一种基于工艺品表面喷涂仿真的控制方法与流程

本发明涉及工业生产设计自动控制技术领域，特别是一种基于工艺品表面喷涂仿真的控制方法。

背景技术：

在工艺品喷涂领域，由于其特殊复杂且多样化的产品结构，往往会对喷涂效果产生不同的影响，最常见的就是工艺品漏喷缺陷。工艺品多样化的产品结构使漏喷缺陷区域的检测变得困难，因而仿真技术在工艺品喷涂领域得到广泛应用。

目前，公知的工艺品喷涂仿真方法是建立产品表面漆膜厚度的数学模型，得出形状规则的工艺品表面不同位置的漆膜厚度，漏喷点多为表面曲率较大处的边界点。然而，因工艺品结构所产生的自遮挡漏喷情况却无法通过此类仿真得到且二维图片显示的漏喷情况远不如三维立体显示更加直观。

传统的工艺品制造企业，其涂装工序主要包括样品打磨、样品涂装和产品检测，其中中小型企业整个工序难以实现全自动化。由于喷漆设备的轨迹系统是封闭式的以及工艺品表面自身特殊结构会出现自遮挡情况，工艺品在喷涂过程中不可避免地存在漏喷等问题。很多中小型企业产品检测过程仍然使用半自动化检测设备，需要大量人工识别涂装产品是否合格。由于各种漏喷问题的客观存在，对工艺品喷涂过程的仿真是产品制造生产中的一个技术设计难题，因此，开展工艺品表面喷涂过程的视觉检测技术研究对我国工艺品以及小商品制造业的发展有着重要的意义。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提出一种基于工艺品表面喷涂仿真的控制方法，能够提高工艺品表面的喷涂效率。

本发明采用以下方案实现：一种基于工艺品表面喷涂仿真的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤s1：仿真得到工艺品表面喷涂仿真结果；

步骤s2：根据喷涂仿真结果确定工艺品表面漏喷位置，进一步对漏喷位置进行图像采集，得到工艺品喷涂实时检测结果；

步骤s3：根据喷涂仿真结果和工艺品喷涂实时检测结果，自动调整喷涂设备的控制参数，重新规划工艺品喷涂工序，优化工艺品喷涂过程；

步骤s4：将步骤s1的喷涂仿真结果、步骤s2的工艺品喷涂实时检测结果以及步骤s3的喷涂设备控制参数存入工艺品表面喷涂数据库。

进一步地，所述步骤s2具体包括以下步骤：

步骤s21：根据漏喷位置信息，调整工业相机的位姿，包括相机与工艺品的竖直距离、前后距离以及相机镜头的水平角度；

步骤s22：根据步骤s21计算的参数调整工业相机的位姿，进而采集漏喷位置的图像信息；

步骤s23：对步骤s22采集到的漏喷位置的图像进行轮廓提取，得到工艺品喷涂的实时检测结果。

进一步地，步骤s21具体为：根据各个漏喷区域的中心坐标、工艺品尺寸大小、工业相机镜头焦距以及感光传感器尺寸计算如下参数：

1)计算工业相机的工作距离d：

式中，fl为工业相机镜头焦距，fov表示工业相机的视场，sh表示感光传感器的尺寸大小；

2)根据漏喷区域的中心坐标与相机云台的垂直高度计算工业相机与工艺品中心的竖直距离h：

h＝|z-h0|；

式中，z表示漏喷区域中心的z轴坐标，h0表示相机云台的垂直高度；

3)计算工业相机镜头的水平角度θ：

θ＝arcsin(h/d)；

工业相机与工艺品中心的前后距离为：d*cosθ。

进一步地，步骤s23具体为：采用k-means聚类分割算法提取采集图像中的轮廓，并通过形态学处理得到各轮廓的尺寸信息。

进一步地，步骤s3具体包括以下步骤：

步骤s31：根据喷涂仿真结果和工艺品喷涂实时检测结果，确定喷涂设备的最优参数并将参数结果传递给控制终端；

步骤s32：控制终端自动调整喷涂设备的相关参数，包括：喷漆流量、喷头垂直运行速度、喷头转盘转速、静电电压。

进一步地，步骤s31中，确定喷涂设备的最优参数具体为：

1)优化喷漆流量v：

v＝v'+[n/3]ω；

式中，v’为初始喷漆流量，n为工艺品表面平均漏喷个数，ω为喷漆流量递增参数；

2)优化喷头经过漏喷区域的垂直运行速度v：

ν＝ν'-10(s/s0)；

式中，v’为初始垂直运行速度，s0为工艺品表面积，s为漏喷区域的面积；

3)优化喷头转盘的转速n：

n＝n'+1000(1+9.2γ)；

式中，n’为初始转速，γ为工艺品表面的漏喷率；

4)优化静电电压u：

式中，u’为初始静电电压。

与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明根据得到喷涂仿真结果，确定工艺品表面漏喷位置，根据漏喷位置信息进一步对该位置进行图像信息采集，重新规划工艺品喷涂工序，完成对工艺品表面的准确喷涂，提升喷涂工艺的柔性化和自动化程度。同时该喷涂仿真软件根据仿真结果和工艺品喷涂实时检测结果进一步控制喷涂设备的控制参数，以实现工艺品表面的完整喷涂。最后该喷涂仿真软件能够将仿真结果得到的位置信息、图像信息、工艺品喷涂工序信息、喷涂设备的控制参数等信息自动存入工艺品表面喷涂数据库，以便今后能够快速调用数据库信息，提高工艺品表面喷涂效率，减少作业工人劳动强度，保护工人生命安全。本发明的基于工艺品表面喷涂仿真的控制方法，对工业上大部分工艺品仿真喷涂具有普遍适用性，具有较大的市场运用范围，市场运用前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例的控制软件界面图。

