FR3138109A1 - Procede d’assemblage des ouvrants des vehicules automobiles - Google Patents
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Abstract
PROCEDE D’ASSEMBLAGE DES OUVRANTS DES VEHICULES AUTOMOBILES L’invention concerne un procédé d’assemblage d’un volet arrière (6) sur une carrosserie (8) de véhicule automobile (10), comprenant les étapes suivantes :- préhension du volet arrière par un préhenseur (4) supporté par un bras robotisé (2) ;- approche du volet arrière vers la carrosserie ;- positionnement du volet arrière sur la carrosserie ;- fixation du volet arrière sur la carrosserie ;remarquable en ce que le préhenseur comprend au moins quatre caméras (12) disposées, chacune, de manière à pouvoir acquérir des images depuis un bord latéral, supérieur ou inférieur du volet arrière et un bord correspondant de la carrosserie ; le procédé comprend une analyse des images de manière à déterminer des différences entre un positionnement effectif du volet arrière et un positionnement final ; et le positionnement du volet arrière comprend des mouvements déterminés par les différences. (Figure à publier avec l'abrégé : Figure 1)
Description
La présente invention concerne le domaine des véhicules automobiles, plus particulièrement le domaine des procédés d’assemblage des ouvrants des véhicules automobiles.
Les processus d'assemblage des véhicules automobiles actuels sont de plus en plus demandeurs de techniques d'automatisation permettant d'atteindre des vitesses de production élevées. À cet égard, les constructeurs automobiles utilisent davantage des robots industriels afin d'assurer le montage et la fixation des différents composants de la carrosserie des véhicules automobiles, dont notamment des ouvrants.
Ces robots comprennent généralement des préhenseurs multifonction dotés de systèmes de vision (tels que des caméras, des détecteurs lasers, des détecteurs ultrasons, etc.) permettant d'obtenir la forme et les caractéristiques d'un objet pour agir en conséquence et permettre au préhenseur, par exemple, de manipuler les ouvrants dans l'espace et d'assurer leur fixation sur les carrosseries des véhicules.
Le document de brevet publié KR 2003-0012119 A divulgue un dispositif d'assemblage d'une porte de véhicule automobile, ledit dispositif comprenant un robot articulé et un préhenseur permettant d’assurer une fixation par boulonnage de la porte sur la carrosserie du véhicule. Le dispositif est destiné à réduire les étapes des processus d'assemblage de la porte en empêchant l'insertion ou la séparation des boulons.
Cependant, la solution proposée par le document KR 2003-0012119 A présente une marge d’amélioration, car la précision du dispositif d'assemblage est faible (risque d’augmentation des non-conformités). De plus, la diversité des portes à manipuler par le dispositif n’est pas prise en compte.
La présente invention a pour objectif de pallier au moins un des inconvénients de l’état de la technique susmentionné. Plus particulièrement, l’invention a pour objectif de proposer une solution performante, économique et rapide pour améliorer la qualité des assemblages des ouvrants des véhicules automobiles.
À cet effet, l’invention a pour objet un procédé d’assemblage d’un volet arrière sur une carrosserie de véhicule automobile, comprenant les étapes suivantes :
- préhension du volet arrière par un préhenseur supporté par un bras robotisé ;
- approche du volet arrière vers la carrosserie ;
- positionnement du volet arrière sur la carrosserie ;
- fixation du volet arrière sur la carrosserie ;
remarquable en ce que le préhenseur comprend au moins quatre caméras disposées, chacune, de manière à pouvoir acquérir des images depuis un bord latéral, supérieur ou inférieur du volet arrière et un bord correspondant de la carrosserie ; le procédé comprend une analyse des images de manière à déterminer des différences entre un positionnement effectif du volet arrière et un positionnement final ; et le positionnement du volet arrière comprend des mouvements déterminés par les différences.
- préhension du volet arrière par un préhenseur supporté par un bras robotisé ;
- approche du volet arrière vers la carrosserie ;
- positionnement du volet arrière sur la carrosserie ;
- fixation du volet arrière sur la carrosserie ;
remarquable en ce que le préhenseur comprend au moins quatre caméras disposées, chacune, de manière à pouvoir acquérir des images depuis un bord latéral, supérieur ou inférieur du volet arrière et un bord correspondant de la carrosserie ; le procédé comprend une analyse des images de manière à déterminer des différences entre un positionnement effectif du volet arrière et un positionnement final ; et le positionnement du volet arrière comprend des mouvements déterminés par les différences.
