处理器；光源连接有光源控制器，光源控制器用于调节光源的亮度；镜头直接安装在视觉相机4前端，视觉相机4通过网线与视觉处理器进行数据交换，视觉处理器与控制系统连接；视觉相机4用于对工件进行拍摄；视觉处理器用于对视觉相机4拍摄的工件图像进行图像视觉处理、并生成图像纠偏数据。

自动喷涂系统包括空压机10、气控柜、喷枪、阀组、管路、若干个气路和若干个压力罐，阀组包括换色阀和流量阀，若干个压力罐包括若干个油漆压力罐和至少一个溶剂压力罐，若干个油漆压力罐中的每一个油漆压力罐的油漆颜色不同；空压机分别通过若干个气路与所述若干个压力罐和喷枪连接；管路包括主管路和若干个支管路，若干个压力罐通过若干个支管路与换色阀连接，换色阀通过主管路与喷枪连接；流量阀位于主管路；自动喷涂系统具有主管路的自动清洗功能；气控柜用于控制各个气路的开关和压力大小；气控柜与控制系统连接。

本实施例中，若干个压力罐包括2个油漆压力罐和1个溶剂压力罐16，2 个油漆压力罐分别为第一油漆压力罐14和第二油漆压力罐15。

机器人系统包括机器人本体5、机器人系统控制器、驱动器和示教器；示教器与机器人系统控制器之间进行有线或无线连接，示教器用于输入控制指令、并将控制指令传输到机器人系统控制器中；机器人系统控制器与驱动器连接，驱动器与机器人本体连接，机器人系统控制器通过分析处理控制指令或视觉纠偏系统中生成的图像纠偏数据从而调用相应的喷涂程序、并通过驱动器控制机器人运动(见图4)。喷枪搭载在机器人本体5上。

输送系统包括输送系统控制器、传送带6、传感器、电机7和电机驱动器；传感器与输送系统控制器连接，输送系统控制器与电机驱动器连接，电机驱动器与电机连接，电机用于驱动传送带转动；当工件放置在传送带上时，通过操作台上的操作装置按钮触发传送信号，输送系统控制器接收传送信号、并控制电机转动，当工件达到指定位置时触发光电到位信号，传感器将光电到位信号反馈至输送系统控制器，输送系统控制器控制电机停止转动；输送系统控制器与所述控制系统连接。

控制系统包括PLC控制模块、数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块，数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块分别与PLC控制模块连接，控制系统用于实现数据的高效采集与处理。

数字量输入输出模块包括数字量输入模块和数字量输出模块，数字量输入模块用于输入数字量信号，数字量信号包括急停信号、启动停止信号、传送带位置信号和安全门信号；数字量输出模块用于输出数字量信号，数字量输出信号包括各个阀组控制信号、机器人外部急停信号、外部轴控制信号和系统状态指示灯；模拟量输入输出模块包括模拟量输入模块和模拟量输出模块，模拟量输入模块用于输入模拟量信号，模拟量输入信号包括罐体液位和罐压信号，PLC 控制模块根据模拟量输入信号监控罐体状态；模拟量输出模块用于输出模拟量信号，模拟量输出信号包括喷涂流量控制信号，PLC控制模块根据喷涂流量控制信号实现对喷涂流量的精确控制。

控制系统还包括工控一体机和OPC服务器，PLC控制模块与工控一体机通过路由器建立无线通讯，工控一体机与视觉处理器通过RJ45接口建立有线通讯。

本实用新型工控一体机的输入输出信息和视觉处理器的输入输出信息都传输到OPC服务器中，从而建立PLC控制模块、工控一体机、视觉处理器之间的数据传输，达到PLC对整个系统数据的采集与处理。机器人以及传感器等状态通过PLC控制模块处理后传给OPC服务器，工控一体机通过读取OPC服务器信息以实现界面监控以及相机启动控制等。工控一体机中的一些操作控制以及视觉相机拍照结果等会传给OPC服务器，PLC控制模块通过和OPC服务器建立通讯来读取数据信息。

本实施例中，工控一体机安装LabVIEW软件，通过组态与编程，完成系统操作及状态监视、喷涂数据保存、参数设置以及喷枪清洗工作。控制系统界面包括系统状态模块、工作管理模块、手/自切换模块、报警管理模块、管理员选项模块。系统状态模块，用于压力罐液位监控、阀组状态监控、机器人及相机状态监控、工件位置监控及工件数量统计。工作管理模块，用于操作人员设置堆栈区内工件型号以及颜色编号，通过启动系统进行批量工件喷涂工作。手/自切换模块，用于操作人员进行手自动切换，切换成手动模式可进行阀组手动开启或关闭以及机器人手动进行清洗、换色、维护位置移动等。报警管理模块，用于操作人员查看系统报警，从而可以快速处理故障。管理员选项模块，用于操作人员查看日志管理(用户的登录记录)，用户管理(用户的添加、修改、删除等)以及数据管理(喷涂工件的历史记录)。

第二方面，本实用新型提供了一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂方法，包括以下步骤：

S1)将待喷涂的工件放置在传送带上，通过操作台上的操作装置按钮触发传送信号，输送系统控制器接收传送信号、并控制电机转动；当工件达到作业区域时触发光电到位信号，传感器将光电到位信号反馈至输送系统控制器，输送系统控制器控制电机停止转动、并发送拍摄触发信号至视觉纠偏系统；

S2)视觉纠偏系统接收拍摄触发信号，利用视觉相机对工件进行拍摄，视觉处理器根据视觉相机拍摄的工件图像获得工件的三维坐标，并将工件的三维坐标与预存的工件的三维标准坐标进行比对，生成图像纠偏数据，图像纠偏数据包括三维角度偏差数据；

