BR112012025000B1

BR112012025000B1 - Processo e sistema de auxílio ao posicionamento de uma peça sobre a parede de um elemento de estrutura

Info

Publication number: BR112012025000B1
Application number: BR112012025000-0A
Authority: BR
Inventors: Erwan Le Mer; Eric Le Scolan; Yves Fretigny
Original assignee: Dcns
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2011-04-01
Publication date: 2022-01-25
Also published as: WO2011121256A1; AU2011234305B2; ES2495426T3; FR2958196B1; US20130074350A1; EP2553389A1; US8919001B2; EP2553389B1; CA2795112C; MY165061A; FR2958196A1; AU2011234305A1; CA2795112A1; BR112012025000A2

Abstract

PROCESSO E SISTEMA DE AUXÍLIO AO POSICIONAMENTO DE UMA PEÇA SOBRE UM ELEMENTO DE ESTRUTURA. A presente invenção trata de um processo e um sistema de auxílio ao posicionamento de uma peça sobre um elemento de estrutura. O processo de auxílio ao posicionamento de uma peça (30) sobre a parede (23) de um elemento de estrutura comporta as etapas que consistem em: elaborar uma imagem destinada a ser projetada sobre a parede do elemento de estrutura por meio de um projetor (10), a partir de uma maquete virtual da estrutura e da posição e da orientação do projetor em relação à estrutura, sendo que a referida imagem comporta um contorno (26A) que delimita uma área de implantação da peça sobre a parede do elemento de estrutura, e a parede do elemento de estrutura deve servir de suporte de projeção para referido contorno, e pelo menos um motivo adicional que fornece uma informação de posicionamento da peça em relação à direção normal (n) a à parede do elemento de estrutura, e o referido motivo adicional corresponde a um conjunto de pontos pré-definido da peça, e a referida peça deve servir de suporte de projeção para o ou cada motivo adicional; projetar a imagem (...).

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção trata de um processo e um sistema de auxílio ao posicionamento de uma peça sobre um elemento de estrutura.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] Durante a produção de uma estrutura, por exemplo, um navio de superfície ou um submersível, após a realização ou a colocação dos principais elementos da estrutura, tais como o casco e suas principais subdivisões, ocorre uma fase de implantação de diferentes peças secundárias sobre os elementos da estrutura. As peças secundárias são, por exemplo, tiras, carlingas, peças de estrutura ou ainda peças que vão ser integradas a equipamentos, tais como equipamentos elétricos ou equivalentes. Para um navio de média tonelagem, tal como uma fragata, trata-se assim de posicionar e depois fixar de cerca de 50 000 peças.

[003] Atualmente, no, um canteiro de obras posiciona uma peça sobre um elemento de estrutura por meio de uma planta em papel realizado por um escritório de projeto, e depois impresso. As cotas indicadas nessa planta devem ser consideradas em relação a um referencial local da estrutura também indicado na planta. Para cada peça a ser posicionada, o operador deve então identificar, em termos de posição e de orientação, o referencial local. O operador deve, em seguida, transportar, sobre a parede do elemento de estrutura, as cotas que indicam a posição e a orientação apropriada em relação ao referencial local, da superfície da peça ou base que se apoia sobre o elemento de estrutura.

[004] Esse método de posicionamento clássico requer um tempo considerável, não somente para a preparação das plantas, mas principalmente para seu uso no canteiro de obras. Além disso, esse método apresenta o inconveniente de recorrer a um referencial local. Ademais, nas condições particularmente difíceis de um canteiro de obras (congestionamento, penumbra, etc.), a leitura das plantas e a realização das medidas, muitas vezes efetuada manualmente, são fontes de erros em relação ao posicionamento exato da peça.

[005] Para otimizar o posicionamento da peça sobre o elemento de estrutura antes de sua fixação, foi proposto usar sistemas de auxílio ao posicionamento que permitem projetar, sobre a parede do elemento de estrutura utilizado como tela, o contorno da impressão da base da peça. A projeção é feita de modo a traçar precisamente, em termos de posição e de orientação, a área de implantação da peça. Esse sistema, utilizado na construção de aeronaves, é divulgado pelo documento WO2005/025199 A2.

