BR102014018280A2 - método para localização de uma ferramenta em um local de trabalho, sistema correspondente e produto de programa de computador - Google Patents

Abstract

método para localização de uma ferramenta em um local de trabalho, sistema correspondente e produto de programa de computador. um método para localizar uma ferramenta para operações industriais que é posicionada em uma sequêcia de pontos de funcionamento (l1 ... ln) de uma sequência de funcionamento (se) associada a diferentes posições em um componente (12) sobre o qual o trabalho deve ser realizado, compreendendo associar uma fonte de luz (st) à referida ferramenta (11) e pelo menos três fontes de luz (sc1, sc2, sc3) que identificam umo terceto de referência de posição (re) fixa com relação ao referido componente (12); adquirir, através de um aparelho de estereovisão (20) compreendendo pelo menos duas câmeras de vídeo (21a, 21b), pelo menos duas imagens respectivas da referida ferramenta (11) e componente (12); rastrear (300) o deslocamento dos referidos pontos de funcionamento (l1 ... ln) sobre o referido componente (12), em particular ao realizar uma operação industrial sobre o componente, pelo: reconhecimento (323) das posições (pc1, pc2, pc3) do terceto de referência (re) e um ponto (pt) da fonte de luz (st) da ferramenta (11 ); calcular (324) a posição (pl1 ... pln) dos pontos de funcionamento (l1 ... ln) de uma sequência de funcionamento (se) com relação às posições assumidas pelo terceto de referência (re); e avaliar (325, 326) a posição (pt) da ferramenta (pt) com relação à posição calculada (pl1 ... pln) dos pontos de funcionamento (l1 ... ln).

Description

"MÉTODO PARA LOCALIZAÇÃO DE UMA FERRAMENTA EM UM LOCAL DE TRABALHO, SISTEMA CORRESPONDENTE E PRODUTO DE PROGRAMA DE COMPUTADOR" Campo da invenção [0001] A presente invenção refere-se às técnicas para localizar uma ferramenta para operações industriais que está posicionada em uma sequência de pontos de funcionamento associada a diferentes posições sobre um componente sobre o qual o trabalho deve ser realizado.

[0002] No que segue, entende-se por "ferramenta" um instrumento para a realização de operações industriais, por exemplo, uma chave ou um jugo de soldagem, o que possivelmente pode ser associado a um robô manipulador, mas esta definição é entendida como sendo estendida também a elementos para manuseio de uma ferramenta, por exemplo, um flange do robô ao qual um atuador final pode ser fixado.

Estado da técnica [0003] No processo de montagem, no campo industrial, a objetivação tem assumido grande importância, ou seja, o local da posição, em particular, de uma ferramenta, no que diz respeito a um sistema, isto é, umo terceto de eixos de referência, de uma operação industrial, tais como, por exemplo, uma operação de aparafusamento.

[0004] Neste contexto, é importante compreender, por exemplo, como o parafuso é aparafusamento, a fim de: - inibir o aparafusamento no caso em que uma sequência particular é prevista e não está sendo respeitada; e - preservando os dados de torque e ângulo para as operações de aparafusamento individuais (e não para uma sequência de operações de aparafusamento).

[0005] ilustrada por meio de exemplo na Figura 1 é uma chave 11 e um componente 12 que apresentam uma multiplicidade de pontos de funcionamento Li...Ln, ou seja, de pontos em que se encontram os parafusos a serem aparafusados, localizados em diferentes respectivas posições no espaço PLi...PLn.

[0006] O objetivo da localização é, portanto, por um lado, compreender onde o componente 12 está localizado, e, portanto, os pontos de L^.-Ln a serem aparafusados, e, por outro, entender onde a chave 11 está localizada.

Problema técnico [0007] Existem nos sistemas de mercado, com base na tecnologia de ultrassom, que permitem que os objetivos acima sejamm perseguidos, mas normalmente apresentam limitações consideráveis. Na verdade, estes sistemas não realizam a localização do componente, mas sim registram as coordenadas no espaço em relação aos receptores, independentemente da presença/posição do componente. Por conseguinte, eles podem ser aplicados apenas na condição em que o componente sempre atinge a mesma posição. No caso de linhas em movimento, a única solução consiste em ler o codificador do transportador dos componentes e recalcular a posição do componente.

Objeto da invenção [0008] O objeto da presente invenção é propor um método do tipo indicado no início da presente descrição, que será capaz de resolver os problemas acima referidos e permitir a localização do componente, mesmo quando está em movimento, sem ter de adquirir informação a partir do sistema para mover o componente.

[0009] Outro objeto da invenção é fornecer um método que seja flexível e que irá permitir a utilização de um sistema economicamente vantajoso.

Sumário da invenção [0010] Com vista a atingir os objetos referidos acima, o assunto da invenção é um método de localização que apresenta as características especificadas na reivindicação 1. Outro assunto da invenção é um sistema de posicionamento de acordo com a reivindicação 9 e um produto de programa de computador de acordo com a reivindicação 15. Como utilizado aqui, referência a tal produto de programa de computador é entendida como sendo equivalente ao valor de referência para uma mídia legível por computador contendo instruções de controle do sistema de processamento, a fim de coordenar a realização do método de acordo com a invenção. A referência a "pelo menos um computador" é evidentemente entendida como destacando a possibilidade da presente invenção ser implementada de forma modular, e/ou distribuída.

