ES2605640T3 - Sistema de control para cables o similar - Google Patents

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ES2605640T3 ES13788936.6T ES13788936T ES2605640T3 ES 2605640 T3 ES2605640 T3 ES 2605640T3 ES 13788936 T ES13788936 T ES 13788936T ES 2605640 T3 ES2605640 T3 ES 2605640T3
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Abstract

Sistema de control de la carga o descarga de un cable (2) o similar sobre un tambor (3), en el que el tambor presenta un primer eje geométrico de rotación conocido de carga o descarga del cable, el sistema comprende también un medio (1) de formación de imágenes que apunta al cable desde una posición a una cierta distancia del eje geométrico de rotación del tambor, estando el medio de rotación de imágenes adaptado para medir la dirección del cable con respecto al eje geométrico rotacional del tambor, caracterizado porque dicho medio (1) de formación de imágenes está adaptado para proporcinar una imagen en 3D siendo así capaz de ofrecer la dirección del cable (2) en tres dimensiones.

Description

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DESCRIPCION
Sistema de control para cables o similar
La presente invencion se refiere a un sistema para controlar la carga o descarga de un cable o similar sobre un tambor, por ejemplo utilizando un cabrestante. Mas concretamente, la invencion se refiere al uso de una tecnologfa de camara 3D para situar el cable y medir el angulo del cable sobre el tambor del cabrestante en las instalaciones del cabrestante sobre buques llevando a cabo la recogida de datos sefsmicos en el mar, para compensar este angulo. Otra aplicacion relacionada para la misma tecnologfa es bobinar una cuerda de alambre sobre un cabrestante montado sobre una estructura de grua. Una tercera aplicacion de la tecnologfa esta destinada simplemente a fines de supervision, por ejemplo para detectar la posicion y direccion de un cable sobre la cubierta de un buque de que maniobra un ancla. Esta informacion podna utilizarse como parte de un sistema de seguridad para calculos de estabilidad de los buques.
Son conocidos los problemas relacionados con los cables que son enrollados sobre un tambor en un angulo que se desvfa de una direccion perpendicular y dichos problemas son analizados en el documento US 6523806, aunque para un uso diferente. Asf, se han analizado soluciones en las que el angulo del cable es detectado y el tambor es rotado para ajustar el angulo y mejorar el posicionamiento del cable sobre el tambor. El documento US 6523806 propone un medio diferente para conseguir este objeto, incluyendo una matriz de sensores luminosos y el documento US 4456199 describe una solucion en la que una camara es utilizada para controlar el devanado de un material sobre un carrete, mientras que el documento WO 1996/018566 propone el uso de unos brazos o espigas con sensores para mantener la direccion del cable de acuerdo con el tambor. Otros ejemplos de control de cables o similares se analiza en los documentos DE 19954072 A1, JP 2001/267169 A y WO 2005/031934 A1. Un sistema se muestra en el documento DE 19726285 A1 que incluye una camara que es capaz de observar la direccion de un cable que es cargado sobre un tambor, pero esta limitada a la direccion paralela al eje del tambor.
La presente invencion esta especialmente indicada para el uso sobre barcos u otros buques flotantes, en los que los desplazamientos del cable son dinamicos y el sistema de control necesita ser robusto. Asf, la matriz de sensor del documento US 6523806 ni las espigas de sensor del documento WO 1996/018566 son practicos en cuanto seran vulnerables al agua del mar, la suciedad del cable, los danos debidos al impacto procedentes del cable, etc. Asf, el objetivo de la presente invencion es suministrar un sistema robusto que pueda ser utilizado en condiciones adversas en el mar, proporcionando al tiempo un almacenaje preciso y fiable de los cables sobre un tambor o el control de la posicion de un cable. Esto se obtiene utilizando un sistema segun lo descrito en las reivindicaciones que se acompanan.
El documento JP H07 326637 describe un sistema para evaluar la posicion espacial de unas capas de electrodos que utilizan dos camaras, siendo la solucion espedfica para ese uso, pero no facilmente adaptable para el control de los cables que cambian de posicion y orientacion dinamicamente en uso.
Mas concretamente, la forma de realizacion preferente de la invencion incluye lo siguiente:
• El tratamiento de la camara y de la imagen proporciona unas mediciones en 3D de las posiciones y los angulos del cable con respecto al cabrestante o en un sistema de referencia seleccionado relevante para controlar la posicion. La camara o el dispositivo de formacion de imagenes puede ser una camara en 2D que suministre la posicion y orientacion del cable en un plano, de modo preferente, en paralelo al eje geometrico del tambor pero, con el fin de incrementar la precision, se utiliza una camara en 3D. La camara en 3D por sf misma es generalmente disponible y no se analizara aqrn.
