CN115055301A - 一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，包括工作平台、滑动装置、喷涂装置和视觉定位装置，工作平台用于放置喷涂对象和进行数据处理，喷涂装置安装在滑动装置上，滑动装置用于调节喷涂装置的三维坐标，视觉定位装置，用于捕获喷涂对象所在位置，从而计算喷涂装置需要移动的三维坐标位置，工作平台根据视觉定位装置计算出的喷涂装置需要移动的三维坐标位置，驱动滑动装置进行相应控制。与现有技术相比，本发明通过视觉定位装置定位喷涂对象的位置，避免喷涂死角，得到均匀度高的涂层，并且根据喷涂对象的大小改变喷头的高度，最大程度地减少材料损耗，便于大批量的重复性喷涂操作，使得喷涂过程规范可控，真正意义上实现自动化喷涂。
Description
技术领域
本发明涉及喷涂设备领域，尤其是涉及一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机。
背景技术
喷涂工艺是将喷涂材料雾化喷射在喷涂对象的表面上形成喷涂层，用以改变其表面性能的一种加工方法，在各个技术行业应用十分广泛。
实验用的喷涂机是在喷涂对象(一般为玻璃薄片)的表面喷涂一层薄膜，喷涂速度、喷涂高度以及喷涂层的厚度和均匀程度都会对薄膜的质量产生影响。
公开号为CN112275496A的发明公开了一种实验用导轨式自动喷涂机，包括机体、加热平台、导轨、竖向摆杆、水平伸缩摆杆、气泵。与现有技术相比，本发明通过导轨、滑块、第一驱动件的配合实现水平方向第一维度的喷涂水平位移，竖向摆杆、轴承座、第二驱动件的配合实现竖直方向位移，水平伸缩摆杆带动喷涂单元实现第二维度的喷涂水平位移，通过加热平台与加热平台之间相对旋转实现更丰富喷涂位移的调整，这些对实验材料制备有很大的帮助，可以通过程序化的喷涂路径进行标准化的实验，可以避免由于实验过程人为喷涂造成的薄膜厚度不均匀、溶剂浪费等问题，极大的节省了人力物力。
但上述实验用导轨式自动喷涂机依旧需要手动输入喷涂对象位置坐标，效率低且精确率不高。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在需要手动输入喷涂对象位置坐标，效率低且精确率不高的缺陷而提供一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，包括工作平台、滑动装置和喷涂装置，所述工作平台用于放置喷涂对象和进行数据处理，所述喷涂装置安装在滑动装置上，所述滑动装置用于调节喷涂装置的三维坐标，所述实验用自动喷涂机还包括：
视觉定位装置，用于捕获喷涂对象所在位置，从而计算喷涂装置需要移动的三维坐标位置；
所述工作平台分别通信连接滑动装置和视觉定位装置，并根据视觉定位装置计算出的喷涂装置需要移动的三维坐标位置，驱动滑动装置进行相应控制。
进一步地，所述视觉定位装置包括相互连接的CCD相机和图像处理模块，所述CCD相机正对所述工作平台，用于采集平台图像。
进一步地，所述图像处理模块用于对所述平台图像进行预处理后识别喷涂对象的最外层轮廓，并计算该最外层轮廓的最小外接圆，获取该最小外接圆的圆心坐标和半径信息，然后计算出喷涂装置需要移动的三维坐标位置。
进一步地，所述喷涂装置需要移动的三维坐标位置的计算表达式为：
式中，M为喷涂装置需要移动的三维坐标位置，a、b为最小外接圆的圆心坐标，r为其半径，δ为误差，θ喷涂装置的喷射角度。
进一步地，所述CCD相机设有镜头保护罩和补光灯。
进一步地，所述CCD相机位于喷涂装置的上方，所述滑动装置每次移动后回归原位，使得所述CCD相机的视觉中心正对于工作平台的中心点。
进一步地，所述工作平台包括机体箱和加热平台，所述机体箱位于工作平台底部，所述机体箱设有ARM处理器用于控制喷涂过程。
进一步地，所述滑动装置包括：
导轨，设置在机体箱的一侧；
第一滑块，安装在所述导轨内，用于在工作平台的驱动下，沿所述导轨进行直线移动；
竖向伸缩杆，设置在滑块上，用于进行垂直方向上的位移调节；
横向滑动杆，垂直设置在竖向伸缩杆的顶部；
第二滑块，安装在所述横向滑动杆上，用于在工作平台的驱动下，沿所述横向滑动杆进行横向移动；
所述喷涂装置和视觉定位装置均安装在所述第二滑块上。
进一步地，所述喷涂装置包括储液罐和喷头，所述喷头安装在滑动装置上，所述储液罐和喷头通过导管连接。
