一种钣金切边辅助测量装置及其测量方法与流程

1.本发明涉及金属冲压检测领域，尤其是一种钣金切边辅助测量装置及其测量方法。


背景技术：

2.在汽车生产制造过程中，目前车身骨架主要设计制造方法还是以金属钣金冲压后焊接或铆接成形为主。从钣金冲压单件到分总成，再拼接成最终的白车身总成，在此过程中，车身钣金的尺寸监控尤为重要，尺寸合格与否会直接影响后道内外饰件、四门两盖以及其他功能模块件的安装及匹配。
3.然而，在钣金尺寸监控过程中，切边尺寸的测量与检测一直是困扰业界的一大难题，尤其是料厚较薄或多层钣金堆叠在一起的情况。
4.图1(a)是车身上普遍存在的多层钣金堆叠的场景，图1(b)为其局部放大示意图。在这种检测工况下，当前的光学自动测量机很难兼顾精度与效率，导致测量精度损失或无法测量情况
5.图2(a)示意为车身内部角落由于测量设备与被测物干涉导致测量设备不可到达的切边示例，图2(b)为其局部放大示意图。由于具有灰度功能的光学测量设备对钣金切边测量有严格角度要求，没有灰度功能光学测量设备无法准确测量切边尺寸，所以当前的光学测量设备是无法高效且高精度测量此类特征的。
6.目前行业中，光学测量设备主要有两种方法用于光学测量中解决切边尺寸检测问题。
7.第一种方法是采用拍照式光学测量设备，利用像素灰阶差原理获取切边尺寸信息时，需在切边空间特定角度拍摄照片。
8.图4(a)示意了传统拍照式设备要求的测量角度，拍摄角度如箭头所示，才能获得图4(b)所示像素灰阶差的切边尺寸示意图，继而由此利用灰度原理提取切边尺寸信息。
9.容易了解到，这种测量方式的不足之处主要有两点：
10.第一，在检测时对拍摄角度有特殊要求，对于车内部某些角落特征，由于测量头和手臂与车身干涉，测量不可达，导致无法测量，如图2所示的场景根本无法实现。
11.第二，对于多层钣金堆叠情况存在像素灰阶差不清晰，不可测或测量精度下降情况。
12.还有一种方法是对于没有灰度功能的扫描式设备，钣金太薄，在满足测量节拍要求下，是无法获取高精度点云进行切边拟合的导致拍摄精度无法保证或存在测不出情况，如图5所示。


