ES2280491T3 - Sistema para cortar patrones predefinidos en un flujo continuo de material laminado. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para recortar por lo menos una figura (S) predefinida en un material laminado (10), presentando dicha por lo menos una figura predefinida (S) un patrón (P) con una geometría predeterminada y presentando por lo menos una referencia (F, F2...), correspondiendo cada una de dicha por lo menos una referencia (F, F2...) a unas coordenadas predeterminadas en el patrón (P), caracterizado porque comprende:
Description
Sistema para cortar patrones predefinidos en un
flujo continuo de material laminado.
La presente invención se refiere a un aparato de
visión y de corte para cortar figuras predefinidas en una lámina de
material en movimiento. En particular, un sistema de visión reconoce
figuras predefinidas de geometría conocida asociadas a referencias
y un controlador ordena al sistema de corte cortar exactamente la
geometría de la figura cuando el material pasa por debajo del
mismo.
Un procedimiento conocido consiste en hacer
avanzar una longitud finita de material sin rasgos distintivos al
interior de una zona de corte y, mientras el material se encuentra
estacionario, desplazar un haz de rayos láser alrededor de un
posicionador X-Y para cortar un patrón en el
material. Un posicionador controlado numéricamente posiciona el haz
de rayos láser sobre el material como respuesta a un patrón conocido
predeterminado. Después de cortar el patrón, el transportador
avanza para expulsar el patrón cortado y coloca nuevo material en la
zona de corte.
En la solicitud de patente canadiense publicada
como nº 2.016.554 el 11 de Noviembre de 1991, se da a conocer un
procedimiento que alcanza parcialmente el objetivo de incrementar el
rendimiento de patrones cortados permitiendo que el láser corte
mientras el material se está desplazando sobre el transportador de
forma continua a través de la zona de corte con láser. Este
procedimiento de "corte sobre la marcha" elimina la carga y
descarga del material de la zona de corte y utiliza el movimiento
eficaz del cabezal de corte del láser tanto a lo largo del eje del
material en movimiento como a través del material. En la patente US
nº 6.294.755 B1, publicada el 25 de septiembre de 2001 para Lacent
Technologies Inc., de Edmonton, Alberta, Canadá, se da a conocer un
procedimiento para optimizar e incrementar adicionalmente el
rendimiento del material cortado minimizando el tiempo requerido
para desplazar el láser a lo largo de un trayecto continuo
diferenciando el trayecto en movimientos geométricos, pares de los
cuales se unen para minimizar las paradas y puestas en movimiento
del posicionador. Además, se analizan gamas de velocidad para cada
movimiento diferenciado y se ajustan para coincidir parcialmente y
conformar una curva de velocidad continua.
Las técnicas anteriores se han basado en un
material sustancialmente uniforme y el patrón sólo existe en la
memoria numérica del cortador. En otras palabras, el patrón puede
implementarse en cualquier lugar del material que se desplaza de
forma continua. No obstante, en determinados casos, es deseable
localizar y cortar una figura que ya está impresa o predefinida de
otro modo en el material. El recorte de figuras o patrones cuyas
coordenadas en los materiales son constantes incluye numerosos retos
entre los cuales se cuentan: determinación del punto de inicio del
corte y corte a lo largo de las líneas de corte predeterminadas de
la figura o dentro de una cierta tolerancia respecto a las mismas.
Los retos anteriores empeoran en las situaciones en las cuales el
material se desplaza de forma continua, donde el material puede
torcerse entre el inicio y el final del corte.
El corte de materiales estampados para posterior
montaje ya es conocido en la industria textil y de fabricación de
muebles. En tales casos, se conoce un número finito de posiciones de
inicio. Las patentes US nº 5.975.743 de Bercaits y US nº 4.905.159
de Loriot presentan un ejemplo de esta tecnología. Los expertos en
la materia ya conocen la utilización de un sistema de visión que
puede utilizarse para localizar un punto inicial, no obstante,
hasta la fecha, la cámara de tales sistemas de visión es
transportada por el cortador y, por lo tanto, sólo puede aplicarse
en serie; buscar dentro de un área cuidadosamente definida para
localizar el punto de inicio y, a continuación, reajustar para
iniciar el proceso de corte. Otro enfoque para recortar la figura
consiste en marcar previamente los límites o líneas de corte de la
figura con marcadores de identificación, y a continuación reseguir
el marcador con un cortador. Hasta donde sabe el solicitante,
todavía no se ha conseguido cortar figuras predefinidas en una
lámina de material en movimiento de figura Satisfactoria.
El solicitante no ha encontrado que las
tecnologías anteriormente citadas presenten una mejora de la
exactitud, un rendimiento superior y un funcionamiento con
materiales más sofisticados.
En algunos casos, resulta deseable recortar
figuras predefinidas en el material laminado. La naturaleza del
material laminado hace que una figura predefinida pueda
distorsionarse, tanto como resultado del proceso de fabricación,
como del proceso de tejido o durante la manipulación posterior. La
clase y la extensión de la distorsión pueden variar a lo largo de
la longitud de la figura y a lo largo de la longitud del material
laminado. Por lo tanto, sólo se espera que la figura presente un
patrón predeterminado en una posición relativa específica del
material laminado. Además, para acelerar el proceso, el material
puede desplazarse de forma continua a través de un sistema de
corte. Son bien conocidos los enfoques de la técnica anterior para
cortar un patrón conocido en cualquier lugar de una pieza en blanco
del material. No obstante, en el caso de láminas predefinidas en
material, debe recortarse un patrón en las coordenadas predefinidas
correspondientes a la figura sobre el material laminado.
Como técnica anterior adicional a la presente
invención, el documento
US-A-5.353.355 da a conocer un
dispositivo para reconocer y emparejar patrones de tejido, a saber,
un patrón en un material estampado. El material se coloca sobre una
mesa fija de patronaje, emparejamiento y corte, y un ordenador
controlador de emparejamiento de patrones desplaza una cámara sobre
cada uno de una pluralidad de puntos de emparejamiento de patrones
para captar una imagen y así medir la posición del patrón. Los datos
de secuencia de puntos de corte se revisan basándose en el
resultado de la medición, y el cortador se controla
correspondientemente.
El documento
US-A-5.333.111 da a conocer un
sistema de corte de prendas de vestir adaptado para utilización con
tejidos que presentan un diseño a rayas o cuadros escoceses que
permite un emparejamiento manual o automático tanto entre un
marcador de prendas de vestir y la capa de tejido como entre
patrones de segmentos de prendas de vestir secuenciados. El sistema
de visión y el sistema de corte pueden desplazarse cada uno de ellos
a través de la mesa de tejido fija.
Según la presente invención, se disponen un
procedimiento y un aparato para cortar figuras predefinidas en un
flujo continuo de material laminado, como se establece en las
reivindicaciones adjuntas. Se pondrán de manifiesto características
preferidas de la invención a partir de las reivindicaciones
subordinadas adjuntas y de la descripción siguiente.
En una forma de realización, se adapta un
sistema de visión a un sistema de corte sobre la marcha en el cual
el sistema de corte consiste en recortar figuras simultáneamente
basándose en una referencia previamente localizada mientras el
sistema de visión observa o explora el material laminado pasando por
encima del mismo para localizar en el material una o más
referencias subsiguientes asociadas con por lo menos una figura,
tanto si se trata de la misma figura o de otras figuras. Cada
figura se predefine en el material laminado y se asocia con una
geometría o patrón conocido y una referencia. Las referencias se
conocen en un sistema de coordenadas global como por ejemplo el
asociado con el sistema de corte. El patrón conocido se corta
respecto a las coordenadas de la referencia para la figura
predefinida correspondiente en los materiales laminados al pasar por
ellos. Similarmente, el sistema de visión y el sistema de corte
sobre la marcha pueden desplazarse secuencialmente y de forma
sustancialmente continua a través del lecho fijo de material
laminado.
Para emparejar el patrón cortado con la
ubicación real de la figura predefinida, y en una forma de
realización, un sistema de visión fijo observa el material laminado
que se desplaza por debajo de éste para localizar una primera
referencia, y cuando lo encuentra, determina sus coordenadas
globales respecto al sistema de corte. Un controlador determina la
situación del patrón respecto a su primera referencia para
superponerlo con el mismo. Correspondientemente, las figuras
predefinidas que aparecen en intervalos irregulares en el material
laminado o desplazadas en las coordenadas X o Y pueden cortarse tan
fácilmente como las de la técnica anterior que tampoco están
fijadas en el material o que aparecen de forma predecible a
intervalos regulares.
