一种称重式抗干扰机器人喷涂流量在线检测方法

摘要

一种称重式抗干扰机器人喷涂流量在线检测方法，本方法利用称重传感器和信号处理与通讯模块定时将称重数据发给计算模块；计算前预先设定3个参数：m、n和k。计算时从通讯模块传来的称重数据中连续取m+n个数据，并将其分成两组：前n个为一组，后n个为一组，分别求其平均值。两组平均值的差除以其时间间隔m/f,就是要测量的流量值。计算下一个流量值时，首先从通讯模块传来的称重数据中连续取k个放在m+n个数据后面同时删除最前面的k个，用更新过的m+n个数据计算新的流量值。本发明通过数字滤波算法消除了涂料桶搅拌器、机器人运动、振动等因素对称重传感器的干扰，可在机器人喷涂过程中稳定、精确的检测喷涂流量，为机器人喷涂质量提供了有力保证。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于称重的机器人喷涂的流量在线检测方法，属于机器人喷涂技术领域。

背景技术

由于工业产品内外表面喷涂是劳动强度大、生产条件恶劣的工序，越来越多的企业采用 机器人进行自动化喷涂。采用机器人进行喷涂作业时，涂层厚度依赖于机器人的运动精度和 涂料系统的流量精度。因此对机器人喷涂系统的涂料流量进行检测是非常有意义的。目前市 场上用于检测流量的流量计有很多种，采用的流量检测原理也是多种多样，但在喷涂系统中 都不适用。主要原因有：①、喷涂作业使用的涂料理化性质特殊，为了实现特定的功能，涂 料中含有大量的固态成分，且容易沉淀、凝固；②、喷涂时涂料的流量通常不大，流量太大 会造成涂料在喷涂表面流动，影响表面质量；③、作业环境常常有较大的噪声和振动。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于称重的机器人喷涂的流量在线检测方法，可在有振动、搅 拌等对称重有干扰的条件下稳定、精确的检测涂料的流量。

本发明的技术方案如下：

一种称重式抗干扰机器人喷涂流量在线检测方法,其特征在于所述方法包括如下步骤：

1)称重传感器把涂料桶的重量信号转变成表示重量的模拟电信号；信号处理模块将 表示重量的模拟电信号转变成表示重量的数字信号；通讯模块将表示重量的数字信号定时发 送到计算模块；

2)计算模块计算流量值时首先从通讯模块传过来的称重数据中连续取m+n个数据， 记为：g₁、g₂、…g_m、g_m+1…g_n、g_n+1、g_n+2、…g_n+m，并将该称重数据分成两组，前n个为一组， 后n个为一组，分别求其平均值。即：

$g_a=\frac{g_1+g_2...+g_n}{n},g_b=\frac{g_{m+1}+g_{m+2}...+g_{m+n}}{n}$

式中：g_a、g_b为两组称重数据的平均值，单位为克；g₁、g₂、…g_n+m为通讯模块传来的 称重数据，单位为克；n、m为使计算的流量值稳定而预先设定的参数；

流量值为两组平均值之差除以其时间间隔m/f，即：

$Q=\frac{(g_a-g_b)·f}{m}$克/秒

式中：Q为所求的流量值，克/秒；g_a、g_b为两组称重数据的平均值；f为称重传感器的采 样频率，单位为Hz；

3)计算下一个流量值时，首先更新步骤2)中的m+n个称重数据中的k个数据，更新 方法为：从通讯模块传过来的称重数据中连续取k个数据放在步骤2)中的m+n个称重数据 的后面，然后删除最前面的k个数据，按步骤2)的方法用更新过的m+n个数据计算新的流 量值，得到一个流量值所用的时间为k/f。

上述技术方案中，m的取值要大于称重数据波动1个周期所能采集到的数据个数；n的 取值要大于称重数据波动3个周期所能采集到的数据个数。

本发明所述的称重传感器采用电子称，存储与显示模块采用单片机或个人电脑。

本发明与对比文件相比，具有以下优点及图出现的技术效果：本发明采用称重传感器检 测喷涂的涂料流量，可不受涂料性质的限制，测量精度高。根据实际情况合理选择m、n的 大小，使计算得到的流量值不受环境振动、涂料搅拌等导致称重数据波动的影响，保证了流 量值稳定。可以根据流量值刷新速度的需要来设置k值，反映灵敏。

附图说明

图1为机器人喷涂系统中涂料供料部分常见的结构。

图2为本发明提供的称重式抗干扰机器人喷涂流量在线检测方法的硬件框图。

图3为流量计算方法的流程图。

图中：1-搅拌器；2-隔膜泵；3-过滤器；4-调压阀；5-压力表；6-喷枪；7-背压阀；8- 涂料桶。

具体实施方式

机器人喷涂系统涂料供料部分常见的结构如图1所示。由于涂料中含有大量固态成分， 系统工作时使用搅拌器1对涂料桶8中的涂料进行搅拌。隔膜泵2从涂料桶8中吸取涂料， 加压后送到喷枪6。

本发明提出的基于称重的流量在线检测系统如图2所示。主要由称重传感器、信号处理 与通讯模块、计算显示与存储模块组成。

称重传感器把涂料桶的重量信号转变成表示重量的模拟电信号；信号处理模块将表示重 量的模拟电信号转变成表示重量的数字信号；通讯模块将表示重量的数字信号定时的发送到 计算模块；计算模块将收到的称重数据进行处理，转变成流量值并进行存储和显示。