[006] As peças secundárias a serem fixadas sobre a parede de um elemento de estrutura de um navio são frequentemente tiras de suporte de um equipamento, o qual não está diretamente fixado contra a parede do elemento de estrutura. A tira é assim dotada de meios de ligação destinados a cooperar com meios de ligação conjugados previstos no equipamento a ser suportado.

[007] Uma tira é geralmente um perfil, cuja base corresponde sensivelmente a uma seção transversal. Isso significa que a tira se destina a ser fixada sobre a parede de modo que seu eixo longitudinal se estenda de modo sensivelmente paralelo à direção normal à parede, no nível da área de implantação. Os meios de ligação dessa tira perfilada estão frequentemente situados nas proximidades da extremidade da tira oposta à base.

[008] Ora, como as margens de segurança nessas peças secundárias são amplas, é possível que, embora a base esteja corretamente posicionada no interior do contorno projetado sobre a parede do elemento de estrutura, o eixo longitudinal da tira não esteja corretamente orientado em relação à direção normal à parede. Consequentemente, depois que a tira estiver fixada, seus meios de ligação não têm a posição e a orientação necessárias, o que pode ser problemático para a cooperação com os meios de ligação conjugados do equipamento a ser suportado.

[009] O caso particular do posicionamento de uma tira perfilada, orientada de modo sensivelmente perpendicular à parede do elemento de estrutura, é ilustrativo e exacerba o problema geral do posicionamento espacial preciso de uma peça a ser implantada sobre a parede de um elemento de estrutura.

[0010] A presente invenção tem, portanto, por objetivo corrigir os inconvenientes precitados propondo um processo e um sistema de auxílio ao posicionamento de uma peça sobre a parede de um elemento de estrutura, que permita, em particular, obter um melhor posicionamento espacial da peça.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[0011] A presente invenção é definida pelas reivindicações.

[0012] A fim de auxiliar um operador durante a implantação de uma peça sobre a parede de um elemento da estrutura, uma imagem apropriada é projetada. Essa imagem contém dados geométricos que fornecem visualmente ao operador as informações que lhe são necessárias para posicionar corretamente a peça antes de fixá-la. Essa imagem comporta dados serem projetados sobre suportes de projeção diferentes. Ela comporta um traçado que corresponde ao contorno da impressão, sobre a parede, da superfície de apoio da peça, superfície essa que deve ficar diante da parede. Ela comporta igualmente pelo menos um motivo adicional tal como um segmento de reta que corresponde a uma aresta ou uma geratriz predeterminada da peça, que se estende à distância da superfície de apoio da peça sobre a parede. O traçado deve ser projetado sobre a parede para fornecer um dado de posicionamento da base da peça sobre a parede. O motivo adicional deve ser projetado sobre a própria peça, para fornecer um dado de posicionamento da peça em relação à direção normal à parede.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0013] A presente invenção e suas vantagens serão mais bem entendidos com a leitura da descrição a seguir, dada unicamente a título de exemplo, e feita em relação aos desenhos anexos, nos quais: a figura 1 é uma representação esquemática de um sistema de auxílio ao posicionamento de uma peça sobre a parede de um elemento de estrutura; e, as figuras 2 a 4 representam esquematicamente diferentes etapas do processo que utilizam sistema da figura 1.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[0014] Na figura 1, um sistema móvel de auxílio ao posicionamento 2 é empregado em um local 3 de uma estrutura 1 em construção com a finalidade de auxiliar um operador a implantar uma peça 30 (representada nas figuras 2 a 4) sobre a parede 23 de uma divisória do local como elemento de estrutura.

[0015] O sistema 2 comporta uma baliza de posicionamento 4, uma câmera de infravermelhos 6, um computador 8 e um projetor 10.

