CN117901554A - 一种移动式喷码设备及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及火车车厢喷码的技术领域，公开了一种移动式喷码设备及系统，其包括移动车、机械臂以及喷码机；所述喷码机安装在机械臂上，所述机械臂安装在移动车上，所述移动车用于带动机械臂行驶，所述机械臂用于带动喷码机升降，所述喷码机用于对车厢外表面喷码；所述喷码机包括喷头以及油墨供应装置，所述喷头内设置有喷码电晶体以及压电振荡器，所述压电振荡器与喷码电晶体接触，所述压电振荡器用于挤压喷码电晶体使油墨呈雾状喷出。本发明具有自动化喷码，减少人力劳动，且使喷码出来的图形油墨均匀且连续的效果。

Description

一种移动式喷码设备及系统

技术领域

本发明涉及火车车厢喷码的技术领域，尤其是涉及一种移动式喷码设备及系统。

背景技术

铁路火车车箱进行厂修、段修时，都需要根据不同要求，在车体的特定位置，对检修车辆的车种、车型、车号以及性能标记等进行重新喷涂，才能达到车辆检修后的交验技术要求。

古老的喷码方式是在需要喷码的地方贴上模板，采用喷漆手动对其进行喷射，该方式会形成均匀的色漆，但是不同的字样需要制作多个模板，且需要人工对其喷射。后来出现了自动化喷码机，不需要模具，直接可以喷出想要的形状或者字形，但是自动化喷码机喷出来的都是间距非常大的点阵式，人眼能看出来是一堆点状组合而成的，不美观，且不符合特定的喷漆标准，有篡改字形的嫌疑。

发明内容

为了减少人力劳动，且使喷码出来的油墨为均匀的，本发明提供一种移动式喷码设备及系统。

本发明提供的一种移动式喷码设备及系统采用如下的技术方案：

第一方面，一种移动式喷码设备，包括移动车、机械臂以及喷码机；

所述喷码机安装在机械臂上，所述机械臂安装在移动车上，所述移动车用于带动机械臂行驶，所述机械臂用于带动喷码机升降，所述喷码机用于对车厢外表面喷码；

所述喷码机包括喷头以及油墨供应装置，所述喷头内设置有喷码电晶体以及压电振荡器，所述压电振荡器与喷码电晶体接触，所述压电振荡器用于挤压喷码电晶体使油墨呈雾状喷出。

通过采用上述技术方案，通过压电振荡器挤压喷码电晶体，将油墨呈雾状喷出，使喷码的字体或形状成为连续的，且采用喷码电晶体，喷码电晶体分布密集，则改善了喷码后形状不连续的现象，且通过控制压电振荡器操作，减少了人力劳动，也能使喷出的油墨均匀连续。

进一步的，所述油墨供应装置包括油墨箱以及供墨管，所述油墨箱安装在移动车上，所述供墨管一端连接油墨箱，另一端与喷码电晶体连接，所述供墨管分布在机械臂周围。

进一步的，所述移动车下端设置有电控万向轮，所述机械臂上设置有用于升降的电控起重装置，所述机械臂上安装有工业3D相机，所述工业3D相机与喷码机均设置在机械臂末端。

进一步的，所述喷码机水平方向设置有紫外线固化灯。

通过采用上述技术方案，油墨喷出后不能立刻完全凝固，则在喷码机一侧安装紫外线固化灯，油墨喷到车厢上时，紫外线固化灯将油墨固化，让喷出的字体或图形整齐美观。

第二方面，一种移动式喷码系统，包括下列模块：视觉模块以及PLC电控模块；所述视觉模块与PLC电控模块相连；

所述视觉模块包括视觉识别单元以及视觉定位单元，所述工业3D相机用于记录车厢图像数据，所述视觉识别单元基于视觉SLAM算法以及加权图像学习算法，对车厢尺寸进行识别，所述视觉定位单元基于3D定位算法，定位车厢表面喷码的位置。

进一步的，所述视觉SLAM算法具体为：

对多张工业3D相机拍摄的图像提取像素坐标（x,y），从像素坐标（x,y）中获取坐标形状向量以及纹理信息向量，S_newModel为坐标形状向量，T_newModel为纹理信息向量；

