CN114264261A - 一种玻璃柔性电子检具及其检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了一种玻璃柔性电子检具，工业机器人的一侧固定有用于固定待测玻璃的夹具，所述工业机器人的手臂末端固定有面结构光传感器和距离传感器，所述面结构光传感器和距离传感器连接并输出感应信号至电气控制柜，所述电气控制柜连接并输出驱动信号至工业机器人。本发明可用于汽车玻璃检测，适用于多种型号玻璃的同时批量检测，只需针对不同型号玻璃设计不同夹具，在工业机器人周边布置不同型号玻璃的夹具，并提前借助标准玻璃样片或借助三坐标测量机计算系统误差补偿值即可。

Description

一种玻璃柔性电子检具及其检测方法

技术领域

本发明涉及汽车玻璃检测领域，特别地应用于汽车前挡风玻璃、后挡风玻璃以及车门玻璃等的检测。

背景技术

汽车前挡玻璃一般采用夹层玻璃，夹层玻璃是由两片或多片玻璃中间夹一层有机聚合物中间膜，经过特殊工艺处理加工而成。

汽车前挡玻璃的加工误差主要包括两方面：外曲面形状误差和四周轮廓尺寸误差。外曲面形状误差主要影响汽车高速行驶过程中的风阻以及雨刮除雨效果等，前挡玻璃四周轮廓尺寸误差则影响前挡玻璃装车的装配精度，影响车体密封性。

传统的前挡玻璃检测手段主要为三坐标测量机测量和专用检具检测。三坐标测量机测量具有精度高、测量过程简单的优点，但是其对测量条件要求较高，只能在实验室进行测量，且三坐标测量机维护成本高昂，基本无法实现批量检测。专用检具检测是更常用的检测手段，这类检具一般需要样片数据或三坐标测量机数据作为对比，且不同型号玻璃对应不同检具，在混线生产时需要同时准备多种型号检具进行检测，十分不便。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是实现一种适应性高，能够批量自动化检测玻璃的设备。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种玻璃柔性电子检具，工业机器人的一侧固定有用于固定待测玻璃的夹具，所述工业机器人的手臂末端固定有面结构光传感器和距离传感器，所述面结构光传感器和距离传感器连接并输出感应信号至电气控制柜，所述电气控制柜连接并输出驱动信号至工业机器人。

所述夹具固定待测玻璃的平面设有三个基准球，所述夹具倾斜固定待测玻璃。

所述面结构光传感器和距离传感器的探测方向相同，所述面结构光传感器用于获取基准球的位置信号进行定位，所述距离传感器用于测量待测玻璃外曲面各位置的高度值。

基于所述玻璃柔性电子检具的检测方法，包括以下步骤：

步骤1：将待测玻璃放置于夹具上装夹到位；

步骤2：工业机器人携带面结构光传感器顺序扫描基准球，计算出此时玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，并保存此时玻璃坐标系位置信息；

步骤3：根据步骤2保存的此时玻璃坐标系位置信息，对比标准玻璃样片玻璃坐标系与机器人基坐标系之间的关系，完成当前玻璃测量点位矫正；；

步骤4：获得曲面测量点位的测量距离值并计算曲面距离误差，并判定待测玻璃曲面形状是否合格；

步骤5：获得轮廓测量点位的轮廓点坐标并计算轮廓点坐标偏离误差，并判定待测玻璃轮廓形状是否合格。

所述步骤3中，若夹具保持不动，则矫正后的测量点位仍为原规划的测量点位。

所述步骤4中，工业机器人驱动机器人使距离传感器逐个运行到校正后的曲面测量点位，触发距离传感器测量距离d'，并补偿对应测量点位的距离误差补偿值作为真实的距离值d”，此时获得该测量点位的误差为e＝d”-d，如果误差e在设计公差范围内，则待测玻璃在此测量点位的曲面形状合格，若测量点位的误差均在设计公差范围内时，则判定待测玻璃曲面形状合格，否则判定待测玻璃曲面形状不合格。

所述步骤5中，工业机器人驱动机器人使距离传感器逐个运行到校正后的轮廓测量点位，触发面结构光传感器采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，并补偿对应测量点位的轮廓点坐标偏离误差作为真实的轮廓点坐标，此时比较测量的真实轮廓点坐标与设计的轮廓点坐标获得轮廓点坐标偏离误差，如果该坐标偏离误差小于设计的公差值，则认为在该轮廓测量点，玻璃轮廓形状合格，所有轮廓测量点位的坐标偏离误差均在设计的公差范围内时，则认为该待测玻璃轮廓形状合格，否则待测玻璃轮廓形状不合格。