• Las variaciones del aspecto del cable o de las condiciones de iluminacion se aplicaran practicamente en todas las situaciones que sean manejadas por medio de tecnicas de adquisicion de imagenes y de tratamiento de imagenes. En la presente memoria descriptiva el termino cable puede tambien entenderse como cadena, alambre, cuerda de fibra, umbilical o similares.
• El sensor del angulo del cable proporcionara datos validos para controlar la operacion del cabrestante con una elevada disponibilidad.
• El Sistema de Localizacion del Cable y de la Medicion del Angulo puede proporcionar un sistema operativo noche y dfa en condiciones diffciles.
A continuacion se describira la invencion con referencia a los dibujos que se acompanan, que ilustran la invencion por medio de ejemplos:
Figura 1 Ilustra una configuracion con tambores, soporte de camara, caja de camara y cables en dos
posiciones de muestra.
Figura 2 ilustra la vista a partir del medio de formacion de imagenes que detecta el cable y las posiciones
del cable.
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Figura 3 ilustra una forma de realizacion de la invencion con un tambor como se aprecia desde arriba.
Figura 4 ilustra una vista en perspectiva que muestra la forma de realizacion de la figura 3.
Figura 5 ilustra el cable con respecto a una superficie de fondo marcada de acuerdo con una forma de
realizacion de la invencion.
Figura 6 ilustra el campo de vision de la camara de acuerdo con una forma de realizacion de la invencion.
En la solucion practica para los estudios sfsmicos los cabrestantes para el manejo del cable 2 sfsmico son situados al descubierto sobre la cubierta trasera de los buques sfsmicos. La alineacion correcta del cable sobre el tambor 3 del cabrestante es un objetivo critico para el buque, en cuanto los danos que afectan al cable o al tambor del cabrestante pueden originar detenciones en la operacion y son extremadamente costosos.
Las principales razones para medir el angulo del cable sobre el tambor del cabrestante en este uso son:
• Evitar el arrastre del cable sobre el blindaje del tambor en cuanto la fuerza de traccion sobre el cable puede danar el cable a causa de unas flexion y frotamiento inaceptables del cable.
• El ajuste automatico del angulo del cabrestante al dar vueltas al cable para asegurar el autodevanado sobre el tambor.
• Mantener siempre el cabrestante en un angulo optimo con respecto al cable para evitar danos al cable debido a los movimientos transversales aplicados sobre el tambor.
Sobre un buque sfsmico el sistema debe quedar posicionado sobre la cubierta trasera que esta al descubierto, expuesta al sol, a las condiciones del tiempo, a las rociadas del mar, a la sal y a la humedad. La instalacion del sensor del angulo del cable debe gestionar todas estas condiciones. Estos buques son operados en todo tipo de mares, desde operaciones articas en el mar de Barents hasta condiciones calientes o humedas alrededor del Ecuador. Asf mismo, la instalacion del cabrestante esta sometida a las vibraciones creadas por la maquinaria del buque y por la helice. Las vibraciones pueden tambien producirse en el cable. Asf mismo, las operaciones de la grua de a bordo aerea en el area de la cubierta trasera pueden limitar la altura aceptada por encima de la estructura del cabrestante.
El cabrestante puede rotar alrededor de su eje geometrico vertical para seguir el movimiento del cable durante la operacion. Inmediatamente delante del cabrestante, puede haber un area de cubierta libre de metal pintado, ofreciendo un fondo bastante homogeneo cuando se mida directamente abajo. En los angulos de rotacion extremos, la pared exterior de la cubierta o incluso el mar pueden ser visibles desde una posicion de la camara.
De acuerdo con una forma de realizacion de la invencion, el sistema de acuerdo con la invencion puede comprender las siguientes partes:
1. Una camara en 3D que, de modo preferente, proporcione una informacion en 3D robusta en base a una vision estereo en 3D, una comunicacion con un ordenador que utiliza unos cables apropiados. Un tamano de chip de camara y una longitud focal de lente es seleccionada en base a la geometna de la instalacion. La camara y la tecnologfa relacionada como por ejemplo la iluminacion pueden ser escogidas de acuerdo con la situacion espedfica en base a exigencias tales como el contraste con el fondo, la separacion de colores, la resolucion, la profundidad de campo, la intensidad de la luz y el campo de vision.
Las diferentes partes del sistema deben ser facilmente cambiables y quedar hermeticamente cerradas a las condiciones del tiempo para soportar las condiciones existentes en el buque.
