本發(fā)明涉及噴漆噴槍扇面角度與均勻度建模方法。

背景技術(shù)：

目前，噴涂機(jī)器人在汽車工業(yè)所占比重越來越大，實(shí)現(xiàn)噴漆自動(dòng)化并得到較好的噴漆效果是目前的一個(gè)難點(diǎn)。為了得到均勻的噴漆效果，我們需要噴槍噴出的扇面接觸汽車工件表面時(shí)較為均勻，噴槍扇面的角度與均勻度可以說直接決定了噴漆的效果。在目前的噴漆現(xiàn)場(chǎng)，噴漆效果往往依靠目測(cè)，準(zhǔn)確度較差，對(duì)最為重要的噴漆扇面也往往缺乏可靠的檢測(cè)方法，僅僅依靠目測(cè)。操作噴漆機(jī)器人的工人也不了解噴槍扇面角度與均勻度同噴槍自身的扇面壓力，霧化壓力等參數(shù)的關(guān)系，所以在操作過程中往往依靠經(jīng)驗(yàn)來調(diào)節(jié)噴槍的扇面壓力與霧化壓力，來得到合適的噴漆扇面，這些不確定的因素都造成了難以獲得較好的噴漆效果或者想要獲得較好的噴漆效果需要花費(fèi)大量的時(shí)間來反復(fù)噴涂，造成不必要的時(shí)間成本與人力成本。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明是為了解決現(xiàn)有技術(shù)準(zhǔn)確度低、成本高的問題，而提出的一種基于視覺的噴漆噴槍扇面角度與均勻度建模方法。

一種基于視覺的噴漆噴槍扇面角度與均勻度建模方法按以下步驟實(shí)現(xiàn)：

步驟一：通過相機(jī)采集噴槍扇面圖像并對(duì)其進(jìn)行特征識(shí)別；

步驟一一：計(jì)算機(jī)對(duì)得到的圖像進(jìn)行中值濾波，分別選取RGB三個(gè)通道圖像，對(duì)三個(gè)通道進(jìn)行二值化；其中R為紅色子像素，G為綠色子像素，B為藍(lán)色子像素；

步驟一二：選取三個(gè)圖像中的最優(yōu)圖像；

步驟一三：提取出扇面邊緣直線所在像素位置，計(jì)算兩條直線夾角；

步驟一四：處理得到原圖像的灰度圖，以步驟一三計(jì)算得到的兩條直線內(nèi)的范圍為噴槍扇面所在區(qū)域，計(jì)算扇面與工件接觸面的三行像素的平均值與方差；

步驟一五：計(jì)算扇面均勻度；

步驟二：步驟一識(shí)別出圖像特征后進(jìn)行噴槍扇面角度與均勻度的建模；

步驟二一：保證油漆壓力不變，分別改變霧化壓力和扇面壓力，檢測(cè)與之對(duì)應(yīng)的扇面角度與檢測(cè)均勻度；

步驟二二：將霧化壓力與扇面壓力從大到小進(jìn)行等分，每次改變1個(gè)單位的霧化壓力或者扇面壓力，通過實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)；

步驟二三：分別繪制出擬合的霧化壓力和扇面壓力對(duì)應(yīng)扇面角度的曲面圖，以及霧化壓力和扇面壓力對(duì)應(yīng)均勻度的曲面圖，以這兩幅圖作為建模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模，得到模型圖。

發(fā)明效果：

本發(fā)明提供了一種定量的識(shí)別噴槍扇面角度與均勻度的視覺檢測(cè)方法，并依靠該方法通過模式識(shí)別的方法建立了噴槍扇面角度與均勻度模型。本發(fā)明能夠?yàn)楣と颂峁┛煽康膰姌屔让鎱?shù)，并對(duì)如何調(diào)整扇面壓力，霧化壓力以得到更均勻更適合的噴槍扇面做出了指導(dǎo)作用，本發(fā)明能夠明顯提高生產(chǎn)效率，提高加工精度，節(jié)省加工時(shí)間，加工成本。在汽車自動(dòng)噴漆領(lǐng)域有重要應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明檢測(cè)裝置圖；