进一步地，所述喷头的初始位置正对于工作平台的中心，由工作平台控制喷涂量与喷涂时间间隔。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，可以自动定位喷涂对象的位置，避免喷涂死角，得到均匀度高的涂层，并且根据喷涂对象的大小改变喷头的高度，最大程度地减少材料损耗，便于大批量的重复性喷涂操作，使得喷涂过程规范可控，真正意义上实现自动化喷涂。
附图说明
图1为本发明实施例中提供的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机的透视图；
图2为本发明实施例中提供的一种视觉定位装置的工作示意图；
图3为本发明实施例中提供的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机的工作流程图；
图中，1、机体箱，2、加热平台，3、导轨，4、第一滑块，5、竖向伸缩杆，6、横向滑动杆，7、第二滑块，8、储液罐，9、喷头，10、导管，11、CCD相机。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
实施例1
近年来，基于机器视觉的自动化设备具有更高的灵活性，给喷涂机装上视觉定位装置能避免喷涂死角，最大程度地减少材料损耗，便于大批量的重复性喷涂操作，使得喷涂过程规范可控，真正意义上实现自动化喷涂。
本实施例提供一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，包括工作平台、滑动装置，喷涂装置和视觉定位装置，工作平台用于放置喷涂对象和进行数据处理，喷涂装置安装在滑动装置上，滑动装置用于调节喷涂装置的三维坐标；
视觉定位装置，用于捕获喷涂对象所在位置，从而计算喷涂装置需要移动的三维坐标位置；
工作平台分别通信连接滑动装置和视觉定位装置，并根据视觉定位装置计算出的喷涂装置需要移动的三维坐标位置，驱动滑动装置进行相应控制。
具体地，视觉定位装置包括相互连接的CCD相机11和图像处理模块，CCD相机11正对工作平台，用于采集平台图像。
图像处理模块用于对平台图像进行预处理后识别喷涂对象的最外层轮廓，并计算该最外层轮廓的最小外接圆，获取该最小外接圆的圆心坐标和半径信息，然后计算出喷涂装置需要移动的三维坐标位置。
如图2所示，喷涂装置需要移动的三维坐标位置的计算表达式为：
式中，M为喷涂装置需要移动的三维坐标位置，a、b为最小外接圆的圆心坐标，r为其半径，δ为误差，θ喷涂装置的喷射角度。
优选的，CCD相机11设有镜头保护罩，防止喷涂的颜料污染镜头视线；CCD相机11设有开LED补光灯，在黑暗环境下自动打开LED补光拍摄。
优选的，CCD相机11位于喷涂装置的上方，滑动装置每次移动后回归原位，使得CCD相机11的视觉中心正对于工作平台的中心点，便于控制和计算。
本发明通过视觉定位装置定位喷涂对象的位置，避免喷涂死角，得到均匀度高的涂层，并且根据喷涂对象的大小改变喷头的高度，最大程度地减少材料损耗。
下面介绍本发明带有视觉定位的实验用自动喷涂机的具体实施方案。
如图1所示，工作平台包括机体箱1和加热平台2，机体箱1位于工作平台底部，机体箱1设有ARM处理器用于控制喷涂过程。加热平台2位于机体箱上部，可绕中心轴以一定的角速度旋转。
滑动装置包括：
导轨3，设置在机体箱1的一侧；
第一滑块4，安装在导轨3内，可在ARM处理器的控制下沿机体箱上铺设的导轨进行直线移动，即X轴方向。
竖向伸缩杆5，设置在滑块上，用于进行垂直方向上的位移调节，竖向伸缩杆为电动伸缩杆，可进行调节高度实现Z轴方向的位移；
横向滑动杆6，垂直设置在竖向伸缩杆5的顶部，进行Y轴方向移动；
第二滑块7，安装在横向滑动杆6上，用于在工作平台的驱动下，沿横向滑动杆6进行横向移动；
喷涂装置和视觉定位装置均安装在第二滑块7上。
喷涂装置包括储液罐8和喷头9，储液罐8位于机体箱的一侧，喷头9的初始位置正对于加热平台的中心，由ARM处理器控制喷涂量与喷涂时间间隔，储液罐8和喷头9由导管10连接。
CCD相机11位于喷头上方，带有镜头保护罩防止喷涂的颜料污染镜头视线；在每次进行拍摄时滑动装置回归原位使CCD相机11的视觉中心正对于加热平台2的中心点，在黑暗环境下自动打开LED补光拍摄，并图片传输至ARM处理器的图像处理模块。图像处理模块将图像转为灰度图，均值滤波并二值化，识别喷涂对象的最外层轮廓，计算轮廓的最小外接圆，获取到圆心坐标和半径信息。如图2所示，图像处理模块所计算到的喷头9移动坐标为