Breve descrição dos desenhos [0011| Outras características e vantagens da invenção serão mais notórias a partir da seguinte descrição com referência aos desenhos em anexo, que são fornecidos puramente a título de exemplo não limitante e em que: [0012] A Figura 1 já foi ilustrada anteriormente;

[0013] A Figura 2 é uma ilustração esquemática de um sistema que implementa o método de localização de acordo com a invenção;

[0014] A Figura 3 é um diagrama ilustrativo de um procedimento de inicialização do método de acordo com a invenção;

[0015] A Figura 4 é um diagrama ilustrativo de um processo de caracterização do método de acordo com a invenção;

[0016] A Figura 5 é um diagrama ilustrativo das etapas de um procedimento de rastreamento do método de acordo com a invenção;

[0017] A Figura 6 é um diagrama ilustrativo de mais etapas de um procedimento de rastreamento do método de acordo com a invenção;

[0018] A Figura 7 é um diagrama ilustrativo das etapas de um procedimento de rastreamento do método de acordo com a invenção; e [0019] As Figuras 8 a 10 mostram fluxogramas que ilustram o método de localização de acordo com a invenção.

[0020] Descrição detalhada das modalidades preferidas da invenção [0021] Em resumo, o método e o sistema propostos, prevêem localizar o componente submetido a uma operação industrial pela associação de uma referência compreendendo fontes de luz fixa com relação ao componente referido e uma fonte de luz fixa em relação à ferramenta de operação. Com base na posição da referência, avaliada através de câmeras de vídeo estereoscópicas, ou seja, câmeras de vídeo para as imagens das quais um procedimento de estereovisão é aplicado em um computador, que identifica a posição dos mesmos no espaço, a posição dos pontos de funcionamento sobre o componente é calculada em cada instante. Por conseguinte, é possível localizar os pontos de funcionamento sobre o componente mesmo que esteja em movimento, com tempos de computação compatíveis com os tempos de avanço das referidas linhas de "movimento contínuo", onde o componente se move continuamente com respeito à referência, e, consequentemente, a posição dos pontos a ser alcançada varia no tempo, na medida em que cada um dos pontos na sequência é atingido. Além disso, vantajosamente, o método garante seis graus de liberdade de posicionamento para o componente.

[0022] Ilustrado na Figura 2 está um sistema projetado para implementar o método de acordo com a invenção.

[0023] O sistema acima, designado como um todo pelo número de referência 10, compreende um aparelho de visão estereoscópica 20, que compreende, de uma maneira em si mesmo conhecida, uma câmara de vídeo do lado direito 21a e uma câmara de vídeo do lado esquerdo 21b. Estas câmaras de vídeo 21a e 21b filmam uma área de trabalho 30, estão dispostas nelas três fontes de luz SCi, SC2, SC3, em particular três LEDs de infravermelho, nas respectivas posições PC-ι, PC2, PC3 e associados em uma forma fixa em relação ao componente 12 a ser rastreado. No exemplo, estas três fontes de luz são dispostas sobre uma placa 13, que por sua vez está associada com o componente 12. Também situada na área de trabalho 30 está a ferramenta 11, ou seja, no exemplo preferido, uma chave, fixa com relação a qual está uma respectiva fonte de luz ST, a qual também é de preferência um LED infravermelho, fixo ao mesmo, em uma posição PT que pode, por exemplo, estar próxima à ponta de funcionamento, ou a ponta da ferramenta.

[0024] Em geral, o sistema 10 da Figura 2 é configurado, por meio de um respectivo sistema de controle 60, por exemplo, um computador pessoal, para controlar o funcionamento do aparelho de visão estereoscópica 20 e adquirir as imagens filmadas pelas câmaras de vídeo 21a e 21b do referido aparelho 20. O sistema de controle 60 é, em geral, configurado para obter a partir das duas imagens, uma do lado direito 14a e uma do lado esquerdo 14b, adquiridas pelas duas câmeras de vídeo 20a e 20b, respectivamente, através de uma das técnicas conhecidas de cálculo estereoscópico, a posição no espaço dos pontos da cena filmada, ou seja, por exemplo, o espaço de trabalho 30.

[0025] O sistema de controle 60 é configurado para executar, usando a tomada estereoscópica, um processo para a localização do componente 12, em particular, para a localização dos pontos de funcionamento L-i...L-η, uma forma geral da qual está representada esquematicamente no fluxograma da Figura 10. Este método, portanto, em geral, compreende um procedimento 100 de inicialização do sistema, que produz arquivos de calibração FC contendo dados que são uma função do posicionamento das câmeras de vídeo e permitem, em primeiro lugar, que uma correção seja feita, a fim de operar com as câmeras de vídeo em uma condição de epipolaridade, um processo 200 de caracterização do ambiente de funcionamento, em que um arquivo de caracterização CZ é construído, o qual contém a posição x, y, z de cada uma das três fontes de luz SCi, SC2, SC3 que identificam umo terceto dos pontos de referência RP e a posição x, y, z de cada ponto de funcionamento Li...Ln, isto é, uma sequência de funcionamento SE para ser realizada. Com base no arquivo de calibração FC e arquivo de caracterização CZ, obtidos nos procedimentos 100 e 200, os quais, em geral, são executados antes das etapas normais de operação industrial, um procedimento de rastreamento 300 é executado. Este procedimento de rastreamento em primeiro lugar rastreia as posições PL_i...PLn dos pontos de funcionamento Li...Ln do componente 12 e da ferramenta 11; ou seja, ele calcula essas posições PLi...PLn continuamente enquanto o componente 12 está se movendo. Com base nestas posições, 0 processo 300 calcula também o ponto Lmin mais próximo da posição PT da ferramenta 11. Se a distância é inferior a um determinado limiar, o processo 300 indica que a ferramenta 11 está localizada em um ponto de funcionamento Lmin, e, por exemplo, pode realizar a operação, em particular de aparafusamento. Como tem sido dito, o método de acordo com a invenção, por si só pode ser limitado, durante uma operação industrial, ao procedimento de rastreamento 300, enquanto que os procedimentos 100 e 200 servem para definir as quantidades utilizadas pelo método e pelo sistema de acordo com a invenção para localização durante uma operação industrial.

