ES2630387A1 - Sistema para control geométrico de precisión de piezas tridimensionales de gran tamaño y método para dicho sistema - Google Patents
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Abstract
Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño; del tipo basado en fotogrametría, que comprende, unas cámaras (3) para toma de imágenes desde, al menos, dos puntos de vista, unos puntos de control dispuestos en dicha pieza (2) para ser captados por las cámaras (3) y un procesador (6) de las imágenes captadas por las cámaras (3) para medir el desvío de las posiciones reales (7) con respecto a las posiciones previstas (8), y que comprende unos puntos de control (4) tridimensionales y una disposición (9, 9a) de cámaras (3) en número y posición suficiente para que cada punto de control (4) sea tomado simultáneamente por, al menos, tres cámaras (3). La invención también comprende un método para el sistema.
Description
Objeto de la Invención
La presente invención se refiere a un sistema para control geométrico de precisión de piezas tridimensionales de gran tamaño y a un método para dicho sistema.
En la actualidad se conoce y utiliza la técnica de la fotogrametría para determinar las propiedades geométricas de los objetos y las situaciones espaciales a partir de imágenes instantáneas (fotográficas). Asociada un procesador que sea capaz de comparar las posiciones reales con las posiciones ideales o previstas, sirve como control de calidad en la fabricación de piezas, ya que es capaz de determinar si en una pieza fabricada o real existen deformaciones o variaciones de forma con respecto a la ideal o proyectada.
Su funcionamiento se basa en utilizar, al menos, una cámara para la toma de imágenes desde, al menos, dos posiciones no simultaneas, del objeto o pieza a comprobar donde se disponen unos puntos de control para ser captados por dichas cámaras, y el procesador de las imágenes captadas por las cámaras que compara las posiciones reales con las ideales. Con una sola toma se pueden medir imágenes en el plano. Utilizando dos tomas se tienen dos puntos de vista de forma similar a la visión estereoscópica, con lo que se pueden obtener mediciones tridimensionales, y se utiliza normalmente a largo alcance, para mediciones cartográficas con vistas aéreas y precisiones bajas, a alcance medio de objetos grandes con precisiones medias, y a corto alcance para objetos pequeños y precisiones altas.
Si no se tiene una posición inicial conocida de las cámaras a al menos, alguno de los puntos de control se suele utilizar una referencia con una distancia conocida para cuantificar las distancias y obtener las posiciones de los puntos de control, por ejemplo la distancia a dos hitos geográficos conocidos, o en el plano con una escala gráfica.
Sin embargo, el uso de la fotogrametría no está extendido en el control de calidad de piezas industriales de gran tamaño que requieran altas precisiones, ya que este tipo de mediciones precisan realizarse a corta distancia y con precisión del orden de décimas de milímetro, características que no son capaces de ser implementadas en fotogrametría según su concepción actual si las piezas a medir implican distancias en las tres dimensiones de los puntos de control que no sean pequeñas en comparación con la distancia a la que se disponen las cámaras (de hecho los puntos de control se implementan a través de pegatinas dispuestas en posición enfrentada a las cámaras, que siendo elementos planos implican que el movimiento o variación de posición a medir se desarrolla fundamentalmente en un plano o en un espacio de profundidad reducida respecto a sus otras dos dimensiones.
Por otro lado, la alta precisión en las mediciones puede ser afectada por diversos factores como movimientos, por pequeños que sean, del objeto a medir y de las cámaras entre distintas tomas y/o mediciones de distintas piezas, por cambios de temperatura (dilataciones) en la estructura del objeto a medir, o vibraciones por resonancia natural de la estructura del objeto a medir.
Por estas razones, en el control de calidad de la geometría de piezas de precisión se suele utilizar la tecnología Laser Tracker, o medición por láser utilizando elementos reflectantes en los puntos de control, para reflejar un haz laser para su detección. El problema es que esta tecnología, a pesar de ofrecer precisiones muy elevadas, tiene un rendimiento bajo, ya que es lenta y ralentiza las operaciones de control. Además esta tecnología no permite la medición simultánea de todos los puntos de control, con lo que se ve afectada por efectos descritos de movimiento, cambios de temperatura y vibración.
Descripción de la invención
El sistema de la invención tiene una configuración que permite su utilización para la comprobación industrial de la geometría de piezas tridimensionales de gran tamaño con alta precisión durante su control de calidad, pudiendo alcanzar precisiones del orden de una décima de milímetro, y con una velocidad de proceso muy superior a la de la tecnología Laser Tracker, ya que puede trabajar con tomas o imágenes únicas que abarcan múltiples puntos de control simultáneamente.
