5G智能機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)的探討及應(yīng)用

胡 松，劉建雨，柯美元

（1.廣東博碩涂裝技術(shù)有限公司，廣東 佛山 528300；2.順德職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528300）

0 引言

從20世紀(jì)90年代汽車工業(yè)引入噴涂機(jī)器人代替噴涂機(jī)械開始，噴涂機(jī)器人技術(shù)應(yīng)用得到了快速的發(fā)展，并快速地?cái)U(kuò)展到各行各業(yè)[1]?，F(xiàn)今，歐美、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家在噴涂機(jī)器人仿真技術(shù)、控制技術(shù)、遠(yuǎn)程再示教技術(shù)等方面積累了生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和大量實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，促使噴涂機(jī)器人的設(shè)計(jì)與制造進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段。其中比較具有代表性的就是日本的發(fā)那科、安川、三菱以及瑞士的Asea Brown Boveri等公司生產(chǎn)制造的機(jī)器人產(chǎn)品。雖然我國(guó)通過(guò)引進(jìn)國(guó)外領(lǐng)先的機(jī)器人技術(shù)，加大了機(jī)器人關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)，取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步[2,3]。但我國(guó)的噴涂機(jī)器人技術(shù)和噴涂機(jī)器人的工程應(yīng)用領(lǐng)域上的水平和國(guó)外相比有很大的差距，關(guān)鍵技術(shù)與零件依賴于國(guó)外進(jìn)口。隨著5G時(shí)代的到來(lái)和人工智能的發(fā)展，工業(yè)生產(chǎn)線的智能化越來(lái)越普及，未來(lái)的噴涂智能生產(chǎn)線將是以噴涂機(jī)器人為主體。目前，現(xiàn)有的人工噴涂裝備作業(yè)等落后的生產(chǎn)方式已經(jīng)不能滿足多產(chǎn)品和多漆料的噴涂任務(wù)的要求。因此，以滿足國(guó)家建材家具制造業(yè)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量提升的重大需求為目標(biāo)，進(jìn)行5G智能機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)的探討及應(yīng)用研發(fā)項(xiàng)目。

本文通過(guò)噴涂裝備其中的共性、基礎(chǔ)性的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題以及5G通信的機(jī)器人智能噴涂生產(chǎn)線共性關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，更深層次地探討關(guān)鍵性的人工智能、研究智能噴涂生產(chǎn)線的數(shù)字化設(shè)計(jì)、模塊化快速重構(gòu)與小批量多品種建材及家具噴涂的柔性制造技術(shù)、噴涂過(guò)程實(shí)時(shí)感知、噴涂生產(chǎn)線故障檢測(cè)與控制、噴涂參數(shù)工藝優(yōu)化等技術(shù)。導(dǎo)入了機(jī)器人、機(jī)器視覺、人工智能、5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等功能模塊，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)統(tǒng)一管理。構(gòu)建一條高智能、低能耗、高可靠性、集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化、柔性化、數(shù)字化、可視化更具備前沿創(chuàng)新技術(shù)的5G智能機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線。實(shí)現(xiàn)不需要專門IT來(lái)管理和配置設(shè)備，流量可視化，鏈路透明，產(chǎn)能、能耗、狀態(tài)自動(dòng)顯現(xiàn)等技術(shù)的研發(fā)目標(biāo)。解決了在生產(chǎn)過(guò)程中工件品種多、每個(gè)工件噴涂時(shí)間及加工處理的工序要求存在差異、工人怠工、生產(chǎn)效率低、質(zhì)量不穩(wěn)定、涂料損耗大等問(wèn)題。

