將對象涂漆的方法和儀器的制造方法
【專利摘要】將對象(50)例如汽車車身部分如發(fā)動機罩、門、保險杠涂漆的儀器(100)，其包括配備有至少一個噴霧嘴(75)的涂漆頭(70)，所述噴霧嘴被安排以將預定顏色的油漆流輸送至待涂漆的表面(51)上。所述儀器(100)還包括移動部件(200)，其根據(jù)至少兩個自由度例如根據(jù)六個自由度在空間內(nèi)移動所述涂漆頭(70)。此外，提供識別裝置(60)，用于識別以上所述表面(51)的三維形狀。
【專利說明】將對象涂漆的方法和儀器

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及將對象涂漆的設(shè)備領(lǐng)域，所述對象尤其為車輛的車身部分，如發(fā)動機罩、保險杠、門，以及船只的船體、或飛機的機身等，并且本發(fā)明尤其涉及對這些對象涂漆的方法和執(zhí)行所述方法的儀器。
[0002]發(fā)明背景
[0003]眾所周知，在對象如車輛的車身部分的涂漆操作、尤其是噴涂時，操作員在尤其有害的環(huán)境中工作，因為其可被返回的噴射材料包圍，這對人體是一般是有毒的。
[0004]通常，所述操作在通常通風的隔間內(nèi)執(zhí)行，但操作員被迫在任何情況下穿著防護服和輔助衣物如面罩和手套，以保護其皮膚和其呼吸道。此外，在涂漆時，操作員必須拿著噴霧嘴連同與其連接的導管，因此在所有的操作中均承受噴槍的重量和輸送材料所產(chǎn)生的壓力。
[0005]因此，為了克服以上所述的缺點，已經(jīng)設(shè)計了不同的儀器使對象涂漆自動化，所述對象尤其為車輛如汽車的車身部分、船只、飛機等。
[0006]將對象涂漆已知的儀器的第一個示例公開于US4357900中。該方案提供沿著預定的路線移動待涂漆的對象，在所述路線處安排涂漆站。所述儀器提供傳感器，尤其是光電管，其執(zhí)行光、電或磁掃描以確定對象的位置。然后，傳感器所檢測的信號發(fā)送至控制裝置。此外，提供第二傳感器，其安排為當對象穿過預定的點時在同一控制裝置發(fā)送第二信號。這樣，控制裝置啟動對對象的涂漆，當傳感器檢測到同一個對象已經(jīng)安放在涂漆站處時打開噴霧嘴。
[0007]然而，以上所述的傳感器僅僅具有發(fā)送對象位置的信號至控制裝置的功能，以操作進行涂漆的裝置的打開或關(guān)閉。
[0008]另一個將對象涂漆的已知儀器的示例公開于US5358568中。在這個例子中，儀器提供控制器，所述控制器安裝在車廂上并且包括多個具有平移和旋轉(zhuǎn)運動的活接結(jié)合(articulated joints)。在最后一個旋轉(zhuǎn)式活接結(jié)合的末端安裝噴霧嘴。在噴霧嘴處，或在控制器處，提供傳感器以檢測噴霧嘴距待涂漆表面的距離。還提供控制部件，其基于接收自傳感器的信號保持噴霧嘴距待涂漆表面幾乎固定的距離。
[0009]測量距離的傳感器選自:朝與油漆的輸送方向近乎平行的方向分別發(fā)射超聲脈沖或紅外光束的超聲波傳感器和紅外傳感器。
[0010]然而，以上所述的技術(shù)方案不允許以高速度對表面涂漆。實際上，在每次輸送油漆之后，有必要移動傳感器以將超聲脈沖或紅外光束對準接下來要涂漆的點。這一系列的操作(檢測傳感器距待檢測的點的距離，安排噴霧嘴距待涂漆表面以預定的距離，和輸送油漆)對待涂漆表面的所有點都必須重復，所述表面通常有具有不同半徑彎曲的復雜幾何形狀。因此，該方案除了長時間來完成所有表面的涂漆操作之外，還由于執(zhí)行連續(xù)地移動傳感器所執(zhí)行的許多距離測量而遭受高水平的錯誤。
[0011]其他更多的工業(yè)系統(tǒng)以迅速和精確的方式對車輛的部分涂漆，但在根據(jù)待涂漆的組件設(shè)計的預編程路線上移動，且如果組件被具有不同形狀和尺寸的另一個替換，需要長時間來重編程所述路線。
[0012]其他的具有類似缺點的將涂漆對象的方法和儀器的示例描述于US2011/262622、JP10264060.EP2208541 和 EP2196267 中。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]然后，本發(fā)明的目的是提供將對象涂漆的儀器，所述對象尤其為車輛的車身部分車身，如發(fā)動機罩、擋泥板、門、車架等，所述儀器能夠克服以上所述的現(xiàn)有技術(shù)儀器的缺點。
[0014]本發(fā)明的另一個目的是提供這樣的儀器，所述儀器能夠相對于相似的現(xiàn)有技術(shù)儀器加速和制定適合的將對象涂漆的自動程序，同時能夠降低在待涂漆表面距噴霧嘴距離的檢測步驟時出錯的可能性。
[0015]本發(fā)明進一步的目的是提供這樣的儀器，所述儀器允許在單個通道中識別待涂漆表面的三維形狀，然后識別同一表面的主要點距涂漆頭的距離。
[0016]本發(fā)明再進一步的目的是提供這樣的儀器，所述儀器允許在如通過噴射油漆所產(chǎn)生的有害環(huán)境中也以高精度將對象涂漆。
[0017]本發(fā)明再進一步的目的是提供將對象涂漆的方法，所述對象尤其為車輛的車身部分，所述方法具有相同的優(yōu)點。
[0018]這些和其他目的通過將對象涂漆的儀器實現(xiàn)，所述對象尤其為車身部分，所述儀器包括:
