ES2886274A1

ES2886274A1 - Sistema telescopico de verificacion volumetrica basado en multilateracion laser simultanea

Info

Publication number: ES2886274A1
Application number: ES202030577A
Authority: ES
Inventors: Martin Juan José Aguilar; Mazo Jorge Santolaria; Dueso Francisco Javier Brosed; Cacho Raquel Acero; Garcia José Antonio Albajez; Sancho Jesús Velazquez
Original assignee: Universidad de Zaragoza
Current assignee: Universidad de Zaragoza
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2021-12-16
Anticipated expiration: 2040-06-15
Also published as: ES2886274B2; WO2021255308A1

Abstract

Sistema telescópico de verificación volumétrica basado en multilateración laser simultanea. La presente invención proporciona un sistema de verificación volumétrica, que comprende una pluralidad de bases (1), una pluralidad de brazos (2) y un cuerpo de referencia común (3). Cada brazo (2) comprende un primer extremo (21) configurado para pivotar con respecto a una de las bases (1) y un segundo extremo (22) formado por un tridente con tres dedos que permite el registro de varios brazos de forma simultánea. El cuerpo de referencia común (3) está situado en contacto con los segundos extremos (22) de los brazos (2).

Description

DESCRIPCIÓN

SISTEMA TELESCÓPICO DE VERIFICACIÓN VOLUMÉTRICA BASADO EN

MULTILATERACIÓN LASER SIMULTANEA

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere al campo de los sistemas de verificación volumétrica de errores en sistemas productivos: máquinas herramienta, sistemas de medición por coordenadas o robots.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En el estado de la técnica se conocen numerosos métodos para comprobar la precisión en la localización de un elemento aplicados a la verificación de los errores de los sistemas productivos. La medición indirecta realiza una determinación conjunta de los errores en el volumen de trabajo en menor tiempo que la medición directa, que consiste en medir todos los errores de forma independiente. Dentro de estos métodos se encuentra la verificación volumétrica, entendida como identificación intensiva de errores del modelo cinemático a partir solo de datos precisos de distancias medidas en el volumen de trabajo.

Otras técnicas, como las basadas en interferometría láser con o sin tracking son ampliamente utilizadas en el sector. Sin embargo, como las mediciones se realizan con un único retroreflector y que éste tiene un ángulo admisible para reflejar el rayo láser, las disposiciones óptimas desde el punto de vista de la incertidumbre de medición no permiten al retroreflector reflejar los rayos de todos los equipos simultáneamente. Además, es necesario tener en cuenta que el error de medida cambia cuando el retroreflector recibe el rayo en una dirección alejada de la bisectriz del ángulo admisible. Otros sistemas, como el Laser Tracer activo o pasivo, también presentan este problema, de forma que también hay una fuerte limitación en las posiciones desde las que el Laser Tracer puede capturar los datos de forma simultánea. Para resolver esta limitación, se deben realizar varios ciclos de medida independientes para tener la información necesaria para la multilateración, lo que hace que el proceso sea lento y costoso.

Si bien los sistemas antes descritos y sus procedimientos asociados sirven para realizar la verificación volumétrica de sistemas productivos, el principal problema de todos ellos y en particular de los sistemas telescópicos utilizados en máquinas pequeñas, es que necesitan repetir varios ciclos de medida para obtener una alta precisión por multilateración, debido a que no es posible medir simultáneamente desde varias posiciones con la distribución adecuada de los sistemas de medida.

Por ello, para la verificación de sistemas productivos no muy grandes, en los que se pueden usar equipos pasivos telescópicos, se hace necesario un sistema multiregistro que permita realizar en un solo ciclo todas las mediciones necesarias para acelerar la captura de datos de alta precisión. Así se podrán determinar los errores del sistema productivo en poco tiempo y evitar además la influencia de derivas temporales y de temperatura indeseadas.