Selon un mode de réalisation, au moins une des au moins quatre caméras est disposée de manière à pouvoir acquérir des images depuis un bord latéral gauche du volet arrière et un bord correspondant de la carrosserie, un bord latéral droit du volet arrière et un bord correspondant de la carrosserie, et le bord supérieur du volet arrière et un bord correspondant de la carrosserie, et/ou le bord inférieur du volet arrière et un bord correspondant de la carrosserie, respectivement.
Selon un mode de réalisation, l’analyse des images comprend :
- une identification d’au moins quatre points de référence sur le volet arrière et une détermination d’un polygone, correspondant, du volet arrière ;
- une identification d’au moins quatre points de référence sur la carrosserie et une détermination d’un polygone, correspondant, de la carrosserie ; et
- une détermination des mouvements pour positionner le volet arrière dans le positionnement final.
- une identification d’au moins quatre points de référence sur le volet arrière et une détermination d’un polygone, correspondant, du volet arrière ;
- une identification d’au moins quatre points de référence sur la carrosserie et une détermination d’un polygone, correspondant, de la carrosserie ; et
- une détermination des mouvements pour positionner le volet arrière dans le positionnement final.
Selon un mode de réalisation, l’identification des au moins quatre points de référence sur le volet arrière et des au moins quatre points de référence sur la carrosserie comprend, pour chacun desdits points de référence, une détermination, par analyse des images correspondantes, d’une première coordonnée suivant une direction longitudinale au véhicule automobile et d’une deuxième coordonnée suivant une direction verticale.
Selon un mode de réalisation, l’identification des au moins quatre points de référence sur le volet arrière et des au moins quatre points de référence sur la carrosserie comprend, pour chacun desdits points de référence, une détermination d’une troisième coordonnée suivant une direction transversale au véhicule automobile.
Selon un mode de réalisation, la troisième coordonnée de chacun des points de référence est déterminée par calcul.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprenant, entre le positionnement et la fixation, une étape de contrôle du positionnement comprenant une détermination de correspondance du polygone du volet arrière et du polygone de la carrosserie.
Selon un mode de réalisation, l’analyse des images et le positionnement du volet arrière ont lieu de manière itérative jusqu’à atteindre le positionnement final.
Selon un mode de réalisation, le positionnement final est atteint lorsque le positionnement effectif du volet arrière correspond au positionnement final dans des tolérances de positionnement.
Selon un mode de réalisation, les tolérances de positionnement sont atteintes lorsque les au moins quatre points de référence sur le volet arrière et les au moins quatre points de référence sur la carrosserie sont dans des tolérances déterminées par régression polynomiale, préférentiellement multiple.
Avantageusement, la présente invention permet de réduire le temps d'exécution des assemblages des volets arrière sur les véhicules automobiles dans une chaîne de montage. De plus, le nombre de capteurs et/ou caméras utilisés au niveau du préhenseur est également réduit, réduisant ainsi l'erreur nette, la masse, et le coût total du préhenseur.
En outre, le procédé d’assemblage de l’invention est polyvalent et peut manipuler et positionner dans la carrosserie toute diversité de volets d'ouverture arrière (panneau à pivotement horizontal et portes battantes à pivotement vertical), tout en garantissant une précision des montages et en respectant les normes de qualité.
La représente une vue d’un bras robotisé 2 avec un préhenseur 4 approchant un volet arrière 6 vers la carrosserie 8 d’un véhicule automobile 10.
Le bras robotisé 2 correspond à un bras industriel articulé et ayant une position fixe. Le préhenseur 4 est doté d’un système de vision artificielle comprenant au moins quatre caméras 12, ces dernières correspondent préférentiellement à des capteurs de vision 12 dotés d'une technologie de lumière structurée.
Avantageusement, les caméras 12 sont extrêmement précises et ont une haute résolution, et permettent une grande rapidité dans l'acquisition des données.
Préférentiellement, le préhenseur 4 comprend huit caméras 12 disposées comme illustrée sur la (deux caméras 12 au niveau de chaque bord) de manière à pouvoir acquérir des images depuis un bord du volet arrière 6 et un bord correspondant de la carrosserie 8.
