ITTO20080492A1 - ULTRASOUND MEASUREMENT AND CARTOGRAPHY DEVICE - Google Patents

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Description

DESCRIZIONE dell'invenzione industriale dal titolo: "Dispositivo di misura e di cartografia ad ultrasuoni", DESCRIPTION of the industrial invention entitled: "Ultrasound measurement and cartography device",

TESTO DELLA DESCRIZIONE TEXT OF THE DESCRIPTION

L'invenzione riguarda un dispositivo di misura e di cartografia ad ultrasuoni o correnti di Foucault o altri comprendenti una sonda di misura da spostare su un pezzo di controllare. The invention relates to an ultrasound or eddy current measurement and cartography device or others comprising a measurement probe to be moved on a piece to be controlled.

In particolare dal documento US6519860 è noto il fatto di realizzare un dispositivo comprendente In particular from the document US6519860 the fact of realizing a device comprising

- un robot articolato multiasse comprendente un segmento terminale e codificatori, - a multi-axis articulated robot comprising a terminal segment and encoders,

- almeno una sonda di controllo ad ultrasuoni o correnti di Foucault o altri solidali al segmento terminale del robot articolato multiasse, - at least one ultrasound control probe or eddy currents or others integral with the terminal segment of the multi-axis articulated robot,

- mezzi di elaborazione di dati, per esempio un apparecchio di controllo non distruttivo, adatti a ricevere e ad elaborare i dati di posizione e di segnale della sonda misurata in questa posizione, mezzi di interfacciamento destinati a trasmettere dati di posizione della sonda fra il robot e i mezzi di elaborazione dati comprendenti mezzi di calcolo che permettono di trasformare i dati di posizione angolare di ogni codificatore che definiscono la posizione del segmento terminale del robot articolato multiasse sul quale la sonda è solidale, in valori cartesiani rispetto ad una determinata origine. - data processing means, for example a non-destructive testing apparatus, suitable for receiving and processing the position and signal data of the probe measured in this position, interfacing means intended to transmit probe position data between the robot and the data processing means comprising calculation means which allow to transform the angular position data of each encoder defining the position of the terminal segment of the multi-axis articulated robot on which the probe is integral, into Cartesian values with respect to a determined origin.

La realizzazione di queste cartografie implica la conoscenza del valore misurato dalla sonda per un gruppo di posizioni determinate da questa. Per questo, è necessario correlare un segnale ed una posizione della sonda. The realization of these cartographies implies the knowledge of the value measured by the probe for a group of positions determined by it. For this, it is necessary to correlate a signal and a position of the probe.

I robot presentano diversi segmenti articolati il cui spostamento viene effettuato rispetto ad una pluralità di assi di funzionamento comandati da un'unità di comando. Questo gruppo permette di spostare il segmento terminale in diverse posizioni. The robots have various articulated segments whose movement is carried out with respect to a plurality of operating axes controlled by a control unit. This group allows you to move the end segment to different positions.

L'apparecchio di controllo permette di acquisire e di elaborare i dati. Quindi è possibile riportare in uno spazio tridimensionale il valore della misura della sonda ad ultrasuoni per una determinata posizione dalla sonda per realizzare, per esempio, cartografie di misura. The recording equipment makes it possible to acquire and process the data. Therefore it is possible to report in a three-dimensional space the value of the measurement of the ultrasound probe for a determined position of the probe to create, for example, measurement maps.

La presente invenzione mira a proporre un dispositivo in grado di integrare robot articolati multiasse ed un apparecchio di controllo non distruttivo adatto a ricevere ed elaborare la posizione della sonda in tempo reale, garantendo comunque una frequenza di acquisizione delle misure migliorata utilizzabile per esempio nell'ambito di un'operazione di controllo su una catena di produzione . The present invention aims to propose a device capable of integrating multi-axis articulated robots and a non-destructive control device suitable for receiving and processing the position of the probe in real time, while still guaranteeing an improved measurement acquisition frequency that can be used for example in the field of a control operation on a production chain.