[0019]-涂漆頭，其配備有至少一個噴霧嘴，所述噴霧嘴被安排以將預定顏色的油漆流輸送到所述對象的表面；
[0020]-移動部件，其用于在工作空間內(nèi)移動所述涂漆頭，所述移動部件具有至少兩個自由度;
[0021 ] 此外，其主要特征是提供:
[0022]-識別裝置，其用于識別以上所述的對象表面的三維形狀，所述識別裝置整合到所述涂漆頭中，并包括:
[0023]-紅外投影部件，其被安排以將點的網(wǎng)格或矩陣投影到所述對象的表面上，在所述表面獲得包含多個點的投影圖像；
[0024]-光學傳感器部件，其被安排以檢測所述點的投影圖像，獲得檢測到的投影圖像，所述檢測到的投影圖像包括多個點或像素，具有確定的空間坐標(x，y，z)；
[0025]-處理部件，其被安排以接收來自所述傳感器部件的所述檢測到的投影圖像并確定所述投影圖像每個所述點的所述空間坐標(X，y, Z)，以這樣的方式來確定所述表面的三維形狀；
[0026]且所述移動部件被安排以根據(jù)所確定的點的空間坐標在工作空間內(nèi)移動所述涂漆頭，以這樣的方式，在涂漆步驟時，將噴霧嘴安排距待涂漆表面大體上固定距離且能夠跟隨其彎曲。
[0027]尤其，所述投影圖像每個所述點的空間坐標X，y可以根據(jù)每個點或像素在檢測到的投影圖像中的位置來確定。
[0028]有利地，所述投影圖像每個所述點的空間坐標ζ根據(jù)檢測到的投影圖像中相應(yīng)的點或像素的灰度值來測量。
[0029]優(yōu)選地，移動部件包括具有至少六個自由度的擬人機器人。該方案允許獲得很大的移動自由，且尤其模仿由操作員用手進行的涂漆操作。
[0030]有利地，安排處理部件以處理三維形狀，以這樣的方式來獲得相應(yīng)二維形狀。
[0031]尤其，處理部件可適于處理三維形狀以確定以上所述的二維幾何形狀的輪廓或外緣。
[0032]有利地，傳感器部件被配置以處理所述檢測到的投影圖像的所述多個點或像素的灰度值，以確定待涂漆的所述表面的二維幾何形狀和/或輪廓或外緣。更加詳細地，處理部件被配置以確定所述檢測到的投影圖像的所述多個點的所有點或像素中較高的灰度值Imax，對應(yīng)于距所述傳感器部件較遠的點或像素，和所述檢測到的投影圖像的所述多個點的所有點或像素中較低的灰度值Imin，對應(yīng)于距所述傳感器部件較近的點或像素。然后，安排所述處理部件以將第一灰度值，例如對應(yīng)于白色的值“255”，關(guān)聯(lián)至所有具有位于Imax和Imin之間的灰度值的點，和將第二灰度值，例如對應(yīng)于黑色的值“0”，關(guān)聯(lián)至所有具有不同灰度值的點。這樣，由所有在以上所述的處理步驟之后具有等于所述第一灰度值即值255的灰度值的點或像素，限定確定二維幾何形狀的輪廓或外緣。
[0033]此外，處理部件被配置以將以上所述的二維幾何形狀關(guān)聯(lián)至預定的數(shù)據(jù)庫中包含的多個模型的模型。例如，如果對象是汽車、或其他車輛的車身部分，如門、發(fā)動機罩、擋泥板等，處理部件根據(jù)獲得的二維幾何形狀的輪廓或外緣，開始在確定的數(shù)據(jù)庫中存在的所有模型中搜索具有與其在幾何學上較相似輪廓或外緣的模型。由處理部件通過比較獲得的二維幾何形狀的輪廓或外緣與所述數(shù)據(jù)庫中存在的每一個模型的輪廓或外緣來進行這種類型的操作，將相似性指數(shù)^關(guān)聯(lián)至每個比較并產(chǎn)生結(jié)果，即，當指數(shù)高于預定的閾值i /時，幾何學上與待涂漆的對象較相似的模型的識別。此外，或作為所述標準的備選，安排處理部件以執(zhí)行與數(shù)據(jù)庫中存在的所有模型的所述比較，獲得相應(yīng)的多個相似性指數(shù)isi并由于以上所述的分析產(chǎn)生已經(jīng)關(guān)聯(lián)至最高相似性指數(shù)isi的模型。
[0034]如果不可能將檢測的部分關(guān)聯(lián)至數(shù)據(jù)庫中存在的模型，安排處理部件以在數(shù)據(jù)庫中記住待涂漆的對象的二維幾何形狀，然后提供自學程序。
[0035]移動部件可安裝在導軌例如軌道、或滑板上，沿著導軌移動部件可移動以安排在預定的距離，尤其是在待涂漆的對象附近。
[0036]本發(fā)明有利的示例性實施方式中，移動部件安裝在移動平臺上，例如具有預定數(shù)量的輪，特別地三個或四個輪。這樣，移動部件在預定的工作區(qū)域例如涂漆小室中自由地移動是可能的，尤其將移動部件安放在表面X，y的任何點上是可能的。
[0037]尤其，所述移動平臺可配備有至少一個選自以下的傳感器:
[0038]近距離傳感器；
[0039]遠距離傳感器。
[0040]更詳細地，根據(jù)由近距離傳感器和/或遠距離傳感器檢測到的信號，安排移動平臺在工作區(qū)域例如涂漆小室中移動，避開已經(jīng)檢測到的可能的障礙。
[0041]在優(yōu)選的示例性實施方式中，例如在所述涂漆頭處提供接口部件，其被安排例如以可移動的方式將同一個所述涂漆頭嚙合至預定工具，如噴壺或其他油漆容器，而且還嚙合至使油漆干燥如供應(yīng)熱空氣的裝置、或其他工具，以對被涂漆的表面或待涂漆表面進行表面處理(finish)。
