ES2310433A1 - Scanning procedure in three dimensions for revolution parts and devices used. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents

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ES2310433A1 ES200600068A ES200600068A ES2310433A1 ES 2310433 A1 ES2310433 A1 ES 2310433A1 ES 200600068 A ES200600068 A ES 200600068A ES 200600068 A ES200600068 A ES 200600068A ES 2310433 A1 ES2310433 A1 ES 2310433A1
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Abstract

Scanning procedure in three dimensions for pieces of revolution and devices used. The invention contemplates a method and a three-dimensional scanning device for parts of revolution, using a camera (11) and laser emitters (12, 12 ") mounted on a fastening element (13), which is connected by a one rotational axis (14) and on the other to a motor (15) with encoder, the axis of rotation (14) being able to be positioned substantially in parallel with respect to the axis of revolution of the part (30), having been made previously a previous calibration to correct the real deviations between axes. The motor (15) rotates the fastening element (13) and, therefore, the assembly of chamber (11) and laser emitters (12, 12 "), at a certain distance with respect to said piece (30), the camera (11) at a distance and an angle determined with respect to the laser emitters (12, 12 "). Another aspect of the invention relates to a device for the required calibration before performing the rotary scan. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding)

Description

Procedimiento de escaneo en tres dimensiones para piezas de revolución y dispositivos utilizados.Three-dimensional scanning procedure for revolution parts and devices used.

Objeto de la invenciónObject of the invention

La presente invención se enmarca dentro del campo de las técnicas ópticas de exploración superficial y medida de cuerpos en tres dimensiones, aplicables al sector dedicado en general a la fabricación y/o el montaje de piezas con geometría de revolución, tales como tubos metálicos, especialmente casquillos con doble biselado, por ejemplo, para la industria de las tuberías de acero sin soldadura.The present invention is framed within the field of optical surface scanning and measurement techniques of bodies in three dimensions, applicable to the sector dedicated to general to the manufacture and / or assembly of parts with geometry of revolution, such as metal pipes, especially bushings with double beveling, for example, for the pipe industry of seamless steel.

El objeto principal de la invención es permitir el escaneo tridimensional de piezas de revolución con precisión, eliminando la captación de zonas de sombra por la cámara de visión artificial que registra imágenes de una pieza configurada como cuerpo de revolución, gracias a un barrido giratorio que se efectúa por medio de uno o más emisores láser que giran conjuntamente con dicha cámara a cierta distancia y alrededor de la pieza.The main object of the invention is to allow three-dimensional scanning of revolution parts with precision, eliminating the capture of shadow areas by the vision camera artificial that records images of a piece configured as body of revolution, thanks to a rotating sweep that takes place by means of one or more laser emitters that rotate together with said camera at a certain distance and around the piece.

Antecedentes de la invenciónBackground of the invention

En la actualidad, son bien conocidas las técnicas de Visión Artificial, que se emplean para obtener información de una imagen capturada, utilizando una cámara digital con su óptica, un ordenador, una tarjeta capturadora de imagen y un software personalizado para la aplicación requerida. Los principales ámbitos de utilidad de la Visión Artificial son:At present, the Artificial Vision techniques, which are used to obtain information of a captured image, using a digital camera with its optics, a computer, an image capture card and a Custom software for the required application. The Main areas of usefulness of the Artificial Vision are:

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Medición: Medir las dimensiones de una pieza, diámetros, etc. y determinar la planicie de las superficies de la pieza.Measurement: Measure the dimensions of a piece, diameters, etc. and determine the flatness of the surfaces Of the piece.

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Guiado: Guiar robots para localizar o ensamblar piezas, del recorrido de rollos de papel, tela, cartón.Guided: Guide robots to locate or assemble parts, from the roll of paper rolls, fabric, paperboard.

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Identificación: Identificar piezas o productos por su perfil, forma o color, y realización de reconocimiento de patrones.Identification: Identify pieces or products by their profile, shape or color, and realization of pattern recognition

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Inspección: Determinar la Presencia-ausencia de piezas en ensamblaje, Orientación de piezas, localizar defectos superficiales.Inspection: Determine the Presence-absence of parts in assembly, Orientation of parts, locate surface defects.

De sus funcionalidades, se deriva que la Visión Artificial por ordenador tiene aplicación en la mayoría de los sectores industriales, resultando especialmente útil en cualquier sistema de producción en serie, por ejemplo:From its functionalities, it follows that the Vision Artificial by computer has application in most industrial sectors, proving especially useful in any series production system, for example:

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Automoción y auxiliares.Automotive and auxiliaries.

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Envases, embalajes y plásticos.Packaging, packaging and plastics.

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Componentes eléctricos y electrónicos.Electrical components and electronic

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Metalurgia y derivados.Metallurgy and derivatives.

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Farmacia y equipos médicos.Pharmacy and medical equipment.

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Fabricación textil y calzado.Textile and footwear manufacturing.

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Mecanizados industriales.Industrial machining

En particular, para la realización de medidas dimensionales en piezas de producción, las exigencias de control son cada vez más elevadas, por lo que los controles no tridimensionales dejan de ser suficientes.In particular, for carrying out measures Dimensional in production parts, control requirements they are increasingly high, so the controls do not Three-dimensional cease to be enough.

Hoy en día, este tipo de medidas de alta precisión se llevan a cabo por medio de palpadores manuales o relojes comparadores. Con estos métodos, existen dificultades para acceder a algunas zonas, ya que la calidad de la medida depende de la calidad de contacto. Es muy difícil obtener resoluciones elevadas, pues la más pequeña rugosidad o falta de rectificación en el elemento a estudiar, implica la pérdida de centésimas, décimas e incluso milímetros.Today, these types of high measures precision are carried out by means of manual probes or comparator clocks With these methods, there are difficulties to access some areas, since the quality of the measure depends on contact quality It is very difficult to obtain resolutions high, because the smallest roughness or lack of rectification in the element to study implies the loss of hundredths, tenths and even millimeters.

Por otro lado, en el caso particular de la medición de dimensiones de un tubo o casquillo, el cual puede disponer de bisel externo e interno, en la pretensión de controlar con suficiente exactitud tanto las medidas del propio casquillo como las de los biseles, la apreciación de las zonas del biselado externo e interno con estos métodos no es posible de forma automática y es necesaria su estimación por un operario cualificado. La posibilidad de ubicación de un palpador o reloj comparador para controlar, en especial, el bisel interior (también para el resto de las variables) es reducida, ya que se requiere ubicar el tubo con cuidado y mucha precisión, factores que en un proceso de fabricación automatizado a cierta velocidad es muy complicado.On the other hand, in the particular case of the measurement of dimensions of a tube or bushing, which can have an external and internal bevel, in the attempt to control with enough accuracy both the measurements of the cap itself like those of the bevels, the appreciation of the bevel zones external and internal with these methods is not possible in a way automatic and an estimate by an operator is necessary skilled. The possibility of placing a probe or clock comparator to control, in particular, the inner bezel (also for the rest of the variables) it is reduced, since it is required locate the tube carefully and very precisely, factors that in a automated manufacturing process at a certain speed is very complicated.

