ES1068648U - Dispositivo de medicion y de cartografia por ultrasonidos. - Google Patents

Abstract

1. Dispositivo de medición y de cartografía que comprende: un robot articulado multiejes manual o automático (1) que comprende un segmento terminal (4) y unos codificadores, por lo menos una sonda (5) de control solidaria del segmento terminal (4) del robot articulado multiejes (1), unos medios de tratamiento de los datos (8), por ejemplo un aparato de control no destructivo, apropiados para recibir y para tratar los datos de posición y de señal de la sonda (5) medida en esta posición, unos medios de interfaz (13) destinados a transmitir unos datos de posición de la sonda (5) entre el robot (1) y los medios de tratamiento de los datos (8) que comprenden unos medios de cálculo (13) que permiten transformar los datos de posición angular de cada codificador que definen la posición del segmento terminal (4) del robot articulado multiejes (1), del cual la sonda (5) es solidaria, en unos valores cartesianos con respecto a un origen determinado, caracterizado porque los medios de cálculo(13) comprenden un circuito lógico programable dedicado, en particular del tipo que comprende una red de puertas programables, que permite tratar en tiempo real las posiciones de los codificadores, transformarlas en coordenadas cartesianas en el espacio y formatearlas antes de transmitirlas al aparato de control no destructivo. 2. Dispositivo de medición y de cartografía según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de cálculo (13) comprenden un conjunto de operaciones de cambio de referencia que corresponden a las diferentes articulaciones (3) del robot (1). 3. Dispositivo de medición y de cartografía según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aparato de control no destructivo (8) comprende unos medios de recepción de los datos de posición, unos medios para vincular los datos de posición a la señal de la sonda (5) y unos medios de almacenado de los datos de posición. 4. Dispositivo de medición y de cartografía según las reivindicaciones 1a 3, caracterizado porque la sonda es una sonda de ultrasonidos. 5. Dispositivo de medición y de cartografía según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la sonda es una sonda de corrientes de Foucault.

Description

Dispositivo de medición y de cartografía por ultrasonidos.

La presente invención se refiere a un dispositivo de medición y de cartografía por ultrasonidos o corrientes de Foucault u otros que comprende una sonda de medición a desplazar sobre una pieza a controlar.

Es conocido, en particular a partir del documento US n° 6.519.860, realizar un dispositivo que comprende:

- un robot articulado multiejes que comprende un segmento terminal y unos codificadores,

- por lo menos una sonda de control de ultrasonidos o corrientes de Foucault u otros solidaria del segmento terminal del robot articulado multiejes,

- unos medios de tratamiento de los datos, por ejemplo un aparato de control no destructivo, apropiados para recibir y para tratar los datos de posición y de señal de la sonda medida en esta posición,

- unos medios de interfaz destinados a transmitir unos datos de posición de la sonda entre el robot y los medios de tratamiento de los datos que comprenden unos medios de cálculo que permiten transformar los datos de posición angular de cada codificador que definen la posición del segmento terminal del robot articulado multiejes del cual la sonda es solidaria, en unos valores cartesianos con respecto a un origen determinado.

La realización de estas cartografías implica el conocimiento del valor medido por la sonda para un conjunto de posiciones determinadas de ésta. Para ello, es necesario poner en correlación una señal y una posición de la
sonda.

Los robots presentan varios segmentos articulados cuyo desplazamiento es realizado con respecto a una pluralidad de ejes de funcionamiento mandados por una unidad de mando. Este conjunto permite desplazar el segmento terminal en diferentes posiciones.

El aparato de control permite adquirir y tratar datos. Así, es posible situar en un espacio tridimensional el valor de la medición de la sonda de ultrasonidos para una posición determinada de la sonda a fin de realizar unas cartografías de medidas por ejemplo.

La presente invención prevé proponer un dispositivo capaz de integrar unos robots articulados mutiejes y un aparato de control no destructivo apropiado para recibir y tratar la posición de la sonda en tiempo real, asegurando al mismo tiempo una frecuencia de adquisición de las mediciones mejorada que se puede utilizar en el marco de una operación de control sobre una cadena de producción por ejemplo.

A este fin, la invención se refiere a un dispositivo del tipo citado anteriormente, caracterizado porque los medios de cálculo comprenden un circuito lógico programable dedicado, en particular del tipo que comprende una red de puertas programables, que permite tratar en tiempo real las posiciones de los codificadores, transformarlas en coordenadas cartesianas en el espacio y formatearlas antes de transmitirlas al aparato de control no destructivo.

Estos dispositivos permiten obtener una cartografía de una pieza cuya superficie está recorrida por un brazo articulado provisto de una sonda transformando unas coordenadas articulares proporcionadas por el robot en coordenadas cartesianas que pueden ser utilizadas por el aparato con una frecuencia de adquisición mejorada.

La realización de estas transformaciones a nivel de los medios de interfaz por unos medios de cálculo dedicados permite aumentar la rapidez de esta etapa del tratamiento que limita las prestaciones globales del dispositivo.

