专利名称：固定在装配件上的几个工件之一不存在的情况下测量它们之间的间隙和齐平程度的方法 ...的制作方法
固定在装配件上的几个工件之一不存在的情况下测量它们 之间的间隙和齐平程度的方法和装置本发明一般地涉及固定在一个装配件上的几个工件之一不存在的情况下测量这 些工件之间的间隙和齐平程度的方法和装置。更具体地说，但又不唯一地，本发明涉及用来分别测量准备固定在汽车上工件之 间的间隙和齐平程度的方法，而且进行测量时它们中的一个不存在，尤其用来测量车门、侧 翼、发动机罩、窗玻璃或汽车顶部。在该领域和在其他许多领域一样，间隙和齐平程度的一致性是一个重要的目标， 因为这些特征保证装配件的机械功能、装配件的密封性和美观，于是，大大有助于对最终产 品的制造质量的评价。当待测工件彼此就位时，这些测量可以很容易进行，例如，用间隔塞规或块规接触 测量即可，但被测量的工件有受到损坏，特别是划伤的危险，诸多不便。但是有大量的情况是当测量该两个工件之间的间隙和齐平程度时一个工件不在 位。对于前车窗的窗玻璃，它在装配时粘结到汽车前门的前部，然而该车窗和相应的前门前 部之间的间隙和齐平程度测量，却是在该装配之前预先进行的，这就是这种情况，例如，但 又并非唯一的情况。有人建议放置一个假车窗，以便能够在测量的先期步骤测量前门和该假车窗之间 的间隙和齐平程度。但是，该解决方案有许多缺点，就是说，需要在假车窗左、右两个游隙中 进行投资，需要在间隙和齐平程度测量站的上游将其定位在每辆汽车上，需要在该站下游 将其拆除，而且有遗忘和/或损坏的危险，最后，需要从拆卸步骤到安装步骤恢复假车窗。 因而，招致许多要在假车窗上进行的处理，还提高其制造成本。采用这个解决方案，间隙和齐平程度的测量，恰当地说，可以通过对两维即2D传 感器所采集的图象进行分析，这与机械测量比较有许多优点，特别是涉及工件损坏的危 险方面。在该光学测量中，每个传感器发射一束激光辐射地投射在待测的对接位置(？ accostage)上。在用该方法获得的图像中，在直线段之间可见的水平偏差代表间隙，而直线 段之间可见的垂直偏差代表齐平程度。再用图象处理算法，可以量化线段之间的垂直和水 平偏差，推算出间隙和齐平程度。文献FR-A-2 756 626和US_A_5 129 010涉及利用3D光学传感器来确定工件之 间的游隙和齐平程度，并可以用于上面指出的方法。但是，在这些文献中没有明确当另一个 工件不在其支持装配件上时，在一个工件的边缘和该另一工件的锚固件之间进行测量的可 能性。本发明在目的在于，在进行该测量时两个工件之一缺席的情况下，能够允许准确 而快速地测量两个工件之间的间隙和齐平程度。本发明涉及固定在一个装配件上的第一和第二工件要彼此对齐的边缘之间的间 隙和齐平程度的测量方法，该第二工件相对于至少一个固定和可定位在该装配件上的索引 点定位在该装配件上，进行该测量时，该第二工件不在装配件上，其特征是下列步骤 把至少一个传感器定位一个允许其具有一个这样的测量区域的位置上，该一个测量区域包括该第一工件的边缘和缺席的第二工件用的支持装配件上的索引点； 发射一束激光，用以形成该测量区域的第一图像； 用该传感器对第一图像进行数据采集， 发射一个附加的照射束，用以形成该测量区域的第二图像，其中 该装配件上的 索引点出现在漏斗形阴影中； 用该传感器对该第二图像进行数据采集； 处理所采集的图象数据，并用一个算法计算第一和第二工件之间的间隙和齐平 程度的测量值。图象的处理和用算法进行的第一和第二工件之间间隙和齐平程度测量值的计算 用下列方法实现 从所采集的图象出发，确定第一工件边缘以及索引点的位置，这样分别给出第 一图像的深度测量值和第二图像的距离测量值， 用该算法减去该第二工件厚度的理论标高值，修正深度测量值，以便获得齐平 程度，并 用该算法减去该索引点和第二工件边缘之间的理论标高值，修正距离测量值， 以便获得该间隙。