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CN114749451A - 一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统 - Google Patents

一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统 Download PDF

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CN114749451A CN202210226294.4A CN202210226294A CN114749451A CN 114749451 A CN114749451 A CN 114749451A CN 202210226294 A CN202210226294 A CN 202210226294A CN 114749451 A CN114749451 A CN 114749451A
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廖力清
彭浩
凌玉华
李中华
张静秋
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Central South University
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Abstract

本发明公开了一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，包括：多轴机器人、控制系统、可调式安装支架、摄像头、图像处理器、喷枪组件、工作台和清洗剂配制与存储组件；工作台上用于放置待清洗工件；可调式安装支架安装在多轴机器人的连接头上；喷枪组件和摄像头分别安装在可调式支架上，且朝向待清洗工件安装；清洗剂配制与存储组件与喷枪组件相连通；摄像头与图像处理器电性连接；控制系统分别与图像处理器、喷枪组件和清洗剂配制与存储组件电性连接。本发明可根据待清洗工件的图像空间特征智能规划路径，极大的保证机器人的适应能力，应对不同环境状态下的清洗工作。

Description

一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统
技术领域
本发明涉及清洗剂配制与存储组件技术领域，更具体的说是涉及一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统。
背景技术
喷砂清洗工作是机械重复且操作复杂的工作，需要耗费大量人力物力，如果能将机器人技术应用到当中，就可以解放大量劳动力。机器人广泛应用于工业自动化领域，但是大多数情况下，机器人的作业过程是固定不变的，机器人通过示教录入运动轨迹，之后只是重复该轨迹来完成任务，无法感知外部复杂环境的变化，容错率很低。例如应用在大型船舶除锈的自动爬壁清洗除锈机器人，一个机器人的除锈能力相当于7个技术纯熟的除锈工人。但是自动爬壁除锈机器人是采用远程遥控的方式，还需要人为协助控制，智能化程度很低，如果可以结合视觉伺服技术，通过摄像头采集锈迹图像进行锈迹识别，然后控制机器人执行除锈操作，将极大地提高除锈效率。机器人视觉伺服技术随着图像识别技术及机器人技术的发展，已经有了很多成功应用于各行各业的案例，其有着广阔的发展空间。
目前市场上还没有清洗装备能够自动判别清洗对象的污染特征，并对污染区域实现全自动的喷砂清洗剂配制与存储组件。而且，清洗后的效果也还没有实现自动判别，更不用说对未清洗干净的区域进行自动补洗，因而导致清洗的效果难以保证。
因此，如何提供一种能够根据锈迹自动规划喷砂轨迹，并能根据清洗效果进行重复补洗的采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统是本领域技术人员亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，可根据待清洗工件的图像空间特征智能规划路径，极大的保证机器人的适应能力，应对不同环境状态下的清洗工作。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，包括：多轴机器人、控制系统、可调式安装支架、摄像头、图像处理器、喷枪组件、工作台和清洗剂配制与存储组件；
所述工作台上用于放置待清洗工件；
所述可调式安装支架安装在所述多轴机器人的连接头上；
所述喷枪组件和所述摄像头分别安装在所述可调式支架上，且朝向待清洗工件安装；
所述清洗剂配制与存储组件与所述喷枪组件相连通；