S_newModel=+/>；

T_newModel=+/>；

3D模型的数学表达式为M=（S_newModel，T_newModel）；

m为像素坐标数量，i为第i个像素坐标；

为平均坐标形状模型；/>为图像的PCA部分，也就是对主成分分析按照特征值降序排列的协方差阵的特征向量；/>为坐标形状系数；

为平均纹理信息模型，/>为对主成分分析按照特征值横向排列的协方差阵的特征向量；/>为纹理信息系数。

进一步的，所述加权图像学习算法具体为：

根据3D模型，生成车厢的正视图、侧视图以及俯视图，依据贪心算法思想，对三个图像加权连通图里搜索最小生成树，即连通图像中的所有顶点并使所有编的权值之和为最小，根据权值得到车厢的尺寸。

进一步的，所述3D定位算法具体为：

依据非线性最小二乘法，将车厢图像分为若干点（P_n，P_n’），设定喷码起始点重投影参数；

在车厢上随机找若干个点，标定该点的位置坐标P’，将车厢图像分为若干坐标点P；

将P_n经过旋转变换R_x（）·R_y（/>）·R_z（/>）·P_n，经过平移变换/>，得到正视图状态坐标系下的点/>=/>+R_x（/>）·R_y（/>）·R_z（/>）·P_i,再将正视图状态坐标系下的点/>进行透视投影得到车厢表面上的点m’；

m’=/>,比例因数为s=（/>，/>）；

=f,f为工业3D相机的焦距，（/>，/>）=（0,0）；

最终将所有数值带入到m’，用非线性最小二乘法得到，从而定位车厢表面喷码的位置。

进一步的，所述视觉模块将定位到的车厢表面喷码位置传给PLC电控模块，所述PLC电控模块控制机械臂将喷码机举升到标定位置。

进一步的，所述视觉模块将车厢尺寸传递给PLC电控模块，所述PLC电控模块根据深度学习网络模型计算出该车厢尺寸下需要喷码的数据，所述PLC电控模块根据需要喷码的数据控制压电振荡器对喷码电晶体进行加压；

所述深度学习网络模型计算出该车厢尺寸下需要喷码的数据具体为：

车厢尺寸包括车厢的长宽高，根据长宽高计算车厢的体积，根据车厢体积换算成载重吨数，并根据车厢外形得到车厢为棚车或者敞车。

通过采用上述技术方案，由于移动车移动到车厢附近后，可能与车厢并不是水平的，所以通过3D定位算法定位车厢需要喷码的位置，且得到横平竖直的需要喷码的位置，有效的保证了喷码时是正对着车厢的，避免喷码出现倾斜现象，且根据视觉SLAM算法以及加权图像学习算法对车厢尺寸进行识别，再利用深度学习网络模型得到需要喷码的数据，形成全自动化喷码设备，有效的降低了人力劳动。

综上所述，本发明具有如下的有益技术效果：

1.通过压电振荡器挤压喷码电晶体，将油墨呈雾状喷出，使喷码的字体或形状成为连续的，且喷码电晶体分布密集，则改善了喷码后形状不连续的现象，且通过控制压电振荡器操作，减少了人力劳动，也能使喷出的油墨均匀连续；

2.油墨喷出后不能立刻完全凝固，则在喷码机一侧安装紫外线固化灯，油墨喷到车厢上时，紫外线固化灯将油墨固化，让喷出的字体或图形整齐美观；

3.由于移动车移动到车厢附近后，可能与车厢并不是水平的，所以通过3D定位算法定位车厢需要喷码的位置，且得到横平竖直的需要喷码的位置，有效的保证了喷码时是正对着车厢的，避免喷码出现倾斜现象，且根据视觉SLAM算法以及加权图像学习算法对车厢尺寸进行识别，再利用深度学习网络模型得到需要喷码的数据，形成全自动化喷码设备，有效的降低了人力劳动。