[0042]有利地，接口部件提供有驅(qū)動部件，所述驅(qū)動部件被安排以驅(qū)動尤其是操作或關(guān)閉預定工具。例如，在輸送油漆的工具的例子中，安排驅(qū)動部件來作用于按鈕，或作用于操縱桿、或觸發(fā)器，以打開或關(guān)閉的方式操作打開或關(guān)閉油漆供應(yīng)的閥門。
[0043]在示例性實施方式中，驅(qū)動部件包括主體和與所述主體樞轉(zhuǎn)連接的多個二級細長體或方陣(Phalanxes)，所述二級細長體的每一個包括預定數(shù)量的串聯(lián)安排并樞轉(zhuǎn)連接的剛性體或“接頭”。尤其，可操作剛性體，引起所述剛性體圍繞確定的轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)，以將所述剛性體安排在對應(yīng)于打開或關(guān)閉擬人手的配置的預定工作配置中，并以這樣的方式配置來機械地使其自身適應(yīng)于不同形狀的操縱工具，以操作所述操縱工具和然后將其打開或關(guān)閉，例如，在油漆供應(yīng)裝置的例子中，操作或關(guān)閉啟動或中斷油漆輸送的按鈕或觸發(fā)器。
[0044]尤其，可提供涂漆小室，在其中在開始涂漆操作之前安排所述涂漆頭和待涂漆的對象。
[0045]有利地，進一步提供:
[0046]輔助投影部件，所述輔助投影部件被安排以將結(jié)構(gòu)光激光投影到所述對象上；
[0047]檢測部件，其被安排以檢測由所述對象反射的所述結(jié)構(gòu)光并將所述結(jié)構(gòu)光轉(zhuǎn)換為所述投影部件距所述對象的附加距離信號。
[0048]根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，將對象尤其是汽車車身部分涂漆的方法，包括步驟:
[0049]在預定的工作空間內(nèi)安排涂漆頭，所述涂漆頭配備有至少一個噴霧嘴，所述噴霧嘴被安排以將油漆流輸送至待涂漆的對象表面；
[0050]在工作空間內(nèi)移動所述涂漆頭，所述移動步驟通過具有至少兩個自由度的移動部件來執(zhí)行；
[0051]且其中還提供進一步的步驟:
[0052]識別所述對象的所述表面的三維形狀，所述識別步驟包括以下步驟:
[0053]將紅外點的網(wǎng)格或矩陣投影到所述對象的所述表面上，獲得包含具有確定空間坐標的多個點的投影圖像；
[0054]檢測所述投影圖像，獲得檢測到的投影圖像，所述檢測到的投影圖像包含多個具有確定的空間坐標(x，y，z)的點或像素，所述檢測步驟通過整合到所述涂漆頭中的光學傳感器部件而執(zhí)行；
[0055]處理所述檢測到的投影圖像，所述處理步驟被安排以確定所述檢測到的投影圖像的所述點的每一個的所述空間坐標(X，y, Z)，以確定所述對象的三維形狀，尤其，根據(jù)所述檢測到的投影圖像中每一個點或像素的位置確定所述空間坐標x，y，而根據(jù)相應(yīng)的點或像素的灰度值確定所述空間坐標ζ ;
[0056]根據(jù)所述點的所述空間坐標在所述工作區(qū)域中移動所述涂漆頭，以這樣的方式，在所述涂漆步驟時，安排所述噴霧嘴距所述對象所述表面大體上固定的距離。
[0057]有利地，所述處理步驟包括以下步驟:
[0058]將所述三維形狀轉(zhuǎn)換為所述對象的所述表面的二維幾何形狀，計算所述檢測到的投影圖像的所述點或像素的灰度值來執(zhí)行所述轉(zhuǎn)換步驟；
[0059]比較所述二維幾何形狀與預定的數(shù)據(jù)庫中包含的多個模型的二維幾何形狀，根據(jù)所述檢測到的投影圖像的預定的一組點的灰度值和相應(yīng)的一組點的灰度值執(zhí)行所述比較步驟，所述相應(yīng)的一組點即由這樣的點組成，所述點位于所述模型中已經(jīng)檢查過的檢測到的投影圖像的該組點的同一點空間坐標x，y中；
[0060]將所述對象關(guān)聯(lián)至所述多個相應(yīng)的相似性指數(shù)is的每個模型；
[0061]在所述多個模型中選擇具有最高相似性指數(shù)或高于預定閾值i/的相似性指數(shù)i s的模型；
[0062]將所述所選模型關(guān)聯(lián)至所述待涂漆的對象的所述二維幾何形狀；
[0063]顯示各種與所述所選模型關(guān)聯(lián)的顏色；
[0064]在所述各種顏色中選擇預定的顏色。
[0065]尤其，所述比較步驟包括以下步驟:
[0066]識別所述二維幾何形狀的輪廓或外緣，
[0067]所述識別步驟提供以下步驟:
[0068]計算所述檢測到的投影圖像的所述多個點的所有點或像素中的最高灰度值1_，其對應(yīng)于距所述傳感器部件最遠的點或像素；
[0069]計算所述檢測到的投影圖像所述多個點的所有點或像素中的最低灰度值Imin，其對應(yīng)于距所述傳感器部件最近的點或像素；
[0070]將第一灰度值尤其是對應(yīng)于白色的值“255”關(guān)聯(lián)至所有具有位于Imax和Imin之間的灰度值的點，并將第二灰度值尤其是對應(yīng)于黑色的值“O”關(guān)聯(lián)至所有具有不同灰度的占.