获取误差补偿值的方法包括以下步骤：

1)将标准玻璃样片放置于夹具上装夹到位；

2)工业机器人携带面结构光传感器自动顺序扫描三个基准球，系统计算出玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，实现玻璃坐标系定位，同时系统保存玻璃坐标系位置信息；

3)将玻璃设计3D模型和待检测点的坐标导入系统，设置一个固定的偏置距离d，机器人自动规划测量点位，在这些测量点位，距离传感器3垂直于待检测点处曲面，且传感器距离玻璃3D模型表面距离值为d；

4)将玻璃四周轮廓待检测点输入系统，机器人自动规划测量点位；

5)工业机器人逐个运行到曲面测量点位，触发距离传感器测量距离，将所有测量点位的距离误差值作为误差补偿值保存入系统；

6)工业机器人逐个运行轮廓测量点位，触发面结构光传感器采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，与模型轮廓点坐标进行对比，计算坐标偏离误差，将所有测量点位的轮廓点坐标偏离误差作为坐标偏离误差补偿值保存入系统。

获取误差补偿值的方法包括以下步骤：

1)将任一玻璃样片放置于夹具上装夹到位；

2)工业机器人携带面结构光传感器自动顺序扫描三个基准球，系统计算出玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，实现玻璃坐标系定位，同时系统保存玻璃坐标系位置信息；

3)将玻璃设计3D模型和待检测点的坐标导入系统，设置一个固定的偏置距离d，机器人自动规划测量点位，在这些测量点位，距离传感器3垂直于待检测点处曲面，且传感器距离玻璃3D模型表面距离值为d；

4)将玻璃四周轮廓待检测点输入系统，机器人自动规划测量点位，在这些点位，面结构光传感器可以检测指定轮廓点的坐标；

5)工业机器人逐个运行到曲面测量点位，触发距离传感器测量距离，在这些曲面测量点位测量获得的距离值不等于设定的距离d，将以上所有曲面测量点位的测量距离值保存；

6)工业机器人逐个运行轮廓测量点位，触发面结构光传感器采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，测量的轮廓点偏离模型轮廓点一定距离，将所有测量轮廓点坐标进行保存；

7)将夹具转移至三坐标测量机下，通过三坐标测量机测量同一片玻璃，获得所有曲面测量点位的距离值，与电子检具测量的距离值对比，其差值作为电子检具的距离误差补偿值，获得所有轮廓点的坐标值，与电子检具测量的轮廓点坐标对比，其差值作为轮廓点坐标偏离误差补偿值。

本发明可用于汽车玻璃检测，适用于多种型号玻璃的同时批量检测，只需针对不同型号玻璃设计不同夹具，在工业机器人周边布置不同型号玻璃的夹具，并提前借助标准玻璃样片或借助三坐标测量机计算系统误差补偿值即可。

借助本发明提出的方法还可测量玻璃其他形状参数，如不同曲面测量点位的厚度值，只需将普通距离传感器更换为共焦位移传感器，该传感器可以测量玻璃的厚度值。测量不同曲面测量点位的厚度值时，仅需提前测量一次标准玻璃样片的厚度值获得不同测量点位厚度误差补偿值即可。

附图说明

下面对本发明说明书中每幅附图表达的内容及图中的标记作简要说明：

图1为玻璃柔性电子检具原理图；

上述图中的标记均为：1、工业机器人；2、面结构光传感器；3、距离传感器；4、电气控制柜；5、夹具；6、基准球；7、待测玻璃。

具体实施方式

下面对照附图，通过对实施例的描述，本发明的具体实施方式如所涉及的各构件的形状、构造、各部分之间的相互位置及连接关系、各部分的作用及工作原理、制造工艺及操作使用方法等，作进一步详细的说明，以帮助本领域技术人员对本发明的发明构思、技术方案有更完整、准确和深入的理解。

