CN105196297A - 一种图符智能涂色***及其工作流程 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图符智能涂色***及其工作流程，该***中：视觉模块用于图符目标信息的获取；机械手装置用于根据图符目标位置带动末端涂枪进行涂色操作；传送平台用于在作业环境下图符目标载体的间歇传送；位置检测传感器用于检测即将涂色图符目标载体的位置；主控计算机是控制中心，集成了控制界面及各个软件模块，对整个***进行控制；视觉模块由两套装置可供选择，一套由单目彩色摄像机和图像采集卡组成，用于深度一致的图符载体涂色；一套由深度摄像机组成，主要用于深度起伏变化较大的图符载体涂色。机械手装置包括3轴机械臂本体、运动控制器及执行步进电机等；传送平台包括传送带、伺服驱动器和电机等。本发明基于机器视觉和机械手构建的图符智能涂色***，能够实现图符的识别涂色。

Description

一种图符智能涂色***及其工作流程

技术领域

本发明涉及工业智能装备技术领域，特别是涉及载体图符的智能涂色***及工作流程。

背景技术

随着电子技术和工业技术的不断发展与融合，铭牌标图等加工企业越来越多。但在铭牌标图的后续加工过程当中，其图符的涂色目前基本上还是手工作业，工作量大、劳动强度高，且任务单一，易疲劳，不能与快速发展的生产需求相适应，而且工人长时间接触不同的涂料，对身体健康不利，另外人力成本也越来越高，影响产品市场竞争力。因此，借助机器视觉和三轴机械臂来完成对铭牌标图图符的识别涂色，从而提高铭牌标图产品的生产效率。

发明内容

本发明的目的是：提供一种图符智能涂色***，基于机器视觉能够自动识别输送带载体上的图符，并通过三轴机械臂完成图符的涂色，切实提高图符涂色效率。

本发明的另一目的，提供一种图符智能涂色***的工作流程。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：

一种图符智能涂色***，包括视觉模块、机械手装置、传送平台、位置检测传感器、主控计算机：

视觉模块：用于图符目标信息的获取；

机械手装置：用于根据图符目标位置带动末端涂枪进行涂色操作；

传送平台：用于在作业环境下图符目标载体的间歇传送；

位置检测传感器：用于检测即将涂色图符目标载体的位置；

主控计算机：集成了控制界面及各个软件模块，用于对整个***进行控制。

其中所述视觉模块由两套装置可供选择，一套由单目彩色摄像机和图像采集卡组成，用于深度一致的图符载体涂色；所述彩色摄像机加带环形无影视频光源，视频光源发暖白色光并加装遮光罩；所述图像采集卡为PCI总线图像采集卡，一套由深度摄像机组成，自带LED光源，与主控计算机USB相连，主要用于深度起伏变化较大的图符载体涂色。

其中所述机械手装置包括3轴机械臂本体、运动控制器及执行步进电机等。所述3轴机械臂为3自由度机械臂，第一个自由度为X轴方向(与传送平台水平垂直)，起沿X轴运动的作用；第二个自由度为Y轴方向(与传送平台水平并行)，起沿Y轴运动的作用；第三个自由度为Z轴方向(与传送平台上下垂直)，起沿Z轴运动的作用，末端连接涂枪进行涂色操作；三轴机械臂由运动控制卡控制电机操纵各轴运行；所述运动控制卡为PCI总线运动控制卡，所述电机为步进电机。

其中所述传送平台包括传送带、伺服驱动器和电机，所述传送平台其传送带颜色为绿色，绿色RGB值为：R118，G202，B88；传送平台由多个滚动轴支撑运行，但至少有1个轴为主动轴，由伺服驱动器驱动电机提供动力；伺服驱动器与主控计算机通过串口相连。

其中所述位置检测传感器采用激光边缘检测传感器，当传感器检测到图符载体边缘，所测信号通过USB口传至主控计算机。

其中所述主控计算机软件模块中包括图符涂色辅助规划模块，该模块对于首次涂色图符载体，根据图符中线信息、图符形态以及所用涂料特性、以质效最高为原则计算机离线辅助规划涂色轨迹、运动方式、速度、所用时间等，所有规划信息存储后用于当前和后续同一图符载体涂色。