[0071]比較所述限定的輪廓或外緣與所述數(shù)據(jù)庫中包含的所述多個模型的輪廓或外緣。
[0072]尤其，比較待涂漆的對象的二維幾何形狀的輪廓或外緣與以上所述數(shù)據(jù)庫中存在的模型的輪廓或外緣來執(zhí)行所述比較步驟。
[0073]有利地，提供定心(centring)步驟以相對于所述待檢測的對象的所述表面將所述傳感器部件定心，所述定心步驟包括以下步驟:
[0074]-檢測所述光學傳感器部件相對于所述待涂漆的對象的所述表面的位置，所述檢測步驟包括以下步驟:
[0075]-通過所述處理部件確定所述檢測到的投影圖像的矩心的空間坐標；
[0076]-創(chuàng)建參照物幾何圖形，所述參照物被安排以近似所述檢測到的投影圖像；
[0077]-通過所述處理部件識別所述參照物幾何圖形的中心；
[0078]-相對于所述對象移動所述光學傳感器部件并從而移動所述涂漆頭直到使所述幾何圖形的所述中心與所述檢測到的投影圖像的所述矩心和所述光學傳感器部件的所述位置大體上一致。
[0079]尤其，以上所述的步驟可重復，直到所述矩心的位置和所述幾何圖形的中心安排在低于預定閾值的距離。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0080]現(xiàn)將參考附圖，通過本發(fā)明示例性實施方式的以下描述示例性但非限制性地顯示本發(fā)明，在附圖中:
[0081]圖1圖示地顯示了根據(jù)本發(fā)明將對象涂漆的儀器的可能的示例性實施方式的透視立面?zhèn)纫晥D；
[0082]圖2顯示了圖1儀器提供的待涂漆表面的形狀的識別裝置的立面主視圖；
[0083]圖3圖示地顯示了通過圖1儀器提供的處理部件計算的以確定待涂漆表面形狀的投影圖像的示例；
[0084]圖4圖示地顯示了圖1儀器的可能的示例性實施方式的透視立面?zhèn)纫晥D；
[0085]圖5圖示地顯示了通過圖1儀器提供的處理部件執(zhí)行的以確定所述表面二維形狀的處理步驟；
[0086]圖6圖示地顯示了通過圖1儀器提供的處理部件執(zhí)行的處理步驟，其將數(shù)據(jù)庫中存在的所有模型中預定的模型關(guān)聯(lián)至所述表面的二維形狀；
[0087]圖7圖示地顯示了圖1儀器另一個可能的示例性實施方式的透視立面?zhèn)纫晥D；
[0088]圖8至10圖示地顯示了在圖1儀器的所述涂漆頭處提供的接口和操作部件的第一不例性實施方式；
[0089]圖1lA至IlD顯示了提供作為圖8驅(qū)動部件備選的擬人機器手的示例性實施方式；
[0090]圖12至15顯示了圖8驅(qū)動部件的另一個提供多個扭轉(zhuǎn)力矩(leverages)的示例性實施方式；
[0091]圖16A和16B分別圖示地顯示了可能的涂漆小室的立面?zhèn)纫晥D和部分橫斷面透視圖，其中可設(shè)置圖1儀器的第一示例性實施方式；
[0092]圖17A和17B分別圖示地顯示了可能的涂漆小室的立面?zhèn)纫晥D和部分橫斷面透視圖，其中可設(shè)置圖1儀器的第二示例性實施方式；
[0093]圖18圖示地顯示了根據(jù)本發(fā)明將對象涂漆的方法的主要步驟的方框圖；
[0094]圖19圖示地顯示了圖18將對象涂漆的方法的示例性實施的方框圖。

【具體實施方式】
[0095]如圖1圖示地所示，將對象50涂漆的儀器100的可能的示例性實施方式包括配備有至少一個噴霧嘴75的涂漆頭70，所述對象50例如汽車的車身部分如發(fā)動機罩、門、保險杠，以及船只的船體或飛機的機身等，所述噴霧嘴75被安排以將預定顏色的油漆流輸送至待涂漆的對象50的表面51。
[0096]儀器100還包括用于在例如由涂漆小室500 (圖16A-17B)的壁505所限定的工作空間中移動所述涂漆頭70的移動部件200。移動部件200具有兩個或更多個自由度。例如，在圖1的示例性實施方式中，移動部件200提供沿著平移方向211滑動地安裝在軌道215上的基座201，第一剛性體202樞轉(zhuǎn)連接至基座201，以圍繞第一旋轉(zhuǎn)軸212旋轉(zhuǎn)，第二剛性體203圍繞第二旋轉(zhuǎn)軸213樞轉(zhuǎn)連接至第一剛性體202，第三剛性體204樞轉(zhuǎn)連接至第二剛性體203，以圍繞第三旋轉(zhuǎn)軸214旋轉(zhuǎn)。
