CN105136026A - 一种高铁机车的车前窗的测量和校准方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种高铁机车的车前窗的测量和校准方法及系统。方法包括：由工业机器人操作三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，获取玻璃测量数据和车框测量数据；中央控制装置根据玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型；将玻璃三维模型和车框三维模型进行虚拟装配，计算待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，接收待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，操作打磨装置依据打磨路径对车框进行打磨，形成与玻璃相适配的车前窗的车框；根据待安装垫片的多个参数选取垫片将玻璃和垫片安装于打磨后的车框上。本发明提高高铁机车的车框的打磨效率和打磨精度。

Description

一种高铁机车的车前窗的测量和校准方法及系统

技术领域

本发明涉及高铁设计及机器人控制技术领域，特别涉及一种高铁机车的车前窗的测量和校准方法及系统。

背景技术

目前，高速铁路作为我国主要发展的交通运输方向。其中，高铁机车作为高速铁路的运输工具，是指最高行车速度每小时达到或超过200公里的铁路列车。为了保证高铁机车安全达标运行，需要对高铁机车的多个指标进行配置和考量。其中，车前窗玻璃的组装性能是衡量高铁机车质量的重要指标之一，玻璃安装过程是车辆组装的很重要的环节。

现有的玻璃安装方式，主要还是在安装过程中，根据实际状况不断调整各个部位的打磨量。这就容易出现，如果一旦出现某个部分的打磨程度不够或过多，就会导致玻璃重新安装的问题，大大降低了安装效率和安装精度。并且，目前仍主要采用人工打磨方式。即，由人工操作打磨工具对车框进行打磨。这种打磨方式，打磨人员的劳动强大，人工作业效率低。

发明内容

本发明的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本发明的一个目的在于提出一种高铁机车的车前窗的测量和校准方法，该方法可以避免直接将玻璃和车框进行安装匹配而导致实际过程中不断调整打磨参数，提高了打磨效率和打磨精度。

为了实现上述目的，本发明一方面的实施例提供一种高铁机车的车前窗的测量和校准方法，包括如下步骤：

由工业机器人操作三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，以获取玻璃测量数据和车框测量数据，并将所述玻璃测量数据和车框测量数据发送至中央控制装置；

所述中央控制装置根据所述玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型；

所述中央控制装置将所述玻璃三维模型和车框三维模型进行虚拟装配，分析并处理所述玻璃测量数据和车框测量数据，计算待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，其中，所述垫片安装于玻璃和车框之间以使得所述玻璃与所述车框相适配；

所述工业机器人接收所述待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并由所述工业机器人操作打磨装置依据所述打磨路径对所述车框进行打磨，形成与所述玻璃相适配的车前窗的车框；

所述工业机器人根据计算得到的待安装垫片的多个参数选取垫片，操作玻璃抓取装置、涂胶装置和玻璃上下料工作台将所述玻璃和所述垫片安装于打磨后的车框上，形成所述高铁机车的车前窗。

在本发明的一个实施例中，所述垫片的多个参数包括：垫片的安装位置和厚度；所述打磨路径包括：在车框上的打磨位置和打磨量。

在本发明的又一个实施例中，所述中央控制装置设置圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割，其中，每次切割中，所述圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，且在所述车框三维模型和玻璃三维模型上分别形成多个第一截面和第二截面；计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并将其与对应的预设的理论相对距离进行比较；根据所述实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度或车框的打磨量。

在本发明的另一个实施例中，在所述工业机器人操作打磨装置依据所述打磨路径对所述车框进行打磨之后，还包括如下步骤：所述工业机器人操作三维扫描装置对打磨后的车框进行扫描，获取实际打磨位置和实际打磨量，并发送至所述中央控制装置；所述中央控制装置将所述实际打磨位置和实际打磨量和计算的打磨路径中的打磨位置和打磨量进行比较，计算打磨偏差值。

根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准方法，通过车框和玻璃的测量数据，生成对应的三维模型，利用软件将车框三维模型和玻璃三维模型虚拟匹配，并获取对应的打磨参数和垫片参数。然后，利用上述打磨参数和垫片参数指导实际打磨过程。这种，先在计算机上虚拟匹配得到目标参数，利用目标参数指导实践的过程，可以大大提高打磨精度，避免直接将玻璃和车框进行安装匹配而导致实际过程中不断调整打磨参数，提高了打磨效率和打磨精度。此外，本发明中的三维扫描、抓取、移动等作业过程均由工业机器人操作相应的装置完成，即利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。

