CN113715935A - 一种汽车挡风玻璃自动装配***及自动装配方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种汽车挡风玻璃自动装配***及自动装配方法，自动装配***包括3D视觉模块、机器人、机器人控制模块、挡风玻璃抓取模块和图像处理模块。本发明利用结构光和双目视觉***组成的3D视觉模块，在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃与车体车窗框装配过程中，拍摄装配图像，获取多组特征点对，通过特征点检测车窗与车窗框之间的装配间隙，机器人在机器人控制模块控制下，根据视觉检测***获得的装配间隙对机器人装配路线进行调整，最终达到装配要求。应用本发明可以实现汽车挡风玻璃的自动装配，无需人为干预，并可提高汽车挡风玻璃的自动化装配精度。

Description

一种汽车挡风玻璃自动装配***及自动装配方法

技术领域

本发明涉及汽车自动装配领域，更具体地，涉及一种汽车挡风玻璃自动装配***及自动装配方法。

背景技术

对于汽车挡风玻璃的自动装配领域，目前大部分汽车挡风玻璃装配在涂胶阶段基本实现了自动化涂胶，而传统的挡风玻璃安装中，玻璃上料、安装大部分依赖于人工参与的半自动化安装。而由于人工的参与，导致安装的一致性差，效率低下。只有极少数新建设的整车生产线才实现了包括汽车挡风玻璃安装在内的全流程自动化。

对于现有已实现的依靠机器视觉进行挡风玻璃自动化装配，主要是依靠机器视觉对车体车窗框进行定位，与设定好的车窗框模板比较，依此规划机器人安装轨迹。

国内现有依赖机器视觉进行汽车挡风玻璃装配的技术存在的问题是：

(1)汽车车身在制造过程中，由于制造误差导致车体车窗框一致性差，机器人控制器所规划的路线不能通用，需要根据制造误差进行调整。

(2)汽车挡风玻璃在制造过程中，由于制造误差导致汽车挡风玻璃一致性差，传统依赖机器视觉进行汽车挡风玻璃装配的技术，通常只考虑车身制造误差，而忽略了挡风玻璃制造误差，导致装配精度低。

(3)现有的装配的技术，通过对车体车窗框的空间位置坐标系的计算，规划机器人装配轨迹，缺乏装配检测装置，无法进行闭环调节。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，提供一种汽车挡风玻璃自动装配***及自动装配方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种汽车挡风玻璃自动装配***，包括3D视觉模块、机器人、机器人控制模块、挡风玻璃抓取模块和图像处理模块；

所述3D视觉模块，用于在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃与车体车窗框装配过程中，抓取装配图像；

所述图像处理模块，用于根据所述装配图像，提取相应的多组特征点对，并基于多组特征点对，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙；

所述机器人控制模块，用于根据所述汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，规划机器人的装配路线，并控制机器人按照规划的装配路线对汽车挡风玻璃进行装配。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作出如下改进。

可选的，所述3D视觉模块包括4个，每一个所述3D视觉模块包括结构光和双目视觉***，4个3D视觉模块均安装于机器人的机械臂上；4个所述3D视觉模块，用于在汽车挡风玻璃安装过程中，获取多组特征点对。

可选的，所述结构光为一维激光测位仪，4个所述3D视觉模块，用于在汽车挡风玻璃安装过程中，获取多组特征点对，包括：

在所述挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃时，获取包含汽车挡风玻璃上的多个边界点的第一图像，汽车挡风玻璃上的多个边界点为挡风玻璃的多个特征点；

当所述挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃按照规划的装配线路运动至车体车窗框上方时，获取包含车体车窗框的多个边界点的第二图像，所述车体车窗框的多个边界点为车体车窗框的多个特征点；

相应的，所述图像处理模块，用于：

分别从所述第一图像中提取出汽车挡风玻璃的多个特征点和从所述第二图像中提取出车体车窗框的多个特征点，其中，汽车挡风玻璃的多个特征点和车体车窗框的多个特征点形成多组特征点对；

基于汽车挡风玻璃的多个特征点和对应的车体车窗框的多个特征点，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙。