[0097]此外，根據(jù)本發(fā)明所提供的，儀器100提供有用于識別以上所述的待涂漆的對象50的表面51的三維形狀的檢測裝置60。更詳細地，識別裝置60被安裝整合到所述涂漆頭70，并且如例如圖2圖示地所示，其包括投影部件61，所述投影部件61被安排以將紅外點35的網(wǎng)格30或矩陣投影到待涂漆的表面51上，獲得也包括多個點的投影圖像。裝置60還包括光學傳感器部件62，其被配置以檢測所述點的投影圖像，獲得檢測到的投影圖像130，投影圖像130包括多個具有確定的空間坐標(X，y, ζ)的點175 (圖3)。儀器100也包括處理部件300，其被安排以接收來自傳感器部件62的檢測到的投影圖像130，并確定投影圖像130的每個點或像素175的空間坐標(x，y，z)，以確定表面51的三維形狀171。處理部件300尤其被配置以測量投影圖像的每個點175的灰度值(圖4)。更加詳細地，每個點的X，y坐標對應(yīng)于圖像130中的坐標，即對應(yīng)于點或像素的位置，而坐標ζ可通過處理部件300根據(jù)所確定的每個點或像素的灰度值來測量。因此，灰度值對應(yīng)于由傳感器部件62檢查到的點或像素175的距離。更加詳細地,如圖3圖示地所示，圖像130的每個點175或像素具有預定的響應(yīng)點175或像素距傳感器部件62距離的灰度值。例如，在圖3的例子中，由于對象50的彎曲，導致點175a由傳感器部件62安排在大于點175b距離d’的距離d處，因此其將具有高于后者的灰度值。在圖3中，只是用于說明的目的，圖示地顯示了不同的灰度值具有不同尺寸的點。
[0098]處理部件300可整合到識別裝置60中，或可提供處理器，其在裝置60之外，且被安排以接收傳感器部件62的數(shù)據(jù)并如上所述處理所述數(shù)據(jù)。
[0099]移動部件200適于根據(jù)如上所述所確定的點175的空間坐標(x，y, ζ)在工作空間內(nèi)移動所述涂漆頭70，以這樣的方式，在涂漆時，安排噴霧嘴75距待涂漆的表面51大體上固定的距離，從而允許跟隨對象50的表面51的彎曲。該示例性實施方式尤其允許在單通道內(nèi)檢測表面51的形狀，然后根據(jù)在開始涂漆步驟之前檢測到的數(shù)據(jù)——即點175的空間坐標(X，Y, ζ)的數(shù)據(jù)——通過噴霧嘴75提供涂漆步驟。這樣，相對于現(xiàn)有技術(shù)的相似儀器，用單個檢測步驟確定感興趣的點的空間坐標U，y, ζ)然后加速整個涂漆操作是可能的。這樣，此外減少直到消除在檢測數(shù)據(jù)時出錯的可能性是可能的。
[0100]在圖4優(yōu)選的示例性實施方式中，移動部件200包括擬人機器人200，其具有至少六個自由度，例如由各自的旋轉(zhuǎn)軸221-226限定的六個旋轉(zhuǎn)自由度。尤其，移動部件200包括多個樞轉(zhuǎn)連接的剛性體230-237(圖4、IIC和11D)。這種結(jié)構(gòu)使其獲得很大的移動自由并提供與由操作員用手進行的相似的最終涂漆成為可能。
[0101]如圖5圖示地所示，處理部件300適于處理與三維形狀171相關(guān)的數(shù)據(jù)，以這樣的方式獲得相應(yīng)的二維幾何形狀172。尤其地，安排處理部件300以處理三維形狀171，從而獲得以上所述的二維幾何形狀172的輪廓175。根據(jù)圖6所示的示例性實施方式，還可安排處理部件300以將以上所述的二維幾何形狀172尤其是其輪廓175關(guān)聯(lián)至數(shù)據(jù)庫120中包含的多個模型的模型。例如，如果待涂漆的對象50是汽車或其他車輛的車身部分如門、發(fā)動機罩、擋泥板等，處理部件300根據(jù)所獲得的二維幾何形狀172的輪廓175，開始搜索數(shù)據(jù)庫120中存在的所有模型121中與其在幾何學上較相似的模型125。這種類型的步驟由處理部件300執(zhí)行，執(zhí)行獲得的二維幾何形狀172的輪廓175或外緣與數(shù)據(jù)庫120中存在的每個模型121的輪廓的比較，并將相似性指數(shù)is關(guān)聯(lián)至每個比較。由此作為結(jié)果，處理部件300產(chǎn)生與高于預定閾值i/的指數(shù)i s相關(guān)聯(lián)的模型125。作為備選，所識別的模型125可對應(yīng)于具有與檢測到的二維幾何形狀172相比所有模型121中最高的指數(shù)^的模型。
[0102]如果二維幾何形狀172并非與數(shù)據(jù)庫120中存在的模型121都不相關(guān)，尤其是如果所確定的相似性指數(shù)is都不高于所述預定的閾值i Λ則配置處理部件300以存儲相應(yīng)的二維幾何形狀172，將其引入數(shù)據(jù)庫120，并從而進行自學程序。
[0103]在圖7的示例性實施方式中，移動部件200安裝于移動平臺350，所述移動平臺350例如具有預定數(shù)量的輪355，尤其為三個或四個輪。這樣，以絕對的移動自由度在預定的工作區(qū)域例如涂漆小室500內(nèi)移動移動部件200是可能的。在圖16A和16B的示例性實施方式中，平臺350滑動地安裝在導軌，例如軌道或單軌370上，所述導軌限定了工作路徑，沿著所述路徑安排待涂漆的對象50a-50c。相反，在圖17A和17B圖示地所示的示例性實施方式中，平臺350安裝在預定數(shù)量的輪、例如三個輪上，并因此如上所述以相對于圖16A和16B的例子更高的移動自由度而提供。