技术实现要素：

13.基于上述钣金测量的缺陷和现场要求，迫切需要一种不受测量场景和钣金叠置所限的辅助测量装置及方法。
14.应当理解，本公开以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为本公开提供进一步的解释。
15.本发明通过巧妙利用辅助测量装置的圆柱体面和圆柱轴线有唯一对应关系原理，将钣金切边与圆柱轴线重合，进而将切边测量转换为圆柱轴线测量，即圆柱面测量，圆柱面的数据获取在光学检测中不受角度限制，从而可多角度完成测量，再将圆柱面在软件中拟合出圆柱轴线，解决车身死角不可达情况，提升检测切边检测精度和效率。
16.为了实现上述发明目的，本发明提供了一种钣金切边辅助测量装置，其特征在于，所述测量装置包括：
17.测量主体，包括一个带开口部的圆柱体，所述开口部为通过所述圆柱体轴线到圆周面的区域围设形成，由此在所述圆柱体的纵向截面形成两测量面；
18.至少一磁条，沿着所述圆柱体轴线方向设置在近所述两测量面其中之一的所述测量主体内；
19.其中，所述测量主体的横截面呈第一扇形，所述开口部的横截面呈第二扇形，所述第一、第二扇形圆心角之和为360
°
，所述第一扇形的圆心角大于180
°
。
20.比较好的是，本发明进一步提供了一种钣金切边辅助测量装置，其特征在于，所述测量装置进一步包括：
21.测量槽，开设于所述测量主体的轴线上，所述测量槽的两端未有贯通所述测量主体的两端面。
22.比较好的是，本发明进一步提供了一种钣金切边辅助测量装置，其特征在于，所述测量装置进一步包括：
23.第二磁条，沿着所述圆柱体轴线方向设置在近所述两测量面其中之另一个的所述测量主体内。
24.比较好的是，本发明进一步提供了一种钣金切边辅助测量装置，其特征在于，所述第一扇形圆心角包括240
°
或270
°
中任一个。
25.比较好的是，本发明进一步提供了一种钣金切边辅助测量装置，其特征在于，所述测量槽的深度小于等于3mm。
26.本发明还公开了一种测量方法，应用前述钣金切边辅助测量装置，其特征在于，所述方法包括：
27.步骤一，将所述辅助测量装置吸附在钣金的切边测点处，并覆盖测点；
28.步骤二，获得所述辅助测量装置的柱面点云信息；
29.步骤三，对所述柱面点云信息进行高斯最佳拟合形成所述圆柱体轴线，所述圆柱体轴线对应钣金切边边缘；
30.步骤四，使用理论截面与拟合生成的所述圆柱体轴线的相交点，与理论轴线和理论截面的相交点进行对比，根据二者之间的坐标差是否落在公差范围之内判断是否合格。
31.比较好的是，本发明还进一步提供了一种测量方法，其特征在于，
32.所述步骤四中坐标差对应理论测点和实际切边位置之间的偏差。
33.比较好的是，本发明还进一步提供了一种测量方法，其特征在于，
34.所述步骤三中，所述拟合过程采用包括德国gom公司的gom软件。
35.本发明巧妙地将较难检测的钣金切边转换为圆柱面的测量，减少了拍摄和扫描时
间，提升了测量效率，同时原来很多不可达的角落特征现在变为可达，提高了检测精度和可达性。
附图说明
36.现在将详细参考附图描述本公开的实施例。现在将详细参考本公开的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本公开中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本公开说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本公开。
37.下面，参照附图，对于熟悉本技术领域的人员而言，从对本发明的详细描述中，本发明的上述和其他目的、特征和优点将显而易见。
38.图1(a)是现有车身上多层钣金堆叠的一个示例图；
39.图1(b)是图1(a)的局部放大示意图；
40.图2(a)示意为现有车身内部角落的一个示例图；
41.图2(b)为图2(a)的局部放大示意图；
42.图3给出了本发明钣金切边辅助测量装置的测量示意图；
43.图4(a)是传统拍照式设备的测量角度示意图；
44.图4(b)为图4(a)方式下像素灰阶差的切边示意图；
45.图5是传统光学测量在较薄钣金时获得的示意图；
46.图6(a)是本发明钣金切边辅助测量装置的立体图；
47.图6(b)是本发明钣金切边辅助测量装置的主视图；
48.图6(c)为图6(b)的b-b剖视图；
49.图6(d)为图6(c)的c-c剖视图；
50.图6(e)为图6(b)的右视图；
51.图6(f)为图6(e)的a-a剖视图；
52.图7示意了应用本发明的钣金切边辅助测量装置的测量示意图；
53.图8(a)为理论测点p和实际测点p0两维横截面位置偏差示意图；
54.图8(b)在使用本发明装置的情况，理论测点p和实际测点p0三维位置偏差示意图；
55.图9所示较佳实施例中获取的柱面点云的示意图；
56.图10是根据图9的柱面点云拟合后的示意图；
57.图11为理论测点p和实际测点p0三维位置偏差示意图。
58.附图标记
59.10――测量主体
60.11――测量槽
61.12――第一测量面
62.13――第二测量面
63.14――第一磁条
64.15――第二磁条
65.100――辅助测量装置
66.200――钣金
具体实施方式
67.为了更清楚地说明本技术的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本技术应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
68.如本技术和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
69.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本技术的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
70.在本技术的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
71.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
72.此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本技术保护范围的限制。此外，尽管本技术中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本技术说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过