如图1所示，玻璃柔性电子检具设有工业机器人1，工业机器人1的一侧固定有用于固定待测玻璃7的夹具5，夹具5周围设有三个基准球6，工业机器人1的手臂末端固定有面结构光传感器2和距离传感器3，用于采集玻璃和基准球6的信号，面结构光传感器2和距离传感器3连接并输出感应信号至电气控制柜4，电气控制柜4连接并输出驱动信号至工业机器人1。

工业机器人1用于携带传感器运动至玻璃不同部位进行数据采集和检测；

面结构光传感器2，用于基准定位，通过扫描夹具5上的基准球6，获得基准球6在机器人坐标系下的位置，实现玻璃坐标系相对于机器人坐标系的定位；同时面结构光传感器2还用于测量玻璃四周轮廓；

距离传感器3用于测量玻璃外曲面不同位置高度值，以检测玻璃外曲面形状是否合格；

电气控制柜4内部安装机器人控制器、工控机和显示器等；

夹具5用于夹持和定位待测玻璃7，夹具5夹持玻璃后使玻璃保持与装车时具备相同的空间姿态，此时玻璃检测时的变形与装车时的变形接近一致；

基准球6其固定于夹具5上，共有3个，其相对于标准玻璃坐标系具有精确的位置度，且其相对于标准玻璃坐标系的空间坐标已知。

进行玻璃检测的过程如下：

步骤1：装夹。将待检测玻璃放置于夹具5上装夹到位；

步骤2：定位。工业机器人1携带面结构光传感器2顺序扫描三个基准球6，计算出此时玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，实现玻璃坐标系定位，系统保存此时玻璃坐标系位置信息；

步骤3：矫正测量点位。根据定位标准玻璃样片时的玻璃坐标系位置信息和定位待检测玻璃时的玻璃坐标系位置信息，矫正测量点位。如果夹具5保持不动，则矫正后的测量点位仍为原规划的测量点位。

步骤4：获得曲面测量点位的测量距离值并计算曲面距离误差。工业机器人1逐个运行到校正后的曲面测量点位，触发距离传感器3测量距离d'，并补偿对应测量点位的距离误差补偿值作为真实的距离值d”，此时获得该测量点位的误差为e＝d”-d，如果误差e在设计公差范围内，则该玻璃在此测量点位的曲面形状合格，所有测量点位的误差均在设计公差范围内时，则认为该玻璃曲面形状合格；

步骤5：获得轮廓测量点位的轮廓点坐标并计算轮廓点坐标偏离误差。工业机器人1逐个运行到校正后的轮廓测量点位，触发面结构光传感器2采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，并补偿对应测量点位的轮廓点坐标偏离误差作为真实的轮廓点坐标，此时比较测量的真实轮廓点坐标与设计的轮廓点坐标获得轮廓点坐标偏离误差，如果该坐标偏离误差小于设计的公差值，则认为在该轮廓测量点，玻璃轮廓形状合格，所有轮廓测量点位的坐标偏离误差均在设计的公差范围内时，则认为该玻璃轮廓形状合格；

显然，对于同一种型号的玻璃，仅需获取一次系统测量误差补偿值，同时测量点位也仅需规划一次。

本发明提出的汽车玻璃柔性电子检具执行某种型号玻璃检测时，需要提前获得系统误差补偿值，系统误差补偿值可以借助标准玻璃样片或者三坐标测量机获得，对应地获得误差补偿值的方法有两种；

实施例1、借助标准玻璃样片获得误差补偿值方法：

步骤1：装夹。将标准玻璃样片放置于夹具5上装夹到位；

步骤2：定位。工业机器人1携带面结构光传感器2自动顺序扫描三个基准球6，系统计算出玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，实现玻璃坐标系定位，同时系统保存玻璃坐标系位置信息；

步骤3：规划曲面测量点位。将玻璃设计3D模型和待检测点的坐标导入系统，设置一个固定的偏置距离d，机器人自动规划测量点位，在这些测量点位，距离传感器3垂直于待检测点处曲面，且传感器距离玻璃3D模型表面距离值为d；

步骤4：规划轮廓测量点位。将玻璃四周轮廓待检测点输入系统，机器人自动规划测量点位，在这些测量点位，面结构光传感器2可以检测指定轮廓点坐标；

步骤5：获得曲面测量点位的距离误差补偿值。工业机器人1逐个运行到曲面测量点位，触发距离传感器3测量距离，理论上对于标准玻璃样片，在这些曲面测量点位测量获得的距离值等于设定的距离d，但是由于系统误差的存在，测量距离值会偏离d一个误差值，将所有测量点位的距离误差值作为误差补偿值保存入系统；

