應(yīng)用影像處理于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法與系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，包括以下步驟：首先，建構(gòu)一自行車車架的3D對(duì)象模型；接著，對(duì)3D對(duì)象模型進(jìn)行骨架化處理，并求出自行車車架的3D對(duì)象模型中各桿件之中心線位置；之后，設(shè)定一作業(yè)模式，此作業(yè)模式包括：設(shè)定一機(jī)械手臂上的一工具的動(dòng)作路徑及移動(dòng)速率；然后，基于作業(yè)模式，使一機(jī)械手臂上的一工具對(duì)該自行車車架進(jìn)行作業(yè)。其中，上述的作業(yè)模式可為一噴漆模式或一焊接模式。本發(fā)明的有益效果是：較精確地對(duì)自行車車架進(jìn)行噴漆。
【專利說(shuō)明】應(yīng)用影像處理于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法與系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明提供一種自動(dòng)作業(yè)方法與自動(dòng)操作系統(tǒng)，且特別是一種應(yīng)用于自行車車架 的自動(dòng)作業(yè)方法與自動(dòng)操作系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 在目前自行車車架的生產(chǎn)過(guò)程中，對(duì)于自行車車架的噴漆工作都是采用人工的方 式或是直線式噴漆機(jī)器進(jìn)行噴漆。然而，對(duì)于高階的自行車市場(chǎng)來(lái)說(shuō)，不管是采用人工方式 或是直線式噴漆機(jī)器，都容易有噴漆質(zhì)量不足或難以確保的問(wèn)題。首先，就人工方式的噴漆 來(lái)說(shuō)，其需要熟練的工人來(lái)進(jìn)行才可確保噴漆質(zhì)量，然而熟練工人的成本較高，對(duì)于制造廠 商來(lái)說(shuō)是一項(xiàng)負(fù)擔(dān)。另外，直線式噴漆機(jī)器是采用一種散布式的噴漆方式，但采用這種方式 難以對(duì)轉(zhuǎn)角處（即：各桿件間的連接處）進(jìn)行噴涂，而且也會(huì)造成大量噴漆的浪費(fèi)。
[0003] 因此，使用更先進(jìn)的自動(dòng)化噴漆技術(shù)來(lái)提高噴漆水平和確保噴漆質(zhì)量的一致性， 已成為業(yè)者追求的目標(biāo)。然而，目前較先進(jìn)的自動(dòng)化噴漆技術(shù)成本較高，故目前主要是使用 在汽車殼體的噴涂上，若用在自行車車架的噴涂上則顯得相當(dāng)不經(jīng)濟(jì)。因此，如何將較先進(jìn) 的自動(dòng)化噴漆技術(shù)應(yīng)用在自行車車架上，是值得本領(lǐng)域具有通常知識(shí)者去思量的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的其中一目的在于提供一應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法與自動(dòng)操作 系統(tǒng)，其可將較先進(jìn)的自動(dòng)化噴漆技術(shù)或其他制造程序應(yīng)用在自行車車架上。
[0005] 根據(jù)上述目的與其他目的，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法， 其包括以下步驟。首先，建構(gòu)一自行車車架的3D對(duì)象模型。接著，對(duì)3D對(duì)象模型進(jìn)行骨架 化處理，并求出自行車車架的3D對(duì)象模型中各桿件之中心線位置。之后，設(shè)定一作業(yè)模式， 此作業(yè)模式包括：設(shè)定一機(jī)械手臂上的一工具的動(dòng)作路徑及移動(dòng)速率。然后，基于作業(yè)模 式，使一機(jī)械手臂上的一工具對(duì)該自行車車架進(jìn)行作業(yè)。其中，上述的作業(yè)模式可為一噴漆 模式或一焊接模式。
