本發(fā)明涉及噴漆工藝技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于云計(jì)算的汽車智能噴漆方法。

背景技術(shù)：

隨著汽車行業(yè)的不斷發(fā)展、勞動(dòng)力成本的不斷提高以及環(huán)保意識(shí)的不斷增強(qiáng)，傳統(tǒng)行業(yè)亟需自動(dòng)化、信息化、智能化等一系列技術(shù)手段進(jìn)行武裝，從人口紅利過渡為技術(shù)紅利，提升我國傳統(tǒng)行業(yè)的產(chǎn)品競爭力。近年來，我國汽車保有量大幅上升，對資源的需求急劇增加，同時(shí)造成的空氣污染也日益嚴(yán)重。受益于節(jié)能環(huán)保政策的推出，未來節(jié)能環(huán)保、新能源汽車以及相關(guān)零部件行業(yè)將是新的投資增長點(diǎn)，也是未來汽車工業(yè)的發(fā)展方向。

目前，國內(nèi)外對于汽車的噴漆工序主要都是靠人工來完成的，然而這種人工噴漆的方式存在諸多不足：1)油漆浪費(fèi)嚴(yán)重，損耗大，成本高；2)由于人工噴漆的方式不一，在噴漆過程中很難保證上漆量的均勻程度從而導(dǎo)致噴漆質(zhì)量一致性較差；3)由于沒有對漆霧進(jìn)行處理，作業(yè)環(huán)境惡劣，噴漆室內(nèi)粉塵極大，嚴(yán)重影響操作人員的健康，容易使操作人員患上塵肺??；4)對環(huán)境造成嚴(yán)重污染；5)效率低，不適合大批量的機(jī)械化作業(yè)；6)需要較多的操作人員，增加了作業(yè)成本和管理成本。

云計(jì)算是繼八十年代大型計(jì)算機(jī)到客戶端-服務(wù)器的大轉(zhuǎn)變之后的又一種巨變，它是基于互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)服務(wù)的增加、使用和交付模式，通過互聯(lián)網(wǎng)來提供動(dòng)態(tài)易擴(kuò)展且經(jīng)常是虛擬化的資源。通過使計(jì)算分布在大量的分布式計(jì)算機(jī)上，而非本地計(jì)算機(jī)或遠(yuǎn)程服務(wù)器中，企業(yè)數(shù)據(jù)中心的運(yùn)行將與互聯(lián)網(wǎng)更相似，這使得企業(yè)能夠?qū)①Y源切換到需要的應(yīng)用上，根據(jù)需求訪問計(jì)算機(jī)和存儲(chǔ)系統(tǒng)，只要連接互聯(lián)網(wǎng)即可來獲取各類服務(wù)，可以大規(guī)模的降低成本。因此，“云”具有前所未有的性能價(jià)格比，用戶可以充分享受“云”的低成本優(yōu)勢。

到目前為止，將云計(jì)算與汽車噴漆工藝相互結(jié)合的技術(shù)還未見報(bào)道。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有人工噴漆存在的油漆損耗大、質(zhì)量一致性差、影響操作人員健康、污染嚴(yán)重、效率低、成本高的問題，本發(fā)明提供一種基于云計(jì)算的汽車智能噴漆方法。

本發(fā)明為解決技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明的基于云計(jì)算的汽車智能噴漆方法，包括以下步驟：

步驟一、基礎(chǔ)設(shè)施搭建

搭建云計(jì)算平臺(tái)、多個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)、多個(gè)噴烤房；

所述云計(jì)算平臺(tái)包括大型服務(wù)器，與大型服務(wù)器相連的交換器，與交換器相連的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，與交換器相連的路由器，嵌入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)、汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫和汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫；所述大型服務(wù)器通過路由器和雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)與各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，所述數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)用于管理汽車零件三維模型和汽車零件噴涂程序的下載和上傳，所述汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)汽車廠商提供的各種型號(hào)的汽車零件三維模型和各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)通過掃描上傳的汽車零件三維模型，所述汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)根據(jù)汽車零件三維模型生成的汽車零件噴涂程序和各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)上傳的實(shí)際的汽車零件噴涂程序，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中還存儲(chǔ)由城市服務(wù)平臺(tái)上傳的優(yōu)化后的噴槍位姿軌跡數(shù)據(jù)；

所述城市服務(wù)平臺(tái)包括服務(wù)器，與服務(wù)器相連的3D掃描設(shè)備，與3D掃描設(shè)備相連的3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)，嵌入服務(wù)器中的3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)、噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫和汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)；所述服務(wù)器通過雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)與大型服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，所述服務(wù)器用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及與各個(gè)噴烤房的數(shù)據(jù)傳輸，所述3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)用于控制3D掃描設(shè)備對汽車零件進(jìn)行掃描和建模，所述噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)汽車零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，所述汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)根據(jù)汽車零件噴涂路徑編程設(shè)計(jì)的汽車零件噴涂程序，所述質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫用于存儲(chǔ)由噴烤房上傳的質(zhì)檢結(jié)果，所述汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)用于規(guī)劃汽車零件噴涂路徑；

所述噴烤房用于實(shí)現(xiàn)汽車智能噴漆；

步驟二、搭建汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫

通過3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)控制3D掃描設(shè)備對汽車零件進(jìn)行掃描，并建立汽車零件三維模型，通過服務(wù)器將汽車零件三維模型上傳至云計(jì)算平臺(tái)中，并通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將汽車零件三維模型存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫中，汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫本身也存儲(chǔ)各汽車廠商提供的各種型號(hào)的汽車零件三維模型；

步驟三、汽車零件噴涂路徑設(shè)計(jì)

利用噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)自動(dòng)生成汽車零件噴涂路徑，同時(shí)根據(jù)生成的汽車零件噴涂路徑編程設(shè)計(jì)汽車零件噴涂程序，并將汽車零件噴涂程序存儲(chǔ)在汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫中。汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫中還存儲(chǔ)從云計(jì)算平臺(tái)中的汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫中下載的汽車零件噴涂程序；

步驟四、噴槍位姿軌跡獲取和優(yōu)化

(1)基于點(diǎn)云切片技術(shù)的噴槍位姿軌跡獲取

由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成三維模型過程繁瑣，所以引入點(diǎn)云切片技術(shù)，利用噴烤房噴涂機(jī)械手系統(tǒng)中的上位機(jī)直接對汽車零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接生成等距的噴槍位姿軌跡；