Al mismo tiempo, mientras el sistema de visión
sigue localizando las referencias subsiguientes, el sistema de
corte recorta las figuras predefinidas correspondientemente a las
referencias previas o anteriormente localizadas.
En otros casos, en el material se dispone por lo
menos una segunda referencia para una figura, o cada figura. El
sistema de visión explora el material que se encuentra en su campo
de visión para encontrar una primera referencia y referencias
adicionales, y cuando encuentra cada uno de ellos, el sistema
determina sus coordenadas globales. El controlador supone que debe
encontrarse una segunda referencia, o un número superior de
referencias, en coordenadas incrementales determinadas a partir de
la primera referencia, basándose en la geometría o patrón conocido
de la figura. El patrón se ajusta para tomar en consideración
cualquier distorsión aparente del material laminado y de la figura.
Un ajuste puede comprender un alargamiento lineal para compensar una
figura más corta o una figura más larga que la geometría
predefinida en el patrón. Otra forma de ajuste comprende los ajustes
de figuras del material laminado que se encuentran rotadas
(material torcido) y figuras que presentan una distorsión dentro de
la propia figura (el material está inclinado y torcido).
En otra forma de realización, la eficacia se
mantiene o incrementa cambiando las instrucciones de corte sobre la
marcha. Una situación de esta clase comprende el remapeo de patrones
para tomar en consideración la distorsión o modificación, omitiendo
o pasando por alto el corte de una de las múltiples figuras
predefinidas de una serie anidada de figuras del material laminado.
Es posible pasar por alto una figura predefinida que ocupa una
imperfección u otro tipo de pieza defectuosa de material. Una
referencia específica podría indicar la figura predefinida
defectuosa. Entre el sistema de visión y el sistema de corte, el
trayecto de corte y los perfiles de movimiento para el
transportador y el posicionador del cortador de láser pueden
optimizarse para minimizar el arrastre en seco, para minimizar el
número de movimientos, para recalcular el trayecto de corte en la
zona de contacto del cortador y para omitir o modificar de otro modo
la figura defectuosa, ahorrando un tiempo significativo al
posicionador.
Los cálculos en tiempo real para el trayecto de
línea de corte y control de movimiento pueden realizarse dependiendo
de las circunstancias. En una aplicación directa de la geometría
conocida o patrón a las figuras del material, en el caso de un
"cortagalletas", el patrón puede aplicarse simplemente por
superposición del mismo respecto de la referencia identificada de
la figura predefinida y a continuación cortar el material laminado.
En tal circunstancia, puede elegirse utilizar un trayecto de corte
predeterminado y un perfil predeterminado para el control de
movimiento del posicionador y el transportador para el material
laminado. En otro caso, en el cual se localizan por lo menos dos
referencias para una figura, es determinable una rotación o un
alargamiento y las coordenadas de la figura pueden remapearse para
el nuevo patrón sin afectar al trayecto de la línea de corte.
Normalmente, se recalcula el perfil de movimiento. En otras
circunstancias, como por ejemplo cuando se ha detectado un caso
extremo de inclinación y torsión utilizando una pluralidad de
referencias, el trayecto de la línea de corte ya no puede
optimizarse provocando un ajuste del trayecto de corte y del perfil
de movimiento.
Correspondientemente, en un aspecto amplio, se
dispone un procedimiento para recortar por lo menos una figura
predefinida en un material laminado, presentando cada una de las por
lo menos una figura predefinida un patrón con una geometría
predeterminada y por lo menos una referencia, estando asociado cada
una de dichas por lo menos una referencia con coordenadas
predeterminadas en el patrón, comprendiendo el procedimiento las
etapas siguientes: localización de una o más referencias previas en
el material laminado que se desplaza respecto a un sistema de
visión y un sistema de corte; corte de las figuras predefinidas
basándose en la referencia o referencias mientras se localizan
simultáneamente una o más referencias subsiguientes en el material
laminado en movimiento; y repetición sustancialmente continua de
los procesos simultáneos de corte y localización de una o más
referencias subsiguientes.
En otro aspecto amplio, el procedimiento
anterior puede implementarse utilizando un aparato que comprende:
un sistema de corte sobre la marcha para cortar un patrón en el
material laminado, siendo conocido el sistema de corte en las
coordenadas globales; un sistema de visión para localizar las
coordenadas globales de por lo menos una referencia en el material
laminado, que corresponden a las coordenadas globales predefinidas
en el patrón; estructura para efectuar un movimiento relativo
sustancialmente continuo entre el material laminado y los sistemas
de visión y de corte; medios para establecer medidas de dicho
movimiento relativo en las coordenadas globales; y un controlador
para superponer el patrón con dicha por lo menos primera referencia
localizada, para que el sistema de corte realice el corte del
patrón para la figura predefinida de forma sustancialmente
simultánea con la localización por el sistema de visión de las
coordenadas globales del subsiguiente por lo menos una referencia
en el material laminado.
El aparato y la metodología expuestos en el
presente documento son aplicables a cualquier herramienta que pueda
desplazarse rápidamente alrededor de una figura predefinida. La
figura del material puede integrarse dentro del material o
aplicarse sobre el mismo. Las referencias en este documento a las
expresiones "dentro" y "sobre" son sinónimas y una y otra
se utilizan por separado para evitar repetir cada forma de
realización en cada ejemplo, pero sin intención limitativa a una u
otra. Un ejemplo de "dentro" consiste en sustituir, incluir o
añadir hebras marcadoras dentro del material laminado. Un ejemplo de
"sobre" consiste en imprimir una marca sobre la superficie del
material, suministrando dicha marca retroalimentación discriminadora
al sistema de visión, incluyendo retroalimentación de contraste,
magnética y de radioisótopos.
La figura 1 es un diagrama de flujo y dibujos
esquemáticos correspondientes de una forma de realización de un
sistema para cortar figuras predefinidas del material laminado en
movimiento;
las figuras 2a y 2b son una vista superior y una
vista lateral respectivamente de un sistema de visión incorporado
con un sistema de corte de cortador láser;
la figura 3 es una vista en planta de figuras
predefinidas anidadas en el material laminado que ilustran una
variedad de problemas en una representación exagerada;
las figuras 4a y 4b son unas vistas en planta
que ilustran algunas figuras rectangulares no distorsionadas y
algunas opciones de referencias;
las figuras 5a y 5b son unas vistas en planta
que ilustran dos figuras predefinidas separadas que presentan
patrones y figuras idénticos pero que se encuentran relativamente
desplazadas transversalmente en el material laminado;
la figura 6 es una vista en planta que ilustra
una figura rotada respecto al patrón ideal (líneas de puntos) pero
no distorsionada de otro modo;
las figuras 7a y 7b son unas vistas en planta
que ilustran dos figuras predefinidas separadas, la primera de las
cuales no presenta ninguna distorsión y la segunda de las cuales
presenta un estiramiento longitudinal por un incremento en el
material
laminado;
laminado;
las figuras 8a y 8b son unas vistas en planta
que ilustran dos figuras predefinidas separadas en el material
laminado, la primera de las cuales no presenta ninguna distorsión y
muestra una cuadrícula superpuesta que representa parches
rectangulares y la segunda de las cuales está distorsionada por
inclinación y por torsión y presenta parches distorsionados;
la figura 9a es una vista en planta de una
figura predefinida compleja que se encuentra distorsionada por
inclinación y por torsión respecto al patrón ideal (líneas de
puntos), y en la cual se omiten las líneas de cuadrícula y los
parches para mayor claridad;
las figuras 9b a 9d son unas vistas en planta
según la figura 9a que muestran parches rectangulares asociados con
cuatro referencias, mostrando la figura 9b una pluralidad de parches
rectangulares, la figura 9c un parche rectangular sólo y la figura
9d un parche rectangular torcido;
la figura 10 es un diagrama de flujo de un
proceso para cortar figuras predefinidas en un material laminado
que ilustra diversas opciones para adaptarse a diferentes
movimientos del material y a la distorsión del mismo;
la figura 11 es una vista en perspectiva de una
forma de realización de la invención adaptada a un sistema de corte
de láser comercial según el ejemplo del Lacent 1000;
la figura 12 es una vista terminal del sistema
de visión según la forma de realización de la figura 11;
la figura 13 es un esquema del sistema de visión
que coopera con el sistema de corte para ajustar el control del
movimiento del PMC y el CMC;
la figura 14 es un diagrama de bloques de las
conexiones de hardware entre el sistema de visión, el sistema de
corte y sus controladores respectivos; y
la figura 15 es un diagrama de flujo de una
secuencia de cálculo para determinar los trayectos de las líneas de
corte y el control del movimiento.