所述摄像头与所述图像处理器电性连接；所述控制系统分别与所述图像处理器、所述喷枪组件和所述清洗剂配制与存储组件电性连接；
所述摄像头用于采集待清洗工件的图像，所述图像处理器用于对待清洗工件的图像进行处理；所述控制系统根据待清洗工件处理后的图像中的锈迹位置，自动生成所述多轴机器人的运动轨迹，并控制所述多轴机器人按照运动轨迹运行，且同步启动所述清洗剂配制与存储组件和所述喷枪组件，执行单轮清洗工作；在单轮清洗工作完成后，根据经上轮清洗后的待清洗工件图像中的锈迹位置重新生成所述多轴机器人的运行轨迹，并按照重新生成的运行轨迹启动新一轮的清洗工作，直至锈迹完全清除。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，所述图像处理器用于对待清洗工件的图像进行边缘检测、Hough变换和透视变化处理。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，所述摄像头设置有多个，分别朝向待清洗工件的不同方向，对待清洗工件进行无死角拍摄。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，所述控制系统还用于在单轮清洗工作完成之后，进行下一轮清洗工作之前，控制所述清洗剂配制与存储组件和所述喷枪组件喷射纯水流清洗待清洗工件表面的残留砂水，清洗残留砂水后，控制所述摄像头对待清洗工件进行图像采集。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，所述喷枪组件包括高压水喷枪和磨料射流喷枪；所述高压水喷枪和所述磨料射流喷枪分别与所述清洗剂配制与存储组件相连通；所述高压水喷枪用于喷射纯高压水；所述磨料射流喷枪用于喷射水砂混合物或干砂。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，所述清洗剂配制与存储组件包括喷砂组件和喷水组件；所述喷砂组件包括搅拌桶、第一输送泵和水砂输送管道；所述搅拌桶用于按照特定比例配制水砂混合物；所述第一输送泵安装在所述搅拌桶内；配制好的水砂混合物经所述第一输送泵增压后，再经所述水砂输送管道输送至所述磨料射流喷枪喷出；
所述喷水组件包括储水罐、第二输送泵和水输送管道；所述储水罐用于盛装水；所述第二输送泵安装在所述储水罐中；水经所述第二输送泵增压后，再经所述水输送管道输送至所述高压水喷枪喷出。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，所述水砂输送管道中安装有过滤网。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，还包括干砂存储罐和干砂泵；所述干砂存储罐用于存放干砂，干砂经所述干砂泵增压后，再经所述水砂输送管道输送至所述磨料射流喷枪喷出。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，还包括回收池，所述回收池用于回收清洗后的污染砂水。
优选的，在上述一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统中，所述可调节式支架在所述多轴机器人的驱动下，实现三轴方向的距离调整。
经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，具有以下有益效果：
1、本发明将多轴机器人技术应用到清洗喷砂行业当中，可以解放大量劳动力，实现自动化，高效率的生产，且具有一定的通用性，既可以用于零部件除锈，也可以用于零件的翻新，零件表面的打磨、清洗。
2、本发明在清洗过程中，采用摄像头对待处理的工件进行图像采集，利用图像处理器对待清洗工件图像进行分析，提取待清洗工件的锈迹特征，生成清洗路径，并在除锈后对除锈效果进行检测，如果仍然存在锈迹，则重新规划清洗路径，进行新一轮的清洗工作，直至锈迹清除干净，实现自动判别清洗部件的污染特征，并对污染区域实现智能全自动的喷砂清洗，实现清洗后的效果自动判别，可对未清洗干净的区域进行自动补洗。
3、本发明多轴机器人可以灵活调节除锈的高度、角度，根据不同锈迹情况进行调整，可以大大扩展喷砂除锈的范围，可以到达工件的每一个位置，结合图像处理可以有针对性的进行除锈处理，不仅智能化程度高，还能节省砂水等资源，保证除锈质量。解决了传统的清洗除锈系统存在自动化程度不高、除锈效率低、环境污染等问题。
4、本发明采用多个摄像头组合可扩大视野，可避免出现遮挡、视觉死角等现象，而且能够识别立体景象，确保清洗的彻底性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1附图为本发明提供的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统的结构示意图；
