专利名称：对涂敷到基板上的结构进行自动涂敷和监控的方法及其设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于自动涂敷和监控涂敷到基板上的结构的方法及其相应的设备。
背景技术：
为了自动涂敷和监控涂敷到基板上的结构，通常进行光测量，因此，常常使用对包括粘接和密封剂线的结构进行完全自动测试的多种系统。为此目的，将多个摄像机对准将被识别的结构，由此，另外还需要用于产生对比度强的照相机图像的照明模块。
为了能够监控正被涂敷的粘接线和/或粘接踪迹，有必要示教(Teach-In)参考粘接踪迹，也就是使照相机扫描参考粘接踪迹，由此计算相应的参数，随后以该参数为基础估算涂敷的粘接踪迹。
然而，借助于所提供的技术并非总是将各个部件提供给涂敷设备的相同部分和/或用于自动涂敷和监控的设备。而且，将粘接踪迹涂敷到折边缝或接合缝需要校正各个部件的偏差和/或各个接合缝和/或折边的位置。
而且，存在对自动涂敷和监控涂敷到基板上的结构、优选粘接剂踪迹和/或粘接踪迹的方法的需要，由此当被涂敷时以很高的精度监控涂敷结构和/或粘接踪迹。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种用于自动涂敷和监控涂敷到基板上的结构的方法，由此当被涂敷时以很高的精度监控涂敷结构和/或粘接轨迹，从而便利对涂敷设备的自动控制和/或对关于各个部件的位置误差和/或接合缝误差或类似误差的位置修正。
另外，本发明的目的是提供一种实现根据本发明的方法的适当装置。
根据权利要求1的方法和根据权利要求15的装置可实现这些目的。
根据本发明，提出一种用于自动涂敷和监控涂敷到基板和/或部件、尤其是折边缝或接合缝上的粘接踪迹的方法，由此在涂敷设备的引导方向中由第一照相机确定参考边缘和/或参考接缝，以便第一照相机记录的图像根据参考边缘控制和/或调节涂敷设备。在将粘接踪迹涂敷到基板和/或折边或者部件相邻的位置上的同时或者之后的即刻，在跟踪方向中的第二照相机实现在线监控涂敷的粘接踪迹，也就是将粘接踪迹涂敷到基板上，然后第二照相机检查刚刚涂敷的粘接踪迹的质量。根据本发明，对于将被粘接在一起的两个部件，这有利于同时进行接缝涂敷引导和在线监控粘接涂敷和/或密封剂涂敷。由于误差补偿，接缝涂敷引导和同步控制被迫使用更少的材料，由此获得了涂敷的密封剂的减少。
从从属权利要求明显可知其它的有利改进。因此，对于关于各个部件的位置误差和/或接合缝误差的三维位置校正，由至少两个照相机确定的参考轮廓和/或特征是有利的，以便借助于立体测量学程序实现对于涂敷设备的三维位置校正。
还有利的是，如果两个照相机以全图像或者大图像的形式记录基板、部件的一部分或者一个或者多个部件，则两个照相机的全图像或者大图像因此包括处于引导方向的重叠区域，并因此将在重叠区域中产生的参考轮廓位置的三维识别用于在涂敷到结构之前全面调整涂敷设备。在本说明书中，将对应的校正值传输到涂敷设备和/或机器人，以便改变它的用于涂敷粘接剂的坐标。
如果为了三维分析在参考轮廓的区域上投影，尤其是如果以投影的形式将一条或者多条激光线施加到基板上，那么将有利于根据任意部件的高度和轮廓对轮廓进行三维分析，即使没有通过无额外投影的普通图像处理进行分析。
另外，尤其有利的是，如果参考轮廓仅仅是由在引导方向的第一照相机确定以根据参考轮廓调整将被涂敷的结构的进展，那么第一照相机因此只记录用于在线调整粘接结构涂敷的图像带。借助于图像记录芯片的这种部分扫描和/或部分读出，只有少量的数据流需要处理，使得可以将图像记录速度增加几倍。在本说明书中，以规定的固定时间间隔记录图像，并不受涂敷设备的速度和/或机器人速度的控制。
如果第二照相机只将图像带用于在线监控被涂敷的结构，则可以高速进行粘接的涂敷，并且可以以在线的方式高速进行接缝涂敷引导，因为两个照相机有助于高频图像记录并且只利用具有两个照相机的一个传感器有助于快速分析。在本说明书中，在平行于涂敷的密封剂轨迹的在线检查的引导方向上确定参考边缘，并将差值传输给机器人用于轨迹的校正，从而可以显著增加密封剂涂敷的精确度，并且可减少所需的材料。由于这样只能部分读出各个照相机的图像记录芯片，所以可以同步地、平行地和同时捕获所有照相机的图像。