为此，本发明的另一个目的在于提出一种高铁机车的车前窗的测量和校准系统，该系统可以避免直接将玻璃和车框进行安装匹配而导致实际过程中不断调整打磨参数，提高了打磨效率和打磨精度。

为了实现上述目的，本发明另一方面的实施例提供一种高铁机车的车前窗的测量和校准系统，包括：工业机器人、三维扫描装置、打磨装置和中央控制装置，其中，所述工业机器人和所述三维扫描装置分别与所述中央控制装置进行通信，所述工业机器人用于根据预设工作内容和工作路径，操作所述三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，以获取玻璃测量数据和车框测量数据，并由所述三维扫描装置将所述玻璃测量数据和车框测量数据发送至所述中央控制装置；所述中央控制装置用于根据所述玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并进行虚拟装配，以及分析并处理所述玻璃测量数据和车框测量数据，计算待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，其中，所述垫片安装于玻璃和车框之间以使得所述玻璃与所述车框相适配；所述工业机器人还用于接收来自所述中央控制装置的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并操作打磨装置依据所述打磨路径对所述车框进行打磨，形成与所述玻璃相适配的车前窗的车框。

在本发明的一个实施例中，所述垫片的多个参数包括：垫片的安装位置和厚度；所述打磨路径包括：在车框上的打磨位置和打磨量。

在本发明的又一个实施例中，所述中央控制装置包括：虚拟装配模块，用于将根据所述玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并将所述玻璃三维模型和车框三维模型进行对齐以完成虚拟装配；切面模块，所述切面模块连接至所述虚拟装配模块，用于设置圆面，并利用所述圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割，其中，每次切割中，所述圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，且在所述车框三维模型和玻璃三维模型上分别形成多个第一截面和第二截面；数据分析模块，所述数据分析模块连接至所述切面模块，用于计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并根据所述实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度或车框的打磨量。

在本发明的另一个实施例中，所述工业机器人还用于在操作打磨装置对所述车框进行打磨后，继续操作三维扫描装置对打磨后的车框进行扫描，获取实际打磨位置和实际打磨量并发送至所述中央控制装置，由所述中央控制装置将所述实际打磨位置和实际打磨量和计算的打磨路径中的打磨位置和打磨量进行比较，计算打磨偏差值。

在本发明的再一个实施例中，所述三维扫描装置为双CCD相机设备。

在本发明的进一个实施例中，所述中央控制装置为可编程逻辑控制PLC控制器。

根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准系统，通过车框和玻璃的测量数据，生成对应的三维模型，利用软件将车框三维模型和玻璃三维模型虚拟匹配，并获取对应的打磨参数和垫片参数。然后，利用上述打磨参数和垫片参数指导实际打磨过程。这种，先在计算机上虚拟匹配得到目标参数，利用目标参数指导实践的过程，可以大大提高打磨精度，避免直接将玻璃和车框进行安装匹配而导致实际过程中不断调整打磨参数，提高了打磨效率和打磨精度。此外，本发明中的三维扫描、抓取、移动等作业过程均由工业机器人操作相应的装置完成，即利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。

本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本发明实施例高铁机车的车前窗的测量和校准方法的流程图；

图2(a)和图2(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人对车身和玻璃进行三维扫描的示意图；

图3为根据本发明实施例的中央控制装置的执行流程图；

图4为根据本发明实施例的玻璃三维模型和车框三维模型的虚拟装配示意图；

图5为根据本发明实施例的切面过程的示意图；

图6为根据本发明实施例的玻璃被切截面和车体被切截面的示意图；

图7为根据本发明实施例的截面间的相对距离的示意图；

图8为根据本发明实施例的切面布局和2D分析结果示意图；

图9为根据本发明实施例的多个截面的相对距离的示意图；

图10为根据本发明实施例的计算的打磨路径的示意图；

图11(a)和图11(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人对车框进行打磨的示意图；

图12为根据本发明实施例的实际打磨路径的示意图；

图13为根据本发明另一个实施例高铁机车的车前窗的测量和校准方法的流程图；

图14(a)和图14(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人对车框进行涂胶的示意图；

图15(a)和图15(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人自动安装玻璃的示意图；

图16(a)和图16(b)分别为根据本发明实施例的工业机器人安装压板后进行涂胶的示意图；

图17为根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准系统的结构框图；

图18为根据本发明实施例的中央控制装置的结构框图；

图19(a)和图19(b)为根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准系统的侧视图和俯视图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