[0006] 根據(jù)上述目的與其他目的，本發(fā)明提出一種應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)操作系統(tǒng)， 其包括：一信息處理裝置與一機(jī)械手臂。信息處理裝置儲(chǔ)存有至少一自行車車架的3D對(duì)象 模型，該信息處理裝置用以對(duì)3D對(duì)象模型進(jìn)行骨架化處理，并求出自行車車架中的各桿件 之中心線位置。另外，機(jī)械手臂與信息處理裝置通訊連接，于該機(jī)械手臂上設(shè)有一工具。其 中，信息處理裝置可設(shè)定機(jī)械手臂的一作業(yè)模式，該作業(yè)模式包括：機(jī)械手臂沿著自行車車 架的中心線的動(dòng)作路徑及移動(dòng)速率。而且，當(dāng)輸送裝置將自行車車架移動(dòng)至機(jī)械手臂附近 時(shí)，信息處理裝置啟動(dòng)該工具，以使該工具對(duì)該自行車車架進(jìn)行作業(yè)。
[0007] 綜上所述，本發(fā)明提供一種自動(dòng)作業(yè)方法與自動(dòng)操作系統(tǒng)具有以下的優(yōu)點(diǎn)：
[0008] 1.有較低的人工成本。
[0009] 2.較精確地對(duì)自行車車架進(jìn)行噴漆 [0010] 3.不會(huì)造成大量噴漆的浪費(fèi)。
[0011] 4.即使在各桿件間的連接處（即：轉(zhuǎn)角處），仍可對(duì)其進(jìn)行噴涂。
[0012] 為讓本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)更能明顯易懂，下文將以實(shí)施例并配合所附 圖式，作詳細(xì)說(shuō)明如下。需注意的是，所附圖式中的各組件僅是示意，并未按照各組件的實(shí) 際比例進(jìn)行繪示。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013] 圖1為一種自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法之流程圖。
[0014] 圖2為一種建構(gòu)自行車車架的3D對(duì)象模型之一實(shí)施例的流程圖。
[0015] 圖3為用已拍攝自行車車架的3D攝影機(jī)及相關(guān)設(shè)備。
[0016] 圖4為自行車車架之3D對(duì)象模型。
[0017] 圖5為骨架化后的3D對(duì)象模型。
[0018] 圖6為本發(fā)明之自行車車架的自動(dòng)操作系統(tǒng)之實(shí)施例。
[0019] 圖7為自行車車架之其中一桿件的示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020] 請(qǐng)參照?qǐng)D1，圖1所繪示為一種自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法之流程圖，其包括下述 的步驟。首先，執(zhí)行步驟S110,建構(gòu)一自行車車架的3D對(duì)象模型。再來(lái)，執(zhí)行步驟S120,對(duì) 3D對(duì)象模型進(jìn)行骨架化（skeletonization)處理，并求出該自行車車架中的各桿件之中心 線位置。之后，執(zhí)行步驟S130,設(shè)定一噴漆模式。然后，執(zhí)行步驟S140,使用設(shè)置于一機(jī)械 手臂上的噴漆器對(duì)該自行車車架進(jìn)行噴漆。以下，將對(duì)上述的各步驟進(jìn)行更詳細(xì)的介紹。
[0021] 在步驟S110中，為了建構(gòu)自行車車架的3D對(duì)象模型，可以使用3D繪圖軟件進(jìn)行 繪制，這些3D繪圖軟件例如為Solid Work，Pro / E，3Dmax等。建構(gòu)好自行車車架的3D對(duì) 象模型后，便可進(jìn)行后續(xù)的處理。然而，在某些情況下，負(fù)責(zé)噴漆的廠商無(wú)法取得已繪制完 成的自行車車架的3D對(duì)象模型，而只能拿到自行車車架的樣品。若要請(qǐng)人重新繪制，則需 花費(fèi)不少的時(shí)間和金錢，因此本發(fā)明還提供以下的實(shí)施例，方便廠商快速建立自行車車架 的3D對(duì)象模型。