Con vistas a salvar estas dificultades, para la medición de los biseles se utilizan métodos de proyección de perfiles. El proyector de perfiles es un aparato que proyecta el perfil del elemento observando sus dimensiones con una fuerte amplificación, permitiendo un movimiento y enfoque controlado para su mejor inspección. El problema que presenta este sistema es que en cada instante sólo se puede llevar a cabo la proyección de un perfil, es decir, de un diámetro del tubo, con lo que su emplazamiento y medida lleva muchísimo tiempo, impensable para inspeccionar toda la producción. Para la medición de los biseles interiores sería necesario pues un ensayo destructivo que consiste en el corte del tubo en dos mitades antes de proceder a la medida del bisel. Además, estas mediciones corresponden exclusivamente a un perfil, en vez de a la totalidad del casquillo, es decir, se puede juzgar la bondad o no del casquillo a través un único punto. Por lo tanto, se necesitarían varias medidas para poder estudiar la tendencia del corte (mediante promedios, viendo tendencias en todos los diámetros), por lo que no es un método operativo para inspección continua.With a view to saving these difficulties, for the bevel measurement projection methods are used profiles The profile projector is a device that projects the element profile observing its dimensions with a strong amplification, allowing controlled movement and focus to Your best inspection. The problem with this system is that at each moment you can only carry out the projection of a profile, that is to say, of a diameter of the tube, with what its location and measurement takes a long time, unthinkable for Inspect all production. For bevel measurement interiors would be necessary as a destructive test consisting in the cut of the tube in two halves before proceeding to the measurement of the bezel. In addition, these measurements correspond exclusively to a profile, instead of the entire cap, that is, it You can judge the goodness or not of the cap through a single point. Therefore, several measures would be needed to study the cutting trend (by means of averages, seeing trends in all the diameters), so it is not an operating method for continuous inspection

Los procedimientos de medida mediante visión convencional, usando la cámara e iluminación apropiadas, son sólo adecuados para medidas planas, esto es, en dos dimensiones (2D). Así, es posible controlar las dimensiones de diámetros, espesores mediante visión 2D,..., pero no es posible captar la tercera dimensión, es decir, por ejemplo, el bisel interior o exterior del casquillo, ya que no podría percibirse el bisel al quedar su dimensión proyectada sobre el plano anterior, constituyendo el diámetro exterior del tubo.Measurement procedures by vision conventional, using the appropriate camera and lighting, are only suitable for flat measurements, that is, in two dimensions (2D). Thus, it is possible to control the dimensions of diameters, thicknesses via 2D vision, ..., but it is not possible to capture the third dimension, that is, for example, the inner or outer bevel of the cap, since the bevel could not be perceived when its projected dimension on the previous plane, constituting the outer diameter of the tube.

Por consiguiente, para estos casos hay que recurrir a la visión tridimensional (3D) que ofrecen las técnicas de Visión Artificial. Existen diversas técnicas de obtención de información 3D por procedimientos ópticos, entre las que destacan la estereovisión, triangulación óptica y proyección de patrones.Therefore, for these cases you have to resort to the three-dimensional (3D) vision offered by the techniques of Artificial Vision. There are various techniques to obtain 3D information by optical procedures, among which stereovision, optical triangulation and projection of patterns.

La estereovisión se fundamenta en la forma en que el ser humano y otros seres vivos obtenemos información tridimensional, a partir de las diferencias de imagen del mismo elemento objetivo experimentadas por n (2 ó más) sensores ubicados en posiciones conocidas y constantes respectivamente. Aun cuando es una técnica conceptualmente intuitiva, presenta graves inconvenientes por la dificultad de identificar dichos objetos comunes (esquinas, objetos, etc) en escenarios generales. Es por ello que su uso está limitado a entornos controlados.Stereovision is based on the way that human beings and other living beings obtain information three-dimensional, from the differences of image of the same target element experienced by n (2 or more) sensors located in known and constant positions respectively. Even when it is a conceptually intuitive technique, it presents serious inconvenience due to the difficulty of identifying such objects common (corners, objects, etc.) in general scenarios. Is by This means that its use is limited to controlled environments.

La triangulación óptica es un método de obtención de información 3D sin contacto, a partir de métodos ópticos, es decir empleando fuentes de iluminación y sensores ópticos. Se trata de un método no intrusivo con los objetos en estudio (NDT: "Non-Destructive Testing"). Es una de las técnicas más extendidas para inspección tridimensional y se fundamenta en la variación que experimenta la reflexión de patrón luminoso en función de la disposición del conjunto iluminación-observador y la distancia al objeto a observar. Se emplea habitualmente en ingeniería inversa, aunque también sirve en simulación de procesos, control de calidad y medida en fabricación. Está basada en el uso de la información obtenida de la variación de posición (relación de ángulos y longitudes) que experimenta la reflexión de un haz luminoso en función de la disposición del conjunto láser-observador y la distancia al objeto a observar.Optical triangulation is a method of Obtaining contactless 3D information, based on methods optical, that is to say using lighting sources and sensors Optical It is a non-intrusive method with objects in study (NDT: "Non-Destructive Testing"). Is one of the most widespread techniques for three-dimensional inspection and it is based on the variation that the reflection of light pattern depending on the layout of the set illumination-observer and the distance to the object to observe. It is commonly used in reverse engineering, although It also serves in process simulation, quality control and manufacturing measure. It is based on the use of information obtained from the position variation (ratio of angles and lengths) experiencing the reflection of a light beam in set layout function laser-observer and the distance to the object to observe.

Como muestras de la aplicación del método de triangulación óptica, cabe citar las invenciones recogidas en las solicitudes de Patente Española ES 9601994 y de Patente Estadounidense US 2005/0111009. El documento ES 9601994 se refiere a un escáner que dispone de uno o varios emisores láser y dos microcámaras, situadas a una distancia entre sí tal que los errores propios de las mismas son promediados al actuar simultáneamente, mientras que cuando una de las cámaras queda en "sombra" al visualizar una zona de la pieza a inspeccionar, la otra cámara sigue operativa para proporcionar toda la información a un ordenador. En la solicitud US 2005/0111009, se describe un método basado en la triangulación láser aplicado a la medida tridimensional de una pieza cilíndrica de aluminio o del calibre de unas vías de tren, por medio del cálculo en tiempo real con una tarjeta FPGA de las coordenadas XY de determinados puntos de la línea de luz reflejada en la superficie del objeto a examinar y captada por un grupo o array de fotodetectores. Otro ejemplo es el montaje para generar imágenes 3D que contempla la Patente en Estados Unidos US 4645348, constituido por un array de sensores ópticos actuando en colaboración con una fuente luminosa, montados todos los componentes en una única carcasa que permite la calibración interna de dichos componentes.As samples of the application of the method of optical triangulation, it is worth mentioning the inventions included in the Spanish Patent Applications ES 9601994 and Patent US 2005/0111009. Document ES 9601994 refers to a scanner that has one or more laser emitters and two micro cameras, located at a distance from each other such that errors they are averaged by acting simultaneously, while when one of the cameras is in "shadow" to visualize an area of the piece to be inspected, the other chamber remains operational to provide all the information to a computer. In the application US 2005/0111009, a method is described based on laser triangulation applied to the measure three-dimensional cylindrical piece of aluminum or the caliber of train tracks, through real-time calculation with a FPGA card of the XY coordinates of certain points of the line of light reflected on the surface of the object to be examined and captured by a group or array of photodetectors. Another example is the assembly to generate 3D images contemplated by the US Patent  United US 4645348, consisting of an array of optical sensors acting in collaboration with a light source, all mounted the components in a single housing that allows calibration internal of these components.