附图说明

图1是本发明一种移动式喷码设备及系统的设备整体图。

图2是本发明一种移动式喷码设备及系统的系统流程图。

附图标记说明：1、移动车；2、机械臂；3、紫外线固化灯；4、喷头；5、油墨箱；6、供墨管；7、电控万向轮；8、工业3D相机。

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。

本发明实施例公开一种移动式喷码设备及系统。

参照图1，一种移动式喷码设备，包括移动车1、机械臂2、喷码机以及紫外线固化灯3；

其中喷码机以及紫外线固化灯3均安装在机械臂2上，机械臂2安装在移动车1上，移动车1用于带动机械臂2行驶，机械臂2用于带动喷码机升降，喷码机用于对车厢外表面喷码。

移动车1下端设置有电控万向轮7，可以驱动移动车1进行行驶，机械臂2上设置有用于升降的电控起重装置，机械臂2上还安装有工业3D相机8，工业3D相机8与喷码机均设置在机械臂2末端。

需要说明的是，机械臂2与电控万向轮7均为现有技术，机械臂2的工作原理参照专利号为CN109562523B，专利名称为“机械臂机构”的中国授权专利。电控万向轮7的工作原理参照专利号为CN208247864U，专利名称为“电动万向轮”的中国授权专利。

其中喷码机包括喷头4以及油墨供应装置，喷头4内设置有喷码电晶体以及压电振荡器，喷头4内部还设置有暂时储存油墨的墨槽，喷码电晶体呈一排放置，压电振荡器与喷码电晶体接触，压电振荡器用于挤压喷码电晶体使油墨呈雾状喷出，落在喷印物品表面，形成36-48PL小点阵，从而形成文字、数字或图形，紫外线固化灯3与喷头4处于统一水平线上。

由于油墨喷出后不能立刻完全凝固，则在喷头4一侧安装紫外线固化灯3，油墨喷到车厢上时，紫外线固化灯3将油墨固化，不会有向下流的油墨，让喷出的字体或图形整齐美观。

油墨供应装置分为墨路和气路。其中墨路包括油墨箱5以及供墨管6，气路用于形成气压，将油墨向喷头4处供应，油墨箱5安装在移动车1上，供墨管6一端连接油墨箱5，另一端与喷码电晶体连接，供墨管6分布在机械臂2周围。在油墨箱5内设置有电泵，电泵一端与气路连接，进行平衡气压，在有油墨供应需求时，通过电泵将油墨泵出，通过供墨管6传递到喷头4处，压电振荡器挤压喷码电晶体，将油墨呈雾状喷出，落在喷印物品表面，形成36-48PL小点阵，小点阵密集使喷码的字体或形状成为连续的，喷射完成后，喷头内晶体恢复原状，由于气路形成的负压，使油墨流入喷头4内部的墨槽中，新的油墨进入喷头继续完成喷印。喷码电晶体分布密集，则改善了喷码后形状不连续的现象，且通过远程控制压电振荡器操作，减少了人力劳动，也能使喷出的油墨均匀连续。

参照图2，为减少人力，实现自动化喷码，在喷码设备中嵌入一种移动式喷码系统，喷码系统中内置流水线算法、算数运用算法，并与硬件高度集成，进行模块话设计。需要说明的是，流水线算法与算数运用算法均采用现有算法。

其喷码系统中包括下列模块：视觉模块以及PLC电控模块；视觉模块与PLC电控模块相连。

视觉模块包括视觉识别单元以及视觉定位单元，工业3D相机8用于记录车厢图像数据，视觉识别单元基于视觉SLAM算法以及加权图像学习算法，对车厢尺寸进行识别，视觉定位单元基于3D定位算法，定位车厢表面喷码的位置。

由于移动车1移动到车厢附近后，可能喷头4与车厢并不是水平的，所以先找到车厢上的一个点作为参考点，通过3D定位算法定位车厢需要喷码的位置，得到横平竖直的需要喷码的位置，有效的保证了喷码时是正对着车厢的，避免喷码出现倾斜现象。