[0104]尤其在圖17A和17B所述的例子中，移動平臺350可配備有至少一個檢測可能在工作區(qū)域中存在的障礙的傳感器。例如，如圖7示例性實施方式圖示地所示，檢測所述障礙的傳感器可包括一個或多個遠距離傳感器361和至少一個近距離傳感器362。根據(jù)由一個或每個近距離傳感器361和/或一個或每個遠距離傳感器362所檢測到的信號，移動平臺350適于在工作區(qū)域中移動，從而避開檢測到的障礙。
[0105]在圖8至15圖示地顯示的示例性實施方式中，提供接口部件80，其被安排在例如所述涂漆頭70處，且被安排以例如以可移動的方式，將所述同一涂漆頭70嚙合至預定工具90，如噴壺或其他油漆容器，以及干燥油漆的裝置，例如熱空氣供應(yīng)裝置、或其他部件，以提供對涂漆的表面、或待涂漆表面的表面處理。接口部件80可包括支持平面81，在其上安排部件90和可能的固定元件，例如用于緊固工具90的帶82。
[0106]接口部件80有利地提供被安排以操作預定工具90的驅(qū)動部件140。在圖9和10的示例中，例如，工具90為配備有輸送閥門91的噴射油漆的噴壺。在這種情況下，驅(qū)動部件140提供在與閥門91隔開的位置到操作位置之間可移動的驅(qū)動器構(gòu)件141，在與閥門91隔開的位置中不提供油漆輸送(圖9)，在所述操作位置中驅(qū)動構(gòu)件141按壓閥門91，以打開所述閥門并導致油漆190的噴射輸送(圖10)。
[0107]在圖1lA至IlD的示例性實施方式中，驅(qū)動部件140提供機器人型的擬人手，其能夠使其自身機械地適于操縱工具90的形狀并包括主體145和多個二級細長體146或方陣，例如樞轉(zhuǎn)連接至主體145的三個二級細長體146a-146c。每個二級細長體146由預定數(shù)量的剛性體147或“接頭”組成，例如串聯(lián)地安排并在轉(zhuǎn)軸148處樞轉(zhuǎn)連接的三個剛性體147a-147c。
[0108]在圖11至15進一步的示例性實施方式中，驅(qū)動部件140提供多個扭轉(zhuǎn)力矩41，其被安排以將電動機42的旋轉(zhuǎn)移動轉(zhuǎn)換為平移移動，從而拉動/釋放供應(yīng)槍90的“觸發(fā)器”95，然后分別引起閥門91的打開或關(guān)閉。
[0109]如圖16A和16B中圖示地所示，儀器100可安排在涂漆小室500中，其中在開始涂漆操作前，在各自的位置安排所述涂漆頭70和待涂漆的對象，例如三個對象50a、50b和50co
[0110]在圖18中，圖示地顯示了根據(jù)本發(fā)明將對象涂漆的方法的主要階段。所述方法提供安排配備有至少一個噴霧嘴的涂漆頭的開始步驟，所述噴霧嘴被安排以將油漆流輸送到待涂漆的對象的表面上，方框401。接下來的步驟將紅外點的網(wǎng)格或矩陣投影到待涂漆的對象的表面上，獲得包含具有確定的空間坐標的多個點的投影圖像，方框402。因此接著是通過整合到所述涂漆頭上的光學傳感器部件來執(zhí)行的投影圖像檢測步驟，獲得檢測到的投影圖像，方框403。然后是投影圖像的處理步驟，其用于確定檢測到的投影圖像的每個點的空間坐標(X，y, z)，從而確定對象的三維形狀，方框404。根據(jù)由處理數(shù)據(jù)步驟獲得的數(shù)據(jù)，尤其是空間坐標(x，y，z)的數(shù)據(jù)，然后所述涂漆頭在工作空間內(nèi)移動，以這樣的方式，在涂漆時，安排噴霧嘴距所述對象表面大體上固定的距離，方框405。
[0111]在示例性實施方式和圖19圖示地顯示中，在開始移動步驟一用于將對象涂漆的方框405之前，提供轉(zhuǎn)換步驟以將檢測到的表面的三維形狀轉(zhuǎn)換為同一對象的二維幾何形狀，方框406。然后計算獲得的二維幾何形狀用于確定輪廓或外緣，方框407。然后提供比較步驟和相應(yīng)的關(guān)聯(lián)步驟，所述比較步驟用于通過數(shù)據(jù)庫中包含的多個模型比較獲得的二維幾何形狀，所述關(guān)聯(lián)步驟用于在參照圖5和6的上述條件下將二維幾何形狀關(guān)聯(lián)至以上所述的多個模型的模型，方框408。
[0112]然后，接著是顯示步驟，其中用涉及同一模型相關(guān)尺寸和/或各種顏色的有關(guān)數(shù)據(jù)來顯示識別的模型，方框409。根據(jù)所顯示的可能的顏色，操作員或自動地系統(tǒng)選擇與所述模型相關(guān)的顏色中的一種，方框410。然后，可接著是在所述涂漆頭中含有所選顏色的槍的安排步驟。作為備選，有例如通過多個導管將所選顏色油漆輸入具有噴霧嘴的固定容器的步驟。在以上所述的步驟之后是移動用所選顏色將對象涂漆的所述涂漆頭。
[0113]特定示例性實施方式的前文描述根據(jù)構(gòu)思的角度將非常全面地揭示本發(fā)明，以使得在沒有進一步研究并不脫離本發(fā)明的情況下，其他人將能夠通過應(yīng)用當前知識，在各種應(yīng)用中修改和/或改變特定的示例性實施方式。因此，這意味著這些改變和修改將必須視作等同于特定的實施方式。實現(xiàn)本文中描述的不同功能的部件和材料，可能具有不同的性質(zhì)，但是不會由此脫離本發(fā)明的【技術(shù)領(lǐng)域】。應(yīng)理解本文中使用的措辭和術(shù)語是為了說明目的而不是為了限制。