[0026] Assim, no âmbito do método de acordo com a invenção, há inicialmente previsto um procedimento de inicialização 100, para inicializar o aparelho de estereovisão 20.

[0027] O procedimento citado acima 100 visa posicionar as duas câmeras de vídeo 21a e 21b, de tal maneira que elas enquadrem a área de trabalho 30 e, em seguida, executem uma calibração que visa extrair a posição das câmeras de vídeo 21a e 21b com relaçao umas às outras, de modo a corrigir as distorções de suas óticas e processar as imagens das duas câmeras de vídeo 21a e 21b epipolares, ou seja, proceder de tal forma que, dada a coordenada horizontal x e coordenada vertical y, ou a altura da imagem, cada ponto de uma imagem do lado esquerdo 14b adquirida pela câmera de vídeo do lado esquerdo 21b esteja localizada na mesma altura y na imagem direita 14a adquirida pela câmera de vídeo direita 21a.

[0028] Com referência à Figura 3, que ilustra esquematicamente uma tela de computador de controle 60, configurada, por meio de um software de calibração, para a execução do processo 100, mostrando as imagens direita e esquerda 14a e 14b, há aqui representadas as duas imagens diretamente adquiridas pelas câmeras de vídeo 21a e 21b, que enquadram um instrumento de calibração 15. Este instrumento de calibração 15 é, em geral, um objeto que compreende pontos específicos ou geometrias, a disposição dos quais é conhecida de antemão. Em particular, o instrumento de calibração acima 15 compreende uma folha, em particular de formato A3 UNI, impressa sobre a qual estão trinta círculos pretos 16 espaçados a distâncias iguais entre si, o espaçamento entre os círculos sendo conhecido.

[0029] Com referência ao fluxograma da Figura 7, para realizar a calibração antes de tudo, uma etapa 110 está prevista para a aquisição de imagens das referidas câmeras de vídeo, 21a e 21b, que enquadram o instrumento de calibração 15 apresentando geometrias conhecidas 16.

[0030] Em uma etapa 120, é então previsto o processamento das imagens Mae 14b no computador 60, a fim de extrair as coordenadas das geometrias conhecidas, em particular, no exemplo, as coordenadas no plano da câmara de centroides dos círculos 16.

[0031] Em particular, o computador 60 é configurado, por meio do software de calibração, para extrair as coordenadas acima automaticamente, realizando as seguintes operações: - aplicação de um filtro tal como para enviar para zero todos os valores de cor de pixels da imagem abaixo de certo limiar; - busca do maior objeto branco presente na imagem; - busca, dentro do objeto branco, por objetos circulares (ou seja, os círculos); - extração dos centroides dos círculos; - identificação dos círculos de canto no instrumento 15 e sua ordem no sentido horário a partir de um determinado canto (os círculos 16 nos cantos são coloridos para este fim de vermelho, branco, amarelo, laranja); e - ordenação dos centroides de todos os outros círculos (por exemplo, azul), linha por linha, do vermelho ao branco, até a linha de laranja para amarelo.

[0032] Após a etapa 120 de extração das coordenadas dos centroides dos círculos 16 com relação às imagens 14a e 14b de ambas as câmaras 21a e 21b, que são ordenadas da mesma forma, e, portanto, há correspondência entre os pontos ou posições extraídas à direita e à esquerda, estas coordenadas são utilizadas por uma etapa de calibração, que adota técnicas de calibração, em si mesmas conhecidas no campo de visão estereoscópica e extrai arquivos de calibração FC, que contêm os dados para a realização da retificação epipolar das imagens Mae 14b, tal como indicado, por exemplo, na URL https://sites.googie.com/site/pubredi/computer-vision/stereo-view-geometry.

[0033] Uma vez que os resultados da calibração são melhores, quanto maior o número de pares de imagens 14a, 14b adquiridas, em particular com o aparelho de calibragem 15, em posições diferentes, de preferência, no âmbito do procedimento 1000 as imagens são adquiridas continuamente (em cerca de 20 fps) e processadas em tempo real, em 8 bits.

[0034] Os arquivos de calibração FC são utilizados nos procedimentos subsequentes 200 e 300. Ao usar estes arquivos de calibração FC, como já foi dito, é possível aplicar uma transformada para cada par de imagens 14a, 14b adquiridas de tal modo que a distorção de uma ótica é corrigida e a condição de epipolaridade alcançada.