如图1所示，本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准方法，包括如下步骤：

步骤S1，由工业机器人操作三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，以获取玻璃测量数据和车框测量数据，并将上述玻璃测量数据和车框测量数据发送至中央控制装置。

首先，将高铁机车的车身和玻璃分别设置到对应的工作台上。需要说明的是，在车身和玻璃之间搭建有外轴行走系统。其中，外轴行走系统由双滑轨和横梁组成，横梁可在双滑轨上滑动。工业机器人位于横梁上，与横梁联动，可在横梁的带动下沿双滑轨滑动，从而达到相关工作区域。玻璃可以由人工放置于玻璃上下料平台上进行定位和识别，然后进入机器人的工作区域。整条生产线充分利用现有的场地，为了消除生产线外其他设备的震动干扰，底座带有减震垫铁。

下面对工业机器人的操作功能进行说明。其中，工业机器人可以包括机器人本体和控制器，在控制器中预设有机器人本体的工作内容和工作路径，机器人本体可以在控制器的控制下执行对应的操作。例如，工业机器人可以操作其他功能装置，例如，抓取、移动装置到目标位置等。

如图2(a)和图2(b)所示，在完成上述准备工作之后，由工业机器人R操作三维扫描装置S对的高铁机车的车身G和玻璃B进行扫描测量，获得对应的车框测量数据和玻璃测量数据。例如，三维扫描装置S可以采用双CCD相机设备。其中，上述车框测量数据和玻璃测量数据可以作为打磨前的基准数据。然后，将上述获得车框测量数据和玻璃测量数据发送给中央控制装置。其中，中央控制装置具有对数据的存储、分析和处理等功能。

步骤S2，中央控制装置根据步骤S1中得到的玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型。

具体地，中央控制装置根据上述得到的玻璃测量数据和车框测量数据，生成对应的玻璃初始点云和车框初始点云，然后利用上述玻璃初始点云和车框初始点云进行三维重构，生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，离线编程生成前窗打磨程序。由于工业机器人存在系统误差，离线编程生成程序会有一定偏差，打磨位置和姿态与车框实际打磨部位有一定偏差，可通过调整程序中tool参数加以校正，生成基准前窗打磨程序，使打磨位置与前窗一致。

需要说明的是，中央控制装置利用基于虚拟机器人技术开发的离线编程平台，可进行和实际机器人相同的运行仿真。仿真的内容包括机器人场地空间、使用的各种设备、实际程序在机器人中的运行状况、控制信号等内容。从而对机器人工作程序进行仿真运行、奇点检测、碰撞检测、节拍计算、参数调整等，从而可以降低投资风险，加快产品开发进度，显著提高开发效率。此外，还可在不干涉工业机器人工作的情况下，在仿真环境下进行系统培训、编程、优化程序等操作。

步骤S3，中央控制装置将步骤S2中得到的玻璃三维模型和车框三维模型进行虚拟装配，分析并处理玻璃测量数据和车框测量数据，计算待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径。在本发明的一个实施例中，垫片的多个参数包括：垫片的安装位置和厚度。打磨路径包括车框上的打磨位置和打磨量。

首先说明的是，为了保证玻璃B能够正确安装到车框中以形成高铁机车的车前窗，需要对车框G的一些部位进行打磨修理并增加合适的垫片，垫片为安装于玻璃B和车框G之间以使得玻璃B和车框G相适配。但是由于各个车窗的车框、玻璃等都有差异，因此各个车框的打磨部位及打磨量，增加垫片的部位及垫片的厚度可能会有差异，因此需要对这些信息进行测量，才能保证自动化工序的顺利实施。本发明采用机器人测量技术获得打磨部位、打磨量及垫片厚度等信息。即，基于步骤S2中的玻璃测量数据、车框测量数据、玻璃三维模型和车框三维模型，获得上述打磨部位、打磨量及垫片厚度等信息。