可选的，所述挡风玻璃抓取模块包括四个玻璃吸盘，四个玻璃吸盘安置在挡风玻璃抓取模块的四个角，用于对汽车挡风玻璃的四个角进行抓取。

可选的，所述机器人为六自由度机器人，包括两部分，第一部分为具有3个控制轴数的手臂，由3个控制轴的运动确定机器人末端参考点的空间位置；第二部分为具有3个控制轴数的手腕，由3个控制轴的运动确定机器人末端工具的姿态。

可选的，还包括挡风玻璃对中定位模块，包括横向对中夹紧机构和纵向对中夹紧机构；所述横向对中夹紧机构通过两边的夹紧滚轮夹紧汽车挡风玻璃，完成横向对中夹紧，所述纵向对中夹紧机构通过夹紧滚轮夹紧汽车挡风玻璃，完成纵向对中夹紧，以完成对汽车挡风玻璃的对中定位。

根据本发明的第二方面，提供了一种汽车挡风玻璃自动装配方法，包括：

车身吊具悬吊车身进入自动装配区域，进入预定位置后吊具静止机械定位，车体车窗框架到达预定位置，完成定位；

汽车挡风玻璃置于对中工作台上，通过挡风玻璃对中定位模块完成汽车挡风玻璃的对中定位；

挡风玻璃抓取模块对完成对中定位的汽车挡风玻璃进行抓取，将抓取的汽车挡风玻璃输送至3D视觉模块的拍摄范围内；

多个3D视觉模块对装配过程中的预定区域进行拍摄，抓取装配图像；

图像处理模块根据所述装配图像，提取相应的多组特征点对，并基于多组特征点对，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙；

机器人控制模块根据所述汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，规划机器人的装配路线，并控制机器人按照规划的装配路线抓取汽车挡风玻璃进行装配。

可选的，所述3D视觉模块中包括结构光和双目视觉***，所述结构光为一维激光测位仪；所述多个3D视觉模块对装配过程中的预定区域进行拍摄，抓取装配图像，包括：

在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃时，一维激光测位仪将一字光平面投射在汽车挡风玻璃上，形成一条特征激光直线，并成像在相机图像平面上，获取包含汽车挡风玻璃上的多个边界点的第一图像，所述汽车挡风玻璃上的多个边界点为汽车挡风玻璃的多个特征点；

当挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃按照规划的装配线路运动至车体车窗框上方时，一维激光测位仪将一字光平面分别投射在汽车挡风玻璃上与车体车窗框上，分别在汽车挡风玻璃上与车体车窗框形成一条特征激光直线，并成像在相机成像平面上，获取包含除汽车挡风玻璃上的边界点以外的车体车窗框的多个边界点的第二图像，所述车体车窗框的多个边界点为车体车窗框的多个特征点，且车体车窗框的多个特征点与汽车挡风玻璃的多个特征点一一对应。

可选的，所述图像处理模块根据所述装配图像，提取相应的多组特征点对，并基于多组特征点对，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，包括：

根据光学三角法原理，基于相机成像原理从所述第一图像以及从所述第二图像中获得特征激光直线上每一点的空间位置坐标，获取汽车挡风玻璃的多个特征点的空间位置坐标和车体车窗框的多个特征点的空间位置坐标，形成多组特征点对；

将每一组特征点对的两个特征点之间的距离分为装配水平间隙l和装配垂直高度差h，得到多组装配水平间隙l和装配垂直高度差h。

可选的，所述机器人控制模块根据所述汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，规划机器人装配路线，并控制机器人按照规划的装配路线抓取汽车挡风玻璃进行装配，还包括：

根据获得的多组装配垂直高度差h，调整机器人轨迹使得四组装配垂直高度差h在同一数值误差范围内；

获取调整后的装配水平间隙l，调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围，若多组装配水平间隙l中有1或2组无法通过调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内，则***报错，停止装配；

若多组装配水平间隙通过调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内，则在机器人控制下沿装配垂直高度差h方向，下降一定距离,并重复装配间隙检测、误差判断、沿装配垂直高度下降，直到装配垂直高度差h为零完成装配。

本发明提供的一种汽车挡风玻璃自动装配***及自动装配方法，可以对汽车挡风玻璃安装过程中挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙进行检测，并依据所测得的装配间隙对机器人运动轨迹进行调整，从而提高装配效率，提高装配精度，减少人工劳动强度。