[0035] Após correção das imagens 14a, 14b realizadas como descrito, um processo de estereovisão, em si mesmo conhecido, retorna para cada ponto pertencente a ambas as imagens 14a, 14b sua posição x, y, z no espaço; ou seja, dada as coordenadas da imagem de um ponto na imagem esquerda 14b e as do ponto correspondente da imagem direita 14, o procedimento de estereovisão realiza a triangulação da posição no espaço do ponto. O sistema de referência tem a sua origem no foco de uma das duas câmaras, tem o eixo X que aponta para o outro foco, e o eixo Z paralelo ao eixo da câmara.

[0036] Segue-se agora uma descrição do procedimento de caracterização 200 do ambiente de funcionamento, que é realizado de preferência com o sistema 10, instalado no espaço de trabalho 30, por exemplo, na sequência após a inicialização (que pode, por outro lado, ser realizada também no espaço de trabalho 30).

[0037] Prevê-se, em uma etapa de 210, configurar a ótica das câmeras de vídeo 21a e 21b, para detectar somente o comprimento de onda das fontes de luz sobre o componente SCi, SC2, SC3 e sobre a ferramenta ST. Se os LEDs infravermelhos são utilizados como fontes, as câmaras de vídeo podem ter ótica sensível ao infravermelho, ou podem ser montadas por este procedimento 200 e para o procedimento subsequente 300, sobre a ótica das câmeras de vídeo 21a e 21b, filtros de passa baixa de tal modo que somente o comprimento de onda das fontes de luz sobre o componente SCi, SC2, SC3 e na chave ST são visíveis.

[0038] Isto é seguido por uma etapa 220 de definição do terceto RE das fontes SCi, SC2, SC3 fixas com relação ao componente 12, que, se estão ou não montadas na placa 13, elas podem ser montadas diretamente sobre o componente 12 ou em um palete ou suporte que transporta a palete.

[0039] Com referência à Figura 4, que é uma ilustração esquemática de uma tela do computador de controle 60, que está configurado, na etapa 220, por meio de um software de caracterização, para executar o procedimento 200, que mostra as imagens direita e esquerda 14a e 14b, e para identificar as três posições PCi, PC2 PC3 correspondentes às fontes de luz SCi, SC2, SC3. Estas posições são identificadas e ordenadas automaticamente pelo sistema 10 utilizando, em particular, um algoritmo para procurar os objetos que extraem os centróides dos mesmos. As distâncias ri, r2, r3 entre as posições PC15 PC2, PC3 são calculadas do mesmo modo, mais uma vez na etapa 220, diretamente pelo software pela aplicação da rotina de estereovisão acima mencionada, a qual fornece a posição das coordenadas x, y, z das três posições PCi, PC2, PC3.

[0040] O sistema 10 é então configurado para armazenar, por exemplo, os seus próprios meios de armazenamento, a referido terceto de posições PCi, PC2 PC3 e as distâncias correspondentes n, r2, r3 como referência RE do sistema 10.

[0041] Então está prevista uma operação 230 de armazenamento da sequência de funcionamento SE a ser executada, ou seja, os pontos de funcionamento L-|...Ln, e a ordem em que devem ser alcançados (caminho de funcionamento, em particular, para a operação de aparafusamento).

[0042] Na Figura 5 pode-se notar, no que diz respeito à operação 230, outro, quarto ponto de luz correspondente à fonte de luz ST da ferramenta 12, a qual está associada uma posição da ferramenta PT (a fonte de luz ST está posicionada, no exemplo, no eixo com o fuso). De preferência, durante a operação 220 em que o terceto de referência é reconhecida, a ferramenta não está presente. Durante a operação 230 em que o caminho é registrado, a ferramenta está presente.

[0043] À medida que a ferramenta 12 é deslocada sobre os diferentes pontos de funcionamento L-|...Ln, o sistema 10, que identifica a posição PT assumida cada vez pela fonte de luz ST, armazena, em um arquivo de caracterização CZ, as posições PL-|...PI_n dos mesmos, que definem a sequência operacional SE a ser executada. Em outras palavras, este é um processo de aprendizagem, no qual, por exemplo, uma sequência de operação é executada na ordem prevista e as posições são registradas.

[0044] O arquivo de caracterização CZ armazenado contém a posição x, y, z de cada um dos três pontos de referência PCi, PC2l PC3 e a posição x, y, z de cada ponto de aparafusamento (de preferência na ordem correta prevista pela sequência operacional).