下面参考图3对本步骤进行详细说明。

步骤S31，中央控制装置将玻璃三维模型和车框三维模型进行虚拟装配。

如图4所示，中央控制装置采用相应的处理软件，将车框三维模型、玻璃三维模型和车框测量数据、玻璃测量数据分别导入，由于车框三维模型、玻璃三维模型处于装配状态，通过最佳拟合对齐方法，对应的模型和测量数据分别执行对齐操作，即将测得的模型装配成理想的位姿关系，将玻璃和车框的数据进行准配，从而完成玻璃测量数据和车框测量数据的虚拟装配。

步骤S32，中央控制装置设置圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割。如图5所示，每次用圆面去切模型后，玻璃和车框都会分别被切出一截面，圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，并且在车框三维模型上形成多个第一截面，在玻璃三维模型上形成多个第二截面。

需要说明的是，本步骤中的切割部位和切面数量为初步设定，在应用过程中，可根据实际特征确定切割部位和数量。

步骤S33，中央控制装置计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并将其与对应的预设的理论相对距离进行比较。

在本步骤中，中央控制装置切割后的车框和玻璃的数据进行2D分析，即分析各个截面的几何尺寸并与理论值比较。如图6所示，具体地，将同一切割位置处的车框三维模型上形成的第一截面和(车体被切截面)在玻璃三维模型上形成的第二截面(玻璃被切截面)的相对距离进行测量，对两个截面参考线之间的相对距离进行测量，获得该切割位置处的玻璃及车体之间的实际相对距离，如图7中的D1，并将该实际相对距离与预设的理论相对距离进行比较。以此类推，如图8所示，获取各个切割位置处的实际相对距离，并分别与理论相对距离进行比较，从而判断玻璃与车体之间的距离是否合适，如果不合适，则需要增加垫片或对车框进行打磨。

表1是选取的步骤S3中的多个截面的数据分析表，其中：D1～D5为实际测量值，d1～d5为理论值，如图9所示。通过比较便可以获得该截面处的打磨量或者需要加垫片的厚度。

表1

步骤S34，根据实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度或车框的打磨量。

如果在步骤S33中，判断出玻璃与车体之间的距离不合适，则根据实际相对距离和理论相对距离的差值，计算车框上需要加垫片的位置和厚度，或者对车框的打磨点(打磨位置)和打磨量。由此，根据测量的车体各部位需要的打磨量，优化打磨路径。图10为根据本发明实施例的计算的打磨路径的示意图。其中，横坐标为各个打磨点，纵坐标为计算的打磨量(单位：mm)，打磨点与打磨量一一对应。从图10中可以看出，每个打磨点的设置的打磨量均为1mm。

步骤S4，工业机器人R接收安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并由工业机器人R操作打磨装置D依据该打磨路径对车框G进行打磨，形成与玻璃B相适配的车前窗的车框G。

根据步骤S3中获得的打磨路径，在基准打磨程序基础上生成打磨程序，并写入至工业机器人R的控制器。如图11(a)和图11(b)所示，由工业机器人R操作打磨装置依据打磨路径中的打磨位置和打磨量，自动对车框G进行打磨，直至完成打磨路径中的指标。图12为根据本发明实施例的实际打磨路径的示意图。其中，横坐标为各个打磨点，纵坐标为实际打磨量(单位：mm)，打磨点与打磨量一一对应。

这种采用机器人的自动化打磨方式，利用多自由度机器人配合各种工艺设备来实现这些工序，相较于传统的人工打磨方式，可以大大提供作业效率和作业精度。

在本发明的一个实施例中，如图13所示，在步骤S4之后还包括如下步骤：

步骤S6，工业机器人R操作三维扫描装置S再次对打磨后的车框进行扫描，获取实际打磨位置和实际打磨量，并发送至中央控制装置。

步骤S7，中央控制装置将步骤S4中实际打磨后的实际打磨位置和实际打磨量，分别对应与步骤S3中计算得到的打磨路径中的打磨位置和打磨量进行比较，对设定打磨参数进行验证，判断是否与设定打磨参数一致，如果不一致，则计算打磨偏差值。即，对于同一打磨点，将图10中计算得到的打磨量与图12中的实际打磨量进行比较，验证与设定参数是否一致。参考表2，通过实际打磨量和设定打磨量的比较，得出实际偏差值，通过偏差值可知打磨精度。