圖2為本發(fā)明流程圖；

圖3為扇面壓力對(duì)應(yīng)扇面角度的曲面圖；

圖4為扇面壓力對(duì)應(yīng)均勻度的曲面圖。

具體實(shí)施方式

具體實(shí)施方式一：一種基于視覺的噴漆噴槍扇面角度與均勻度建模方法包括以下步驟：

為了實(shí)現(xiàn)良好的自動(dòng)噴漆效果，為操作噴漆機(jī)器人的工人提供可靠的噴槍扇面角度與均勻度調(diào)節(jié)方法，本發(fā)明提出了一種基于視覺的噴槍扇面角度與均勻度建模的方法。依靠可靠的視覺檢測(cè)裝置與視覺檢測(cè)算法，對(duì)噴槍扇面的角度與均勻度進(jìn)行精確的識(shí)別，并提出一種評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。之后通過模式識(shí)別的方法，建立噴槍扇面角度，均勻度與噴槍扇面壓力，霧化壓力之間的模型關(guān)系。

噴槍扇面檢測(cè)裝置如圖1所示，特征是：

1、使用紅色LED與凹透鏡作為輔助光源，輔助光源應(yīng)該保證能在1米的范圍內(nèi)完全照亮噴槍的扇面。

2、噴槍后放置白色背景布，背景布大小應(yīng)該保證在距離噴槍扇面2米的范圍外可以全部占據(jù)工業(yè)相機(jī)視野。

3、工業(yè)相機(jī)與背景布位于噴槍的兩側(cè)，相機(jī)與光源位于同一水平面。

4、采用兩組輔助光源，且兩組光源關(guān)于相機(jī)對(duì)稱。

5、扇面采集圖像應(yīng)滿足背景布占滿整個(gè)圖像，且在輔助光源的照射下，扇面肉眼可見明顯特征。

通過相機(jī)采集回穩(wěn)定的噴槍扇面圖像并對(duì)其進(jìn)行特征識(shí)別，軟件流程圖如圖2所示，其步驟如下：

步驟一：通過相機(jī)采集噴槍扇面圖像并對(duì)其進(jìn)行特征識(shí)別；

步驟一一：計(jì)算機(jī)對(duì)得到的圖像進(jìn)行中值濾波，分別選取RGB三個(gè)通道圖像，對(duì)三個(gè)通道進(jìn)行二值化；其中R為紅色子像素，G為綠色子像素，B為藍(lán)色子像素；

步驟一二：選取三個(gè)圖像中的最優(yōu)圖像；

步驟一三：提取出扇面邊緣直線所在像素位置，計(jì)算兩條直線夾角；

步驟一四：處理得到原圖像的灰度圖，以步驟一三計(jì)算得到的兩條直線內(nèi)的范圍為噴槍扇面所在區(qū)域，計(jì)算扇面與工件接觸面的三行像素的平均值與方差；方差體現(xiàn)出各個(gè)像素之間的差異大小；

步驟一五：計(jì)算扇面均勻度；

步驟二：步驟一識(shí)別出圖像特征后進(jìn)行噴槍扇面角度與均勻度的建模；

步驟二一：保證油漆壓力不變且適中，分別改變霧化壓力和扇面壓力，檢測(cè)與之對(duì)應(yīng)的扇面角度與檢測(cè)均勻度；

步驟二二：將霧化壓力與扇面壓力從大到小進(jìn)行等分，每次改變1個(gè)單位的霧化壓力或者扇面壓力，通過實(shí)驗(yàn)，得到數(shù)據(jù)；

步驟二三：分別繪制出擬合的霧化壓力和扇面壓力對(duì)應(yīng)扇面角度的曲面圖，以及霧化壓力和扇面壓力對(duì)應(yīng)均勻度的曲面圖，以這兩幅圖作為建模標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建模，得到模型圖。

具體實(shí)施方式二：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一不同的是：所述步驟一一中對(duì)三個(gè)通道進(jìn)行二值化的方法為大津算法。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一相同。

具體實(shí)施方式三：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一或二不同的是：所述步驟一二中最優(yōu)圖像的選取標(biāo)準(zhǔn)是：

預(yù)先算出扇面形狀大小占整個(gè)圖片的比例數(shù)A，計(jì)算三幅圖片中黑色像素占全部像素的比例B，取A-B的最小值為最優(yōu)圖像。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一或二相同。

具體實(shí)施方式四：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至三之一不同的是：所述步驟一五中計(jì)算扇面均勻度的具體為：

設(shè)扇面最下方的像素個(gè)數(shù)為i，則扇面均勻度用以下公式表示：

其中C_j表示由最下方第j行算出的扇面的均勻度，d_i表示第i個(gè)像素的灰度值，C表示扇面均勻度。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至三之一相同。

具體實(shí)施方式五：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至四之一不同的是：所述步驟二二中將霧化壓力與扇面壓力從大到小進(jìn)行等分的份數(shù)為20份。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至四之一相同。