每个术语所蕴含的意义来理解本技术。
73.图3给出了本发明的钣金切边辅助测量装置在测量状态下的示意图。具体是将辅助测量装置100卡设在钣金200的切边。后面将具体介绍该测量装置及测量过程。
74.请参见图6(a)～6(f)，给出了本发明的钣金切边辅助测量装置的结构。
75.其中图6(a)为该钣金切边辅助测量装置的立体图，图6(b)为其主视图，图6(c)为图6(b)的b-b剖视图，图6(d)为图6(c)的c-c剖视图，图6(e)为图6(b)的右视图，图6(f)为图6(e)的a-a剖视图。
76.该钣金切边辅助测量装置包括一个测量主体，在该圆柱体上有一个开口部，该开口部为通过圆柱体轴线到圆周面的区域围设形成，该开口部的横截面呈扇形，在圆柱体的纵向截面形成两个测量面和，至少一磁条，沿着该圆柱体轴线设置在近靠近测量面的测量主体内。
77.测量主体的横截面呈第一扇形，开口部的横截面呈第二扇形，两者组合为圆柱体的圆形横截面，第一扇形的圆心角大于180
°
，由此，测量主体为一个大于1/2的圆柱体。
78.在较佳实施例中，该测量主体采用2/3或者3/4圆柱体。
79.在该测量主体10的轴心位置向内侧开设长条状测量槽11，该测量槽11的两端未有贯通测量主体10的端面，即该测量槽11仅开设在圆柱体的两端面之间，图6(b)、6(d)以及图6(f)上均能清楚看出该结构。
80.在较佳实施例中，该测量槽11的深度小于等于3mm，旨在避免焊渣掉其中影响测量。
81.图示中，测量主体10包括两个测量面，对应去掉开口部后，由该圆柱体的轴和圆柱面间形成的第一、第二测量面12和13。
82.在测量主体10内嵌设第一磁条14，平行于该圆柱体的轴线或测量槽11，靠近第一测量面12。
83.在较佳实施例中，为测量使用的方便性考虑，测量主体10上通常还设置了第二磁条15，同样平行于该圆柱体的轴线或测量槽11，靠近第二测量面13。
84.图7示意了应用本发明的钣金切边辅助测量装置的测量示意图，结合该图介绍整个测量过程：
85.步骤一，提供包括理论轴线和理论截面的测量方案；
86.步骤二，测量人员将该辅助测量装置100吸附在钣金的切边测点处，并应确保测量主体10覆盖测点p0，测点p0为测量方案中规定的指定检测位置，该位置通过测量员与测量方案对照后确定，此时测点p0刚好落在测量主体10的实测圆柱轴心上；
87.步骤三，利用光学测量设备获取本发明的辅助测量装置100的柱面点云信息，即真实圆柱面的数字化点云，此发明方法不局限于拍照或扫描式光学设备，只要能获取被测件表面点云的设备均可应用，图9所示为获取的柱面点云。
88.由于采用了本发明提供的特殊设计的测量装置，因此该步骤中，圆柱面数据的获取在光学检测中不受角度限制，即拍摄或扫描不受任何角度限制，从而可多角度进行，并且只需要任意角度一张照片即可，故，从根本上解决了传统方法拍摄一个切边需要两到三张照片以及拍摄受限制的问题。
89.步骤四，利用获取的圆柱点云信息进行高斯最佳拟合，完成圆柱构造，生成拟合圆
柱的唯一轴线，该轴线即认为是钣金切边边缘；
90.在较佳实施例中，拟合所运用的处理方法在当前主流软件中均可实现，旨在找到实际圆柱轴线。
91.图10所示为，较佳实施例中采用的德国gom公司的gom软件获得完整圆柱及其轴线。
92.步骤五，根据步骤一中提供的理论截面，使用该理论截面与步骤四中拟合生成的圆柱轴线唯一交点p0，p为测量方案中理论轴线和理论截面的交点，如图8(b)所示；
93.步骤六，在指定坐标系中，评价理论测点p(x,y,z)与实际测点p0(x0,y0,z0)，即实际切边位置之间的位置偏差(x0-x,y0-y,z0-z)，完成切边尺寸测量，如图8(a)所示；并根据理论测点和实际测点是否落在公差范围之内，评价为是否合格。
94.本发明巧妙地将较难检测的钣金切边转换为圆柱面的测量，特别适合用于光学尺寸检测领域。相对于原来的直接检测钣金切边，无论是灰度原理还是点云拟合原理，即减少了拍摄和扫描时间，提升了测量效率，同时原来很多不可达的角落特征现在变为可达，提高了检测精度和可达性。
95.上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本技术的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本技术进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本技术中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本技术示范实施例的精神和范围。
96.同时，本技术使用了特定词语来描述本技术的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本技术至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本技术的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
97.同理，应当注意的是，为了简化本技术披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本技术实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本技术对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
98.一些实施例中使用了描述成分、属性数量的数字，应当理解的是，此类用于实施例描述的数字，在一些示例中使用了修饰词“大约”、“近似”或“大体上”来修饰。除非另外说明，“大约”、“近似”或“大体上”表明所述数字允许有
±
20％的变化。相应地，在一些实施例中，说明书和权利要求中使用的数值参数均为近似值，该近似值根据个别实施例所需特点可以发生改变。在一些实施例中，数值参数应考虑规定的有效数位并采用一般位数保留的方法。尽管本技术一些实施例中用于确认其范围广度的数值域和参数为近似值，在具体实施例中，此类数值的设定在可行范围内尽可能精确。
99.虽然本技术已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本技术，在没有脱离本技术精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本技术的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本技术的权利要求书的范围内。