El sistema es del tipo basado en fotogrametría, que comprende, unas cámaras para toma de
imágenes, unos puntos de control dispuestos en dicha pieza para ser captados por las
cámaras, y un procesador de las imágenes captadas por las cámaras para medir el desvío de
las posiciones reales con respecto a las posiciones previstas, donde de acuerdo con la
invención comprende unos puntos de control tridimensionales y una disposición de cámaras
en número y posición suficiente para que cada punto de control sea tomado simultáneamente
por, al menos, tres cámaras.
De este modo, la toma simultanea nos evita errores de variaciones de posición no simultáneas
de los puntos de control que pueden darse en tomas sucesivas, y además con este sistema
las cámaras pueden disponerse en distintas posiciones para la misma medición siempre que
se cumpla la condición de que cada punto de control sea visualizado simultáneamente por, al
menos, tres cámaras, sin ser necesario, por tanto, que las cámaras se ubiquen siempre en
posiciones fijas predeterminadas como en los sistemas de medición por láser, aumentando la
flexibilidad del sistema
En el presente documento, como puntos de control tridimensionales se quiere indicar que los
mismos tienen tres dimensiones en el espacio, y que además tienen una configuración
geométrica con un centro geométrico en el espacio se puede determinar a partir de su forma
exterior, de forma que con las imágenes captadas con su observación fotogramétrica desde
dos puntos de vista se puede calcular exactamente su centro geométrico con las precisiones
indicadas. El ejemplo más simple sería la forma esférica. Igualmente la toma simultánea
significa que las cámaras realizan una toma a la vez, de forma que las variaciones de posición
de los puntos de control serían registrados por todas las cámaras, a diferencia de las tomas
sucesivas que se realizan actualmente, y que producen errores de medición.
El método de la invención comprende:
-disponer una serie de puntos de control tridimensionales en la pieza a controlar,
-colocar una disposición de cámaras de fotogrametría de forma que abarquen cada punto de
control por, al menos, tres cámaras,
-obtener unas imágenes de escena fija y/o de escena variable,
-determinar las coordenadas de los centros geométricos de los puntos de control
tridimensionales de forma redundante respecto de un sistema de referencia predeterminado,
-comparar por medio de un procesador los desvíos de las posiciones obtenidas con unas
posiciones correctas predeterminadas respecto del sistema de referencia predeterminado, -emitir informe de errores en caso de que los desvíos superen los máximos aceptables, -comprobar la correcta posición de los puntos de control en caso de informe de errores, -descartar la pieza en caso de informe de errores y posición correcta de los puntos de control.
En el presente documento, como imágenes de escena fija se entiende que las cámaras están en posición fija y toman imágenes de la escena completa (toda la parte visible de la pieza a controlar desde cada cámara) de forma simultánea, de forma que empleando intersecciones visuales sobre cada punto realizadas desde un mínimo de tres cámaras o estaciones se obtienen coordenadas de los puntos con redundancia. Como imágenes de escena variable se entiende que se emplean una serie de cámaras que pueden rotar alrededor de un punto fijo, con zoom variable, que realizan instantáneas simultaneas de cada punto de control de forma individual, de forma que empleando intersecciones visuales sobre cada punto realizadas desde un mínimo de tres estaciones se obtienen coordenadas de los puntos con redundancia. Precisamente dicha redundancia permite efectuar comprobaciones de las mediciones obtenidas para descartar aquellas que sean incongruentes, aumentando la exactitud de la medición
Figura 1.-Muestra una vista esquemática del sistema de la invención aplicado en la medición de una pieza con una disposición de cámaras de escena fija.
Figura 2.-Muestra una vista esquemática del sistema de la invención aplicado en la medición de una pieza con una disposición de cámaras de escena variable.
Figura 3 Y 4.-Muestran sendas vistas en detalle de un punto de control del sistema de la invención y de su zócalo, donde en la figura 3 la esfera está desacoplada del zócalo y en la figura 4 colocada en dicho zócalo.
El sistema de la invención es del tipo basado en fotogrametría, que comprende unas cámaras
(3) para toma de imágenes, unos puntos de control para ser captados por las cámaras (3)
dispuestos en dicha pieza (2), un procesador (6) de las imágenes captadas por las cámaras
(3) para medir el desvío de las posiciones reales (7) con respecto a las posiciones previstas (8), y pudiendo comprender también unos puntos o distancias de referencia (5) para calibrar el sistema (1) y, donde de acuerdo con la invención, el sistema (1) comprende unos puntos de control (4) tridimensionales y una disposición (9, 9a) de cámaras (3) en número y posición suficiente para que cada punto de control (4) sea tomado simultáneamente por, al menos, tres cámaras (3).