(2)噴槍位姿軌跡優(yōu)化

對得到的噴槍位姿軌跡進(jìn)行速度優(yōu)化和間距優(yōu)化；將優(yōu)化后的噴槍位姿軌跡通過噴烤房噴涂機(jī)械手系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)上傳到城市服務(wù)平臺(tái)的服務(wù)器中，再由服務(wù)器上傳至上級的云計(jì)算平臺(tái)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中；根據(jù)優(yōu)化后的噴槍的位姿、路徑、速度信息生成實(shí)際的汽車零件噴涂程序存儲(chǔ)在汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫中，將生成的實(shí)際的汽車零件噴涂程序上傳并存儲(chǔ)至云計(jì)算平臺(tái)中的汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫中；

步驟五、噴涂時(shí)，處于系統(tǒng)末端的噴烤房，根據(jù)需要可在云計(jì)算平臺(tái)中下載需要的汽車零件噴涂程序、在汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)中下載汽車零件噴涂路徑，并在五軸聯(lián)動(dòng)的龍門桁架式噴涂機(jī)械手的控制系統(tǒng)中設(shè)置相關(guān)噴涂參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況修改所下載的汽車零件噴涂程序，對噴涂參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使重合率達(dá)到50％～60％，同時(shí)根據(jù)下載的汽車零件噴涂路徑以及優(yōu)化的噴槍位姿軌跡，通過龍門桁架式噴涂機(jī)械手進(jìn)行噴涂，噴涂后進(jìn)行噴烤，得到厚度均勻的漆膜；

步驟六、噴烤完成之后，需要對噴涂質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。

進(jìn)一步的，步驟二的具體過程為：(1)通過3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)控制3D掃描設(shè)備對汽車零件進(jìn)行掃描，通過旋轉(zhuǎn)汽車零件或者3D掃描設(shè)備的掃描頭，變換掃描視角，運(yùn)用多視角點(diǎn)云的自動(dòng)拼接技術(shù)，可完成對汽車零件全方位360度掃描；(2)掃描完成后，在汽車零件表面取一些點(diǎn)，計(jì)算這些點(diǎn)與3D掃描設(shè)備之間的距離，當(dāng)測量的點(diǎn)足夠多時(shí)，自動(dòng)生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫中，利用汽車零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就能夠得到汽車零件表面的輪廓，將這些相鄰的點(diǎn)之間建立聯(lián)系，就能夠得到汽車零件的三維模型，通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)將汽車零件三維模型存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中的汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫中；(3)對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理：去除異常數(shù)據(jù)點(diǎn)以減小誤差；通過合適的數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法補(bǔ)齊遺失點(diǎn)；選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)平滑降低或消除測量噪聲；對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮。

進(jìn)一步的，步驟四的具體過程為：通過設(shè)定切片方向和切片層數(shù)，對預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理，得到切片多義線后對其平均采樣，確定噴槍在汽車零件表面的噴涂路徑，然后估算所有采樣點(diǎn)的法向量，最后利用偏置算法獲取噴槍位姿軌跡。

進(jìn)一步的，所述噴烤房包括：采用電動(dòng)卷簾門分割成的噴漆間和烤漆間、噴涂機(jī)械手系統(tǒng)、質(zhì)量檢測系統(tǒng)；

所述噴漆間包括：安裝在噴漆間側(cè)壁及頂部上的防爆照明燈、分別設(shè)置在噴漆間頂部的進(jìn)風(fēng)口和底部的出風(fēng)口、安裝在噴漆間外部墻體上且與進(jìn)風(fēng)口連通的送風(fēng)機(jī)、安裝在噴漆間外部墻體上且與出風(fēng)口連通的排風(fēng)機(jī)、固定在噴漆間地面上的環(huán)保箱、安裝在噴漆間頂部進(jìn)風(fēng)口處的過濾網(wǎng)、水池、安裝在水池中的水泵、安裝在噴漆間一端側(cè)面且通過導(dǎo)流管與水池相通的溢流槽，通過水泵將水池中的水抽至噴漆間內(nèi)的溢流槽中，使水在溢流槽中溢流形成水膜簾；

所述烤漆間包括：安裝在烤漆間側(cè)壁及頂部上的防爆照明燈、安裝在烤漆間側(cè)壁上部的攝像頭、安裝在烤漆間兩側(cè)壁和頂部上的遠(yuǎn)紅外發(fā)射板、安裝在烤漆間頂部的變頻風(fēng)扇；

所述噴涂機(jī)械手系統(tǒng)包括：五軸聯(lián)動(dòng)的龍門桁架式噴涂機(jī)械手、控制系統(tǒng)、漆料盒、雙工位轉(zhuǎn)臺(tái)；所述龍門桁架式噴涂機(jī)械手包括：分別固定在噴烤房兩側(cè)壁上的兩個(gè)X軸滑動(dòng)平臺(tái)、兩端分別固定在兩個(gè)X軸滑動(dòng)平臺(tái)上的Y軸滑動(dòng)平臺(tái)、一端固定在Y軸滑動(dòng)平臺(tái)中間部位的Z軸升降機(jī)構(gòu)、固定在Z軸升降機(jī)構(gòu)另一端的第一旋轉(zhuǎn)軸、固定在Z軸升降機(jī)構(gòu)另一端且位于第一旋轉(zhuǎn)軸之下的第二旋轉(zhuǎn)軸、固定在第二旋轉(zhuǎn)軸上的噴槍，所述第一旋轉(zhuǎn)軸的軸線與Z軸升降機(jī)構(gòu)的軸線平行，所述第二旋轉(zhuǎn)軸的軸線與Z軸升降機(jī)構(gòu)的軸線垂直；所述控制系統(tǒng)用于從服務(wù)器的汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫中下載汽車零件噴涂程序，從服務(wù)器的噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫中下載點(diǎn)云數(shù)據(jù)、并根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對噴槍位姿軌跡進(jìn)行優(yōu)化，從上級服務(wù)器中下載各種型號(hào)汽車零件三維模型、并根據(jù)實(shí)際噴涂情況反饋至質(zhì)量檢測系統(tǒng)；所述漆料盒放置在噴漆間地面上并通過通過料管連接到噴槍上；所述雙工位轉(zhuǎn)臺(tái)一端安裝在噴漆間，另一端安裝在烤漆間，通過雙工位轉(zhuǎn)臺(tái)將噴完漆的汽車零件由噴漆間傳輸?shù)娇酒衢g；

所述質(zhì)量檢測系統(tǒng)包括CCD圖像采集單元和與之相連的質(zhì)量檢測控制系統(tǒng)，通過質(zhì)量檢測控制系統(tǒng)配置采樣面，并控制CCD圖像采集單元拍攝采樣面的高清圖像，通過質(zhì)量檢測控制系統(tǒng)對采樣面的高清圖像進(jìn)行處理，評估涂層質(zhì)量，并將質(zhì)檢結(jié)果上傳至服務(wù)器的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫中，根據(jù)質(zhì)檢結(jié)果調(diào)整優(yōu)化汽車零件噴涂程序生成過程中的相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化汽車零件噴涂程序。