表2

步骤S5，工业机器人R根据计算得到的待安装垫片的多个参数选取垫片，然后操作玻璃抓取装置、涂胶装置T和玻璃上下料工作台将玻璃B和垫片安装于打磨后的车框G上，形成高铁机车的车前窗。

在完成打磨工序后，如图14(a)和图14(b)所示，由工业机器人R根据预设的涂胶参数，操作涂胶装置T对车框进行涂胶。然后，如图15(a)和图15(b)所示，工业机器人R移动到玻璃上下料平台处，操作玻璃抓取装置Z抓取玻璃B，并自动安装至打磨后的车框G位置处。安装后，由人工安装压板，如图16(a)和图16(b)所示，然后由工业机器人R操作涂胶装置T进行二次涂胶，从而形成高铁机车的车前窗(G,B)。

在本发明的实施例中，工业机器人R可以通过快换装置更换三维扫描装置S、打磨装置D、玻璃抓取装置Z、涂胶装置T等对车框G和玻璃B进行测量、打磨、涂胶和装配。

根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准方法，通过车框和玻璃的测量数据，生成对应的三维模型，利用软件将车框三维模型和玻璃三维模型虚拟匹配，并获取对应的打磨参数和垫片参数。然后，利用上述打磨参数和垫片参数指导实际打磨过程。这种，先在计算机上虚拟匹配得到目标参数，利用目标参数指导实践的过程，可以大大提高打磨精度，避免直接将玻璃和车框进行安装匹配而导致实际过程中不断调整打磨参数，提高了打磨效率和打磨精度。此外，本发明中的三维扫描、抓取、移动等作业过程均由工业机器人操作相应的装置完成，即利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。

如图17所示，本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准系统，包括：工业机器人1、三维扫描装置2、打磨装置3和中央控制装置4。其中，工业机器人1和三维扫描装置2分别与中央控制装置4进行通信。

具体地，其中，工业机器人1可以包括机器人本体和控制器，在控制器中预设有机器人本体的工作内容和工作路径，机器人本体可以在控制器的控制下执行对应的操作。例如，工业机器人1可以操作其他功能装置，例如，抓取、移动装置到目标位置等。工业机器人1用于根据预设工作内容和工作路径，操作三维扫描装置2对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，以获取玻璃测量数据和车框测量数据，并由三维扫描装置2将玻璃测量数据和车框测量数据发送至中央控制装置4。在本发明的一个示例中，三维扫描装置2可以为双CCD相机设备。

中央控制装置4具有对数据的存储、分析和处理等功能。中央控制装置4用于根据玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并将玻璃三维模型和车框三维模型进行对齐以完成虚拟装配，分析并处理玻璃测量数据和车框测量数据，计算待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径。其在本发明的一个实施例中，垫片的多个参数包括：垫片的安装位置和厚度。打磨路径包括车框上的打磨位置和打磨量。

如图18所示，中央控制装置4包括虚拟装配模块41、切面模块42和数据分析模块43。具体地。虚拟装配模块41用于根据玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并将玻璃三维模型和车框三维模型进行对齐以完成虚拟装配。其中，虚拟装配模块41采用相应的处理软件，将车框三维模型、玻璃三维模型和车框测量数据、玻璃测量数据分别导入，由于车框三维模型、玻璃三维模型处于装配状态，通过最佳拟合对齐方法，对应的模型和测量数据分别执行对齐操作，即将测得的模型装配成理想的位姿关系，将玻璃和车框的数据进行准配，从而完成玻璃测量数据和车框测量数据的虚拟装配。

切面模块42连接至虚拟装配模块41，用于设置圆面，并利用圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上，分别进行多次切割。其中，在每次切割过程中，圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，并且在车框三维模型上形成多个第一截面，在玻璃三维模型上形成多个第二截面。

数据分析模块43连接至切面模块42，用于计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并根据实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度或车框的打磨量。其中，垫片为安装于玻璃和车框之间以使得玻璃和车框相适配。