Se ha previsto que los puntos de control (4) tridimensionales comprendan preferentemente esferas (4a), como se ve en las figuras 3 y 4, e idealmente también unos zócalos (4b) para dichas esferas (4a) y unos medios de fijación de dichos zócalos (4b) a la pieza (2) a medir ya la propia esfera (4a).Dichos medios de fijación comprenden porciones (4c) magnéticas o magnetizadas capaces de fijarse a partes ferromagnéticas de la pieza y a la esfera (4a), que igualmente será en este caso de material ferromagnético.
Para asegurar que no hay movimiento en las cámaras ni variaciones de posición debidas a dilataciones o contracciones por cambios de temperatura y asegurar la precisión, las cámaras
(3) comprenden sensores de vibración (11) (acelerómetros) y/o sensores de temperatura (12), de forma que no se realizarán tomas si dichos sensores (11 , 12) detectan vibraciones o temperaturas fuera de rango. Igualmente, para aislar a las cámaras (3) y sensores (11 , 12) de polvo e inclemencias del entorno se ha previsto que estos elementos se encuentren preferentemente dispuestos en el interior de unas carcasas (10) herméticas, dentro de las cuales se estabilizará la temperatura. Una vez realizada la disposición de las cámaras para las tomas será necesario incorporar el hardware necesario (alimentación) que garantice la autonomía del sistema. También se prefieren conexiones cableadas (13) entre cámaras (3) y procesador (6) en entornos industriales, ya que implican menor mantenimiento, y por tanto menores manipulaciones.
En la figura 1 se muestra una posible primera disposición (9) de cámaras (3) en escena fija, que comprende una pluralidad de cámaras (3) dispuestas en primeras posiciones determinadas (20) por las características de la pieza a medir, que abarcan todos los puntos de control (4) (y los puntos o distancias de referencia (5) si los hubiera) por al menos tres cámaras en una misma toma simultánea.
En la figura 2 se muestra una posible segunda disposición (9a) de cámaras (3) de escena
variable, que comprende una pluralidad de cámaras (3) dispuestas en segundas posiciones
determinadas (21) y montadas en soportes rotativos (14) y con zoom (15) variable que
abarcan un punto de control (4) individual en cada toma por al menos, tres cámaras.
En cualquiera de las dos disposiciones (9, 9a), la posición óptima de las cámaras (3) es
aquella que garantiza que cada punto de control (4) a medir sea observado con un mínimo de
tres puntos de vista , cuyas visuales formen dos a dos un ángulo de intersección (o ángulo
paraláctico) en el punto de medida lo más próximo posible a 90 grados.
El método para para control geométrico de precisión de piezas tridimensionales comprende:
-disponer una serie de puntos de control (4) tridimensionales en la pieza (2) a controlar,
-colocar una disposición (9, 9a) de cámaras (3) de fotogrametría de forma que abarquen cada
punto de control (4) por, al menos, tres cámaras (4),
-obtener unas imágenes de escena fija y/o de escena variable,
-determinar las coordenadas de los centros geométricos (40) de los puntos de control (4)
tridimensionales de forma redundante respecto de un sistema de referencia predeterminado,
-comparar por medio de un procesador (6) los desvíos de las posiciones obtenidas con unas
posiciones correctas predeterminadas respecto del sistema de referencia predeterminado,
-emitir informe de errores en caso de que los desvíos superen los máximos aceptables,
-comprobar la correcta posición de los puntos de control (4) en caso de informe de errores,
-descartar la pieza (2) en caso de informe de errores y posición correcta de los puntos de
control (4).
Las disposiciones de cámaras (9, 9a) preferibles serán aquellas tales que cada punto de
control (4) sea observado con un mínimo de tres puntos de vista cuyas visuales formen dos a
dos un ángulo de intersección en el punto de medida lo más próximo posible a 90 grados.
La etapa de obtención de las coordenadas de los centros geométricos (40) de los puntos de
control (4) tridimensionales de forma redundante, comprende obtener dichas coordenadas dos
a dos desde, al menos, dos de las posibles parejas que se pueden configurar en cada grupo
de tres cámaras (3) que captan la posición de cada punto de control (4).
No obstante lo anterior, y puesto que la descripción realizada corresponde únicamente a un
ejemplo de realización preferida de la invención, se comprenderá que dentro de su esencialidad podrán introducirse múltiples variaciones de detalle, asimismo protegidas, que podrán afectar a la forma, el tamaño o los materiales de fabricación del conjunto o de sus partes, sin que ello suponga alteración alguna de la invención en su conjunto, delimitada únicamente por las reivindicaciones que se proporcionan en lo que sigue.