[0016] Ao longo do presente documento, por “posicionamento”, entende-se a posição e a orientação de um sólido em um referencial.

[0017] A baliza 4 é uma mira tridimensional. Ela comporta um pedestal 12 dotado de vários braços 14, com comprimento e orientação diferentes. A extremidade de cada braço 14 porta uma esfera 16 apta a refletir a luz infravermelha. A baliza 4 define um referencial local R4 constituído de um ponto de referência (X4, Y4, Z4) ligado a um ponto P da baliza 4. A posição e a orientação da baliza 4 em relação à estrutura 1, isto é, em relação a um referencial absoluto R1 constituído de um ponto de referência (X1, Y1, Z1) ligado a um ponto O da estrutura 1, são conhecidos por meio de uma etapa inicial de calibração. Em uma variante, a baliza 4 é constituída por um conjunto de pastilhas refletentes posicionadas no local 3.

[0018] A câmera 6 é solidária do projetor 10. Ela está, por exemplo, fixada sobre o projetor 10 ou integrada, com o projetor 10, em um único aparelho. A câmera 6 está apta a emitir periodicamente um flash de luz infravermelha para iluminar a baliza 4, e a adquirir simultaneamente uma imagem da baliza 4, e a transmitir a imagem assim adquirida ao computador 8 ao qual a câmera 6 está conectada.

[0019] O computador 8 comporta em particular, ligados entre si, um processador, meios de memorização, uma interface de entrada-saída, bem como um relógio de sincronização. O computador 8 está conectado por sua interface de entrada-saída ao mesmo tempo à câmera 6 e ao projetor 10. O processador do computador 8 é apto a executar as instruções de programas de computador armazenadas em seus meios de memorização. Em particular, o computador 8 comporta um sistema operacional que permite oferecer um ambiente de funcionamento a diferentes módulos de programa de aplicação.

[0020] Ente esses módulos de programa de aplicação, o computador 8 comporta um módulo de programa de reconhecimento de forma e de posicionamento da baliza que, quando é executado pelo computador 8, está apto a analisar a imagem transmitida pela câmera 6 para reconhecer nela a forma da baliza 4. Em seguida, a partir da forma reconhecida, o módulo de reconhecimento está apto a deduzir o posicionamento da câmera 6 em relação à baliza 4.

[0021] De fato, a imagem da baliza 4 depende da posição da câmera 6 em relação à baliza 4. Assim, a partir da imagem da baliza 4 adquirida pela câmera 6, é possível determinar o posicionamento da câmera 6 em relação à baliza 4. O técnico no assunto sabe realizar programas apropriados para efetuar esse tratamento da imagem.

[0022] Assim, o posicionamento calculado na saída do módulo de reconhecimento de forma e de posicionamento da baliza corresponde à posição e à orientação da câmera 6 no referencial local R4.

[0023] Como a câmera 6 está fixada ao projetor 10, o posicionamento do projetor 10 no referencial local R4 é deduzido do posicionamento da câmera 6 no referencial local R4 por uma translação e uma rotação pré-definida.

[0024] O posicionamento relativo do projetor 10 é caracterizado por três coordenadas espaciais de posição de um ponto F do projetor 10, bem como por três coordenadas de orientação de um ponto de referência R10 (X10, Y10, Z10) associado ao ponto F. De preferência, o ponto F é o foco do sistema ótico do projetor 10, e o eixo X10 é o eixo ótico desse sistema ótico.

[0025] O computador 8 comporta igualmente uma base de dados bem como um módulo de programa de elaboração de uma maquete virtual da estrutura.

[0026] Como é bem conhecido do técnico no assunto que sabe como construí-la, a base de dados, representada esquematicamente na figura 1 e identificada pela referência 20, comporta uma pluralidade de objetos que correspondem cada um a um objeto da estrutura 1, sejam eles os elementos de estrutura ou as peças a serem implantadas. Na base de dados 20, cada objeto está associado a uma pluralidade de atributos que permitem descrevê-lo. Em particular, certos atributos permitem definir geometricamente toda ou parte da forma do objeto correspondente e dar seu posicionamento em relação ao referencial absoluto R1.