A questo scopo, l'invenzione riguarda un dispositivo del tipo suddetto caratterizzato dal fatto che i mezzi di calcolo comprendono un circuito logico programmabile dedicato, in particolare del tipo comprendente una rete di porte programmabili, che permettono di elaborare in tempo reale le posizioni dei codificatori, di trasformarle in coordinate cartesiane nello spazio e di formattarle prima di trasmetterle all'apparecchio di controllo non distruttivo. For this purpose, the invention relates to a device of the aforesaid type characterized in that the calculation means comprise a dedicated programmable logic circuit, in particular of the type comprising a network of programmable gates, which allow the positions of the encoders to be processed in real time. , to transform them into Cartesian coordinates in space and to format them before transmitting them to the non-destructive recording equipment.

Questi dispositivi permettono di ottenere una cartografia di un pezzo la cui superficie è percorsa da un braccio articolato provvisto di una sonda trasformando coordinate articolari fornite dal robot in coordinate cartesiane utilizzabili dall'apparecchio con una frequenza di acquisizione migliorata . These devices make it possible to obtain a cartography of a piece whose surface is crossed by an articulated arm equipped with a probe, transforming joint coordinates provided by the robot into Cartesian coordinates that can be used by the device with an improved acquisition frequency.

La realizzazione di queste trasformazioni a livello dei mezzi di interfacciamento mediante mezzi di calcolo dedicati permette di aumentare la rapidità di questa fase di elaborazione che limita le prestazioni complessive del dispositivo. The realization of these transformations at the level of the interfacing means by means of dedicated calculation means allows to increase the speed of this processing step which limits the overall performance of the device.

Secondo una forma di realizzazione dell'invenzione, i mezzi di calcolo che permettono di trasformare i valori di posizioni angolari di ogni codificatore in una posizione cartesiana rispetto ad una origine fissata all'inizio comprendono un gruppo di operazioni di cambiamento di riferimento corrispondente alle diverse articolazioni del robot. According to an embodiment of the invention, the calculation means which allow to transform the values of angular positions of each encoder in a Cartesian position with respect to an origin fixed at the beginning comprise a group of reference change operations corresponding to the different articulations of the robot.

Questi mezzi di calcolo permettono di fornire un interfacciamento specifico fra il robot articolato multiasse e l'apparecchio di controllo non distruttivo. These calculation means allow to provide a specific interface between the multi-axis articulated robot and the non-destructive control apparatus.

Preferibilmente, la posizione cartesiana della sonda viene inviata all'apparecchio di controllo non distruttivo sotto forma di codificatori incrementali. Preferably, the Cartesian position of the probe is sent to the non-destructive testing apparatus in the form of incremental encoders.

Queste caratteristiche permettono un rapido trattamento dei dati poiché gli apparecchi di controllo sono ottimizzati per ricevere i dati sotto forma di codificatori incrementali. These features allow for rapid data processing as the control devices are optimized to receive data in the form of incremental encoders.

Secondo una forma di realizzazione, la posizione della sonda sotto forma numerica, in particolare binaria, viene inviata all'apparecchio di controllo non distruttivo attraverso un collegamento rapido. Secondo una caratteristica dell'invenzione, l'apparecchio di controllo non distruttivo comprende mezzi di ricezione di dati di posizione, mezzi per correlare i dati di posizioni<'>al segnale della sonda e mezzi di immagazzinamento di dati di posizione. According to an embodiment, the position of the probe in numerical form, in particular binary, is sent to the non-destructive testing apparatus through a quick connection. According to a feature of the invention, the non-destructive checking apparatus comprises means for receiving position data, means for correlating the position data to the signal of the probe and means for storing position data.

Tuttavia, l'invenzione verrà compresa meglio grazie alla descrizione che segue, in riferimento al disegno schematico allegato che rappresenta a titolo di esempio non limitativo, una forma di realizzazione di questo dispositivo. However, the invention will be better understood thanks to the following description, with reference to the attached schematic drawing which represents, by way of non-limiting example, an embodiment of this device.

La Figura 1 è una rappresentazione schematica del dispositivo di misura e di cartografia; Figure 1 is a schematic representation of the measurement and cartography device;

la Figura 2 rappresenta una catena cinematica comprendente tre segmenti e due assi di articolazione; Figure 2 represents a kinematic chain comprising three segments and two articulation axes;

la Figura 3 rappresenta i riferimenti legati ad ogni segmento e che permettono di determinare i parametri di Denavit Hartenberg. Figure 3 represents the references linked to each segment and which allow to determine the Denavit Hartenberg parameters.