【權(quán)利要求】
1.將對象(50)涂漆的儀器(100)，所述對象尤其是汽車車身部分，所述儀器包括: 涂漆頭(70)，其配備有至少一個被安排以將預定顏色的油漆流輸送到所述對象(50)的表面(51)上的噴霧嘴(75)； 移動部件(200)，其用于在工作空間內(nèi)移動所述涂漆頭(70)，所述移動部件(200)具有至少兩個自由度； 其特征在于其進一步包括: 識別裝置(60)，其用于識別所述對象的所述表面(51)的三維形狀，所述識別裝置(60)被整合到所述涂漆頭(70)并包括: 紅外投影部件(61)，其被安排以將點的網(wǎng)格或矩陣投影到所述對象(50)的所述表面(51)上，獲得包含多個點的投影圖像； 光學傳感器部件(62)，其被安排以檢測所述對象(50)上的所述投影圖像，獲得檢測到的投影圖像(130)，所述檢測到的投影圖像(130)包括多個具有確定空間坐標(X，y, z)的點或像素(175)； 處理部件(300)，其被安排以接收來自所述光學傳感器部件￠2)的所述檢測到的投影圖像(130)，并確定所述投影圖像(130)的所述點(175)的每一個的所述空間坐標(X，y, z),以這樣的方式確定所述表面(51)的三維形狀； 和在于安排所述移動部件(200)根據(jù)所述點的所述確定的空間坐標在所述工作空間內(nèi)移動所述涂漆頭(70)，以這樣的方式，在所述對象(50)的所述涂漆步驟時，所述噴霧嘴(75)被安排距所述待涂漆的表面(51)大體上固定的距離并能夠跟隨其彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將對象涂漆的儀器，其中根據(jù)每個點或像素在所述檢測到的投影圖像(130)中的位置確定所述投影圖像的所述點(175)的每一個的所述空間坐標x，y。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將對象涂漆的儀器，其中根據(jù)所述檢測到的投影圖像(130)中相應(yīng)的點或像素的灰度值測量所述投影圖像的所述點(175)的每一個的所述空間坐標Zo
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的將對象涂漆的儀器，其中所述移動部件(200)包括具有至少六個自由度的擬人機器人。
5.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的將對象涂漆的儀器，其中安排所述處理部件(300)處理所述三維形狀，以獲得相應(yīng)的二維幾何形狀。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的將對象涂漆的儀器，其中安排所述處理部件(300)處理所述三維形狀的所述點或像素(175)的所述灰度值，并從而處理所述點或像素(175)距所述傳感器部件￠2)的距離，以獲得所述相應(yīng)的二維幾何形狀，尤其是獲得輪廓或外緣。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的將對象涂漆的儀器，其中所述移動部件安裝在導軌上，所述移動部件沿著所述導軌移動，以這樣的方式被安排在所述待涂漆的對象附件。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的將對象涂漆的儀器，其中所述移動部件(200)安裝在預定工作區(qū)域內(nèi)的移動平臺(350)上，所述移動平臺(350)配備有至少一個選自以下的傳感器: 近距離傳感器(362)； 遠距離傳感器(361)； 以這樣的方式，安排所述移動平臺(350)在所述工作區(qū)域內(nèi)移動，以避開由所述或每個傳感器(362，361)檢測到的位于所述移動平臺(350)和所述對象(50)之間的障礙。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的將對象涂漆的儀器，其中提供接口部件(80)，其被安排以將所述涂漆頭(70)嚙合至預定工具(90)，此外所述接口部件(80)提供有被安排以操作或關(guān)閉所述預定工具(90)的驅(qū)動部件(140)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的將對象涂漆的儀器，其中所述驅(qū)動部件(140)包括主體(145)和多個與所述主體樞轉(zhuǎn)連接(145)的二級細長體或方陣(146)，所述二級細長體或方陣的每一個包括串聯(lián)安排和樞轉(zhuǎn)連接的預定數(shù)量的剛性體或“接頭”(147)，所述剛性體的每一個能夠機械地使其自身適于所述操縱工具(90)的形狀。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求任何一項所述的將對象涂漆的儀器，其中進一步提供以下特征:輔助投影部件，所述輔助投影部件被安排以將結(jié)構(gòu)光激光投影到所述對象上； 檢測部件，其被安排以檢測由所述對象反射的所述結(jié)構(gòu)光并將所述結(jié)構(gòu)光轉(zhuǎn)換成所述投影部件距所述對象的附加距離信號。