Otra técnica que también pueden emplearse en la inspección tridimensional de piezas consiste en el uso de escáneres láser de barrido lineal, pero los escáneres lineales cuentan con el inconveniente de presentar zonas de "sombra" de medida dependiendo de la geometría del objeto de estudio. Además, el algoritmo de extracción de perfiles varía dependiendo de la zona de inspección. En este sentido, merece mención la solicitud de Patente Internacional PCT WO 93/08448, donde se describe un sistema que utiliza dos cámaras colocadas en posiciones distintas pero conocidas que captan un barrido lineal del láser sobre el objeto inspeccionado, sin necesidad de mover el sistema de posicionamiento, para aumentar la velocidad del proceso a la vez que se reducen los datos enviados al ordenador que lleva el programa CAD.Another technique that can also be used in three-dimensional inspection of parts consists of the use of scanners linear scanning laser, but linear scanners have the inconvenience of presenting "shadow" areas of measurement depending on the geometry of the object of study. In addition, the Profile extraction algorithm varies depending on the area of inspection. In this regard, the patent application deserves mention PCT International WO 93/08448, which describes a system that uses two cameras placed in different but known positions that capture a linear scan of the laser on the object inspected, without the need to move the positioning system, to increase the speed of the process while reducing the data sent to the computer that carries the CAD program.

No obstante, ninguna de las técnicas conocidas para la inspección tridimensional resulta del todo precisa para el escaneado de piezas con geometría de revolución, sin que se presenten las inevitables zonas de "sombra" en el barrido óptico o escaneo de algunas geometrías, lo cual se solucionaría realizando un barrido giratorio, en vez de lineal.However, none of the known techniques for three-dimensional inspection it is completely accurate for the scanning of parts with revolution geometry, without present the inevitable "shadow" areas in the sweep optical or scanning of some geometries, which would be solved performing a rotating sweep, instead of linear.

Descripción de la invenciónDescription of the invention

La presente invención viene a resolver de manera eficaz la problemática anteriormente expuesta, en todos y cada uno de los diferentes aspectos comentados, constituyendo una solución ventajosa frente a los antecedentes que permite el escaneo de piezas de revolución para sus medidas en tres dimensiones, basándose en la triangulación óptica pero realizando con un fuente láser múltiple, preferentemente doble, un barrido giratorio que se ajusta a la geometría de la pieza.The present invention is resolved in a manner effective the problem described above, in each and every one of the different aspects commented, constituting a solution advantageous against the background that allows the scanning of pieces of revolution for its measurements in three dimensions, based on optical triangulation but performing with a source multiple laser, preferably double, a rotating sweep that adjusts to the geometry of the piece.

La solución que aquí se propone está concebida en especial para solventar el escaneo de piezas geométricas complejas, tomando como ejemplo un tubo con doble biselado, interno y externo. Mientras que un escaneado por barrido lineal generaría como secciones vistas por el escáner, cada una con sus condiciones de reflexión y sombras, las cuerdas de la periferia del tubo, en un escaneo tridimensional con barrido giratorio como el que se preconiza, las secciones del escáner son seudodiámetros en vez de cuerdas de una circunferencia. En el caso ideal de que el eje de giro del barrido que se realiza según esta invención coincide exactamente con el eje de revolución de la pieza escaneada, las secciones obtenidas son propiamente diámetros de la pieza. Cuando el giro del barrido se hace en un eje ligeramente desplazado respecto al mencionado eje de dicha pieza, como ocurre en la práctica, las secciones dadas por el escáner de barrido giratorio no son estrictamente diámetros de la circunferencia de la pieza sino seudodiámetros, pero todas las secciones presentan condiciones similares de reflexión y sombras. Esta peculiar característica de las secciones resultantes de un barrido giratorio representa una ventaja fundamental frente a un escaneo lineal, en su aplicación a piezas tubulares con respectivos biselados en sus correspondientes bordes externo e interno, donde las primeras secciones del barrido láser de modo lineal cortan únicamente y de forma tangencial el bisel exterior del tubo, las secciones centrales cortan perpendicularmente sus dos paredes y las últimas secciones vuelven a cortar tangencialmente el bisel exterior pero además con sombra.The solution proposed here is designed especially to solve the scanning of geometric pieces complex, taking as an example a tube with double bevel, internal and external While a linear scan scan would generate as sections seen by the scanner, each with its conditions of reflection and shadows, the strings of the periphery of the tube, in a three-dimensional scanning with rotating scan like the one advocates, the sections of the scanner are pseudo-diameters instead of ropes of a circle. In the ideal case that the axis of sweeping turn that is performed according to this invention matches exactly with the axis of revolution of the scanned piece, the sections obtained are proper diameters of the piece. When he sweeping rotation is done on a slightly offset axis with respect to to the mentioned axis of said piece, as in practice, the sections given by the rotary scan scanner are not strictly diameters of the circumference of the piece but pseudo-diameters, but all sections have conditions Similar reflection and shadows. This peculiar characteristic of the sections resulting from a rotating sweep represent a key advantage over a linear scan, in its application to tubular pieces with respective bevels in their corresponding external and internal edges, where the first sections of the sweep laser linearly cut only and tangentially the outer bezel of the tube, the central sections cut perpendicularly its two walls and the last sections return to tangentially cut the outer bezel but also with shadow.

Un aspecto de la invención es pues un procedimiento de escaneo en tres dimensiones para piezas de revolución, basado en la triangulación óptica mediante láser, utilizando una cámara de visión artificial que define un plano de cámara y al menos un emisor láser que define un plano láser, caracterizado porque comprende una fase de barrido giratorio que determina unos perfiles (los seudodiámetros) de la pieza de revolución mediante cortes del plano láser con dicha pieza, que se realiza con un escáner tridimensional de barrido giratorio como el que se va a describir más adelante.An aspect of the invention is thus a three-dimensional scanning procedure for pieces of revolution, based on laser optical triangulation, using an artificial vision camera that defines a plane of camera and at least one laser emitter that defines a laser plane, characterized in that it comprises a rotating sweeping phase that determines profiles (pseudo-diameters) of the piece of revolution by cutting the laser plane with said piece, which performs with a three-dimensional rotary scan scanner like the which will be described later.