1 5G智能機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線關(guān)鍵技術(shù)分析

1.1 基于5G通信的智能生產(chǎn)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

實(shí)現(xiàn)機(jī)器人智能噴涂生產(chǎn)線的人工智能化，必然要有巨量的數(shù)據(jù)來(lái)訓(xùn)練人工智能平臺(tái)，在傳統(tǒng)的涂裝工藝中由于家具重量大、體積大和結(jié)構(gòu)形狀各異噴涂加工工件品種多、小批量以及噴涂時(shí)間和加工工序要求存在差異會(huì)出現(xiàn)工人怠工、生產(chǎn)效率低下等特點(diǎn)。為實(shí)現(xiàn)建材家具智能生產(chǎn)線能夠滿足這些特點(diǎn)，集成化、標(biāo)準(zhǔn)化、模塊化的生產(chǎn)方法，就要通過(guò)5G技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)把建材家具的噴涂工藝組成智能生產(chǎn)線。在物聯(lián)網(wǎng)和5G等技術(shù)的支持下，改造升級(jí)單元制造生產(chǎn)線體系，通過(guò)工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)建材家具智能噴涂生產(chǎn)線。

5G應(yīng)用技術(shù)是銜接生產(chǎn)線設(shè)備和數(shù)據(jù)的重要通道，在工業(yè)場(chǎng)景中5G的應(yīng)用起到了高速率、低時(shí)延、移動(dòng)性和大容量等作用，通過(guò)5G的先進(jìn)功能提供可靠、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流，人工智能應(yīng)用就能立即生成可行的洞察分析，從而實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)線，保持高效工作。通過(guò)數(shù)據(jù)采集噴涂過(guò)程的信息，將感知層獲取的海量異構(gòu)數(shù)據(jù)通過(guò)5G無(wú)線通信的方式上傳至云平臺(tái)，將集成信息技術(shù)的系統(tǒng)存在于云中，云從資源層收集大量數(shù)據(jù)，并通過(guò)控制終端與人的互動(dòng)，實(shí)現(xiàn)深度集成物理對(duì)象和信息技術(shù)的人機(jī)物聯(lián)網(wǎng)絡(luò)制造系統(tǒng)，滿足生產(chǎn)線無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸高吞吐量、高可靠性和低延遲要求。圖1所示為5G結(jié)構(gòu)界面圖。

圖1 5G結(jié)構(gòu)界面圖

5G遠(yuǎn)程傳輸與數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)由生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)感知節(jié)點(diǎn)、邊緣服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)、后端管理子系統(tǒng)組成。感知節(jié)點(diǎn)由多源傳感器和數(shù)據(jù)采集控制器組成，網(wǎng)絡(luò)傳輸采用基于5G無(wú)線通信的方式，感知節(jié)點(diǎn)完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和壓縮感知預(yù)處理，然后通過(guò)5G通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，另一方面將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘壒?jié)點(diǎn)服務(wù)器，完成運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)分析與預(yù)測(cè)。遠(yuǎn)程用戶通過(guò)訪問(wèn)云平臺(tái)獲取現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行可視化分析。

1.2 智能生產(chǎn)線的模塊化設(shè)計(jì)

模塊化的技術(shù)研究及應(yīng)用于1930年，德國(guó)在用模塊化方法設(shè)計(jì)制造的機(jī)床已取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益，由此提出“模塊化構(gòu)造”的設(shè)計(jì)方法在全世界得到迅速發(fā)展。由于采用模塊化柔性生產(chǎn)線,可縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，大幅度提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本并保證產(chǎn)品質(zhì)量，使中小批量生產(chǎn)創(chuàng)造的價(jià)值能與大批量生產(chǎn)抗衡。近年來(lái)，在西歐、美國(guó)、日本模塊化柔性生產(chǎn)線越來(lái)越廣泛應(yīng)用。Tanaka等人[6]提出了一個(gè)新的生產(chǎn)系統(tǒng)，名稱為“模塊結(jié)構(gòu)生產(chǎn)系統(tǒng)（MSP）”。MSP由多個(gè)生產(chǎn)線和制造執(zhí)行系統(tǒng)組成，生產(chǎn)線是由幾個(gè)生產(chǎn)單元組成的功能單元。通過(guò)改變生產(chǎn)單元和功能單元的加工產(chǎn)品，優(yōu)化生產(chǎn)線，同時(shí)MSP向客戶訂單發(fā)送無(wú)延遲生產(chǎn)線的信息[7]，縮短生產(chǎn)線和服務(wù)商信息傳遞時(shí)間提高生產(chǎn)效率，系統(tǒng)能夠完全按照訂單生產(chǎn)裝配產(chǎn)品，作為一種有效的多組合多品種產(chǎn)品的生產(chǎn)系統(tǒng)可以靈活應(yīng)對(duì)各種客戶和社會(huì)需要。