12.將對象涂漆的方法，所述對象尤其是汽車車身部分，所述方法包括以下步驟: 在預定的工作區(qū)域內(nèi)安排涂漆頭，所述涂漆頭配備有至少一個被安排以將油漆流輸送到對象表面的噴霧嘴； 在所述工作區(qū)域內(nèi)移動所述涂漆頭，所述移動由具有至少兩個自由度的移動部件執(zhí)行； 其特征在于還提供進一步的步驟: 識別所述對象的所述表面的三維形狀，所述識別步驟包括以下步驟: 將紅外點的網(wǎng)格或矩陣投影到所述對象的所述表面上，獲得包含多個點的投影圖像；檢測所述投影圖像，獲得包括多個具有確定空間坐標(x，y，z)的點或像素的檢測到的投影圖像，所述檢測步驟由整合到所述涂漆頭的光學傳感器部件執(zhí)行； 處理所述檢測到的投影圖像，安排所述處理步驟以確定所述檢測到的投影圖像的所述點的每一個的所述空間坐標(X，y, z)，從而確定所述對象的三維形狀，所述空間坐標X，y根據(jù)所述檢測到的投影圖像中每個點或像素的位置來確定，而所述空間坐標Z根據(jù)相應(yīng)的點或像素的灰度值來確定； 根據(jù)所述點的所述空間坐標在所述工作區(qū)域內(nèi)移動所述涂漆頭，以這樣的方式，在所述涂漆步驟時，所述噴霧嘴被安排距所述對象的所述表面大體上固定的距離并可跟隨其彎曲。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的方法，其中所述處理步驟包括以下步驟: 將所述三維形狀轉(zhuǎn)換為所述對象的所述表面的二維幾何形狀，計算所述檢測到的投影圖像所述點或像素的灰度值來執(zhí)行所述轉(zhuǎn)換步驟； 比較所述二維幾何形狀與預定的數(shù)據(jù)庫中包含的多個模型的二維幾何形狀，根據(jù)所述檢測到的投影圖像的預定的一組點的灰度值和所述模型相應(yīng)的一組點的灰度值來執(zhí)行所述比較步驟； 將所述對象關(guān)聯(lián)至所述多個相應(yīng)的相似性指數(shù)is的每個模型； 在所述多個模型中選擇具有最高相似性指數(shù)或高于預定閾值i/的相似性指數(shù)i s的模型； 將所述所選模型關(guān)聯(lián)至所述對象的所述二維幾何形狀； 顯示關(guān)聯(lián)至所述所選模型的各種顏色； 在所述各種顏色中選擇預定顏色。
14.根據(jù)權(quán)利要求12或13所述的方法，其中所述比較步驟包括以下步驟: 根據(jù)所述檢測到的投影圖像的所述點或像素的所述灰度值識別所述二維幾何形狀的輪廓或外緣； 所述識別步驟提供以下步驟: 計算所述檢測到的投影圖像的所述多個點的所有點或像素中的最高灰度值Imax，其對應(yīng)于距所述傳感器部件最遠的點或像素； 計算所述檢測到的投影圖像的所述多個點的所有點或像素中的最低灰度值Imin，其對應(yīng)于距所述傳感器部件最近的點或像素； 將第一灰度值關(guān)聯(lián)至所有具有位于Imax和I min之間的灰度值的點，并將第二灰度值關(guān)聯(lián)至所有具有不同灰度的點； 比較所述限定的輪廓或外緣與所述數(shù)據(jù)庫中包含的所述多個模型的輪廓或外緣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述第一灰度值為對應(yīng)于白色的“255”，所述第二灰度值為對應(yīng)于黑色的“O”。
16.根據(jù)權(quán)利要求12至15所述的方法，其中提供定心步驟，用于相對于所述待檢測的對象的所述表面對所述傳感器部件進行定心，所述定心步驟包括以下步驟: 檢測所述光學傳感器部件相對于所述對象的所述表面的位置，所述檢測包括以下步驟: 通過所述處理部件確定所述檢測到的投影圖像的矩心的空間坐標； 創(chuàng)建被安排以近似所述檢測到的投影圖像的參照物的幾何圖形； 通過所述處理部件識別所述參照物幾何圖形的中心； 相對于所述對象移動所述光學傳感器部件，并從而移動所述涂漆頭，直到使所述幾何圖形的所述中心與所述檢測到的投影圖像的所述矩心和所述光學傳感器部件的所述位置大體上一致。
【文檔編號】G06T7/00GK104487174SQ201380038584
【公開日】2015年4月1日 申請日期:2013年5月21日 優(yōu)先權(quán)日:2012年5月21日
【發(fā)明者】A·曼茲, S·羅切拉, J·布茨歐尼, F·萊昂尼, G·費里, T·菲奧勒利 申請人:Cmo 索迪尼蒂諾和C.S.N.C.公司, 圣安娜高等學校