将对象涂漆的方法和仪器的制造方法
【专利摘要】将对象(50)例如汽车车身部分如发动机罩、门、保险杠涂漆的仪器(100)，其包括配备有至少一个喷雾嘴(75)的涂漆头(70)，所述喷雾嘴被安排以将预定颜色的油漆流输送至待涂漆的表面(51)上。所述仪器(100)还包括移动部件(200)，其根据至少两个自由度例如根据六个自由度在空间内移动所述涂漆头(70)。此外，提供识别装置(60)，用于识别以上所述表面(51)的三维形状。
【专利说明】将对象涂漆的方法和仪器
【技术领域】
[0001]本发明涉及将对象涂漆的设备领域，所述对象尤其为车辆的车身部分，如发动机罩、保险杠、门，以及船只的船体、或飞机的机身等，并且本发明尤其涉及对这些对象涂漆的方法和执行所述方法的仪器。
[0002]发明背景
[0003]众所周知，在对象如车辆的车身部分的涂漆操作、尤其是喷涂时，操作员在尤其有害的环境中工作，因为其可被返回的喷射材料包围，这对人体是一般是有毒的。
[0004]通常，所述操作在通常通风的隔间内执行，但操作员被迫在任何情况下穿着防护服和辅助衣物如面罩和手套，以保护其皮肤和其呼吸道。此外，在涂漆时，操作员必须拿着喷雾嘴连同与其连接的导管，因此在所有的操作中均承受喷枪的重量和输送材料所产生的压力。
[0005]因此，为了克服以上所述的缺点，已经设计了不同的仪器使对象涂漆自动化，所述对象尤其为车辆如汽车的车身部分、船只、飞机等。
[0006]将对象涂漆已知的仪器的第一个示例公开于US4357900中。该方案提供沿着预定的路线移动待涂漆的对象，在所述路线处安排涂漆站。所述仪器提供传感器，尤其是光电管，其执行光、电或磁扫描以确定对象的位置。然后，传感器所检测的信号发送至控制装置。此外，提供第二传感器，其安排为当对象穿过预定的点时在同一控制装置发送第二信号。这样，控制装置启动对对象的涂漆，当传感器检测到同一个对象已经安放在涂漆站处时打开喷雾嘴。
[0007]然而，以上所述的传感器仅仅具有发送对象位置的信号至控制装置的功能，以操作进行涂漆的装置的打开或关闭。
[0008]另一个将对象涂漆的已知仪器的示例公开于US5358568中。在这个例子中，仪器提供控制器，所述控制器安装在车厢上并且包括多个具有平移和旋转运动的活接结合(articulated joints)。在最后一个旋转式活接结合的末端安装喷雾嘴。在喷雾嘴处，或在控制器处，提供传感器以检测喷雾嘴距待涂漆表面的距离。还提供控制部件，其基于接收自传感器的信号保持喷雾嘴距待涂漆表面几乎固定的距离。
[0009]测量距离的传感器选自:朝与油漆的输送方向近乎平行的方向分别发射超声脉冲或红外光束的超声波传感器和红外传感器。
[0010]然而，以上所述的技术方案不允许以高速度对表面涂漆。实际上，在每次输送油漆之后，有必要移动传感器以将超声脉冲或红外光束对准接下来要涂漆的点。这一系列的操作(检测传感器距待检测的点的距离，安排喷雾嘴距待涂漆表面以预定的距离，和输送油漆)对待涂漆表面的所有点都必须重复，所述表面通常有具有不同半径弯曲的复杂几何形状。因此，该方案除了长时间来完成所有表面的涂漆操作之外，还由于执行连续地移动传感器所执行的许多距离测量而遭受高水平的错误。
[0011]其他更多的工业系统以迅速和精确的方式对车辆的部分涂漆，但在根据待涂漆的组件设计的预编程路线上移动，且如果组件被具有不同形状和尺寸的另一个替换，需要长时间来重编程所述路线。
[0012]其他的具有类似缺点的将涂漆对象的方法和仪器的示例描述于US2011/262622、JP10264060.EP2208541 和 EP2196267 中。
【发明内容】
[0013]然后，本发明的目的是提供将对象涂漆的仪器，所述对象尤其为车辆的车身部分车身，如发动机罩、挡泥板、门、车架等，所述仪器能够克服以上所述的现有技术仪器的缺点。
[0014]本发明的另一个目的是提供这样的仪器，所述仪器能够相对于相似的现有技术仪器加速和制定适合的将对象涂漆的自动程序，同时能够降低在待涂漆表面距喷雾嘴距离的检测步骤时出错的可能性。
[0015]本发明进一步的目的是提供这样的仪器，所述仪器允许在单个通道中识别待涂漆表面的三维形状，然后识别同一表面的主要点距涂漆头的距离。
[0016]本发明再进一步的目的是提供这样的仪器，所述仪器允许在如通过喷射油漆所产生的有害环境中也以高精度将对象涂漆。
[0017]本发明再进一步的目的是提供将对象涂漆的方法，所述对象尤其为车辆的车身部分，所述方法具有相同的优点。