其中a、b为最小外接圆的圆心坐标，r为其半径，δ为误差，θ喷头的喷射角度。
具体工作流程如下所述：
如图3所示，将喷涂材料放入储液罐8中，喷涂对象放在加热平台2上，喷头9回归初始位置，正对于加热平台2上方，CCD相机11打开检测光源环境，若光线太暗则打开LED辅助照明，同时拍摄一张喷涂对象在加热平台2上的照片传递给图像处理***，同时加热平台2开始预加热。图像处理***以加热平台中心2为原点，以导轨3、横向滑动杆6、竖向伸缩杆5构建空间坐标系，计算出能完全覆盖喷涂对象且最节约喷涂材料的最佳喷涂位置，ARM处理器发出控制命令移动喷头9到指定位置，然后再次拍照校验是否无死角，开始准备喷涂。储液罐8由运输喷涂材料至喷头9，将其雾化喷射在喷涂对象的表面上形成喷涂层。一次喷涂结束，ARM处理器控制喷头停止喷涂一段时后，开始下一次喷涂，直至结束。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，包括工作平台、滑动装置和喷涂装置，所述工作平台用于放置喷涂对象和进行数据处理，所述喷涂装置安装在滑动装置上，所述滑动装置用于调节喷涂装置的三维坐标，其特征在于，所述实验用自动喷涂机还包括：
视觉定位装置，用于捕获喷涂对象所在位置，从而计算喷涂装置需要移动的三维坐标位置；
所述工作平台分别通信连接滑动装置和视觉定位装置，并根据视觉定位装置计算出的喷涂装置需要移动的三维坐标位置，驱动滑动装置进行相应控制。
2.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述视觉定位装置包括相互连接的CCD相机(11)和图像处理模块，所述CCD相机(11)正对所述工作平台，用于采集平台图像。
3.根据权利要求2所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述图像处理模块用于对所述平台图像进行预处理后识别喷涂对象的最外层轮廓，并计算该最外层轮廓的最小外接圆，获取该最小外接圆的圆心坐标和半径信息，然后计算出喷涂装置需要移动的三维坐标位置。
4.根据权利要求3所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述喷涂装置需要移动的三维坐标位置的计算表达式为：
式中，M为喷涂装置需要移动的三维坐标位置，a、b为最小外接圆的圆心坐标，r为其半径，δ为误差，θ喷涂装置的喷射角度。
5.根据权利要求2所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述CCD相机(11)设有镜头保护罩和补光灯。
6.根据权利要求2所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述CCD相机(11)位于喷涂装置的上方，所述滑动装置每次移动后回归原位，使得所述CCD相机(11)的视觉中心正对于工作平台的中心点。
7.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述工作平台包括机体箱(1)和加热平台(2)，所述机体箱(1)位于工作平台底部，所述机体箱(1)设有ARM处理器用于控制喷涂过程。
8.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述滑动装置包括：
导轨(3)，设置在机体箱(1)的一侧；
第一滑块(4)，安装在所述导轨(3)内，用于在工作平台的驱动下，沿所述导轨(3)进行直线移动；
竖向伸缩杆(5)，设置在滑块上，用于进行垂直方向上的位移调节；
横向滑动杆(6)，垂直设置在竖向伸缩杆(5)的顶部；
第二滑块(7)，安装在所述横向滑动杆(6)上，用于在工作平台的驱动下，沿所述横向滑动杆(6)进行横向移动；
所述喷涂装置和视觉定位装置均安装在所述第二滑块(7)上。
9.根据权利要求1所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述喷涂装置包括储液罐(8)和喷头(9)，所述喷头(9)安装在滑动装置上，所述储液罐(8)和喷头(9)通过导管(10)连接。
10.根据权利要求9所述的一种带有视觉定位的实验用自动喷涂机，其特征在于，所述喷头(9)的初始位置正对于工作平台的中心，由工作平台控制喷涂量与喷涂时间间隔。
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