图2为本发明实施例的方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图2所示，本实施例提供了一种基于工艺品表面喷涂仿真的控制方法，具体包括以下步骤：

步骤s1：仿真得到工艺品表面喷涂仿真结果；采用基于点云的工艺品表面喷涂缺陷仿真软件进行工艺品表面喷涂的仿真，本实施例中所采用的软件界面如图1所示，包括仿真结果显示界面及功能操作区，操作人员首先导入工艺品的点云模型，然后输入悬挂基准点s的三维坐标及正面喷涂方向向量，得到工艺品喷涂过程中的悬挂姿态；点击开始，软件将计算正面和反面喷涂过程中的自遮挡区域，并计算非自遮挡区域内各点所对应的漆膜厚度；最终显示工艺品的喷涂仿真结果，深色区域为自遮挡及漆膜厚度小于25μm的区域，浅色区域为喷涂质量良好的区域；其中，可以采用cn201811346682.6中的方法得到仿真结果；

步骤s2：根据喷涂仿真结果确定工艺品表面漏喷位置，进一步对漏喷位置进行图像采集，得到工艺品喷涂实时检测结果；该步骤具体包括以下步骤：

步骤s21：根据漏喷位置信息，调整工业相机的位姿，包括相机与工艺品的竖直距离、前后距离以及相机镜头的水平角度；

步骤s22：根据步骤s21计算的参数调整工业相机的位姿，进而采集漏喷位置的图像信息；

步骤s23：对步骤s22采集到的漏喷位置的图像进行轮廓提取，得到工艺品喷涂的实时检测结果。

其中，步骤s21具体为：控制终端调用相机云台控制算法，输入各个漏喷区域的中心坐标、工艺品尺寸大小、镜头焦距及传感器尺寸，并计算如下参数：

1)计算工业相机的工作距离d：

式中，fl为工业相机镜头焦距，fov表示工业相机的视场(即垂直、水平方向视场的最大值)，sh表示感光传感器的尺寸大小；

2)根据漏喷区域的中心坐标与相机云台的垂直高度计算工业相机与工艺品中心的竖直距离h：

h＝|z-h0|；

式中，z表示漏喷区域中心的z轴坐标，h0表示相机云台的垂直高度；

3)计算工业相机镜头的水平角度θ：

θ＝arcsin(h/d)；

工业相机与工艺品中心的前后距离为：d*cosθ。

控制终端输出相机与工艺品中心的竖直距离、前后距离以及相机镜头的水平角度，并控制相机云台自动调整工业相机的位姿。

在本实施例中，步骤s23具体为：将采集到的图像先后经过图像滤波、图像锐化、图像增强等预处理操作后，采用k-means聚类分割算法提取采集图像中的轮廓，并通过形态学处理得到各轮廓的尺寸信息。

步骤s3：根据喷涂仿真结果和工艺品喷涂实时检测结果，自动调整喷涂设备的控制参数，重新规划工艺品喷涂工序，优化工艺品喷涂过程；最终，根据喷涂仿真结果和工艺品喷涂实时检测结果，确定喷涂设备的最优参数并将参数结果传递给控制终端，具体步骤如下：

步骤s31：根据喷涂仿真结果和工艺品喷涂实时检测结果，确定喷涂设备的最优参数并将参数结果传递给控制终端；

步骤s32：控制终端自动调整喷涂设备的相关参数，包括：喷漆流量、喷头垂直运行速度、喷头转盘转速、静电电压。

在本实施例中，步骤s31中，确定喷涂设备的最优参数具体为：

1)优化喷漆流量v：已知某批次工艺品表面平均漏喷个数为n，根据缺陷信息分级优化喷涂设备的喷漆流量v，表达式如下所示。其中ω为喷漆流量递增参数，即平均漏喷个数每递增3个，则分级增加喷涂设备的喷漆流量v：

v＝v'+[n/3]ω；

式中，v’为初始喷漆流量，n为工艺品表面平均漏喷个数，ω为喷漆流量递增参数；

2)优化喷头经过漏喷区域的垂直运行速度v：喷头垂直速度直接影响着工艺品表面单位面积的涂料附着率，已知某漏喷区域的面积为s、中心垂直高度为h0，则控制终端将按照喷涂缺陷的面积大小分级调控喷头垂直运行速度ν，即降低喷头通过漏喷区域时的垂直速度以提高该区域单位面积的涂料附着率，公式如下：

ν＝ν'-10(s/s0)；

式中，v’为初始垂直运行速度，s0为工艺品表面积，s为漏喷区域的面积；

3)优化喷头转盘的转速n：转盘转速是对涂料雾化粒径影响最大的因素，已知某批次工艺表面的漏喷率为γ，则控制终端根据产品的平均漏喷率适当增加转盘转速n以降低产品的平均漏喷率，表达式如下所示：

n＝n'+1000(1+9.2γ)；

式中，n’为初始转速，γ为工艺品表面的漏喷率；

4)优化静电电压u：静电电压是影响涂料雾化效果的重要因素，喷涂设备的静电电压一般控制在80kv左右以保证涂料雾化充分。当控制终端检测到工艺品存在漏喷等缺陷时，将根据产品的平均漏喷率分级调节喷涂设备的静电电压u以提高工艺品表面单位面积的涂料附着率，表达式如下所示：

式中，u’为初始静电电压。

控制终端根据上述最优参数结果自动调整喷涂设备的相关参数。

步骤s4：将步骤s1的喷涂仿真结果、步骤s2的工艺品喷涂实时检测结果以及步骤s3的喷涂设备控制参数存入工艺品表面喷涂数据库。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。