上述的称重传感器和信号处理与通讯模块可以采用市场上现有的电子称，计算、显示与 存储模块可以采用单片机或个人电脑。

由于喷涂系统在工作时搅拌器要持续搅拌，搅拌会造成称重传感器输出信号不稳定。同 时由于隔膜泵工作时吸入泵体的涂料流量瞬时也是变化的。在大尺寸产品喷涂作业时，整个 喷涂系统是通过导轨不停移动的，不可避免的会产生振动。所有这些都会使称重传感器测得 的信号不稳定。而喷涂系统的流量在调压阀4调整好以后，基本上是稳定的。本发明的核心 内容是利用不稳定的称重数据得到稳定的流量值，并且在流量变化时能迅速反映出来。

从通讯模块传来的称重数据记为g₁、g₂、…、g_n、…，设称重传感器的采样频率为f，则 相邻两个称重数据的时间间隔为1/f，流量值Q可用下式计算：

Q＝(g_n-1-g_n)·f克/秒   (1)

式中：Q为涂料的流量值，克/秒；g_n-1、g_n为称重传感器定时采样得到的称重数据，克； f为称重传感器的采样频率，单位为Hz。

由于各种干扰的存在，使得称重传感器测出的重量值不停的上下波动，由式1计算得到 的流量值也是上下波动的，尤其是在小流量情况下，波动幅度可能比真实的流量大得多。

为了使计算得到的流量值稳定，可以从通讯模块传来的称重数据中连续取2n个数据，记 为：g₁、g₂、…、g_2n，将这些数据分成两组，前n个数据为一组，后n个数据为一组，分别 求平均，即：

$g_a=\frac{g_1+g_2...+g_n}{n},g_b=\frac{g_{n+1}+g_{n+2}...+g_{2n}}{n}---\left(2\right)$

式中：g_a、g_b为两组称重数据的平均值，单位为克；g₁、g₂、…g_2n为通讯模块传来的称 重数据，单位为克；n为使计算的流量值稳定而预先设定的参数；

两组平均值之间的时间间隔为n/f。流量Q可用下式计算：

$Q=\frac{(g_a-g_b)·f}{n}$克/秒   (3)

式中：Q为所求的流量值，克/秒；g_a、g_b为两组称重数据的平均值；f为称重传感器的采 样频率，Hz；n为使计算的流量值稳定而预先设定的参数。

实验证明：n取值越大，得到的流量值Q越稳定。但是n取值越大，计算一个流量值所用 的时间也就越长，原因是要得到2n个数据需要的时间为2n/f。

为了在得到稳定的流量值前提下缩短所用的数据个度，可采用如下办法：从通讯模块传 过来的称重数据中取m+n个数据，记为：g₁、g₂、…g_m、g_m+1…g_n、g_n+1、g_n+2、…g_n+m，并将该 称重数据分成两组，前n个为一组，后n个为一组，分别求其平均值。即：

$g_{a1}=\frac{g_1+g_2...+g_n}{n},g_{b1}=\frac{g_{m+1}+g_{m+2}...+g_{m+n}}{n}---\left(4\right)$

式中：g_a1、g_b1为两组称重数据的平均值，克；g₁、g₂、…g_n+m为通讯模块传来的称重 数据，克；n为使计算的流量值稳定而预先设定的参数，称重数据波动的幅度越大，n取值也 应该越大，一般要大于3个称重数据波动周期所采集的数据的个数。。

流量值为两组平均值之差除以其时间间隔m/f，即：

$Q=\frac{(g_{a1}-g_{b1})·f}{m}$克/秒  (5)

式中：Q为所求的流量值，克/秒；g_a、g_b为两组称重数据的平均值，克；f为称重传感器 的采样频率，Hz；m为使计算的流量值稳定而预先设定的参数，m的取值要大于1个称重数 据波动周期所采集的数据的个数。

实验证明：合理选择m的值，式5可以在m<n的情况下，得到与式3同样稳定的流量值。 式5中计算一个流量值用到的数据个数为m+n，如果m<n，用到的数据个数比式3用到的数据 个数2n要小。

由式5可知计算一个流量值需要的时间是m/f，为了得到稳定的流量值，m的选择不是 任意的，一般要大于1个称重数据波动周期所采集的数据的个数。为了可以以任意的时间间 隔刷新流量值，引入参数k。其意义是：计算下一个流量值时，首先更新式4中的m+n个称 重数据中的k个，更新方法为：从通讯模块传过来的称重数据中连续取k个放在式4中的m+n 个称重数据的后面，然后删除最前面k个。然后用更新过的m+n个数据按式4和式5计算新 的流量值。得到一个流量值所用的时间为k/f(f为称重传感器采样频率)。如果想以时间间 隔T刷新流量值，则k的取值为：

k＝T×f

式中：k为m+n个称重数据中每次更新的数据个数；T为要求的流量值刷新时间间隔， 秒；f为称重传感器采样频率，Hz。

本发明的程序流程如图3所示。程序开始后先从通讯模块接收m+n个称重数据；按照式 4将数据分组、求平均；按式5计算流量值Q；将流量值用于显示和存储；判断是否需要计算 新的流量值，如果需要，则从通讯模块再接收k个称重数据；将收到的k个称重数据放到上 一步用到的m+n个数据后面并删除最前面的k个；用更新过的数据计算新的流量值。