Según un modo de realización de la invención, los medios de cálculo que permiten transformar los valores de las pociones angulares de cada codificador en una posición cartesiana con respecto a un origen fijado al principio comprenden un conjunto de operaciones de cambio de referencia correspondiente a las diferentes articulaciones del robot.

Estos medios de cálculo permiten proporcionar una interfaz específica entre el robot articulado multiejes y el aparato de control no destructivo.

Preferentemente, la posición cartesiana de la sonda es enviada al aparato de control no destructivo en forma de codificadores incrementales.

Estas características permiten un tratamiento rápido de los datos puesto que los aparatos de control son optimizados para recibir unos datos en forma de codificadores incrementales.

Según un modo de realización, la posición de la sonda en forma digital, en particular binaria, es enviada al aparato de control no destructivo por una conexión rápida.

Según una característica de la invención, el aparato de control no destructivo comprende unos medios de recepción de los datos de posición, unos medios para vincular los datos de posición a la señal de la sonda y unos medios de almacenado de los datos de posición.

De todas maneras, la invención se pondrá más claramente de manifiesto a partir de la descripción siguiente, haciendo referencia al plano esquemático adjunto que representa, a titulo no limitativo, una forma de realización de este dispositivo.

La figura 1 es una representación esquemática del dispositivo de medición y de cartografía.

La figura 2 representa una cadena cinemática que comprende tres segmentos y dos ejes de articulación.

La figura 3 representa las referencias vinculadas a cada segmento y que permitirán determinar los parámetros de Denavit Hartenberg.

La figura 1 representa un equipo que permite obtener una cartografía de las mediciones por ultrasonidos sobre una pieza a controlar o a analizar.

El equipo comprende un robot 1 articulado multiejes. El robot 1 presenta unos segmentos 2 rígidos unidos por unas articulaciones 3.

El robot 1 presenta en su extremo superior un órgano terminal 4 en el extremo del cual está posicionada una sonda 5. Es posible posicionar varias sondas 5 sobre el órgano terminal 4 del robot 1. La sonda 5 es una sonda de ultrasonidos 5 que produce una señal que permite el análisis de un objeto. La sonda 5 está conectada a un aparato de control no destructivo 8 al cual trasmite la medición.

El robot presenta en su extremo inferior una base 10, que puede estar fijada sobre un zócalo por ejemplo, con el fin de mantener inmóvil la base 10 del robot 1 a fin de evitar que sea desequilibrado. Un plato antivibratorio puede estar previsto a fin de evitar que las vibraciones provoquen una deriva en el sistema de medición.

Las articulaciones 3 son unas uniones prismáticas o rotoides, es decir móviles en traslación o en rotación según un eje. El número de ejes define el número de grados de libertad y cada segmento 2 posee una referencia.

En la proximidad de las articulaciones 3 están dispuestos unos codificadores destinados a medir la posición angular de un segmento 2 con respecto al segmento 2 precedente.

El robot 1 comprende unos accionadores 3. Un accionador 3 puede ser lineal o rotativo. Un accionador 3 lineal permite generar un movimiento de traslación y un accionador 3 rotativo permite generar un movimiento de rotación de un segmento 2 con respecto a otro.

Los accionadores 3 son mandados por un bastidor de pilotaje 11. El bastidor de pilotaje 11 permite indicar los valores angulares sobre los cuales debe posicionarse cada una de sus articulaciones 3. Así, es posible mandar el desplazamiento del órgano terminal 4, y por tanto de las sonda 5, detectando la posición de todos los accionadores 3 en una referencia determinada a fin de realizar el desplazamiento elemental de cada segmento 2.

La posición de la sonda 5 depende de la posición de cada articulación 3 y en particular del valor de los ángulos de rotaciones para las uniones rotoides y del valor de las traslaciones para unas uniones prismáticas.

Como muestra la figura 1, el robot 1 presenta un conjunto de articulaciones 3 que permiten definir un volumen en el cual el órgano terminal 4, y por tanto la sonda 5, puede evolucionar. Para cada posición ocupada, la sonda 5 toma una medida cuya señal es transmitida a un aparato de control no destructivo 8.

Unos medios de cálculo 13 de las posiciones espaciales de las articulaciones 3 constituidas por un circuito lógico programable 13 están previstos entre el robot 1 y el aparato de control no destructivo 8.

Los medios de control 13 permiten construir una función de transformación destinada a transformar las coordenadas angulares en coordenadas cartesianas (x, y, z).

Para transformar las coordenadas angulares en coordenadas cartesianas, los parámetros de Denavit Hartenberg son utilizados para definir, con un número mínimo de parámetros, las matrices de transformaciones homogéneas elementales que permiten pasar de la referencia asociada a un segmento i del robot al segmento i+1 que le sigue en la cadena cinemática.

Los parámetros dependen de los ángulos de rotaciones para las uniones rotoides y del valor de las traslaciones para unas uniones prismáticas.

Las diferentes articulaciones 3 del robot 1, ya sean rotoides o prismáticas, están caracterizadas por sus ejes (eje de traslación para una unión prismática, eje de rotación para una unión rotoide).

Considerando tres ejes sucesivos, el eje i-1, i e i+1 representados en la figura 3.