Se plantea, por tanto, la necesidad de solucionar los problemas existentes actualmente en los procedimientos de verificación conocidos para máquinas no muy grandes con equipos pasivos telescópicos, para mejorar la precisión y la calidad de los datos obtenidos y así disponer de resultados más precisos en la determinación de los errores de las máquinas, instrumentos o robots.

DESCRIPCIÓN BREVE DE LA INVENCIÓN

La presente invención proporciona una solución alternativa al problema anteriormente propuesto mediante un sistema según la reivindicación 1. Las reivindicaciones dependientes definen realizaciones preferidas de la invención.

A menos que se defina de otra manera, todos los términos (tanto los científicos como los técnicos) que se usan en este documento han de ser interpretados como lo haría un experto en la materia. Se entenderá, por tanto, que los términos de uso común deben ser interpretados de la manera que lo haría un conocedor de la materia, y no de un modo idealizado o estrictamente formal.

A lo largo del texto, la palabra "comprende” (y sus derivados, como "comprendiendo”) no deben ser entendidos de un modo excluyente, sino que deben ser entendidos en el sentido en que admiten la posibilidad de que lo definido pueda incluir elementos o etapas adicionales.

Un objeto de la presente invención se refiere a un sistema de verificación volumétrica, que comprende

una pluralidad de bases;

una pluralidad de brazos, cada uno de ellos comprendiendo un primer extremo configurado para pivotar con respecto a una de las bases y un segundo extremo;

un cuerpo de referencia común situado en contacto con los segundos extremos de los brazos.

Con este sistema de verificación se obtienen dos ventajas principales: la primera es que se reduce el tiempo necesario para capturar los datos de medición, ya que en un solo paso se reciben todos los datos necesarios de los distintos brazos.

En segundo lugar, como los datos de los brazos se reciben simultáneamente, se mejora la precisión de los resultados, ya que el cuerpo común está situado exactamente en el mismo lugar cuando se realiza la única medición.

En realizaciones particulares, el cuerpo de referencia común es una esfera.

De este modo, no es necesario posicionar el cuerpo de referencia en ninguna posición particular, puesto que en cualquiera de las orientaciones se obtiene el mismo resultado.

En realizaciones particulares, el segundo extremo de cada brazo comprende un tridente que comprende tres dedos que proporcionan tres puntos de contacto con el cuerpo de referencia común.

El tridente registra el brazo respecto del cuerpo a medir, permitiendo que al menos tres brazos telescópicos puedan registrarse y girar simultáneamente e independientemente respecto del mismo punto gracias al diseño geométrico de sus dedos. Este diseño permite que los dedos se puedan entrelazar entre sí de forma que girando alrededor del eje del brazo siguen en contacto con la esfera evitando colisiones entre los dedos de los tridentes.

De este modo se consigue una triangulación que posiciona perfectamente el brazo con respecto al cuerpo de referencia común, pudiendo obtener una medida exacta de manera sencilla.

En realizaciones particulares, el tridente está roscado al brazo.

De este modo, se puede sustituir el tridente en caso de desgaste o en caso de que para una medición concreta sea necesario poner uno distinto.

En realizaciones particulares, los puntos de contacto o bien el cuerpo de referencia común es ferromagnético y está imantado.

De este modo, la esfera permanece siempre en contacto con los puntos de contacto, debido a la atracción magnética, y además los puntos de contacto de los distintos brazos se repelen entre sí, evitando que choquen.

En realizaciones particulares, los brazos comprenden medios de extensión telescópica y el primer extremo de cada brazo está configurado para pivotar sin desplazamiento con respecto a su base respectiva.

Una manera de conseguir el efecto de la invención es mediante unas articulaciones sin desplazamiento en el primer extremo de cada brazo. De este modo, el primer extremo se considera que tiene una posición fija y sólo se mide la extensión telescópica de cada brazo.

En otras realizaciones, el efecto se puede conseguir mediante otras alternativas, como el desplazamiento de las bases.