Con referencia a la figura 1, en la cual ya se
encuentra una figura S impresa, tejida o predefinida de otro modo
en el material 10, en primer lugar debe localizarse la figura S,
antes de recortarla con un sistema de corte 11. La figura
predefinida S presenta un patrón P con una geometría predeterminada.
El patrón P de cada geometría de figura se conoce anticipadamente y
está guardado. La exacta superposición de la aplicación del patrón
a la figura S en el material puede resultar crítica para la
integridad y aceptabilidad de la figura cortada final S. La figura
predefinida S se identifica en el material laminado 10 utilizando un
sistema de visión 12 que reconoce una o más marcas características
o referencias F en el material 10. La ubicación de las referencias
F establece la relación geométrica entre la figura predefinida S y
el patrón P. Las ubicaciones en cualquier momento del sistema de
corte, el sistema de visión y el material laminado se conocen en un
sistema de coordenadas global. Correspondientemente, la ubicación
en la cual el patrón de corte P se aplica y se corta en el material
laminado se conoce respecto a la referencia reconocida F. Un
cortador 13 del sistema de corte 11 corta el material laminado 10 a
lo largo del patrón predeterminado P, exactamente situado y
superpuesto a la figura predefinida S sobre el material laminado.
Simultáneamente, cuando el cortador está cortando figuras basándose
en las referencias previamente localizadas, con el sistema de visión
se localizan otras referencias subsiguientes.
Con referencia también a las figuras 2a, 2b, las
formas de realización del sistema de corte 11 incluyen las
expuestas en la solicitud CA publicada como 2.016.544 para Bailik, y
en la patente US publicada como 6.294.755 para Sawatzky et
al., la totalidad de las cuales se incluye en la presente
memoria a título de referencia. Como puede observarse, se ilustra
una forma de realización del sistema de corte 11 que comprende un
extendedor de material 14 que introduce material laminado que pasa
por un rodillo de arrastre 15 y se sitúa sobre un transportador
sinfín 16. El transportador 16 sostiene y transporta el material 10
de forma sustancialmente continua a través del sistema de corte 11.
El material cortado se transfiere a un apilador u otro sistema de
recogida (no representado). La realidad de dicho aparato mecánico y
de la variabilidad del material laminado es que es necesario
establecer la ubicación de una figura predefinida en el material
antes de cortar, aunque se sepa que la geometría de las figuras
predefinidas no siempre presenta una correspondencia perfecta con
la geometría predeterminada del patrón P de la figura.
Igualmente aplicable es un sistema en el que el
sistema de visión y el sistema de corte se desplazan de figura
Secuencial y sustancialmente continua sobre una lámina de material.
La eficacia del sistema se obtiene realizando un corte sobre la
marcha con un desplazamiento relativo sustancialmente continuo,
tanto si es el material el que se desplaza por debajo del sistema
de visión y de corte como si son el sistema de visión y de corte
los que se desplazan por encima del material. En la presente memoria
y asociado con el aparato particular descrito en la misma, se
describe un material laminado que se desplaza de figura Secuencial
por debajo del sistema de visión y de corte.
Las referencias F pueden situarse
transversalmente en cualquier lugar de la extensión ocupada por el
material 10. Para evitar la pérdida de eficacia asociada y no poner
en peligro la precisión cuando se buscan referencias desplazándose
alrededor del material, el sistema de visión 12 permanece
estacionario para observar, examinar o explorar un incremento
longitudinal de sustancialmente toda la anchura transversal del
material laminado 10 en movimiento que pasa por ese lugar. Una
anchura efectiva del material laminado incluye una anchura que
comprende referencias. Si se conoce la ubicación transversal de una
o más referencias, pueden definirse y supervisarse una o más partes
o zonas transversales de interés para reducir la carga general de
procesamiento de reconocimiento.
Algunas de las metodologías para detectar
referencias F incluyen el procesamiento de imágenes del material y
la búsqueda del contraste diferencial entre, por ejemplo, una
referencia oscura en forma de cruz y un fondo de intensidad más
baja. Entre otros procedimientos se incluyen la aplicación y la
detección de referencias a través de un espectro de radiación
magnética o electromagnética (visible o invisible) y de
radioisótopos. Otros tipos de marcas referenciales incluyen hebras
detectoras situadas en el material, que se detectan utilizando
sistemas de capacitancia pasivos que miden las variaciones del campo
magnético, o detectores de "dominio del tiempo" activos que
miden un campo magnético secundario de corriente inducida de
Foucault. Como puede apreciarse a partir de algunos de los ejemplos
anteriores, las referencias F pueden estar situadas en la superficie
del material. Debe tenerse en cuenta que, en la presente memoria,
las referencias descritas pueden hallarse dentro o sobre el
material laminado y, asimismo, que ninguna de estas posibilidades es
limitativa. Siempre y cuando pueda identificarse una referencia, no
será relevante si ésta se aplica mediante alguna técnica de
aplicación superficial o si se integra de alguna manera en el
material laminado.
En la presente memoria, la expresión "sistema
de visión" debe interpretarse de forma general como cualquier
sistema que detecta referencias F dentro o sobre la lámina de
material 10. Los sistemas simples basados en la visión incluyen
cámaras digitales y lentes para captar campos de visión amplios y
superpuestos, y escáneres. Cuando el sistema de visión aplica una
exploración secuencial de la anchura efectiva del material laminado,
el tiempo de exploración y el tiempo de procesamiento se compensan
en la determinación de las coordenadas globales de las referencias
identificadas en el material en movimiento. No obstante, por motivos
prácticos, y con la única finalidad de facilitar la descripción, el
sistema de visión 22 se describe en la presente memoria como un
sistema de iluminación y cámara convencional que puede detectar el
contraste entre el material laminado y las hebras marcadoras del
material laminado. Dicho sistema procesa de forma sustancialmente
simultánea la anchura transversal del material laminado. Para la
identificación de referencias, los términos "observar",
"explorar" y "detectar" se utilizan como sinónimos, en la
presente memoria.
Con referencia a la figura 3, el material
laminado 10 habitualmente presenta una pluralidad de figuras S
predefinidas que incluyen F identificables por máquina. Las
referencias F pueden diferenciarse del fondo del material laminado
10 porque poseen una o varias "hebras marcadoras" discretas que
presentan unas características identificables entretejidas en la
urdimbre (habitualmente a lo largo de la dirección del movimiento) y
la dirección (habitualmente, transversal) de la trama del material
tejido. Un tipo de material laminado 10 en el que el corte preciso
resulta ventajoso es un material que presenta un diseño particular
y en el que el patrón de la figura se coloca sobre el material
dependiendo del diseño del material. Otro ejemplo de tipo de forma
predefinida en un material es un tejido de una pieza que consta de
dos capas de tejido unidas en puntos discretos. La figura S puede
estar relacionada con los puntos discretos, incluyendo parte o todos
los límites internos y externos de la figura o la distribución de
las tolerancias. El aparato y la metodología descritos en la
presente memoria permiten realizar un corte exacto de cada figura S
evitando incidir en los límites, que habitualmente presentan una
tolerancia, o de lo contrario la figura S predefinida tal vez no
sobreviva al corte o a un subsiguiente proceso de control de la
calidad.
Debe tenerse en cuenta que la figura S
predefinida tal vez no esté marcada físicamente en el material
laminado 10, aunque se conoce su geometría y un punto
característico relativo a una o más referencias. Además, tanto si
está marcada como si no, la figura S predefinida es la que
corresponde a un patrón P predeterminado y, cuando es aplicada a un
material y cortada, puede incluir una tolerancia, tal como un margen
de costura.
En la figura 3, se ilustra una serie anidada de
una pluralidad de figuras S, por lo menos algunas de las cuales son
figuras S predefinidas situadas dentro del material 10. La propia
serie anidada puede constituir una figura S predefinida que
presenta un patrón P que es simplemente más completo que el patrón P
de una figura S predefinida individual.
Por motivos ilustrativos, se han representado
algunas variantes de las figuras S que incluyen algunas distorsiones
caprichosas y graves. Las cuatro primeras figuras S predefinidas
presentan distorsión por inclinación y torsión. El segundo grupo de
figuras S predefinidas incluye una figura que presenta una tara. El
último grupo de cuatro figuras S presenta una referencia delantera
F que es aperiódica comparada con las otras referencias.