Tras la fase de barrido giratorio, el procedimiento de escaneo propuesto determina unos puntos de proyección del corte en el plano de cámara, definidos en píxeles, entre el plano láser y el borde de la pieza de revolución. Después, se convierten dichos puntos de proyección en píxeles a puntos de proyección en el plano láser definidos en medidas de longitud (milímetros), mediante la relación entre el plano láser y el plano de cámara que se establece en una fase de calibración previa. A continuación, se realiza una corrección geométrica del plano láser con respecto al eje de giro del barrido, puesto que es prácticamente imposible hacer coincidir este eje con el eje real de giro del sistema, por lo que el plano láser no realiza trayectorias circulares Esta fase es necesaria, por tanto, para determinar la posición real del plano láser en el espacio. Por último, el procedimiento de escaneo determina la posición real de los puntos de proyección definidos en medidas de longitud (milímetros) en un sistema tridimensional de coordenadas absoluto, a partir de los cuales puede generarse una imagen tridimensional de la pieza escaneada y posteriormente efectuar sobre ella las medidas convenientes, procesables por un sistema informático convencional mediante un programa de ordenador (software) específicamente desarrollado para la aplicación.After the rotating sweep phase, the proposed scanning procedure determines a few points of projection of the cut in the camera plane, defined in pixels, between the laser plane and the edge of the revolution piece. After, said projection points in pixels are converted to points of laser plane projection defined in length measurements (mm), through the relationship between the laser plane and the plane of camera that is established in a previous calibration phase. TO then a geometric correction of the laser plane is performed with respect to the axis of rotation of the scan, since it is practically impossible to match this axis with the real axis of rotation of the system, so the laser plane does not make trajectories This phase is therefore necessary to determine the Actual position of the laser plane in space. Finally, the scanning procedure determines the actual position of the points projection defined in length measurements (millimeters) in a three-dimensional system of absolute coordinates, from which can generate a three-dimensional image of the piece scanned and then make measurements on it convenient, processable by a conventional computer system through a computer program (software) specifically developed for the application.

Antes de la fase del barrido giratorio, se efectúa una calibración de los dispositivos utilizados en el procedimiento descrito para poder relacionar el espacio real, donde se establece el sistema tridimensional de coordenadas absoluto tomado como referencia, con el espacio capturado por la cámara de visión artificial. El proceso de calibración comprende una primera fase, que denominamos calibración bidimensional, donde se hace uso de un dispositivo de calibrado adaptado, conforme se explica más adelante en otro aspecto de la invención, para esta función y conseguir un sistema tridimensional de coordenadas en el plano láser que sirve de referencia. La calibración bidimensional convierte un sistema tridimensional de coordenadas en el plano de cámara, establecido como referencia en el espacio abarcado por la cámara, a un sistema de referencia en el plano láser, compensando posibles efectos de perspectiva y aberración que puede introducir la propia cámara. Seguidamente se procede a una calibración del plano láser que relaciona el sistema de referencia obtenido en el plano láser de acuerdo a la fase anterior con el sistema de coordenadas absoluto definido en el espacio real. Para realizar este segundo calibrado, se utiliza una pieza de revolución patrón, que es un objeto con una geometría similar al de las piezas que realmente se van a escasear en las fases ulteriores y
descritas.
Before the rotating sweep phase, a calibration of the devices used in the described procedure is performed to be able to relate the real space, where the three-dimensional system of absolute coordinates taken as a reference is established, with the space captured by the artificial vision camera . The calibration process comprises a first phase, which we call two-dimensional calibration, where an adapted calibration device is used, as explained below in another aspect of the invention, for this function and to achieve a three-dimensional coordinate system in the plane laser that serves as a reference. The two-dimensional calibration converts a three-dimensional coordinate system in the camera plane, established as a reference in the space covered by the camera, to a reference system in the laser plane, compensating for possible perspective and aberration effects that the camera itself can introduce. Next, a calibration of the laser plane is performed that relates the reference system obtained in the laser plane according to the previous phase with the absolute coordinate system defined in real space. To perform this second calibration, a piece of standard revolution is used, which is an object with a geometry similar to that of the pieces that are really going to be scarce in the subsequent phases and
described.

Otro aspecto de la invención es un dispositivo de calibrado para el escaneo en tres dimensiones de piezas con geometría de revolución, que se concibe expresamente para ser empleado en la fase de calibración bidimensional anteriormente descrita. Dicho dispositivo de calibrado consiste en un cuerpo de revolución con un cabezal cónico dotado de una pluralidad de escalonados concéntricos, montado en un soporte triédrico de posicionamiento preciso, avanzando progresivamente una cierta distancia por un eje del soporte triédrico dispuesto en concordancia con el plano láser. A partir de las medidas derivadas de este escaneo sobre el dispositivo de calibrado, se puede realizar una conversión de los puntos de proyección del corte entre el plano láser y plano de cámara definidos en píxeles a un sistema de referencia en el plano láser, con el cual se determinan los puntos definidos en medidas de longitud (milímetros).Another aspect of the invention is a device Calibration for three-dimensional scanning of parts with revolution geometry, which is expressly conceived to be used in the two-dimensional calibration phase previously described. Said calibration device consists of a body of revolution with a conical head endowed with a plurality of concentric staggered, mounted on a trihedral support of precise positioning, progressively advancing a certain distance along an axis of the trihedral support arranged in concordance with the laser plane. From the derived measures of this scan on the calibration device, you can perform a conversion of the projection points of the cut between the laser plane and camera plane defined in pixels to a system of reference in the laser plane, with which the defined points in length measurements (millimeters).

Un último aspecto de la invención pero no menos importante es un dispositivo de escaneo tridimensional para piezas de revolución, con el que se implementa el procedimiento explicado. El dispositivo de escaneo comprende medios de captación de imágenes, preferiblemente una cámara de visión artificial, montados en un elemento mecánico equilibrado de sujeción y junto con unas fuentes de iluminación, preferentemente uno o más emisores láseres para iluminar mejor todas las zonas de la pieza a escanear. La propiedad esencial de tal dispositivo de escaneo es que incorpora un eje de giro conectado al elemento de sujeción del conjunto cámara-láser por un extremo y por el otro a un servomotor, siendo el eje de giro susceptible de posicionarse sustancialmente en paralelo con respecto al eje de revolución de la pieza, aunque no tienen necesariamente que coincidir ambos ejes. El servomotor, compuesto preferentemente por un motor paso a paso, un mecanismo de transmisión del movimiento, un codificador electro-opto-mecánico o encoder y un controlador electrónico hace girar el elemento de sujeción a determinada distancia respecto a la pieza de revolución. En dicho elemento de sujeción los medios de captación de imágenes están montados a una distancia y un ángulo determinados con respecto a las fuentes de iluminación (principio de triangulación óptica), estando a su vez el conjunto enfocado hacia la pieza de revolución para girar a cierta distancia (diferente a la distancia de separación entre los medios de captación de imágenes y las fuentes de iluminación) con respecto a dicha pieza, produciéndose así el barrido giratorio.A final aspect of the invention but not less important is a three-dimensional scanning device for parts of revolution, with which the explained procedure is implemented. The scanning device comprises means for capturing images, preferably an artificial vision camera, mounted in a balanced mechanical clamping element and together with some lighting sources, preferably one or more laser emitters to better illuminate all areas of the piece to be scanned. The essential property of such a scanning device is that it incorporates a rotation axis connected to the clamping element of the assembly laser camera on one end and on the other at a servo motor, the axis of rotation being able to position itself substantially parallel to the axis of revolution of the piece, although both axes do not necessarily have to coincide. He servomotor, preferably composed of a stepper motor, a movement transmission mechanism, an encoder electro-opto-mechanical or encoder and a electronic controller rotates the clamping element to certain distance from the piece of revolution. In said clamping element the imaging media are mounted at a certain distance and angle with respect to the lighting sources (principle of optical triangulation), being turn the set focused on the piece of revolution to turn a certain distance (different from the separation distance between the means of capturing images and the sources of lighting) with respect to said piece, thus producing the rotating sweep.