智能生產(chǎn)線模塊化的設(shè)計(jì)是針對(duì)個(gè)性化、多種類的家具進(jìn)行柔性化定制，根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品加工情況需求，借鑒國(guó)內(nèi)外同行業(yè)先進(jìn)科技的生產(chǎn)線裝備技術(shù)，進(jìn)行優(yōu)化創(chuàng)新生產(chǎn)線的各個(gè)生產(chǎn)單元和功能單元的加工產(chǎn)品技術(shù)組成結(jié)構(gòu)。在模塊化生產(chǎn)方式下，對(duì)工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程進(jìn)行分離、替代、模塊增減及創(chuàng)新等模塊化操作，分解為不同子過(guò)程或者創(chuàng)建新的工業(yè)過(guò)程。通過(guò)設(shè)定能滿足與各個(gè)模塊操作相對(duì)應(yīng)的模塊接口、自動(dòng)化、智能化通訊控制功能，統(tǒng)一的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)條件等模塊化所需要求情況下，進(jìn)行產(chǎn)品模塊組合創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)模塊的替換、組合、創(chuàng)新。實(shí)現(xiàn)不同種類的家具在短期內(nèi)完成生產(chǎn)計(jì)劃，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，最大限度地實(shí)現(xiàn)顧客價(jià)值，提高企業(yè)的利潤(rùn)和競(jìng)爭(zhēng)力。圖2所示為智能噴涂生產(chǎn)線的模塊化設(shè)計(jì)與配置。

圖2 智能噴涂生產(chǎn)線的模塊化設(shè)計(jì)與配置

1.3 建立智能噴涂工藝參數(shù)庫(kù)

噴涂過(guò)程的噴涂參數(shù)是完成噴涂工作的重要數(shù)據(jù)，是衡量噴涂加工正常運(yùn)作、保證產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。面對(duì)日益增多的噴涂數(shù)據(jù)，快速有效地提取噴涂工藝參數(shù)信息，科學(xué)地管理噴涂數(shù)據(jù)將會(huì)直接關(guān)系到企業(yè)的生產(chǎn)效率與加工成本。工藝參數(shù)庫(kù)的出現(xiàn)，使得用戶可以不用經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間上機(jī)訓(xùn)練就可獲得滿足加工要求的合理參數(shù)，極大地提升了加工效率和質(zhì)量。通過(guò)智能噴涂工藝參數(shù)庫(kù)，建立噴槍行程、霧化點(diǎn)結(jié)構(gòu)、速度適配等工藝參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，后續(xù)噴涂加工過(guò)程中，能夠在已有噴涂加工工藝參數(shù)庫(kù)中查看是否有現(xiàn)成的滿足條件的噴涂加工工藝參數(shù)數(shù)據(jù)作為參考，從而降低噴涂材料的損耗，提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。圖3所示為智能噴涂工藝參數(shù)庫(kù)設(shè)計(jì)流程圖。

圖3 智能噴涂工藝參數(shù)庫(kù)設(shè)計(jì)流程圖

1.4 智能生產(chǎn)線的柔性化設(shè)計(jì)