L'impianto comprende un robot 1 articolato multiasse. Il robot 1 presenta segmenti 2 rigidi collegati mediante articolazioni 3. The plant includes a multi-axis articulated robot 1. Robot 1 has 2 rigid segments connected by articulations 3.

Il robot 1 presenta sulla sua estremità superiore un organo terminale alla cui estremità è posizionata una sonda 5. E' possibile posizionare diverse sonde 5 sull'organo terminale 4 del robot 1. The robot 1 has on its upper end a terminal member at the end of which a probe 5 is positioned. It is possible to position several probes 5 on the terminal member 4 of the robot 1.

La sonda 5 è una sonda ad ultrasuoni 5 che produce un segnale che permette l'analisi di un oggetto. La sonda 5 è collegata ad un apparecchio di controllo non distruttivo 8 al quale trasmette la misura. The probe 5 is an ultrasound probe 5 which produces a signal that allows the analysis of an object. The probe 5 is connected to a non-destructive testing apparatus 8 to which it transmits the measurement.

Il robot 1 presenta, sulla sua estremità inferiore, una base 10 che può essere fissata su un basamento per esempio, allo scopo di mantenere immobile la base 10 del robot 1 per evitare che venga squilibrato. Può essere previsto un piano anti-vibratorio per evitare che le vibrazioni non causino una deriva nel sistema di misura. The robot 1 has, on its lower end, a base 10 which can be fixed on a base, for example, in order to keep the base 10 of the robot 1 immobile to prevent it from being unbalanced. An anti-vibration plane can be provided to prevent vibrations from causing drift in the measuring system.

Le articolazioni 3 sono dei collegamenti prismatici o rotanti, ovvero mobili in traslazione o in rotazione lungo un asse. Il numero di assi definisce il numero di gradi di libertà e ogni segmento 2 possiede un riferimento. The joints 3 are prismatic or rotating connections, that is, movable in translation or rotation along an axis. The number of axes defines the number of degrees of freedom and each segment 2 has a reference.

In prossimità delle articolazioni 3 sono disposti dei codificatori destinati a misurare la posizione angolare di un segmento 2 rispetto al segmento precedente. In proximity to the joints 3 there are encoders designed to measure the angular position of a segment 2 with respect to the preceding segment.

Il robot 1 comprende degli attuatori 3. Un attuatore 3 può essere lineare o rotante. Un attuatore 3 lineare permette di generare un movimento di traslazione ed un attuatore 3 rotante permette di generare un movimento di rotazione di un segmento 2 rispetto ad un altro. The robot 1 comprises actuators 3. An actuator 3 can be linear or rotary. A linear actuator 3 allows to generate a translation movement and a rotating actuator 3 allows to generate a rotation movement of one segment 2 with respect to another.

Gli attuatori 3 sono comandati da una finestra di pilotaggio 11. La finestra di pilotaggio 11 permette di indicare i valori angolari sui quali ognuna delle articolazioni 3 deve essere posizionata. Quindi è possibile comandare lo spostamento dell'organo terminale 4, e quindi della sonda 5, recuperando la posizione di tutti gli attuatori 3 in un determinato riferimento al fine di realizzare lo spostamento elementare di ogni segmento 2. The actuators 3 are controlled by a control window 11. The control window 11 allows to indicate the angular values on which each of the joints 3 must be positioned. Therefore, it is possible to control the displacement of the terminal member 4, and therefore of the probe 5, by recovering the position of all the actuators 3 in a given reference in order to achieve the elementary displacement of each segment 2.

La posizione della sonda 5 dipende dalla posizione di ogni articolazione 3 ed in particolare dal valore degli angoli di rotazione per i collegamenti rotanti e dal valore di traslazioni per i collegamenti prismatici. The position of the probe 5 depends on the position of each articulation 3 and in particular on the value of the rotation angles for the rotating connections and on the translation value for the prismatic connections.