Descripción de los dibujosDescription of the drawings

Para complementar la descripción que se está realizando y con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características del invento, de acuerdo con un ejemplo preferente de realización práctica del mismo, se acompaña como parte integrante de dicha descripción, un juego de figuras en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente:To complement the description that is being performing and in order to help a better understanding of the characteristics of the invention, according to a preferred example of practical realization of it, is accompanied as part member of this description, a set of figures where with illustrative and non-limiting nature, what has been represented next:

La figura 1.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo de escaneado, según un aspecto de la invención y una realización preferida.Figure 1.- Shows a perspective view of the scanning device, according to an aspect of the invention and a preferred embodiment

La figura 2.- Muestra una representación gráfica de la actuación del dispositivo de escaneado, según la realización presentada en la figura anterior, al realizar el barrido giratorio de acuerdo al objeto de la invención.Figure 2.- Shows a graphic representation of the performance of the scanning device, according to the embodiment presented in the previous figure, when performing the swivel sweep according to the object of the invention.

La figura 3.- Muestra una representación esquemática de los planos definidos respectivamente por la cámara y el láser del dispositivo de escaneado, ilustrando los respectivos sistemas tridimensionales de referencia en el espacio.Figure 3.- Shows a representation schematic of the planes defined respectively by the camera and the laser of the scanning device, illustrating the respective three-dimensional systems of reference in space.

La figura 4.- Muestra una vista en perspectiva del dispositivo de calibrado, según una realización preferente de otro aspecto de la invención.Figure 4.- Shows a perspective view of the calibration device, according to a preferred embodiment of Another aspect of the invention.

La figura 5.- Muestra un diagrama de bloques del procedimiento de escaneado con de acuerdo al objeto de la invención.Figure 5.- Shows a block diagram of the scanning procedure according to the purpose of the invention.

Realización preferente de la invenciónPreferred Embodiment of the Invention

A la vista de la Figura 1, puede describirse como una de las posibles realizaciones de la invención, un dispositivo de escaneo tridimensional (10) para piezas de revolución (30) que comprende:In view of Figure 1, it can be described as one of the possible embodiments of the invention, a three-dimensional scanning device (10) for parts revolution (30) comprising:

- Unas fuentes de iluminación que garantizan una reflexión del haz de luz suficiente incluso en las zonas inclinadas presentes en la geometría de la pieza (30), para evitar errores de medida por zonas de oclusión. Por ello, es deseable disponer de una fuente luminosa doble consistente en una pareja de emisores láser (12, 12'), que están dispuestos, a cierta distancia y con la orientación conveniente hacia dicha pieza (30), en un soporte equilibrado o elemento de sujeción (13).- Lighting sources that guarantee a reflection of the sufficient beam of light even in the inclined areas present in the geometry of the piece (30), to avoid errors of measured by occlusion zones. Therefore, it is desirable to have a double light source consisting of a pair of laser emitters (12, 12 '), which are arranged, at a certain distance and with the convenient orientation towards said part (30), in a support balanced or clamping element (13).

- Unos medios de captación de imágenes, que se concretan en una cámara (11) de visión artificial, con una elevada resolución, por ejemplo, 1536x512 píxeles, con posibilidad de división subpíxel 1/10 en el eje Z de coordenadas.- Some means of capturing images, which concreted in an artificial vision camera (11), with a high resolution, for example, 1536x512 pixels, with the possibility of 1/10 sub-pixel division on the Z axis of coordinates.

- Un eje de giro (14) conectado por un extremo al elemento de sujeción (13) del conjunto cámara (11) más emisores láser (12, 12'), mientras que por el otro extremo está asociado a un servomotor, con el que dicho conjunto puede girar de modo rectificado y permanentemente con una desviación menor de 0.005 mm.:- An axis of rotation (14) connected by one end to the clamping element (13) of the chamber assembly (11) plus emitters laser (12, 12 '), while at the other end it is associated with a servomotor, with which said assembly can rotate so rectified and permanently with a deviation of less than 0.005 mm .:

- El servomotor, que a su vez se compone de un motor (15) paso a paso, un mecanismo de transmisión (9) del movimiento, un sensor encoder que cuantifica el desplazamiento angular y la velocidad de giro, para mover el motor (15) y conectado al eje de giro (14) transmitiendo los pulsos de salida del encoder directamente a la cámara (11). Además, el servomotor controla el movimiento del motor (15) a través de unas tarjetas electrónicas de adquisición de datos. El encoder y las tarjetas de entrada/salida no vienen representadas en la Figura 1.- The servomotor, which in turn consists of a stepper motor (15), a transmission mechanism (9) of the movement, an encoder sensor that quantifies displacement angular and the speed of rotation, to move the motor (15) and connected to the axis of rotation (14) transmitting the output pulses from the encoder directly to the camera (11). In addition, the servomotor controls the movement of the motor (15) through cards electronic data acquisition. The encoder and the cards input / output are not represented in Figure 1.

Todos los componentes del dispositivo de escaneo tridimensional (10) están convenientemente alimentados y conectados entre sí mediante el cableado de un armario eléctrico diseñado al efecto. El diseño del conjunto mecánico que constituye este dispositivo de escaneo tridimensional (10) se ha hecho teniendo en cuenta todos los grados de libertad necesarios para obtener una gran precisión mecánica, ajustando de manera óptima los componentes para alcanzar una alta resolución, de al menos 0.01 mm, a la vez que se permite un control preciso del ángulo de giro, el alineamiento y enfoque de los emisores láseres (12, 12').All components of the scanning device  Three-dimensional (10) are conveniently powered and connected  each other by wiring an electrical cabinet designed to effect. The design of the mechanical assembly that constitutes this three-dimensional scanning device (10) has been made taking into count all the necessary degrees of freedom to obtain a high mechanical precision, optimally adjusting the components to achieve a high resolution of at least 0.01 mm at the same time which allows precise control of the angle of rotation, the alignment and focus of the laser emitters (12, 12 ').