根据有利的实施例，记录照相机的图像带以形成单序列的图像，由此根据只记录图像带获得的数据减少来增加图像记录速度，以便增加自动涂敷和监控密封剂涂敷的速度。通过为所有的照相机存储单序列的图像，可以根据涂敷设备的行进将各个照相机分别的图像指定为位置的函数。
如果每个照相机只将图像线的一部分、尤其是大约1/3、1/4或者1/5的部分作为图像带，那么图像记录速度将因此倍增，尤其是基本上变为三倍、四倍或者五倍。
另外，以单图像记录运行来进行涂敷轨迹的参数化和记录是有利的，由此以图像序列存储所有照相机的图像。
根据本发明，存储的图像序列使用机器人的行进路径和/或机器人的行进时间或者机器人的坐标、位置、对比度、灰度等级值或者色彩值、宽度和涂敷结构的质量进行参数化。
由于计算中必须只包括少量的数据并且由于较高的图像记录速度，所以可行的是可比较地记录密封剂涂敷和参考轮廓和/或接合缝的短部分区间，例如它们的长度可以在1mm和3mm之间。而且，有利的是基本上以矢量链的方式存储通过参数化涂敷的结构，由此使用高图像记录速度和基本上在0.5mm和4mm之间，尤其是在1和3mm之间的短部分区间。矢量化是有利的，因为以矢量链形式的粘接踪迹可以存储在超出照相机的整个坐标系统中。相反，传统上，当前使用的只是局部照相机图像定位坐标系统。因此，本发明使得传感头开关只需要重新校准和/或新的校准，而不必再次示教粘接踪迹。
根据本发明的另一有利实施例，有利的是使用三个照相机，由此使用每个照相机和/或可以使用两个照相机根据参考轮廓在引导方向上调整和在跟踪方向上监控涂敷的结构，因此三个照相机分别包括和在环形线上相邻照相机重叠的区域。结果，具有三个照相机的传感器可以附着到涂敷设备上，因为每个单个的照相机可以采取对接缝涂敷引导的调整和对密封剂涂敷的在线监控。有利的是，环形线的角度值从0到360°形成整个坐标系统，由此将环形的一部分指定为各个照相机的图像，以便在该环形线上实现接缝涂敷引导或者密封剂的监控。结果，为了分析，两个或者三个照相机总是被触发，也就是，一个用于接缝涂敷引导而另一个用于密封剂涂敷监控。
另一个优点是，构成自动开关，当参考轮廓或者粘接轨迹从一个照相机行进到下一个照相机时，也就是，当涂敷结构或者参考轮廓从一个照相机的环形线的一部分通过重叠区域行进到另一照相机的环形线的一部分时，将由触发一个照相机传送到触发另一照相机。
由于非常短地一个接一个地(每0.5到4，尤其是1到3mm)记录图像，所以可以假定，粘接踪迹的位置和/或连接边缘不能强烈地改变，这种改变显著改善了先验知识的重要性和/或可靠性，使得可以预知轨迹将位于何处。此正面效应是即使不具有专业人员知识的计算机也可以完全自动地识别轨迹的位置，因为计算机几乎已经知道在下一图像中轨迹将行进到何处。这使得搜索区域减少并且可增加分析速度。
根据本发明提供了一种用于自动涂敷和监控涂敷到基板上的结构、优选粘接线或者粘接轨迹的装置，从而实现根据本发明的方法，由此提供了至少一个照明模块和一个传感器单元，且由此传感器单元是由至少两个照相机构成，该两个照相机围绕用于提供涂敷到基板上的结构的涂敷设备设置，并布置在该设备上，使得至少一个照相机被设置在引导方向上用于借助于参考轮廓调整涂敷设备，并且在跟踪方向上设置至少一个照相机用于同时在线监控涂敷到基板上的结构。因此，可以使用根据本发明的装置来导接缝作为参考轮廓，从而控制涂敷设备和/或机器人控制，并同时实现对密封剂涂敷的在线控制，使得在密封剂涂敷中使用较少的材料，这是因为由于涂敷设备的引导可以减少粘接剂轨迹的宽度。
如果各个照相机的光轴基本上在观察的角度交叉，则将涂敷设备的纵轴或者各个照相机的光轴引导为彼此平行，并特别引导为垂直于基板，根据这种类型的改进的优点是可以适当的分辨率和高图像记录速度监控涂敷设备周围的狭窄区域。
根据优选实施例，将各个照相机、尤其是3个照相机彼此等距离地布置在圆周的方向上。
有利的是，各个照相机彼此相互影响，使得照相机的图像以图像序列存储，由此通过软件使同步记录和平行捕获的各个照相机的三个部分区间构成这些图像。
如果在涂敷设备上设置有将一个或者多个特征、特别是带投影到基板上的投影设备用于三维分析，那么可以使用任意的部件在涂敷结构之前校正和/或调整涂敷设备。