[0018]这些和其他目的通过将对象涂漆的仪器实现，所述对象尤其为车身部分，所述仪器包括:
[0019]-涂漆头，其配备有至少一个喷雾嘴，所述喷雾嘴被安排以将预定颜色的油漆流输送到所述对象的表面；
[0020]-移动部件，其用于在工作空间内移动所述涂漆头，所述移动部件具有至少两个自由度;
[0021 ] 此外，其主要特征是提供:
[0022]-识别装置，其用于识别以上所述的对象表面的三维形状，所述识别装置整合到所述涂漆头中，并包括:
[0023]-红外投影部件，其被安排以将点的网格或矩阵投影到所述对象的表面上，在所述表面获得包含多个点的投影图像；
[0024]-光学传感器部件，其被安排以检测所述点的投影图像，获得检测到的投影图像，所述检测到的投影图像包括多个点或像素，具有确定的空间坐标(x，y，z)；
[0025]-处理部件，其被安排以接收来自所述传感器部件的所述检测到的投影图像并确定所述投影图像每个所述点的所述空间坐标(X，y, Z)，以这样的方式来确定所述表面的三维形状；
[0026]且所述移动部件被安排以根据所确定的点的空间坐标在工作空间内移动所述涂漆头，以这样的方式，在涂漆步骤时，将喷雾嘴安排距待涂漆表面大体上固定距离且能够跟随其弯曲。
[0027]尤其，所述投影图像每个所述点的空间坐标X，y可以根据每个点或像素在检测到的投影图像中的位置来确定。
[0028]有利地，所述投影图像每个所述点的空间坐标ζ根据检测到的投影图像中相应的点或像素的灰度值来测量。
[0029]优选地，移动部件包括具有至少六个自由度的拟人机器人。该方案允许获得很大的移动自由，且尤其模仿由操作员用手进行的涂漆操作。
[0030]有利地，安排处理部件以处理三维形状，以这样的方式来获得相应二维形状。
[0031]尤其，处理部件可适于处理三维形状以确定以上所述的二维几何形状的轮廓或外缘。
[0032]有利地，传感器部件被配置以处理所述检测到的投影图像的所述多个点或像素的灰度值，以确定待涂漆的所述表面的二维几何形状和/或轮廓或外缘。更加详细地，处理部件被配置以确定所述检测到的投影图像的所述多个点的所有点或像素中较高的灰度值Imax，对应于距所述传感器部件较远的点或像素，和所述检测到的投影图像的所述多个点的所有点或像素中较低的灰度值Imin，对应于距所述传感器部件较近的点或像素。然后，安排所述处理部件以将第一灰度值，例如对应于白色的值“255”，关联至所有具有位于Imax和Imin之间的灰度值的点，和将第二灰度值，例如对应于黑色的值“0”，关联至所有具有不同灰度值的点。这样，由所有在以上所述的处理步骤之后具有等于所述第一灰度值即值255的灰度值的点或像素，限定确定二维几何形状的轮廓或外缘。
[0033]此外，处理部件被配置以将以上所述的二维几何形状关联至预定的数据库中包含的多个模型的模型。例如，如果对象是汽车、或其他车辆的车身部分，如门、发动机罩、挡泥板等，处理部件根据获得的二维几何形状的轮廓或外缘，开始在确定的数据库中存在的所有模型中搜索具有与其在几何学上较相似轮廓或外缘的模型。由处理部件通过比较获得的二维几何形状的轮廓或外缘与所述数据库中存在的每一个模型的轮廓或外缘来进行这种类型的操作，将相似性指数^关联至每个比较并产生结果，即，当指数高于预定的阈值i /时，几何学上与待涂漆的对象较相似的模型的识别。此外，或作为所述标准的备选，安排处理部件以执行与数据库中存在的所有模型的所述比较，获得相应的多个相似性指数isi并由于以上所述的分析产生已经关联至最高相似性指数isi的模型。
[0034]如果不可能将检测的部分关联至数据库中存在的模型，安排处理部件以在数据库中记住待涂漆的对象的二维几何形状，然后提供自学程序。
[0035]移动部件可安装在导轨例如轨道、或滑板上，沿着导轨移动部件可移动以安排在预定的距离，尤其是在待涂漆的对象附近。
[0036]本发明有利的示例性实施方式中，移动部件安装在移动平台上，例如具有预定数量的轮，特别地三个或四个轮。这样，移动部件在预定的工作区域例如涂漆小室中自由地移动是可能的，尤其将移动部件安放在表面X，y的任何点上是可能的。
[0037]尤其，所述移动平台可配备有至少一个选自以下的传感器:
[0038]近距离传感器；
[0039]远距离传感器。
[0040]更详细地，根据由近距离传感器和/或远距离传感器检测到的信号，安排移动平台在工作区域例如涂漆小室中移动，避开已经检测到的可能的障碍。