En realizaciones particulares, el primer extremo de cada brazo está unido a su base correspondiente mediante un sistema de rótula con una esfera magnética.

De este modo, se minimiza el rozamiento mientras que se asegura la exactitud en el registro.

En realizaciones particulares, las bases están situadas en un soporte colgado de un elemento del sistema sobre el cual se produce la medición. En otras realizaciones particulares, las bases están situadas sobre una mesa o bancada.

Cuando se desea verificar un elemento que está situado sobre una mesa o bancada (por ejemplo una mesa oscilo-batiente), es deseable que el sistema esté colgado (por ejemplo, del cabezal o del efector final del sistema productivo) de modo que los brazos midan hacia abajo.

Sin embargo, cuando el elemento que se desea verificar está situado en una posición más elevada, puede ser conveniente situar las bases en una superficie inferior, como una mesa, y que los brazos midan hacia arriba.

En realizaciones particulares, el sistema comprende al menos tres bases y tres brazos.

De este modo se consigue una triangulación de la posición del elemento a verificar.

En realizaciones particulares, cada brazo comprende un sistema de medida laser y un retroreflector para medir el desplazamiento.

De este modo se consigue una medida fiable que permite la obtención de los datos para verificar los errores del sistema productivo.

En realizaciones particulares, el sistema comprende adicionalmente un elemento de calibración con una pluralidad de registros de calibración unidos sólidamente y separados entre sí una distancia predeterminada.

De este modo, se puede mantener el sistema telescópico calibrado, detectando cualquier anomalía que pudiera provocar la sustitución de piezas.

DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS

Para completar la descripción y facilitar la mejor comprensión de la invención, se añade a la descripción un conjunto de figuras. Estas figuras forman parte de la descripción e ilustran un ejemplo particular de la invención, que no debe ser interpretado como limitante del alcance de la misma, sino como un mero ejemplo de cómo la invención se puede llevar a cabo. Este conjunto de figuras comprende las siguientes:

La Figura 1 muestra un ejemplo particular de un sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la invención.

La Figura 2 muestra un ejemplo particular de un sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la invención.

La Figura 3 muestra un detalle del contacto entre cada brazo y la esfera de referencia en una realización particular de un sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la invención.

La Figura 4 muestra una vista en sección del interior de uno de los brazos en una realización particular de un sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la invención.

La Figura 5 muestra un elemento de calibración de un sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la invención.

Con objeto de ayudar a una mejor comprensión de las características técnicas de la invención, las citadas Figuras se acompañan de una serie de referencias numéricas donde, con carácter ilustrativo y no limitativo, se representa lo siguiente:

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

Se procede a continuación a describir un ejemplo de realización preferida de la presente invención, aportada con fines ilustrativos pero no limitativos de la misma.

Las Figuras 1 y 2 muestran distintos ejemplos particulares de un sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la invención.

En ambos ejemplos, el sistema comprende tres bases 1, tres brazos 2 y una esfera de referencia 3.

Cada uno de los brazos 2 comprenden un primer extremo 21 configurado para pivotar con respecto a su base 1 correspondiente y un segundo extremo 22 opuesto al primer extremo.

El primer extremo 21 de cada uno de los brazos está dispuesto para pivotar sin desplazamiento con respecto a la base 1 correspondiente, mediante un sistema de rótula 5 con una esfera magnética.

El segundo extremo 22 de cada uno de los brazos 2 comprende un tridente 4 que proporciona tres puntos de contacto con la esfera de referencia 3.

Cada uno de los brazos 2 comprende unos medios de extensión telescópica, de modo que la longitud de cada brazo es variable para poder seguir en contacto a la esfera de referencia en cualquier punto del espacio de trabajo 10. En todo momento, la posición de la esfera de referencia 3 se puede calcular de forma precisa, puesto que la longitud extendida de cada brazo 2 se pueden medir con exactitud.

Por lo tanto, conocida la extensión de cada brazo es posible conocer exactamente la posición del centro de la esfera de referencia registrada en el elemento que se desea verificar.