進(jìn)一步的，還包括安裝在噴烤房外部墻體上的操作按鈕和故障顯示燈，所述防爆照明燈、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、水泵、攝像頭、遠(yuǎn)紅外發(fā)射板、變頻風(fēng)扇均與操作按鈕相連，通過操作按鈕控制防爆照明燈、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、水泵、攝像頭、遠(yuǎn)紅外發(fā)射板、變頻風(fēng)扇的開啟和關(guān)閉；所述防爆照明燈、送風(fēng)機(jī)、排風(fēng)機(jī)、水泵、攝像頭、遠(yuǎn)紅外發(fā)射板、變頻風(fēng)扇均與故障顯示燈相連，上述組件出現(xiàn)故障時(shí)均通過故障顯示燈進(jìn)行顯示。

進(jìn)一步的，所述控制系統(tǒng)包括：ARM處理器、與ARM處理器相連的DSP處理器、與DSP處理器相連的上位機(jī)，與上位機(jī)相連的下位機(jī)、與上位機(jī)相連的操作面板；所述上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接互聯(lián)網(wǎng)并與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，所述下位機(jī)分別與兩個(gè)X軸滑動(dòng)平臺(tái)、Z軸升降機(jī)構(gòu)、Y軸滑動(dòng)平臺(tái)、第一旋轉(zhuǎn)軸、第二旋轉(zhuǎn)軸相連；通過上位機(jī)從服務(wù)器的汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫中下載汽車零件噴涂程序，通過上位機(jī)從服務(wù)器的噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫中下載點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對噴槍位姿軌跡進(jìn)行優(yōu)化，所述上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送控制命令，下位機(jī)再根據(jù)此控制命令解算成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制龍門桁架式噴涂機(jī)械手進(jìn)行噴涂作業(yè)，通過下位機(jī)實(shí)時(shí)讀取龍門桁架式噴涂機(jī)械手狀態(tài)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)，通過上位機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從服務(wù)器中下載各種型號(hào)汽車零件三維模型，并根據(jù)實(shí)際噴涂情況及時(shí)反饋至質(zhì)量檢測系統(tǒng)。

進(jìn)一步的，所述漆料盒采用多個(gè)壓力容器組成，其中一個(gè)壓力容器裝有料管油漆清洗劑，其余的壓力容器中分別裝有一種顏色漆料，各個(gè)壓力容器均通過料管連接到噴槍上，每個(gè)壓力容器均通過開關(guān)閥和氣泵控制漆料的流通。

進(jìn)一步的，所述X軸滑動(dòng)平臺(tái)、Z軸升降機(jī)構(gòu)、Y軸滑動(dòng)平臺(tái)均為直線運(yùn)動(dòng)軸，所述第一旋轉(zhuǎn)軸、第二旋轉(zhuǎn)軸均為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸。

進(jìn)一步的，所述X軸滑動(dòng)平臺(tái)、Y軸滑動(dòng)平臺(tái)、Z軸升降機(jī)構(gòu)的行程分別為3.5米、3米和1.45米；所述第一旋轉(zhuǎn)軸和第二旋轉(zhuǎn)軸的行程均為-90度到+90度，所述噴槍距離地面的最小距離為0.28米。

進(jìn)一步的，所述水池中放置有漆霧凝聚劑。

本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的總體目標(biāo)是為避免人工噴漆造成的對噴漆工人的健康傷害，減小噴漆烤漆過程對周邊環(huán)境的危害，從根本上避免由于操作人員的技能手法差異導(dǎo)致的漆面質(zhì)量的不一致性，本發(fā)明研究設(shè)計(jì)一個(gè)基于云計(jì)算的自動(dòng)噴漆烤漆一體化分布式“機(jī)器換人”解決方案，利用云計(jì)算平臺(tái)的技術(shù)優(yōu)勢，與汽車自動(dòng)化補(bǔ)漆噴涂深度融合，創(chuàng)新汽車補(bǔ)漆服務(wù)新模式。

本發(fā)明的基于云計(jì)算的汽車智能噴漆系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：

1)智能噴漆機(jī)械手油漆損耗小，降低企業(yè)生產(chǎn)成本；

2)噴涂質(zhì)量穩(wěn)定，機(jī)械手噴涂方式能夠保證上漆量的均勻程度和質(zhì)量的穩(wěn)定性；

3)通過對漆霧進(jìn)行處理，保護(hù)汽車操作人員的健康，降低對環(huán)境造成的污染；

4)生產(chǎn)效率高，適合大批量生產(chǎn)；

5)大量減少人力，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本和管理成本。

6)本發(fā)明針對汽車零部件形狀復(fù)雜、噴涂質(zhì)量和精度要求高以及噴涂環(huán)境惡劣等問題，以智能控制、動(dòng)態(tài)優(yōu)化設(shè)計(jì)、模塊化設(shè)計(jì)等技術(shù)為基礎(chǔ)，研發(fā)設(shè)計(jì)了汽車零部件智能噴烤房。根據(jù)汽車零部件表面噴涂工藝與作業(yè)環(huán)境要求，規(guī)劃了智能噴烤房結(jié)構(gòu)布局，自主研發(fā)設(shè)計(jì)了噴烤房環(huán)境控制系統(tǒng)、龍門桁架式五軸噴涂機(jī)器人及其附屬設(shè)備，最終實(shí)現(xiàn)汽車零部件表面噴漆與修復(fù)過程的無人化、智能化，為該行業(yè)提供技術(shù)保障。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的基于云計(jì)算的汽車智能噴漆系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的基于云計(jì)算的汽車智能噴漆系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為本發(fā)明的基于云計(jì)算的汽車智能噴漆方法的工作流程圖。

圖4為噴烤房的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中：1、云計(jì)算平臺(tái)，1-1、大型服務(wù)器，1-2、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，1-3、雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)，1-4、路由器，1-5、交換器，1-6、數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)，1-7、汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫，1-8、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫，2、城市服務(wù)平臺(tái)，2-1、服務(wù)器，2-2、3D掃描設(shè)備，2-3、3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)，2-4、噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫，2-5、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫，2-6、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫，2-7、汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)，3、噴烤房，X軸滑動(dòng)平臺(tái)3-1、Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2、Y軸滑動(dòng)平臺(tái)3-3、環(huán)保箱3-4、第一旋轉(zhuǎn)軸3-5、噴槍3-6、第二旋轉(zhuǎn)軸3-7、雙工位轉(zhuǎn)臺(tái)3-8、操作面板3-11、操作按鈕3-12、故障顯示燈3-13、攝像頭3-14、防爆照明燈3-15、遠(yuǎn)紅外加熱板3-16、送風(fēng)機(jī)3-17、水膜簾3-18、排風(fēng)機(jī)3-19。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。