[0027] Assim, a base de dados comporta, entre outros, atributos que definem forma e o posicionamento absoluto da base 32 da peça 30 a ser implantada, bem como o posicionamento absoluto de uma geratriz A’ da peça 30, e de um ponto particular 34 dessa geratriz.

[0028] O módulo de elaboração comporta uma interface homem/máquina que oferece ao operador a possibilidade de selecionar um conjunto de objetos de interesse, tais como a peça a ser fixada e o elemento de estrutura sobre o qual essa peça particular deve ser implantada.

[0029] Com base nos atributos dos objetos selecionas, uma representação virtual em três dimensões da estrutura 1, também denominada maquete ou maquete virtual, é construída pelo módulo de elaboração executado pelo computador 8.

[0030] Finalmente, o computador 8 comporta um módulo de programa de perspectiva que, quando é executado, gera uma imagem virtual que corresponde à observação da maquete a partir de um ponto de vista e sob um ângulo de observação que concordam com a posição do foco F e a orientação do eixo ótico do projetor 10 em relação à estrutura 1. O módulo de programa de perspectiva utiliza a maquete, dada pelo módulo de elaboração, e o posicionamento do projetor 10 no referencial local R4, dado pelo módulo de reconhecimento de forma e de posicionamento. Ele transforma, em particular, a informação sobre o posicionamento do projetor 10 no referencial local R4, em uma informação sobre o posicionamento do projetor 10 no referencial absoluto R1, utilizando o posicionamento da baliza 4 no referencial absoluto R1 proveniente da calibração.

[0031] O tratamento que permite gerar essa imagem é conhecido do técnico no assunto e consiste em projetar cada ponto da maquete, ao longo de um raio de cone de projeção que tem como ápice o centro ótico F do projetor 10, sobre um plano ortogonal ao eixo ótico de projeção 10. A imagem assim obtida nesse plano constitui, após uma eventual etapa de colocação em escala, a imagem virtual a ser projetada.

[0032] A imagem virtual é transmitida do computador 8 ao projetor 10. Este último projeta uma imagem 26 sobre a parede 23.

[0033] A imagem 26 comporta o contorno 26A da impressão da base 32 da peça 30 sobre a parede 23, bem como segmento de reta 26B em que uma primeira extremidade 26C está situada no interior desse contorno.

[0034] Quando a peça 30 estiver corretamente posicionada no espaço, o segmento de reta 26B se superpõe à geratriz A’ da peça 30 e a segunda extremidade 26D do segmento de reta 26B coincide com o ponto particular 34 da geratriz A’.

[0035] Deve-se notar que o projetor 10 pode ser do tipo que permite projeção de uma imagem em cores. O uso desse projetor permite exibir um grande número de peças simultaneamente e oferece a possibilidade de dar informações adicionais ao operador. Além disso, esses projetores, mesmo os mais simples disponíveis no mercado, possuem um cone de projeção muito aberto, o que é particularmente vantajoso um canteiro naval em que o recuo disponível para projetar uma imagem pode ser reduzido.

[0036] O projetor 10 pode ser do tipo a laser, apto a projetar um spot laser sobre um suporte de projeção. Tirando proveito da propriedade da persistência retiniana, faz-se com que o spot laser percorra o contorno da imagem a projetar, com uma frequência elevada.

[0037] Em relação às figuras 2 a 4, o processo de auxílio à implantação vai ser agora descrito para o caso de uma peça tubular 30 de eixo longitudinal A. A peça 30 possui uma base 32 que forma um disco anular, destinada a se apoiar sobre a parede 23.

[0038] Na figura 2, como foi apresentado acima, a imagem projetada 26 sobre a parede 23 comporta um contorno 26A que delimita a área de implantação, e um segmento de reta 26B.