根据优选实施例，投影设备发射一种或多种激光线用于三维外形分析。围绕涂敷设备布置至少两个投影设备将有助于围绕涂敷设备的无间隙三维分析，因此，借助于图像处理根据三角测量分析可以实现对密封剂高度和密封剂轮廓以及位置和宽度的分析。
根据本发明的改进，围绕涂敷设备布置照相机，从而尤其是以圆形测径器的形式形成至少一个基本上为圆形的边缘扫描，它的中心是通过结构的涂敷设备来形成。在本说明书中，可以使用一个或者多个有助于在圆形线上确定粘接轨迹的边缘的圆形测径器。
根据优选实施例，各个照相机包括相对于下一照相机分别30°到90°的重叠区域，实质上分别优选为60°。当粘接轨迹从一个照相机的监控区域行进到下一个照相机的监控区域时，该重叠区域有助于在相邻照相机之间完全自动地切换，因为照相机的选择没有被限制到机器人的位置或者计时部件，而总是涉及实际的检查结果，也就是基于圆形测径器的圆形线上的布置和/或由此形成的整个坐标系统。
而且，有利的是，照明模块由LED构成，尤其是红外线LED、UV LED或者RGB LED。
而且，有利的是，将具有独立形状要素的校准盘用于校准各个照相机，进行角度分配的分配，因此，所述形状要素包括，特别是基本上为10°的角度差。对于各个照相机，此可实现比例因数的分配、角度分配和搜索圆周的中心以及半径。根据本发明，校准盘包括至少三个标记点，这些点基本上以0°、120°和240°布置在校准盘的圆弧中以便校准三个照相机。
本发明的另外的有利改进是剩余从属权利要求的目的。
将借助于下述的附图以例示性的方式说明本发明的有利改进。
图1展示了根据本发明用于涂敷和监控粘接踪迹的装置的示意性侧视图。
图2展示了根据图1的本发明的装置的透视图。
图3展示了根据本发明用于涂敷和监控粘接踪迹的装置的行进路径。
图4展示了根据本发明的关于相应照相机切换的装置的另一行进路径。
图5是由来自三个照相机的三个图像带构成的单一图像的图，这三个照相机用于在部件的一个边缘进行接缝涂敷引导和在线监控密封剂涂敷。
图6是由来自三个照相机的三个图像带构成的单一图像的另一图，由此将两个重叠部件粘接在一起。
图7展示了根据本发明的校准设备的示意图，该校准设备用于校准根据本发明用于自动涂敷和监控涂敷到基板上的结构的装置的各个照相机。
图8展示了有关接缝跟踪的基本原理的顶视图。
图9展示了有关3D位置识别的原理的顶视图。
图10展示了有关外形分析的顶视图。
图11是根据本发明具有投影设备的装置的示意性侧视图。
图12是涂敷成圆形的投影的示意性顶视图。
具体实施例方式 在下文中，根据图1和2展示根据本发明的用于识别涂敷到基板上的结构的装置的设计。
附图标记10表示示意性展示的用于涂敷和监控粘接轨迹的装置。在根据本发明的装置的中心布置有涂敷设备11，借助于该涂敷设备将粘接踪迹20涂敷到基板上和/或从图1的右边行进到左边的金属板30上。彼此等距离地将三个照相机12、13、14布置在围绕涂敷设备11的圆中，每一个照相机对准涂敷设备11。从图1明显可见的是，三个照相机12、13、14的纵轴和基板30正下方的涂敷设备11的纵轴相交，使得各个照相机的焦点正好布置在涂敷设备11的区域周围，尤其是在圆形线上。
在粘接的检查中，移动具有照相机的涂敷设备或者基板，由此借助于涂敷设备11将粘接踪迹20同步地涂敷到基板30，且由此照相机12、13、14监控涂敷结构。为此目的，可行的是，移动具有照相机的涂敷设备或者基板，以便将粘接踪迹涂敷到基板30，例如遵循所需的进展。在根据本发明的方法中，通过在所示的情况中使照相机14朝向左边，那么第一照相机确定在引导方向上的参考轮廓和/或参考线或者参考边缘，以便根据参考轮廓调整涂敷结构的进展，由此使用第一照相机记录的图像在粘接轨迹的涂敷中引导涂敷设备11。由和参考轮廓同步的涂敷设备11涂敷粘接踪迹，由此根据由第一照相机确定的校正值，将涂敷设备11移动到相应的轨迹和/或相应的粘接踪迹进展。和该进展同步，由在跟踪方向上的第二照相机监控粘接涂敷踪迹。用这种方法，根据和行进路径无关的参考轮廓和在线监控粘接轨迹的质量，当粘接踪迹被涂敷时，正向前移动的照相机可以控制粘接踪迹。在图2中，粘接踪迹20从左边进展到右边，该踪迹表示为实线。借助于虚线将可以涂敷到金属板和/或基板作为参考轮廓的粘接踪迹20的理想进展(例如通过激光或者压花)展示于涂敷设备11的右边。