附图说明

图1为本发明提供的一种汽车挡风玻璃自动装配***的结构示意图；

图2为获取的汽车挡风玻璃的一个特征点的示意图；

图3为获取的汽车挡风玻璃的多组特征点对对的示意图；

图4为获取的车体车窗框的一个特征点的示意图；

图5为获取的车体车窗框的多组特征点对对的示意图；

图6为根据一组特征点对计算出的装配水平间隙l和装配垂直高度差h的示意图；

图7为汽车挡风玻璃的装配工序流程图。

附图中，各标号所代表的部件名称如下：

1、一维激光测位仪，2、双目视觉***。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

图1为本发明提供的一种汽车挡风玻璃自动装配***，该自动装配***主要包括3D视觉模块、机器人、机器人控制模块、挡风玻璃抓取模块和图像处理模块。

其中，3D视觉模块，用于在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃与车体车窗框装配过程中，抓取装配图像；图像处理模块，用于根据装配图像，提取相应的多组特征点对，并基于多组特征点对，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙；机器人控制模块，用于根据所述汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，规划机器人的装配路线，并控制机器人按照规划的装配路线对汽车挡风玻璃进行装配。

可以理解的是，基于背景技术中的缺陷，本发明实施例提出了一种汽车挡风玻璃自动装配***，能够实现汽车挡风玻璃安装在内的全流程自动化。

该汽车挡风玻璃自动装配***主要包括3D视觉模块、机器人、机器人控制模块、挡风玻璃抓取模块和图像处理模块。其中3D视觉模块安装在机器人上，采集机器人抓取的挡风玻璃与车体车窗框之间的装配图像，将采集到的图像传输给图像处理模块。图像处理模块接收由3D视觉模块传输来的装配图像，计算挡风玻璃与车体车窗框的空间位置关系，计算其空间位置坐标系，依靠手眼标定，将传感器坐标系的信息转化为机器人坐标系，计算其装配间隙。机器人控制模块控制机器人，依靠挡风玻璃抓取模块抓起待安装的挡风玻璃，根据图像处理模块所得的装配间隙规划机器人装配路线，对汽车挡风玻璃进行安装。

本发明利用结构光和双目视觉***2组成的3D视觉模块，在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃与车体车窗框装配过程中，拍摄装配图像，获取多组特征点对，通过特征点检测汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，机器人在机器人控制模块下，根据视觉检测***获得的装配间隙对机器人的装配路线进行调整，最终达到装配要求。应用本发明可以实现汽车挡风玻璃的自动装配，无需人为干预，并可提高汽车挡风玻璃的自动化装配精度。

在一种可能的实施例方式中，3D视觉模块包括4个，每一个3D视觉模块包括结构光和双目视觉***2，4个3D视觉模块均安装于机器人的机械臂上，4个3D视觉模块，用于在汽车挡风玻璃安装过程中，获取多组特征点对。

可以理解的是，3D视觉模块由结构光和双目视觉***2组成，整个视觉***由4套3D视觉模块组成，并安装在机械臂上，对挡风玻璃安装过程中4个区域、8个关键点进行拍照。其中，需要对3D视觉模块进行标定，并将其融合到一个公共坐标系中。

其中，3D视觉模块中的结构光为一维激光测位仪1，具体的，在利用4个3D视觉模块获取包含汽车挡风玻璃的多个特征点的图像(称为第一图像)和包含车体车窗框的多个特征点的图像(称为第二图像)，在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃时，一维激光测位仪1会将一字光平面投射在挡风玻璃上，形成一条特征激光直线，并成像在相机图像平面上，并获得挡风玻璃上的多个边界点，并作为汽车挡风玻璃的多个特征点，如图2所示，四组3D视觉模块所获得的四个特征点如图3所示，3D视觉模块于挡风玻璃相对静止，挡风玻璃上的多个特征点在获得的成像图像中始终位于同一位置。

挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃按照预定轨迹运动至车体车窗框上方时，一维激光测位仪1会将一字光平面投射在挡风玻璃上与车体车窗框上，此时会分别在挡风玻璃上与车体车窗框形成一条特征激光直线，并成像在相机成像平面上，并获得除挡风玻璃上的边界点以外的车体车窗框边界点，并将车体车窗框边界点作为特征点，如图4所示，四组3D视觉模块所获得的车体车窗框的多个特征点如图5所示。

