BR112015028755B1

BR112015028755B1 - cabeça de processamento automatizada com visão e procedimento de operação da cabeça

Info

Publication number: BR112015028755B1
Application number: BR112015028755-7A
Authority: BR
Inventors: Jordi ANDUCAS AREGALL; Carlos GANCHEGUI ITURRIA; José Javier Galarza Cambra
Original assignee: Loxin 2002, S.L
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2014-05-15
Publication date: 2021-02-02
Also published as: KR102271941B1; ES2522921B2; EP2998080A1; US20160082598A1; EP2998080A4; US9919428B2; ES2522921A1; CA2912589A1; EP2998080B1; KR20160010868A; WO2014184414A1; BR112015028755A2; CA2912589C; PT2998080T; CN105377513B; ES2671468T3; CN105377513A

Abstract

CABEÇA DE USINAGEM AUTOMATIZADA COM VISÃO E RESPECTIVO PROCESSO. Processo de usinagem automática cabeça e compreendendo uma base de pressão para a frente fornecido com janelas laterais podem capacidade de abertura e fechamento envolvendo a ferramenta de usinagem associado a um dispositivo de deslocamento vertical equipado com uma trava mecânica, uma visão de computador Linked computador e um módulo de comunicações. A invenção apresentada oferece a principal vantagem de proporcionar um robô antropomórfico, originalmente destinado para a indústria automóvel e tem relativamente baixa precisão, precisão de usinagem significativamente maior, equivalente a muito maior equipamento de precisão ou robôs tipo cinemática paralela também compensar em tempo real e de forma contínua, o deslocamento e a perda da perpendicularidade pela pressão do pé de pressão, que são comuns nas cabeças convencionais e fonte de imprecisões e erros.

Description

RELATÓRIO DESCRITIVO

[0001] A presente descrição se refere, como indica o seu título, a uma cabeça de usinagem automatizada com visão do tipo que se utiliza industrialmente associados a braços de robôs antropomórficos para realizar diversas tarefas de usinagem, especialmente perfuração e rebitagem, sob o controle de um módulo controlador do robô, e que compreende uma base de pressão dotada de janelas laterais com capacidade de abertura e fechamento, envolvendo a ferramenta de usinagem, associada a um dispositivo de deslocamento axial dotado de bloqueio mecânico, um equipamento de visão conectado a um equipamento de informática e um módulo de comunicações entre o mesmo e o módulo controlador do robô, que permite que o equipamento de visão possa interagir com o controlador do robô, todo ele com um procedimento característico de operação.

Campo da invenção

[0002] A invenção se refere principal mas não exclusivamente ao campo das cabeças de usinagem, especialmente para perfuração e rebitagem, associados a braços de robôs antropomórficos.

Estado da técnica

[0003] Atualmente os robôs antropomórficos são conhecidos e amplamente utilizados na indústria, especialmente na indústria do automóvel. São dispositivos versáteis e relativamente econômicos, mas as principais desvantagens são a sua falta de rigidez e, em consequência, também de precisão, que pode chegar a cometer erros de mais de 2 mm, o que faz com que não sejam de aplicação para aquelas aplicações nas quais as exigências de precisão sejam de várias ordens superiores, como, por exemplo, aplicações de usinagem, perfuração e rebitagem na indústria aeronáutica, onde são requeridas precisões de centésimos ou milésimos de mm.

[0004] Estas precisões podem alcançar-se mediante equipamentos de alta precisão ou máquinas de cinemática paralela, mas apresentam o inconveniente de seu alto custo, originado pela necessária tecnologia de precisão em sua fabricação e pelas tecnologias de controle.

[0005] No uso de robôs antropomórficos, há aplicações que melhoram a sua precisão mediante o uso de sistemas de medição externos nos quais, por exemplo, um aparelho de rastreio a laser detecta a posição no espaço da cabeça do robô e envia-lhe as ordens correspondentes para corrigi-lo, mas além do alto custo destes equipamentos, apresentam o grande inconveniente de que sempre têm que estar limpo o campo visual entre o robô e equipamento externo de medição, o que é um grande inconveniente e, na maior parte das aplicações, não é possível.

[0006] Tem havido esforços no sentido de melhorar a precisão intrínseca dos robôs antropomórficos, normalmente modificando robôs em série para se adicionar aos mesmos codificadores secundários de alta precisão nos eixos de saída das redutoras que movem os eixos do braço de robô e normalmente substituindo em alguns casos ao mesmo tempo o controlador do robô por um controle numérico, conseguindo, desta forma, aumentar parcialmente a sua rigidez e melhorar a sua precisão, mas apresentam os inconvenientes de seu alto custo económico, com o que se perde uma das maiores vantagens destes robôs, problemas de manutenção e ajuste e de peças de reposição, visto que deixam de ser robôs padrão ou seriados do catálogo do fabricante, com o que se cria uma dependência extra da empresa que modifica os robôs do ponto de vista do cliente ou utilizador final.

