时间:2024-05-04
栾玉静
(德州职业技术学院 山东省德州市 253034)
随着生活质量要求的不断提升,实木家具受到越来越多的人们的喜爱。近年来还衍生出了新的行业——家具美容业。除此之外,家具爱好者的数量也在逐年增多。
随着实木家具的发展,油漆工“一匠难求”的现象屡见不鲜。另外,家具的上漆配色也是一大难题,怎样减小配色色差也是衡量一个油漆工技术水平的标准之一。
再有,目前人工家具上漆工作效率低,不利于工厂大批量生产。基于以上市场痛点我们研发实木家具智能油漆工作台。
(1)研究图像识别算法,解决油漆工调色难,色差不稳定的问题。
(2)研究蓝牙通讯技术,解决系统的稳定性与安全性不高的问题。
(3)研究调色系统与气动系统的连接与控制,实现自动喷漆方案的形成。
工作过程如图1 所示。首先准备好需要喷漆的物品,启动设备,设备上智能识别系统识别色度、家具外形结构。经过分析色彩组成、三维逆向建模。使用自主设计的算法计算出最佳的喷漆方案(包括色度,用漆量等),如图2。在通过配色系统自动配色后喷漆。最后,识别已喷漆物品色度是否符合要求,判断是否需要二次喷漆,直到色彩符合要求为止。
2.2.1 机械部分
框架:采用的是多功能型铝合金型材拼接而成。保证了设备的美观,结构紧凑结实耐用
料罐:设计在设备内部,使得前后配重相同,距离喷口近可节省管材。上口为收口式设计,不易将家具漆洒出,还可以保证良好的通气和灌装家具漆漆。
喷涂装置:采用气压式喷涂结构。
2.2.2 电气部分
主控系统:选用Raspberry Pi 4 来控制。可以根据实木家具的喷漆要求对智能识别模块、自动混色系统及气动系统进行控制。
气动系统:选用220v-1B-35L,该型号气泵具有便捷,稳定,安全等特点,流量大和体积小的特点很适合本设备。
图1:工作过程
图2:智能配色方案
图3:主要结构组成
自动混色系统:选用JJ-1 型搅拌机辅以气动系统控制调色,该型号搅拌机具有启动稳定,效率高,寿命长等优点
智能识别模块:采用GY33 颜色传感器和蓝牙装置,且有三种控制模式可精准识别颜色数据。
供电模块:主要给各系统供电模块,供各系统正常工作,如图3。
表1:色度差对比
图4:程序流程图
根据施工过程优化控制流程,达到最优效率。
2.3.1 Raspberry Pi 4 与蓝牙通讯程序设计
通过Raspberry Pi 4 UART 串口通讯技术将数据发送至蓝牙模块,蓝牙模块通过BLETooch4.1 通讯协议将数据发送到颜色识别系统控制颜色识别。
2.3.2 Raspberry Pi 4 控制液压系统程序设计
根据识别的自动完成,将参数整定为Raspberry Pi 4 信号输出,通过信号控制电磁阀通断,从而控制各种颜色油漆的用量。
2.3.3 Raspberry Pi 4 与颜色识别系统通讯程序设计
利用Raspberry Pi 4 与颜色识别模块通讯获得家具颜色的RGB数据,通讯过程采用加密协议,保障了链路层的安全性,软件流程图如图4。
(1)智能识别色度,智能配色可解决家具上漆调色难,好的油漆工一匠难求的问题。实现了有经验油漆工的技艺固话。
(2)生成智能喷漆方案,可解决解决工厂刷漆效率低、油漆有损身体健康的问题。
2.5.1 创新点1:自主设计的识别分析算法,生成智能喷漆方案
(1)图像识别算法的设计与各系统的协调。图像识别使用的基于TCS34725 芯片开发的GY33 模块,可以读取图像颜色数据传至MCU 处理,经过蓝牙模块透传到Raspberry Pi 4 进行颜色数据分离处理。Raspberry Pi 4 通过自主设计改良的算法,精准计算出各颜色用漆量,控制调色系统精准调色。经测试及测量,配色色度与有经验的油漆工无异,肉眼难以分辨,色度对比如表1。
(2)蓝牙通讯加密协议的处理。蓝牙通讯我们未使用目前通用的Bluetooth4.0 协议。Bluetooth 协议易被攻破,数据容易别篡改、窃取。我们使用了安全性更高的稳定性更好的CAI 协议,并根据设备需要进行了修改,实现多台设备可各自分离管理,互不影响,一机一通道。保证了数据传输稳定性的同时加强了安全性。
(3)调色系统与气动系统的连接与控制。我们尝试了调色系统与气动系统的多种连接方法,经测试,我们选用了结构最精简、效率最稳定的“赛风式结构”。此结构借鉴了赛风壶的原理,能够精确的控制用漆量,并且结构精简,效率稳定,是理想的结构。
2.5.2 创新点2:基于大数据分析的智能喷涂生产工艺管理系统
对于实木家具生产企业,本设备可以智能识别首批家具外形后系统三维建模,生成工艺数据,后续批次家具可实现自动喷涂。
实木家具智能油漆工作台现已基本完成,我们具有理论与实践的双重验证。本设备是一系列的设备,针对手工爱好者我们设计了便携式,针对家具美容业我们有实用型,针对家具生产企业我们有生产型。总之,我们智慧赋能实木家具产业,让该行业更多彩。
目前本设备已完成产品的研发阶段,手工样品制作阶段、产品的验证阶段,正在进行产品的生产推广阶段。
经过实际的市场调研,一名工人刷漆效率约5-8 件/天,劳动强度大,近距离接触未固化家具漆会对身体会造成一定的伤害。本设备实际喷涂效果与人工喷涂效果无明显差异,按8 小时工作制,机器的喷漆效率约20-30 件/天,是目前纯人工刷漆效率的4-6 倍。另外,该设备一键启动、多种操作模式,但成本低廉。现场试用过程中,施工者无论知识水平高低都可短时间上手操作,颇受施工方好评,且迫切要求该设备上市。由此可见,其经济效益良好,应用价值高。
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