通过4个3D视觉模块获取了第一图像和第二图像，图像处理模块分别从第一图像中提取出汽车挡风玻璃的多个特征点和从第二图像中提取出车体车窗框的多个特征点，汽车挡风玻璃的多个特征点和车体车窗框的多个特征点形成多组特征点对。基于汽车挡风玻璃的多个特征点和对应的车体车窗框的多个特征点，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，可参见图6。

其中，挡风玻璃抓取模块包括四个玻璃吸盘，四个玻璃吸盘安置在挡风玻璃抓取模块的4个角，用于对汽车挡风玻璃的四个角进行抓取。

机器人为六自由度机器人，包括两部分，第一部分为具有3个控制轴数的手臂，由3个控制轴的运动确定机器人末端参考点的空间位置；第二部分为具有3个控制轴数的手腕，由3个控制轴的运动确定机器人末端工具的姿态。

在一种可能的实施例方式中，汽车挡风玻璃自动装配***还包括挡风玻璃对中定位模块，包括横向对中夹紧机构和纵向对中夹紧机构。横向对中夹紧机构通过两边的夹紧滚轮夹紧挡风玻璃，完成横向对中夹紧，纵向对中夹紧机构通过夹紧滚轮夹紧挡风玻璃，完成纵向对中夹紧，以完成对汽车挡风玻璃的对中定位，以保证六自由度机器人依靠抓取装置抓取汽车挡风玻璃时的位置一致性。

其中，图像处理模块接收来自3D视觉模块传输来的装配图像，检测挡风玻璃装配水平面间隙与高度差，调整原定机器人的装配路线，以提高汽车挡风玻璃的装配精度。

其中，参见图7，汽车挡风玻璃自动装配***的装配过程具体包括以下工序：

工序A，车体车窗框依靠车身吊具传送至预定自动化区域，吊具静止机械定位；

工序B，挡风玻璃在挡风玻璃对中定位模块中完成定位；

工序C，机器人依靠挡风玻璃抓取模块，抓取玻璃对中定位模块中的挡风玻璃；

工序D，机器人按照预定轨迹抓取挡风玻璃，至车体车窗框上方3D视觉模块拍摄范围内；

工序E，3D视觉模块对装配边缘4个区域拍摄，获得8个特征点,如图3所示；

工序F，图像处理模块接收来自3D视觉模块传输来的装配图像，根据获得的4个区域的图像、8个特征点，检测汽车挡风玻璃装配间隙与高度差；

工序G，根据检测到的汽车挡风玻璃装配间隙与高度差，对机器人的装配路径规划进行修改，汽车挡风玻璃在机器人的运动下，每下降一定高度后重复执行工序E、F；

工序H，根据高度差，按修改后的路径行进至车体车窗框与挡风玻璃间装配高度差为20mm处时，再次执行工序E、F；

工序I，重新计算装配间隙，如装配间隙大于装配技术要求，且无法通过调整以满足安装要求，则执行工序J，若检测挡风玻璃装配间隙符合装配技术要求，则执行工序K；

工序J，***报警信息提示，车体车窗框或挡风玻璃制造误差过大，无法完成装配过程；

工序K，按修改后装配路线进行装配，完成装配。

其中，执行工序E时包括以下步骤：

步骤一，完成相机标定及结构光光平面标定；

步骤二，计算4个3D视觉模块之间的相对位置，将每个传感***的三维测量值转换为公共坐标系下的坐标值。

步骤三，完成手眼标定，实现机器人坐标系与相机坐标系之间转换，使用相机坐标系来操纵机器人。

步骤四，4个相机在预定位置获得4幅图像，每幅图像会有两条分开的激光线投射在车体车窗框和汽车挡风玻璃上如图4所示，选择车体车窗框和汽车挡风玻璃上的边界点为特征点，获得8个特征点如图5所示，用这8个特征点确定汽车挡风玻璃与车体窗框间的装配间隙与高度差。

本发明还提供了一种汽车挡风玻璃自动装配方法，主要包括如下步骤：

首先，车身吊具悬吊车身进入自动装配区域，进入预定位置后吊具静止机械定位，车体车窗框架到达预定位置，完成定位。

汽车挡风玻璃置于对中工作台上，完成汽车挡风玻璃对中定位。横向对中夹紧机构通过两边的夹紧滚轮夹紧挡风玻璃，完成横向对中夹紧；纵向对中夹紧机构通过夹紧滚轮夹紧挡风玻璃，完成纵向对中夹紧。