按照该方法的另一个补充特征 发射一束激光，以获得第一图象，构成一个投射在该第一工件和装配件上的平 面照明，以便建立至少一条向要使两个工件对齐的边缘横向延伸的直线； 通过投射一个漫射光束，获得该第二图像， 在该第二工件在支持装配件上有几个索引点的情况下，该方法包括分别对每个 索引点的距离和深度测量值采取类似的步骤，以便分别获得间隙或齐平程度的测量值，每 个索引点与一个特定的传感器相联系； 把所获得的间隙和齐平程度测量值与用其他校准测量方法获得的间隙和齐平 程度测量值相互比较的步骤，是通过针对这些测量值可能的修正，和针对所用的算法可能 进行的重校准计算偏差而进行的； 该测量或者是当支持装配件在一个或多个传感器前面走过时进行的，或者是当 支持装配件固定在测量用的一个或多个传感器前面时进行的。本发明同样涉及固定在一个装配件上的第一和第二工件要对齐的边缘之间的间 隙和齐平程度的测量装置，该第二工件相对于至少一个固定和可定位在该装配件上的索引 点定位在该装配件上，进行测量时该第二工件不在装配件上，其特征在于，它包括至少一个 3D传感器，后者具有一个分别在要与第一工件对齐的边缘和第二工件在装配件支架部分上 的索引点之间兼容的测量区域；第一和一个第二带有相相应的光学装置的光源，用以分别 为获得第一图像而发射一束激光，和为了获得第二图像而发射一个漫射照射束，使该索引 点出现在该第二图像上的漏斗形阴影中，该装置还包括所采集的图象的处理单元，用以计 算深度和距离各自的测量值；一个有关两个工件的数据存储单元，用以在按照记录在该储 存单元中的数据进行修正之后计算间隙和齐平程度各自的测量值。按照该装置的另一个补充特征 第一光源是激光二极管，而第二光源是LED面板，
至少一个3D传感器与第一光源集成一体，从而构成视觉传感器，该传感器最好 采取摄像机的形式； 这一个或多个3D传感器放置在装配件的侧面，不影响该装配件进行测量时行走。本发明同样涉及含有至少第一和第二工件的装配件，其特征在于，对 这两个工件 彼此相对的间隙和齐平程度的测量用这样的方法，和用这样的装置进行。该装配件最好包括其他要对齐零件，而且它们之中一个不存在，其中间隙和齐平 程度各自的测量用类似的方法同时对第一和第二工件进行。该装配件可以是汽车。在该汽车中，该第一工件可以是一个汽车的车门，而第二工件可以是与该车门相 联系的车窗，并在装配流水线上间隙和齐平程度测量的下游放置在汽车上。通过本发明获得的技术效果是，能够把要对齐的工件边缘作为基准，在齐平程度 和间隙的测量点上，分别进行确定齐平程度的深度测量，和这些工件之一的边缘和锚固点 或固定在装配件上另一个工件上的标记点的位置之间的距离测量，该距离测量值在修正之 后允许建立该两个工件之间的间隙。装配件上一个工件的边缘和另一个工件的锚固点或标记点之间的测量，用来代替 工件边缘至边缘的间隔测量，所要求的间隙的测量通过在所测得的距离上扣除该第一工件 边缘和第二工件锚固点的理论标高获得，同样地齐平程度通过该所测得的深度上扣除该第 二工件厚度的理论标高获得。现将参照附图更详细地，但并非限制性地描述本发明，附图中
图1示意地表示汽车车身的侧视图，表示测量间隙和齐平程度的可能的示例； 图2示意地描绘定位于在汽车车身上的车窗的透视图； 图3示意地描绘按照本发明测量间隙和齐平程度的装置； 图4是一条表示代表齐平程度的可见水平偏差的第一图像数据采集的曲线； 图5示意地描绘通过按照本发明的方法而获得的第二图像，它允许测量前门外 边缘和车窗索引孔的之间的距离，测量时车窗不存在。图1表示对汽车车身可能进行的汽车不同零件之间间隙和齐平程度的不同的测 量。这些测量，并非限制性的，同样充分地涉及侧翼和车门、汽车前部和后部、各门之间、门 的上部和下部、窗玻璃和门、窗玻璃和车顶、车顶和门、发动机罩与这些零件之间的连接。在 一个被称为测量工位的特定工位上，可能要进行约三十个以上的间隙和齐平程度测量。