Como se da a conocer en la patente de Sawatzky
et al., para cortar cualquier figura, debe caracterizarse un
patrón mediante una serie de líneas de corte calculadas a lo largo
de las cuales será conducido el cortador. El procedimiento de corte
puede optimizarse calculando dichas líneas de corte sobre la marcha.
En consecuencia, la adaptación a la geometría variable de las
figuras predefinidas S es una característica que puede explotarse
ventajosamente en los sistemas capaces de realizar una exploración
en tiempo real del material laminado 10 y de reconocer las
referencias F, mientras se realizan cálculos de optimización para
determinar e implementar el corte óptimo del patrón P.
El material laminado 10 se desplaza de forma
continua a través de los sistemas de visión y de corte. Las figuras
S se predefinen en el material en movimiento 10. El patrón P de
geometría ideal se ha predeterminado y se conoce. La ubicación
donde se aplicará en última instancia el patrón P en el material
laminado 10 constituye una incógnita inicialmente. El sistema de
visión 12 proporciona esta información a través de la determinación
de las coordenadas de una referencia asociada. Esta referencia, que
se convierte en una referencia anterior tras la localización de las
subsiguientes referencias, permite determinar la figura S
predefinida. La utilización de referencias subsiguientes
adicionales permite determinar la distorsión. El sistema de corte 11
recibe instrucciones acerca de qué patrón o geometría particular
debe aplicarse y dónde y cuándo debe cortarse el patrón P para
superponerlo a la figura S predefinida, independientemente de la
ubicación en el material laminado 10 o la distorsión. El tipo de
operaciones sobre la marcha ya está adaptado para cortar el material
en movimiento 10: Además, la presente invención aporta a este tipo
de operaciones la capacidad para identificar referencias F al mismo
tiempo que se cortan los patrones P con las coordenadas dictadas por
las referencias. En la operación de corte sobre la marcha, la mayor
parte de cálculos de optimización se realizan en tiempo real, por lo
menos para realizar traslaciones y rotaciones de las coordenadas
como respuesta a la reubicación o posicionamiento del patrón
conocido P. En consecuencia, cuando se conoce una o más coordenadas
de referencia o referencias de la figura S predefinida, el patrón
de corte P se adapta en tiempo real para ser aplicado y cortado
superponiéndose con exactitud en las coordenadas y la geometría de
la correspondiente figura predefinida en el material.
Para permitir el funcionamiento en tiempo real
durante las operaciones de corte sobre la marcha, no es posible
explorar simplemente el material laminado 10 en serie y más tarde
regresar para cortar el material previamente explorado, puesto que
el material laminado ya habrá avanzado y abandonado la zona de corte
del sistema de corte. Con la única limitación de las capacidades de
procesamiento, cada una de las operaciones de localización y corte
de la figura predefinida es autónoma y se realiza de forma
simultánea. Dichas capacidades son proporcionadas por un sistema de
visión 12 situado corriente arriba del sistema de corte 11.
Se proporcionan unos medios para procesar la
información del sistema de visión y adaptarla para la superposición
y corte de un patrón de una figura predefinida con el sistema de
corte. En una forma de realización representada, el sistema de
visión 12 presenta un controlador 21 para procesar la información
del sistema de reconocimiento de referencias, y determinar las
coordenadas x-y de las referencias F con respecto al
sistema de corte 11. Se mantiene un sistema de coordenadas global
en el que se conocen las coordenadas de los sistemas de visión y de
corte. También se conocen las coordenadas del material laminado en
el sistema de coordenadas global durante su desplazamiento a través
de éste. Un codificador acoplado a los medios que desplazan el
material laminado con respecto a los sistemas de visión y de corte
proporciona la relación geométrica entre las coordenadas del
material laminado cuando éste se desplaza en el sistema de
coordenadas global entre el sistema de visión y el sistema de
corte. Unos medios controladores 21, tales como software
implementado en un ordenador, determinan la presencia y las
coordenadas de las referencias reconocidas F en el sistema de
coordenadas del sistema de corte 11 y permiten la interrelación
entre el sistema de visión 12 y el sistema de corte 11, incluida la
transmisión de la información de las referencias F reconocidas al
sistema de corte 11. El sistema de corte 11 presenta sus propios
medios controladores 22 para procesar el movimiento del
transportador y el posicionador y cortar en última instancia un
patrón de la figura predeterminada en el material laminado. No es
necesario que las operaciones del controlador estén físicamente
separadas, sino que también pueden ser realizadas por un controlador
consolidado o un controlador de supervisión.
Con referencia a las figuras 4a y 4b, cuando el
material se desplaza de forma continua por el sistema de visión,
éste localiza una referencia F o una secuencia exclusiva de
referencias F', F'' relacionada con una figura. En la figura 4a, se
ilustra una primera referencia F por medio de un punto que ya está
relacionado con una figura rectangular S. En la figura 4b, se
ilustra una serie de referencias en forma de cruz F', F'', de los
cuales dos en secuencia pueden indicar una figura S próxima, y el
siguiente o las siguientes referencias F están relacionadas con
una figura rectangular S. Un controlador realiza el
"emparejamiento de patrones" entre el patrón P conocido y las
referencias F reconocidas. Como se ha indicado previamente, el
patrón P conocido por los medios controladores puede cortarse en el
material laminado en movimiento 10, localizando y superponiendo el
patrón P a la referencia F del material y, a continuación, cortando
el patrón P para cortar con precisión la figura predefinida S. Como
se representa en las figuras 5a, 5b, independientemente de si una
figura subsiguiente (figura 5b) está desplazada o no respecto de
una figura anterior en el material laminado (figura 5a), la
ubicación de la referencia F se conoce con respecto a la propia
figura S y, por lo tanto, el patrón se posiciona correctamente
antes del corte.
No obstante, en la práctica, como se ilustra en
las figuras 6, 7a - 8b, el propio material laminado 10 puede
distorsionarse debido a esfuerzos residuales en el material tejido,
o el material laminado 10 en movimiento puede experimentar una
rotación, un estiramiento o una distorsión adicional, tal como una
inclinación o una torsión, entre el sistema de suministro del
material laminado y el sistema de visión 12, todo lo cual puede
poner en peligro este contexto ideal de superposición o
emparejamiento de patrón y figura. Resulta conveniente minimizar la
distorsión adicional entre el sistema de visión 12 y el sistema de
corte 11 cuando no se aplica ningún sistema secundario para
supervisar la distorsión adicional. En tales casos, la geometría del
patrón P predeterminado deja de corresponderse con la figura S
predefinida distorsionada y pueden producirse errores de
emparejamiento durante el corte, a menos que se altere o remapee el
patrón predeterminado para ajustarlo a la forma real de una figura
predefinida distorsionada.
A continuación, se proporciona una clasificación
global de una diversidad de casos:
- \bullet
- Figuras 5a, 5b, estampado: En este contexto, el programa controlador no necesita alterar de ningún modo la geometría del patrón P. El sistema de visión 12 sólo necesita localizar la correspondiente referencia F de la figura predefinida en el material 10, superponer el patrón P y aplicar las líneas de corte del patrón como un revestimiento sobre la figura S predefinida y recortar la figura tal como lo haría una matriz de estampado o un cortagalletas.
- \bullet
- Figuras 3, 6, rotación: En este contexto, el programa sólo necesita alterar la geometría del patrón P con una simple rotación. El sistema de visión necesita dos referencias F, F2. Una primera referencia de referencia F fija la figura al patrón P y una segunda referencia F2 identifica una rotación del material 10 y de la figura S desde un punto característico P2 del patrón P y relativo a la referencia F de referencia.
- \bullet
- Figuras 7a, 7b, estiramiento y desplazamiento: En este contexto, el programa sólo necesita alterar la geometría del patrón P mediante un simple estiramiento geométrico (o compresión) en las coordenadas X o Y o ambas. Como se representa en las figuras 7a, 7b, se determina un estiramiento longitudinal mediante dos o más referencias F-F2, para definir una longitud de referencia de la figura predefinida F-F2, tanto si ésta es más larga o más corta que las coordenadas correspondientes del patrón, F-P2, y por lo tanto realizar un "estiramiento" del patrón en la dirección de urdimbre o trama adecuada y, si es necesario, realizar una traslación.
- \bullet
- Pueden aplicarse otros contextos de remapeo a la totalidad o a una parte de una figura S, basándose en algoritmos predeterminados que tienen en cuenta áreas críticas de la figura que no deben ser remapeadas y otras áreas que pueden ser remapeadas.