挡风玻璃抓取模块通过玻璃吸盘，对完成对中定位的汽车挡风玻璃的抓取。挡风玻璃抓取模块包含4个玻璃吸盘，4个玻璃吸盘安置在挡风玻璃抓取模块4个角，对应汽车挡风玻璃4个角。每个吸盘都由单独的控制器控制，防止故障意外坠落。

机器人在机器人控制模块控制下，通过挡风玻璃抓取模块抓取完成对中定位的挡风玻璃，按预定轨迹输送至3D视觉模块拍摄范围内。

4个3D视觉模块安装在机器人末端，对预定区域进行拍摄。3D视觉模块需要提前完成相机模块部分参数的计算，包括相机标定、手眼标定、和双目视觉的参数。首先需要知道4个3D视觉模块之间的相对位置关系，用于将3D视觉***获得的三维测量值转换为公共坐标系。需要选取其中一个3D视觉模块中的相机作为相机参考坐标系，对每个3D视觉模块中的相机选用相同的世界坐标系进行标定。然后计算每个相机在同一世界坐标系下的相对位置坐标，然后将每个相机在同一世界坐标系下的坐标转换为选中的相机参考坐标系下的坐标。最后通过手眼标定获得的参数将其转换为机器人坐标系下的坐标。

挡风玻璃按预定轨迹输送至3D视觉模块拍摄范围内后，3D视觉模块对预定区域进行拍摄，获得4幅图像。具体拍摄过程为，其中，3D视觉模块中包括结构光和双目视觉***，结构光为一维激光测位仪，

在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃时，一维激光测位仪将一字光平面投射在汽车挡风玻璃上，形成一条特征激光直线，并成像在相机图像平面上，获取包含汽车挡风玻璃上的多个边界点的第一图像，所述汽车挡风玻璃上的多个边界点为汽车挡风玻璃的多个特征点；

当挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃按照规划的装配线路运动至车体车窗框上方时，一维激光测位仪将一字光平面分别投射在汽车挡风玻璃上与车体车窗框上，分别在汽车挡风玻璃上与车体车窗框形成一条特征激光直线，并成像在相机成像平面上，获取包含除汽车挡风玻璃上的边界点以外的车体车窗框的多个边界点的第二图像，所述车体车窗框的多个边界点为车体车窗框的多个特征点，且车体车窗框的多个特征点与汽车挡风玻璃的多个特征点一一对应。

图像处理模块根据光学三角法原理，基于相机成像原理从所述第一图像以及从所述第二图像中获得特征激光直线上每一点的空间位置坐标，获取汽车挡风玻璃的多个特征点的空间位置坐标和车体车窗框的多个特征点的空间位置坐标，形成多组特征点对；将每一组特征点对中的两个特征点之间的距离分为装配水平间隙l和装配垂直高度差h，得到多组装配水平间隙l和装配垂直高度差h。

其中，图像处理模块通过4幅图像、8个特征点计算获取装配间隙与高度差，并规划出新的装配路径，机器人控制模块控制机器人按规划路径行进。此步骤是为了降低高度，提高检测精度，并进一步提高装配精度。

计算出了多组装配水平间隙l和垂直高度差h后，对汽车挡风玻璃进行装配的过程为，根据获得的多组装配垂直高度差h，调整机器人轨迹使得四组装配垂直高度差h在同一数值误差范围内；获取调整后的装配水平间隙l，调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围，若多组装配水平间隙l中有1或2组无法通过调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内，则***报错，停止装配；若多组装配水平间隙通过调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内，则在机器人控制下沿装配垂直高度差h方向，下降一定距离,并重复装配间隙检测、误差判断、沿装配垂直高度下降，直到装配垂直高度差h为零完成装配。

综上，本发明实施例提供的汽车挡风玻璃自动装配方法主要包括以下步骤：

工序一、在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃时，一维激光测位仪会将一字光平面投射在挡风玻璃上，形成一条特征激光直线，并成像在相机图像平面上，并获得挡风玻璃上的多个边界点，并作为汽车挡风玻璃的多个特征点，如图2所示，四组3D视觉模块所获得的特征点如图3所示，3D视觉模块于挡风玻璃相对静止，挡风玻璃上的多个特征点在获得的成像图像中始终位于同一位置。