在本下文中，间隙和齐平程度的测量示例涉及汽车前门与前车窗的连接，但该示 例不是限制性的，按照本发明的方法及装置可以应用于汽车的其他零件，例如，窗玻璃与汽 车的其他零件的连接，进行该测量时这些窗玻璃不在位。另外，本发明不限于汽车零件，它 同样可以应用于任意一种装配件所支持的工件之间的距离测量，其中工件固定在另一个工 件上，而这另一个工件同样起支持装配件的作用。图2表示要把前车窗边缘对边缘地装配在汽车前门前部的特定问题。正如在本发 明引言部分所描述的，该车窗在装配工位上通过粘贴装配，但测量工位却处于该装配工位 的上游。当车窗尚未装配就位时，该车窗在该车窗的支架部分上有两个可见的索引点il和i2，在该车窗尚不在位时可以用作建立间隙和齐平程度测量的定位点。在汽车车窗和前门的情况下，要使第一和第二工件，就是说固定在汽车上的前门 和车窗对齐的这些边缘之间的间隙和齐平程度的测量方法，该车窗至少用允许把车窗的位 置定位在汽车上的两个索引点保持在汽车上，而当进行该测量时车窗尚未就位，该方法有 下列步骤 把每个索引点用的两个传感器定位在一个允许每个传感器都有一个包括该前 门边缘和与缺席的车窗相联系的索引点的测量区域的位置上； 同时对每个索引点发射一束激光，以便形成该测量区域的第一图像； 用每个传感器对第一图像进行数据采集，同时针对每个索引点发射一个附加的 照射束，以便形成该测量区域的第二图像，其中该与车窗相联系的索引点出现在漏斗形阴 影中； 每个传感器对第二图像进行数据采集，以便测量要与前门对齐的边缘和稍后用 来支持车窗的部分之间的深度，并测量要与该前门对齐的边缘和与支架车窗的车身部分相 联系的索引点之间的距离； 用一个算法处理和从所采集的图象出发计算该前门边缘以及索引点位置，这样 分别给出对于该第一图像的深度测量值和对于该第二图像的距离测量值； 用该算法减去车窗的理论厚度值，修正该深度测量值，以便获得齐平程度； 用该算法减去车窗支架部分上该索引点和车窗边缘之间的理论标高值，修距离 测量值，以便获得间隙。第一图像最好通过发射一束激光获得，它构成投射在汽车前门上的一个照明平 面，以便建立至少一条向要使这个前门和车窗对齐的边缘横向延伸的直线。第二图像最好通过投射一个漫射光束获得。因为该车窗有两个索引点il和i2，故采取测量每个锚固点的距离和深度的类似 步骤，以便获得间隙或齐平程度的测量值，每个索引点与一个特定的传感器相联系。因而， 右、左分别有一个车窗的汽车，最好每个侧面有两个传感器。这些步骤可以同步进行，但也 不一定要如此。所获得的间隙和齐平程度的测量值与另一个校准测量方法的结果的相互比较最 好用算出的偏差进行，以便为这些测量值计算可能的修正，并对所用的算法进行重校准。作 为间隙和齐平程度的另一个测量方法，例如，可以列举这样一个方法利用一个由操作人员 携带的便携式传感器，并利用激光三角测量技术，实施该方法的装置同样可以轻易地进行 再校准。这个相互比较的测量值是，例如，通过把按照这些方法之一获得的三个测量值的平 均值与按照另一个重校准该间隙和齐平程度测量装置的方法获得的平均进行相互比较。图3示意地描绘按照本发明的间隙和齐平程度的测量装置。最好当汽车V在一个或多个传感器前面行走时，分别的进行间隙和齐平程度测 量。可以同时在汽车的右和左两侧测量间隙和齐平程度。于是，按照本发明，要使前门和车窗对齐的边缘之间的间隙和齐平程度的测量装 置至少有一个3D传感器，引用符号1，在车窗的情况下，最好有两个传感器，分别相对于第 一索引点il和第二索引点i2进行定位，在图2可以看出，它有一个测量区域，分别在前门 的边缘和与车窗的车身支架部分相联系的索引点il或i2之间兼容。该装置还配有带相关