随后，图3展示了如箭头所示的粘接踪迹20的进展，由此在三个点展示三个单个照相机的方向和/或视野。由用实线画出的矩形、宽虚线画出的矩形和用窄虚线画出的矩形表示三个单个照相机分别的视野。从图3明显可见的是，照相机各自的视野方向总是保持恒定，因此只移动整个装置。
图4展示了粘接轨迹20的另一进展，由此表示在每种情况下哪一个视野被触发，也就是，为了质量控制的目的，当沿着粘接踪迹行进时，具有表示为矩形的相应视野的照相机被触发。而且，为了接缝涂敷引导和/或密封剂轨迹的进展，至少第二照相机在引导方向上被触发，但是为了进行清晰的表达，这里没有展示。然而，明显可见的是，显示为触发的照相机布置在跟踪方向上，并根据粘接踪迹的进展自动切换。因此，在任何时候至少有一个照相机被触发，用于根据在和跟踪方向相反的引导方向上所给的参考轮廓进行接缝涂敷引导和涂敷设备的精细调节。
然后图5展示了三个图像带，其分别表示图1的三个单个照相机的图像的相关部分和/或图像带的三个图像带。根据本发明的方法，每个照相机只记录图像带以便减少数据量，从而可以增加记录速度。然后将三个照相机的这些单个图像带连接成图像，由此以指定的固定时间间隔进行图像记录而不受涂敷设备的机器人的控制。例如，照相机只记录图像带，因此代替480像素的图像高度，而使用大约100像素(100像素线)的图像高度。利用这种部分扫描技术，也就是部分读出图像记录芯片，只产生少量的数据流，相应地使得可以几倍地增加图像记录速度。同步图像记录和平行图像捕获允许三个图像带构成单图像，其中这些图像带向下依次定位。结果，可以相对于涂敷设备的行进路径无任何混乱地正确布置和指定关于地点和时间的三个图像，也就是三个图像带，并由此可以处理图像带。因此，这种特定的图像记录技术有助于同步和平行地记录各个照相机图像，其对于涂敷设备的引导和/或调整以及在线监控涂敷的粘接剂都能获得图像记录速度的增加，由此将所有照相机的图像存储在图像序列中。
一旦以图像序列存储三个照相机的图像，则进行该参考轨迹的参数化作为示教参考粘接踪迹的随后步骤。在参数化中使用机器人行进路径、机器人行进时间、方向、宽度和粘接踪迹的质量。这产生了一种用于粘接踪迹的矢量链，该矢量链允许获得高的图像记录速度和相对短的部分区间(在1和3mm之间)。矢量化具有另一优点，以矢量链形式的粘接踪迹可以存储在超出照相机的整个坐标系统中。
从图5明显可见的是，其展示了部件边缘的接缝涂敷引导，在图5的中间带中在线实现接缝检查，因此圆形的接缝是第一照相机提供监控粘接的区域。
例如，涂敷设备和/或机器人以12ms的内部差入时钟时间工作。根据图5较下方的带，不能比该插入时钟时间更快地产生对接缝涂敷引导的调整。在700mm/s的最大机器人行进速度时，这仅仅意味着在12ms中行进的路径是8.4mm。因此，如果在时间点x确定校正值，则只能在下一插入时钟时间时进行校正，也就是在值确定之后的8.4mm。因此，至少在管口的头部8.4mm必须捕获参考边缘。通过布置光传感器系统来覆盖该区域，并在通过快速分析周期(＜5ms)的适当时间中获得校正值。由于照相机附着在涂敷设备的周围以便固定在适当的位置，所以粘接踪迹的进展改变了，因此接缝校正可以在根据第一个照相机的第一个带中、在根据第二个照相机的第二个带中或者在根据第三个照相机的第三个带中实现。因此，如上文关于在线监控粘接涂敷的描述，为了接缝校正，当参考接缝从一个照相机的视野中转移到另一个照相机的视野中时，另一个照相机变成被触发。
图5最下方的带展示了在部件的边缘垂直于部件右边的边缘的线上的明亮交叉，该部件的边缘被用作用于接缝涂敷引导的参考边缘。平行于这个边缘，在图5的中间带中以在线的方式实现用于监控密封剂涂敷的接缝检查。
如果粘接踪迹行进到离开照相机的视野，则粘接踪迹在两个照相机的角度范围的重叠区是暂时的。如果粘接踪迹然后从一个照相机的圆形线的部分通过重叠区域进展到另一照相机的圆形线的部分，则实现从一个照相机到另一个照相机的自动切换。特别在图4中，借助于各个照相机的触发视野展示了这一点。
通过形成圆测径器的各个照相机获得上述的优点，通过涂敷设备11形成圆测径器的中心，由此在直接围绕涂敷设备的圆形线上进行参考边缘和粘接轨迹的边缘搜索。为此目的，必要的是各个照相机对准涂敷设备，由此各个照相机的纵轴和涂敷设备的纵轴相交。
