施釉机器人在陶瓷坯体自由曲面作业的关键技术研究

施釉是陶瓷产品表面装饰的关键工艺，也是影响陶瓷产品质量的主要因素。对在自由曲面上施釉工艺的认识和复杂陶瓷产品三维模型建模方法等方面都滞后于机器人技术，影响了施釉机器人在陶瓷行业中的应用。.本项目通过试验研究建立施釉工艺模型以及面向施釉工艺的陶瓷产品数字模型；探讨从示教轨迹中提取工艺信息和反求空间曲面信息的方法，进一步建立自由曲面和施釉工艺之间的关联，以降低轨迹规划中的计算复杂度；研究利用新的产品数字模型，快速生成有动力约束、障碍约束和工艺约束的工艺周期最短和满意施釉效果的多目标优化方法。最后以SCHUNK机器人为基础建立轨迹规划的仿真系统，验证理论研究成果。.通过以上研究可提高施釉机器人在陶瓷坯体自由曲面上作业的自动规划能力，所形成的技术方法可应用到其它类似产品的表面制造工艺中。

喷涂机器人在陶瓷产品施釉生产线上的应用水平较低，主要有以下几个因素制约：一、陶瓷产品类型差异较大，施釉工艺多样化；二、以卫浴为代表的陶瓷产品外形复杂，自由曲面较多，产品数字化水平较低；三、自由曲面施釉工艺的复杂性；四、施釉质量不能及时观测和反馈。为此，课题组设计开发了5R机器手和喷釉工艺综合试验平台，着重对喷釉工艺进行研究，以提高工艺的数字化水平；研究建立结合施釉工艺的复杂产品数字模型，以提高施釉机器人的自动规划能力；研究了基于机器视觉的釉面质量检测和评估方法，以构成施釉闭环系统。具体在以下几个方面开展了工作：. 1、对施釉工艺模型进行了研究。设计制作了喷釉工艺综合试验平台，实现了视觉传感器对施釉质量的检测。对釉的喷幅和釉层厚度分布进行测量和分析，建立了喷涂工艺参数与釉层厚度分布结构参数之间的数学关系，为喷枪轨迹自动规划提供了依据。同时，所研究的实验方法可用于不同类型的喷釉工艺模型辨识，降低了喷釉工艺模型的复杂度，提高喷釉工艺模型的建模效率。.2、研究了基于机器视觉的陶瓷釉面质量检测和评价方法。设计了卫生陶瓷产品釉面质量自动评价系统。系统由两台固定安装安装在升降台上的工业相机分别拍摄卫生陶瓷产品顶面和侧面图像，采用Matlab编程开发了图像预处理、综合评价算法，并编写了施釉机器人动态喷釉仿真程序，可以方便直观的看出喷釉后的釉层厚度分布情况，同时检验釉层厚度是否满足要求。该系统为实现陶瓷产品釉面质量的在线自动检测奠定了基础。.3、对基于三维坐标测量的陶瓷制品逆向工程数字建模进行了研究。提出了一种适用于喷涂轨迹规划的陶瓷产品含参数字模型。该数字模型可以表达出喷涂对象模型的外形结构特征，同时也能提供块的参数信息以及相邻块之间拓扑关系等参数信息。相对于现有喷涂领域中用到的数字模型，适用于喷涂轨迹规划的含参数字模型与喷涂工艺参数结合度高，可为轨迹规划提供可靠且准确的含参数字模型，提高了轨迹规划的效率。.4、对机器人施釉轨迹生成与优化方法进行了研究。根据陶瓷产品数字模型的特点，提出了基于STL的施釉轨迹生成方法。该轨迹生成方法与施釉工艺参数结合度高，并可兼顾施釉喷枪位姿对施釉效果的影响。建立了以喷釉时间最短为目标函数，釉层厚度为约束条件的非线性优化模型，采用遗传算法进行了求解。自行设计制造了多自由度施釉机械手，并以此为基础建立了轨迹规划的仿真系统，验证了该轨迹优化方法的正确性。