La referencia (0, x_{i-1}, y_{i-1}, z_{i-1}) solidaria del segmento i, está definida como sigue:

- el eje z_{i-1} está asociado al eje que da el movimiento al eslabón i,

- el eje x_{i-1} está soportado por la perpendicular común a los ejes i-1 e i y dirigido hacia el eje i,

- el eje y_{i-1}, se elige de manera que el triedro sea directo.

El plano ilustrado en la figura 3 supone que las mismas reglas han sido adoptadas para definir la referencia (0, x_{i}, y_{i}, z_{i}) sobre el eje i+1.

La matriz de paso de la referencia (0, x_{i-1}, y_{i-1} z_{i-1}) a la referencia (0, x_{i}, y_{i}, z_{i}) se expresa como sigue:

A_{n} = Trans[0,0,d_{i}] \cdot Rot[z,\theta_{i}] \cdot Trans[a_{i},0,0] \cdot Rot[x,d_{i}]

(La operación Trans es una operación de traslación y la operación Rot es una operación de rotación).

Siendo:

a_{i}, la longitud de la normal común a los ejes i e i+1 considerada como positiva cuando está dirigida de i hacia
i+1 = la distancia entre y z_{i-1} y z_{i} a lo largo de x_{i}.

\alpha_{i}, el ángulo entre 2 ejes medidos en un plano perpendicular a a_{i}. El signo de este ángulo es dado por la regla del sacacorchos de Maxwell es decir el ángulo entre y z_{i-1} y z_{i} con respecto a x_{i}.

d_{i}, la distancia entre 2 normales consecutivas a_{i} y a_{i-1} medida a lo largo del eje i, es decir la distancia medida entre x_{i-1} y x_{i} a lo largo de z_{i-1}.

\theta_{i}, el ángulo entre 2 normales consecutivas medido en un plano perpendicular al eje i, es decir el ángulo entre x_{i-1} y x_{i} con respecto a z_{i-1}.

Estos cuatro parámetros son los parámetros de Denavitt Hartenberg.

El movimiento de un segmento i es definido con respecto al movimiento del segmento i-1 inferior adyacente y definido en la referencia del segmento i-1 inferior.

Las coordenadas cartesianas de la sonda son formateadas y después transmitidas al aparato de control no destructivo 8 por los medios de cálculo 13 con la ayuda de un circuito lógico programable 13. Las mismas son enviadas al aparato de control no destructivo 8 en forma de codificadores incrementales en formato TTL ó HTL. La conexión que permite la transmisión de los datos es una conexión rápida.

Los medios de interfaz 13 permiten proporcionar una frecuencia de adquisición, de transformación de los datos y de transmisión superior a 2 kHz.

El aparato de control no destructivo 8 comprende unos medios de recepción de los datos de posición, unos medios para vincular los datos de posición a la señal de la sonda y unos medios de almacenado de los datos de posición.

Los medios de interfaz 13 permiten tratar en tiempo real las posiciones angulares de cada codificador transformándolas en coordenadas cartesianas en el espacio.

Este dispositivo permite vincular la medición por ultrasonidos realizada por la sonda a su posición en forma de coordenadas cartesianas proporcionadas por los medios de cálculo 13 y obtener así una cartografía en un espacio tridimensional con una adquisición y un tratamiento de los datos superiores a 2 kHz.

Claims (5)

1. Dispositivo de medición y de cartografía que comprende:

un robot articulado multiejes manual o automático (1) que comprende un segmento terminal (4) y unos codificadores,

por lo menos una sonda (5) de control solidaria del segmento terminal (4) del robot articulado multiejes (1),

unos medios de tratamiento de los datos (8), por ejemplo un aparato de control no destructivo, apropiados para recibir y para tratar los datos de posición y de señal de la sonda (5) medida en esta posición,

unos medios de interfaz (13) destinados a transmitir unos datos de posición de la sonda (5) entre el robot (1) y los medios de tratamiento de los datos (8) que comprenden unos medios de cálculo (13) que permiten transformar los datos de posición angular de cada codificador que definen la posición del segmento terminal (4) del robot articulado multiejes (1), del cual la sonda (5) es solidaria, en unos valores cartesianos con respecto a un origen determinado,

caracterizado porque los medios de cálculo (13) comprenden un circuito lógico programable dedicado, en particular del tipo que comprende una red de puertas programables, que permite tratar en tiempo real las posiciones de los codificadores, transformarlas en coordenadas cartesianas en el espacio y formatearlas antes de transmitirlas al aparato de control no destructivo.

2. Dispositivo de medición y de cartografía según la reivindicación 1, caracterizado porque los medios de cálculo (13) comprenden un conjunto de operaciones de cambio de referencia que corresponden a las diferentes articulaciones (3) del robot (1).

3. Dispositivo de medición y de cartografía según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el aparato de control no destructivo (8) comprende unos medios de recepción de los datos de posición, unos medios para vincular los datos de posición a la señal de la sonda (5) y unos medios de almacenado de los datos de posición.

4. Dispositivo de medición y de cartografía según las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque la sonda es una sonda de ultrasonidos.

5. Dispositivo de medición y de cartografía según las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la sonda es una sonda de corrientes de Foucault.