基于現(xiàn)代制造業(yè)發(fā)展追求逐漸偏向品種多樣、小批量生產(chǎn)、用戶定制、響應(yīng)市場(chǎng)變化等因素[5]均符合柔性生產(chǎn)線的特點(diǎn)，柔性生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)理論也逐漸成為國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究對(duì)象。張杰[4]從柔性生產(chǎn)線的產(chǎn)生，進(jìn)入中國(guó)的發(fā)展及其在制造行業(yè)的應(yīng)用，淺議柔性生產(chǎn)。劉冠麟提出公理化行為設(shè)計(jì)理論，尋求在柔性生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)上以整體角度考慮新的方法[8]。雖然柔性化生產(chǎn)的概念已經(jīng)被引入，但是在很多領(lǐng)域中并沒(méi)有和實(shí)際生產(chǎn)結(jié)合在一起。因此需要將柔性化生產(chǎn)引入噴涂生產(chǎn)線中，提高生產(chǎn)線的智能化程度，快速完成對(duì)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同種類的家具在短周期內(nèi)完成生產(chǎn)線的規(guī)劃。研究智能生產(chǎn)線的柔性化設(shè)計(jì)主要包括：

（1）在設(shè)計(jì)生產(chǎn)線時(shí)使用計(jì)算機(jī)進(jìn)行仿真模擬，為前期生產(chǎn)得出相應(yīng)的參數(shù)，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)規(guī)劃，有效節(jié)省不同產(chǎn)品的生產(chǎn)參數(shù)調(diào)整時(shí)間。同時(shí)針對(duì)加工工件不同類型的噴涂程序，采用相應(yīng)的噴涂程序預(yù)先編輯，減少在生產(chǎn)過(guò)程中不必要的過(guò)渡時(shí)間。實(shí)現(xiàn)在一條生產(chǎn)線上對(duì)不同規(guī)格的建材家具進(jìn)行噴涂加工，生產(chǎn)出不同的新產(chǎn)品。

（2）生產(chǎn)線的柔性是指生產(chǎn)線系統(tǒng)自身的柔性，對(duì)于生產(chǎn)線布局之間的干涉擁有自檢功能。面對(duì)產(chǎn)量大且規(guī)格種類多的家具類產(chǎn)品，將工業(yè)機(jī)器人與噴涂工藝相結(jié)合設(shè)計(jì)一條機(jī)器人噴塑柔性生產(chǎn)線，并生成合理的噴塑路徑，可有效提高涂料的使用率和生產(chǎn)效率，所加工生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量更有保障。

（3）針對(duì)產(chǎn)品個(gè)性化定制的需求，由智能生產(chǎn)單元和柔性控制系統(tǒng)組成的柔性智能生產(chǎn)線，使生產(chǎn)過(guò)程靈活、高效、計(jì)劃精準(zhǔn)、生產(chǎn)透明、事后可追溯且將來(lái)可優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了高效、高質(zhì)、低成本的智能化生產(chǎn)。柔性生產(chǎn)控制系統(tǒng)如圖4所示，集成了加工系統(tǒng)、物流儲(chǔ)運(yùn)系統(tǒng)、在線質(zhì)量檢測(cè)和智能管控系統(tǒng)，通過(guò)數(shù)據(jù)接口與其他系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全流程狀態(tài)的綜合分析、對(duì)比計(jì)算與自主決策，從而達(dá)到智能柔性生產(chǎn)線的最優(yōu)化控制、運(yùn)行和實(shí)時(shí)調(diào)度。

圖4 家具柔性智能噴涂工藝流程圖

1.5 智能生產(chǎn)線的數(shù)字化設(shè)計(jì)