Come mostra la figura 1, il robot 1 presenta un gruppo di articolazioni 3 che permettono di definire un volume nel quale l'organo di terminale 4, e quindi la sonda 5, può evolversi. Per ogni posizione occupata, la sonda 5 assume una misura il cui segnale viene trasmesso ad un apparecchio di controllo non distruttivo 8. As shown in Figure 1, the robot 1 has a group of joints 3 which allow to define a volume in which the terminal member 4, and therefore the probe 5, can evolve. For each position occupied, the probe 5 takes a measurement whose signal is transmitted to a non-destructive testing device 8.

Mezzi di calcolo 13 delle posizioni spaziali delle articolazioni 3 costituiti da un circuito logico programmabile 13 vengono previsti fra il robot 1 e l'apparecchio di controllo non distruttivo I mezzi di calcolo 13 permettono di costruire una funzione di trasformazione destinata a trasformare le coordinate angolari in coordinate cartesiane (x, y, z). Calculation means 13 of the spatial positions of the joints 3 constituted by a programmable logic circuit 13 are provided between the robot 1 and the non-destructive control apparatus. The calculation means 13 allow to construct a transformation function intended to transform the angular coordinates into Cartesian coordinates (x, y, z).

Per trasformare le coordinate angolari in coordinate cartesiane, i parametri di Denavit Hartenberg vengono utilizzati per definire, con il numero minimo di parametri, le matrici di trasformazione omogenee elementari che permettono di passare dal riferimento associato ad un segmento i del robot al segmento i+1 che lo segue nella catena cinematica. To transform angular coordinates into Cartesian coordinates, Denavit Hartenberg's parameters are used to define, with the minimum number of parameters, the elementary homogeneous transformation matrices that allow to pass from the reference associated with a segment i of the robot to segment i + 1 that follows it in the kinematic chain.

I parametri dipendono dagli angoli di rotazione per i collegamenti<'>rotanti e dal valore di traslazioni per i collegamenti prismatici. The parameters depend on the rotation angles for the rotating <'> connections and on the translation value for the prismatic connections.

Le diverse articolazioni 3 del robot 1, sia che siano rotanti sia che siano prismatiche, sono caratterizzate dai loro assi (asse di traslazione per un collegamento prismatico, asse di rotazione per un collegamento rotante). The different articulations 3 of the robot 1, whether they are rotating or prismatic, are characterized by their axes (translation axis for a prismatic connection, rotation axis for a rotating connection).

Consideriamo tre assi successivi, l'asse i-1, e e i+1 rappresentati sulla figura 3. Let us consider three successive axes, the i-1 axis, and and i + 1 represented on figure 3.

II riferimento {0, Χχ-ι, y±-i, Zi-i) solidale al segmento i, viene definito come segue: The reference {0, Χχ-ι, y ± -i, Zi-i) integral with the segment i, is defined as follows:

- l'asse Zi-i è associato all'asse che conferisce il movimento all'anello i, - the Zi-i axis is associated with the axis that gives the movement to the i ring,

- l'asse Xi_i è supportato dalla perpendicolare comune agli assi i-1 e i è diretto verso l'asse i, - l'asse yi-i viene scelto in modo che il triedro sia diretto. - the Xi_i axis is supported by the common perpendicular to the i-1 axes and i is directed towards the i axis, - the yi-i axis is chosen so that the trihedron is direct.

Il disegno illustrato sulla figura 3 suppone che le stesse regole siano state adottate per definire il riferimento (0, Xi, yi, ζ±) sull'asse i+1. The drawing illustrated in Figure 3 assumes that the same rules have been adopted to define the reference (0, Xi, yi, ζ ±) on the i + 1 axis.

La matrice di passaggio dal riferimento (0, xi-i, yi-i, Zi_i) al riferimento (0, x±, z±) si esprime come segue: The transition matrix from the reference (0, xi-i, yi-i, Zi_i) to the reference (0, x ±, z ±) is expressed as follows:

(L'operazione Trans è un'operazione di traslazione e l'operazione Rot è un'operazione di rotazione ). (The Trans operation is a translation operation and the Rot operation is a rotate operation).