[0039] O contorno 26A da imagem 26 tem por função designar a área de implantação sobre a parede 23. Ele é, portanto, projetado sobre a parede 23 sem distorções. O contorno 26A que corresponde à base 32 da peça 30 tem assim a forma de um disque anular cujas dimensões são ajustadas às da base 32 da peça 30.

[0040] Em compensação, o segmento de reta 26B da imagem 26 que tem por função designar uma geratriz A’ da peça 30 não é corretamente projetado sobre a parede 23. A segunda extremidade 26D do segmento de reta 26B é, consequentemente, projetada sobre a parede 23, à distância do contorno 26A.

[0041] Na figura 3, o operador aproxima a peça 30 e posiciona a base 32 sobre a área de implantação, no interior do contorno 26A.

[0042] Em seguida, conservando ao mesmo tempo pelo menos um ponto de contato entre a base 32 e a parede 23, o operador modifica a orientação de o eixo longitudinal A da peça 30 para colocar em coincidência o segmento de reta 26B com a geratriz A’ da peça 30. Vantajosamente, e para um posicionamento mais preciso, o operador procura pôr em coincidência a segunda extremidade 26D do segmento 26B com o ponto particular 34 da geratriz A’ (figura 3).

[0043] Quando uma ou outras dessas coincidências é obtida, isso significa que a peça 30 está corretamente posicionada, ao mesmo tempo de acordo com a parede do elemento de estrutura e de acordo com a direção normal a essa parede. Em particular, a direção do eixo A da peça 30 faz um ângulo a predeterminado com a direção normal n à parede 23.

[0044] Durante essa etapa, a peça 30 constitui o suporte de projeção para a porção da imagem que corresponde ao segmento de reta 26B. É somente quando a peça 30 estiver corretamente posicionada espacialmente, que o segmento de reta 26B é projetado sobre a peça 30 sem distorções.

[0045] Deve-se notar que isso faz com que o projetor 10 esteja inicialmente disposto de modo a permitir projeção da imagem ao mesmo tempo sobre a parede e sobre a peça posicionada sobre a parede.

[0046] Deve-se notar igualmente que pode persistir uma ambiguidade sobre a orientação da peça em relação à parede, pois o ponto particular e o ponto pré-definido da peça podem em alguns casos coincidir um com o outro para várias posições da peça em um plano de projeção que é definido pelo cone de projeção do segmento de reta a partir do projetor. Vantajosamente, um código visual de verificação está integrado à imagem projetada para indicar ao operador qual entre as diferentes posições possíveis deve ser escolhida.

[0047] Finalmente, mantendo ao mesmo tempo a peça 30 no posicionamento correto que acaba de ser encontrado, o operador procede à fixação da peça 30 sobre a parede 23.

[0048] O exemplo acima ilustra o caso em que o dado a ser projetado sobre a peça fornece a orientação da peça em relação à direção normal do elemento de estrutura nas proximidades da área de implantação. O processo pode igualmente ser utilizado para regular, por exemplo, a profundidade de parafusação da peça sobre um elemento de estrutura comporta um furo. O dado a ser projetado sobre a peça fornece então a cota ou a altura de um ponto pré-determinado da peça em relação a o elemento de estrutura, e o dado a ser projetado sobre o elemento de estrutura traça, por exemplo, o lugar de perfuração de um furo de recepção da peça.

[0049] Mais geralmente, o técnico no assunto constatará que a imagem projetada comporta dados geométricos que devem ser lidos sobre suportes de projeção diferentes: o elemento de estrutura e a própria peça a ser implantada. O dado projetado sobre o elemento de estrutura fornece o posicionamento da base de peça de acordo com a superfície do elemento de estrutura, ao passo que o dado projetado sobre a peça, afastado da base, fornece o posicionamento da peça em relação à direção normal à superfície do elemento de estrutura.