[0007] São conhecidas adicionalmente as patentes ES2152171A1 e WO2007108780A2, que incorporam equipamentos de visão convencionais em máquinas ferramentas, mas unicamente para propiciar uma boa visão da área de trabalho, sem conseguir incrementar a precisão.

[0008] Também são conhecidas aplicações de câmeras de vídeo em robôs, como, por exemplo, encontramos nas patentes WO 03064116A2, US 2010286827A1, US 2003144765A1, ES2142239_A1,ES2036909_A1 e CN 101205662, mas da mesma forma que no caso anterior a sua missão é propiciar uma boa visão da área de trabalho durante a programação do robô, sem conseguir incrementar a precisão de uma maneira automática.

[0009] Além disso, conhecem-se robôs dotados de duas câmeras, tal como se pode ver nas patentes CN 101726296 e WO 2006019970A2, mas tão pouco contribuem para melhorar a precisão do robô, mas apenas para o reconhecimento de formas ou objetos.

[0010] Também se conhecem alguns procedimentos para melhorar a precisão intrínseca dos robôs antropomórficos sem equipamento de visão, com base em elementos puramente mecânicos, como, por exemplo, o descrito na patente US 2009018697, na qual se utiliza um sistema mecânico para medir os desvios do robô ao aplicar-se ao mesmo forças adicionais, mas que apresentam o problema de que, quando se produz um deslizamento mecânico entre a peça e o bocal de medição, já não é possível retornar ao ponto objetivo.

Descrição da invenção

[0011] Para solucionar a problemática existente atualmente no que se refere à precisão na usinagem, ao se melhorar a perpendicularidade e a precisão nos movimentos dos braço robóticos, se proporcionou-se à cabeça de usinagem automatizada com visão de objeto da presente invenção, que compreende uma base de pressão, que envolve a ferramenta de usinagem, associada a um dispositivo de deslocamento axial ao eixo da ferramenta dotado de bloqueio mecânico, associado a um equipamento de visão, que compreende várias câmeras de vídeo e opcionalmente um projetor a laser, conectado com um equipamento de informática dotado de um software específico para o controle tridimensional, e um módulo de comunicações que lhe permite interagir com o controlador do robô. O equipamento de visão será de preferência do tipo 3D.

[0012] A base de pressão está formada por uma campânula dotada de janelas laterais que permitem a visão, por parte da câmera ou câmeras de visão artificial, da superfície de trabalho através das aberturas de uma campânula, quando a base de pressão está realizando a sua função, quer dizer, enquanto está na posição de trabalho. Estas janelas laterais dispõem de fechamentos que impedem a saída de aparas durante a usinagem, já que a própria base de pressão incorpora um sistema de aspiração para evacuar a poeira das aparas geradas na usinagem.

[0013] O equipamento de informática se encontra conectado, mediante o módulo de comunicações, com o módulo controlador do braço de robô, preferivelmente de tipo antropomórfico, que proporciona os movimentos à cabeça de usinagem, realizando correções nas ordens do módulo controlador do robô em função da imagem recebida das câmeras de vídeo que formam o equipamento de visão, e dos cálculos e previsões que este realiza.

[0014] O módulo controlador do robô pode ser bem um controle numérico externo ou mesmo o próprio controlador do robô que os fabricantes do mesmo oferecem.

[0015] Esta cabeça de usinagem com visão comporta um procedimento de operação específico que permite conseguir a anulação de forças externas e a correção da posição.

[0016] A anulação de forças externas parte do fato conhecido de que, quando ao robô se aplica uma pequena força adicional em seu extremo de trabalho ou em outra parte do conjunto, o robô, em virtude de sua muito baixa rigidez, perde a posição e a orientação alcançadas, sem que seu controlador seja consciente do mesmo, e por isso não tentará devolver o braço de robô à sua pose inicial. Neste procedimento se utiliza a informação cinemática do robô mediante o sistema de visão. Esta informação permitirá reposicionar o robô devolvendo-o à posição correta, antes do uso da força que modificou a sua posição e orientação.

[0017] No processo de anulação de forças tem que se levar em conta que o robô se enfrenta a uma superfície na qual quer realizar uma ação que está sujeita ao uso de uma força que vai modificar a sua posição real sem que se tenha indicado esse movimento de forma direta ao controlador do robô. Esta parte do processo realizará as funções a seguir:

[0018] 1. O robô se posiciona na frente da superfície de trabalho.