[0022] 請(qǐng)參照?qǐng)D2,圖2所繪示為一種建構(gòu)自行車車架的3D對(duì)象模型之一實(shí)施例的流程 圖。首先，如步驟S112,提供一自行車車架10的樣品，并將其置于一 3D攝影機(jī)120 (如圖3 所示）前，此3D攝影機(jī)120例如為微軟公司提供的Kinect攝影機(jī)。接著，如步驟S114,啟 動(dòng)該3D攝影機(jī)120對(duì)自行車車架10進(jìn)行拍攝，以捕捉自行車車架10的影像及該自行車車 架10之影像的深度信息。再來(lái)，如步驟S116,根據(jù)所捕捉的自行車車架10的影像及其深度 信息，建構(gòu)自行車車架10之一 3D對(duì)象模型10'（如圖4所示）。
[0023] 請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2與圖3,于步驟S112中，在對(duì)自行車車架10進(jìn)行拍攝時(shí)，是先將自 行車車架10固定在一旋轉(zhuǎn)臺(tái)20,此旋轉(zhuǎn)臺(tái)20上具有一夾具22,此夾具22是用以固定自行 車車架10。接著，將旋轉(zhuǎn)臺(tái)20進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，此旋轉(zhuǎn)臺(tái)20旋轉(zhuǎn)的速度約為每10秒1圈，這樣 一來(lái)3D攝影機(jī)120才可拍攝到自行車車架10不同角度的影像。另外，可藉由微軟公司所 提供的Kinect-Fusion算法或其他算法來(lái)將3D攝影機(jī)120所拍攝的影像進(jìn)行整合，來(lái)建構(gòu) 自行車車架10的3D對(duì)象模型10'（如圖4所示）。另外，使用者可從開放的鏈接庫(kù)Point Cloud Library (PCL)中獲取 Kinect-Fusion 算法。
[0024] 然而，由圖4可知，藉由3D攝影機(jī)120除了會(huì)拍攝到自行車車架10外，還會(huì)拍攝 到其他的對(duì)象，如：夾具22等。因此，需要經(jīng)過(guò)后續(xù)的處理，以將不需要的影像（如：夾具 22的影像）移除。
[0025] 為了將不需要的影像移除，可使用CAD軟件，如：SolidWork，Blender，或Meshlab。 在本實(shí)施例中，是使用Meshlab來(lái)將不需要的對(duì)象移除。而且，Meshlab的功能除了可將不 需要的對(duì)象移除外，還可以進(jìn)行點(diǎn)云數(shù)據(jù)處理（point cloud processing),例如：將3D對(duì) 象模型10'的點(diǎn)云（point cloud)密度降低。在此，將3D對(duì)象模型10'的點(diǎn)云密度降低的 原因在于：若點(diǎn)云密度太高的話，則將降低后續(xù)處理的速度，因此可將點(diǎn)云密度調(diào)降到適當(dāng) 程度。
[0026] 請(qǐng)同時(shí)參照?qǐng)D2與圖5,于步驟S120中，對(duì)3D對(duì)象模型10'進(jìn)行骨架化處理，骨 架化處理之目的在于讓3D對(duì)象模型10'的重建過(guò)程可以較快速達(dá)成，這是因?yàn)槭褂?D攝 影機(jī)120進(jìn)行攝影時(shí)，難免有些表面無(wú)法被偵測(cè)到，而造成3D對(duì)象模型10'在重建上的困 難，但若使用骨架化處理程序，則可以修補(bǔ)因3D攝影機(jī)120掃描不完整所造成的表面孔洞 或突出物。此外，進(jìn)行骨架化處理后，便可求出3D對(duì)象模型10'中各桿件之中心線11a'位 置。藉由這些中心線11a'，便可設(shè)定噴漆模式，此噴漆模式是指設(shè)定機(jī)械手臂130(如圖6 所示）上的噴漆器132之作業(yè)方式，包括沿著中心線11a'的動(dòng)作路徑及移動(dòng)速率。為了更 加清楚地說(shuō)明噴漆模式，還請(qǐng)參照?qǐng)D7。