用于根据本发明的装置的照明模块(这里未展示)是由LED构成的，特别是红外LED、UV LED或者RGB LED。为了在图像记录中获得尽可能少的移动模糊和/或高对比度，可以闪烁LED，也就是可以将大约1.0到0.01ms的强脉冲电流施加到二极管。在本说明书中，能够发射不同颜色的光的发光二极管是特别有利的，这样使得可以将传感器配置切换到其它类型的粘接和/或没有重新配置时粘接剂的颜色。
下文展示示教操作和/或参考粘接轨迹的示教。
通过标记粘接轨迹的位置可以由用户启动参考粘接踪迹示教过程。这对于在连续照相机图像中完全自动识别粘接轨迹的位置和方向是足够的，因为图像记录速度是足够高的，并在一接一个地非常快地记录各个图像，例如每1mm到3mm。从起点，一个图像接一个图像地扫描粘接，由此将在当前图像中检测的粘接轨迹位置和粘接轨迹角度用作即将到来的图像作为先验知识。这有助于完全自动捕获粘接踪迹，而不需要人为确定和/或估计粘接踪迹的图像和/或位置。因此，可以限制和/或调节搜索区域。
图6展示了在两个部件重叠区域的接缝涂敷的引导，尤其是在两个部件相邻的地方。第二个照相机展示了根据部分扫描方法读出的第二个照相机的带，其中将两个金属板的重叠位置确定为参考轮廓和/或参考边缘以引导接缝涂敷。在图6下方的带中展示了第三个照相机的带，其中平行于接缝涂敷引导地监控涂敷的密封剂轨迹。为此目的，在最下方的带中展示了圆形的部分，如圆形所示的，在其中部形成粘接踪迹。在图6的最上文的带中展示第一照相机的图像记录带。
图7展示了圆形校准盘形式的校准设备40，以便向各个照相机分配其比例因数、它们的角度分配和搜索圆周的中心以及半径。校准盘由以基本上10°的角度差布置在圆形线上的各个形成元件和/或点41组成。另外，为了校准三个照相机，彼此等间距地布置标记点42。使用补偿计算从各个点的中心坐标计算，另一方面，从各个照相机的比例因数，而另一方面，搜索区域的中心以及半径。在整个坐标中的0°、120°、240°的角度上的标记点允许角度分配和将被分配的各个照相机的相应视野。特别地，通过图7的三个矩形表示各个照相机的视野，因此，形成元件41可以对应于用于检测粘接踪迹的圆形测径器的圆形线。
图8展示了分别用表示各个照相机的部分扫描的读出区域的虚线表示的围绕涂敷设备11的三个带。为了根据参考边缘的进展控制和/或调节涂敷设备，第一照相机的带31确定参考边缘35。因此图像带31和引导方向相对，并测量参考边缘和/或折边35的位置，使得涂敷设备11将粘接剂涂敷到根据参考轮廓35校正的轨迹上。在关于车身设计的位置校正机器人轨迹之后，通过驱动到第一位置并启动接缝涂敷引导识别接合缝。在从该过程(识别接缝)释放之后，机器人轨迹连续地接收校正值，该校正值垂直于示教的涂敷方向。在本说明书中，捕获区域可以是±15mm，因此调节区域是＜±1mm。例如，借助于使用XML协议的标准以太网接口，在图像处理系统和机器人系统和/或涂敷设备之间进行通讯。在跟踪的方向上，展示和粘接剂轨迹20交叉的两个图像带32和33。
下文将主要展示在线监控涂敷的粘接踪迹。在图1中展示的涂敷设备11将粘接踪迹涂敷到金属板30上，由此和金属板30上的照相机一起移动涂敷设备11，并根据参考轮廓调节涂敷设备11。然而，运动反向也是可行的，也就是被移动的金属板30和被布置到固定在适当位置的具有照相机的涂敷设备。通过根据图5所示的圆测径器的圆形线上的照相机12、13、14中一个确定并同步和平行地分析涂敷的粘接踪迹20，由此每个照相机只记录图像带并将这些带连接成单图像。根据由每个照相机只记录图像带所获得的数据减少增加图像记录速度，因此，在连接图像中的各个图像带有助于同时和平行以及同步地捕获三个照相机图像，并由此可以直接将三个照相机的各个图像指定为位置的函数。因此，接缝涂敷引导和实时地在线监控粘接踪迹是可行的，由于在根据参考边缘的调整和涂敷粘接踪迹的检查中的高图像记录速度，所以其在高行进速度的同时获得了高精度。