本發(fā)明的一種基于云計(jì)算的汽車智能噴漆系統(tǒng)利用自身強(qiáng)大的存儲(chǔ)能力和數(shù)據(jù)處理能力，管理各型噴涂件的三維模型數(shù)據(jù)、規(guī)劃噴涂路徑、監(jiān)控噴涂工作狀態(tài)、依據(jù)反饋數(shù)據(jù)改進(jìn)加工路徑和噴涂方法以提高效率。通過云計(jì)算平臺(tái)1的搭建，將目前處于星散的各自獨(dú)立經(jīng)營的汽車修理廠的噴烤房3組建成網(wǎng)絡(luò)化車間，實(shí)現(xiàn)噴烤房3之間的信息共享、優(yōu)化資源配置。每座城市配置有1-2座基于機(jī)器視覺的模型智能識(shí)別技術(shù)的城市服務(wù)平臺(tái)2作為信息中心，因其具有高效、節(jié)能等特點(diǎn)，故可輻射、覆蓋整座城市，建設(shè)成為“社區(qū)店”模式，其余噴烤房3即可作為云計(jì)算平臺(tái)1末梢，進(jìn)行作業(yè)前，從云計(jì)算平臺(tái)1下載車型數(shù)據(jù)和加工數(shù)據(jù)并根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行參數(shù)微調(diào)即可。

如圖1所示，本發(fā)明的一種基于云計(jì)算的汽車智能噴漆系統(tǒng)，主要包括：云計(jì)算平臺(tái)1、多個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2、多個(gè)噴烤房3。

汽車智能噴漆的基礎(chǔ)是云計(jì)算平臺(tái)1，該云計(jì)算平臺(tái)1的主要功能是實(shí)現(xiàn)與下級的各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2的數(shù)據(jù)共享。云計(jì)算平臺(tái)1主要是由硬件部分和軟件部分共同作用實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示，云計(jì)算平臺(tái)1主要包括高性能的大型服務(wù)器1-1、大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2、穩(wěn)定可靠的雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)1-3、路由器1-4和交換器1-5以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)1-6、汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫1-8。高性能的大型服務(wù)器1-1與交換器1-5通過線纜相連，交換器1-5與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2通過線纜相連，交換器1-5通過線纜與路由器1-4相連，高性能的大型服務(wù)器1-1通過路由器1-4和雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)1-3與下級的各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成數(shù)據(jù)的共享和對接。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)1-6、汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫1-8均嵌入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2中，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)1-6主要負(fù)責(zé)管理汽車零件三維模型和汽車零件噴涂程序的下載和上傳，汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7主要用于存儲(chǔ)汽車廠商提供的各種型號(hào)的汽車零件三維模型和各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2通過掃描上傳的汽車零件三維模型；汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫1-8主要用于存儲(chǔ)根據(jù)汽車零件三維模型生成的汽車零件噴涂程序和各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2上傳的實(shí)際的汽車零件噴涂程序。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2中還存儲(chǔ)由下級城市服務(wù)平臺(tái)2上傳的優(yōu)化后的噴槍位姿軌跡數(shù)據(jù)。

汽車智能噴漆系統(tǒng)需要在各個(gè)城市設(shè)置城市服務(wù)平臺(tái)2。城市服務(wù)平臺(tái)2主要是由硬件部分和軟件部分共同作用實(shí)現(xiàn)的。如圖2所示，城市服務(wù)平臺(tái)2主要包括高性能的服務(wù)器2-1、3D掃描設(shè)備2-2、3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)2-3、噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫2-6、汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7、雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)1-3。服務(wù)器2-1與3D掃描設(shè)備2-2通過線纜相連。3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)2-3、噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫2-6和汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7嵌入服務(wù)器2-1中。3D掃描設(shè)備2-2是一種基于機(jī)器視覺的模型智能識(shí)別設(shè)備，通過配置3D掃描設(shè)備2-2對汽車零件進(jìn)行掃描，并建立汽車零件三維模型。高性能的服務(wù)器2-1通過雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)1-3與高性能的大型服務(wù)器1-1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成數(shù)據(jù)的共享和對接，同時(shí)，高性能的服務(wù)器2-1用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及與下級的各噴烤房3的數(shù)據(jù)傳輸。3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)2-3用于控制3D掃描設(shè)備2-2對汽車零件進(jìn)行掃描和建模，噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4主要用于存儲(chǔ)汽車零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5主要用于存儲(chǔ)根據(jù)汽車零件噴涂路徑編程設(shè)計(jì)的汽車零件噴涂程序，質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫2-6用于存儲(chǔ)由噴烤房3中的質(zhì)量檢測系統(tǒng)上傳的質(zhì)檢結(jié)果，汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7用于規(guī)劃汽車零件噴涂路徑。

噴烤房3為高質(zhì)量的噴涂作業(yè)提供良好的環(huán)境保證。采用電動(dòng)卷簾門將噴烤房3分割為噴漆間3-9和烤漆間3-10。噴漆間3-9主要承擔(dān)汽車零件的噴漆作業(yè)。為了保證表面噴漆作業(yè)環(huán)境要求，噴漆間3-9應(yīng)具備照明、通風(fēng)、空氣凈化、漆霧處理和故障報(bào)警功能。如圖4所示，噴漆間3-9內(nèi)部主要設(shè)置有：防爆照明燈3-15、進(jìn)風(fēng)口、出風(fēng)口、水膜簾3-18、過濾網(wǎng)、溢流槽，噴漆間3-9外部主要設(shè)置有送風(fēng)機(jī)3-17、排風(fēng)機(jī)3-19、環(huán)保箱3-4、水泵、水池、導(dǎo)流管。噴漆間3-9的照明設(shè)備按照GB14444-2006《噴漆室安全技術(shù)規(guī)定》要求安裝，照明設(shè)備全部采用防爆照明燈3-15，防爆照明燈3-15安裝在噴漆間3-9側(cè)壁及頂部上。進(jìn)風(fēng)口設(shè)置在噴漆間3-9頂部，出風(fēng)口設(shè)置在噴漆間3-9底部，送風(fēng)機(jī)3-17與進(jìn)風(fēng)口連通，排風(fēng)機(jī)3-19與出風(fēng)口連通，送風(fēng)機(jī)3-17和排風(fēng)機(jī)3-19均安裝在噴漆間3-9外部墻體上。噴漆間3-9壓力為負(fù)壓，室外空氣通過送風(fēng)機(jī)3-17經(jīng)噴烤房3頂部進(jìn)風(fēng)口進(jìn)入噴漆間3-9內(nèi)部，在汽車零件周圍形成風(fēng)幕，使噴漆后的殘留漆霧不向四周彌散而隨氣流下降，在排風(fēng)機(jī)3-19的作用下，氣流有序地通過噴漆間3-9底部出風(fēng)口經(jīng)環(huán)保箱3-4凈化后排向室外，環(huán)保箱3-4固定在噴漆間3-9地面上。噴漆間3-9頂部進(jìn)風(fēng)口處需要安裝過濾網(wǎng)(過濾棉、活性炭等)，用于凈化空氣。采用水膜簾3-18處理殘留漆霧，即噴漆時(shí)，采用水泵將水池中的水抽至噴漆間3-9內(nèi)的溢流槽中，使水在溢流槽中溢流形成水膜簾3-18，溢流槽安裝在噴漆間3-9一端側(cè)面，水泵安裝在水池中，溢流槽通過導(dǎo)流管與水池相通；當(dāng)殘留漆霧碰到水膜簾3-18時(shí)，就會(huì)被水吸附，污水通過導(dǎo)流管回流至水池內(nèi)，水池中放置有漆霧凝聚劑，污水通過漆霧凝聚劑的凝結(jié)和過濾網(wǎng)的過濾凈化后重新被水泵吸入噴烤房3內(nèi)，漆霧中的有機(jī)溶劑被稀釋達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)后經(jīng)排風(fēng)機(jī)3-19排放到室外。