7光学装置的第一光源1和第二光源2，分别发射获得第一图像用的一束激光El，和获得第二 图像用的漫射照射束E2，使该索引点出现在第二图像上的漏斗形阴影中。最后该装置包括 有关前门和车窗的数据存储单元和一个所采集的图象的处理单元，用以分别计算深度和距 离的测量值，接着按照记录在储存单元中的数据计算间隙和齐平程度的测量值，这两个单 元在图中没有示出。该第一光源1最好是激光二极管，而第二光源2是LED面板。如图3所示，两个传感器3D中至少有一个可以与该激光二极管相联系，从而构成 视觉传感器1。该传感器最好同样可以采取摄像机的形式。在该方法由上述装置实施的过程中，该汽车V，最好不限与此，在装配流水线上在 传感器1前面走过。诸如车顶、窗玻璃、发动机罩、车门、侧翼、行李箱等汽车的其他零件和 汽车两侧零件的间隙和齐平程度的其他测量，可以同时和同步地实现，以便不延长进行测 量的时间。该装置同样可以在把支持装配件固定在该传感器前面时运行。至于带有两个索引点的前门窗的间隙和齐平程度的测量，最好在汽车的每一侧， 把两个3D传感器在装配线上放置在汽车的侧面，不影响汽车在进行该测量时通过。一般说来，扩展测量区域时，为了不使图象数据采集的质量退化，宜采用分辨率较 高的传感器，例如，采取摄像机的形式。图4表示前门t外部边缘bt和支持带有索引孔il或i2轴线Ai的车窗的车身支 持面s之间的垂直偏差，该垂直偏差给出前门前部的外表面t和车窗支持面s之间的深度 P，减去车窗厚度的理论标高进行修正之后用以计算的齐平程度值。图5示意地描绘由按照本发明的方法所获得的第二图像，允许测量前门外部边缘 bt和车窗的索引孔之间的距离，车窗在测量时不存在。更准确地说，D是前门t前部边缘bt 和车窗索引孔i重心oi之间的距离，该孔i是孔il或i2中的一个，在图2中可见。于是，本发明的算法包括两个大步骤分别计算这些工件之间的距离D和深度P的 毛值，和进行修正计算，以分别计算这两个要对齐的工件之间的间隙和齐平程度。显而易见，本发明不限于上述这样的实施模式。按照本发明的方法和装置可应用于固定在一个装配件上的两个工件之间的间隙 和齐平程度的测量，一个工件用至少一个可定位在该装配件上的索引点定位于该装配件 上，当进行该测量时该工件不在该装配件上。所谓索引点是指所有定位符号或可定位在定 位该工件用的装配件上的所有锚固点。该索引点可以采取任意一种形式，例如，定位或装配 件点状的变化，而且不限于车窗的情况下的索引孔。与先有技术的解决方案相比，本发明带来当一个工件尚未安装时不再利用替换工 件的可能性、这允许省去这些替换工件的放置操作、拆卸操作以及制造操作和再循环操作， 从而大大降低成本。另外，本发明改善测量的质量、和可靠性。没有使测量与有缺陷的替换工件、定位 不良或缺货相联系的危险。
权利要求
一种用以使固定在一个装配件(V)上的第一和第二工件对齐的边缘(bt)之间间隙和齐平程度的测量方法，该第二工件准备相对于至少一个固定和可定位在该装配件(V)上的索引点(i1或i2)定位在该装配件(V)上，进行该测量时该第二工件不在该装配件(V)上，其特征在于，所述方法包括下列步骤●把至少一个传感器(1)定位在一个允许它具有这样一个测量区域的位置上，该测量区域包括第一工件的边缘(bt)和不在场的第二工件在支持装配件(V)上的索引点(i1或i2)；●发射一束激光，以便形成该测量区域的第一图像；●用该传感器采集第一图像数据；●发射一个附加的照射束，以形成该测量区域的第二图像，其中该装配件(V)上的索引点(i1或i2)出现在漏斗形阴影中，用该传感器(1)对第二图像进行数据采集，处理所采集的图象数据，按照一个算法计算该第一和第二工件之间间隙和齐平程度的测量值。
2.按照权利要求1的方法，其特征在于，图象的处理和按该算法对第一和第二工件之 间的间隙和齐平程度的测量值的计算用下列方法实现 从所采集的图象出发计算该第一工件边缘(bt)以及索引点(il或i2)的位置，这样 分别给出该第一图像的深度测量值(P)和该第二图像的距离(D)的测量值； 用该算法减去该第二工件厚度的理论标高值，修正深度测量值(P)，以便获得齐平程 度，并 用该算法减去该索引点(il或i2)和该第二工件边缘(bt)之间的理论标高值，修正 距离测量值(D)，以便获得该间隙。