De acuerdo se representa en la Figura 2, el dispositivo de escaneo tridimensional (10) realiza un barrido giratorio alrededor de la pieza de revolución (30) a inspeccionar, ocasionado por la acción del servomotor al provocar la rotación del elemento de sujeción (13) y, por tanto, de todo el conjunto cámara (11) y emisores láser (12, 12'), respecto de dicha pieza (30), obteniendo tantos perfiles de la pieza (30) como se deseen sin más que girar oro paso el motor (15) que mueve el eje de giro (14). Así, los emisores láser (12, 12') que definen un plano láser (16) giran, produciéndose el corte del plano láser (16) con las diversas zonas de la pieza (30), dando lugar a los distintos perfiles, captados desde la perspectiva de la cámara (11), desplazada una cierta distancia y con un ángulo determinado con respecto al plano láser (16), la cual a su vez define un plano de cámara (17) donde se enmarcan los perfiles de la pieza (30) vistos desde esa cámara (11). Las mediciones tridimensionales se realizan mediante la triangulación de los puntos cortados por el plano láser (16) y captados en el plano de cámara (17).According to Figure 2, the three-dimensional scanning device (10) performs a scan rotating around the revolution piece (30) to be inspected, caused by the action of the servomotor by causing the rotation of the clamping element (13) and, therefore, of the entire chamber assembly (11) and laser emitters (12, 12 '), with respect to said part (30), obtaining as many profiles of the piece (30) as desired without further that turning gold passed the motor (15) that moves the axis of rotation (14). Thus, the laser emitters (12, 12 ') that define a laser plane (16) rotate, producing the cutting of the laser plane (16) with the various areas of the piece (30), giving rise to the different profiles, captured from the perspective of the camera (11), displaced a certain distance and with a certain angle with respect to the plane laser (16), which in turn defines a camera plane (17) where the profiles of the piece (30) seen from that chamber are framed (eleven). Three-dimensional measurements are made using the triangulation of the points cut by the laser plane (16) and captured in the camera plane (17).

Durante el proceso de barrido giratorio, provocando una rotación controlada del plano láser (16), se obtiene la posición en el espacio tridimensional de todos los puntos de la pieza (30), mediante la modelización adecuada de este giro, conociendo la posición real de este plano láser (16). Para ello, es necesaria una calibración previa del mismo, debido a que, en la práctica, el plano láser (16) no es coincidente con el eje de giro (14) del conjunto cámara (11) - emisores láser (12, 12').During the rotary scanning process, causing a controlled rotation of the laser plane (16), it is obtained the position in three-dimensional space of all points of the piece (30), by proper modeling of this turn, knowing the real position of this laser plane (16). To do this, it is a previous calibration of the same is necessary, because, in the practical, the laser plane (16) is not coincident with the axis of rotation (14) of the camera assembly (11) - laser emitters (12, 12 ').

Primeramente, se efectúa una calibración bidimensional, donde los puntos de proyección del corte entre el plano láser (16) con la pieza (30) recogidos en el plano de cámara (17), por tanto, definidos en píxeles según un sistema tridimensional de coordenadas de la cámara (18) establecido de referencia, se convierten a puntos en un sistema tridimensional de coordenadas del láser (19), conforme se ilustra en la Figura 3. Esta calibración del sistema tridimensional de coordenadas en el plano láser (19) para poder medir los puntos de corte en milímetros se realiza por medio de un dispositivo de calibrado tridimensional (20) ilustrado en la Figura 4.First, a calibration is performed two-dimensional, where the projection points of the cut between the laser plane (16) with the part (30) collected in the camera plane (17), therefore, defined in pixels according to a system three-dimensional camera coordinates (18) set of reference, they become points in a three-dimensional system of laser coordinates (19), as illustrated in Figure 3. This  three-dimensional coordinate system calibration in the plane laser (19) to measure the cut points in millimeters is performed by means of a three-dimensional calibration device (20) illustrated in Figure 4.

El dispositivo de calibrado tridimensional (20) sirve como sistema universal de posicionamiento para relacionar ambos sistemas de coordenadas (18, 19), al mismo tiempo que compensa los efectos de perspectiva y aberración que origina la cámara (11). Dicho dispositivo de calibrado tridimensional (20) es un cuerpo de revolución con un cabezal cónico (21) dotado de una pluralidad de escalonados concéntricos (22), montado en un soporte triédrico de posicionamiento preciso. Avanzando mediante uno de los ejes del triedro perteneciente al plano láser (16) progresivamente, cada 2+-0.005 mm, se obtienen más de 500 parejas de relaciones entre puntos del sistema de coordenadas de la cámara (18) con los puntos del sistema de coordenadas en el plano láser (19).The three-dimensional calibration device (20) serves as a universal positioning system to relate both coordinate systems (18, 19), at the same time as compensates for the effects of perspective and aberration caused by the camera (11). Said three-dimensional calibration device (20) is a body of revolution with a conical head (21) provided with a plurality of concentric steps (22), mounted on a support Trihedral precise positioning. Advancing through one of the axes of the trihedron belonging to the laser plane (16) progressively, every 2 + -0.005 mm, more than 500 pairs of relationships are obtained between points of the camera coordinate system (18) with the points of the coordinate system in the laser plane (19).

Tras la fase de calibración bidimensional realizada con el dispositivo de calibrado tridimensional (20), se conoce la posición de los puntos de la pieza (30) definidos en el sistema de coordenadas en el plano láser (19), pero para determinar la posición real de dichos puntos en un sistema tridimensional de coordenadas absoluto XYZ, previamente hay que conocer la posición y orientación del plano láser (16) en cada giro, esto es, en cada pulso del encoder que da el dispositivo de escaneo tridimensional (10). Para ello, se utiliza una pieza de revolución patrón, similar a la pieza (30), con la que se calibra el sistema tridimensional de coordenadas absoluto definido en el espacio con relación al sistema tridimensional de coordenadas en el plano láser (19).After the two-dimensional calibration phase made with the three-dimensional calibration device (20), it knows the position of the points of the piece (30) defined in the coordinate system in the laser plane (19), but to determine the actual position of these points in a three-dimensional system of XYZ absolute coordinates, previously you have to know the position and orientation of the laser plane (16) at each turn, that is, at each turn encoder pulse that gives the three-dimensional scanning device (10) For this, a piece of standard revolution is used, similar to the piece (30), with which the three-dimensional system of absolute coordinates defined in space in relation to the system three-dimensional coordinates in the laser plane (19).