在涂裝生產(chǎn)線數(shù)字中心設(shè)計(jì)建模時(shí)，依據(jù)設(shè)計(jì)要求，分析產(chǎn)品各元素間的工程關(guān)系與幾何關(guān)系，設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)參數(shù)、從動(dòng)參數(shù)與常量，為圖形元素或形體特征元素建立幾何約束與工程約束，使各元素間產(chǎn)生關(guān)聯(lián)，并通過(guò)配置各種屬性信息，得到參數(shù)化全息模型。修改產(chǎn)品設(shè)計(jì)或進(jìn)行系列化設(shè)計(jì)時(shí)，只需調(diào)整相關(guān)驅(qū)動(dòng)參數(shù)的附值，即更新產(chǎn)品模型，這就為大規(guī)模個(gè)性化定制中，家具產(chǎn)品因客戶個(gè)性化需求，而出現(xiàn)的變形、重用、延伸、重組提供了可行性的解決途徑。在噴漆過(guò)程中，噴頭移動(dòng)的速度、噴漆的流量、噴漆的濃度、噴頭到噴面的距離和噴頭的角度均會(huì)對(duì)噴漆涂層的厚度和密度產(chǎn)生影響。通過(guò)建立相應(yīng)數(shù)學(xué)模型，可得到最優(yōu)的噴涂效果。圖5所示為涂裝生產(chǎn)線數(shù)字中心。

圖5 涂裝生產(chǎn)線數(shù)字中心

1.6 智能生產(chǎn)線噴涂過(guò)程實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)

實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)主要通過(guò)5G遠(yuǎn)程傳輸與數(shù)據(jù)可視化系統(tǒng)由生產(chǎn)線的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)感知節(jié)點(diǎn)、邊緣服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)傳輸子系統(tǒng)、后端管理子系統(tǒng)組成。感知節(jié)點(diǎn)由多源傳感器和數(shù)據(jù)采集控制器組成，如圖6所示。網(wǎng)絡(luò)傳輸采用基于5G無(wú)線通信的方式，感知節(jié)點(diǎn)完成現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)采集和壓縮感知預(yù)處理，然后通過(guò)5G通信設(shè)備將壓縮后的數(shù)據(jù)上傳到云平臺(tái)，另一方面將數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘壒?jié)點(diǎn)服務(wù)器，完成運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)分析與預(yù)測(cè)。遠(yuǎn)程用戶通過(guò)訪問(wèn)云平臺(tái)獲取現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)并進(jìn)行可視化分析。

圖6 5G遠(yuǎn)程傳輸數(shù)據(jù)可視化感知節(jié)點(diǎn)示意圖

實(shí)時(shí)感知系統(tǒng)在機(jī)器人智能生產(chǎn)線噴涂過(guò)程中是一種必不可少的關(guān)鍵性技術(shù)，在智能生產(chǎn)線中引入實(shí)時(shí)感知的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，采集不同噴涂缺陷的圖片進(jìn)行分析，如斑點(diǎn)、劃痕、積粉等噴涂過(guò)程中容易產(chǎn)生的缺陷，通過(guò)機(jī)器視覺算法進(jìn)行分析，最終檢測(cè)出噴涂存在缺陷的地方并做出對(duì)應(yīng)的舉措，使噴涂過(guò)程順利完成。同時(shí)可以實(shí)時(shí)感知到噴涂過(guò)程的進(jìn)行和完成度，可以方便對(duì)產(chǎn)品完成時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，如圖7所示。

圖7 智能噴涂生產(chǎn)線實(shí)時(shí)感知顯示系統(tǒng)

2 家具機(jī)器人智能噴涂生產(chǎn)線

家具機(jī)器人智能噴涂生產(chǎn)線重點(diǎn)研究柔性輕量化的智能噴涂產(chǎn)線成套裝備，優(yōu)化綠色環(huán)保涂裝工藝，配套可視化人機(jī)交互系統(tǒng)、智能遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)、對(duì)接企業(yè)ERP并預(yù)留生產(chǎn)過(guò)程執(zhí)行系統(tǒng)（MES）接口、通過(guò)人工智能技術(shù)與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)分析與研究。實(shí)現(xiàn)機(jī)器人可對(duì)噴涂工件進(jìn)行三維掃描，通過(guò)特定算法，對(duì)機(jī)器人噴涂的行程進(jìn)行規(guī)劃，提高噴涂材料均勻性和產(chǎn)品質(zhì)量，減少生產(chǎn)時(shí)間和材料損耗降低成本；可針對(duì)個(gè)性化、多種類的家具進(jìn)行柔性化定制；通過(guò)結(jié)合數(shù)字化、模塊化設(shè)計(jì)，可以快速完成對(duì)生產(chǎn)線的設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)不同種類的家具在短周期內(nèi)完成生產(chǎn)計(jì)劃；機(jī)器人智能噴涂生產(chǎn)線具有實(shí)時(shí)感知能力，可以檢測(cè)生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，并利用5G技術(shù)的低延遲性將數(shù)據(jù)上傳智能遠(yuǎn)程運(yùn)維系統(tǒng)，對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理，保證噴涂質(zhì)量的穩(wěn)定性。