- \bullet
- Figuras 8a, 8b, 9, inclinación y torsión lineal: En este contexto, se definen una o más áreas o parches del patrón P ligadas por lo menos por tres referencias en un sistema de coordenadas X-Y. Las referencias en cantidades múltiplo de tres definen un parche triangular y en cantidades múltiplo de cuatro definen una pluralidad de parches rectangulares. El sistema de visión determina la inclinación y la torsión respecto del patrón ideal P. Entonces, el programa sólo tiene que remapear las coordenadas del patrón, que son las del patrón ideal, para cambiarlas a las de un patrón P remapeado que refleja mejor el área que ha sufrido inclinación y torsión. El procedimiento de remapeado puede aplicarse a toda la figura S o a una parte de que presenta dos o más parches. Dicho procedimiento de remapeado puede consistir en una simple traslación lineal de las coordenadas o puede consistir en la modificación de una parte sí y otra no. En una de las formas de realización representadas, se implementan una o varias áreas o parches rectangulares ligados mediante por lo menos cuatro referencias, dos en las X y dos en las Y.
- \bullet
- Inclinación y torsión interpoladas: Lo mismo que para la inclinación y la torsión lineal. Además, en este contexto, se definen áreas del patrón P utilizando, por ejemplo, parches rectangulares ligados mediante por lo menos dos referencias en las X y dos referencias en las Y. Una vez que el sistema de visión ha determinado la inclinación y la torsión, las coordenadas del patrón P se corrigen interpolando mediante un polinomio de grado N para uniformizar el corte en todos los puntos.
En consecuencia, por lo general, durante el
funcionamiento y con referencia al bloque B1 de la figura 10, se
determina la geometría relativa entre el sistema de visión 12 y el
sistema de corte 11 para colocar el material laminado 10, el
sistema de visión 12 y el sistema de corte 11 en un sistema de
coordenadas global.
El sistema de visión 12 está situado en unas
coordenadas X-Y conocidas corriente arriba del
sistema de corte 11. El transportador 16 presenta características
de velocidad conocidas. Se realiza una calibración entre las
coordenadas de una referencia F situada en un punto de origen y el
cortador 13 del sistema de corte 11. Dicha calibración suele
predeterminarse, cuando es necesario, para ser realizada, por
ejemplo, al principio de un rollo de material laminado 10. Cuando
se determina el origen, el operador hace avanzar el material hasta
que se encuentra visualmente situado debajo del cortador. A partir
de entonces, se conocen todas las coordenadas relativas dentro del
sistema de coordenadas global, y el corte puede empezar a efectuarse
de conformidad con el patrón y de forma sustancialmente continua y
simultánea con la ubicación de las referencias F.
El patrón presenta unas coordenadas
predeterminadas que habitualmente se conocen antes de que el proceso
se inicie en los bloques A1, B1. En el bloque A2, puede calcularse,
mediante el patrón, el trayecto de la línea de corte y las zonas de
contacto adecuadas para el sistema de corte. El perfil de movimiento
puede calcularse en el bloque A3. Las líneas de corte y el perfil
de movimiento tal vez necesiten, o tal vez no, ser cambiados sobre
la marcha.
Cuando se activa el transportador 16, se inicia
un proceso de determinación simultánea de referencias y de corte de
figuras. En el bloque B2, el sistema de visión 12 observa de forma
sustancialmente continua una anchura del material laminado 10 que
pasa por debajo del mismo para hallar una o más referencias F,
F2,.... Se selecciona una anchura efectiva dentro de la cual
aparecen referencias, siendo en la práctica dicha anchura
ligeramente inferior a la anchura transversal completa del material
laminado. Como saben los expertos en la materia, pueden aplicarse
diversas reglas para determinar si una posible referencia reconocida
por el sistema de visión 12 en el bloque B3 cumple los requisitos
para ser una referencia que incluye umbrales de detección
intrínsecos basados en la visión. Para minimizar la carga general
de procesamiento y minimizar la incidencia de falsos positivos, se
puede instruir al sistema de visión para que observe sólo un
subconjunto de la anchura transversal, limitando el efecto a una o
más zonas de interés.
Las coordenadas globales x, y de cada referencia
se transmiten a unos medios para comparar el patrón y las
referencias en el bloque B5. El sistema de visión 12 reconoce y
determina las coordenadas de las referencias de forma simultánea y,
por lo tanto, sin tener en cuenta la actividad corriente abajo (por
ejemplo, el funcionamiento del sistema de corte 11). Por motivos
prácticos y para distribuir la carga de procesamiento, el
controlador 21 del sistema de visión 12 procesa los datos de
entrada, tales como las coordenadas X-Y,
independientemente del controlador 22 que procesa las instrucciones
realizadas por el sistema de corte 11.
Con el desplazamiento del material laminado 10,
se produce también el desplazamiento de las coordenadas de las
referencias F, F2,.... Mediante una de las diversas técnicas de
procesamiento existentes, que incluyen el desplazamiento de
conjuntos de coordenadas o cálculos de tiempo y espacio, se realiza
el seguimiento de las referencias F, F2,... en el sistema de
coordenadas global del sistema de corte 11.
En los bloques B6, B7, B8, la ubicación de la
figura S se determina con un mínimo de una referencia F y también
pueden utilizarse dos o más referencias F, F2, F3,... para corregir
la distorsión de la figura. Este ajuste se realiza sobre la marcha
emparejando las referencias reconocidas F con una plantilla digital
del patrón P y, a continuación, realizando los ajustes deseados a
la geometría del patrón para lograr la precisión de corte deseada
para la figura S predefinida.
En la forma de realización más sencilla del
bloque B8, se halla una referencia F y por lo tanto se averigua la
ubicación de la figura predefinida y, en el bloque B14, se aplica el
correspondiente patrón relativo a la posición de la referencia F
para cortar la figura S predefinida. Si es necesario efectuar una
traslación, el perfil de movimiento puede recalcularse en el bloque
11.
En otras formas de realización, los patrones
pueden caracterizarse mediante dos o más referencias F, F2. En
estas formas de realización, se aplica una metodología adicional
para tener en cuenta las distorsiones respecto de la geometría
ideal o predeterminada del patrón descrita anteriormente.
En el bloque B7, el sistema de visión 12
reconoce una primera referencia F para un patrón reconocido que
sitúa la figura S predefinida en el material laminado. El sistema
de visión determina y proporciona por lo menos una referencia
adicional F2 al controlador, que lo compara con el patrón P para
identificar cualquier tipo de distorsión. Si se detecta alguna
distorsión, el patrón P es remapeado de conformidad con el tipo de
distorsión antes de continuar con el corte de la figura predefinida
distorsionada en el bloque 14.
En el bloque 14, las figuras S predefinidas se
cortan basándose en la referencia o las referencias anteriores. El
patrón, ya sea el definido originalmente o el remapeado, se
superpone al material laminado basándose en las coordenadas
predeterminadas del patrón aplicadas a las coordenadas globales de
la referencia. Mientras el sistema de corte 11 lleva a cabo su
tarea basándose en las referencia anteriores, el sistema de visión
12 determina de forma simultánea una o más referencias subsiguientes
en el material laminado en movimiento.
Habitualmente, se recalcula el perfil de
movimiento en el bloque 11. Dependiendo del alcance de la
distorsión, tal vez también sea necesario recalcular las líneas o
el trayecto de corte para conducir de forma óptima el sistema de
corte 11. Un caso en el que se puede obtener suficiente información
de distorsión y aprovechar de ese modo los beneficios del recálculo
de las líneas de corte es el de un contexto de inclinación y
torsión.
En el bloque B9 y en general basándose en la
complejidad del patrón, el sistema de visión espera hallar una
pluralidad de referencias adicionales F2, F3,...Fn que definen
parches. La distorsión se discretiza y se refleja en la distorsión
de cada parche. El remapeo de una figura distorsionada se lleva a
cabo remapeando cada parche. A continuación, el trayecto de la
línea de corte puede recalcularse en el bloque B10, y el perfil de
movimiento, en el bloque 11, antes de realizar el corte de la
figura predefinida distorsionada en el bloque B14.