En el supuesto ideal de que el eje de giro del plano láser (16) coincidiera con el eje de revolución de la pieza (30), las ecuaciones de posición del plano láser (16), suponiendo N pulsos de encoder por vuelta serían:In the ideal assumption that the axis of rotation of the laser plane (16) coincided with the axis of revolution of the piece (30), the position equations of the laser plane (16), assuming N encoder pulses per lap would be:

Coordenadasabsolutas = f(CoordenadasPlanoLaser,\ pulsoEncoder)Absolute Coordinates = f (Coordinates: PlaneLaser, \ Pulse Encoder)

\quadquad
X_{Absoluta} = X_{laser} \cdot cos(2\cdot \pi \cdot n/N)X_ {Absolute} = X_ {laser} \ cdot cos (2 \ cdot \ pi \ cdot n / N)

\quadquad
Y_{Absoluta} = Y_{laser} \cdot sin(2 \cdot \pi \cdot n/N)Y_ {Absolute} = Y_ {laser} \ cdot sin (2 \ cdot \ pi \ cdot n / N)

\quadquad
Z_{Absoluta} = Z_{laser}Z_ {Absolute} = Z_ {laser}

Sin embargo, el plano láser (16) realmente realiza movimientos respecto a un eje de giro desconocido, debido a las holguras mecánicas del eje del motor (15), por lo que es complejo conocer la situación del plano láser (16) respecto del eje de giro (14) en cada momento. Para modelizar de forma general la posición del plano láser respecto al eje de giro se calculan unos parámetros (X0, Y0, Alfa, Beta, Gamma) que conforman la ecuación de paso entre el sistema de coordenadas láser (19) y el sistema de referencia absoluto.However, the laser plane (16) really performs movements with respect to an unknown axis of rotation, due to the mechanical clearances of the motor shaft (15), so it is complex to know the situation of the laser plane (16) with respect to the axis of rotation (14) in each moment. To generally model the position of the laser plane relative to the axis of rotation are calculated about parameters (X0, Y0, Alpha, Beta, Gamma) that make up the equation of step between the laser coordinate system (19) and the system of absolute reference.

Coordenadasabsolutas = f (CoordenadasPlanoLaser,\ pulsoEncoder,\ X_{0}, Y_{0}, \alpha, \beta, \gamma)Absolute Coordinates = f (Coordinates: PlaneLaser, \ Pulse Encoder, \ X_ {0}, Y_ {0}, \ alpha, \ beta, γ)

Una vez conocida la posición de cada punto en el espacio siguiendo estos procesos de calibrado, se tiene relacionado el espacio real con el detectado por la focal de la cámara y ya puede procederse a completar el procedimiento de escaneo en tres dimensiones que se resume en la Figura 5, reuniendo todas las fases como sigue:Once the position of each point in the space following these calibration processes, it is related the real space with the one detected by the camera's focal point and already the scanning procedure can be completed in three dimensions that are summarized in Figure 5, gathering all the phases as follows:

(1) calibración previa, primero con el dispositivo de calibrado (20) y seguidamente con una pieza patrón;(1) prior calibration, first with the calibration device (20) and then with one piece Pattern;

(2) determinación de los perfiles de la pieza de revolución (30) que se requieren mediante el barrido giratorio con el dispositivo de escaneado (10);(2) determination of the profiles of the piece of revolution (30) that are required by rotating sweeping with the scanning device (10);

(3) extracción de los puntos de proyección del corte en el plano de cámara (17), definidos en píxeles, correspondientes al borde de la pieza (30);(3) extraction of the projection points of the camera plane cut (17), defined in pixels, corresponding to the edge of the piece (30);

(4) conversión de los puntos en píxeles a puntos de proyección en el plano láser (16) definidos en medidas de longitud, usualmente milímetros;(4) conversion of points in pixels to points of projection in the laser plane (16) defined in measurements of length, usually millimeters;

(5) cálculo de la posición real del plano láser (16) en el espacio y establecimiento de los puntos de interés en el sistema tridimensional de coordenadas absoluto;(5) calculation of the actual position of the laser plane (16) in the space and establishment of points of interest in the three-dimensional absolute coordinate system;

(6) generación de la imagen en tres dimensiones que corresponde a la pieza (30);(6) three-dimensional image generation corresponding to the piece (30);

(7) filtrado de puntos y ajuste a las circunferencias, para el caso de piezas (30) de sección circular, para extraer medidas tales como radios, circularidad, concentricidad, espesor mínimo, espesor máximo, ángulo de bisel,...(7) point filtering and adjustment to circumferences, in the case of pieces (30) of circular section, to extract measures such as radii, circularity, concentricity, minimum thickness, maximum thickness, angle of bezel,...

Efectivamente, a partir de la imagen tridimensional obtenida de la pieza de revolución (30), por medio de un software específicamente desarrollado para la aplicación, pueden realizarse operaciones posteriores: El filtrado de puntos se refiere a la eliminación de ruidos o puntos espúreos alejados de la media de las mediciones obtenidas, una vez determinados los puntos de una pieza (30) cilíndrica en el sistema de coordenadas absoluto. Con ello, se puede proceder a la obtención de la ecuación tridimensional de la circunferencia asociada a la periferia de la pieza (30). A partir de tales ecuaciones de circunferencia perfectas, efectuando numerosos cortes con el láser por planos perpendiculares a las circunferencias según distintos ángulos, de 0 a 180, se obtienen los puntos de corte de dichos planos con cada una de las circunferencias y se pueden extraer datos sobre las dimensiones deseadas de la pieza (30).Indeed, from the image three-dimensional obtained from the piece of revolution (30), by means of software specifically developed for the application, subsequent operations can be performed: Point filtering is refers to the elimination of noise or spurious points away from the average of the measurements obtained, once the points have been determined of a cylindrical part (30) in the absolute coordinate system. With this, you can proceed to obtain the equation three-dimensional circumference associated with the periphery of the piece (30). From such circumference equations perfect, making numerous cuts with the laser by planes perpendicular to the circumferences according to different angles, of 0 at 180, the cut points of said planes are obtained with each one of the circumferences and data on the desired dimensions of the piece (30).

Claims (8)

