隨著我國(guó)高鐵技術(shù)的飛速發(fā)展，動(dòng)車(chē)組列車(chē)運(yùn)營(yíng)數(shù)量越來(lái)越大，加之"一帶一路"戰(zhàn)略的推進(jìn)，國(guó)內(nèi)外各大中城市對(duì)高鐵的需求隨之迅速增加，同時(shí)對(duì)高鐵等軌道客車(chē)制造業(yè)的先進(jìn)制造技術(shù)提出了更高的要求，要求產(chǎn)品質(zhì)量更加穩(wěn)定，制造過(guò)程更加綠色環(huán)保、制造效率更高，外形更加美觀等。

以往的膩?zhàn)邮┕ぐǜ哞F的膩?zhàn)又饕捎萌斯す嗡⒌姆绞剑止す嗡⒁蕾?lài)于工人的經(jīng)驗(yàn)及狀態(tài)，對(duì)涂層厚度和均勻度難以保證，對(duì)于表面缺陷修復(fù)平整度很難定量評(píng)估；而且涂料往往包含大量有機(jī)溶劑及有毒性的低分子助劑，對(duì)噴涂工人的身體健康有危害。

下面，小編就來(lái)和大家介紹一下由清華大學(xué)天津高端裝備研究院機(jī)器人與自動(dòng)化裝備工程研究所（以下簡(jiǎn)稱(chēng)"機(jī)器人所"）科研人員研發(fā)的基于視覺(jué)的膩?zhàn)幼詣?dòng)噴涂系統(tǒng)。

如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴涂？

基于視覺(jué)的噴涂系統(tǒng)會(huì)為噴涂工作帶來(lái)哪些改變？

相較于傳統(tǒng)噴涂工藝優(yōu)勢(shì)何在？

接下來(lái)就請(qǐng)大家一起來(lái)認(rèn)識(shí)下

基于視覺(jué)的膩?zhàn)幼詣?dòng)噴涂系統(tǒng)吧~

科技研發(fā)

機(jī)器人所自主研發(fā)的基于視覺(jué)的膩?zhàn)幼詣?dòng)噴涂系統(tǒng)通過(guò)使用自動(dòng)化及智能化的技術(shù)和設(shè)備，采用噴涂工藝替代原有的刮刷模式，可顯著提高效率和表面漆面質(zhì)量，有效規(guī)避人工作業(yè)所帶來(lái)的一系列問(wèn)題。系統(tǒng)自動(dòng)化和智能技術(shù)高度集成，整個(gè)噴涂過(guò)程中，缺陷識(shí)別、定量檢測(cè)、噴涂軌跡規(guī)劃及噴涂作業(yè)均無(wú)人工干預(yù)，應(yīng)用前景及未來(lái)需求市場(chǎng)十分廣闊。

應(yīng)用場(chǎng)景和典型指標(biāo)

系統(tǒng)適應(yīng)的工作對(duì)象為（3~3.5m）(L)* （3~3.5m）(H)的車(chē)體試驗(yàn)件，鋁合金（或不銹鋼）材質(zhì)；在垂直車(chē)體表面深度方向上，測(cè)量數(shù)據(jù)的精度不低于0.1mm；在平行于車(chē)體表面方向，測(cè)量數(shù)據(jù)至少可檢測(cè)出深度大于0.5mm，且直徑大于100mm的凹陷區(qū)域并自動(dòng)識(shí)別修補(bǔ)，測(cè)控一體化。

主要組成部分

自動(dòng)化膩?zhàn)訃娡肯到y(tǒng)

聯(lián)動(dòng)控制的水平垂直運(yùn)動(dòng)軸

側(cè)墻輪廓激光掃描系統(tǒng)

輕量化防爆噴涂機(jī)器人

智能化離線編程系統(tǒng)

開(kāi)源機(jī)器人控制系統(tǒng)