La utilización de parches permite el remapeado
variable dentro de una figura. Se utilizan tres referencias por
parche para definir los parches triangulares, y los parches
triangulares adyacentes comparten dos referencias. En consecuencia,
dos o más parches requieren referencias 2+1n, representando n el
número de parches. Del mismo modo, los parches rectangulares
requieren referencias 2+2n. Pueden utilizarse parches de otras
formas poligonales. Pueden utilizarse una diversidad de algoritmos
de remapeo dependiendo de la geometría del parche y el tipo de
remapeo deseado. En un caso simple, un parche ideal que puede ser
rectangular (x0,y0 - x3,y3) puede distorsionarse y convertirse en
un polígono de cuatro lados (x'0,y'0 - x'3,y'3). Cada parche puede
presentar la misma función de mapeo que los demás o una función de
mapeo exclusiva. En dicho caso simple, cada punto es sometido a una
traslación desde el parche rectangular hasta el parche no
rectangular. En un análisis lineal de la inclinación y la torsión,
una función de mapeo puede ser x' = Ax+By+Cxy+D e y' =
Ex+Fy+Gxy+H. Pueden escribirse cuatro ecuaciones para cuatro
incógnitas, una de las cuales permite calcular las incógnitas
A,B,C,D y la otra, las incógnitas E,F,G,H. La solución se
simplifica si se adoptan algunos supuestos.
Como se representa en las figuras
9b-9d, para una pluralidad de parches rectangulares,
los parches adyacentes comprenden pares de referencias que
presentan las mismas coordenadas X, y pares de referencias que
presentan las mismas coordenadas Y. Además, se puede suponer que
una referencia de origen x0,y0 del primer parche es igual a la del
parche distorsionado x'0,y'0. Entonces, las ecuaciones pueden
resolverse directamente. Con respecto al corte sobre la marcha, es
útil situar los límites de la zona de contacto sobre los límites del
parche.
En la figura 11, teniendo en cuenta estos
principios básicos en una forma de realización práctica ilustrativa,
el sistema de corte 11 puede comprender un cortador láser estándar,
del modelo Lacent 1000 de Lacent Technologies Inc., Edmonton,
Alberta Canadá, con una configuración y un funcionamiento
sustancialmente iguales a los dados a conocer en la patente US n.º
6.294.755. Una de las variantes del aparato expuesto en la patente
US n.º 6.294.755 es que el sistema de corte está provisto de un
láser sellado Rofin-Sinar de 1000 watt. El sistema
de posicionamiento del cortador del modelo Lacent 1000 es capaz de
desplazarse a velocidades de hasta 1500 mm/segundo con una
precisión superior a ½ mm. El posicionador que lleva el cortador
láser es controlado con un controlador de movimiento del
posicionador (PMC o PMAC). El lecho del transportador es capaz de
desplazarse a velocidades de hasta 130 mm/segundo. El transportador
16 es controlado con un controlador de movimiento del transportador
(CMC). El material laminado acabado presenta una anchura máxima de
2,4 metros y se suele suministrar en rollos que pesan hasta 1400
Kg.
Como se representa en las figuras 2a, 2b y 12,
el sistema de corte 11 comprende un sistema de visión basado en una
cámara 12 capaz de detectar contrastes de hasta seis marcas
referenciales separadas transversalmente por una anchura efectiva
de material de 2,6 metros. El sistema de visión comprende un
conjunto de cuatro cámaras 30, 30, 30, 30, cada una de las cuales
abarca una zona de aproximadamente 0,65 por 0,5 metros. Una
agrupación de cuatro cámaras abarca, por consiguiente, la anchura
efectiva de 2,6 metros por 0,5 metros de longitud. Una iluminación
especial de fluorescente con balastro de bajo mantenimiento facilita
la tarea de las cámaras y el sistema de procesamiento de visión,
proporcionando luz sin centelleos.
El sistema 13 determina la ubicación de cada
referencia F con una precisión superior a 2 mm, mientras el material
laminado 10 se desplaza de forma continua, aunque no necesariamente
uniforme, debajo del mismo dentro de la zona de corte del sistema
de corte. Si se utilizan unas cámaras 30, tales como las cámaras
Sony de 600x800 píxeles de resolución e índices de captación no
entrelazada de 60 Hz, y unas velocidades de transportador de 5
pulgadas por segundo (130 mm/s), el desenfoque por movimiento es
inferior a 1/12 pulgada (2 mm). Como se ha expuesto en la forma de
realización ilustrativa, se ha comprobado que es posible rastrear
con precisión las figuras predefinidas de una anchura de hasta 2,6
metros y una velocidad de desplazamiento de 130 mm/segundo, con un
margen de costura del patrón de 10 mm.
Por cada ½ metro desplazado, pueden procesarse
seis conjuntos de referencias F separados transversalmente, con un
desplazamiento de material de hasta 130
mm/segundo. Esto proporciona más de una referencia por figura
predefinida y permite al sistema compensar los contextos de
"inclinación y torsión". Con la única limitación del tamaño
físico del sistema de corte Lacent 1000 del ejemplo, los patrones
pueden alcanzar una longitud máxima de 3 metros. Los materiales
laminados cortados satisfactoriamente mediante el presente sistema
incluyen nilón recubierto de silicio con un peso de tejido de 700
g/m^{2} (20,7 oz).
El sistema de visión es capaz de detectar,
diferenciar o reconocer y localizar las coordenadas de uno o más
referencias en el material. Como se representa, puede localizarse un
conjunto de 6 referencias transversales y detectarse los conjuntos
subsiguientes cuando el material laminado 10 pasa por debajo del
sistema de visión 12. El sistema de visión 12 procesa los datos de
entrada independientemente del sistema de corte por láser Lacent
1000. El sistema de visión detecta referencias F en forma de cruz
situados sobre o dentro del material laminado. Se conocen las
coordenadas discretas de una referencia situada sobre el material
laminado 10, en el sistema de coordenadas del sistema de corte 11.
Cuando el material pasa por la zona del sistema de visión, se
reciben indicaciones de la posición del material de vez en cuando y
se emparejan con las referencias que se reconocen. Para mayor
comodidad del operador humano, se interconecta un codificador del
sistema con un ordenador tipo Pentium para proporcionar
indicaciones de posición que aparecen en una ventana de control del
sistema de visión. Un codificador de 48 bits puede proporcionar
señales en cuadratura diferenciales opto aisladas de
0-5V a 4000 impulsos por pulgada (es decir, 20.000
impulsos por segundo). Las coordenadas de las referencias se pasan
también como una cadena digital al programa de corte, por medio de
una interfaz de comunicaciones RS-422 en serie. Se
proporciona un temporizador estroboscópico para proporcionar
sincronización con una precisión de hasta un milisegundo e indicar
el momento en que las posiciones y las coordenadas son válidas.
La iluminación y las cámaras 30 están instaladas
corriente arriba junto a la zona de corte del sistema de corte 11.
Las imágenes de las agrupaciones de cámaras 30, 30, 30, 30 son
procesadas por un sistema de procesamiento de imágenes. El sistema
de procesamiento de imágenes se interconecta con una operación por
medio de una interfaz, tal como un ordenador tipo Pentium (Intel
Corporation). El software del sistema de visión es capaz de
funcionar en tiempo real con un desplazamiento del material a
velocidades continuas o de variación continua de hasta 130 mm por
segundo.
Con referencia a la figura 13, las cámaras del
sistema de visión son inmóviles y observan o examinan la anchura
efectiva del material laminado cuando éste pasa por delante de las
mismas. El sistema de visión es controlado por un procedimiento de
visión ejecutivo o programa que recibe información de referencias
desde el sistema de visión por medio de un enlace
RS-422 y, a continuación, coloca la referencia o las
referencias en una cola. Las referencias se analizan emparejando la
información de referencias con una plantilla digital del patrón. A
través del intercambio de información y la cooperación, el sistema
de visión y el sistema de corte, según el caso, remapean la
geometría del patrón y calculan nuevas líneas de corte para dar
instrucciones al PMC del posicionador y el CMC del transportador
sobre la marcha. Con varios referencias es posible detectar la
distorsión del material laminado.
Como se ilustra en la figura 14, el sistema de
visión 12 comprende las cámaras 30 y el sistema de iluminación 31
acoplados a través de una interfaz al procedimiento de visión
ejecutivo o controlador 21. El sistema de visión 12 también se
comunica con el sistema de corte 11 con varias finalidades: para
recibir y mantener una relación con el codificador del sistema de
corte y posiblemente recibir información de corrección o
restablecimiento desde el mismo, y para comunicarse con el
controlador del sistema de corte 22 y proporcionar información de
coordenadas de referencias. El sistema de corte lleva el control del
movimiento en tiempo real del material y la figura predefinida en
el sistema de coordenadas global, a través de los codificadores y
controladores de movimiento.
El sistema de visión 12 puede ajustarse
averiguando las características básicas del material laminado para
adaptarse a las diferentes referencias, y diferenciando la
referencia del ruido de fondo visual.