[0019] 2. O equipamento de visão faz a leitura da superfície e de suarugosidade, fixa sobre a superfície o ponto exato de operação e obtém as coordenadas espaciais do robô.

[0020] 3. Aplica-se uma força adicional sobre o robô, em este caso,por exemplo, pela base de pressão contra a superfície de trabalho, que faz com que o robô perca a sua posição. Nenhum dispositivo do robô informa ao controlador do robô que se perdeu a posição, uma vez que a perda é dada por deformações mecânicas.

[0021] 4. O robô faz uma solicitação ao equipamento de visão paraque faça de novo a leitura da superfície e meça o movimento que se produziu.

[0022] 5. O equipamento de visão faz a leitura da superfície e obtémo movimento que existe entre o momento atual e antes de aplicar uma força. Desse modo, o dispositivo é capaz de detectar de forma externa o desvio existente e indicar ao controlador do robô quanto e como deve corrigir a sua posição para retornar ao ponto de operação.

[0023] Os dois últimos passos podem ser ou não iterativos até conseguir devolver ao robô o ponto de operação ou que o erro residual seja menor do que um valor determinado.

[0024] Como foi observado anteriormente, por um lado os robôs não são dispositivos especialmente precisos no que se refere à precisão de posicionamento nem de orientação e, por outro lado, a aplicação de forças adicionais, uma vez que o robô tenha alcançado uma determinada posição, também modifica a sua orientação além da posição. Todavia, muitas das tarefas e operações a realizar pela cabeça do braço do robô requerem que o mesmo tenha que adotar uma determinada orientação correta a respeito da superfície da peça no ponto de trabalho para poder realizar adequadamente a função principal para a qual foi concebido. Um exemplo do referido pode ser a realização de uma perfuração e fresagem de alta precisão sobre uma superfície aerodinâmica na qual é de vital importância adotar uma orientação absolutamente “normal” ou perpendicular à superfície da peça em cada ponto de operação.

[0025] O sistema e procedimento aqui expostos permitem que o robô recupere a sua orientação original (antes de aplicar as forças externas) supondo que a mesma seja suficientemente adequada para realizar a função, ou que pelo menos adote uma orientação normal à superfície da peça no ponto de trabalho.

[0026] O procedimento de correção de orientação é análogo ao anteriormente descrito de correção de posição ante a aplicação de forças adicionais, e pode ser realizado ao mesmo tempo. Concretamente as funções para reorientar o robô são iguais exceto em que:

[0027] 2. o equipamento de visão, ao fazer a leitura da superfícietambém calcula e recorda a orientação inicial do robô, no caso em que se deseje recuperar a mesma orientação de partida, antes de aplicar as forças exteriores adicionais.

[0028] 4. o robô faz uma solicitação ao equipamento de visão paraque faça de novo a leitura da superfície e meça a orientação atual.

[0029] 5. o equipamento de visão mediante a leitura da superfície aoredor do ponto e os cálculos de normalização é capaz de detectar quanto está desviada a orientação do robô com relação ao original ou da normal com relação à superfície e indicar ao robô quanto e como deve corrigir a sua orientação.

[0030] Os dois últimos passos podem ser ou não iterativos até que se consiga devolver o robô à orientação desejada, tendo estabelecido antes uma tolerância para o erro máximo de orientação permitido.

[0031] Na presente invenção, pelo fato de que o sistema de visão é capaz de visualizar a superfície da peça antes e enquanto se está aplicando forças externas adicionais sobre o robô, ao fixar o ponto de trabalho sobre a peça e calcular a orientação com relação a mesma ao mesmo tempo, consegue-se eliminar as consequências das referidas forças devolvendo o robô à posição e orientação desejadas

[0032] É sabido e aceito que a precisão dos robôs antropomórficos não é um parâmetro importante no uso habitual para o qual inicialmente foram concebidos. A sua filosofia de trabalho baseia-se tradicionalmente em levar fisicamente o braço do robô a cada uma das posições desejadas e construir o programa de peça armazenando na memória do robô as referidas posições (em inglês “ensinando”). Normalmente as operações com este tipo de robôs são de alta cadência e com poucos pontos (algumas dezenas no máximo). Não é, portanto, importante conseguir que um robô alcance uma determinada cota XYZ no volume de trabalho. O interessante é que o robô seja repetitivo, quer dizer, que mais ou menos sempre vá ao mesmo local.

