汽车车门间隙面差的调整方法与流程-尊龙凯时官方app下载

文档序号:36403542发布日期:2023-12-16 09:06阅读:13来源:国知局


1.本发明涉及一种工件间隙及面差的测量方法,更具体的说,本发明主要涉及一种汽车车门间隙面差的调整方法



背景技术:

2.汽车安装工艺中涉及众多步骤,其中车门往汽车车身上去装配的时候需要调整车门与车身的间隙和面差大小,使四周的间隙和面差达到一个可以接受的大小,这部分工作目前有两种方式

第一种是人工的方式,工人通过肉眼观察,加上经验进行判断进而调整车门的位置,此方式灵活性较强,但是花费大量的人力,抬高汽车装配的成本;第二种是通过机械臂完成汽车车门自动安装,对于间隙和面差的调整通常涉及到机器视觉和控制算法的结合,首先,获取车门与车身间隙和面差的信息,获取方式主要有两种

一种是通过计算机视觉的方式,相机系统会捕捉车门和车身的图像

这些图像会被用来检测车门的位置

方向和姿态,以及车门与车身之间的间隙和面差

从捕捉到的图像中,使用计算机视觉技术来提取特征,如车门的边缘

角点等,以及车门和车身之间的间隙和面差特征

另一种方式是通过传感器实时测量间隙和面差的信息,进而指导机械臂完成姿态调整

根据测量到的间隙和面差情况,控制算法可以采取适当的控制策略来调整机械臂的动作

这涉及到反馈控制技术,如比例-积分-微分
(pid)
控制

通过不断地获取图像信息

分析特征并进行控制调整,形成一个闭环控制系统,使得车门的安装可以在实时中进行调整,以达到预定的间隙和面差标准

但机械臂在实践中普遍存在控制难度高,精度不易控制等问题,因此有必要针对车门装配设置的控制以及其与车身之间的间隙以及面差调整的方法进行研究和改进



技术实现要素:

3.本发明的目的之一在于针对上述不足,提供一种汽车车门间隙面差的调整方法,以期望解决现有技术中使用机械臂,并通过图像信息

分析特征并进行控制调整所带来的控制难度高,精度不易控制等技术问题

4.为解决上述的技术问题,本发明采用以下技术方案:
5.本发明所提供的一种汽车车门间隙面差的调整方法,该方法包括如下步骤:
6.步骤
a、
在车门与车身的接壤处确定四至八个采集点位,并通过激光轮廓仪对所述采集点位打出对应的激光线,且将所述激光线在所述采集点位上所形成的点云数据收集并存储,所述点云数据中包含所述采集点位的三维坐标与法线方向;由所述采集点位的三维坐标与法线方向,得到当前车门与车身的面差值f与间隙值g;所述面差f等于向量
fafb

fa
法线方向上的投影长度,所述面差g等于向量
gagb

ga
法线方向上的投影长度

7.步骤
b、
通过下式定义目标函数f,所述目标函数f中包含所述面差值f与间隙值g;
[0008][0009]
上式中,gi
为第i个采集点位上车门与车身的间隙值,fi
为第i个采集点位上车门与
车身的面差值,n为车门与车身的接壤处的采集点位数量

[0010]
步骤
c、
按照确定的车门与车身的接壤处的采集点位,通过预设车门在当前点位法线方向上整体移动的距离值k与数据迭代次数d,判断车门每按距离值k移动一次目标函数f变化情况,如车门移动后目标函数f中的面差值f与间隙值g较上一次移动减小,则下一次车门朝法线的正方向移动,反之则下一次车门朝法线负方向移动,直至在数据迭代次数d中得到面差值f与间隙值g最小的目标函数
f。
[0011]
步骤
d、
将车门移动的过程转化为操作平台的移动指令,由操作平台载着车门进行对应的六向移动

[0012]
作为优选,进一步的技术方案是:上述步骤b中一次目标函数f变化情况为,将全部采集点位所对应的间隙g和面差f都调整完,使车门进行n×2次移动为一次数据迭代

[0013]
更进一步的技术方案是:上述步骤d中,将车门移动的过程转化为操作平台的移动指令,为将车门每次移动后向量
fafb

gagb
两点的三维坐标集,通过
icp
算法对两个点集进行配准,从而求解旋转矩阵r和平移矩阵
t
,从旋转矩阵r中得出车门相对
x

、y

、z
轴的旋转角度,从而对应六自由度的移动,控制操作平台载着车门进行移动

[0014]
更进一步的技术方案是:上述旋转矩阵r通过下式计算得到:
[0015]

x
轴的旋转矩阵
[0016]
绕y轴的旋转矩阵
[0017]
绕z轴的旋转矩阵
[0018]
再通过下式计算所述平移矩阵
t

[0019]
t

b-r
·a[0020]
上式中,a为最初还未移动的采集点位坐标集,b是最终位置的采集点位坐标集

[0021]
作为优选,进一步的技术方案是:上述步骤a步骤中车门与车身的接壤处的采集点位为八个,且每条矩形边上分布两个采集点位

[0022]
与现有技术相比,本发明的有益效果之一是:通过预设激光打点的采集点位,进而可通过点云数据以及三维坐标运算的方式获取车门与车身的较佳间隙值与面差值,并将计算过程中车门移动的过程转化为操作平台的移动指令,由操作平台代替传统机械臂载着车门进行六向自由移动,进而尤其适于在汽车装配工序中使用,控制难度低,且精度高