Dans cette configuration, le système de vision du préhenseur 4 est capable de permettre la détection d’une différence ou d’un écart entre le volet arrière 6 et la carrosserie 8, et de réaliser le meilleur ajustement possible pour l'assemblage de ces deux derniers. Un tel assemblage sera décrit dans cette description.
Le préhenseur 4 peut assurer le maintien du volet arrière 6 au moyen d’une multitude de ventouses (non représentées).
De préférence, le véhicule automobile 10 correspond à un véhicule de type utilitaire.
Préférentiellement, chaque caméra comprend un projecteur ou une source lumineuse éclairant le bord du volet 6, et le bord de la carrosserie 8 quand le volet est dans une position proche de ce dernier. A cet effet, chaque caméra 12 est apte à permettre l’identification de différents points de référence pris sur chacun desdits bords.
La illustre un procédé 20 d’assemblage du volet arrière sur la carrosserie du véhicule automobile.
Le procédé 20 commence par une étape 22 de pré-vérification pour garantir la présence du volet arrière et de la carrosserie du véhicule automobile dans une cellule de travail.
A une étape 24, les ventouses du préhenseur couplé au robot permettent la préhension du volet arrière sur un support fixe. Pour ce faire, le robot préalablement formé rapproche le préhenseur du support fixe, dans une position nominale, et active les caméras pour obtenir des lectures de l'emplacement du volet arrière sur le support fixe.
En cas d’un échec de prise du volet arrière par le préhenseur, une étape 36 de fin du procédé est enclenchée.
Le robot approche le volet arrière vers la carrosserie, et cela préférentiellement sans l'aide du système de vision artificielle. A cet égard, il est préférable que la position de la carrosserie soit correctement fixée et toujours au même endroit par rapport au robot, de manière à permettre au volet arrière d’atteindre un positionnement effectif, ce dernier étant la position du volet arrière la plus proche de la carrosserie, et précisément la plus proche d’un positionnement final avant une fixation du volet arrière sur la carrosserie.
Une fois que le positionnement effectif du volet arrière est atteint (volet arrière proche de la carrosserie), les caméras sont activées à une étape 26.
Les caméras placées stratégiquement dans le préhenseur, permettent d'obtenir une image numérique à chaque point de référence (sur le bord du volet et sur le bord de la carrosserie correspondant), et de l'envoyer à un logiciel où toutes les informations sont traitées pour être analysées. Ce logiciel, exécuté à une étape 28, est basé sur une série d'algorithmes qui examinent l'image et qui en extraient les informations concernant les mesures et les emplacements des points de référence pour déterminer des plans du volet arrière et de l'assemblage de la carrosserie, et recherche la séparation minimale entre le plan d'assemblage du volet arrière et le plan d'assemblage de la carrosserie, de manière à permettre au volet arrière d’atteindre le positionnement final où des exigences d'espacement et d'affleurement sont respectées
Des détails concernant la série d'algorithmes utilisés dans le logiciel à l’étape 28 seront décrits plus loin dans cette description.
Suite au positionnement du volet arrière sur la carrosserie, un contrôle des tolérances est effectué à une étape 30. Ce contrôle correspond à une mesure des tolérances de positionnement réalisée au moyen des capteurs du préhenseur, la mesure est comparée avec des tolérances d’ajustement pré-enregistrées.
En cas de tolérances de positionnement conformes, alors une étape 32 de fixation du volet sur la carrosserie est exécutée. Préférentiellement, la fixation est assurée par vissage, par le préhenseur du robot ou par un autre bras robotisé dans la cellule de travail.
En cas de tolérances de positionnement non-conformes, alors une méthode d’estimation statistique est exécutée à une étape 31, et dans laquelle une régression polynomiale multiple est utilisée pour obtenir un emplacement estimé du volet arrière à partir des données réelles des caméras, pour ensuite obtenir des valeurs estimées desdites caméras avec la nouvelle position du volet arrière.