Claims

1. PROCESSO DE AUXÍLIO AO POSICIONAMENTO DE UMA PEÇA (30) SOBRE A PAREDE (23) DE UM ELEMENTO DE ESTRUTURA, que comporta as etapas que consistem em: elaborar uma imagem (26) destinada a ser projetada sobre a parede (23) do elemento de estrutura por meio de um projetor (10), a partir de uma maquete virtual da estrutura (1) e da posição e da orientação do projetor (10) em relação à estrutura (1), sendo que a imagem (26) comporta um contorno (26A) que delimita uma área de implantação da peça (30) sobre a parede (23) do elemento de estrutura, e a parede (23) do elemento de estrutura deve servir de suporte de projeção para o contorno (26A); projetar a imagem (26) assim elaborada sobre o elemento de estrutura; colocar a superfície da peça (30) que deve ficar diante da parede (23), no interior do contorno (26A) projetado sobre o elemento de estrutura; caracterizado pela imagem (26) elaborada comportar pelo menos um motivo adicional que fornece uma informação de posicionamento da peça (30) em relação à direção normal (n) à parede (23) do elemento de estrutura, em que o motivo adicional corresponde a um conjunto de pontos pré-definido da peça (30), em que a peça (30) deve servir de suporte de projeção para o ou cada motivo adicional, e em que o processo comporta, conservando ao mesmo tempo um contato entre a peça (30) e o elemento de estrutura, modificar o posicionamento da peça (30) em relação à direção normal (n) à parede (23) do elemento de estrutura até que o conjunto de pontos pré-definido da peça (30) coincida com o motivo adicional.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo motivo adicional ser um segmento de reta (26B) limitado por uma primeira extremidade (26C) situada no interior do contorno (26A) e uma segunda extremidade (26D) situada à distância do contorno (26A).

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por consistir, ainda, em fazer coincidir a segunda extremidade (26D) do segmento de reta (26B) e um ponto pré-definido do conjunto de pontos da peça (30).

4. PROCESSO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 2 a 3, caracterizado pelo segmento de reta (26B) corresponder a uma geratriz ou uma aresta da peça (30).

5. SISTEMA (2) DE AUXÍLIO AO POSICIONAMENTO DE UMA PEÇA (30) SOBRE A PAREDE (23) DE UM ELEMENTO DE ESTRUTURA, que compreende: um projetor (10); um meio de localização apto a determinar o posicionamento do projetor (10) em relação à estrutura; um computador (8) conectado ao meio de localização e ao projetor (10) e que comporta: um módulo de comando do projetor (10), uma base de dados (20) que comporta uma descrição detalhada dos objetos constitutivos da estrutura (1), um módulo de elaboração de uma maquete virtual de toda ou parte da estrutura (1), e, um módulo de perspectiva apto, a partir do posicionamento do projetor (10) em relação à estrutura e da maquete virtual, a gerar uma imagem (26) destinada a ser projetada sobre a parede (23) do elemento de estrutura por meio do projetor (10), e a imagem (26) comporta um contorno (26A) que delimita uma área de implantação da peça (30) sobre a parede (23) do elemento de estrutura, e a parede (23) do elemento de estrutura deve servir de suporte de projeção para o contorno (26A), caracterizado pela imagem (26) comportar pelo menos um motivo adicional que fornece uma informação de posicionamento da peça (30) em relação à direção normal (n) à parede (23) do elemento de estrutura, e o motivo adicional corresponde a um conjunto de pontos pré- definido da peça (30), e a peça (30) deve servir de suporte de projeção para o ou motivo adicional.

6. SISTEMA (2), de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo meio de localização comportar: uma mira (4) situada em uma posição e com uma orientação pré- definida em relação à estrutura (1); uma câmera (6) cujo posicionamento em relação ao projetor (10) é conhecido e que está apta a adquirir pelo menos uma imagem da mira (4); e, um módulo de tratamento de imagem, executado pelo computador (8) ao qual está conectado a câmera (6), e apto a determinar, a partir da imagem da mira (4), o posicionamento da câmera em relação à estrutura (1) e, consequentemente, o posicionamento do projetor (10) em relação à estrutura (1).