2.1 家具機(jī)器人智能噴涂生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)組成

機(jī)器人智能噴涂的研究除了機(jī)器人的機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還包括了三維工件模型掃描[9,10]和噴涂軌跡規(guī)劃。國(guó)內(nèi)學(xué)者在機(jī)器人噴涂軌跡規(guī)劃方面做了大量研究，并取得了一些階段性的研究成果。比如：Asakawa等人[11]提出了一種基于工件CAD模型自動(dòng)生成噴涂路徑并自動(dòng)完成機(jī)器人噴涂軌跡編程的系統(tǒng)，保證涂層質(zhì)量的同時(shí)大幅度提升了編程效率。Chen等人[12]提出了一種機(jī)器人多段運(yùn)動(dòng)軌跡組合的方法，一定程度上減少了涂料的浪費(fèi)并縮短了工作周期。張川[13]建立了漆膜生長(zhǎng)速率模型，對(duì)曲面分片后進(jìn)行軌跡規(guī)劃并組合得到最優(yōu)路徑。葉超[14]設(shè)計(jì)了一種基于視覺傳感器Kinect2的噴涂機(jī)器人定位系統(tǒng)，為解決各類型工件的定位問(wèn)題提供依據(jù)。葉瀟[15]利用激光三維掃描技術(shù)對(duì)機(jī)器人噴涂軌跡進(jìn)行規(guī)劃設(shè)計(jì)，借助激光掃描儀完成對(duì)待噴涂工件的重建，結(jié)合點(diǎn)云切片技術(shù)對(duì)工件表面的路徑信息進(jìn)行了求解。劉偉良[16]提出了自動(dòng)軌跡規(guī)劃和人工示教編程相結(jié)合的離線編程技術(shù)，為解決批量小、種類多的復(fù)雜曲面的噴涂軌跡規(guī)劃提供思路。為了滿足客戶需求，提高企業(yè)產(chǎn)品核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，借鑒以上成功案例進(jìn)行深入研究分析，結(jié)合原有噴漆產(chǎn)線裝備結(jié)構(gòu)技術(shù)存在的問(wèn)題，研發(fā)出一款結(jié)構(gòu)緊湊合理，占地空間少，節(jié)能環(huán)保，可縮短工藝流程，加快噴涂速度，提高生產(chǎn)效率家具機(jī)器人智能噴涂生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線的結(jié)構(gòu)是根據(jù)生產(chǎn)線的關(guān)鍵技術(shù)所研制出不同功能的多個(gè)單元模塊化生產(chǎn)線設(shè)備而組成。主要分為“數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、智能管理系統(tǒng)、傳輸線路、生產(chǎn)線主體”四大類別組成。其中包括：三維掃描系統(tǒng)、圖像處理系統(tǒng)工藝參數(shù)庫(kù)、MES系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理平臺(tái)、云平臺(tái)、噴涂機(jī)器人、傳感器、生產(chǎn)線各模塊（含：往覆智能噴漆機(jī)、自動(dòng)噴漆設(shè)備、平面涂裝設(shè)備、多軸噴頭裝置、噴頭運(yùn)動(dòng)控制裝置、干燥設(shè)備、自動(dòng)化連線設(shè)備、擺動(dòng)/回轉(zhuǎn)/平移復(fù)合運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、驅(qū)動(dòng)控制器等）、物料傳輸機(jī)構(gòu)、5G專線、普通網(wǎng)線、電路設(shè)施等。