En el ejemplo particular de la Figura 1, las bases 1 están situadas en un soporte 6 que está colgado del cabezal de la máquina.

De este modo, se consigue la verificación de un elemento de la máquina herramienta que está cercano a su base o cimentación.

De modo complementario, en el ejemplo particular de la Figura 2, las bases 1 están situadas sobre una mesa 7.

De este modo, se consigue la verificación de la posición de un elemento de máquina herramienta que está más elevado.

La figura 3 muestra un detalle del contacto entre cada brazo 2 y la esfera de referencia 3.

La esfera de referencia 3 está situada en contacto con los puntos de contacto del tridente 4 situado en el segundo extremo 22 de cada brazo 2. Este contacto se ve reforzado por el hecho de que los puntos de contacto están imantados y la esfera es metálica. De este modo, la esfera permanece siempre en contacto con los puntos de contacto, debido a la atracción magnética, y además los puntos de contacto de los distintos brazos se repelen entre sí, evitando que choquen.

Cada uno de los tridentes 4 está roscado a su respectivo brazo 2, de modo que pueden ser intercambiables (si, por ejemplo, una medida requiere una esfera más pequeña o más grande) o si sufre algún desperfecto que afecte a la calidad de la medición.

La Figura 4 muestra una vista en sección del interior de uno de los brazos, donde pueden observarse sus distintos elementos.

Cada brazo 2 comprende un sistema de medida laser 11 y un retroreflector 12 para medir el desplazamiento.

La Figura 5 muestra un elemento de calibración 8 adecuado para calibrar la medida de cada uno de los brazos telescópicos del sistema.

Este elemento de calibración 8 cuenta con una pluralidad de registros de calibración 81 unidos sólidamente entre sí y dispuestos cada uno de ellos a una distancia predeterminada.

Para calibrar el sistema, se extiende telescópicamente cada brazo hasta contactar cada uno de los registros 81. Como la distancia de cada uno de los registros se considera como patrón de calibración, se puede corregir la posible desviación de la medición de la extensión de cada uno de los brazos.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Sistema de verificación volumétrica, que comprende

una pluralidad de bases (1);

una pluralidad de brazos (2), cada uno de ellos comprendiendo un primer extremo (21) configurado para pivotar con respecto a una de las bases (1) y un segundo extremo (22) ;

un cuerpo de referencia común (3) situado en contacto con los segundos extremos (22) de los brazos (2).

2. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la reivindicación 1, en el que el cuerpo de referencia común es una esfera (3).

3. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la reivindicación 2, en el que el segundo extremo (22) de cada brazo comprende un tridente (4) que comprende tres dedos que proporcionan tres puntos de contacto con el cuerpo de referencia común (3).

4. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la reivindicación 3, en el que el tridente (4) está roscado al brazo (2).

5. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 3 o 4, en el que bien los puntos de contacto o bien el cuerpo de referencia común (3) es ferromagnético y está imantado.

6. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que los brazos (2) comprenden medios de extensión telescópica y el primer extremo de cada brazo está configurado para pivotar sin desplazamiento con respecto a su base (1) respectiva.

7. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el primer extremo (21) de cada brazo (2) está unido a su base (1) correspondiente mediante un sistema de rótula (5) con una esfera magnética.

8. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que las bases (1) están situadas en un soporte (6) colgado de un elemento del sistema sobre el cual se produce la medición.

10. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en el que las bases (1) están situadas sobre una mesa (7) o bancada.

11. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende al menos tres bases (1) y tres brazos (2).

12. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que cada brazo (2) comprende un sistema de medida laser (11) y un retroreflector (12) para medir el desplazamiento.

13. - Sistema de verificación volumétrica de acuerdo con la reivindicación 12, que comprende adicionalmente un elemento de calibración (8) con una pluralidad de registros de calibración (81) unidos sólidamente y separados entre sí una distancia predeterminada.