[0045] A identificação dos pontos, ou seja, das posições, correspondente às fontes de luz, ou melhor, a correspondência entre um ponto da imagem esquerda 14b com um ponto de imagem 14a do lado direito, pode ser sujeita a erros. Para tornar essa identificação robusta, é, por exemplo, previsto utilizar um algoritmo combinatório, que funciona da seguinte forma: - cada ponto da imagem esquerda 14b está associado a cada ponto da imagem direita 14a que tem uma altura similar y (o eixo y identifica as linhas da imagem); por "similar" entende-se uma diferença em altura que cai dentro de poucos pixels, por exemplo, +/- 3 pixels; de fato, uma vez que as imagens são processadas epipolares, para cada ponto há correspondência em ambas as imagens praticamente a mesma altura y; - para cada par de pontos nas duas imagens 14a e 14b o procedimento de estereovisão-cálculo é aplicado, extraindo as coordenadas x, y, z do ponto hipotético; a partir deste procedimento de cálculo existem, em geral, mais do que quatro pontos tridimensionais obtidos; - dado o primeiro ponto, a distância dos mesmos a partir de todos os outros pontos é calculada; se uma das distâncias adquiridas é bastante semelhante (por exemplo, dentro de um valor limiar) a uma das distâncias n, r2, r3 previstas para o terceto de referência RE, o par de pontos é armazenado temporariamente; a distância deste par de outros pontos potenciais é calculada e, se o terceiro ponto do terceto RE for encontrado, o processo é interrompido; o processo continua até que o terceto RE de posições PCi, PC2, PC3 seja identificada; - o ponto nas imagens a partir da Figura 5, que não faz parte do terceto de referência RE é, portanto, o quarto ponto, a saber, a posição PT da fonte ST da ferramenta 11.

[0046] Claro que, uma condição necessária é que nas imagens deve haver quatro e apenas quatro pontos, que é o que a filtragem ótica pretende obter.

[0047] Qualquer condição diferente não é aceita.

[0048] A Figura 6 ilustra uma tela de computador do sistema na etapa de rastreamento, qual, como já foi dito, é aplicada quando a operação industrial está sendo normalmente realizada sobre os componentes 12 por meio da ferramenta 11.

[0049] Também neste caso, as imagens direita e esquerda, 14a e 14b, são adquiridas pelas câmeras de vídeo 21a e 21b continuamente em 8 bits e processadas em tempo real (as garantias de tempo de processamento, por exemplo, cerca de 20 fps). Em cada quadro o sistema 10 realiza as seguintes operações: - retificação epipolar 321 das imagens 14a direitas e esquerdas 14b através dos arquivos de correção FC; - extração 322 das posições no espaço dos pontos da imagem direita 14a e imagem esquerda 14b, usando o procedimento de cálculo estereoscópico; - reconhecimento 323 dos pontos e das posições correspondentes PCi, PC2, PC3 do terceto de referência RE, ou seja, de fontes de referência SC1, SC2, SC3 sobre o componente 12 e do ponto PT da ferramenta 11, ou seja, da chave, através da triangulação da posição no espaço de acordo com os procedimentos estereoscópicos; - recálculo 324 das posições PLi...PLn da sequência de funcionamento SE com referência às posições PC1, PC2, PC3 assumidas pelo terceto de referência RE; uma vez que o componente 11 e o terceto de referência RE são fixos com relação um ao outro, uma vez que as posições PC1, PC2, PC3 do terceto de referência Re são conhecidas, é possível obter a posição de qualquer outro ponto; a etapa de recálculo 324 é realizada, por exemplo, para cada quadro, que é recebido subsequentemente durante um período de execução do procedimento de rastreamento 300, em tal período de executição o componente 12 e os pontos de funcionamento Li...Ln se movem no espaço de trabalho 30 tomado pelas câmeras de vídeo; - cálculo 325 de um ponto de funcionamento Lmjn na sequência operacional SE a posição PLmin da qual é a mais próxima da posição PT da ferramenta 12; - em uma etapa de identificação da posição com relação aos pontos de funcionamento 326, se o ponto de funcionamento mais próximo Lmjn está a uma distância menor do que uma distância limite n,™ que pode ser ajustada (tipicamente, para uma operação de aparafusamento, em 15 mm), o sistema 10 considera a ferramenta 12 como sendo definida em uma posição correspondente ao ponto de funcionamento desejado e gera um sinal de identificação positivo M, por exemplo, acende uma lâmpada correspondente ou rende em qualquer caso, uma reação positiva, ou um estado LIGADO.

[0050] As operações 325 e 326 fazem parte de uma possível operação para localizar a posição da ferramenta com respeito às posições PLi...PLn da sequência de funcionamento SE.

[0051] Claro que, uma vez que a posição da ferramenta 11 no que diz respeito aos pontos da sequência SE é identificada, a informação pode ser administrada de acordo com o resultado que se pretende obter e a aplicação. Por exemplo, quando a posição PT da chave 11, corresponde a um ponto de funcionamento L,, é possível regular o aparafusamento do parafuso correspondente. Caso contrário, é possível inibir o funcionamento, em particular a operação de aparafusamento, no caso em que uma determinada sequência é prevista e não está a ser respeitada, ou então, novamente, é possível armazenar os parâmetros de funcionamento, por exemplo, preservando os dados de torque e ângulo para as operações de aparafusamento individuais (e não para uma sequência de operações de aparafusamento).

[0052] Segue-se agora uma descrição detalhada de como a etapa 324 de recálculo das posições PLi...PLn dos pontos de funcionamento Li...Ln da sequência de funcionamento SE é realizada, uma vez que a posição do terceto de referência RE fixa com relação ao componente 12 é conhecida. Como já foi mencionado, na etapa de armazenamento 230 da sequência de um arquivo de caracterização CZ é armazenada, contendo a posição no espaço, x, y, z de cada um dos três pontos de referência PCi, PC2, PC3 e a posição x, y, z de cada ponto de funcionamento Li...Ln (de preferência na ordem correta prevista pela sequência operacional).