步骤6：获得轮廓测量点位的坐标偏离误差补偿值。工业机器人1逐个运行轮廓测量点位，触发面结构光传感器2采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，与模型轮廓点坐标进行对比，计算坐标偏离误差，将所有测量点位的轮廓点坐标偏离误差作为坐标偏离误差补偿值保存入系统；

实施例2、采用非标玻璃获得误差补偿值的方法：

步骤1：装夹。将任一玻璃样片放置于夹具5上装夹到位；

步骤2：定位。工业机器人1携带面结构光传感器2自动顺序扫描三个基准球6，系统计算出玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，实现玻璃坐标系定位，同时系统保存玻璃坐标系位置信息；

步骤3：规划曲面测量点位。将玻璃设计3D模型和待检测点的坐标导入系统，设置一个固定的偏置距离d，机器人自动规划测量点位，在这些测量点位，距离传感器3垂直于待检测点处曲面，且传感器距离玻璃3D模型表面距离值为d；

步骤4：规划轮廓测量点位。将玻璃四周轮廓待检测点输入系统，机器人自动规划测量点位，在这些点位，面结构光传感器2可以检测指定轮廓点的坐标；

步骤5：获得曲面测量点位的实测距离值。工业机器人1逐个运行到曲面测量点位，触发距离传感器3测量距离，由于系统误差的存在且玻璃可能为非标准玻璃，在这些曲面测量点位测量获得的距离值不等于设定的距离d，将以上所有曲面测量点位的测量距离值保存；

步骤6：获得轮廓测量点位的实测点坐标。工业机器人1逐个运行轮廓测量点位，触发面结构光传感器2采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，由于系统误差的存在及玻璃可能为非标准玻璃，测量的轮廓点偏离模型轮廓点一定距离，将所有测量轮廓点坐标进行保存；

步骤7：获得电子检具曲面距离补偿值和轮廓坐标偏离补偿值。将夹具5转移至三坐标测量机下，通过三坐标测量机测量同一片玻璃，获得所有曲面测量点位的距离值，与电子检具测量的距离值对比，其差值作为电子检具的距离误差补偿值，获得所有轮廓点的坐标值，与电子检具测量的轮廓点坐标对比，其差值作为轮廓点坐标偏离误差补偿值。

获得以上电子检具误差补偿值后，电子检具检测其他玻璃时，将对应曲面测量点位的距离误差值进行补偿后作为真实距离误差值，当该误差值全部小于设计的公差值时，认为玻璃曲面形状合格，将对应轮廓点位的坐标偏差值补偿对应的轮廓点坐标偏差补偿值后作为真实坐标偏差值，当所有轮廓点坐标偏差全部小于设计的公差值时，认为玻璃轮廓形状合格。

上面结合附图对本发明进行了示例性描述，显然本发明具体实现并不受上述方式的限制，只要采用了本发明的方法构思和技术方案进行的各种非实质性的改进，或未经改进将本发明的构思和技术方案直接应用于其它场合的，均在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种玻璃柔性电子检具，其特征在于：工业机器人的一侧固定有用于固定待测玻璃的夹具，所述工业机器人的手臂末端固定有面结构光传感器和距离传感器，所述面结构光传感器和距离传感器连接并输出感应信号至电气控制柜，所述电气控制柜连接并输出驱动信号至工业机器人。

2.根据权利要求1所述的玻璃柔性电子检具，其特征在于：所述夹具固定待测玻璃的平面设有三个基准球，所述夹具倾斜固定待测玻璃。

3.根据权利要求2所述的玻璃柔性电子检具，其特征在于：所述面结构光传感器和距离传感器的探测方向相同，所述面结构光传感器用于获取基准球的位置信号进行定位，所述距离传感器用于测量待测玻璃外曲面各位置的高度值。

4.基于权利要求1-3中任一所述玻璃柔性电子检具的检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待测玻璃放置于夹具上装夹到位；

步骤2：工业机器人携带面结构光传感器顺序扫描基准球，计算出此时玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，并保存此时玻璃坐标系位置信息；