Ces valeurs estimées des caméras sont comparées aux valeurs réelles desdites caméras, et si la comparaison est inférieure à une limite d'acceptation, la méthode n'exécute pas d'autres itérations. Sinon, ladite méthode passe à l'itération suivante jusqu'à ce que le nombre maximal d'itérations soit atteint, de manière à obtenir des tolérances déterminées permettant de corriger la position du volet par rapport à la carrosserie. Une fois le positionnement du volet corrigé, l’étape 32 de fixation peut être exécutée.
Après l’étape 32 de fixation, une étape 34 est exécutée : il s’agit d’un contrôle du positionnement du volet arrière. En effet, lors de la fixation du volet arrière, et notamment dans le cas d’une fixation par vissage, l’alignement du volet par rapport à la carrosserie peut être perturbé.
Le contrôle comprend une détermination de correspondance du plan du volet arrière et du plan de la carrosserie. Les plans correspondent préférentiellement à des polygones.
A cet égard, le contrôle de la qualité de l’ajustement du volet arrière à l’étape 34 est réalisé au moyen de l’algorithme de Greiner-Hormann de découpage des polygones afin de trouver l'union, l'intersection et la différence entre les deux polygones (plans d'assemblage construits à partir des points de référence calculés avec les données des caméras) afin de veiller à ce que les tolérances de l’ajustement final soient respectées.
Toutefois, si lesdites tolérances ne sont pas respectées, le procédé réexécute l’étape 26 afin de refaire les étapes 28, 30, 31 et/ou 32, et 34. Si les tolérances de l’ajustement final sont conformes, alors le procédé s’arrête à l’étape 36.
La illustre le volet arrière monté sur la carrosserie du véhicule automobile et dans un positionnement final.
On peut voir sur la les différents points de référence 9 identifiés par les caméras 12 de la .
Préférentiellement, chacune des huit caméras permet d’identifier un point de référence 9 sur un bord latéral 6.1, 6.2, et sur un bord supérieur 6.3 et/ou inférieur 6.4 du volet. Et également sur un bord latéral 8.1, 8.2, et sur un bord supérieur 8.3 et/ou inférieur 8.4 de la carrosserie.
Dans cette configuration, l'algorithme itératif du logiciel exécuté à l’étape 28 du procédé de la établit, à l’aide des points de référence 9, la profondeur du volet et de la carrosserie (une première coordonnée) suivant une direction longitudinale X, ainsi que leur position (une deuxième coordonnée) suivant une direction verticale Z. L'algorithme itératif détermine par calcul une troisième coordonnée suivant une direction transversale Y, de manière à permettre l'ajustement de la position relative du volet arrière 6 par rapport à la carrosserie 8.
Les plans (polygones) pour le volet arrière et pour la carrosserie peuvent être déterminés au moyen des coordonnées des points de référence 9, et cela préférentiellement par équation du plan et une simple fonction géométrique de la distance du point au plan, en projetant sur les deux plans les points de contrôle (par la méthode de projection de plans orthogonaux).
La illustre les polygones 106, 108 du volet arrière et de la carrosserie déterminés à l’étape 28 du procédé de la .
On peut voir un polygone en pointillés illustrant le volet arrière 6 dans le positionnent effectif préalablement à l’étape de rapprochement dudit volet. Le polygone 106 du volet est dans le positionnement final respectant les exigences d'espacement et d'affleurement avec le polygone 108 de la carrosserie, ces exigences sont virtuellement respectées entre chaque point de référence 9 correspondant.
Le logiciel à l’étape 28 du procédé de la utilise la méthode des moindres carrés afin d’atteindre un positionnement final, et cela de manière itérative au fur et à mesure du rapprochement du volet arrière vers la carrosserie à partir de la position effective. A cet effet, des mouvements de translation et/ou de rotation sont déterminés par la recherche de la différence/séparation minimale entre le polygone 106 du volet arrière et le polygone 108 de la carrosserie, en réduisant la distance entre eux de manière itérative jusqu'à ce que les plans soient complètement alignés.
Préférentiellement, l’étape de préhension du volet arrière par le préhenseur du bras robotisé est également exécuté à l’aide de la méthode des moindres carrés, de manière à assurer une position précise du volet sur le préhenseur.
Avantageusement, le procédé de l’invention permet d’accélérer l’assemblage et de réduire l’influence sur la qualité de l'ajustement qui peut être causée par des variations dimensionnelles des volets arrière et/ou de la carrosserie, ainsi que par des erreurs numériques ou des facteurs environnementaux.