其中3D定位算法具体为：

依据非线性最小二乘法，将车厢图像分为若干点（P_n，P_n’），设定喷码起始点重投影参数；

在车厢上随机找若干个点，标定该点的位置坐标P’，将车厢图像分为若干坐标点P；

将P_n经过旋转变换R_x（）·R_y（/>）·R_z（/>）·P_n，经过平移变换/>，得到正视图状态坐标系下的点/>=/>+R_x（/>）·R_y（/>）·R_z（/>）·P_i,再将正视图状态坐标系下的点/>进行透视投影得到车厢表面上的点m’；

m’=/>,比例因数为s=（/>，/>）；

=f,f为工业3D相机的焦距，（/>，/>）=（0,0）；

最终将所有数值带入到m’，用非线性最小二乘法得到，从而定位车厢表面喷码的位置。

视觉模块将定位到的车厢表面喷码位置传给PLC电控模块，PLC电控模块控制机械臂2将喷码机调整位置，将喷码机调整至与标定位置水平。

其中视觉SLAM算法具体为：

对多张工业3D相机拍摄的图像提取像素坐标（x,y），从像素坐标（x,y）中获取坐标形状向量以及纹理信息向量，S_newModel为坐标形状向量，T_newModel为纹理信息向量；

S_newModel=+/>；

T_newModel=+/>；

3D模型的数学表达式为M=（S_newModel，T_newModel）；

m为像素坐标数量，i为第i个像素坐标；

为平均坐标形状模型；/>为图像的PCA部分，也就是对主成分分析按照特征值降序排列的协方差阵的特征向量；/>为坐标形状系数；

为平均纹理信息模型，/>为对主成分分析按照特征值横向排列的协方差阵的特征向量；/>为纹理信息系数。

该视觉SLAM算法将工业3D相机8中记录的图像提取成为多个坐标点，最终形成计算机可识别的3D模型。

加权图像学习算法具体为：

根据3D模型，生成车厢的正视图、侧视图以及俯视图，依据贪心算法思想，对三个图像加权连通图里搜索最小生成树，即连通图像中的所有顶点并使所有编的权值之和为最小，根据权值得到车厢的尺寸。其中贪心算法为现有算法，百度百科上可以查找到。

视觉模块将车厢尺寸传递给PLC电控模块，PLC电控模块根据深度学习网络模型计算出该车厢尺寸下需要喷码的数据，PLC电控模块根据需要喷码的数据控制压电振荡器对喷码电晶体进行加压。

深度学习网络模型计算出该车厢尺寸下需要喷码的数据具体为：

车厢尺寸包括车厢的长宽高，根据长宽高计算车厢的体积，根据车厢体积换算成载重吨数，立方米和吨的转换是，质量＝体积x密度以及体积＝质量÷密度这两个公式进行转换的，密度采用水的密度进行计算。

并根据车厢外形得到是否为棚车，棚车则标记P，敞车则标记C。

根据视觉SLAM算法以及加权图像学习算法对车厢尺寸进行识别，再利用深度学习网络模型得到需要喷码的数据，形成全自动化喷码设备，有效的降低了人力劳动。

本发明实施例一种移动式喷码设备及系统的实施原理为：移动车1将喷码机带到车厢前，工业3D相机8对车厢进行拍照分析，通过3D定位算法定位车厢需要喷码的位置，且得到横平竖直的需要喷码的位置，有效的保证了喷码时是正对着车厢的，避免喷码出现倾斜现象，根据视觉SLAM算法以及加权图像学习算法对车厢尺寸进行识别，再利用深度学习网络模型得到需要喷码的数据。系统程序先由PLC电控模块处理分配，再通过驱动板输出一连串的电信号给喷头内各个喷码电晶体，喷码电晶体高频的产生变形，使油墨从喷头4中喷射出来，落在喷印物品表面，形成36-48PL小点阵，从而形成文字、数字或图形。然后，喷头4内喷码电晶体恢复原状，由于气路形成的负压，使油墨进入喷头4内部的墨槽中，新的油墨进入喷头继续完成喷印。喷码电晶体分布密集，则改善了喷码后形状不连续的现象，且通过控制压电振荡器操作，减少了人力劳动，也能使喷出的油墨均匀连续，形成全自动化喷码设备。

以上均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种移动式喷码设备，其特征在于：包括移动车、机械臂以及喷码机；

所述喷码机安装在机械臂上，所述机械臂安装在移动车上，所述移动车用于带动机械臂行驶，所述机械臂用于带动喷码机升降，所述喷码机用于对车厢外表面喷码；

所述喷码机包括喷头以及油墨供应装置，所述喷头内设置有喷码电晶体以及压电振荡器，所述压电振荡器与喷码电晶体接触，所述压电振荡器用于挤压喷码电晶体使油墨呈雾状喷出。

2.根据权利要求1所述的一种移动式喷码设备，其特征在于：所述油墨供应装置包括油墨箱以及供墨管，所述油墨箱安装在移动车上，所述供墨管一端连接油墨箱，另一端与喷码电晶体连接，所述供墨管分布在机械臂周围。