2.2 生產(chǎn)線的實(shí)踐效果分析

智能噴涂機(jī)器人生產(chǎn)線主要應(yīng)用在辦公臺(tái)面、辦公臺(tái)側(cè)板、套房家具床頭架、弧形柜板、展示柜臺(tái)面等較為復(fù)雜的木制品綠色建材加工噴漆生產(chǎn)線設(shè)備領(lǐng)域。生產(chǎn)線的技術(shù)實(shí)踐效果如下：

（1）采用三維掃描系統(tǒng)通過(guò)輸送線上的檢測(cè)工件位置的光電傳感器、上位機(jī)分別與執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工控機(jī)、PLC控制器、上料單元、下料單元、噴涂機(jī)器人、激光器、攝像機(jī)、光電傳感器電控連接。設(shè)計(jì)了在線三維掃描、拍攝、提取深度圖特征輪廓圖像數(shù)據(jù)以及進(jìn)行圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)模型，自動(dòng)生成機(jī)器人噴涂路徑，再根據(jù)噴涂路徑控制噴涂機(jī)器人同時(shí)又解決了機(jī)械定位和光幕定位無(wú)法對(duì)工件形狀進(jìn)行有效掃描的問(wèn)題，提高掃描精準(zhǔn)度，實(shí)用性強(qiáng)。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)軌跡噴涂降低噴涂材料的損耗，提高噴涂質(zhì)量和材料使用率。

（2）基于點(diǎn)云的圖像處理及不同關(guān)鍵輪廓的噴涂軌跡生成技術(shù)和提取技術(shù)的研究。也是數(shù)控噴涂動(dòng)態(tài)自主感知配置生產(chǎn)線及機(jī)器人噴涂控制策略研究。實(shí)現(xiàn)快速噴涂運(yùn)動(dòng)以及快速涂裝切換，改善了涂料利用率，提高了建材生產(chǎn)線的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量合格率。即結(jié)合3D視覺識(shí)別與圖像處理，利用人工智能（AI）規(guī)劃噴涂軌跡，解決復(fù)雜工件噴涂。

（3）通過(guò)5G專線鏈路與互聯(lián)網(wǎng)混合的智能組網(wǎng)模式，融合生產(chǎn)信息化管理系統(tǒng)（MES），采用面向服務(wù)的整體架構(gòu)設(shè)計(jì)的集成系統(tǒng)。實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線各部分間的數(shù)據(jù)聯(lián)動(dòng)，高效協(xié)同?？蓪⒃O(shè)備工況信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳云端，幫助生產(chǎn)線實(shí)現(xiàn)智慧調(diào)度、實(shí)時(shí)采集、實(shí)時(shí)感知，噴涂件測(cè)量、噴涂生產(chǎn)線故障檢測(cè)與控制機(jī)器人噴涂、漆料回收、漆霧處理、設(shè)備清洗等智能化實(shí)時(shí)控制。建立互聯(lián)網(wǎng)+智能化數(shù)字化定制家具自動(dòng)噴涂生產(chǎn)線控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)人、設(shè)備、物料、產(chǎn)品間的信息互通和生產(chǎn)過(guò)程逆向追溯。并可遠(yuǎn)程操控生產(chǎn)線改造，組建生產(chǎn)線內(nèi)部私有云平臺(tái)，將關(guān)鍵生產(chǎn)系統(tǒng)部署于私有云上，將非關(guān)鍵生產(chǎn)線應(yīng)用部署于公有云，重要數(shù)據(jù)專線傳輸，非敏感數(shù)據(jù)應(yīng)用互聯(lián)網(wǎng)傳輸，保證數(shù)據(jù)安全，簡(jiǎn)化生產(chǎn)線IT運(yùn)維。達(dá)到了網(wǎng)絡(luò)管理人員通過(guò)集中管理平臺(tái)對(duì)生產(chǎn)線設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)功能、業(yè)務(wù)流量和安全態(tài)勢(shì)進(jìn)行統(tǒng)一可視化便捷高效的網(wǎng)絡(luò)管理效果。