图9表示在涂敷密封剂之前进行的3D位置识别的基本原理。通过涂敷技术，由于金属板，例如车辆的原车身设计不总是直接布置在相同的位置，并且接合缝的位置和误差有关，对于根据本发明的装置的总调整和/或总布置是有利的。为此目的，将照相机的像域切换到大图像和/或标准尺寸或者全图像，对于每种情况用虚线51和/或52表示该图像。标准的照相机像域51表示只对应于根据部分扫描程序照相机只读出相应带31的放大视图。类似于这个并根据比例将带32的比例缩小到标准照相机像域52。例如，利用适当的软件将图像带31和/或32比例缩小到比如它的宽度的一半和它的高度的1/5。为了进行清晰表达，这里没有展示具有相应图像带33的相应标准照相机像域53。在3D位置识别中，测量两个照相机图像域51和52的重叠域内的任意特征60。因为两个照相机的像域51和52在特征60的区域中重叠，所以为了有助于三维分析可以(例如)对于部件的孔或者边缘使用立体测量学程序。例如，如果已经识别出两个部件的接缝，为了以在线的方式实现机器人轨迹和/或涂敷设备轨迹的校正，涂敷设备可以借助于传感系统实现位置的自动校正，如图8所述。相同的传感系统可以同时以在线方式实现接缝的质量控制，同样如图8所示。这提供了对于涂敷设备的位置校正和涂敷设备的前进轨迹的在线调节以及对具有单一传感系统的密封剂涂敷的在线监控，例如该传感系统由围绕涂敷设备布置以便固定在适当位置的三个照相机构成。在本说明书中，为了使用小数据流获得图像记录速度的增加，根据本发明只记录图像带31、32、33。因此，部分扫描技术的使用提供了大约小于等于240Hz的图像更新速度。因此，以指定的固定时间间隔记录图像，并且图像不受机器人和/或涂敷设备的影响。而且，在允许被所有三个照相机同时和平行地捕获的图像的分析PC中使用帧抓取板(＝用于从照相机捕获图像的PC板)。随后使图像构成可提供三个图像的优点的一个图像(向下依次定位的3个带)，因此以依赖位置的方式直接分配三个图像中的每一个。
另外，尤其有效的是，例如在三个图像的一个中搜索和分析密封剂轨迹。如果角度值超过了某个值，实现自动切换到相邻的照相机。在本说明书中，角度值指的是360°的整个圆周，其产生了整个坐标系统。每个照相机包括和下一照相机重叠的区域。使照相机的选择不依赖于涂敷设备的位置和/或机器人的位置和/或不依赖于时间要素，但是一直指的是在整个坐标系统中捕获的实际检查结果。这阻止了由于相对不准确的机器人控制和/或涂敷设备控制产生的错误。
根据图10和11描述借助于投影的三维外形分析，以便提供如上文根据图9所述的涂敷设备的位置校正。为了进行清晰地表达，图10再次展示了由虚线表示的仅仅两个照相机的像域51、52。在两个照相机的像域51、52的重叠区域展示了多个激光线60，使用这些激光线相对于结构线的宽度和轮廓进行外形分析，并用于产生所谓的软轮廓。通过投影设备产生激光线60，例如投影设备可以布置在具有三个照相机的光传感器上。而且，可以直接将投影设备直接布置在涂敷设备11上。通过圆70示意性地表示具有三个照相机的传感器。通过传统的图像处理不能使用投影到部件30上的激光线和/或激光带和/或部件上的金属板30上的高亮轮廓进行三维分析。借助于部件上的激光线产生人为的特征，并可以根据立体测量学借助于图像处理随后分析这些人为特征。因此，图10表示在不存在坚固的、可分析的特征的情况下，涂敷密封剂之前三维位置识别的原理。相反，如上所述借助于图9中的特征60描述坚固的轮廓。
图11表示具有附着到其上方的传感器单元70的涂敷设备11的侧视图，因此，除了三个照相机之外，传感器70还可以包括至少两个投影设备61，其将激光线投影到金属板和/或衬底30，如用虚线示意性地表示的。围绕涂敷设备布置多个投影设备61允许在金属板30上产生无间隙轮廓，由此可以使用无间隙轮廓用于三维分析，因为传感器和投影设备是校准的。因此，图11以典型方式表示两个投影设备61。例如，这种类型的投影设备可以将激光投影到基板上和或部件上，或者可以由包括适配器透镜的LED模块构成，以在基板上产生线。
可以使用投影设备在密封剂涂敷之前进行三维位置校正并且用于对高度和涂敷的密封剂的外形在线分析。为了进行三维位置校正，投影设备可以优选投影多条线。为了进行高度分析，应当提供一个或者多个投影设备，其投影线或者如图12所示将圆形轮廓投影到部件和/或基板上。在本说明书中，多条线可能对于分析是有利的。