Con With

la lunghezza della normale comune agli assi i e i+1 considerata come positivo quando viene diretta da i verso i+1 — la distanza fra ζ±.τe z± lungo xi. the length of the common normal to the axes i and i + 1 considered as positive when directed from i towards i + 1 - the distance between ζ ± .τ and z ± along xi.

ai, l'angolo fra 2 assi misurati in un piano perpendicolare ad ai. Il segno di questo angolo viene dato dalla regola del cavaturaccioli di Maxwell ovvero l’angolo fra Zi_i e Zi rispetto a Xi. ai, the angle between 2 axes measured in a plane perpendicular to ai. The sign of this angle is given by Maxwell's corkscrew rule or the angle between Zi_i and Zi with respect to Xi.

di, la distanza fra 2 normali consecutive misurata in un piano perpendicolare all'asse i, ovvero l'angolo fra Xi-i e x± lungo zi-i. di, the distance between 2 consecutive normals measured in a plane perpendicular to axis i, i.e. the angle between Xi-i and x ± along zi-i.

0i, l'angolo fra 2 normali consecutive misurato in un piano perpendicolare all'asse i, ovvero l'angolo fra xi-i e Xi rispetto a ζ±~χ. 0i, the angle between 2 consecutive normals measured in a plane perpendicular to the i axis, i.e. the angle between xi-i and Xi with respect to ζ ± ~ χ.

Questi quattro parametri sono i parametri di Denavitt Hartenberg. These four parameters are the Denavitt Hartenberg parameters.

Il movimento di un segmento i viene definito relativamente al segmento i-1 inferiore adiacente e definito nel riferimento del segmento i-1 inferiore. The movement of a segment i is defined relative to the adjacent lower segment i-1 and defined in the reference of the lower segment i-1.

Le coordinate cartesiane della sonda vengono formattate poi trasmesse all'apparecchio di controllo non distruttivo 8 attraverso i mezzi di calcolo 13 grazie ad un circuito logico programmabile 13. Queste vengono inviate all'apparecchio di controllo non distruttivo 8 sotto forma di codificatori incrementali di formato TTL o HTL. Il collegamento che permette la trasmissione dei dati è un collegamento rapido. The Cartesian coordinates of the probe are formatted and then transmitted to the non-destructive control apparatus 8 through the calculation means 13 thanks to a programmable logic circuit 13. These are sent to the non-destructive control apparatus 8 in the form of incremental encoders of TTL format or HTL. The link that allows data transmission is a quick link.

I mezzi di interfaccia 13 permettono di fornire una frequenza di acquisizione, di trasformazione di dati e di trasmissione superiore a 2 kHz. The interface means 13 allow to provide an acquisition, data transformation and transmission frequency higher than 2 kHz.

L'apparecchio di controllo non distruttivo 8 comprende mezzi di ricezione di dati di posizione, mezzi per correlare i dati di posizione al segnale della sonda e mezzi di memorizzazione dei dati di posizione . The non-destructive control apparatus 8 comprises means for receiving position data, means for correlating the position data to the signal of the probe and means for storing the position data.

I mezzi di interfacciamento 13 permettono di elaborare in tempo reale le posizioni angolari di ogni codificatore trasformandole in coordinate cartesiane nello spazio. The interfacing means 13 allow the angular positions of each encoder to be processed in real time, transforming them into Cartesian coordinates in space.

Questo dispositivo permette di correlare la misura mediante ultrasuoni effettuata attraverso la sonda alla sua posizione sotto forma di coordinate cartesiane fornite attraverso i mezzi di calcolo 13 e di ottenere quindi una cartografia in uno spazio tridimensionale con una acquisizione ed un'elaborazione di dati superiore a 2 kHz. This device makes it possible to correlate the ultrasound measurement carried out through the probe to its position in the form of Cartesian coordinates provided through the calculation means 13 and therefore to obtain a cartography in a three-dimensional space with an acquisition and processing of data greater than 2 kHz.