[0027] 在圖7中，繪示出自行車車架10之其中一桿件11的示意圖。藉由噴漆模式的設(shè) 定，便可指揮噴漆器132對(duì)自行車車架10進(jìn)行噴漆。如圖6所示，藉由以中心線11a為基 準(zhǔn)，噴漆器132便可沿著桿件11進(jìn)行噴漆，上述中心線11a為一虛擬的線且對(duì)應(yīng)到3D對(duì)象 模型10'中的中心線11a'。例如，噴漆器132可先后沿著路徑1，2, 3,4對(duì)桿件11進(jìn)行噴 漆，而且也可設(shè)定噴漆器132在各路徑上的噴漆量、動(dòng)作路徑、及移動(dòng)速率。
[0028] 請(qǐng)參照?qǐng)D6,圖6所繪示為本發(fā)明之自行車車架的自動(dòng)操作系統(tǒng)之實(shí)施例。此自動(dòng) 操作系統(tǒng)100除了可包括如圖3所示的3D攝影機(jī)120外，還可包括信息處理裝置110及機(jī) 械手臂130。此信息處理裝置110可以為一工業(yè)計(jì)算機(jī)或一般的個(gè)人計(jì)算機(jī)，儲(chǔ)存有上述自 行車車架10的3D對(duì)象模型10'，且該信息處理裝置110是用以對(duì)3D對(duì)象模型10'進(jìn)行骨 架化處理，并求出自行車車架10中的各桿件11之中心線11a位置（詳細(xì)的流程可參照上 述中與圖1?圖5相關(guān)的流程步驟）。
[0029] 另外，也可將多個(gè)自行車車架10設(shè)置于一輸送裝置（未繪示；例如：輸送軌道） 上，并使這些自行車車架10依著一預(yù)定路徑移動(dòng)。而且，當(dāng)輸送裝置將自行車車架10移動(dòng) 至機(jī)械手臂130附近時(shí)，信息處理裝置110啟動(dòng)噴漆器132,以使該噴漆器132對(duì)自行車車 架10進(jìn)行噴漆。另外，機(jī)械手臂130例如為6軸機(jī)械手臂，這樣一來(lái)機(jī)械手臂130便可以 多角度地對(duì)自行車車架10進(jìn)行噴漆。
[0030] 綜上所述，藉由將自行車車架的3D對(duì)象模型骨架化，并找出自行車車架的中心 線，便可設(shè)定機(jī)械手臂的動(dòng)作路徑及移動(dòng)速率，并指示噴漆器對(duì)自行車車架的桿件進(jìn)行噴 漆作業(yè)。由于是采用機(jī)械手臂進(jìn)行噴漆作業(yè)，故相較于習(xí)知的人工噴漆方式會(huì)有較低的人 工成本。而且，由于采用機(jī)械手臂，故可較精確地對(duì)自行車車架進(jìn)行噴漆，而無(wú)需如習(xí)知直 線式噴漆機(jī)器般地采用散布式的噴漆方式，亦不會(huì)造成大量噴漆的浪費(fèi)。另外，因?yàn)椴捎脵C(jī) 械手臂，故即使在各桿件間的連接處（即：轉(zhuǎn)角處），仍可對(duì)其進(jìn)行噴涂。
[0031] 而且，在無(wú)法直接取得已繪制完成的自行車車架的3D對(duì)象模型，而只能拿到自行 車車架樣品的情況下，也可使用3D攝影機(jī)并采用圖2所示的流程來(lái)產(chǎn)生自行車車架的3D 對(duì)象模型，而無(wú)須請(qǐng)人重新繪制，不但節(jié)省成本且節(jié)省時(shí)間。
[0032] 此外，如圖1中所示的流程及如圖6中所示的系統(tǒng)并不僅只限于噴漆作業(yè)，也可應(yīng) 用于自行車車架的其他自動(dòng)作業(yè)中。例如，當(dāng)本發(fā)明之自動(dòng)作業(yè)方法應(yīng)用于焊接時(shí)，于圖 1所示之步驟S130中，可將「噴漆模式」改為「焊接模式」，并將機(jī)械手臂130上的噴漆器 132 (如圖7所示）改為焊槍（未所示），其中上述的焊接模式除了包括機(jī)械手臂130的動(dòng) 作路徑及移動(dòng)速率，還可包括該焊槍所欲焊接之處。
[0033] 上述實(shí)施例僅是為了方便說(shuō)明而舉例，雖遭所屬【技術(shù)領(lǐng)域】的技術(shù)人員任意進(jìn)行修 改，均不會(huì)脫離如權(quán)利要求書中所欲保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在于，包括： 建構(gòu)一自行車車架的3D對(duì)象模型； 對(duì)該3D對(duì)象模型進(jìn)行骨架化處理，并求出該自行車車架的3D對(duì)象模型中各桿件之中 心線位置； 設(shè)定一作業(yè)模式；及 基于該作業(yè)模式，使一機(jī)械手臂上的一工具對(duì)該自行車車架進(jìn)行作業(yè)； 其中，設(shè)定該作業(yè)模式包括：設(shè)定該工具的動(dòng)作路徑及移動(dòng)速率。