如图12所示，还可行的是，借助于和密封剂涂敷同步地和紧跟其后的图像处理，根据三角测量的原理，确定密封剂高度和/或密封剂轮廓和密封剂位置。为此目的，例如通过投影设备将圆轮廓63涂敷到金属板30，由此密封剂和/或密封及轨迹20提供投影的轮廓63的高度和位置的改变。因此通过各个照相机的各个目标域确定依次改变的圆投影轮廓63。由此通过密封剂20使投影轮廓的原始形状改变，使得可以根据三角测量的原理确定涂敷的密封剂20的宽度、轮廓，而不是高度和位置。在三角测量的原理中，在照相机和投影设备之间存在确定的角度，由此彼此相互校准照相机和投影设备。由于该角度，所以在光感芯片和/或CCD芯片或者CMOS芯片上的不同位置出现被投影设备照亮的基板轮廓作为它们的高度的函数，使得由于照相机和投影设备的校准可以计算密封剂的高度和轮廓。
根据本文展示的实施例，构成了尤其是包括三个照相机并围绕涂敷设备布置的传感器，从而可以引导各个照相机的光轴彼此平行，由此，特别是引导照相机垂直于基板和/或金属板。这种类型的布置允许传感器特别靠近密封剂涂敷的区域布置，因此各个照相机的像域包括其尺寸依赖于宽角的重叠区域。
权利要求
1、一种对涂敷到基板上的结构，特别是粘接线或者粘结踪迹进行自动涂敷和监控的方法，其特征在于
通过引导方向上的至少一第一照相机确定参考轮廓，因此特别的是，在将被连接的两个元件之间优选确定部件的边缘，以便根据参考轮廓调节将被涂敷的结构的进展，由此使用所述第一照相机记录的图像引导用于涂敷结构的涂敷设备；
根据由所述第一照相机确定的所述参考轮廓通过涂敷设备将待涂敷的结构涂敷到基板上；并且
通过在跟踪方向上的至少一第二照相机监控由涂敷设备涂敷到基板上的结构。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过至少两个照相机确定所述参考轮廓，以便借助于立体测量学程序实现对于涂敷设备的三维位置校正。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于所述两个照相机以全图像或者大图像的方式记录基板、部件的一部分或者一个或者多个部件，所述两个照相机的全图像或者大图像包括处于引导方向上的重叠区域，并由此使用在重叠区域中产生的参考轮廓位置的三维识别在涂敷结构之前调整涂敷设备。
4、根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于在所述参考轮廓的区域上进行投影以便进行三维分析，尤其是将一个或者多个激光线以投影的形式施加到所述基板上。
5、如权利要求1所述的方法，其特征在于只通过引导方向上的第一照相机确定所述参考轮廓，以调节根据参考轮廓涂敷的结构的进展，并且所述第一照相机因此只记录用于在线调节粘接结构涂敷的图像带。
6、根据权利要求5所述的方法，其特征在于所述第二照相机只使用用于在线监控涂敷结构的图像带。
7、根据权利要求5和6所述的方法，其特征在于记录所述两个照相机的图像带，以形成单序列的图像，并由此根据只记录图像带获得的数据减少来增加图像记录速度。
8、根据权利要求5至7的至少一项所述的方法，其特征在于每个照相机只使用图像线的一部分、尤其是大约1/3、1/4或者1/5作为图像带；并且图像记录速度因此倍增，尤其是基本上是三倍、四倍或者五倍。
9、根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于以单图像记录运行来进行涂敷轨迹的参数化和记录，由此以图像序列存储所有照相机的图像。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于存储的图像序列使用机器人的行进路径和/或机器人的行进时间或者机器人的坐标、位置、对比度、灰度等级值或者色彩值、宽度和涂敷结构的质量进行参数化。
11、根据权利要求9或者10所述的方法，其特征在于基本上以矢量链的方式借助于参数化存储将被涂敷的结构，由此使用高图像记录速度和基本上在0.5mm和4mm之间、尤其是在1和3mm之间的短部分区间。
12、根据前述权利要求中任一项所述的方法，其特征在于使用三个照相机，由此可以使用每个照相机根据参考轮廓在引导方向上调整并且在跟踪方向上监控涂敷的结构，因此所述三个照相机分别包括和在环形线上相邻照相机重叠的区域。
13、根据权利要求12所述的方法，其特征在于从0到360°环形线的角度值形成整个坐标系统，由此将环形的一部分指定为单个照相机的图像。