步骤3：根据步骤2保存的此时玻璃坐标系位置信息，对比标准玻璃样片玻璃坐标系与机器人基坐标系之间的关系，完成当前玻璃测量点位矫正；

步骤4：获得曲面测量点位的测量距离值并计算曲面距离误差，并判定待测玻璃曲面形状是否合格；

步骤5：获得轮廓测量点位的轮廓点坐标并计算轮廓点坐标偏离误差，并判定待测玻璃轮廓形状是否合格。

5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于：所述步骤3中，若夹具保持不动，则矫正后的测量点位仍为原规划的测量点位。

6.根据权利要求4或5所述的检测方法，其特征在于：所述步骤4中，工业机器人驱动机器人使距离传感器逐个运行到校正后的曲面测量点位，触发距离传感器测量距离d'，并补偿对应测量点位的距离误差补偿值作为真实的距离值d”，此时获得该测量点位的误差为e＝d”-d，如果误差e在设计公差范围内，则待测玻璃在此测量点位的曲面形状合格，若测量点位的误差均在设计公差范围内时，则判定待测玻璃曲面形状合格，否则判定待测玻璃曲面形状不合格。

7.根据权利要求6所述的检测方法，其特征在于：所述步骤5中，工业机器人驱动机器人使距离传感器逐个运行到校正后的轮廓测量点位，触发面结构光传感器采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，并补偿对应测量点位的轮廓点坐标偏离误差作为真实的轮廓点坐标，此时比较测量的真实轮廓点坐标与设计的轮廓点坐标获得轮廓点坐标偏离误差，如果该坐标偏离误差小于设计的公差值，则认为在该轮廓测量点，玻璃轮廓形状合格，所有轮廓测量点位的坐标偏离误差均在设计的公差范围内时，则认为该待测玻璃轮廓形状合格，否则待测玻璃轮廓形状不合格。

8.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：获取误差补偿值的方法包括以下步骤：

1)将标准玻璃样片放置于夹具上装夹到位；

2)工业机器人携带面结构光传感器自动顺序扫描三个基准球，系统计算出玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，实现玻璃坐标系定位，同时系统保存玻璃坐标系位置信息；

3)将玻璃设计3D模型和待检测点的坐标导入系统，设置一个固定的偏置距离d，机器人自动规划测量点位，在这些测量点位，距离传感器3垂直于待检测点处曲面，且传感器距离玻璃3D模型表面距离值为d；

4)将玻璃四周轮廓待检测点输入系统，机器人自动规划测量点位；

5)工业机器人逐个运行到曲面测量点位，触发距离传感器测量距离，将所有测量点位的距离误差值作为误差补偿值保存入系统；

6)工业机器人逐个运行轮廓测量点位，触发面结构光传感器采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，与模型轮廓点坐标进行对比，计算坐标偏离误差，将所有测量点位的轮廓点坐标偏离误差作为坐标偏离误差补偿值保存入系统。

9.根据权利要求7所述的检测方法，其特征在于：获取误差补偿值的方法包括以下步骤：

1)将任一玻璃样片放置于夹具上装夹到位；

2)工业机器人携带面结构光传感器自动顺序扫描三个基准球，系统计算出玻璃坐标系与机器人坐标系之间的关系，实现玻璃坐标系定位，同时系统保存玻璃坐标系位置信息；

3)将玻璃设计3D模型和待检测点的坐标导入系统，设置一个固定的偏置距离d，机器人自动规划测量点位，在这些测量点位，距离传感器3垂直于待检测点处曲面，且传感器距离玻璃3D模型表面距离值为d；

4)将玻璃四周轮廓待检测点输入系统，机器人自动规划测量点位，在这些点位，面结构光传感器可以检测指定轮廓点的坐标；

5)工业机器人逐个运行到曲面测量点位，触发距离传感器测量距离，在这些曲面测量点位测量获得的距离值不等于设定的距离d，将以上所有曲面测量点位的测量距离值保存；

6)工业机器人逐个运行轮廓测量点位，触发面结构光传感器采集轮廓点数据，计算轮廓点坐标，测量的轮廓点偏离模型轮廓点一定距离，将所有测量轮廓点坐标进行保存；

7)将夹具转移至三坐标测量机下，通过三坐标测量机测量同一片玻璃，获得所有曲面测量点位的距离值，与电子检具测量的距离值对比，其差值作为电子检具的距离误差补偿值，获得所有轮廓点的坐标值，与电子检具测量的轮廓点坐标对比，其差值作为轮廓点坐标偏离误差补偿值。

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