Como puede apreciarse en la figura 1, la camara 1 esta situada en una posicion y orientacion conocidas con respecto a los parametros de referencia del sistema, por ejemplo el eje geometrico del tambor y el eje geometrico vertical de la plataforma, escogiendose en la figura 1 para que se situe en el intervalo de 3,3 metros por encima y 2,4 m delante de un tambor que tenga 3 m de diametro.
Estas posiciones pueden escogerse manualmente sobre la instalacion y verificarse por el sistema o mediarse automaticamente utilizando rutinas no analizadas aqrn con detalle. Para proporcionar unos datos precisos, puede efectuarse algun tipo de objeto de referencia de calibracion para la calibracion del campo.
Dos parametros importantes contribuyen a la fiabilidad de los datos de medicion mostrados:
1. Los sistemas de calibracion y referencia: La transformacion a partir del sistema de referencia de la camara con respecto al sistema de referencia del cabrestante puede, de modo preferente, ser calibrada antes de su uso.
2. La fiabilidad en la deteccion del cable: Puede utilizarse un software para reconocer los objetos lineales en las imagenes en 2D o 3D, posiblemente ayudado por el uso de colores contrastantes en el fondo. Para
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asegurar la deteccion con colores del cable variables puede utilizarse una serie de colores de fondo diferentes y posiblemente alternados, por ejemplo, que alternen entre el negro y el blanco. El software de formacion de imagenes para incrementar el contraste en la gama de colores espedficos puede tambien ser aplicado.
Como se muestra en la figura 2, el medio de formacion de imagenes proporcionara una medicion de las coordenadas de una o mas partes del cable relacionadas con la posicion del cabrestante o del tambor, proporcionando asf una medida de la medicion del cable relacionada con el eje geometrico del cabrestante. De modo preferente, al menos dos conjuntos de coordenadas son suministradas para que se obtenga una direccion exacta.
Al utilizar las imagenes en dos dimensiones (2D) en las coordenadas x, y debe situarse una camara para conseguir una vision del cable que muestre la direccion del cable en un plano perpendicular del eje geometrico del tambor, apuntando por ejemplo asf hacia abajo desde una posicion por encima del cabrestante. La provision de una imagen en 3D requiere dos camaras pero puede proporcionar la direccion del cable en las coordenadas x, y, z y de esta manera quedar situada mas libremente con respecto al sistema de cabrestante. Tambien puede ser utilizado para gestionar la subida - bajada u otros movimientos en cuanto suministrara la direccion del cable con respecto a la circunferencia del tambor.
Con referencia a la figura 3, la forma de realizacion preferente de la invencion se muestra con un tambor 3 segun se aprecia desde arriba, en la que el cable 2 se muestra en dos posiciones, una esencialmente perpendicular al eje geometrico del tambor y otra con un angulo relativo con respecto al tambor. La camara 1, que esta situada por encima observara el angulo con respecto al eje geometrico, y en la forma de realizacion preferente que suministra una imagen en 3D del cable tambien la direccion con respecto, por ejemplo, el plano horizontal, como resulta evidente en la figura 4.
En una forma de realizacion preferente, como se muestra en la figura 5, un fondo 4 para el cable 2 esta provisto de un color contrastante, y puede tambien estar provisto de unas lmeas de referencia para asegurar la precision del sistema.
Como se ilustra en la figura 6, el cambio de vision desde la camara no cubre necesariamente el tambor 3 y esta adaptado para encontrar la trayectoria del cable hacia el tambor. Estrictamente hablando, el cable, el ancla, etc. pueden simplemente pasar por el tambor utilizando como un soporte para su carga o descarga, pero enrollandolo sobre una bobina o elemento similar a lo largo del cable.
De esta manera, para resumir la forma de realizacion principal de la invencion se refiere a un sistema principal para reducir la carga o descarga de un cable o similar sobre un tambor, en la que el tambor presenta un primer eje geometrico de rotacion conocido de carga o descarga del cable, el sistema comprende tambien un medio de formacion de imagenes que apunta al cable desde una posicion a una cierta distancia del eje geometrico de rotacion del tambor, estando el medio de formacion de imagenes adaptado para medir la direccion del cable con respecto al eje geometrico rotacional del tambor. El cable en este sentido puede ser de diferentes tipos, como por ejemplo cables conectados a registros sfsimcos, pero tambien incluyen cadenas de ancla, cabos sustentadores, cuerda de fibras, cuerda de alambres de acero o umbilicales, estando el sistema y especialmente el medio de formacion de imagenes adaptado para poder detectar las coordenadas de al menos un punto del cable, cadena, etc., con respecto al tambor.