工序二，挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃按照预定轨迹运动至车体车窗框上方时，一维激光测位仪会将一字光平面投射在挡风玻璃上与车体车窗框上，此时会分别在挡风玻璃上与车体车窗框形成一条特征激光直线，并成像在相机成像平面上，并获得除挡风玻璃上的边界点以外的车体车窗框的多个边界点，并将车体车窗框的多个边界点作为车体车窗框的多个特征点，如图4所示，四组3D视觉模块所获得的车体车窗框的多个特征点如图5所示。

工序三，根据光学三角法原理可以根据相机成像获得特征激光直线上每一点的空间位置坐标，并获得所有特征点的空间位置坐标。将每一组特征点对中的两个特征点之间的距离分成装配水平间隙l与装配垂直高度差h如图6所示，得到四组装配水平间隙l与装配垂直高度差h。

工序四，根据获得的四组装配垂直高度差h，调整机器人轨迹使得四组装配垂直高度差h在同一数值得误差范围内，保证挡风玻璃的垂直安装精度。

工序五，重复工序三获得经过工序四调整后的装配水平间隙l，调整机器人轨迹使得四组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内。若四组装配水平间隙l中有1或2组无法通过调整机器人轨迹使得四组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内，则执行工序六；若四组装配水平间隙可通过调整机器人轨迹使得四组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内，则执行工序七。

工序六，车体车窗框或汽车挡风玻璃制造误差过大，导致无法正常装配，***报错，停止装配。

工序七，挡风玻璃在机器人控制下沿装配垂直高度差h方向，垂直下降一定距离，靠近待安装车体车窗框，并重复工序三、工序四、工序五，直到装配垂直高度差h为零完成装配。

本发明实施例提供的一种汽车挡风玻璃自动装配***及自动装配方法，在汽车挡风玻璃与车体车窗框装配过程中，通过3D视觉***拍摄装配图像，获取多组特征点对，通过特征点检测车窗与车窗框之间的装配间隙，机器人在机器人控制模块下，根据视觉检测***获得的装配间隙对装配路线进行调整，最终达到装配要求。应用本发明可以实现汽车挡风玻璃的自动装配，无需人为干预，并可提高汽车挡风玻璃的自动化装配精度。

需要说明的是，在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详细描述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式计算机或者其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包括这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种汽车挡风玻璃自动装配***，其特征在于，包括3D视觉模块、机器人、机器人控制模块、挡风玻璃抓取模块和图像处理模块；

所述3D视觉模块，用于在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃与车体车窗框装配过程中，抓取装配图像；

所述图像处理模块，用于根据所述装配图像，提取相应的多组特征点对，并基于多组特征点对，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙；

所述机器人控制模块，用于根据所述汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，规划机器人的装配路线，并控制机器人按照规划的装配路线对汽车挡风玻璃进行装配。

2.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃自动装配***，其特征在于，所述3D视觉模块包括4个，每一个所述3D视觉模块包括结构光和双目视觉***，4个3D视觉模块均安装于机器人的机械臂上；

4个所述3D视觉模块，用于在汽车挡风玻璃安装过程中，获取多组特征点对。

3.根据权利要求2所述的汽车挡风玻璃装配***，其特征在于，所述结构光为一维激光测位仪，4个所述3D视觉模块，用于在汽车挡风玻璃安装过程中，获取多组特征点对，包括：

在所述挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃时，获取包含汽车挡风玻璃上的多个边界点的第一图像，汽车挡风玻璃上的多个边界点为挡风玻璃的多个特征点；

当所述挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃按照规划的装配线路运动至车体车窗框上方时，获取包含车体车窗框的多个边界点的第二图像，所述车体车窗框的多个边界点为车体车窗框的多个特征点；

相应的，所述图像处理模块，用于：

分别从所述第一图像中提取出汽车挡风玻璃的多个特征点和从所述第二图像中提取出车体车窗框的多个特征点，其中，汽车挡风玻璃的多个特征点和车体车窗框的多个特征点形成多组特征点对；

基于汽车挡风玻璃的多个特征点和对应的车体车窗框的多个特征点，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙。

4.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃自动装配***，其特征在于，所述挡风玻璃抓取模块包括四个玻璃吸盘，四个玻璃吸盘安置在挡风玻璃抓取模块的四个角，用于对汽车挡风玻璃的四个角进行抓取。