El patrón conocido P de las figuras S
predefinidas se almacena en la memoria de un sistema informático que
ejecuta programas adecuados para realizar la optimización en tiempo
real de las líneas de corte, y para realizar la traslación y la
rotación de las coordenadas del patrón. El patrón se almacena
habitualmente como un archivo vectorial con referencia a un origen,
tal como un archivo de dibujo AutoCAD o un archivo en formato DXF
(Drawing eXchange Format). El sistema de visión capta y analiza las
imágenes que toma por lo menos una cámara. Las cámaras están
conectadas a un sistema informático que lleva a cabo el análisis de
detección. Las coordenadas de las cámaras 30 se sitúan en un marco
de referencia relativo a las coordenadas del sistema de corte por
láser 11. De esta manera, es posible conocer la posición de las
referencias F localizados en el sistema de coordenadas del cortador
13 del sistema de corte 11.
Por lo tanto, mientras el sistema de corte 11
está cortando una figura predefinida localizada previamente en el
flujo de material laminado continuo 10, el sistema de visión 12 está
determinando simultáneamente las coordenadas de referencia de la
siguiente figura S. Cada vez que una figura pasa por debajo del
sistema de visión, el sistema de corte se actualiza con respecto a
las coordenadas globales de la figura que se aproxima.
Habitualmente, esta forma de realización se
calibra antes de su puesta en marcha inicial, de la manera indicada
a continuación. El operador hace avanzar primero el material
laminado hasta el sistema de visión 12 y verifica la ubicación de
la primera referencia o la primera marca de origen que ha sido
reconocida por el sistema. En un principio, tal vez sea necesario
procesar los errores en los casos de referencias ausentes o
inesperados con la interacción del operador. El operador acepta las
coordenadas identificadas de la referencia como origen de
calibración. El transportador y el material laminado se adelantan
hasta el sistema de corte 11 para alinear el origen con el cortador
13.
El sistema identifica un "patrón" y la
información de referencias relacionada que se almacenan
ventajosamente en un archivo CAD de dibujo asistido por ordenador,
tal como el que se obtendría con un programa CAD AutoCAD,
comercializado por Autodesk Inc., Supertino, CA, en un formato DXF
AutoCad. Se utiliza un programa "Linc" para procesar la
geometría conocida del patrón y además: importar la información de
patrones y referencias desde el archivo DXF; exportar las
ubicaciones de las referencias de los patrones; exportar la
información de patrones asociada a todos los vectores de líneas de
corte; aceptar un tipo de material para cada patrón e insertar un
código de corrección de desajustes dentro del PMAC y el CMC.
Un controlador de movimiento de supervisión se
ejecuta en la modalidad de técnica anterior para aplicar el corte
de patrones independientemente del material, o en la modalidad de
visión para aplicar el aparato y la metodología de la presente
invención que permiten identificar figuras predefinidas en el
material. En modalidad de visión, el controlador de movimiento
gestiona muchos aspectos operativos, incluidos: el seguimiento de
los desajustes del sistema de visión; la provisión al sistema de
visión de instrucciones sobre el perfil del tipo de material que
debe utilizarse; la aceptación de referencias no solicitadas del
sistema de visión; el emparejamiento continuo de referencias y la
plantilla digital del patrón; el remapeo o ajuste de cada patrón y
la descarga de los patrones remapeados en el PMAC; el cálculo de la
longitud de la marca ajustada para su descarga en el PMAC; la
habilitación de los operadores para que indiquen el origen de la
marca desde el primer momento o cuando se produce un error en la
provisión de un mapa de referencias y la habilitación de diversas
capacidades de retroalimentación del operador.
Como se ha indicado anteriormente y se expone en
mayor detalle en la patente US n.º 6.294.755 de Sawatzky et
al., la optimización del movimiento de una herramienta, que
puede suponer el incremento de la velocidad y las aceleraciones,
permite obtener un mayor rendimiento. En consecuencia, el
posicionador X-Y de la herramienta deberá ser capaz
de soportar movimientos de gran precisión y aceleración.
Las partes de un patrón P por lo general habrán
sido previamente situadas dentro de la serie anidada (figura 3). La
serie anidada es una pluralidad de figuras reunidas o agrupadas para
minimizar el material desechado. Se determina la longitud o anchura
de la zona de contacto que depende de la máquina y generalmente es
inferior a la longitud de una serie anidada. Es necesario calcular
las dimensiones de la zona de contacto, debido a que la dimensión
longitudinal de un patrón P o una serie anidada tal vez no encaje
dentro de la zona de corte del sistema de corte 11. La zona de
contacto es aproximadamente la 1/2 de la dimensión longitudinal de
la zona de corte del sistema 11. Por ejemplo, una zona de corte de
44 pulgadas tal vez proporcione sólo una zona de contacto de 22
pulgadas.
Un controlador y ordenador de movimiento digital
procesan la información de movimiento de los codificadores del
posicionador X1, X2 e Y del sistema de corte y del transportador. El
ordenador procesa la información de patrones y proporciona
movimientos de corte optimizados al PMC y el CMC. El controlador de
movimiento proporciona mandatos para controlar los motores lineales
del posicionador y controlar el transportador, para coordinar el
movimiento de la boquilla del láser 13 sobre el posicionador
X-Y y la velocidad del transportador. Mediante uno
de los procesos, se obtiene la geometría del patrón y se optimiza el
movimiento de la boquilla del láser sobre el material laminado
10.
En una visión global y con referencia al
diagrama de flujo de la figura 15, una vez que se ha recibido la
geometría de un patrón P o un patrón remapeado:
(a) en el bloque 118, se organiza la geometría
en zonas de contacto dependientes de máquina que encajan dentro de
la zona de corte 11;
(b) en el bloque 120, se optimiza la secuencia
de corte a través de la anchura de la zona de contacto. Por
consiguiente, la geometría se establece como una serie de cortes
continuos separados por arrastres en seco;
(c) en el bloque 123, se optimiza la geometría
de los cortes continuos como una pluralidad de movimientos
discretos, minimizando el número de intersecciones no tangentes que
forman nuevos movimientos, y minimizando de ese modo las acciones
de parada y arranque inútiles dentro del corte continuo;
(d) en el bloque 126, se determina el perfil de
movimiento del posicionador, optimizando el perfil de velocidad de
cada movimiento discreto y teniendo siempre presentes las
restricciones del sistema. Los movimientos curvos también se
consideran genéricamente movimientos o curvas y, por último,
(e) en el bloque 127, se optimiza el movimiento
del transportador para mantener una velocidad de avance por tramos
continua, incluso entre zonas de contacto, y no se deja que la
velocidad tome un valor negativo.
La geometría resultante se almacena y los
movimientos optimizados se envían a través de los controladores de
movimiento CMC, PMC para guiar el transportador 16 y el posicionador
durante el corte del patrón P superpuesto a la figura S predefinida
en estas formas de realización.
Con respecto a la optimización, es posible
optimizar el movimiento de la boquilla del láser anticipándose al
siguiente movimiento. El objetivo de este proceso de
"anticipación" es minimizar el tiempo que se necesita para
seguir cualquier geometría arbitraria o patrón P, a la vez que se
evita sobrepasar las aceleraciones y velocidades máximas
especificadas o desviarse de las tolerancias dimensionales.
Claims (25)
1. Procedimiento para recortar por lo menos
una figura (S) predefinida en un material laminado (10), presentando
dicha por lo menos una figura predefinida (S) un patrón (P) con una
geometría predeterminada y presentando por lo menos una referencia
(F, F2...), correspondiendo cada una de dicha por lo menos una
referencia (F, F2...) a unas coordenadas predeterminadas en el
patrón (P), caracterizado porque comprende:
determinar las coordenadas globales de la
referencia o referencias (F, F2...) localizado correspondientes a
una figura localizada (S) de dicha por lo menos una figura (S) con
un sistema de visión (12) mientras el material laminado (10) se
desplaza respecto al sistema de visión (12) y respecto a un sistema
de corte (11);
cortar el patrón (P) de la figura localizada
(S), estando el patrón (P) superpuesto respecto a una o más
referencias (F, F2...) localizadas, mientras se determinan
simultáneamente las coordenadas globales de una o más referencias
subsiguientes (F, F2...) para dicha por lo menos una figura
subsiguiente (S) en el material laminado en movimiento (10); y
repetir sustancialmente de manera continua los
procesos simultáneos de corte de la figura localizada (S), mientras
se determinan las coordenadas globales de una o más referencias (F,
F2...) subsiguientes para dicha por lo menos una figura (S)
sub-
siguiente.
siguiente.