其中所述视觉模块，若采用单目彩色摄像机获取图符目标信息，则首先通过自适应脉冲耦合神经网络图像增强算法提高载体与图符的对比度；然后RGB图像转换为Lab图像，并对单通道a图像利用基于直方图对比度的视觉显著性区域分割方法进行图像分割，提取出图符区域；再根据海瑟矩阵可视性检测精确提取出图符中线。若采用深度摄像机获取图符目标信息，则首先根据获得的深度图基于阈值去除图符载体背景，提取出图符区域，再根据海瑟矩阵可视性检测精确提取出图符中线。

图符智能涂色***的工作流程，包括以下步骤：

步骤1:首先***启动初始化各个模块，主控计算机控制传送平台匀速运动，运动速度0.3m/s，当图符载体边缘被位置检测传感器检测到，传送平台暂停运行。

步骤2:主控计算机视觉模块采集图像并进行处理，获取图符中线。

步骤3:若为首次涂色图符载体，需要根据上述所得图符中线信息、图符形态以及所用涂料特性、以质效最高为原则计算机离线辅助规划涂色轨迹、运动方式、速度、所用时间，所有规划信息存储后用于后续同一图符载体涂色；若非首次涂色图符载体，调用同一图符载体涂色规划信息即可，跳过该步骤。

步骤4:根据规划信息，对载体中图符进行涂色；当时间到，主控计算机重新起动传送平台，进行下一个载体图符的涂色。

步骤5:涂色后的载体根据涂料性质传送至烘干/冷却区，进行固化定型。

附图说明

图1为图符智能涂色***结构示意图；

图2为***执行流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的描述。

如图1所示，本发明的图符智能涂色***包括视觉模块、机械手装置、传送平台、光电传感器、主控计算机。

主控计算机集成了控制界面及各个软件模块，用于对整个***进行控制。其中包括图符涂色辅助规划模块，该模块对于首次涂色图符载体，根据图符中线信息、图符形态以及所用涂料特性、以质效最高为原则计算机离线辅助规划涂色轨迹、运动方式、速度、所用时间等，所有规划信息存储后用于当前和后续同一图符载体涂色。

主控计算机通过PCI总线图像采集卡或USB与视觉模块相连，PCI总线图像采集卡对应单目彩色摄像机，用于深度一致的图符载体涂色；USB接口对应深度摄像机，主要用于深度起伏变化较大的图符载体涂色。工作时都开启光源。

主控计算机通过PCI总线运动控制卡控制机械手装置的三个步进电机，步进电机带动机械臂；3轴机械臂第一个自由度为X轴方向(与传送平台水平垂直)，起沿X轴运动的作用；第二个自由度为Y轴方向(与传送平台水平并行)，起沿Y轴运动的作用；第三个自由度为Z轴方向(与传送平台上下垂直)，起沿Z轴运动的作用，末端连接涂枪进行涂色操作。

主控计算机通过串口控制传送平台伺服驱动器，伺服驱动器带动电机运行传送带；为了便于后续图像处理，传送带颜色为绿色，RGB值分别为：R118，G202，B88；传送平台由多个滚动轴支撑运行，但至少有1个轴为主动轴。

主控计算机通过USB接收位置检测传感器信号，位置检测传感器采用激光边缘检测传感器，当传感器检测到图符载体边缘，所测信号传至主控计算机。

如图2所示，在图符智能涂色***工作前，首先根据载体图符类型选择单目彩色摄像机还是深度摄像机，然后***启动，初始化各个模块开始工作，主控计算机控制传送平台电机以0.3m/s的速度匀速运动，当图符载体边缘被激光边缘检测传感器检测到，传送平台暂停运行。接着主控计算机视觉模块开始采集图像并进行处理，若采用单目彩色摄像机获取图符目标信息，则首先通过自适应脉冲耦合神经网络图像增强算法提高载体与图符的对比度；然后RGB图像转换为Lab图像，并对单通道a图像利用基于直方图对比度的视觉显著性区域分割方法进行图像分割，提取出图符区域；再根据海瑟矩阵可视性检测精确提取出图符中线。若采用深度摄像机获取图符目标信息，则首先根据获得的深度图基于阈值去除图符载体背景，提取出图符区域，再根据海瑟矩阵可视性检测精确提取出图符中线。然后，若为首次涂色图符载体，主控计算机提示需要根据上述所得图符中线信息、图符形态以及所用涂料特性、以质效最高为原则计算机离线辅助规划涂色轨迹、运动方式、速度、所用时间等，所有规划信息存储后用于后续同一图符载体涂色；若非首次涂色图符载体，调用同一图符载体涂色规划信息即可，跳过该步。下面根据规划信息，对载体中图符进行涂色；当时间到，主控计算机重新起动传送平台，进行下一个载体图符的涂色。涂色后的载体根据涂料性质传送至烘干/冷却区，进行固化定型。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明。凡在本发明的精神和原则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 (9)