[0033] Este processo permite conseguir que a precisão do robô seja quase idêntica à sua repetitividade. Para conseguir este objetivo, o robô utiliza um elemento externo, um equipamento de visão preferivelmente tridimensional, para determinar a posição de uns elementos que utilizará como referência externa.

[0034] O uso de uma referência externa permite conseguir em tempo real uma precisão muito maior. A cinemática do robô está calculada em tempo real para que a repetitividade do robô e a precisão sejam muito parecidas. Desse modo, podemos determinar a precisão com uma alta resolução já que o sistema pode corrigir a posição final para a qual se tem de deslocar ou chegar em um plano ou linha reta.

[0035] O processo referenciado se realiza mediante um mínimo de dois pontos para traçar uma linha virtual. No caso em que se queira determinar um plano de referência o sistema necessitará de 3 pontos como mínimo para calculá-lo com a mesma precisão.

[0036] Esta parte do processo realizará as funções a seguir, para dois pontos de referência: • O robô se dirige a um ponto programado sem necessidade deser preciso, neste ponto espera encontrar um alvo que será utilizado como ponto de referência. • O equipamento de visão pede ao robô que realize unsmovimentos de translação ao redor do ponto de referência ou alvo enquanto inspeciona esse ponto. • Determina-se o ponto de referência 1. • O robô se dirige ao segundo ponto programado • O equipamento de visão pede ao robô que realize unsmovimentos de translação ao redor do ponto de referência ou alvo, enquanto inspeciona esse ponto. • Determina-se o ponto de referência 2. • Determina-se a linha que cria o ponto de referência 1 e oponto de referência 2. • Determinam-se as correções por software para compensar asdistorções mecânicas que se devem aplicar aos pontos intermediários entre os pontos de referência ou próximos da referida trajetória, conseguindo um erro de posicionamento similar à repetitividade do robô.

[0037] No caso em que se necessite mover por um plano, é necessário ir minimamente a um terceiro alvo para determinar as correções nesse plano.

[0038] Para realizar a correção da posição é necessário que o equipamento de visão artificial possa ter acesso visual à superfície da peça em todo momento, para o mesmo é necessária uma base de pressão com aberturas para a visão em seu interior, uma vez posicionado.

[0039] O equipamento de visão permite, além disso, dotar o robô de funcionalidades adicionais, como, por exemplo, a medida da perpendicularidade em tempo real, a medida de alvos, a medida de diâmetros, o controle de qualidade dos rebites e outras.

[0040] A presente invenção é aplicável a qualquer tipo de robô, incluindo robôs antropomórficos, de cinemática paralela ou outros tipos.

Vantagens da invenção

[0041] A cabeça de usinagem automatizada com visão que se apresenta aporta múltiplas vantagens sobre os equipamentos disponíveis na atualidade sendo a mais importante que permite dotar a um robô antropomórfico, pensado originalmente para a indústria do automóvel e dotado de uma precisão relativamente baixa, de uma precisão de usinagem notavelmente superior, equivalente a equipamentos de precisão muito maior, como, por exemplo, máquinas ferramentas ou máquinas de tipo de cinemática paralela.

[0042] Outra importante vantagem é que compensa, em tempo real e de forma continua, a descentralização e a perda da perpendicularidade pela pressão da base de pressão, que são comuns nas cabeças convencionais e fonte de erros e de falta de precisão.

[0043] É importante ressaltar além disso que, frente aos sistemas mecânicos existentes para medir os desvios do robô ao aplicar ao mesmo forças adicionais, se apresenta uma grande vantagem de que mesmo que o bocal patine ou deslize sobre a peça através do sistema de visão sempre se pode voltar ao ponto de objetivo.

[0044] Outra vantagem adicional é que, considerando que o deslizamento não o afeta, se pode empregar forças de pré-carga maiores sobre a base de pressão ou utilizar parâmetros de processo mais eficientes.

[0045] Destaca-se, além disso, que o equipamento de visão corrige os pontos de posicionamento do robô em tempo real, interatuando com o seu controlador, corrigindo os erros e as imprecisões do robô.

[0046] A invenção aqui contida consegue que a precisão final obtida não dependa da precisão do robô, e sim de sua repetitividade, já que consegue melhorar a precisão levando-a a valores muito próximos ao da repetitividade do robô, que com frequência é tipicamente em torno de 10 vezes melhor que a precisão.

[0047] A solução aqui aportada elimina a necessidade de acoplar codificadores de alta precisão nos eixos de saída de todos os redutores dos robôs antropomórficos e hardware e software de controle adicional, evitando modificações sobre um robô de catálogo, e que, devido a essas modificações, pode ser alterada a sua garantia, manutenção e reparações, utilizando em seu lugar uma solução formada por um equipamento de visão tridimensional, um sistema de informática, um módulo de comunicações e um software de controle, conformando uma solução mais econômica, efetiva e simples.