3.根据权利要求1所述的一种移动式喷码设备，其特征在于：所述移动车下端设置有电控万向轮，所述机械臂上设置有用于升降的电控起重装置，所述机械臂上安装有工业3D相机，所述工业3D相机与喷码机均设置在机械臂末端。

4.根据权利要求1所述的一种移动式喷码设备，其特征在于：所述喷码机水平方向设置有紫外线固化灯。

5.一种移动式喷码系统，其特征在于：采用权利要求3所述的一种移动式喷码设备，包括下列模块：视觉模块以及PLC电控模块，所述视觉模块与PLC电控模块相连；

所述视觉模块包括视觉识别单元以及视觉定位单元，所述工业3D相机用于记录车厢图像数据，所述视觉识别单元基于视觉SLAM算法以及加权图像学习算法，对车厢尺寸进行识别，所述视觉定位单元基于3D定位算法，定位车厢表面喷码的位置。

6.根据权利要求5所述的一种移动式喷码系统，其特征在于：所述视觉SLAM算法具体为：

对多张工业3D相机拍摄的图像提取像素坐标（x,y），从像素坐标（x,y）中获取坐标形状向量以及纹理信息向量，S_newModel为坐标形状向量，T_newModel为纹理信息向量；

S_newModel=+/>；

T_newModel=+/>；

3D模型的数学表达式为M=（S_newModel，T_newModel）；

m为像素坐标数量，i为第i个像素坐标；

为平均坐标形状模型；/>为图像的PCA部分，也就是对主成分分析按照特征值降序排列的协方差阵的特征向量；/>为坐标形状系数；

为平均纹理信息模型，/>为对主成分分析按照特征值横向排列的协方差阵的特征向量；/>为纹理信息系数。

7.根据权利要求6所述的一种移动式喷码系统，其特征在于：所述加权图像学习算法具体为：

根据3D模型，生成车厢的正视图、侧视图以及俯视图，依据贪心算法思想，对三个图像加权连通图里搜索最小生成树，即连通图像中的所有顶点并使所有编的权值之和为最小，根据权值得到车厢的尺寸。

8.根据权利要求5所述的一种移动式喷码系统，其特征在于：所述3D定位算法具体为：

依据非线性最小二乘法，将车厢图像分为若干点（P_n，P_n’），设定喷码起始点重投影参数；

在车厢上随机找若干个点，标定该点的位置坐标P’，将车厢图像分为若干坐标点P；

将P_n经过旋转变换R_x（）·R_y（/>）·R_z（/>）·P_n，经过平移变换/>，得到正视图状态坐标系下的点/>=/>+R_x（/>）·R_y（/>）·R_z（/>）·P_i ,再将正视图状态坐标系下的点/>进行透视投影得到车厢表面上的点m’；

m’=/>,比例因数为s=（/>，/>）；

=f,f为工业3D相机的焦距，（/>，/>）=（0,0）；

最终将所有数值带入到m’，用非线性最小二乘法得到，从而定位车厢表面喷码的位置。

9.根据权利要求8所述的一种移动式喷码系统，其特征在于：所述视觉模块将定位到的车厢表面喷码位置传给PLC电控模块，所述PLC电控模块控制机械臂将喷码机举升到标定位置。

10.根据权利要求7所述的一种移动式喷码系统，其特征在于：所述视觉模块将车厢尺寸传递给PLC电控模块，所述PLC电控模块根据深度学习网络模型计算出该车厢尺寸下需要喷码的数据，所述PLC电控模块根据需要喷码的数据控制压电振荡器对喷码电晶体进行加压；

所述深度学习网络模型计算出该车厢尺寸下需要喷码的数据具体为：

车厢尺寸包括车厢的长宽高，根据长宽高计算车厢的体积，根据车厢体积换算成载重吨数，并根据车厢外形得到车厢为棚车或者敞车。