1. Dispositivo de escaneo tridimensional para piezas de revolución, que comprendiendo medios de captación de imágenes y fuentes de iluminación montados conjuntamente en un elemento mecánico equilibrado de sujeción (13), se caracteriza porque adicionalmente comprende un eje de giro (4) conectado al elemento de sujeción (13) por un extremo y por el otro a un servomotor, siendo el eje de giro (14) susceptible de posicionarse sustancialmente en paralelo con respecto al eje de revolución de una pieza (30) y hacer girar el elemento de sujeción (13) a determinada distancia respecto a dicha pieza (30), mediante la acción del servomotor, de modo que los medios de captación de imágenes se mantienen a una distancia y un ángulo determinados con respecto a las fuentes de iluminación orientadas hacia la pieza de revolución.1. Three-dimensional scanning device for revolution parts, comprising image capture means and lighting sources mounted together in a balanced mechanical clamping element (13), is characterized in that it additionally comprises a rotation axis (4) connected to the element for securing (13) at one end and at the other to a servomotor, the axis of rotation (14) being able to be positioned substantially in parallel with respect to the axis of revolution of a piece (30) and rotating the clamping element ( 13) at a certain distance from said part (30), by the action of the servomotor, so that the image collection means are kept at a certain distance and angle with respect to the lighting sources oriented towards the revolution piece . 2. Dispositivo de escaneo según reivindicación 1, caracterizado porque los medios de captación de imágenes constan de al menos una cámara (11) de visión artificial.2. Scanning device according to claim 1, characterized in that the image collection means consist of at least one artificial vision camera (11). 3. Dispositivo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las fuentes de iluminación constan de al menos un emisor láser (12, 12').3. Device according to any of the preceding claims, characterized in that the lighting sources consist of at least one laser emitter (12, 12 '). 4. Dispositivo de calibrado para el escaneo en tres dimensiones de piezas con geometría de revolución, donde utilizando una cámara (11) de visión artificial que define un plano de cámara (17) y al menos un emisor láser (12, 12') que define un plano láser (16) se determinan unos puntos de proyección del corte entre el plano láser (16) y plano de cámara (17) definidos en píxeles, caracterizado porque consiste en un cuerpo de revolución con un cabezal cónico (21) dotado de una pluralidad de escalonados concéntricos (22), montado en un soporte triédrico de posicionamiento preciso, sobre el que se realiza un escaneo avanzando progresivamente una cierta distancia por un eje del soporte triédrico dispuesto en concordancia con el plano láser (16) y mediante el cual se determinan los puntos de proyección definidos en medidas de longitud.4. Calibration device for three-dimensional scanning of parts with revolution geometry, where using an artificial vision camera (11) that defines a camera plane (17) and at least one laser emitter (12, 12 ') that defines a laser plane (16), projection points of the cut between the laser plane (16) and camera plane (17) defined in pixels are determined, characterized in that it consists of a body of revolution with a conical head (21) provided with a plurality of concentric steps (22), mounted on a tripod support of precise positioning, on which a scan is carried out progressively advancing a certain distance along an axis of the trihedral support arranged in accordance with the laser plane (16) and by which The projection points defined in length measurements are determined. 5. Procedimiento de escaneo en tres dimensiones para piezas de revolución, basado en la triangulación óptica mediante láser, utilizando una cámara (11) de visión artificial que define un plano de cámara (17) y al menos un emisor láser (12, 12') que define un plano láser (16), caracterizado porque comprende las siguientes fases:5. Three-dimensional scanning procedure for revolution parts, based on laser optical triangulation, using an artificial vision camera (11) that defines a camera plane (17) and at least one laser emitter (12, 12 ' ) that defines a laser plane (16), characterized in that it comprises the following phases: - determinar unos perfiles de una pieza de revolución (30) mediante cortes del plano láser (16) con dicha pieza (30) producidos por un barrido giratorio con un dispositivo de escaneo (10) conforme se describe en las reivindicaciones 1 a 3, haciendo girar la cámara (11) junto con el emisor láser (12, 12') a determinada distancia respecto a la pieza de revolución (30) y de modo que la cámara (11) se mantiene a una distancia y un ángulo determinados con respecto al emisor láser (12, 12');- determine profiles of a piece of revolution (30) by means of laser plane cuts (16) with said piece (30) produced by a rotating sweep with a device scan (10) as described in claims 1 to 3, by rotating the camera (11) together with the laser emitter (12, 12 ') to certain distance from the piece of revolution (30) and from so that the camera (11) is kept at a distance and an angle determined with respect to the laser emitter (12, 12 '); - determinar unos puntos de proyección del corte en el plano de cámara (17), definidos en píxeles, entre el plano láser (16) y el borde de la pieza de revolución (30);- determine cut projection points in the camera plane (17), defined in pixels, between the plane laser (16) and the edge of the revolution piece (30); - convertir los puntos de proyección en píxeles a puntos de proyección en el plano láser (16) definidos en medidas de longitud, mediante la relación entre el plano láser (16) y el plano de cámara (17);- convert projection points to pixels to projection points on the laser plane (16) defined in measurements in length, through the relationship between the laser plane (16) and the camera plane (17); - determinar la posición real del plano láser (16) con el cálculo de la corrección geométrica entre el eje de giro (14) del conjunto cámara (11)-emisor láser (12, 12') y el plano láser (16);- determine the actual position of the laser plane (16) with the calculation of the geometric correction between the axis of rotation (14) of the camera assembly (11) - laser transmitter (12, 12 ') and the laser plane (16); - determinar la posición real de los puntos de proyección definidos en medidas de longitud en un sistema tridimensional de coordenadas absoluto.- determine the actual position of the points of projection defined in length measurements in a system three-dimensional absolute coordinates. 6. Procedimiento de escaneo según reivindicación 5 caracterizado porque adicionalmente comprende, antes de la fase de determinación de los perfiles de la pieza de revolución mediante el barrido giratorio, las siguientes fases:6. Scanning method according to claim 5 characterized in that it additionally comprises, before the phase of determining the profiles of the revolution piece by means of the rotary scanning, the following phases: - calibrar un sistema tridimensional de coordenadas en el plano láser con relación a un sistema tridimensional de coordenadas en el plano de cámara establecido como referencia, utilizando un dispositivo de calibrado (20) según se describe en la reivindicación 4;- calibrate a three-dimensional system of coordinates in the laser plane in relation to a system three-dimensional coordinates in the established camera plane as a reference, using a calibration device (20) according to is described in claim 4; - calibrar el sistema tridimensional de coordenadas absoluto en el espacio con relación al sistema tridimensional de coordenadas en el plano láser (16), utilizando una pieza de revolución patrón.- calibrate the three-dimensional system of absolute coordinates in space relative to the system three-dimensional coordinate in the laser plane (16), using A piece of pattern revolution. 7. Procedimiento de escaneo según cualquiera de las reivindicaciones 5 ó 6, caracterizado porque adicionalmente comprende, después de la fase de determinación de la posición real de los puntos de proyección, una fase de generación de la imagen tridimensional de dicha pieza de revolución (30).7. Scanning method according to any of claims 5 or 6, characterized in that it additionally comprises, after the phase of determining the actual position of the projection points, a phase of generating the three-dimensional image of said piece of revolution (30 ). 8. Procedimiento de escaneo según cualquiera de las reivindicaciones 5, 6 ó 7, caracterizado porque adicionalmente comprende, después de la fase de determinación de la posición real de los puntos de proyección, una fase de filtrado de dichos puntos para extraer medidas de la pieza de revolución (30).8. Scanning method according to any one of claims 5, 6 or 7, characterized in that it additionally comprises, after the phase of determining the actual position of the projection points, a filtering phase of said points to extract measurements from the part of revolution (30).
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108107442A (en) * 2016-11-24 2018-06-01 武汉万集信息技术有限公司 A kind of 360 ° of scanning laser range-measurement systems and distance measuring method

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3970781A (en) * 1974-08-22 1976-07-20 Crosfield Electronics Limited Apparatus for maintaining the position of a working head in relation to a cylindrical workpiece
US5173796A (en) * 1991-05-20 1992-12-22 Palm Steven G Three dimensional scanning system
US20050111009A1 (en) * 2003-10-24 2005-05-26 John Keightley Laser triangulation system

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3970781A (en) * 1974-08-22 1976-07-20 Crosfield Electronics Limited Apparatus for maintaining the position of a working head in relation to a cylindrical workpiece
US5173796A (en) * 1991-05-20 1992-12-22 Palm Steven G Three dimensional scanning system
US5276546A (en) * 1991-05-20 1994-01-04 Butch Beaty Three dimensional scanning system
US20050111009A1 (en) * 2003-10-24 2005-05-26 John Keightley Laser triangulation system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108107442A (en) * 2016-11-24 2018-06-01 武汉万集信息技术有限公司 A kind of 360 ° of scanning laser range-measurement systems and distance measuring method

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