[0048] Deve-se ressaltar especialmente as vantagens que implicam que a esta invenção permite uma otimização e melhora do processo de perfuração, fresagem e rebitagem, melhorando a flexibilidade, a produtividade e a eficiência das células flexíveis, contribuindo para a inovação da técnica de fabricação com uma notável diminuição dos custos.

Descrição das Figuras

[0049] Para compreender melhor o objetivo da presente invenção, no plano em anexo foi representada uma realização prática preferencial de uma cabeça de usinagem automatizada com visão.

[0050] No referido plano a Figura -1- mostra um diagrama de blocos do conjunto completo da cabeça, o robô, o sistema de informática de controle, o módulo controlador do robô e o módulo de comunicações.

[0051] A Figura -2- mostra uma vista em perspectiva da cabeça.

[0052] A Figura -3- mostra uma vista inferior e uma frontal da cabeça.

[0053] A Figura -4- mostra uma vista lateral seccionada da cabeça.

[0054] A Figura -5- mostra uma vista em perspectiva de parte da cabeça, detalhando o dispositivo de deslocamento vertical.

[0055] A Figura -6- mostra uma vista em perspectiva da base depressão.

[0056] A Figura -7- mostra umas vistas em planta ampliada e deperfil de calibração útil.

Modalidade preferida da invenção

[0057] A cabeça e o procedimento de usinagem automatizada com visão objeto da presente invenção estão associados a um braço de robô (1) para realizar diversas tarefas de usinagem, especialmente perfuração e rebitagem, sob o controle de um módulo controlador do robô (2), e compreende basicamente, como pode ser visto no plano em anexo, uma base de pressão (3), que envolve a ferramenta de usinagem (4), associado a um dispositivo de deslocamento vertical (5) dotado de bloqueio mecânico (6), um equipamento de visão, do tipo 3D e dotado de ao menos duas câmeras de vídeo (7), conectadas com um equipamento de informática (8) dotado de um software específico (9), e um módulo de comunicações (10). O módulo de comunicações (10) pode ser tanto um dispositivo de hardware específico como uma parte do software específico (9).

[0058] Está previsto que o equipamento de visão compreenda opcionalmente um dispositivo a laser (15) que projeta um feixe em forma de cruz no interior da base de pressão (3). A projeção desta cruz sobre a peça a furar é utilizada pelas câmeras de visão artificial para saber em que orientação está a cabeça com relação à peça.

[0059] O módulo controlador do robô (2) pode ser ou um controle numérico externo ou bem o próprio controlador do robô que os fabricantes do mesmo oferecem.

[0060] A base de pressão (3) está formada por uma campânula, que envolve a ferramenta de usinagem (4), e dotada de janelas laterais (11) que permitem a visão, por parte das câmeras de vídeo (7), da ferramenta de usinagem (4) localizada em seu interior e de sua superfície de trabalho, e a projeção do dispositivo a laser (15). Estas janelas laterais (11) da base de pressão (3) dispõem de fechamentos (12) que bloqueiam a visão, por parte das câmeras de vídeo (7), da ferramenta de usinagem (4) localizada em seu interior, impedindo a saída de aparas durante a usinagem.

[0061] Os fechamentos (12) das janelas laterais (11) da base de pressão (3) se realizam, em uma modalidade preferida, mediante uma segunda campânula (13) concêntrica com a base de pressão (3) e dotada de capacidade de giro com relação ao mesmo, dotada de aberturas coincidentes com os elementos de janela laterais (11) em uma posição aberta e que, mediante um giro entre a segunda campânula (13) e a base de pressão (3), em uma posição fechada, origina a não coincidência das aberturas com as janelas laterais (11), fechando a base de pressão (3). Esta segunda campânula (13) concêntrica pode ser interior ou exterior à base de pressão (3).

[0062] O equipamento de informática (8) se encontra conectado, mediante o módulo de comunicações (10), entre o módulo controlador do robô (2) e o braço de robô (1), realizando correções nas ordens do módulo controlador do robô (2) em função da imagem recebida das câmeras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão.

[0063] Esta cabeça de usinagem com visão comporta um procedimento de operação específico que se divide em várias fases: uma primeira fase de medição sobre a peça a mecanizar, uma segunda fase de posicionamento da cabeça no ponto objetivo de trabalho, uma terceira fase de correção da posição da cabeça mediante a visão e uma quarta fase de usinagem ou operação específica.