[0041]在优选的示例性实施方式中，例如在所述涂漆头处提供接口部件，其被安排例如以可移动的方式将同一个所述涂漆头啮合至预定工具，如喷壶或其他油漆容器，而且还啮合至使油漆干燥如供应热空气的装置、或其他工具，以对被涂漆的表面或待涂漆表面进行表面处理(finish)。
[0042]有利地，接口部件提供有驱动部件，所述驱动部件被安排以驱动尤其是操作或关闭预定工具。例如，在输送油漆的工具的例子中，安排驱动部件来作用于按钮，或作用于操纵杆、或触发器，以打开或关闭的方式操作打开或关闭油漆供应的阀门。
[0043]在示例性实施方式中，驱动部件包括主体和与所述主体枢转连接的多个二级细长体或方阵(Phalanxes)，所述二级细长体的每一个包括预定数量的串联安排并枢转连接的刚性体或“接头”。尤其，可操作刚性体，引起所述刚性体围绕确定的转轴旋转，以将所述刚性体安排在对应于打开或关闭拟人手的配置的预定工作配置中，并以这样的方式配置来机械地使其自身适应于不同形状的操纵工具，以操作所述操纵工具和然后将其打开或关闭，例如，在油漆供应装置的例子中，操作或关闭启动或中断油漆输送的按钮或触发器。
[0044]尤其，可提供涂漆小室，在其中在开始涂漆操作之前安排所述涂漆头和待涂漆的对象。
[0045]有利地，进一步提供:
[0046]辅助投影部件，所述辅助投影部件被安排以将结构光激光投影到所述对象上；
[0047]检测部件，其被安排以检测由所述对象反射的所述结构光并将所述结构光转换为所述投影部件距所述对象的附加距离信号。
[0048]根据本发明的另一个方面，将对象尤其是汽车车身部分涂漆的方法，包括步骤:
[0049]在预定的工作空间内安排涂漆头，所述涂漆头配备有至少一个喷雾嘴，所述喷雾嘴被安排以将油漆流输送至待涂漆的对象表面；
[0050]在工作空间内移动所述涂漆头，所述移动步骤通过具有至少两个自由度的移动部件来执行；
[0051]且其中还提供进一步的步骤:
[0052]识别所述对象的所述表面的三维形状，所述识别步骤包括以下步骤:
[0053]将红外点的网格或矩阵投影到所述对象的所述表面上，获得包含具有确定空间坐标的多个点的投影图像；
[0054]检测所述投影图像，获得检测到的投影图像，所述检测到的投影图像包含多个具有确定的空间坐标(x，y，z)的点或像素，所述检测步骤通过整合到所述涂漆头中的光学传感器部件而执行；
[0055]处理所述检测到的投影图像，所述处理步骤被安排以确定所述检测到的投影图像的所述点的每一个的所述空间坐标(X，y, Z)，以确定所述对象的三维形状，尤其，根据所述检测到的投影图像中每一个点或像素的位置确定所述空间坐标x，y，而根据相应的点或像素的灰度值确定所述空间坐标ζ ;
[0056]根据所述点的所述空间坐标在所述工作区域中移动所述涂漆头，以这样的方式，在所述涂漆步骤时，安排所述喷雾嘴距所述对象所述表面大体上固定的距离。
[0057]有利地，所述处理步骤包括以下步骤:
[0058]将所述三维形状转换为所述对象的所述表面的二维几何形状，计算所述检测到的投影图像的所述点或像素的灰度值来执行所述转换步骤；
[0059]比较所述二维几何形状与预定的数据库中包含的多个模型的二维几何形状，根据所述检测到的投影图像的预定的一组点的灰度值和相应的一组点的灰度值执行所述比较步骤，所述相应的一组点即由这样的点组成，所述点位于所述模型中已经检查过的检测到的投影图像的该组点的同一点空间坐标x，y中；
[0060]将所述对象关联至所述多个相应的相似性指数is的每个模型；
[0061]在所述多个模型中选择具有最高相似性指数或高于预定阈值i/的相似性指数i s的模型；
[0062]将所述所选模型关联至所述待涂漆的对象的所述二维几何形状；
[0063]显示各种与所述所选模型关联的颜色；
[0064]在所述各种颜色中选择预定的颜色。
[0065]尤其，所述比较步骤包括以下步骤:
[0066]识别所述二维几何形状的轮廓或外缘，
[0067]所述识别步骤提供以下步骤:
[0068]计算所述检测到的投影图像的所述多个点的所有点或像素中的最高灰度值1_，其对应于距所述传感器部件最远的点或像素；
[0069]计算所述检测到的投影图像所述多个点的所有点或像素中的最低灰度值Imin，其对应于距所述传感器部件最近的点或像素；
[0070]将第一灰度值尤其是对应于白色的值“255”关联至所有具有位于Imax和Imin之间的灰度值的点，并将第二灰度值尤其是对应于黑色的值“O”关联至所有具有不同灰度的占.