S3)机器人系统控制器根据图像纠偏数据控制机器人运动，控制系统调用与工件相应的喷涂程序；

S4)自动喷涂系统根据喷涂程序对工件进行喷涂，当需要进行换色时，机器人系统控制器控制机器人运动到换色区，开启主管路自动清洗功能，并通过换色阀进行换色；

S5)换色完成后机器人系统控制器控制机器人运动到作业区，自动喷涂系统根据喷涂程序继续对工件进行喷涂；

S6)工件完成喷涂，输送系统控制器控制电机转动，将完成喷涂后的工件运输到下料区，当工件达到下料区时触发下料区光电到位信号，传感器将下料区光电到位信号反馈至输送系统控制器，输送系统控制器控制电机停止转动。

通过采用本实用新型公开的上述技术方案，得到了如下有益的效果：

本实用新型包括视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统、输送系统、控制系统以及可移动式操作平台，本实用新型通过机器人搭载喷枪，采用视觉纠偏系统辅助喷涂精度，不仅能够对较小尺寸工件能够进行批量精细化喷涂，而且能够实现多个工件的自动输送、校准、换色、喷涂及实时监控。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，其特征在于，包括可移动式操作平台，所述可移动式操作平台上设置有视觉纠偏系统、机器人系统、自动喷涂系统、输送系统和控制系统；所述输送系统用于传输工件；所述机器人系统与所述自动喷涂系统连接；所述控制系统分别与所述视觉纠偏系统、所述机器人系统、所述自动喷涂系统和所述输送系统连接；所述自动喷涂系统包括空压机、气控柜、喷枪、阀组、管路、若干个气路和若干个压力罐，所述阀组包括换色阀和流量阀，所述若干个压力罐包括若干个油漆压力罐和至少一个溶剂压力罐，所述若干个油漆压力罐中的每一个油漆压力罐的油漆颜色不同；所述空压机分别通过若干个气路与所述若干个压力罐和所述喷枪连接；所述管路包括主管路和若干个支管路，所述若干个压力罐通过若干个支管路与换色阀连接，所述换色阀通过主管路与所述喷枪连接；所述流量阀位于所述主管路；所述自动喷涂系统具有主管路的自动清洗功能；所述气控柜用于控制各个气路的开关和压力大小；所述气控柜与所述控制系统连接。

2.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，其特征在于，所述视觉纠偏系统包括光源、镜头、视觉相机和视觉处理器；光源连接有光源控制器，所述光源控制器用于调节光源的亮度；镜头直接安装在视觉相机前端，所述视觉相机通过网线与视觉处理器进行数据交换，所述视觉处理器与控制系统连接；所述视觉相机用于对工件进行拍摄；所述视觉处理器用于对视觉相机拍摄的工件图像进行图像视觉处理、并生成图像纠偏数据。

3.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，其特征在于，机器人系统包括机器人本体、机器人系统控制器、驱动器和示教器；所述示教器与机器人系统控制器之间进行有线或无线连接，所述示教器用于输入控制指令、并将控制指令传输到机器人系统控制器中；所述机器人系统控制器与驱动器连接，所述驱动器与所述机器人本体连接，所述机器人系统控制器通过分析处理控制指令或所述视觉纠偏系统中生成的图像纠偏数据从而调用相应的喷涂程序、并通过驱动器控制机器人运动；喷枪搭载在所述机器人本体上。

4.根据权利要求1所述的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，其特征在于，所述可移动式操作平台包括操作台、可移动式操作平台框架、安全门、安全门锁、工件架和相机支架，所述操作台位于操作台框架上，所述操作台设有人机界面。

5.根据权利要求4所述的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，其特征在于，所述输送系统包括输送系统控制器、传送带、传感器、电机和电机驱动器；所述传感器与所述输送系统控制器连接，所述输送系统控制器与所述电机驱动器连接，所述电机驱动器与所述电机连接，所述电机用于驱动传送带转动；当工件放置在传送带上时，通过操作台上的操作装置按钮触发传送信号，输送系统控制器接收传送信号、并控制电机转动，当工件达到指定位置时触发光电到位信号，传感器将所述光电到位信号反馈至输送系统控制器，输送系统控制器控制电机停止转动；所述输送系统控制器与所述控制系统连接。

6.根据权利要求1或5所述的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，其特征在于，所述控制系统包括PLC控制模块、数字量输入输出模块和模拟量输入输出模块，所述数字量输入输出模块和所述模拟量输入输出模块分别与PLC控制模块连接，所述控制系统用于实现数据的高效采集与处理。

7.根据权利要求6所述的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，其特征在于，所述数字量输入输出模块包括数字量输入模块和数字量输出模块，所述数字量输入模块用于输入数字量信号，所述数字量信号包括急停信号、启动停止信号、传送带位置信号和安全门信号；所述数字量输出模块用于输出数字量信号，数字量输出信号包括各个阀组控制信号、机器人外部急停信号、外部轴控制信号和系统状态指示灯；模拟量输入输出模块包括模拟量输入模块和模拟量输出模块，所述模拟量输入模块用于输入模拟量信号，模拟量输入信号包括罐体液位和罐压信号，PLC控制模块根据模拟量输入信号监控罐体状态；所述模拟量输出模块用于输出模拟量信号，模拟量输出信号包括喷涂流量控制信号，PLC控制模块根据喷涂流量控制信号实现对喷涂流量的精确控制。

8.根据权利要求7所述的基于视觉纠偏技术的机器人喷枪自动喷涂系统，其特征在于，所述控制系统还包括工控一体机和OPC服务器，所述PLC控制模块与所述工控一体机通过路由器建立无线通讯，所述工控一体机与视觉处理器通过RJ45接口建立有线通讯。

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