1.一种图符智能涂色***，其特征在于，所述***包括视觉模块、机械手装置、传送平台、位置检测传感器、主控计算机：所述视觉模块：用于图符目标信息的获取；所述机械手装置：用于根据图符目标位置带动末端涂枪进行涂色操作；所述传送平台：用于在作业环境下图符目标载体的间歇传送；所述位置检测传感器：用于检测即将涂色图符目标载体的位置；所述主控计算机：集成了控制界面及各个软件模块，用于对整个***进行控制。

2.如权利要求1所述的图符智能涂色***，其特征在于，所述视觉模块由两套装置可供选择，一套由单目彩色摄像机和图像采集卡组成，用于深度一致的图符载体涂色；所述彩色摄像机加带环形无影视频光源，视频光源发暖白色光并加装遮光罩；所述图像采集卡为PCI总线图像采集卡，一套由深度摄像机组成，自带LED光源，与主控计算机USB相连，主要用于深度起伏变化较大的图符载体涂色。

3.如权利要求1所述的图符智能涂色***，其特征在于，机械手装置包括3轴机械臂本体、运动控制器及执行步进电机，所述3轴机械臂为3自由度机械臂，第一个自由度为与传送平台水平垂直的X轴方向，起沿X轴运动的作用；第二个自由度为与传送平台水平并行的Y轴方向，起沿Y轴运动的作用；第三个自由度为与传送平台上下垂直的Z轴方向，起沿Z轴运动的作用，末端连接涂枪进行涂色操作；三轴机械臂由运动控制卡控制电机操纵各轴运行；所述运动控制卡为PCI总线运动控制卡，所述电机为步进电机。

4.如权利要求1所述的图符智能涂色***，其特征在于，所述传送平台包括传送带、伺服驱动器和电机，所述传送平台其传送带底色为绿色，绿色RGB值为：R118，G202，B88；传送平台由多个滚动轴支撑运行，但至少有1个轴为主动轴，由伺服驱动器驱动电机提供动力；伺服驱动器与主控计算机通过串口相连。

5.如权利要求1所述的图符智能涂色***，其特征在于，所述主控计算机软件模块中包括图符涂色辅助规划模块，该模块对于首次涂色图符载体，根据图符中线信息、图符形态以及所用涂料特性、以质效最高为原则计算机离线辅助规划涂色轨迹、运动方式、速度、所用时间等，所有规划信息存储后用于当前和后续同一图符载体涂色。

6.如权利要求1所述的图符智能涂色***，其特征在于，所述位置检测传感器采用激光边缘检测传感器，当传感器检测到图符载体边缘，所测信号通过USB口传至主控计算机。

7.如权利要求2所述视觉模块，其特征在于，若采用单目彩色摄像机获取图符目标信息，则首先通过自适应脉冲耦合神经网络图像增强算法提高载体与图符的对比度；然后RGB图像转换为Lab图像，并对单通道a图像利用基于直方图对比度的视觉显著性区域分割方法进行图像分割，提取出图符区域；再根据海瑟矩阵可视性检测精确提取出图符中线。

8.若采用深度摄像机获取图符目标信息，则首先根据获得的深度图基于阈值去除图符载体背景，提取出图符区域，再根据海瑟矩阵可视性检测精确提取出图符中线。

9.图符智能涂色***工作流程，其特征在于包括以下步骤：

步骤1:首先***启动初始化各个模块，主控计算机控制传送平台匀速运动，运动速度0.3m/s，当图符载体边缘被位置检测传感器检测到，传送平台暂停运行；

步骤2:主控计算机视觉模块采集图像并进行处理，获取图符中线；

步骤3:若为首次涂色图符载体，需要根据上述所得图符中线信息、图符形态以及所用涂料特性、以质效最高为原则计算机离线辅助规划涂色轨迹、运动方式、速度、所用时间，所有规划信息存储后用于后续同一图符载体涂色；若非首次涂色图符载体，调用同一图符载体涂色规划信息即可，跳过该步骤；

步骤4:根据规划信息，对载体中图符进行涂色；当时间到，主控计算机重新起动传送平台，进行下一个载体图符的涂色；

步骤5:涂色后的载体根据涂料性质传送至烘干/冷却区，进行固化定型。