如圖4所示，烤漆間3-10主要承擔(dān)噴漆表面的烘烤作業(yè)，為了達(dá)到表面烤漆作業(yè)環(huán)境要求，烤漆間3-10應(yīng)具備照明、加熱、熱交換和故障報(bào)警等功能?？酒衢g3-10主要包括：攝像頭3-14、防爆照明燈3-15、遠(yuǎn)紅外發(fā)射板3-16、變頻風(fēng)扇。烤漆間3-10的照明燈組全部采用防爆照明燈3-15，電壓為220V，防爆照明燈3-15安裝在烤漆間3-10側(cè)壁及頂部上。攝像頭3-14安裝在烤漆間3-10側(cè)壁上部，通過攝像頭3-14可以監(jiān)視噴烤房3內(nèi)部情況，在出現(xiàn)問題時(shí)可以及時(shí)處理。烤漆間3-10采用遠(yuǎn)紅外發(fā)射板3-16加熱，電壓為220V，溫度可達(dá)60～80度，溫升時(shí)間不超過40分鐘，遠(yuǎn)紅外發(fā)射板3-16安裝在烤漆間3-10兩側(cè)壁和頂部上，采用分組控制。熱交換通過變頻風(fēng)扇實(shí)現(xiàn)，烤漆間3-10頂部安裝有變頻風(fēng)扇兩個(gè)，該變頻風(fēng)扇可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變頻控制，同時(shí)要滿足防爆要求。

汽車智能噴漆的執(zhí)行部件是噴涂機(jī)械手系統(tǒng)。該噴涂機(jī)械手系統(tǒng)主要包括：五軸聯(lián)動(dòng)的龍門桁架式噴涂機(jī)械手、控制系統(tǒng)、漆料盒、雙工位轉(zhuǎn)臺(tái)3-8。

根據(jù)汽車零件噴涂工藝要求，進(jìn)行龍門桁架式噴涂機(jī)械手本體初步設(shè)計(jì)。定制開發(fā)五軸聯(lián)動(dòng)的龍門桁架式噴涂機(jī)械手，對龍門桁架式噴涂機(jī)械手本體及其關(guān)鍵零部件進(jìn)行動(dòng)力學(xué)和靜力學(xué)分析，以結(jié)構(gòu)輕量化、提高系統(tǒng)剛度、降低模態(tài)基頻和優(yōu)化動(dòng)態(tài)性能為目標(biāo)，設(shè)計(jì)各軸行程和漆料盒，實(shí)現(xiàn)機(jī)械手的結(jié)構(gòu)優(yōu)化。根據(jù)龍門桁架式噴涂機(jī)械手本體的設(shè)計(jì)方案及動(dòng)力學(xué)、靜力學(xué)分析結(jié)果，對龍門桁架式噴涂機(jī)械手本體進(jìn)行詳細(xì)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。五軸聯(lián)動(dòng)的龍門桁架式噴涂機(jī)械手主要包括兩個(gè)X軸滑動(dòng)平臺(tái)3-1、Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2、Y軸滑動(dòng)平臺(tái)3-3、第一旋轉(zhuǎn)軸3-5、第二旋轉(zhuǎn)軸3-7、噴槍3-6。兩個(gè)X軸滑動(dòng)平臺(tái)3-1分別固定在噴烤房3兩側(cè)壁上，Y軸滑動(dòng)平臺(tái)3-3的兩端分別固定在兩個(gè)X軸滑動(dòng)平臺(tái)3-1上，Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2一端固定在Y軸滑動(dòng)平臺(tái)3-3中間部位，第一旋轉(zhuǎn)軸3-5固定在Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2另一端，第二旋轉(zhuǎn)軸3-7也固定在Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2另一端并且位于第一旋轉(zhuǎn)軸3-5之下，第一旋轉(zhuǎn)軸3-5的軸線與Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2的軸線平行，第二旋轉(zhuǎn)軸3-7的軸線與Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2的軸線垂直。X軸滑動(dòng)平臺(tái)3-1、Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2、Y軸滑動(dòng)平臺(tái)3-3均為直線運(yùn)動(dòng)軸，第一旋轉(zhuǎn)軸3-5、第二旋轉(zhuǎn)軸3-7均為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)軸。X軸滑動(dòng)平臺(tái)3-1、Y軸滑動(dòng)平臺(tái)3-3、Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2的行程分別為3.5米、3米和1.45米。第一旋轉(zhuǎn)軸3-5和第二旋轉(zhuǎn)軸3-7的行程均為-90度到+90度。噴槍3-6固定在第二旋轉(zhuǎn)軸3-7上，噴槍3-6距離地面的最小距離為0.28米。