Claims (7)

RIVENDICAZIONI 1. Dispositivo di misura e di cartografia comprendente un robot articolato multiasse manuale o automatico (1) comprendente un segmento terminale (4) e codificatori, almeno una sonda (5} di controllo solidale al segmento terminale (4) del robot articolato multiasse (1), mezzi di elaborazione di dati (8), per esempio un apparecchio di controllo non distruttivo, adatto a ricevere e ad elaborare i dati di posizione e di segnale della sonda (5) misurato in questa posizione, mezzi di interfacciamento (13} destinati a trasmettere i dati di posizione della sonda (5) fra il robot (1) e i mezzi di elaborazione dei dati (8) comprendenti mezzi di calcolo (13) che permettono di trasformare i dati di posizione angolare di ogni codificatore che definiscono la posizione del segmento terminale (4) del robot articolato multiasse (1) al quale la sonda (5) è solidale, in valori cartesiani rispetto ad una determinata origine , caratterizzato dal fatto che i mezzi di calcolo (13) comprendono un circuito logico programmabile dedicato, in particolare del tipo comprendente una rete di porte programmabili, che permettono di elaborare in tempo reale le posizioni dei codificatori, di trasformarle in coordinate cartesiane nello spazio e di formattarle prima di trasmetterle all'apparecchio di controllo non distruttivo. CLAIMS 1. Measuring and mapping device comprising a manual or automatic multi-axis articulated robot (1) comprising an end segment (4) and encoders, at least one control probe (5} integral with the terminal segment (4) of the multi-axis articulated robot (1), data processing means (8), for example a non-destructive testing apparatus, adapted to receive and process the position and signal data of the probe (5) measured in this position, interfacing means (13} intended to transmit the position data of the probe (5) between the robot (1) and the data processing means (8) comprising calculation means (13) which allow to transform the angular position data of each encoder that define the position of the terminal segment (4) of the multi-axis articulated robot (1) to which the probe (5) is integral, in Cartesian values with respect to a given origin, characterized by the fact that the calculation means (13) comprise a dedicated programmable logic circuit, in particular of the type comprising a network of programmable gates, which allow the positions of the encoders to be processed in real time, to transform them into Cartesian coordinates in space and to format them before transmitting them to the non-destructive testing equipment. 2. Dispositivo di misura e di cartografia secondo la rivendicazione 1, nel quale i mezzi di calcolo (13) che permettono di trasformare i valori di posizioni angolari di ogni codificatore in una posizione cartesiana rispetto ad una origine fissata all'inizio comprendono un gruppo di operazioni di cambio di riferimento che corrispondono alle diverse articolazioni (3) del robot (1). 2. Measurement and cartography device according to claim 1, in which the calculation means (13) which allow to transform the values of angular positions of each encoder in a Cartesian position with respect to an origin fixed at the beginning comprise a group of reference change operations corresponding to the different articulations (3) of the robot (1). 3. Dispositivo di misura e di cartografia secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale la posizione cartesiana della sonda (5) viene inviata all'apparecchio di controllo non distruttivo (8) sotto forma di codificatori incrementali. Measurement and mapping device according to one of the preceding claims, in which the Cartesian position of the probe (5) is sent to the non-destructive testing device (8) in the form of incremental encoders. 4. Dispositivo di misura e di cartografia secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale la posizione della sonda (5) sotto forma numerica, in particolare binaria, viene inviata all'apparecchio di controllo non distruttivo (8) attraverso un collegamento rapido. Measurement and mapping device according to one of the preceding claims, in which the position of the probe (5) in numerical form, in particular binary, is sent to the non-destructive testing device (8) via a quick connection. 5. Dispositivo di misura e di cartografia secondo una delle rivendicazioni precedenti, nel quale l'apparecchio di controllo non distruttivo (8) comprende mezzi di ricezione di dati di posizione, mezzi per correlare i dati di posizione al segnale della sonda (5} e mezzi di memorizzazione di dati di posizione . Measurement and mapping device according to one of the preceding claims, in which the non-destructive monitoring apparatus (8) comprises means for receiving position data, means for correlating the position data to the signal of the probe (5} and means for storing position data. 6. Dispositivo di misura e di cartografia secondo una delle rivendicazioni dalla 1 alla 5, nel quale la sonda è una sonda ad ultrasuoni. 6. Measuring and mapping device according to one of claims 1 to 5, in which the probe is an ultrasound probe. 7. Dispositivo di misura e di cartografia secondo una delle rivendicazioni dalla 1 alla 5, nel quale la sonda è una sonda a correnti di Foucault.7. Measurement and mapping device according to one of claims 1 to 5, in which the probe is an eddy current probe.
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