[0053] Na prática, uma vez que a posição inicial do terceto de referência RE das fontes SCi, SC2, SC3 é conhecida a partir da etapa de registro 230 e a posição final do terceto de referência RE das fontes SCi, SC2, SC3 é conhecida a partir do procedimento de rastreamento 300, em especial, a partir da etapa de reconhecimento 323, esta informação é utilizada para entender como o componente 12 moveu-se no espaço. Uma vez que o deslocamento foi obtido, é então aplicado aos pontos da sequência de funcionamento.

[0054] Assim, no que diz respeito ao cálculo feito do deslocamento acima, ou seja, uma rototranslação no espaço, que é em geral conhecida que qualquer isometria no espaço pode ser expressa pelo seguinte sistema [0055] em que na forma de matriz se torna [0056] onde a submatriz 3 x 3 em a, b, c é uma matriz ortogonal, no caso no ponto de uma matriz de rotação. O subvetor 3 x 1 na variável d representa a translação, e o subvetor 1x4 (última linha) é constante. Em formato compacto, temos [0057] onde é o vetor das coordenadas no sistema de chegada, é o vetor das coordenadas no sistema de partida, e é a matriz de rototranslação.

[0058] Para tornar a transformação acima referida seria necessário conhecer os ângulos de rotação em torno dos eixos (ângulos de Euler) e o vetor de translação.

[0059] O método de acordo com a invenção prevê, em vez disso, o cálculo reverso da matriz de rototranslação R, determinado, para os respectivos quatro pontos Pi, P2, P3, P4, a posição inicial e a posição final, ou seja, respectivamente, a posição de armazenamento, na etapa de registro 230 e a posição obtida a partir da etapa 323 durante o rastreamento 300.

[0060] Na forma de matriz, portanto, temos ou na forma compacta [0061] A matriz de rototranslação R acima deve ser obtida através da inversão da matriz P das posições dos pontos no sistema de referência de chegada (etapa 323) como segue (a dimensão da matriz é omitida) [0062] É, portanto, evidente porque os quatro pontos são necessários; caso contrário, a matriz P das posições dos pontos no sistema de referência de chegada não seria invertida. Uma vez que no caso em questão, na realidade apenas três pontos estão disponíveis, porque há três fontes de luz do terceto de referência, o quarto ponto P4 deve ser obtido através da combinação dos três pontos fixos anteriores Pi, P2, P3- Deve-se ressaltar que 0 quarto ponto P4 não pode ser obtido por uma combinação linear dos outros três; isto é, não pode estar no mesmo plano; em outras palavras, a matriz P não pode ser invertida.

[0063] A operação de extração do quarto ponto P4 através da combinação é obtida através da aplicação, por exemplo, dos seguintes critérios: - o ponto P4 está sobre uma linha reta perpendicular ao plano que passa pelos três pontos fixos P-ι, P2, P3; - o ponto P4 passa por um ponto médio Pm do três pontos fixos P1, P2, P3; - o ponto P4 está situado a uma distância a partir do ponto médio Pm igual à distância média entre os três pontos fixos P1, P2, P3.

[0064] Especificamente, para identificar o quarto ponto P4, a primeira etapa é calcular a equação do plano n que passa através dos três pontos fixos, a saber [0065] Esta equação cartesiana é obtida pelo desenvolvimento da determinante da matriz i.e., pelo cálculo das subdeterminantes da mesma [0066] Feito isso, um valor do ponto médio Pm entre os três pontos fixos Pi, P2, P3 é calculado. A equação paramétrica da linha reta perpendicular ao plano π e passando através do referido ponto médio [0067] Feito isto, definindo o ponto P4 como desconhecido, o valor do parâmetro t é encontrado de tal modo que a distância do ponto desconhecido a partir do ponto médio é igual a uma distância dist, onde dist é igual à distância média entre os três pontos fixos, que são conhecidos i.e., de onde [0068] Neste ponto, substituindo t na equação paramétrica da linha reta, o quarto ponto P4 é encontrado.

[0069] Para resumir, então, para o caso em questão, veremos que a matriz de rototranslação R (4x4) permite a passagem de um sistema de referência para outro. Se nós designamos por P os pontos que pertencem ao sistema de referência antigo (o terceto de referência na etapa de registro da sequência de pontos de funcionamento), e por P' os pontos que pertencem ao novo sistema de referência (o terceto reconhecida na etapa de rastreamento 300), a matriz R é calculada pela multiplicação de P' pelo inverso de P: [0070] Neste ponto, a matriz de rototranslação R é aplicada aos pontos da sequência de funcionamento que passa a partir da posição anterior, isto é, a posição dos pontos de aparafusamento armazenados na etapa de registro 230, para a nova posição (a associada à etapa de reconhecimento 323, na etapa de rastreamento 300).

[0071] Assim, as vantagens do método de acordo com a invenção, surgem claramente.

[0072] O método de acordo com a invenção, vantajosamente, proporciona a posição da ferramenta no que diz respeito aos pontos de funcionamento de um componente genérico para as linhas em movimento contínuo em que o componente se move continuamente com relação à referência; assim, a posição dos pontos a ser alcançada varia ao longo do tempo à medida que cada um dos pontos na sequência é atingido. Vantajosamente, o método de acordo com a invenção, na verdade, pode ser implementado a uma velocidade de computação elevada que permite a adaptação às aplicações de movimento contínuo.