其中機(jī)械本體全部自主全新設(shè)計(jì)，包含直線運(yùn)動(dòng)軸、視覺(jué)相機(jī)基礎(chǔ)框架及輕巧噴涂機(jī)械臂。直線運(yùn)動(dòng)軸噴涂機(jī)械臂采用5軸形式，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)關(guān)節(jié)軸布局，不僅減少了關(guān)節(jié)數(shù)量，而且使得噴涂手臂的重量更輕、外形尺寸更小，從而能夠更靈活地進(jìn)入狹小空間中進(jìn)行噴涂作業(yè)，且整體系統(tǒng)作業(yè)范圍更寬廣、更靈巧。機(jī)器人控制器采用開(kāi)源算法技術(shù)，根據(jù)自身系統(tǒng)特點(diǎn)進(jìn)行了深度定制和開(kāi)發(fā)。

基于機(jī)器視覺(jué)的動(dòng)車(chē)車(chē)體表面凹坑識(shí)別測(cè)量系統(tǒng)，主要用于實(shí)現(xiàn)動(dòng)車(chē)車(chē)體表面膩?zhàn)訃娡款I(lǐng)域中的車(chē)體表面凹坑識(shí)別及曲面重建功能。該系統(tǒng)主要由四臺(tái)激光輪廓傳感器等組成，系統(tǒng)主要功能包括：點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集及拼接、三維重建、基面提取及瑕疵點(diǎn)檢測(cè)、坐標(biāo)變換等。

核心技術(shù)介紹

一、視覺(jué)系統(tǒng)

機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)車(chē)體表面三維形貌數(shù)據(jù)采集、三維重建、表面瑕疵點(diǎn)檢測(cè)及視覺(jué)系統(tǒng)與機(jī)器人系統(tǒng)的坐標(biāo)統(tǒng)一。

采用3D輪廓儀對(duì)車(chē)體表面進(jìn)行掃描，有效地實(shí)現(xiàn)了車(chē)體表面形貌數(shù)據(jù)的采集，但由于車(chē)體試驗(yàn)件尺寸大且存在大弧度等特征，由視覺(jué)傳感器獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)量大，且存在重疊，如何從大量點(diǎn)云數(shù)據(jù)中，提取車(chē)體基面，進(jìn)而提取出表面的瑕疵點(diǎn)成為數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵。

凹坑提取

點(diǎn)云分塊處理，基于隨機(jī)采樣一致性進(jìn)行基面提取，同時(shí)將局外點(diǎn)保存，所有區(qū)域處理結(jié)束后，對(duì)局外點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)及深度、直徑等分析，提取符合要求的凹坑。

三維重建

多臺(tái)傳感器串聯(lián)及傳感器校準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)傳感器坐標(biāo)系統(tǒng)一，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接，平面及圓柱面實(shí)時(shí)提取，實(shí)現(xiàn)多類(lèi)表面三維重建。

本系統(tǒng)采用多臺(tái)傳感器串聯(lián)的形式，實(shí)現(xiàn)大范圍三維形貌測(cè)量，借助標(biāo)定桿及校準(zhǔn)程序?qū)崿F(xiàn)多臺(tái)傳感器的坐標(biāo)系校準(zhǔn)統(tǒng)一，并通過(guò)解算傳感器坐標(biāo)系與外部軸的位置關(guān)系，實(shí)現(xiàn)點(diǎn)云數(shù)據(jù)的拼接。

同時(shí)基于PCL（Point Cloud Library）點(diǎn)云數(shù)據(jù)庫(kù)，采用點(diǎn)云數(shù)據(jù)分段處理的方法及隨機(jī)采樣一致性的思想，進(jìn)行車(chē)體基面提取，在此基礎(chǔ)上，對(duì)分段提取出的瑕疵點(diǎn)進(jìn)行聚類(lèi)并分析整合出需要噴涂修補(bǔ)的缺陷模型，為軌跡規(guī)劃提供數(shù)據(jù)支持。

二、機(jī)器人控制系統(tǒng)