[0064] Na primeira fase de medição, para melhorar a precisão de posicionado do robô, se tomam pontos de referência, mediante as câmeras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão, na peça a mecanizar na zona próxima da área a mecanizar, tomando um mínimo de dois pontos para traçar uma linha virtual ou, no caso em que se queira determinar um plano de referência, o sistema necessitará de três pontos no mínimo.

[0065] Para isso, em um primeiro passo, se determinam os pontos de referência. Em um segundo passo, se determina a posição na linha ou plano que cria os pontos de referência anteriormente calculados e, em um terceiro passo, se realiza, mediante o software específico (9) incorporado no equipamento de informática (8), uma previsão ou estimação dos erros de posicionamento que o robô (2) vai cometer, quando for dirigido a um ponto intermediário entre as referências tomadas e, portanto, pode-se corrigir a posição final.

[0066] O primeiro passo, em que se determinam os pontos dereferência, compreende as operações a seguir: • Mede-se com o equipamento de visão o ponto de referência 1,na posição 1 • O robô (2) reposiciona a nova posição 1, agora posição 2mediante os dados medidos. • A cabeça de usinagem faz uma translação/rotação,preferivelmente de 10 mm (nm) • Retorna à posição 2 • Mede-se de novo o ponto de referência 1. • O robô (2) reposiciona a nova posição 2, agora posição 3mediante os dados medidos. • A cabeça de usinagem faz uma translação/rotação,preferivelmente de 10 mm (nm) • Retorna à posição 3 • Mede-se o ponto de referência 1 e se armazena como ponto decontrole.

[0067] Estas operações se repetem para determinar cada um dos pontos de referência.

[0068] O segundo passo, em que se determina o posicionamento na linha ou plano que cria os pontos de referência anteriormente calculados, compreende as operações a seguir: • Introduz-se a distância real entre cada dois pontos dereferência. • Calcula-se, mediante o software específico (9) incorporado noequipamento de informática (8), as correções que se devem aplicar aos pontos intermediários da linha ou plano que os pontos de referência determinados mediante o valor real dos referidos pontos de referência criam.

[0069] A segunda fase de posicionamento da cabeça na zona a mecanizar compreende um primeiro passo de deslocamento da cabeça, mediante o movimento do braço de robô (1) ordenado pelo módulo controlador do robô (2), para as coordenadas em que se deseja mecanizar.

[0070] A terceira fase de correção da posição da cabeça mediante a visão compreende um primeiro passo que se realiza de duas formas, dependendo do tipo de material ou superfície a mecanizar: • Em caso de superfícies normais, não brilhantes ou polidas,toma-se uma imagem de referência da peça mediante as câmeras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão, através das janelas laterais (11) da base de pressão (3), que estarão em sua posição aberta, em que, analisando a sua rugosidade mediante o software específico (9) incorporado no equipamento de informática (8), se pode localizar o ponto objetivo antes da aplicação das forças que deformam o robô (2), identificando-o pela imagem de sua rugosidade. • Em caso de superfícies muito brilhantes ou polidas, a própriacabeça realiza uma pequena marca ou picote, atuando ligeiramente com a ferramenta de usinagem (4) sobre o ponto objetivo na superfície da peça de que se tomará uma imagem de referência mediante as câmeras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão, através das janelas laterais (11) da base de pressão (3), que estarão em sua posição aberta, para a aplicação de forças adicionais, identificando-as mediante da imagem de referida marca como referência.

[0071] A terceira fase de correção da posição da cabeça mediante a visão prossegue com um segundo passo de descida da base de pressão (3) mediante o dispositivo de deslocamento vertical (5), sobre a superfície a mecanizar. Esta descida, com a consequente força exercida pela base de pressão (3) sobre a zona a mecanizar, produz um deslocamento do braço de robô (1) que implica um desvio da posição e orientação desejadas originalmente, que implica um erro de posicionamento. Continua-se com um terceiro passo em que o sistema de visão, comparando a imagem obtida agora mediante as câmeras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão, através das janelas laterais (11) da base de pressão (3), que seguirão em sua posição aberta, com a imagem de referência obtida no primeiro passo e que se utiliza como referência, geram uma ordem de deslocamento do braço do robô (1) na direção desejada, tornando a tomar outra imagem da superfície a mecanizar através das janelas laterais (11) da base de pressão (3), repetindo esta fase até que a imagem seja coincidente com a imagem de referência, ao redor do ponto de operação, quer dizer, até que as coordenadas do ponto de operação atual coincidam com as fixadas na segunda fase de posicionamento da cabeça e a orientação alcançada coincida com a desejada, que pode ser a de referência obtida no primeiro passo ou simplesmente a normal à superfície no ponto de operação, eliminando o erro de deformação e de deslocamento da base de pressão (3).