具體實(shí)施方式六：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至五之一不同的是：所述步驟二二中實(shí)驗(yàn)為400組，得到400組數(shù)據(jù)。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至五之一相同。

具體實(shí)施方式七：本實(shí)施方式與具體實(shí)施方式一至六之一不同的是：所述步驟二三中模型圖中的X軸與Y軸的單位長(zhǎng)度代表0.5倍的霧化壓力，扇面壓力的最大值；X軸與Y軸最大值分別代表霧化壓力，扇面壓力的最大值。

其它步驟及參數(shù)與具體實(shí)施方式一至六之一相同。

實(shí)施例一：

本發(fā)明通過圖像采集裝置獲取噴槍扇面的數(shù)字圖像，如圖1所示。采集回的圖像通過PC機(jī)處理，對(duì)圖像進(jìn)行濾波，二值化，檢測(cè)邊緣，數(shù)值計(jì)算。最終得到扇面角度與均勻度，而后通過大量的實(shí)驗(yàn)，獲取足夠多的數(shù)據(jù)來進(jìn)行建模。

如圖1所示，采集裝置由USB工業(yè)相機(jī)1，LED輔助光源2，白色背景布3，噴槍扇面4組成。

本實(shí)施例使用紅色LED與凹透鏡作為輔助光源2，輔助光源應(yīng)該保證能在1米的范圍內(nèi)完全照亮噴槍的扇面4。噴槍后放置白色背景布3，背景布大小應(yīng)該保證在距離噴槍扇面2米的范圍外可以全部占據(jù)工業(yè)相機(jī)1視野。工業(yè)相機(jī)1與背景布3位于噴槍的兩側(cè)，相機(jī)1與光源2位于同一水平面。采用兩組輔助光源，且兩組光源關(guān)于相機(jī)對(duì)稱。扇面采集圖像應(yīng)滿足背景布占滿整個(gè)圖像，且在輔助光源的照射下，扇面肉眼可見明顯特征。采集回的圖像通過USB口傳輸給PC機(jī)處理。

采集回的圖像首先要經(jīng)過預(yù)處理才能應(yīng)用于計(jì)算。

步驟一：本實(shí)施例首先使用了中值濾波濾除了圖像的噪聲點(diǎn)。

步驟二：隨后需要對(duì)圖像進(jìn)行二值化，本實(shí)施例首先對(duì)RGB三個(gè)通道的圖像分別應(yīng)用了大津算法進(jìn)行二值化。

步驟三：隨后需要選取最優(yōu)的圖像來作為后續(xù)處理的圖像。選取的原則是預(yù)先算好噴槍扇面形狀大小占整個(gè)圖片的比例數(shù)A，然后計(jì)算RGB三幅圖片中黑色像素占全部像素的比例B，取A-B的值最小為最優(yōu)圖像。

步驟四：應(yīng)用步驟三選取的最優(yōu)二值圖像，使用累積概率霍夫變換提取出扇面邊緣直線所在的位置。進(jìn)而算出扇面所成的角度。

步驟五：處理得到原圖像的灰度圖，以步驟四計(jì)算得到的兩條直線內(nèi)的范圍為噴槍扇面所在區(qū)域。計(jì)算扇面最下方與工件接觸的三行像素的平均值與方差。

步驟六：用以下公式求出最終的扇面均勻度C。

其中C_j表示由最下方第j行算出的扇面的均勻度，d_i表示第i個(gè)像素的灰度值，C表示扇面均勻度。在計(jì)算出了角度與均勻度之后就可以進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)采集數(shù)據(jù)然后建模了。

使用德國(guó)SATA4000b噴漆槍，具體步驟如下：

步驟一：保證油漆壓力0.5MPa，分別改變霧化壓力和扇面壓力，檢測(cè)與之對(duì)應(yīng)的扇面角度與檢測(cè)均勻度。

步驟二：將霧化壓力與扇面壓力從最大到最小進(jìn)行20等分，每次改變1個(gè)單位的霧化壓力或者扇面壓力，通過進(jìn)行400組實(shí)驗(yàn)，得到400組數(shù)據(jù)。

步驟三：分別繪制出擬合的霧化壓力，扇面壓力對(duì)應(yīng)扇面角度的曲面圖如圖3所示，和霧化壓力，扇面壓力對(duì)應(yīng)均勻度的曲面圖如圖4所示，以這兩幅模型圖作為最終的噴槍扇面模型。