（4）采用一種帶噴涂機(jī)械手的轉(zhuǎn)動(dòng)架裝置結(jié)構(gòu)及往復(fù)式噴涂機(jī)械設(shè)備的工藝與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)，提高各個(gè)構(gòu)件之間的連接緊湊性，簡(jiǎn)化整體結(jié)構(gòu)，減小占地空間。實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位、自動(dòng)智能噴涂。縮短了工藝流程，加快噴涂速度，提高了生產(chǎn)效率。

（5）采用一種具有跟隨工件移動(dòng)的噴涂設(shè)備控制技術(shù)，建立噴槍行程及霧化點(diǎn)結(jié)構(gòu)參數(shù)、噴漆房大小的規(guī)劃及噴漆房?jī)?nèi)進(jìn)排風(fēng)流量、速度的適配、過(guò)噴漆回落到輸送帶上的回收技術(shù)等工藝參數(shù)之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，構(gòu)建底漆和面漆工序的控制模型，實(shí)現(xiàn)一次針對(duì)工件的四個(gè)邊和工件上面進(jìn)行均勻噴涂，達(dá)到無(wú)死角均勻噴涂，減少噴房?jī)?nèi)二次污染；改善和提高加工產(chǎn)品高光面漆和修色的噴涂效果，提高產(chǎn)品優(yōu)質(zhì)成品率。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文從“運(yùn)輸模塊、機(jī)器視覺模塊、噴涂機(jī)器人模塊、往復(fù)機(jī)模塊、油漆回收模塊”五大模塊和“輸送速度、漆霧狀況、油漆回收、節(jié)能指數(shù)”四個(gè)指標(biāo)進(jìn)行差異化劃分，研發(fā)出一款家具智能涂裝一體化設(shè)備的智能機(jī)器人噴涂生產(chǎn)線?？商岣咴O(shè)備對(duì)板式工件生產(chǎn)效率、異形面產(chǎn)品噴涂質(zhì)量的精度、油漆材料利用率及回收量、降低制造生產(chǎn)污染、設(shè)備故障檢測(cè)及處理等技術(shù)能效，實(shí)現(xiàn)了綠色環(huán)保智能制造，集“四級(jí)控制、無(wú)縫對(duì)接、定義配方、中央供漆、應(yīng)急處理、遠(yuǎn)程運(yùn)維、云數(shù)據(jù)庫(kù)、終身升級(jí)”于一體，具有智能化、自動(dòng)化、光幕檢測(cè)、交錯(cuò)式往復(fù)自動(dòng)噴漆功能。該生產(chǎn)線與原有噴涂裝備對(duì)比具有以下特點(diǎn)。

（1）具有工件涂裝的三維掃描系統(tǒng)，可建立圖形數(shù)據(jù)系統(tǒng)模型、提取輪廓圖形數(shù)據(jù)和深度特征數(shù)據(jù)，自動(dòng)生成機(jī)器人噴涂路徑，降低了噴涂材料的損耗，提高了噴涂質(zhì)量和材料使用率。

（2）采用數(shù)字化設(shè)計(jì)、模塊化快速重構(gòu)定制智能噴涂生產(chǎn)線，可快速實(shí)現(xiàn)小批量多品種建材及家具的柔性噴涂。

（3）具有機(jī)器人噴涂數(shù)字化裝備、噴涂過(guò)程實(shí)時(shí)感知功能，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化噴涂控制和輸送帶上的過(guò)噴漆回收，建立噴槍行程、霧化點(diǎn)結(jié)構(gòu)、速度適配等工藝參數(shù)庫(kù)，構(gòu)建底漆和面漆工序的智能控制模型。通過(guò)5G及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將設(shè)備工況信息和生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳云端，實(shí)現(xiàn)噴涂件測(cè)量、噴涂生產(chǎn)線故障檢測(cè)與控制機(jī)器人噴涂、漆料回收等智能化控制。