[0071]比较所述限定的轮廓或外缘与所述数据库中包含的所述多个模型的轮廓或外缘。
[0072]尤其，比较待涂漆的对象的二维几何形状的轮廓或外缘与以上所述数据库中存在的模型的轮廓或外缘来执行所述比较步骤。
[0073]有利地，提供定心(centring)步骤以相对于所述待检测的对象的所述表面将所述传感器部件定心，所述定心步骤包括以下步骤:
[0074]-检测所述光学传感器部件相对于所述待涂漆的对象的所述表面的位置，所述检测步骤包括以下步骤:
[0075]-通过所述处理部件确定所述检测到的投影图像的矩心的空间坐标；
[0076]-创建参照物几何图形，所述参照物被安排以近似所述检测到的投影图像；
[0077]-通过所述处理部件识别所述参照物几何图形的中心；
[0078]-相对于所述对象移动所述光学传感器部件并从而移动所述涂漆头直到使所述几何图形的所述中心与所述检测到的投影图像的所述矩心和所述光学传感器部件的所述位置大体上一致。
[0079]尤其，以上所述的步骤可重复，直到所述矩心的位置和所述几何图形的中心安排在低于预定阈值的距离。
【专利附图】
【附图说明】
[0080]现将参考附图，通过本发明示例性实施方式的以下描述示例性但非限制性地显示本发明，在附图中:
[0081]图1图示地显示了根据本发明将对象涂漆的仪器的可能的示例性实施方式的透视立面侧视图；
[0082]图2显示了图1仪器提供的待涂漆表面的形状的识别装置的立面主视图；
[0083]图3图示地显示了通过图1仪器提供的处理部件计算的以确定待涂漆表面形状的投影图像的示例；
[0084]图4图示地显示了图1仪器的可能的示例性实施方式的透视立面侧视图；
[0085]图5图示地显示了通过图1仪器提供的处理部件执行的以确定所述表面二维形状的处理步骤；
[0086]图6图示地显示了通过图1仪器提供的处理部件执行的处理步骤，其将数据库中存在的所有模型中预定的模型关联至所述表面的二维形状；
[0087]图7图示地显示了图1仪器另一个可能的示例性实施方式的透视立面侧视图；
[0088]图8至10图示地显示了在图1仪器的所述涂漆头处提供的接口和操作部件的第一不例性实施方式；
[0089]图1lA至IlD显示了提供作为图8驱动部件备选的拟人机器手的示例性实施方式；
[0090]图12至15显示了图8驱动部件的另一个提供多个扭转力矩(leverages)的示例性实施方式；
[0091]图16A和16B分别图示地显示了可能的涂漆小室的立面侧视图和部分横断面透视图，其中可设置图1仪器的第一示例性实施方式；
[0092]图17A和17B分别图示地显示了可能的涂漆小室的立面侧视图和部分横断面透视图，其中可设置图1仪器的第二示例性实施方式；
[0093]图18图示地显示了根据本发明将对象涂漆的方法的主要步骤的方框图；
[0094]图19图示地显示了图18将对象涂漆的方法的示例性实施的方框图。
【具体实施方式】
[0095]如图1图示地所示，将对象50涂漆的仪器100的可能的示例性实施方式包括配备有至少一个喷雾嘴75的涂漆头70，所述对象50例如汽车的车身部分如发动机罩、门、保险杠，以及船只的船体或飞机的机身等，所述喷雾嘴75被安排以将预定颜色的油漆流输送至待涂漆的对象50的表面51。
[0096]仪器100还包括用于在例如由涂漆小室500 (图16A-17B)的壁505所限定的工作空间中移动所述涂漆头70的移动部件200。移动部件200具有两个或更多个自由度。例如，在图1的示例性实施方式中，移动部件200提供沿着平移方向211滑动地安装在轨道215上的基座201，第一刚性体202枢转连接至基座201，以围绕第一旋转轴212旋转，第二刚性体203围绕第二旋转轴213枢转连接至第一刚性体202，第三刚性体204枢转连接至第二刚性体203，以围绕第三旋转轴214旋转。