数据分析模块43对切割后的车框和玻璃的数据进行2D分析，即分析各个截面的几何尺寸并与理论值比较。具体地，将同一切割位置处的车框三维模型上形成的第一截面和(车体被切截面)在玻璃三维模型上形成的第二截面(玻璃被切截面)的相对距离进行测量，对两个截面参考线之间的相对距离进行测量，获得该切割位置处的玻璃及车体之间的实际相对距离，并将该实际相对距离与预设的理论相对距离进行比较。以此类推，获取各个切割位置处的实际相对距离，并分别与理论相对距离进行比较，从而判断玻璃与车体之间的距离是否合适，如果不合适，则需要增加垫片或对车框进行打磨。根据实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度或车框的打磨量。

在本发明的一个实施例中，中央控制装置4可以为可编程逻辑控制PLC控制器。

工业机器人1还用于接收来自中央控制装置4的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并操作打磨装置3依据打磨路径对车框进行打磨，形成与玻璃相适配的车前窗的车框。

在本发明的一个实施例中，工业机器人1还用于在操作打磨装置3对车框进行打磨后，继续操作三维操作装置2对打磨后的车框进行扫描，获取实际打磨位置和实际打磨量并发送至中央控制装置4。由中央控制装置4将实际打磨位置和实际打磨量，与计算的打磨路径中的打磨位置和打磨量进行比较，，对设定打磨参数进行验证，判断是否与设定打磨参数一致，如果不一致，则计算打磨偏差值，进一步通过偏差值可知打磨精度。

图19(a)和图19(b)为根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准系统的侧视图和俯视图。

工业机器人1根据计算得到的待安装垫片的多个参数选取垫片，然后操作玻璃抓取装置5、涂胶装置7和玻璃上下料工作台6将玻璃和垫片安装于打磨后的车框上，形成高铁机车的车前窗。

在完成打磨工序后，，由工业机器人1根据预设的涂胶参数，操作涂胶装置7对车框进行涂胶。然后，工业机器人1移动到玻璃上下料平台6处，操作玻璃抓取装置5抓取玻璃，并自动安装至打磨后的车框位置处。安装后，由人工安装压板，然后由工业机器人1操作涂胶装置7进行二次涂胶，从而形成高铁机车的车前窗。在本发明的实施例中，工业机器人1可以通过快换装置11更换三维扫描装置2、打磨装置3、玻璃抓取装置5、涂胶装置7等对车框和玻璃进行测量、打磨、涂胶和装配。

此外，本发明的高铁机车的车前窗的测量和校准系统还包括：系统控制柜8、机器人控制柜9和安全防护系统。其中，中央控制装置4可以设置系统控制柜8内，工业机器人1的控制器可以设置在机器人控制柜9内。安全防护系统10为设置在工作区域两侧的护栏，用于防止对工业机器人1工作的干扰，起到保护作用。

根据本发明实施例的高铁机车的车前窗的测量和校准系统，通过车框和玻璃的测量数据，生成对应的三维模型，利用软件将车框三维模型和玻璃三维模型虚拟匹配，并获取对应的打磨参数和垫片参数。然后，利用上述打磨参数和垫片参数指导实际打磨过程。这种，先在计算机上虚拟匹配得到目标参数，利用目标参数指导实践的过程，可以大大提高打磨精度，避免直接将玻璃和车框进行安装匹配而导致实际过程中不断调整打磨参数，提高了打磨效率和打磨精度。此外，本发明中的三维扫描、抓取、移动等作业过程均由工业机器人操作相应的装置完成，即利用机器人完成自动化安装，相较于传统的人工作业方式，具有更高的作业效率和作业精度，保证了产品质量。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。本发明的范围由所附权利要求极其等同限定。

Claims (10)

1.一种高铁机车的车前窗的测量和校准方法，其特征在于，包括如下步骤：

由工业机器人操作三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，以获取玻璃测量数据和车框测量数据，并将所述玻璃测量数据和车框测量数据发送至中央控制装置；

所述中央控制装置根据所述玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型；

所述中央控制装置将所述玻璃三维模型和车框三维模型进行虚拟装配，分析并处理所述玻璃测量数据和车框测量数据，计算待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，其中，所述垫片安装于玻璃和车框之间以使得所述玻璃与所述车框相适配；

所述工业机器人接收所述待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并由所述工业机器人操作打磨装置依据所述打磨路径对所述车框进行打磨，形成与所述玻璃相适配的车前窗的车框；