图2附图为本发明提供的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统的工作流程图。
具体实施方式
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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
如图1所示，本发明实施例公开了一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，包括：多轴机器人1、控制系统2、可调式安装支架3、摄像头4、图像处理器5、喷枪组件6、工作台7和清洗剂配制与存储组件8；
所述工作台7上用于放置待清洗工件；
所述可调式安装支架3安装在所述多轴机器人1的连接头上；
所述喷枪组件6和所述摄像头4分别安装在所述可调式支架3上，且朝向待清洗工件安装；
所述清洗剂配制与存储组件8与所述喷枪组件6相连通；
所述摄像头4与所述图像处理器5电性连接；所述控制系统2分别与所述图像处理器5、所述喷枪组件6和所述清洗剂配制与存储组件8电性连接；
所述摄像头4用于采集待清洗工件的图像，所述图像处理器5用于对待清洗工件的图像进行处理；所述控制系统2根据待清洗工件处理后的图像中的锈迹位置，自动生成所述多轴机器人1的运动轨迹，并控制所述多轴机器人1按照运动轨迹运行，且同步启动所述清洗剂配制与存储组件8和所述喷枪组件6，执行单轮清洗工作；在单轮清洗工作完成后，根据经上轮清洗后的待清洗工件图像中的锈迹位置重新生成所述多轴机器人1的运行轨迹，并按照重新生成的运行轨迹启动新一轮的清洗工作，直至锈迹完全清除。
单轮清洗工作完成之后，进行下一轮清洗工作之前，所述控制系统2还控制所述清洗剂配制与存储组件8和所述喷枪组件6喷射纯水流清洗待清洗工件表面的残留砂水，清洗残留砂水后，控制所述摄像头4对待清洗工件进行图像采集。
在一个具体实施例中，工作台可以安装在清洗剂配制与存储组件8的顶端；图像处理器5和控制系统2可集成在一个机箱内。摄像头4与图像处理器5之间，图像处理器5与控制系统2之间，控制系统与多轴机器人1和清洗剂配制与存储组件8之间均通过信号线电性连接。
具体的，图像处理器5采用了边缘检测、Hough变换与透视变换来矫正变形图像，边缘检测采用Sobel算子进行边缘识别，Hough变换可提边缘直线，同时对边缘直线进行帅选，透视变换将图形转换为正视图。本实施例中，图像处理器采用边缘检测、Hough变换与透视变换来矫正变形图像的方法来解决锈迹污渍识别中图像变形、定位困难的问题。
在一个具体实施例中，可调式支架3在多轴机器人1的驱动下可进行三轴方向的距离调整，喷枪组件6安装在可调式支架3的中间，摄像头4安装在可调式支架3的两端，喷枪组件6和摄像头4的安装位置及角度都调整到相应的最佳状态，实现喷砂清洗效率最大化，视觉效果最优化。在其他实施例中，可设置多个不同角度安装的摄像头4，多个摄像头可以扩大视野，纠正误差，立体呈现，避免遮挡，死角，从而增加机器人的操作灵活性。
在一个具体实施例中，喷枪组件6中的喷枪种类包含两种，分别为高压水喷枪和磨料射流喷枪，依据工件处理的工艺不同进行组合使用：可以是纯高压水枪单独对工件进行清洗，也可以是磨料射流喷枪中高压水与磨液泵输送的磨料相结合形成磨料射流单独对工件进行清洗，还可以是纯高压水喷枪和磨料射流喷枪两种方式组合起来对工件进行清理。
所述清洗剂配制与存储组件8包括喷砂组件和喷水组件；所述喷砂组件包括搅拌桶、第一输送泵和水砂输送管道；所述搅拌桶用于按照特定比例对水砂进行混合搅拌，配制成均匀的水砂混合物；所述第一输送泵安装在所述搅拌桶内；配制好的水砂混合物经所述第一输送泵增压后，呈高压水砂流，再经所述水砂输送管道输送至所述磨料射流喷枪喷出，作用于工件表面；因水砂混合均匀，砂砾获得的能量更高，所以除锈效果更佳。
所述喷水组件包括储水罐、第二输送泵和水输送管道；所述储水罐用于盛装水；所述第二输送泵安装在所述储水罐中；水经所述第二输送泵增压后，再经所述水输送管道输送至所述高压水喷枪喷出。
在另一个实施例中，还包括干砂存储罐和干砂泵；所述干砂存储罐用于存放干砂，干砂经所述干砂泵增压后，再经所述水砂输送管道输送至所述磨料射流喷枪喷出。
更有利的，所述水砂输送管道中安装有过滤网。
在另一个实施例中，还包括回收池，所述回收池用于回收清洗后的污染砂水。
如图2所示，本发明喷砂清洗工作的具体工作流程为：
将待除锈处理的工件放到工作台7；
启动系统，通过摄像头4采集目标工件的图像；
图像处理器5上对目标工件的图像进行分析处理，得到目标工件的锈迹位置；
控制系统2根据锈迹位置自动规划多轴机器人1运行路径，然后控制多轴机器人1运行，喷枪组件6的喷头到达起始位置之后，开始喷砂除锈。