Claims (15)
- REIVINDICACIONES1.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño; del tipo basado en fotogrametría, que comprende, unas cámaras (3) para toma de imágenes desde, al menos, dos puntos de vista, unos puntos de control dispuestos en dicha pieza (2) para ser captados por las cámaras (3) y un procesador (6) de las imágenes captadas por las cámaras (3) para medir el desvío de las posiciones reales (7) con respecto a las posiciones previstas (8); caracterizado porque comprende unos puntos de control (4) tridimensionales y una disposición (9, 9a) de cámaras (3) en número y posición suficiente para que cada punto de control (4) sea tomado simultáneamente por, al menos, tres cámaras (3).
- 2.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según reivindicación 1 caracterizado porque los puntos de control (4) tridimensionales comprenden esferas (4a).
- 3.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según reivindicación 2 caracterizado porque los puntos de control (4) comprenden unos zócalos (4b) para las esferas (4a) y medios de fijación de dichos zócalos (4b) a la pieza(2) a medir y a las esferas (4a).
- 4.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según reivindicación 3 caracterizado porque los medios de fijación de los zócalos (4b) comprenden porciones (4c) magnéticas o magnetizadas, mientras que la piezas (2) y las esferas comprenden partes de material ferromagnético.
- 5.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las cámaras (3) comprenden sensores de vibración (11).
- 6.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las cámaras (3) comprenden sensores de temperatura (12).
- 7.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las cámaras (3) se encuentran dispuestas en el interior de unas carcasas (10) herméticas.
- 8.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque las conexiones entre cámaras (3) y procesador (6) comprenden conexiones cableadas (13).
- 9.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende una primera disposición (9) de cámaras (3) de escena fija , que comprende una pluralidad de cámaras (3) dispuestas en primeras posiciones determinadas (20) que abarcan todos los puntos de control (4) por al menos tres cámaras en una misma toma simultanea.
- 10.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8 caracterizado porque comprende una segunda disposición (9a) de cámaras (3) de escena variable, que comprende una pluralidad de cámaras (3) dispuestas en segundas posiciones determinadas (21) Y montadas en soportes rotativos (14) y con zoom (15) variable que abarcan un punto de control (4) individual en cada toma por al menos, tres cámaras.
- 11.-Sistema (1) para control geométrico de precisión de piezas (2) tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones 9 o 10 caracterizado porque las cámaras(3) se encuentran dispuestas de forma que cada punto de control (4) a medir es visto con un mínimo de tres puntos de vista, cuyas visuales forman dos a dos un ángulo de intersección en el punto de medida lo más próximo posible a 90 grados.
- 12.-Método para para control geométrico de precisión de piezas tridimensionales de gran tamaño caracterizado porque comprende: -disponer una serie de puntos de control (4) tridimensionales en la pieza (2) a controlar, -colocar una disposición (9, 9a) de cámaras (3) de fotogrametría de forma que abarquen cada punto de control (4) por, al menos, tres cámaras (4), -obtener unas imágenes de escena fija o de escena variable, -determinar las coordenadas de los centros geométricos (40) de los puntos de control (4) tridimensionales de forma redundante respecto de un sistema de referencia predeterminado,-comparar por medio de un procesador (6) los desvíos de las posiciones obtenidas con unas posiciones correctas predeterminadas respecto del sistema de referencia predeterminado, -emitir informe de errores en caso de que los desvíos superen los máximos aceptables, -comprobar la correcta posición de los puntos de control (4) en caso de error, y -descartar la pieza (2) en caso de informe de error y posición correcta de los puntos de control (4).
- 13.-Método para para control geométrico de precisión de piezas tridimensionales de gran tamaño según reivindicación 12 caracterizado porque la etapa de obtener unas imágenes de escena fija o de escena variable es sustituida por otra etapa que comprende la obtención de imágenes de escena fija y de escena variable.
- 14.-Método para para control geométrico de precisión de piezas tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones 12 o 13 caracterizado porque la disposición de cámaras (9, 9a) se realiza de forma que cada punto de control sea observado con un mínimo de tres puntos de vista cuyas visuales formen dos a dos un ángulo de intersección en el punto de medida lo más próximo posible a 90 grados
- 15.-Método para para control geométrico de precisión de piezas tridimensionales de gran tamaño según cualquiera de las reivindicaciones 12 a 14 caracterizado porque la obtención de las coordenadas de los centros geométricos (40) de los puntos de control (4) tridimensionales de forma redundante se realiza obteniendo dichas coordenadas dos a dos desde, al menos, dos de las posibles parejas que se pueden formar en cada grupo de tres cámaras (3) que captan la posición de cada punto de control (4).10116Fig. 16 "9aFig.2\ 44--·+'4a4bFig.3Fig. 4
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