14、根据权利要求12或者13所述的方法，其特征在于当所述参考轮廓或者粘接轨迹从一个照相机行进到下一个照相机时，当所述涂敷结构或者参考轮廓从一个照相机的环形线的一部分通过重叠区域行进到另一照相机的环形线的一部分时，形成自动开关。
15、一种用于实现根据权利要求1至14的方法的装置，其用于自动涂敷和监控涂敷到基板上的结构、优选粘接线或者粘接踪迹，由此提供了至少一个照明模块和一个传感器单元，其特征在于所述传感器单元是由至少两个照相机构成，由此所述两个照相机围绕用于涂敷结构的涂敷设备而设置，并布置在该设备上，使得至少一个照相机设置在引导方向上借助于参考轮廓调整涂敷设备，且至少一个照相机设置在跟踪方向上同时在线监控涂敷到基板上的结构。
16、根据权利要求15所述的装置，其特征在于各个照相机的光轴在观察的角度上基本上相交，并将涂敷设备的纵轴或者各个照相机的光轴引导为彼此平行，且尤其引导为垂直于基板。
17、根据权利要求15或者16所述的装置，其特征在于各个照相机、尤其是3个照相机彼此等距离地布置在圆周的方向上。
18、根据权利要求15至17中任一项所述的装置，其特征在于各个照相机彼此相互作用，使得照相机的图像以图像序列存储。
19、根据权利要求18所述的装置，其特征在于每个照相机只记录图像带，以形成图像序列的一部分。
20、根据权利要求19所述的装置，其特征在于图像记录速度按照通过只记录图像带获得的数据的减少而增加。
21、根据权利要求15至20中任一项所述的装置，其特征在于在所述涂敷设备上设置有一投影设备，其中所述投影设备将一个或者多个特征、特别是带投影到基板上用于三维分析。
22、根据权利要求21所述的装置，其特征在于所述投影设备发射一个或者多个激光线用于三维外形分析。
23、根据权利要求21或22所述的装置，其特征在于围绕所述涂敷设备布置至少两个投影设备。
24、根据权利要求15至23中任一项所述的装置，其特征在于围绕所述涂敷设备布置所述照相机，从而形成一个至少基本上圆形的边缘扫描，特别是以圆形测径器的形式，其中心是由所述涂敷设备形成的，因此，特别地，将照相机对准围绕所述涂敷设备的圆，该照相机的中心基本上和所述涂敷设备的中心吻合。
25、根据权利要求15至24中任一项所述的装置，其特征在于各个照相机包括相对于下一照相机分别为30°到90°的重叠区域，实质上优选为60°。
26、根据权利要求15至25中任一项所述的装置，其特征在于所述照明模块由LED构成，尤其是红外线LED、UV LED或者RGB LED。
27、根据权利要求26所述的装置，其特征在于LED是闪烁的，由此使用基本上为1.0到0.01ms的电流脉冲。
28、根据权利要求15至27中任一项所述的装置，其特征在于使用具有独立形状要素的校准装置来校准各个照相机，进行角度分配的分配，因此，所述形状要素包括特别是基本上为10°的角度差。
29、根据权利要求28所述的装置，其特征在于所述校准装置包括至少三个标记点，这些点基本上以0°、120°和240°布置在校准装置的圆弧中，以便校准三个照相机。
30、根据权利要求29所述的装置，其特征在于所述圆形线上的标记点分别以基本上为10°的角度范围延伸，由此特别通过至少两个形状要素形成所述标记点。
全文摘要
本发明涉及一种对涂敷到基板上的结构，特别是粘接履带或者粘接轨迹进行自动涂敷和控制的方法和用于实现所述方法的装置，其中通过在引导方向上的至少一个照相机确定参考轮廓，特别地，以根据所述参考轮廓控制涂敷结构的外形的方式确定两个可连接元件之间的部件边缘，其中根据第一照相机确定的参考轮廓通过涂敷设备将所述涂敷结构涂敷到基板上，并由处于跟踪方向上的至少一个第二照相机控制所述结构。用于自动涂敷和控制结构的本发明的装置包括至少一个照明模块和一个传感器单元，该传感器单元包括围绕涂敷设备的至少两个照相机，以这样的方式设置至少一个照相机设置在引导方向上借助于参考轮廓控制所述涂敷设备，至少一个第二照相机设置在跟踪方向上同步在线监控涂敷到基板上的结构。
文档编号G06T7/00GK1917963SQ200480041940
公开日2007年2月21日 申请日期2004年7月16日 优先权日2003年12月23日
发明者A·托姆施科, M·勃格, J·林南科尔, R·拉布 申请人:奎斯有限公司