控制系統(tǒng)是龍門桁架式噴涂機(jī)械手的核心，它的主要任務(wù)就是控制龍門桁架式噴涂機(jī)械手在噴漆間3-9中的運(yùn)動(dòng)位置、姿態(tài)和軌跡、操作順序及動(dòng)作的時(shí)間等，具有編程簡單、軟件菜單操作、友好的人機(jī)交互界面、在線操作提示和使用方便等特點(diǎn)。該控制系統(tǒng)主要包括：DSP處理器、ARM處理器、上位機(jī)、下位機(jī)、操作面板3-11、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。DSP處理器與ARM處理器相連，DSP處理器與上位機(jī)相連，上位機(jī)與下位機(jī)相連，上位機(jī)與操作面板3-11相連，上位機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)設(shè)備連接互聯(lián)網(wǎng)，并與上級的城市服務(wù)平臺(tái)2中的服務(wù)器2-1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。下位機(jī)分別與兩個(gè)X軸滑動(dòng)平臺(tái)3-1、Z軸升降機(jī)構(gòu)3-2、Y軸滑動(dòng)平臺(tái)3-3、第一旋轉(zhuǎn)軸3-5、第二旋轉(zhuǎn)軸3-7相連。該控制系統(tǒng)的軟件平臺(tái)采用模塊化的上、下位機(jī)訪問結(jié)構(gòu)，運(yùn)動(dòng)控制為下位機(jī)，執(zhí)行運(yùn)動(dòng)控制指令，人機(jī)交互、譯碼等功能為上位機(jī)，通過操作面板3-11進(jìn)行操作，通過上位機(jī)執(zhí)行操作、編程、示教等功能。

該控制系統(tǒng)采用嵌入式結(jié)構(gòu)，以高性能ARM處理器和DSP處理器為核心，充分利用其自身資源和強(qiáng)大的實(shí)時(shí)處理能力，易于實(shí)現(xiàn)龍門桁架式噴涂機(jī)械手實(shí)時(shí)、多任務(wù)控制的要求。通過控制系統(tǒng)中的上位機(jī)從城市服務(wù)平臺(tái)2的服務(wù)器2-1中的汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5中下載相關(guān)汽車零件噴涂程序，操作人員可根據(jù)實(shí)際情況，對下載后的汽車零件噴涂程序進(jìn)行修改。通過控制系統(tǒng)中的上位機(jī)從城市服務(wù)平臺(tái)2的服務(wù)器2-1中的噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4中下載點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)對噴槍位姿軌跡進(jìn)行優(yōu)化。上位機(jī)向下位機(jī)發(fā)送控制命令，下位機(jī)再根據(jù)此控制命令解算成相應(yīng)時(shí)序信號(hào)直接控制龍門桁架式噴涂機(jī)械手進(jìn)行噴涂作業(yè)，通過下位機(jī)實(shí)時(shí)讀取龍門桁架式噴涂機(jī)械手狀態(tài)數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)反饋給上位機(jī)。噴烤房3通過上位機(jī)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備從上級服務(wù)器2-1中下載各種型號(hào)汽車零件三維模型，并根據(jù)實(shí)際噴涂情況及時(shí)反饋至質(zhì)量檢測系統(tǒng)，提出改進(jìn)建議，構(gòu)成閉環(huán)化噴涂修改解決方案。

為了保證噴涂質(zhì)量，必須搭建一套質(zhì)量檢測系統(tǒng)。該質(zhì)量檢測系統(tǒng)設(shè)置在噴烤房3中。該質(zhì)量檢測系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)視覺系統(tǒng)為主體的實(shí)時(shí)圖像采集和識(shí)別系統(tǒng)。該質(zhì)量檢測系統(tǒng)主要包括CCD圖像采集單元和質(zhì)量檢測控制系統(tǒng)。操作人員在質(zhì)量檢測控制系統(tǒng)可配置采樣面，并控制CCD圖像采集單元拍攝采樣面的高清圖像，質(zhì)量檢測控制系統(tǒng)對采樣面的高清圖像進(jìn)行處理，評估涂層質(zhì)量，并將質(zhì)檢結(jié)果上傳至城市服務(wù)平臺(tái)2服務(wù)器2-1中的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫2-6中，并根據(jù)質(zhì)檢結(jié)果調(diào)整優(yōu)化汽車零件噴涂程序生成過程中的相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化汽車零件噴涂程序，提高噴涂質(zhì)量。其具體過程如下：在汽車涂裝結(jié)束后，對汽車涂膜缺陷進(jìn)行在線自動(dòng)檢測，獲取缺陷的位置坐標(biāo)和模式類別，并統(tǒng)計(jì)出各類缺陷的數(shù)量；該系統(tǒng)的核心在于圖像處理和模式識(shí)別，圖像處理的主要任務(wù)是去噪、圖像增強(qiáng)和圖像分割，在圖像采集過程中往往會(huì)受到噪聲的干擾，如光電轉(zhuǎn)化過程中的噪聲、脈沖干擾、信道傳輸誤差、A/D轉(zhuǎn)換過程中的誤差及工業(yè)現(xiàn)場電磁干擾等，因此必須對采集到的圖像進(jìn)行去噪處理已獲取最大程度反映現(xiàn)實(shí)的圖像；之后為了能夠突出圖像中感興趣的部分，必須對圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理，最后為了提取出感興趣部分的特征值，還需要對圖像進(jìn)行分割操作，分割的準(zhǔn)則是每個(gè)區(qū)域內(nèi)部的特征或?qū)傩允窍嗤蛳嗨频摹＿@些特征可以是像素灰度值、邊緣輪廓曲線、紋理特征、形狀和顏色等，也可以是空間頻譜或直方圖等。模式識(shí)別的主要任務(wù)是對輸入進(jìn)來的圖像進(jìn)行分類，確定出圖像中所顯示的缺陷類型，模式識(shí)別主要使用的是BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模式識(shí)別算法，經(jīng)過大量的缺陷圖像數(shù)據(jù)的訓(xùn)練，該算法可精確的判定圖像中所顯示的缺陷類型。

漆料盒放置在噴漆間3-9地面上。漆料盒采用多個(gè)壓力容器組成，其中一個(gè)壓力容器裝有料管油漆清洗劑，其余的壓力容器中分別裝有一種顏色漆料，各個(gè)壓力容器均通過料管連接到噴槍3-6上，每個(gè)壓力容器均通過開關(guān)閥和氣泵控制漆料的流通。

雙工位轉(zhuǎn)臺(tái)3-8一端安裝在噴漆間3-9，另一端安裝在烤漆間3-10，通過雙工位轉(zhuǎn)臺(tái)3-8將噴完漆的汽車零件由噴漆間3-9傳輸?shù)娇酒衢g3-10。操作按鈕3-12和故障顯示燈3-13均安裝在噴烤房3外部墻體上，噴烤房3中的防爆照明燈3-15、送風(fēng)機(jī)3-17、排風(fēng)機(jī)3-19、水泵、攝像頭3-14、遠(yuǎn)紅外發(fā)射板3-16、變頻風(fēng)扇均與操作按鈕3-12相連，通過操作按鈕3-12控制防爆照明燈3-15、送風(fēng)機(jī)3-17、排風(fēng)機(jī)3-19、水泵、攝像頭3-14、遠(yuǎn)紅外發(fā)射板3-16、變頻風(fēng)扇的開啟和關(guān)閉；噴烤房3中的防爆照明燈3-15、送風(fēng)機(jī)3-17、排風(fēng)機(jī)3-19、水泵、攝像頭3-14、遠(yuǎn)紅外發(fā)射板3-16、變頻風(fēng)扇均與故障顯示燈3-13相連，上述組件出現(xiàn)故障時(shí)均通過故障顯示燈3-13進(jìn)行顯示，方便操作人員及時(shí)解決故障問題。