多轴机器人1按照预定轨迹运行一次除锈之后，再次获取图像进行锈迹检测，并进行新一轮的除锈清洗工作，直到锈迹全部清除。
每次喷砂除锈后，工件上残留砂水、锈迹残渣等污渍会影响后续的图像采集检测，在单次清洗工作完成后，以纯水射流清洗工件表面的残留砂水。
本发明在图像处理识别锈迹的过程中，采用摄像头对待处理的工件进行图像采集分析，提取工件的锈迹特征，并在除锈后对除锈效果进行检测。多轴机器人可以灵活调节除锈的高度、角度，根据不同锈迹情况进行调整，可以大大扩展喷砂除锈的范围，可以到达工件的每一个位置，结合图像处理可以有针对性的进行除锈处理，节省砂水等资源，保证除锈质量。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，包括：多轴机器人、控制系统、可调式安装支架、摄像头、图像处理器、喷枪组件、工作台和清洗剂配制与存储组件；
所述工作台上用于放置待清洗工件；
所述可调式安装支架安装在所述多轴机器人的连接头上；
所述喷枪组件和所述摄像头分别安装在所述可调式支架上，且朝向待清洗工件安装；
所述清洗剂配制与存储组件与所述喷枪组件相连通；
所述摄像头与所述图像处理器电性连接；所述控制系统分别与所述图像处理器、所述喷枪组件和所述清洗剂配制与存储组件电性连接；
所述摄像头用于采集待清洗工件的图像，所述图像处理器用于对待清洗工件的图像进行处理；所述控制系统根据待清洗工件处理后的图像中的锈迹位置，自动生成所述多轴机器人的运动轨迹，并控制所述多轴机器人按照运动轨迹运行，且同步启动所述清洗剂配制与存储组件和所述喷枪组件，执行单轮清洗工作；在单轮清洗工作完成后，根据经上轮清洗后的待清洗工件图像中的锈迹位置重新生成所述多轴机器人的运行轨迹，并按照重新生成的运行轨迹启动新一轮的清洗工作，直至锈迹完全清除。
2.根据权利要求1所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，所述图像处理器用于对待清洗工件的图像进行边缘检测、Hough变换和透视变化处理。
3.根据权利要求1所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，所述摄像头设置有多个，分别朝向待清洗工件的不同方向，对待清洗工件进行无死角拍摄。
4.根据权利要求1所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，所述控制系统还用于在单轮清洗工作完成之后，进行下一轮清洗工作之前，控制所述清洗剂配制与存储组件和所述喷枪组件喷射纯水流清洗待清洗工件表面的残留砂水，清洗残留砂水后，控制所述摄像头对待清洗工件进行图像采集。
5.根据权利要求1所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，所述喷枪组件包括高压水喷枪和磨料射流喷枪；所述高压水喷枪和所述磨料射流喷枪分别与所述清洗剂配制与存储组件相连通；所述高压水喷枪用于喷射纯高压水；所述磨料射流喷枪用于喷射水砂混合物或干砂。
6.根据权利要求5所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，所述清洗剂配制与存储组件包括喷砂组件和喷水组件；所述喷砂组件包括搅拌桶、第一输送泵和水砂输送管道；所述搅拌桶用于按照特定比例配制水砂混合物；所述第一输送泵安装在所述搅拌桶内；配制好的水砂混合物经所述第一输送泵增压后，再经所述水砂输送管道输送至所述磨料射流喷枪喷出；
所述喷水组件包括储水罐、第二输送泵和水输送管道；所述储水罐用于盛装水；所述第二输送泵安装在所述储水罐中；水经所述第二输送泵增压后，再经所述水输送管道输送至所述高压水喷枪喷出。
7.根据权利要求6所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，所述水砂输送管道中安装有过滤网。
8.根据权利要求6所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，还包括干砂存储罐和干砂泵；所述干砂存储罐用于存放干砂，干砂经所述干砂泵增压后，再经所述水砂输送管道输送至所述磨料射流喷枪喷出。
9.根据权利要求1所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，还包括回收池，所述回收池用于回收清洗后的污染砂水。
10.根据权利要求1所述的一种采用视觉伺服控制的喷砂清洗系统，其特征在于，所述可调节式支架在所述多轴机器人的驱动下，实现三轴方向的距离调整。
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