[0097]此外，根据本发明所提供的，仪器100提供有用于识别以上所述的待涂漆的对象50的表面51的三维形状的检测装置60。更详细地，识别装置60被安装整合到所述涂漆头70，并且如例如图2图示地所示，其包括投影部件61，所述投影部件61被安排以将红外点35的网格30或矩阵投影到待涂漆的表面51上，获得也包括多个点的投影图像。装置60还包括光学传感器部件62，其被配置以检测所述点的投影图像，获得检测到的投影图像130，投影图像130包括多个具有确定的空间坐标(X，y, ζ)的点175 (图3)。仪器100也包括处理部件300，其被安排以接收来自传感器部件62的检测到的投影图像130，并确定投影图像130的每个点或像素175的空间坐标(x，y，z)，以确定表面51的三维形状171。处理部件300尤其被配置以测量投影图像的每个点175的灰度值(图4)。更加详细地，每个点的X，y坐标对应于图像130中的坐标，即对应于点或像素的位置，而坐标ζ可通过处理部件300根据所确定的每个点或像素的灰度值来测量。因此，灰度值对应于由传感器部件62检查到的点或像素175的距离。更加详细地,如图3图示地所示，图像130的每个点175或像素具有预定的响应点175或像素距传感器部件62距离的灰度值。例如，在图3的例子中，由于对象50的弯曲，导致点175a由传感器部件62安排在大于点175b距离d’的距离d处，因此其将具有高于后者的灰度值。在图3中，只是用于说明的目的，图示地显示了不同的灰度值具有不同尺寸的点。
[0098]处理部件300可整合到识别装置60中，或可提供处理器，其在装置60之外，且被安排以接收传感器部件62的数据并如上所述处理所述数据。
[0099]移动部件200适于根据如上所述所确定的点175的空间坐标(x，y, ζ)在工作空间内移动所述涂漆头70，以这样的方式，在涂漆时，安排喷雾嘴75距待涂漆的表面51大体上固定的距离，从而允许跟随对象50的表面51的弯曲。该示例性实施方式尤其允许在单通道内检测表面51的形状，然后根据在开始涂漆步骤之前检测到的数据——即点175的空间坐标(X，Y, ζ)的数据——通过喷雾嘴75提供涂漆步骤。这样，相对于现有技术的相似仪器，用单个检测步骤确定感兴趣的点的空间坐标U，y, ζ)然后加速整个涂漆操作是可能的。这样，此外减少直到消除在检测数据时出错的可能性是可能的。
[0100]在图4优选的示例性实施方式中，移动部件200包括拟人机器人200，其具有至少六个自由度，例如由各自的旋转轴221-226限定的六个旋转自由度。尤其，移动部件200包括多个枢转连接的刚性体230-237(图4、IIC和11D)。这种结构使其获得很大的移动自由并提供与由操作员用手进行的相似的最终涂漆成为可能。
[0101]如图5图示地所示，处理部件300适于处理与三维形状171相关的数据，以这样的方式获得相应的二维几何形状172。尤其地，安排处理部件300以处理三维形状171，从而获得以上所述的二维几何形状172的轮廓175。根据图6所示的示例性实施方式，还可安排处理部件300以将以上所述的二维几何形状172尤其是其轮廓175关联至数据库120中包含的多个模型的模型。例如，如果待涂漆的对象50是汽车或其他车辆的车身部分如门、发动机罩、挡泥板等，处理部件300根据所获得的二维几何形状172的轮廓175，开始搜索数据库120中存在的所有模型121中与其在几何学上较相似的模型125。这种类型的步骤由处理部件300执行，执行获得的二维几何形状172的轮廓175或外缘与数据库120中存在的每个模型121的轮廓的比较，并将相似性指数is关联至每个比较。由此作为结果，处理部件300产生与高于预定阈值i/的指数i s相关联的模型125。作为备选，所识别的模型125可对应于具有与检测到的二维几何形状172相比所有模型121中最高的指数^的模型。
[0102]如果二维几何形状172并非与数据库120中存在的模型121都不相关，尤其是如果所确定的相似性指数is都不高于所述预定的阈值i Λ则配置处理部件300以存储相应的二维几何形状172，将其引入数据库120，并从而进行自学程序。
[0103]在图7的示例性实施方式中，移动部件200安装于移动平台350，所述移动平台350例如具有预定数量的轮355，尤其为三个或四个轮。这样，以绝对的移动自由度在预定的工作区域例如涂漆小室500内移动移动部件200是可能的。在图16A和16B的示例性实施方式中，平台350滑动地安装在导轨，例如轨道或单轨370上，所述导轨限定了工作路径，沿着所述路径安排待涂漆的对象50a-50c。相反，在图17A和17B图示地所示的示例性实施方式中，平台350安装在预定数量的轮、例如三个轮上，并因此如上所述以相对于图16A和16B的例子更高的移动自由度而提供。