5.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃自动装配***，其特征在于，所述机器人为六自由度机器人，包括两部分，第一部分为具有3个控制轴数的手臂，由3个控制轴的运动确定机器人末端参考点的空间位置；第二部分为具有3个控制轴数的手腕，由3个控制轴的运动确定机器人末端工具的姿态。

6.根据权利要求1所述的汽车挡风玻璃自动装配***，其特征在于，还包括挡风玻璃对中定位模块，包括横向对中夹紧机构和纵向对中夹紧机构；

所述横向对中夹紧机构通过两边的夹紧滚轮夹紧汽车挡风玻璃，完成横向对中夹紧，所述纵向对中夹紧机构通过夹紧滚轮夹紧汽车挡风玻璃，完成纵向对中夹紧，以完成对汽车挡风玻璃的对中定位。

7.一种汽车挡风玻璃自动装配方法，其特征在于，包括：

车身吊具悬吊车身进入自动装配区域，进入预定位置后吊具静止机械定位，车体车窗框架到达预定位置，完成定位；

汽车挡风玻璃置于对中工作台上，通过挡风玻璃对中定位模块完成汽车挡风玻璃的对中定位；

挡风玻璃抓取模块对完成对中定位的汽车挡风玻璃进行抓取，将抓取的汽车挡风玻璃输送至3D视觉模块的拍摄范围内；

多个3D视觉模块对装配过程中的预定区域进行拍摄，抓取装配图像；

图像处理模块根据所述装配图像，提取相应的多组特征点对，并基于多组特征点对，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙；

机器人控制模块根据所述汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，规划机器人的装配路线，并控制机器人按照规划的装配路线抓取汽车挡风玻璃进行装配。

8.根据权利要求7所述的汽车挡风玻璃自动装配方法，其特征在于，所述3D视觉模块中包括结构光和双目视觉***，所述结构光为一维激光测位仪；所述多个3D视觉模块对装配过程中的预定区域进行拍摄，抓取装配图像，包括：

在挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃时，一维激光测位仪将一字光平面投射在汽车挡风玻璃上，形成一条特征激光直线，并成像在相机成像平面上，获取包含汽车挡风玻璃上的多个边界点的第一图像，所述汽车挡风玻璃上的多个边界点为汽车挡风玻璃的多个特征点；

当挡风玻璃抓取模块抓取汽车挡风玻璃按照规划的装配线路运动至车体车窗框上方时，一维激光测位仪将一字光平面分别投射在汽车挡风玻璃上与车体车窗框上，分别在汽车挡风玻璃上与车体车窗框形成一条特征激光直线，并成像在相机成像平面上，获取包含除汽车挡风玻璃上的边界点以外的车体车窗框的多个边界点的第二图像，所述车体车窗框的多个边界点为车体车窗框的多个特征点，且车体车窗框的多个特征点与汽车挡风玻璃的多个特征点一一对应。

9.根据权利要求8所述的汽车挡风玻璃自动装配方法，其特征在于，所述图像处理模块根据所述装配图像，提取相应的多组特征点对，并基于多组特征点对，计算汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，包括：

根据光学三角法原理，基于相机成像原理从所述第一图像以及从所述第二图像中获得特征激光直线上每一点的空间位置坐标，获取汽车挡风玻璃的多个特征点的空间位置坐标和车体车窗框的多个特征点的空间位置坐标，形成多组特征点对；

将每一组特征点对的两个特征点之间的距离分为装配水平间隙l和装配垂直高度差h，得到多组装配水平间隙l和装配垂直高度差h。

10.根据权利要求9所述的汽车挡风玻璃自动装配方法，其特征在于，所述机器人控制模块根据所述汽车挡风玻璃与车体车窗框之间的装配间隙，规划机器人装配路线，并控制机器人按照规划的装配路线抓取汽车挡风玻璃进行装配，还包括：

根据获得的多组装配垂直高度差h，调整机器人轨迹使得四组装配垂直高度差h在同一数值误差范围内；

获取调整后的装配水平间隙l，调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围，若多组装配水平间隙l中有1或2组无法通过调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内，则***报错，停止装配；

若多组装配水平间隙通过调整机器人轨迹使得多组装配水平间隙l符合安装标准允许的误差范围内，则在机器人控制下沿装配垂直高度差h方向，下降一定距离,并重复装配间隙检测、误差判断、沿装配垂直高度下降，直到装配垂直高度差h为零完成装配。

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