La carga y descarga puede comprender un cabrestante, especialmente cuando se utilice en cables, pero tambien se contemplan otros medios, por ejemplo, cuando se utilizan en cadenas de anclas. El tambor en estos casos estara adaptado a la naturaleza del cable, cadena, etc. para ser cargado / descargado.
De modo preferente, el medio de formacion de imagenes esta adaptado para obtener una imagen en 3D, pudiendo asf proporcionar la direccion del cable en tres dimensiones encontrando el vector del cable en tres dimensiones o encontrando las coordenadas de una o mas posiciones a lo largo del cable.
Para mejorar el contraste de la imagen al menos una superficie de fondo situada en el lado opuesto del cable desde el medio de formacion de imagenes, presentando dicha superficie de fondo un color de contraste con respecto al color del cable.
El medio de formacion de imagenes puede estar situado a una cierta distancia tanto del eje geometrico del tambor como del eje geometrico del cable, y puede estar constituido por una o dos camaras de video que controlen el movimiento del cable o una sola camara de chasis que proporcione una secuencia de imagenes pudiendo asf detectar y controlar los cambios de la direccion en funcion del tiempo. Asf, la tasa de cambio puede tomarse en cuenta al controlar la orientacion y la gestion del tambor.
El sistema esta, de modo preferente, montado sobre una plataforma pivotante que puede ser rotada con respecto a un segundo eje geometrico que sea esencialmente perpendicular a dicho primer eje geometrico, en el que el sistema comprende un medio de control para hacer rotar la plataforma con respecto al segundo eje geometrico para
mantener una relacion esencialmente perpendicular entre dicho eje geometrico de rotacion del tambor y dicha direccion del cable.
Una aplicacion alternativa del sistema es medir la posicion de un cable con respecto a una cubierta que comprenda un medio de formacion de imagenes en 3D que este adaptado para detectar la posicion y orientacion del cable en 5 tres dimensiones, por ejemplo, situado sobre un buque que maneje el ancla y para transmitir esta informacion como entrada a un sistema de control que supervise la estabilidad del buque. El cable en este caso puede ser una cadena o un alambre de acero.
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Claims (11)

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    REIVINDICACIONES
    1. - Sistema de control de la carga o descarga de un cable (2) o similar sobre un tambor (3), en el que el tambor presenta un primer eje geometrico de rotacion conocido de carga o descarga del cable, el sistema comprende tambien un medio (1) de formacion de imagenes que apunta al cable desde una posicion a una cierta distancia del eje geometrico de rotacion del tambor, estando el medio de rotacion de imagenes adaptado para medir la direccion del cable con respecto al eje geometrico rotacional del tambor, caracterizado porque dicho medio (1) de formacion de imagenes esta adaptado para proporcinar una imagen en 3D siendo asf capaz de ofrecer la direccion del cable (2) en tres dimensiones.
  2. 2. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho cable (2) es una lmea de elevacion.
  3. 3. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho cable (2) esta conectado a un cable de registros sfsmicos.
  4. 4. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, que incluye al menos una superficie (4) de fondo situada sobre el lado opuesto del cable (2) respecto del medio (1) de formacion de imagenes, presentando dicha superficie (4) de fondo un color de contraste con respecto al color del cable.
  5. 5. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el medio (1) de formacion de imagenes esta situado a una cierta distancia tanto del eje geometrico del tambor como del eje geometrico del cable.
  6. 6. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que dicho medio (1) de formacion de imagenes esta constituido por una camara de video que controla el movimiento del cable.
  7. 7. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1 y que esta montado sobre una plataforma pivotante que puede girar con respecto a un segundo eje geometrico que es esencialmente perpendicular a dicho eje geometrico, en el que el sistema comprende un medio de control para hacer rotar la plataforma con respecto al segundo eje geometrico para mantener una relacion esencialmente perpendicular entre dicho eje geometrico de rotacion del tambor (3) y dicha direccion del cable (2).
  8. 8. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 1, que comprende un cabrestante para cargar y descargar dicho cable (2) o similar
  9. 9. - Sistema para controlar la posicion del cable (2) con respecto a la cubierta de un buque caracterizado porque comprende un medio (1) de formacion de imagenes en 3D que esta adaptado para detectar la orientacion y posicion del cable en tres dimensiones.
  10. 10. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 9, en el que dicho cable (2) es una cadena o un alambre de acero.
  11. 11. - Sistema de acuerdo con la reivindicacion 9, utilizado para suministrar informacion a un sistema para controlar la estabilidad de dicho buque.
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