[0104]尤其在图17A和17B所述的例子中，移动平台350可配备有至少一个检测可能在工作区域中存在的障碍的传感器。例如，如图7示例性实施方式图示地所示，检测所述障碍的传感器可包括一个或多个远距离传感器361和至少一个近距离传感器362。根据由一个或每个近距离传感器361和/或一个或每个远距离传感器362所检测到的信号，移动平台350适于在工作区域中移动，从而避开检测到的障碍。
[0105]在图8至15图示地显示的示例性实施方式中，提供接口部件80，其被安排在例如所述涂漆头70处，且被安排以例如以可移动的方式，将所述同一涂漆头70啮合至预定工具90，如喷壶或其他油漆容器，以及干燥油漆的装置，例如热空气供应装置、或其他部件，以提供对涂漆的表面、或待涂漆表面的表面处理。接口部件80可包括支持平面81，在其上安排部件90和可能的固定元件，例如用于紧固工具90的带82。
[0106]接口部件80有利地提供被安排以操作预定工具90的驱动部件140。在图9和10的示例中，例如，工具90为配备有输送阀门91的喷射油漆的喷壶。在这种情况下，驱动部件140提供在与阀门91隔开的位置到操作位置之间可移动的驱动器构件141，在与阀门91隔开的位置中不提供油漆输送(图9)，在所述操作位置中驱动构件141按压阀门91，以打开所述阀门并导致油漆190的喷射输送(图10)。
[0107]在图1lA至IlD的示例性实施方式中，驱动部件140提供机器人型的拟人手，其能够使其自身机械地适于操纵工具90的形状并包括主体145和多个二级细长体146或方阵，例如枢转连接至主体145的三个二级细长体146a-146c。每个二级细长体146由预定数量的刚性体147或“接头”组成，例如串联地安排并在转轴148处枢转连接的三个刚性体147a-147c。
[0108]在图11至15进一步的示例性实施方式中，驱动部件140提供多个扭转力矩41，其被安排以将电动机42的旋转移动转换为平移移动，从而拉动/释放供应枪90的“触发器”95，然后分别引起阀门91的打开或关闭。
[0109]如图16A和16B中图示地所示，仪器100可安排在涂漆小室500中，其中在开始涂漆操作前，在各自的位置安排所述涂漆头70和待涂漆的对象，例如三个对象50a、50b和50co
[0110]在图18中，图示地显示了根据本发明将对象涂漆的方法的主要阶段。所述方法提供安排配备有至少一个喷雾嘴的涂漆头的开始步骤，所述喷雾嘴被安排以将油漆流输送到待涂漆的对象的表面上，方框401。接下来的步骤将红外点的网格或矩阵投影到待涂漆的对象的表面上，获得包含具有确定的空间坐标的多个点的投影图像，方框402。因此接着是通过整合到所述涂漆头上的光学传感器部件来执行的投影图像检测步骤，获得检测到的投影图像，方框403。然后是投影图像的处理步骤，其用于确定检测到的投影图像的每个点的空间坐标(X，y, z)，从而确定对象的三维形状，方框404。根据由处理数据步骤获得的数据，尤其是空间坐标(x，y，z)的数据，然后所述涂漆头在工作空间内移动，以这样的方式，在涂漆时，安排喷雾嘴距所述对象表面大体上固定的距离，方框405。
[0111]在示例性实施方式和图19图示地显示中，在开始移动步骤一用于将对象涂漆的方框405之前，提供转换步骤以将检测到的表面的三维形状转换为同一对象的二维几何形状，方框406。然后计算获得的二维几何形状用于确定轮廓或外缘，方框407。然后提供比较步骤和相应的关联步骤，所述比较步骤用于通过数据库中包含的多个模型比较获得的二维几何形状，所述关联步骤用于在参照图5和6的上述条件下将二维几何形状关联至以上所述的多个模型的模型，方框408。
[0112]然后，接着是显示步骤，其中用涉及同一模型相关尺寸和/或各种颜色的有关数据来显示识别的模型，方框409。根据所显示的可能的颜色，操作员或自动地系统选择与所述模型相关的颜色中的一种，方框410。然后，可接着是在所述涂漆头中含有所选颜色的枪的安排步骤。作为备选，有例如通过多个导管将所选颜色油漆输入具有喷雾嘴的固定容器的步骤。在以上所述的步骤之后是移动用所选颜色将对象涂漆的所述涂漆头。