如圖3所示，本發(fā)明的一種基于云計(jì)算的汽車智能噴漆方法，是采用上述的基于云計(jì)算的汽車智能噴漆系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的，主要包括以下步驟：

步驟一、基礎(chǔ)設(shè)施搭建

搭建云計(jì)算平臺(tái)1、多個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2、多個(gè)噴烤房3。

汽車智能噴漆的基礎(chǔ)是云計(jì)算平臺(tái)1，該云計(jì)算平臺(tái)1的主要功能是實(shí)現(xiàn)與下級的各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2的數(shù)據(jù)共享。云計(jì)算平臺(tái)1主要是由硬件部分和軟件部分共同作用實(shí)現(xiàn)的。云計(jì)算平臺(tái)1主要包括高性能的大型服務(wù)器1-1、大容量的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2、穩(wěn)定可靠的雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)1-3、路由器1-4和交換器1-5以及數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)1-6、汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫1-8。高性能的大型服務(wù)器1-1與交換器1-5通過線纜相連，交換器1-5與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2通過線纜相連，交換器1-5通過線纜與路由器1-4相連，高性能的大型服務(wù)器1-1通過路由器1-4和雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)1-3與下級的各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成數(shù)據(jù)的共享和對接。數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)1-6、汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫1-8均嵌入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2中，數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)1-6主要負(fù)責(zé)管理汽車零件三維模型和汽車零件噴涂程序的下載和上傳，汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7主要用于存儲(chǔ)汽車廠商提供的各種型號(hào)的汽車零件三維模型和各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2通過掃描上傳的汽車零件三維模型；汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫1-8主要用于存儲(chǔ)根據(jù)汽車零件三維模型生成的汽車零件噴涂程序和各個(gè)城市服務(wù)平臺(tái)2上傳的實(shí)際的汽車零件噴涂程序。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2中還存儲(chǔ)由下級城市服務(wù)平臺(tái)2上傳的優(yōu)化后的噴槍位姿軌跡數(shù)據(jù)。

汽車智能噴漆系統(tǒng)需要在各個(gè)城市設(shè)置城市服務(wù)平臺(tái)2。城市服務(wù)平臺(tái)2主要是由硬件部分和軟件部分共同作用實(shí)現(xiàn)的。城市服務(wù)平臺(tái)2主要包括高性能的服務(wù)器2-1、3D掃描設(shè)備2-2、3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)2-3、噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫2-6、汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7、雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)1-3。服務(wù)器2-1與3D掃描設(shè)備2-2通過線纜相連。3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)2-3、噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4、汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5、質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫2-6和汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7嵌入服務(wù)器2-1中。3D掃描設(shè)備2-2是一種基于機(jī)器視覺的模型智能識(shí)別設(shè)備，通過配置3D掃描設(shè)備2-2對汽車零件進(jìn)行掃描，并建立汽車零件三維模型。高性能的服務(wù)器2-1通過雙線接入式千兆網(wǎng)絡(luò)1-3與高性能的大型服務(wù)器1-1進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，完成數(shù)據(jù)的共享和對接，同時(shí)，高性能的服務(wù)器2-1用于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)以及與下級的各噴烤房3的數(shù)據(jù)傳輸。3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)2-3用于控制3D掃描設(shè)備2-2對汽車零件進(jìn)行掃描和建模，噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4主要用于存儲(chǔ)汽車零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5主要用于存儲(chǔ)根據(jù)汽車零件噴涂路徑編程設(shè)計(jì)的汽車零件噴涂程序，質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫2-6用于存儲(chǔ)由質(zhì)量檢測系統(tǒng)上傳的質(zhì)檢結(jié)果，汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7用于規(guī)劃汽車零件噴涂路徑。

噴烤房3為高質(zhì)量的噴涂作業(yè)提供良好的環(huán)境保證。采用電動(dòng)卷簾門將噴烤房3分割為噴漆間3-9和烤漆間3-10。噴漆間3-9主要承擔(dān)汽車零件的噴漆作業(yè)?？酒衢g3-10主要承擔(dān)噴漆表面的烘烤作業(yè)。

步驟二、搭建汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫

實(shí)現(xiàn)汽車智能噴漆的第一步就是獲取各種型號(hào)的汽車零件三維模型數(shù)據(jù)，針對汽車零件的掃描采用3D掃描設(shè)備2-2，3D掃描設(shè)備2-2可以在極短的時(shí)間內(nèi)獲取汽車零件表面的高精度三維數(shù)據(jù)。通過3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)2-3控制3D掃描設(shè)備2-2對汽車零件進(jìn)行掃描，并建立汽車零件三維模型，通過服務(wù)器2-1將汽車零件三維模型上傳至云計(jì)算平臺(tái)1中，并通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)1-6將汽車零件三維模型存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2中的汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7中。而汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7本身也存儲(chǔ)各汽車廠商提供的各種型號(hào)的汽車零件三維模型。

其具體過程為：(1)通過3D掃描設(shè)備控制系統(tǒng)2-3控制3D掃描設(shè)備2-2對汽車零件進(jìn)行掃描，通過旋轉(zhuǎn)汽車零件或者3D掃描設(shè)備2-2的掃描頭，變換掃描視角，運(yùn)用多視角點(diǎn)云的自動(dòng)拼接技術(shù)，可完成對汽車零件全方位360度掃描；(2)掃描完成后，在汽車零件表面取一些點(diǎn)，計(jì)算這些點(diǎn)與3D掃描設(shè)備2-2之間的距離，當(dāng)測量的點(diǎn)足夠多時(shí)，自動(dòng)生成點(diǎn)云數(shù)據(jù)，點(diǎn)云數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4中，利用汽車零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)就能夠得到汽車零件表面的輪廓，將這些相鄰的點(diǎn)之間建立聯(lián)系，就能夠得到汽車零件的三維模型，通過數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)1-6將汽車零件三維模型存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2中的汽車零件三維模型數(shù)據(jù)庫1-7中；(3)由于設(shè)備的誤差和人為因素，測量獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)會(huì)出現(xiàn)噪聲點(diǎn)，在使用點(diǎn)云數(shù)據(jù)之前要對其進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理主要包括：去除異常數(shù)據(jù)點(diǎn)以減小誤差；通過合適的數(shù)據(jù)插補(bǔ)的方法補(bǔ)齊遺失點(diǎn)，方便后續(xù)處理；選擇最優(yōu)的數(shù)據(jù)平滑降低或消除測量噪聲，提高數(shù)據(jù)精度；對點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，減少計(jì)算處理時(shí)間，提高效率。