所述工业机器人根据计算得到的待安装垫片的多个参数选取垫片，操作玻璃抓取装置、涂胶装置和玻璃上下料工作台将所述玻璃和所述垫片安装于打磨后的车框上，形成所述高铁机车的车前窗。

2.如权利要求1所述的高铁机车的车前窗的测量和校准方法，其特征在于，

所述垫片的多个参数包括：垫片的安装位置和厚度；

所述打磨路径包括：在车框上的打磨位置和打磨量。

3.如权利要求1所述的高铁机车的车前窗的测量和校准方法，其特征在于，所述中央控制装置设置圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割，其中，每次切割中，所述圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，且在所述车框三维模型和玻璃三维模型上分别形成多个第一截面和第二截面；

计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并将其与对应的预设的理论相对距离进行比较；

根据所述实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度或车框的打磨量。

4.如权利要求1所述的高铁机车的车前窗的测量和校准方法，其特征在于，在所述工业机器人操作打磨装置依据所述打磨路径对所述车框进行打磨之后，还包括如下步骤：

所述工业机器人操作三维扫描装置对打磨后的车框进行扫描，获取实际打磨位置和实际打磨量，并发送至所述中央控制装置；

所述中央控制装置将所述实际打磨位置和实际打磨量和计算的打磨路径中的打磨位置和打磨量进行比较，计算打磨偏差值。

5.一种高铁机车的车前窗的测量和校准系统，其特征在于，包括：工业机器人、三维扫描装置、打磨装置和中央控制装置，其中，所述工业机器人和所述三维扫描装置分别与所述中央控制装置进行通信，

所述工业机器人用于根据预设工作内容和工作路径，操作所述三维扫描装置对高铁机车的车身和玻璃进行扫描，以获取玻璃测量数据和车框测量数据，并由所述三维扫描装置将所述玻璃测量数据和车框测量数据发送至所述中央控制装置；

所述中央控制装置用于根据所述玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并进行虚拟装配，以及分析并处理所述玻璃测量数据和车框测量数据，计算待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，其中，所述垫片安装于玻璃和车框之间以使得所述玻璃与所述车框相适配；

所述工业机器人还用于接收来自所述中央控制装置的待安装垫片的多个参数和车框的打磨路径，并操作打磨装置依据所述打磨路径对所述车框进行打磨，形成与所述玻璃相适配的车前窗的车框。

6.如权利要求5所述的高铁机车的车前窗的测量和校准系统，其特征在于，

所述垫片的多个参数包括：垫片的安装位置和厚度；

所述打磨路径包括：在车框上的打磨位置和打磨量。

7.如权利要求5所述的高铁机车的车前窗的测量和校准系统，其特征在于，所述中央控制装置包括：

虚拟装配模块，用于将根据所述玻璃测量数据和车框测量数据生成对应的玻璃三维模型和车框三维模型，并将所述玻璃三维模型和车框三维模型进行对齐以完成虚拟装配；

切面模块，所述切面模块连接至所述虚拟装配模块，用于设置圆面，并利用所述圆面在虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型的多个预设切割位置上分别进行多次切割，其中，每次切割中，所述圆面与虚拟装配后的车框三维模型和玻璃三维模型相交，且在所述车框三维模型和玻璃三维模型上分别形成多个第一截面和第二截面；

数据分析模块，所述数据分析模块连接至所述切面模块，用于计算每个切割位置上的车框三维模型的第一截面和玻璃三维模型的第二截面的实际相对距离，并根据所述实际相对距离和理论相对距离的差值，计算该切割位置处的待安装垫片的厚度或车框的打磨量。

8.如权利要求5所述的高铁机车的车前窗的测量和校准系统，其特征在于，所述工业机器人还用于在操作打磨装置对所述车框进行打磨后，继续操作三维扫描装置对打磨后的车框进行扫描，获取实际打磨位置和实际打磨量并发送至所述中央控制装置，由所述中央控制装置将所述实际打磨位置和实际打磨量和计算的打磨路径中的打磨位置和打磨量进行比较，计算打磨偏差值。

9.如权利要求5所述的高铁机车的车前窗的测量和校准系统，其特征在于，所述三维扫描装置为双CCD相机设备。

10.如权利要求5所述的高铁机车的车前窗的测量和校准系统，其特征在于，所述中央控制装置为可编程逻辑控制PLC控制器。