[0113]特定示例性实施方式的前文描述根据构思的角度将非常全面地揭示本发明，以使得在没有进一步研究并不脱离本发明的情况下，其他人将能够通过应用当前知识，在各种应用中修改和/或改变特定的示例性实施方式。因此，这意味着这些改变和修改将必须视作等同于特定的实施方式。实现本文中描述的不同功能的部件和材料，可能具有不同的性质，但是不会由此脱离本发明的【技术领域】。应理解本文中使用的措辞和术语是为了说明目的而不是为了限制。
【权利要求】
1.将对象(50)涂漆的仪器(100)，所述对象尤其是汽车车身部分，所述仪器包括: 涂漆头(70)，其配备有至少一个被安排以将预定颜色的油漆流输送到所述对象(50)的表面(51)上的喷雾嘴(75)； 移动部件(200)，其用于在工作空间内移动所述涂漆头(70)，所述移动部件(200)具有至少两个自由度； 其特征在于其进一步包括: 识别装置(60)，其用于识别所述对象的所述表面(51)的三维形状，所述识别装置(60)被整合到所述涂漆头(70)并包括: 红外投影部件(61)，其被安排以将点的网格或矩阵投影到所述对象(50)的所述表面(51)上，获得包含多个点的投影图像； 光学传感器部件(62)，其被安排以检测所述对象(50)上的所述投影图像，获得检测到的投影图像(130)，所述检测到的投影图像(130)包括多个具有确定空间坐标(X，y, z)的点或像素(175)； 处理部件(300)，其被安排以接收来自所述光学传感器部件￠2)的所述检测到的投影图像(130)，并确定所述投影图像(130)的所述点(175)的每一个的所述空间坐标(X，y, z),以这样的方式确定所述表面(51)的三维形状； 和在于安排所述移动部件(200)根据所述点的所述确定的空间坐标在所述工作空间内移动所述涂漆头(70)，以这样的方式，在所述对象(50)的所述涂漆步骤时，所述喷雾嘴(75)被安排距所述待涂漆的表面(51)大体上固定的距离并能够跟随其弯曲。
2.根据权利要求1所述的将对象涂漆的仪器，其中根据每个点或像素在所述检测到的投影图像(130)中的位置确定所述投影图像的所述点(175)的每一个的所述空间坐标x，y。
3.根据权利要求1所述的将对象涂漆的仪器，其中根据所述检测到的投影图像(130)中相应的点或像素的灰度值测量所述投影图像的所述点(175)的每一个的所述空间坐标Zo
4.根据权利要求1所述的将对象涂漆的仪器，其中所述移动部件(200)包括具有至少六个自由度的拟人机器人。
5.根据前述权利要求任何一项所述的将对象涂漆的仪器，其中安排所述处理部件(300)处理所述三维形状，以获得相应的二维几何形状。
6.根据权利要求5所述的将对象涂漆的仪器，其中安排所述处理部件(300)处理所述三维形状的所述点或像素(175)的所述灰度值，并从而处理所述点或像素(175)距所述传感器部件￠2)的距离，以获得所述相应的二维几何形状，尤其是获得轮廓或外缘。
7.根据前述权利要求任何一项所述的将对象涂漆的仪器，其中所述移动部件安装在导轨上，所述移动部件沿着所述导轨移动，以这样的方式被安排在所述待涂漆的对象附件。
8.根据前述权利要求任何一项所述的将对象涂漆的仪器，其中所述移动部件(200)安装在预定工作区域内的移动平台(350)上，所述移动平台(350)配备有至少一个选自以下的传感器: 近距离传感器(362)； 远距离传感器(361)； 以这样的方式，安排所述移动平台(350)在所述工作区域内移动，以避开由所述或每个传感器(362，361)检测到的位于所述移动平台(350)和所述对象(50)之间的障碍。
9.根据前述权利要求任何一项所述的将对象涂漆的仪器，其中提供接口部件(80)，其被安排以将所述涂漆头(70)啮合至预定工具(90)，此外所述接口部件(80)提供有被安排以操作或关闭所述预定工具(90)的驱动部件(140)。
10.根据权利要求9所述的将对象涂漆的仪器，其中所述驱动部件(140)包括主体(145)和多个与所述主体枢转连接(145)的二级细长体或方阵(146)，所述二级细长体或方阵的每一个包括串联安排和枢转连接的预定数量的刚性体或“接头”(147)，所述刚性体的每一个能够机械地使其自身适于所述操纵工具(90)的形状。