3.按照权利要求1或2的方法，其特征在于，第一图像是通过这样的方法获得的发射 一束激光，构成投射在第一工件和装配件(V)上的平面照明，以便建立至少一条向用以使 两个工件对齐的边缘(bt)横向延伸的直线。
4.按照权利要求1至3中任何一项的方法，其特征在于，该第二图像是通过投射一个漫 射光束获得的。
5.按照权利要求1至4中任何一项的方法，在该第二工件在支持装配件(V)上有几个 索引点(il或i2)的情况下，其特征在于，对每个索引点(il或i2)测量距离⑶和深度 (P)采取类似的步骤，以便获得间隙或齐平程度的测量值，每个索引点(il或i2)与一个特 定的传感器(1)相联系。
6.按照权利要求1至5中任何一项的方法，其特征在于，分别把所获得的间隙和齐平程 度测量值与用另一个测量校准方法获得的测量值相互比较的步骤，是通过针对该测量值的 可能的修正和针对所用算法可能进行的重校准计算的偏差进行的。
7.按照上列权利要求中任何一项的方法，其特征在于，该测量是当支持装配件(V)在 一个或多个传感器(1)前面走过时进行的。
8.—种要使固定在一个装配件(V)上的第一和第二工件对齐的边缘之间间隙和齐平 程度的测量装置，该第二工件相对于至少一个固定和可定位在该装配件(V)上的索引点 (il或i2)定位在该装配件(V)上，进行该测量时该第二工件不在装配件(V)上，其特征在 于，它包括至少一个3D传感器(1)，该传感器有一个分别在要使该第一工件和该第二工件 对齐的边缘(bt)和装配件(V)支架部分上的索引点(il或i2)之间兼容的测量区域；第一 (1)和第二光源(2)，带有相应的光学装置，用以分别为获得第一图像发射一束激光，和 为获得带有该索引点(il或i2)的第二图像发射一个漫射照射束，这些索引点在该第二图 像中出现在漏斗形阴影中，该装置还包括所采集的图象的处理单元，用以分别计算深度(P) 和距离(D)的测量值，接着按照记录在数据存储单元中有关该两个工件的数据，进行修正 之后计算间隙和齐平程度的测量值。
9.按照前一权利要求的装置，其特征在于，该第一光源(1)是一个激光二极管，而该第 二光源(2)是一个LED面板。
10.按照权利要求8或9的装置，其特征在于，至少一个3D传感器(1)与该第一光源 (1)集成在一起，从而构成视觉传感器(1)，该传感器(1)最好采取摄像机的形式。
11.按照权利要求8至10中任何一项的装置，其特征在于，该一个或多个3D传感器(1) 设置在装配件(V)侧面，不影响该装配件(V)在进行各自的测量的行走。
全文摘要
本发明涉及一种固定在一个装配件上的各工件之一不存在的情况下测量它们之间的游隙和齐平程度的方法和装置。该方法的特征基本上在于，至少一个传感器(1)定位在允许其具有一个包括第一工件的边缘(bt)和支持装配件(V)上的第二个不在场的工件的索引点(i1或i2)的测量区域的位置上，为了形成测量区域的第一图像，该传感器发射一束激光，由该传感器对第一图像进行数据采集，为了形成该测量区域的第二图像，发送一个附加的照射束，其中该装配件(V)的索引点(i1或i2)呈现在漏斗形阴影中，该传感器(1)对该第二图像进行数据采集，对所采集的图象数据进行处理，用各自的测量算法确定该第一和第二工件之间的间隙和齐平程度。所有在支持装配件上工件之一不存在的情况下测量这些工件之间的间隙和齐平程度的用途，特别是在汽车领域中的用途。
文档编号B62D65/02GK101836074SQ200880113091
公开日2010年9月15日 申请日期2008年10月20日 优先权日2007年10月23日
发明者C·富尔贝, G·卡尔韦 申请人:标致·雪铁龙汽车公司