自主設(shè)計(jì)基于高速總線的分布式控制體系，與機(jī)器人控制系統(tǒng)、離線編程軟件及監(jiān)控軟件進(jìn)行以工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)通信與控制，與膩?zhàn)訃娡肯到y(tǒng)以專(zhuān)用連接方式進(jìn)行信號(hào)交互和控制。系統(tǒng)技術(shù)可對(duì)視覺(jué)系統(tǒng)、膩?zhàn)訃娡肯到y(tǒng)、機(jī)器人控制系統(tǒng)、離線編程軟件進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，提供參數(shù)調(diào)節(jié)、模型匹配、智能優(yōu)化等重要算法、控制功能。

三、基于噴涂模型的自動(dòng)軌跡規(guī)劃工藝執(zhí)行技術(shù)

在基于視覺(jué)系統(tǒng)得到的的凹陷輪廓點(diǎn)云信息，通過(guò)點(diǎn)云切片技術(shù)得到每層噴涂膩?zhàn)拥耐鈬喞?，通過(guò)輪廓偏置得到每層要噴涂的輪廓，再通過(guò)輪廓填充技術(shù)得到噴涂路徑與工藝參數(shù)。最后利用旅行商問(wèn)題模型優(yōu)化噴涂算法路徑輸出數(shù)據(jù)代碼。可以根據(jù)生成的代碼轉(zhuǎn)換成機(jī)器人語(yǔ)言供機(jī)器人調(diào)用執(zhí)行。

適應(yīng)高粘度的漿狀噴涂用膩?zhàn)拥墓に噲?zhí)行系統(tǒng)，可根據(jù)不同場(chǎng)景、依據(jù)設(shè)備參數(shù)，建立相應(yīng)的缺陷模型類(lèi)庫(kù)；能夠根據(jù)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在典型缺陷模型庫(kù)內(nèi)匹配，生成噴涂工藝參數(shù)，輸出執(zhí)行代碼。具有自適應(yīng)的工藝參數(shù)調(diào)節(jié)能力。

1.適用性廣，可應(yīng)用于多種材質(zhì)表面的自動(dòng)三維重建及缺陷檢測(cè)和工藝規(guī)劃，實(shí)現(xiàn)了高粘度膩?zhàn)犹胤N噴涂。

2.提高系統(tǒng)自動(dòng)化及智能化，改變現(xiàn)有人工識(shí)別的方式，整個(gè)識(shí)別、檢測(cè)、噴涂軌跡規(guī)劃及噴涂作業(yè)均無(wú)人工干涉，提高了系統(tǒng)的集成性及智能化水平。

3.基于精巧設(shè)計(jì)的機(jī)械本體，實(shí)現(xiàn)了缺陷自動(dòng)識(shí)別和修補(bǔ)，各子系統(tǒng)高度融合，自動(dòng)實(shí)現(xiàn)需求流程。

4.測(cè)量系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要在被測(cè)物表面粘貼標(biāo)志物，即可實(shí)現(xiàn)表面數(shù)據(jù)拼接，適用于噴涂及其他行業(yè)。

5.用戶界面友好、簡(jiǎn)潔，基于模型的參數(shù)化設(shè)置，不需要具有特殊專(zhuān)業(yè)技能的人員使用。

6.使用自主設(shè)計(jì)集成控制系統(tǒng)和膩?zhàn)訃娡繖C(jī)器人完成"缺陷噴涂"工藝實(shí)現(xiàn)。

提高施工效率

采用人工作業(yè)方式，一節(jié)車(chē)廂需要12人3天完成，使用自動(dòng)化噴涂設(shè)備后，人員減少至兩人，3個(gè)小時(shí)即可完成，生產(chǎn)效率是人工的90倍。

降低原料損耗

使用連續(xù)自動(dòng)噴涂至少可節(jié)約10%-20%的原材料損耗。

降低費(fèi)用成本

降低人員使用數(shù)量，大幅降低人工成本，按相同產(chǎn)能計(jì)算，使用自動(dòng)化噴涂設(shè)備，每年可為企業(yè)節(jié)約原有人工成本的50%。

提升競(jìng)爭(zhēng)力

對(duì)于缺陷填充、大面積膩?zhàn)訃娡啃枨蟮钠髽I(yè)，可顯著提升企業(yè)裝備智能化程度，改善作業(yè)環(huán)境，提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。