11.根据前述权利要求任何一项所述的将对象涂漆的仪器，其中进一步提供以下特征:辅助投影部件，所述辅助投影部件被安排以将结构光激光投影到所述对象上； 检测部件，其被安排以检测由所述对象反射的所述结构光并将所述结构光转换成所述投影部件距所述对象的附加距离信号。
12.将对象涂漆的方法，所述对象尤其是汽车车身部分，所述方法包括以下步骤: 在预定的工作区域内安排涂漆头，所述涂漆头配备有至少一个被安排以将油漆流输送到对象表面的喷雾嘴； 在所述工作区域内移动所述涂漆头，所述移动由具有至少两个自由度的移动部件执行； 其特征在于还提供进一步的步骤: 识别所述对象的所述表面的三维形状，所述识别步骤包括以下步骤: 将红外点的网格或矩阵投影到所述对象的所述表面上，获得包含多个点的投影图像；检测所述投影图像，获得包括多个具有确定空间坐标(x，y，z)的点或像素的检测到的投影图像，所述检测步骤由整合到所述涂漆头的光学传感器部件执行； 处理所述检测到的投影图像，安排所述处理步骤以确定所述检测到的投影图像的所述点的每一个的所述空间坐标(X，y, z)，从而确定所述对象的三维形状，所述空间坐标X，y根据所述检测到的投影图像中每个点或像素的位置来确定，而所述空间坐标Z根据相应的点或像素的灰度值来确定； 根据所述点的所述空间坐标在所述工作区域内移动所述涂漆头，以这样的方式，在所述涂漆步骤时，所述喷雾嘴被安排距所述对象的所述表面大体上固定的距离并可跟随其弯曲。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述处理步骤包括以下步骤: 将所述三维形状转换为所述对象的所述表面的二维几何形状，计算所述检测到的投影图像所述点或像素的灰度值来执行所述转换步骤； 比较所述二维几何形状与预定的数据库中包含的多个模型的二维几何形状，根据所述检测到的投影图像的预定的一组点的灰度值和所述模型相应的一组点的灰度值来执行所述比较步骤； 将所述对象关联至所述多个相应的相似性指数is的每个模型； 在所述多个模型中选择具有最高相似性指数或高于预定阈值i/的相似性指数i s的模型； 将所述所选模型关联至所述对象的所述二维几何形状； 显示关联至所述所选模型的各种颜色； 在所述各种颜色中选择预定颜色。
14.根据权利要求12或13所述的方法，其中所述比较步骤包括以下步骤: 根据所述检测到的投影图像的所述点或像素的所述灰度值识别所述二维几何形状的轮廓或外缘； 所述识别步骤提供以下步骤: 计算所述检测到的投影图像的所述多个点的所有点或像素中的最高灰度值Imax，其对应于距所述传感器部件最远的点或像素； 计算所述检测到的投影图像的所述多个点的所有点或像素中的最低灰度值Imin，其对应于距所述传感器部件最近的点或像素； 将第一灰度值关联至所有具有位于Imax和I min之间的灰度值的点，并将第二灰度值关联至所有具有不同灰度的点； 比较所述限定的轮廓或外缘与所述数据库中包含的所述多个模型的轮廓或外缘。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第一灰度值为对应于白色的“255”，所述第二灰度值为对应于黑色的“O”。
16.根据权利要求12至15所述的方法，其中提供定心步骤，用于相对于所述待检测的对象的所述表面对所述传感器部件进行定心，所述定心步骤包括以下步骤: 检测所述光学传感器部件相对于所述对象的所述表面的位置，所述检测包括以下步骤: 通过所述处理部件确定所述检测到的投影图像的矩心的空间坐标； 创建被安排以近似所述检测到的投影图像的参照物的几何图形； 通过所述处理部件识别所述参照物几何图形的中心； 相对于所述对象移动所述光学传感器部件，并从而移动所述涂漆头，直到使所述几何图形的所述中心与所述检测到的投影图像的所述矩心和所述光学传感器部件的所述位置大体上一致。
【文档编号】G06T7/00GK104487174SQ201380038584
【公开日】2015年4月1日 申请日期:2013年5月21日 优先权日:2012年5月21日
【发明者】A·曼兹, S·罗切拉, J·布茨欧尼, F·莱昂尼, G·费里, T·菲奥勒利 申请人:Cmo 索迪尼蒂诺和C.S.N.C.公司, 圣安娜高等学校