步驟三、汽車零件噴涂路徑設(shè)計(jì)

利用噴涂件點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫2-4中的點(diǎn)云數(shù)據(jù)通過城市服務(wù)平臺(tái)2中的汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7自動(dòng)生成汽車零件噴涂路徑。同時(shí)根據(jù)生成的汽車零件噴涂路徑編程設(shè)計(jì)汽車零件噴涂程序，并將汽車零件噴涂程序存儲(chǔ)在汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5中。汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5中還存儲(chǔ)從云計(jì)算平臺(tái)1中的汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫1-8中下載的汽車零件噴涂程序。

汽車零件噴涂路徑是整個(gè)汽車智能噴漆方法的核心，直接關(guān)系到噴涂的質(zhì)量和效率。汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7有效克服了人工示教法的諸多缺陷，增強(qiáng)了噴涂方法的靈活性，縮短了新產(chǎn)品噴涂的離線編程時(shí)間，提高了新產(chǎn)品的上市速度。

步驟四、噴槍位姿軌跡獲取和優(yōu)化

為了滿足平均噴漆涂層厚度要求，即要求噴漆涂層厚度變化最小且同時(shí)噴涂效率最高的情況下，就必須對噴槍位姿軌跡進(jìn)行優(yōu)化，對噴槍位姿軌跡進(jìn)行優(yōu)化主要是在噴烤房3噴涂機(jī)械手系統(tǒng)中的上位機(jī)中進(jìn)行的。其主要包括以下兩個(gè)方面：

(1)基于點(diǎn)云切片技術(shù)的噴槍位姿軌跡獲取

由于點(diǎn)云數(shù)據(jù)生成三維模型過程繁瑣，所以引入點(diǎn)云切片技術(shù)，利用噴烤房3噴涂機(jī)械手系統(tǒng)中的上位機(jī)直接對汽車零件的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接生成等距的噴槍位姿軌跡。

其具體過程為：通過設(shè)定切片方向和切片層數(shù)，對預(yù)處理后的點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行切片處理，得到切片多義線后對其平均采樣，確定噴槍3-6在汽車零件表面的噴涂路徑，然后估算所有采樣點(diǎn)的法向量，最后利用偏置算法獲取噴槍位姿軌跡。

(2)噴槍位姿軌跡優(yōu)化

對得到的噴槍位姿軌跡進(jìn)行優(yōu)化處理，噴槍位姿軌跡的優(yōu)化主要包括速度優(yōu)化和間距優(yōu)化。在噴涂的過程中，如果保持噴槍3-6移動(dòng)速度不變，那么噴涂面曲率的變化必然會(huì)引起噴漆涂層厚度的變化，無法滿足涂層厚度一致性要求。在汽車零件噴涂路徑一定的情況下，根據(jù)噴涂面的曲率變化來優(yōu)化噴槍位姿軌跡，研究變速率噴涂來補(bǔ)償噴涂面曲率變化帶來的影響，提高延軌跡方向的涂層厚度的一致性。在自由曲面上進(jìn)行噴涂時(shí)，自由曲面曲率在垂直于行程方向上發(fā)生變化，要保證噴漆涂層厚度在此方向上的一致性，必須研究變行程間距來補(bǔ)償曲率變化帶來的影響。同時(shí)，為了提高漆料利用率和噴涂效率，要使優(yōu)化間距盡可能寬。

將最終得到的優(yōu)化后的噴槍位姿軌跡通過噴烤房3噴涂機(jī)械手系統(tǒng)中的控制系統(tǒng)上傳到城市服務(wù)平臺(tái)2的服務(wù)器2-1中，再由服務(wù)器2-1上傳至上級的云計(jì)算平臺(tái)1的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器1-2中。根據(jù)優(yōu)化后的噴槍3-6的位姿、路徑、速度信息，生成實(shí)際的汽車零件噴涂程序存儲(chǔ)在汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫2-5中，將生成的實(shí)際的汽車零件噴涂程序上傳并存儲(chǔ)至云計(jì)算平臺(tái)1中的汽車零件噴涂程序數(shù)據(jù)庫1-8中。

步驟五、噴涂時(shí)，處于系統(tǒng)末端的噴烤房3，根據(jù)需要可在云計(jì)算平臺(tái)1中下載需要的汽車零件噴涂程序、在汽車零件噴涂路徑規(guī)劃系統(tǒng)2-7中下載汽車零件噴涂路徑，并在五軸聯(lián)動(dòng)的龍門桁架式噴涂機(jī)械手的控制系統(tǒng)中設(shè)置相關(guān)噴涂參數(shù)，根據(jù)實(shí)際情況修改所下載的汽車零件噴涂程序，對噴涂參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，使重合率達(dá)到50％～60％，同時(shí)根據(jù)下載的汽車零件噴涂路徑以及優(yōu)化的噴槍位姿軌跡，通過龍門桁架式噴涂機(jī)械手進(jìn)行噴涂，噴涂后進(jìn)行噴烤，得到厚度均勻的漆膜。

步驟六、噴烤完成之后，需要對噴涂質(zhì)量進(jìn)行檢驗(yàn)。操作人員在質(zhì)量檢測系統(tǒng)中選取采樣面，控制CCD圖像采集單元進(jìn)行圖像采集，質(zhì)量檢測控制系統(tǒng)對采集回來的高清圖像進(jìn)行處理，評估涂層質(zhì)量，并將質(zhì)檢結(jié)果上傳至城市服務(wù)平臺(tái)2服務(wù)器2-1中的質(zhì)量檢測數(shù)據(jù)庫2-6中，并根據(jù)質(zhì)檢結(jié)果調(diào)整優(yōu)化汽車零件噴涂程序生成過程中的相關(guān)參數(shù)，優(yōu)化汽車零件噴涂程序，提高噴涂質(zhì)量。質(zhì)檢合格后可選擇是否生成報(bào)表存檔。

本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了從模型獲取到噴漆整個(gè)過程的自動(dòng)化和智能化，提高了汽車補(bǔ)漆的效率和質(zhì)量；同時(shí)改善了工作人員的工作環(huán)境；降低了工作人員的技術(shù)要求；減少了大量操作人員，為企業(yè)節(jié)省了大量成本。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。