2. 如權(quán)利要求1所述應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在于，該作業(yè)模式為 一噴漆模式，而該工具為一噴漆器。
3. 如權(quán)利要求1所述應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在于，該作業(yè)模式為 一焊接模式，而該工具為一焊槍。
4. 如權(quán)利要求1至第3項(xiàng)中任一項(xiàng)所述應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在 于，在（a)步驟中，建構(gòu)該自行車車架的3D對(duì)象模型的方式包括 ： (al)提供一自行車車架； (a2)使用一 3D攝影機(jī)拍攝該自行車車架，以捕捉該自行車車架的影像及該自行車車 架之影像的深度信息；及 (a3)根據(jù)該自行車車架的影像及影像的深度信息，建構(gòu)該自行車車架的一 3D對(duì)象模 型。
5. 如權(quán)利要求4所述應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在于，該3D攝影機(jī)為 微軟公司提供的Kinect攝影機(jī)；而在（a3)步驟中，是由微軟公司提供的Kinect Fusion來(lái) 建構(gòu)該自行車車架的3D對(duì)象模型。
6. 如權(quán)利要求4所述應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在于，（a2)步驟包括 以下步驟： 將自行車車架置于一旋轉(zhuǎn)臺(tái)上；及 將該旋轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)動(dòng)，并使用該3D攝影機(jī)拍攝該自行車車架。
7. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在于， (a)步驟還包括以下步驟： 對(duì)該3D對(duì)象模型進(jìn)行修整。
8. 如權(quán)利要求7所述應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在于，對(duì)該3D對(duì)象模 型進(jìn)行修整是包括以下步驟：移除該3D攝影機(jī)所拍攝但后續(xù)處理無(wú)需使用的對(duì)象。
9. 如權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)作業(yè)方法，其特征在于， (d)步驟中，該機(jī)械手臂為一六軸機(jī)械手臂。
10. -種應(yīng)用于自行車車架的自動(dòng)操作系統(tǒng)，其特征在于，包括： 一信息處理裝置，儲(chǔ)存有至少一自行車車架的3D對(duì)象模型，該信息處理裝置用以對(duì)該 3D對(duì)象模型進(jìn)行骨架化處理，并求出該自行車車架中的各桿件之中心線位置；及 一機(jī)械手臂，與該信息處理裝置通訊連接，于該機(jī)械手臂上設(shè)有一工具； 其中，該信息處理裝置可設(shè)定該機(jī)械手臂的一作業(yè)模式，該作業(yè)模式包括該機(jī)械手臂 沿著該自行車車架的該中心線的動(dòng)作路徑及移動(dòng)速率；而且，當(dāng)該輸送裝置將該自行車車 架移動(dòng)至該機(jī)械手臂附近時(shí)，該信息處理裝置啟動(dòng)該工具，以使該工具對(duì)該自行車車架進(jìn)
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK104112030SQ201310139460
【公開日】2014年10月22日 申請(qǐng)日期:2013年4月19日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月19日
【發(fā)明者】林其禹 申請(qǐng)人:昱亨實(shí)業(yè)有限公司