[0073] Isto é obtido vantajosamente de forma barata na medida em que o sistema apenas requer duas câmaras de vídeo, possivelmente equipadas com filtros óticos, quatro fontes de luz, em particular, quatro LEDs, além de um computador, para realizar o controle do sistema e o processamento das imagens obtidas.

[0074] Vantajosamente, o método de acordo com a invenção se mostra muito flexível no que se refere a instalação na medida em que as câmaras de vídeo podem ser colocadas em qualquer posição, sem qualquer referência. De fato, o processo de calibração calcula a posição mútua das câmeras de vídeo. Para variar a área enquadrada é suficiente para mudar a ótica.

[0075] Vantajosamente, o método de acordo com a invenção consegue uma elevada precisão do sistema, que depende da área enquadrada: quanto mais estreito é, mais a precisão aumenta. O aumento na resolução das câmaras também é possível, embora à custa da velocidade do sistema.

[0076] O sistema que implementa o método é vantajosamente somente sensível à oclusão de objetos que eram para esconder uma das quatro fontes de luz. Por outro lado, a utilização de um maior número de câmaras de vídeo, é possível para reduzir o efeito deste inconveniente. Em vez disso, o sistema é insensível à temperatura e às ondas eletromagnéticas.

[0077] É possível trabalhar com um número de sistemas de componentes e ferramentas simultaneamente, variando para cada um o comprimento de onda das fontes de luz (por exemplo, na gama do visível e do infravermelho próximo) que deve ser considerado válido.

[0078] É claro que, sem prejuízo ao princípio da invenção, os detalhes de construção e as modalidades podem variar amplamente em relação ao que tem sido descrito puramente a título de exemplo aqui, sem nos afastarmos do escopo das reivindicações anexas.

[0079] O sistema que implementa o método de acordo com a invenção pode ser utilizado em diferentes aplicações em que é necessário conhecer a posição de uma ferramenta no espaço de trabalho.

[0080] A fonte de luz pode, portanto, ser montada sobre uma chave, tal como descrito, ou uma junta de solda ou de qualquer outra ferramenta que tenha que trabalhar em um componente em uma sequência de pontos de funcionamento.

[0081] O método de acordo com a invenção pode ser implementado utilizando um ou mais computadores, ou cartões de microprocessadores ou microcontroladores. Em particular, apenas um módulo de controle pode ser fornecido, em um cartão ou microprocessador, que implementa o processo de cálculo da posição e controle do sistema de visão estereoscópica.

[0082] Além de operar em modo de movimento contínuo, o método e o sistema podem ser aplicados também nos modos seguintes: • modo estático, onde o componente é fixo em relação ao valor de referência, de modo que os pontos a serem atingidos situam-se sempre na mesma posição em relação com o mundo exterior; • modo Pare & Siga, em que o componente pode estar localizado em qualquer posição em relação ao valor de referência, mas, uma vez que tenha sido posicionado, já não se desloca antes de sua sequência de operação ser concluída.

Claims (13)

1. Método para localizar uma ferramenta para operações industriais que é posicionada em uma sequêcia de pontos de funcionamento (Li...Ln) de uma sequência de funcionamento (SE) associada a diferentes posições em um componente (12) sobre o qual o trabalho deve ser realizado, caracterizado pelo fato de compreender associar uma fonte de luz (ST) à referida ferramenta (11) e pelo menos três fontes de luz (SC1, SC2, SC3) que identificam um terceto de referência de posição (RE) fixa com relação ao referido componente (12), adquirir, através de um aparelho de estereovisão (20) compreendendo pelo menos duas câmeras de vídeo (21a, 21b), pelo menos duas imagens respectivas da referida ferramenta (11) e componente (12); rastrear (300) o deslocamento dos referidos pontos de funcionamento (Li...Ln) sobre o referido componente (12), em particular quando uma operação industrial está sendo realizada sobre o componente, pelo: - reconhecimento (323) de posições (PCi, PC2, PC3) do terceto de referência (RE) e um ponto (PT) da fonte de luz (ST) da ferramenta (11); - cálculo (324) da posição (ΡΙ_-|...ΡΙ_Π) dos pontos de funcionamento (Li...Ln) de uma sequência de funcionamento (SE) com relação às posições assumidas pelo terceto de referência (RE); e - avaliação (325, 326) da posição (PT) da ferramenta (PT) com relação à posição calculada (PL1...PU) dos pontos de funcionamento (L1...Ln)-