附图说明
[0023]
图1为用于说明本发明一个实施例中的采集点位分布示意图

[0024]
图2为用于说明本发明一个实施例中第i个位置的点云侧视图

具体实施方式
[0025]
本发明主要针对现有技术中机械臂完成汽车车门自动安装,对于间隙和面差的调
整通常涉及的机器视觉和控制算法的结合的方式所进行的改进,提出了一种间隙面差测量方法和车门根据间隙面差动态调整方法

[0026]
对于背景技术中提到机械臂装配车门的方式,本发明使用六自由度的操作平台代替机械臂,数据采集部分采用激光轮廓仪代替相机系统或传感器来获取间隙和面差的信息,通过激光轮廓仪对不同位置进行激光打点,从点云中获取间隙和面差的信息;对于车门位置调整部分,公开一种汽车车门间隙面差调整算法,用以解决上述的技术问题,下面阐述该算法的具体流程

[0027]
步骤
1.
在车门与车身接壤部位选取八个数据采集位置,如附图1中所给出的八个数据采集位置

通过激光轮廓仪对这八个部位打出一条激光线,激光轮廓仪会将这条激光线的所形成的点云数据收集起来,点云数据中包含了每个点的三维坐标和每个点的法线方向,从点云数据中便可以获取车门与车身间隙大小和面差的信息

[0028]
步骤
2.
如附图2所示,代表了激光轮廓仪扫描打点后得到的点云侧视图,在这个点云中包含了间隙和面差的信息,面差f就可以近似看作向量
fafb在
fa法线方向上的投影长度,同理间隙g也是向量
gagb在
ga法线方向上的投影长度,这里
fa、fb、ga、gb
直接由激光轮廓仪给出对应的坐标位置
(x,y,z)
和法线方向
(i,j,k)
[0029]
步骤
3.
定义目标函数为其中g为
gap(
间隙值
)
,gi
为第i个位置的间隙大小,f为面差值,fi
为第i个位置车门与车身平面高度差,即每一次车门进行移动之后,就会得到新的
f。
前述公式中,gi
为第i个采集点位上车门与车身的间隙值,fi
为第i个采集点位上车门与车身的面差值

[0030]
步骤
4.
定义车门调整规则,根据附图1所给出的八个数据采集位置的顺序,逐个对间隙和面差值进行分析调整,对于面差来说,车门每次整体沿fia
法线方向移动k个面差的距离,同理,对于间隙而言
,
车门每次整体沿gia
法线方向移动k个面差的距离其中k的取值范围是
(-1,1)
,可以自行定义,具体调整的方向是朝着能够使当前位置的间隙和面差相对上次位置的减小的方向
(
法线方向的正负方向,若朝gia
法线正方向移动可以使当前的间隙减小,则朝着其正方向移动,反之朝着法线负方向移动;同理,若朝fia
法线正方向移动可以使当前的面差减小,则朝着其正方向移动,反之朝着法线负方向移动
)
,移动过程中车门一直是刚体变换

定义一次迭代是将八个个数据采集位置的间隙和面差都调整完,即车门进行
16

(2
×8个位置
)
移动为依次迭代,迭代次数为d,可以自行定义d的大小,最终车门所在最终位置的计算时间与k和d的取值有关系,可以依据实际情况进行参数调整,从而确定不同情况下的最优值,也就是步骤3中最小的
f。
[0031]
步骤
5.
将移动的过程转化为操作平台的移动指令

每次车门的移动调整之后,都可以得到车门上调整之后的gia
和fia
坐标,根据车门移动前后的两个点集,通过
icp
算法对两个点集进行配准,从而求解旋转矩阵r和平移矩阵
t
,从旋转矩阵r中得出车门相对
x

、y

、z
轴的旋转角度,从而对应六自由度的移动,其中旋转矩阵r可以分别为:
[0032]

x
轴的旋转矩阵
[0033]
绕y轴的旋转矩阵
[0034]
绕z轴的旋转矩阵
[0035]
上式中,一个旋转矩阵可被分解为绕
x、y、z
轴的旋转矩阵,每个矩阵中的1和0都是确定的,两个三维坐标集
icp
配准之后会得到旋转矩阵
(
通过奇异值分解得到该矩阵
)
,得到旋转矩阵后,又可以分解为三个方向上的矩阵,分解后的矩阵就如左边所示的三个矩阵
(
其中1和0都是确定的,除去1和0,剩下的位置包含了这个方向上旋转角度的信息
)
,便可得到三个方向上的旋转角度,进而可向操作平台输出三个方向上的旋转角度

[0036]
通过上述旋转矩阵r即可得出三个
θ
(
θ
x,
θ
y,
θ
z)

t(tx,ty,tz)
,进而指挥操作平台载着车门进行移动,其中旋转矩阵r可以将计算车门上的点最开始的位置和最终的位置的质心,将质心移动在一起后寻找最佳旋转,这里通过奇异值分解的方式计算出旋转矩阵r,r计算出来以后,平移矩阵
t
的计算公式为:
[0037]
t

b-r
·a[0038]
上式中,a是最初还未移动的点位坐标集,b是最终位置的点位坐标集

[0039]
除上述以外,还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等,指的是结合该实施例描述的具体特征

结构或者特点包括在本技术概括性描述的至少一个实施例中

在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例

进一步来说,结合任一实施例描述一个具体特征

结构或者特点时,所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征

结构或者特点也落在本发明的范围内

[0040]
尽管这里参照本发明的多个解释性实施例对本发明进行了描述,但是,应该理解,本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式,这些修改和实施方式将落在本技术公开的原则范围和精神之内

更具体地说,在本技术公开

附图和权利要求的范围内,可以对主题组合布局的组成部件和
/
或布局进行多种变型和改进

除了对组成部件和
/
或布局进行的变型和改进外,对于本领域技术人员来说,其他的用途也将是明显的

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