2. Procedimiento según la reivindicación 1,
en el que el sistema de visión (12) y el sistema de corte (11) son
fijos y el material laminado (10) se desplaza de forma
sustancialmente de manera continua pasando por el sistema de visión
y a continuación por el sistema de corte.
3. Procedimiento según la reivindicación 1 ó
2, que comprende asimismo:
establecer mediciones del movimiento relativo
del material laminado (10) y del sistema de visión y de corte (11,
12); y
seguir el movimiento de dicho por lo menos una
referencia (F) entre el sistema de visión y el sistema de corte
conociendo las mediciones del movimiento relativo.
4. Procedimiento según la reivindicación 1, 2
ó 3, en el que dicha por lo menos una figura (S) predefinida
consiste en una pluralidad de figuras asociadas con por lo menos una
referencia.
5. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que cada una de dicha por lo
menos una figura (S) predefinida se asocia con por lo menos una
referencia (F).
6. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que dicha por lo menos una
referencia (F) comprende una primera referencia y por lo menos una
segunda referencia, que comprende asimismo:
comparar el patrón (P) y las coordenadas
globales de dicha por lo menos una segunda referencia (F2) con la
primera referencia (F) para el establecimiento de una distorsión de
la por lo menos una figura predefinida; y
remapeo del patrón para corregir sustancialmente
la distorsión de dicha por lo menos una figura predefinida antes de
superponer el patrón remapeado para cortar el material laminado.
7. Procedimiento según la reivindicación 6,
en el que el remapeo se aplica a todo el patrón (P) o a una parte
del patrón.
8. Procedimiento según la reivindicación 6 ó
7, en el que el remapeo del patrón (P) corrige una distorsión
seleccionada del grupo que comprende el alargamiento, la rotación o
la rotación y el alargamiento de dicha por lo menos una figura (S)
predefinida.
9. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende asimismo:
controlar el cortador del sistema de corte con
un perfil de movimiento;
predeterminar el perfil de movimiento para el
patrón; y
modificar el perfil de movimiento según el
patrón remapeado antes de aplicar el patrón remapeado superpuesto
para cortar el material laminado.
10. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende asimismo:
predeterminar un trayecto de línea de corte para
el patrón;
modificar trayecto de corte predeterminado para
el patrón remapeado; y
modificar el perfil de movimiento según el
trayecto de línea de corte modificado antes de aplicar el patrón
remapeado superpuesto para cortar el material laminado.
11. Procedimiento según la reivindicación 10,
que comprende asimismo:
identificar una referencia indicadora de entre
dicha por lo menos una referencia, que indica el cambio en por lo
menos una parte del patrón asociada con la referencia
indicadora;
modificar el trayecto de la línea de corte para
ajustarse al cambio producido en el patrón; y
modificar el perfil de movimiento según el
trayecto de corte modificado antes de aplicar el patrón remapeado
superpuesto para cortar el material laminado.
12. Procedimiento según la reivindicación 11,
en el que la referencia indicadora es indicativo de un defecto en
una o más de las figuras predefinidas, cambiándose el patrón para
omitir la figura predefinida de manera defectuosa.
13. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que se localizan por lo menos
tres referencias de dicha por los menos una referencia para la
figura predefinida según la relación de 2+1n, siendo n = 1 o más, y
en el que cada tres referencias forman un parche triangular, que
comprende asimismo:
establecer una de dicha por lo menos una
referencia como referencia de referencia;
comparar el patrón y las coordenadas globales de
cada uno de los tres referencias en un parche triangular con la
referencia de referencia para establecer una distorsión del parche
triangular dentro de la figura predefinida; y
remapeo del patrón correspondiente al parche
triangular para corregir sustancialmente la distorsión del patrón
antes de aplicar el patrón remapeado superpuesto para cortar el
material laminado.
14. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que por lo menos se localizan
cuatro referencias de dicha por lo menos una referencia para la
figura predefinida según la relación de referencias 2+2n, siendo n
= 1 o más, y en el que cada cuatro referencias forman un parche
rectangular, que comprende asimismo:
establecer una de dicha por lo menos una
referencia como referencia de referencia;
comparar el patrón y las coordenadas globales de
cada uno de los cuatro referencias de un parche rectangular con la
referencia de referencia para establecer una distorsión del parche
rectangular dentro de la figura predefinida; y
remapeo del patrón correspondiente al parche
rectangular para corregir sustancialmente la distorsión del patrón
antes de aplicar el patrón remapeado superpuesto para cortar el
material laminado.
15. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que la figura predefinida se
encuentra tejida en el material laminado.
16. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de visión (12)
comprende una o más cámaras, comprendiendo además la observación de
una anchura del material laminado con la(s) cámara(s)
para localizar dicha por lo menos una referencia.
17. Procedimiento según la reivindicación 16 en
el que la anchura consiste en una o más regiones de interés como
subconjuntos de una anchura transversal del material laminado.
18. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, que comprende asimismo la detección de
un cambio de contraste entre dicha por lo menos una referencia y el
material laminado.
19. Procedimiento según cualquiera de las
reivindicaciones anteriores, en el que el sistema de corte (11)
comprende una zona de corte conocida en un sistema de coordenadas
global y un controlador (22) para almacenar un patrón de la
geometría de dicha por lo menos una figura predefinida que se va a
recortar en el material laminado, que comprende asimismo:
posicionar el sistema de visión en las
coordenadas globales conocidas corriente arriba del sistema de corte
para observar el material laminado;
desplazar el material laminado pasando de forma
sustancialmente continua el sistema de visión para localizar dicha
por lo menos una referencia en las coordenadas globales;
desplazar el material laminado pasando de forma
sustancialmente continua el sistema de corte mientras el sistema de
visión detecta simultáneamente el subsiguiente dicha por lo menos
una referencia en las coordenadas globales; y
cortar el patrón cuando el controlador determina
que las coordenadas globales de una de dicha por lo menos una
referencia localizada se encuentra dentro de la zona de corte para
cortar con precisión el patrón superpuesto con la figura
predefinida.
20. Aparato para recortar una figura (S)
predefinida en un material laminado (10),
caracterizado
porque presenta:
porque presenta:
un sistema de corte sobre la marcha (11) para
cortar un patrón (P) en el material laminado (10), siendo conocido
el sistema de corte (11) en las coordenadas globales;
un sistema de visión (12) para localizar las
coordenadas globales de dicha por lo menos una referencia (F,
F2...) en el material laminado (10) que se correspondan con las
coordenadas predeterminadas en el patrón (P);
una estructura (16, 11, 12) para efectuar un
desplazamiento relativo sustancialmente continuo entre el material
laminado (10) y los sistemas de visión y de corte (12, 11);
unos medios (22, 16) para establecer las medidas
de dicho movimiento relativo en las coordenadas globales; y
un controlador (22) para superponer el patrón
(P) con dicha por lo menos una primera referencia (F, F2...)
localizada, de modo que el sistema de corte (11) realice el corte
del patrón (P) para la figura (S) predefinida de forma
sustancialmente simultánea mientras el sistema de visión (12)
localiza las coordenadas globales del subsiguiente dicha por lo
menos una referencia (F, F2...) en el material laminado (10).
21. Aparato según la reivindicación 20, en el
que el sistema de visión y el sistema de corte son fijos en las
coordenadas globales, la estructura para efectuar el movimiento
relativo (16, 11, 12) comprende asimismo un transportador para
desplazar el material laminado de forma sustancialmente continua
desde el sistema de visión hasta el sistema de corte.
22. Aparato según la reivindicación 20 ó 21, en
el que los medios para establecer medidas de dicho movimiento
relativo comprenden un dispositivo para rastrear el movimiento en
las coordenadas globales del material laminado cuando éste se
desplaza.
23. Aparato según la reivindicación 20, 21 ó
22, en el que el controlador compara el patrón y las coordenadas
globales de dichas por lo menos dos referencias de dichas por lo
menos una o más referencias localizadas con el patrón para
identificar la distorsión en la figura predefinida, y remapea el
patrón para corregir sustancialmente el patrón para la distorsión
de la figura predefinida antes de superponer el patrón remapeado
para cortar el material laminado.
24. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 23, en el que el sistema de visión consiste en
una o más cámaras dispuestas para observar una anchura del material
laminado.
25. Aparato según cualquiera de las
reivindicaciones 20 a 24, en el que el sistema de visión de corte
sobre la marcha es un sistema de corte por láser.
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