[0072] A quarta fase de usinagem compreende um primeiro passo de bloqueio mecânico (6) do dispositivo de deslocamento vertical (5) da base de pressão (3), um segundo passo de ativação dos fechamentos (12) das janelas laterais (11) da base de pressão (3) e um terceiro passo da ferramenta de usinagem (4) localizada em seu interior para realizar a usinagem sobre a superfície.

[0073] Opcionalmente, pode se incluir uma fase prévia opcional decalibragem, que consiste na utilização de uma calibragem útil (14) para o ajuste dos parâmetros de funcionamento da cabeça, de tal maneira que, no processo de calibragem, se faça a correlação entre os 3 sistemas de coordenadas: o da ferramenta de usinagem, o do sistema de visão e/ou o do controlador do robô.

[0074] O equipamento de visão permite além disso dotar o braço de robô (1) de funcionalidades adicionais, como, por exemplo, a medida da perpendicularidade em tempo real, a medida de alvos, a medida de diâmetros, o controle de qualidade dos rebites e outras.

Claims

1. Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, do tipo utilizado industrialmente associado a braços de robô (1), para desempenhar várias tarefas de processamento, tais como perfuração e rebitagem, controlada por um módulo controlador de robô (2), que compreende um equipamento de visão dotado de pelo menos duas câmaras de vídeo (7), ligadas a um computador (8) dotado de software específico (9), e um módulo de comunicações (10), caracterizada por compreender: - um pedal de máquina (3), que encerra a ferramenta de processamento (4), - o referido pedal de máquina (3) associado a um dispositivo de movimento vertical (5) dotado de bloqueio mecânico (6).

2. Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por o equipamento de visão compreender um dispositivo de laser (15) que projeta um raio em formato de cruz.

3. Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 1, caracterizada por o pedal de máquina (3) ser formado por uma cobertura de proteção dotada de janelas laterais (11) que permite que as câmaras de vídeo (7) vejam a ferramenta de processamento (4) localizada no seu interior e a sua superfície de trabalho.

4. Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 3, caracterizada por as janelas laterais (11) do pedal de máquina (3) terem tampas (12) que bloqueiam a visão das câmaras de vídeo (7) da máquina-ferramenta (4) localizada no seu interior, prevenindo a saída de aparas durante o processamento.

5. Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, 3D, de acordo com a Reivindicação 4, caracterizada por as tampas (12) das janelas laterais (11) do pedal de máquina (3) serem conseguidas por meio de uma segunda cobertura de proteção concêntrica (13) do pedal de máquina (3) dotada com a capacidade de rodar em relação ao último, e dotada de aberturas coincidentes com as janelas laterais (11) numa posição aberta, e não coincidentes numa posição fechada do pedal de máquina (3).

6. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, conforme definido nas Reivindicações anteriores, caracterizado por executar correções nos comandos do módulo controlador de robô (2) de acordo com a imagem recebida da câmara de vídeo ou câmaras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão, e que inclui - uma primeira fase de medição da peça de trabalho a ser processada, - uma segunda fase de posicionamento da cabeça no ponto de trabalho alvo, - uma terceira fase de correção da posição e orientação da cabeça por via da visão, e - uma quarta fase de processamento ou uma operação específica para a qual o dispositivo foi projetado.

7. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por, na primeira fase de medição, os pontos de referência serem tirados por via das câmaras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão, na peça de trabalho a ser processada na zona perto da área a ser processada, tirando um mínimo de dois pontos para traçar uma linha virtual, ou um mínimo de três pontos para determinar um plano de referência, que inclui - uma primeira etapa de determinação de pontos de referência, - uma segunda etapa de determinação do posicionamento na linha ou plano que os pontos de referência anteriormente calculados criam, e - uma terceira etapa de previsão ou de estimação, por via do software específico (9) incorporado no computador (8), dos erros de posicionamento que o robô (2) vai fazer quando é dirigido para um ponto intermédio entre as referências tiradas e, assim, a posição final pode ser corrigida.

8. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por a etapa de determinação dos pontos de referência incluir - uma primeira operação na qual o ponto de referência 1 é medido com o equipamento de visão na posição 1 - uma segunda operação na qual o robô (2) se reposiciona na nova posição 1, agora posição 2, por meio dos dados medidos, - uma terceira operação na qual a cabeça de processamento executa uma translação/rotação, - uma quarta operação na qual o mesmo volta à posição 2, - uma quinta operação na qual o seu ponto de referência 1 é novamente medido, - uma sexta operação na qual o robô (2) se reposiciona na nova posição 2, agora posição 3, por meio dos dados medidos, - uma sétima operação na qual a cabeça de processamento executa uma translação/rotação, - uma oitava operação na qual o mesmo volta à posição 3, e - uma nona operação na qual o ponto de referência 1 é medido e armazenado como o ponto de controlo, sendo que essas operações são repetidas para cada um dos pontos de referência.

9. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 7, caracterizado por a etapa de determinação do posicionamento na linha ou plano que os pontos de referência anteriormente calculados criam, incluir - uma primeira operação na qual a distância real entre cada dois pontos de referência é introduzida, e - uma segunda operação na qual, por via do software específico (9) incorporado no computador (8), as correções que têm de ser aplicadas em pontos intermédios e/ou perto de pontos da linha ou plano criados pelos pontos de referência, determinadas por meio do valor real dos referidos pontos de referência, são calculadas.

10. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por a segunda fase de posicionamento da cabeça na zona a ser processada compreende uma etapa de mover a cabeça, por via do movimento do braço de robô (1) comandado pelo módulo controlador de robô (2), para as coordenadas nas quais o processamento é necessário.

11. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por a terceira fase de correção da posição da cabeça por via da visão compreender uma primeira etapa na qual, no caso de superfícies normais que não são brilhantes ou polidas, uma imagem de referência da peça de trabalho é tirada por meio das câmaras de vídeo (7) que formam os equipamento de visão, através das janelas laterais (11) do pedal de máquina (3), que estarão na sua posição aberta, analisando a sua aspereza por via do software específico (9) incorporado nocomputador (8) e localizando o ponto de operação em relação ao mesmo.

12. Procedimento de Operação de Cabeça de ProcessamentoAutomatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por a terceira fase de correção da posição da cabeça por via da visão compreender uma primeira etapa na qual, no caso de superfícies muito brilhantes ou polidas, a própria cabeça faz uma pequena marca ou entalhe, que atua levemente com a ferramenta de processamento (4) no ponto alvo na superfície da peça de trabalho cuja imagem de referência será tirada por via das câmaras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão, através das janelas laterais (11) do pedal de máquina (3), que estarão na sua posição aberta, antes da aplicação de forças adicionais, que o identificam, por meio da imagem da referida marca, como uma referência.

13. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por a terceira fase de correção da posição da cabeça por meio da visão incluir - uma segunda etapa de descida do pedal de máquina (3), por meio do dispositivo de movimento vertical (5), para a superfície a ser processada na qual a consequente força exercida pelo pedal de máquina (3) na zona a ser processada, provoca o movimento do braço de robô (1), que envolve um desvio da posição e orientação originalmente pedidos, implicando um erro de posicionamento, seguido de - uma terceira etapa na qual o sistema de visão, comparando com a imagem obtida agora pelas câmaras de vídeo (7) que formam o equipamento de visão, através das janelas laterais (11) do pedal de máquina (3), que permanecerá na sua posição aberta, com a imagem de referência obtida na primeira etapa e que é utilizada como uma referência, gera um comando para o braço de robô (1) se mover na direção pedida, tirando de novo uma outra imagem da superfície a ser processada, através das janelas laterais (11) do pedal de máquina (3), repetindo essa fase até que a imagem coincida com a imagem de referência, em torno do ponto de operação, ou seja, até que as coordenadas do ponto de operação atual coincida com aquelas estabelecidas na segunda fase de posicionamento da cabeça, e a orientação atingida coincida com aquela necessária, que pode ser aquela da referência obtida na primeira etapa, ou simplesmente a normal para a superfície no ponto de operação.

14. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por a quarta fase de processamento compreender - uma primeira etapa de bloqueio mecânico do dispositivo de movimento vertical (5) do pedal de máquina (3), - uma segunda etapa de ativação das tampas (12) das janelas laterais (11) do pedal de máquina (3), e - uma terceira fase da ferramenta de processamento (4) localizado no seu interior, para desempenhar o processamento da superfície.

15. Procedimento de Operação de Cabeça de Processamento Automatizada com Visão, de acordo com a Reivindicação 6, caracterizado por incluir uma fase de calibragem anterior opcional, que consiste em utilizar uma ferramenta de calibragem (14) para ajustar os parâmetros de operação da cabeça, de tal modo que, na referida fase de calibragem, a correlação seja verificada entre o sistema de coordenadas da ferramenta de processamento, aquela do sistema de visão e aquela do controlador de robô.