Claims (10)
- Procédé (20) d’assemblage d’un volet arrière (6) sur une carrosserie (8) de véhicule automobile (10), comprenant les étapes suivantes :
- (24) préhension du volet arrière (6) par un préhenseur (4) supporté par un bras robotisé (2) ;
- approche du volet arrière (6) vers la carrosserie (8) ;
- (28) positionnement du volet arrière (6) sur la carrosserie (8) ;
- (32) fixation du volet arrière (6) sur la carrosserie (8) ;
caractérisé en ce que
le préhenseur (4) comprend au moins quatre caméras (4) disposées, chacune, de manière à pouvoir acquérir des images depuis un bord latéral (6.1, 6.2), supérieur (6.3) ou inférieur (6.4) du volet arrière (6) et un bord (8.1, 8.2, 8.3, 8.4) correspondant de la carrosserie (8) ;
le procédé (20) comprend une analyse des images de manière à déterminer des différences entre un positionnement effectif du volet arrière (6) et un positionnement final ; et
le positionnement du volet arrière (6) comprend des mouvements déterminés par les différences. - Procédé (20) d’assemblage selon la revendication 1, dans lequel au moins une des au moins quatre caméras (12) est disposée de manière à pouvoir acquérir des images depuis un bord latéral gauche (6.2) du volet arrière (6) et un bord correspondant (8.2) de la carrosserie (8), un bord latéral droit (6.1) du volet arrière (6) et un bord correspondant (8.1) de la carrosserie (8), et le bord supérieur (6.3) du volet arrière (6) et un bord correspondant (8.3) de la carrosserie (8), et/ou le bord inférieur (6.4) du volet arrière (6) et un bord correspondant (8.4) de la carrosserie (8), respectivement.
- Procédé (20) d’assemblage selon l’une des revendications 1 et 2, dans lequel l’analyse des images comprend :
- une identification d’au moins quatre points de référence (9) sur le volet arrière (6) et une détermination d’un polygone (106), correspondant, du volet arrière (6) ;
- une identification d’au moins quatre points de référence (9) sur la carrosserie (8) et une détermination d’un polygone (108), correspondant, de la carrosserie (8) ; et
- une détermination des mouvements pour positionner le volet arrière (6) dans le positionnement final. - Procédé (20) d’assemblage selon la revendication 3, dans lequel l’identification des au moins quatre points de référence (9) sur le volet arrière (6) et des au moins quatre points de référence (9) sur la carrosserie (8) comprend, pour chacun desdits points de référence (9), une détermination, par analyse des images correspondantes, d’une première coordonnée suivant une direction longitudinale (X) au véhicule automobile (10) et d’une deuxième coordonnée suivant une direction verticale (Z).
- Procédé (20) d’assemblage selon l’une des revendications 3 et 4, dans lequel l’identification des au moins quatre points de référence (9) sur le volet arrière (6) et des au moins quatre points de référence (9) sur la carrosserie (8) comprend, pour chacun desdits points de référence (9), une détermination d’une troisième coordonnée suivant une direction transversale (Y) au véhicule automobile (10).
- Procédé (20) d’assemblage selon la revendication 5, dans lequel la troisième coordonnée de chacun des points de référence (Y) est déterminée par calcul.
- Procédé (20) d’assemblage selon l’une des revendications 3 à 6, comprenant, entre le positionnement (28) et la fixation (32), une étape (30) de contrôle du positionnement comprenant une détermination de correspondance du polygone du volet arrière et du polygone de la carrosserie.
- Procédé (20) d’assemblage selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel l’analyse des images et le positionnement du volet arrière (6) ont lieu de manière itérative jusqu’à atteindre le positionnement final.
- Procédé (20) d’assemblage selon la revendication 8, dans lequel le positionnement final est atteint lorsque le positionnement effectif du volet arrière (6) correspond au positionnement final dans des tolérances de positionnement.
- Procédé (20) d’assemblage selon l’une des revendications 3 à 7 et selon la revendication 9, dans lequel les tolérances de positionnement sont atteintes lorsque les au moins quatre points de référence (9) sur le volet arrière (6) et les au moins quatre points de référence (9) sur la carrosserie (8) sont dans des tolérances déterminées par régression polynomiale, préférentiellement multiple.
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