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende, após o cálculo (324) da posição (PLi...PLn) dos pontos de funcionamento (L-|...Ln) de uma sequência de funcionamento (SE) com relação às posições assumidas pelo terceto de referência (RE), calcular (325) um ponto de funcionamento (PLmjn) na sequência de funcionamento mais próximo do ponto (PT) da ferramenta (11) e avaliar (326) se o referido ponto de funcionamento mais próximo (PLmjn) está a uma distância menor do que a distância limite (rnm) que pode ser definida a partir da posição (PT) associada à fonte (ST) da ferramenta (11), e se sim, de emissão de um sinal de correspondência (M) que indica que a ferramenta (11) está no ponto de funcionamento solicitado.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que compreende, antes da referida operação de rastreamento (300), um procedimento de inicialização (100), para inicializar o aparelho de estereovisão (20), compreendendo: adquirir (110) imagens das referidas câmeras de vídeo (21a, 21b) que enquadram um instrumento de calibração (15) apresentando geometrias conhecidas (16); extrair (120) coordenadas das referidas geometrias conhecidas (16); e fornecer (130) as referidas coordenadas para um procedimento de calibração que calcula, com base na posição das câmeras de vídeo (21a, 21b) com relação umas às outras, valores de correção (FC) a fim de processar as imagens de duas câmeras de vídeo (21a, 21b) epipolares.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que compreende um procedimento de caracterização (200) do ambiente de funcionamento compreendendo: configurar (210) a ótica das câmeras de vídeo (21a e 21b), em particular através de filtragem, para detectar somente o comprimento de onda das fontes de luz sobre o componente (SCi, SC2, SC3) e sobre a ferramenta (ST); definir (220) as posições (PC-ι, PC2, PC3) do terceto de referência (RE) fixo com relação ao componente (12) e distâncias (r1( r2, r3) entre as referidas posições (PC^ PC2, PC3); e armazenar as referidas posições (PC-ι, PC2, PC3) e distâncias (r-ι, r2, r3) como valores de referência para o procedimento de rastreamento (300).

5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o referido procedimento de caracterização (200) do ambiente de funcionamento compreende ainda registrar (230) as posições (PLi...PLn) da sequência de funcionamento (SE), deslocar a ferramenta (11) nos pontos de funcionamento (!_·).,.Ln) e registrar (230) as sucessivas posições (PT) da ferramenta (11) como posições (PL-i...PI_n) da sequência de funcionamento (SE).

6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende registrar em um arquivo de caracterização (CZ) a posição no espaço de cada um dos três pontos de referência (PCi, PC2, PC3), e a posição no espaço (PLi...PLn) de cada ponto de funcionamento (L^.-Ln).

7. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que a referida operação de cálculo (324) da posição (PLi...PLn) dos pontos de funcionamento (Li...Ln) de uma sequência de funcionamento (SE) com relação às posições assumidas pelo terceto de referência (RE) compreende realizar (130) uma rototranslação (R) das posições de funcionamento registradas (230) em posições de funcionamento calculadas durante o rastreamento, uma matriz de rototranslação correspondente (R) sendo obtida com base em uma matriz (P) compreendendo as posições do terceto de referência (RE) durante a operação de registro (230) e de uma matriz (P’) compreendendo as posições do terceto de referência (RE) obtidas durante a operação de reconhecimento (323).

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as referidas operações do procedimento de rastreamento (300) são executadas em tempo real com aquisição contínua de imagens (14a, 14b).

9. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a referida operação de definir (220) as posições (PCi, PC2> PC3) do terceto de referência (RE) fixo com relação ao componente (12) e distâncias (r-ι, r2, r3) entre as referidas posições (PCi, PC2, PC3) compreende as seguintes etapas: - acoplar cada ponto de uma das duas imagens (14b) a cada ponto da outra imagem (14a) que tem uma altura similar (y); - para cada par de pontos nas duas imagens (14a, 14b) calcular através do procedimento de estereovisão-cálculo as coordenadas (x, y, z) de um ponto hipotético: - dado o primeiro ponto hipotético, calcular sua distância a partir de outros pontos hipotéticos; - se a referida distância é similar a uma das distâncias (r-j, r2, r3) do terceto de referência RE, temporariamente armazenando o par de pontos correspondentes; - repetir o referido cáícuío da distância para outros pontos hipotéticos e, quando o terceiro ponto do terceto de referência (RE) for encontrado, interromper o cálculo.

10. Sistema para localizar uma ferramenta para operações industriais que é posicionada em uma sequência de pontos de funcionamento (L-|...Ln) de uma sequência de funcionamento (SE) associada a diferentes posições em um componente (12) sobre o qual o trabalho deve ser realizado, caracterizado por compreender: uma fonte de luz (ST) associada à referida ferramenta (11) e pelo menos três fontes de luz (SCi, SC2, SC3), que identificam um terceto de referência de posição (RE) fixamente associado ao referido componente (12), um aparelho de estereovisão (20) compreendendo pelo menos duas câmeras de vídeo (21a, 21b), e um módulo de controle (60) configurado para controlar o referido aparelho de estereovisão e adquirir imagens (14a, 14b) das referidas câmeras de vídeo (21a, 21b), o referido módulo de controle (60) sendo configurado para rastrear (300) o deslocamento dos referidos pontos de funcionamento (Li...Ln) sobre o referido componente (12) de acordo com o método do tipo definido em qualquer umas das reivindicações 1 a 9.

11. Sistema, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que as referidas fontes de luz (ST, SCi, SC2, SC3) são LEDs, em particular aquelas que emitem no infravermelho.

12. Sistema, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, caracterizado pelo fato de que a referida ferramenta (11) é uma chave e os referidos pontos de funcionamento (Li,...,Ln) são pontos de aparafusamento.

13. Produto de programa de computador caracterizado por poder ser diretamente carregado na memória de pelo menos um computador e compreende porções de código de software para implementar o método do tipo definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 9.