RU2696932C1 - Method of determining location of article working surface relative to laser projector - Google Patents

Method of determining location of article working surface relative to laser projector Download PDF

Info

Publication number
RU2696932C1
RU2696932C1 RU2018137351A RU2018137351A RU2696932C1 RU 2696932 C1 RU2696932 C1 RU 2696932C1 RU 2018137351 A RU2018137351 A RU 2018137351A RU 2018137351 A RU2018137351 A RU 2018137351A RU 2696932 C1 RU2696932 C1 RU 2696932C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
coordinates
working surface
points
location
projector
Prior art date
Application number
RU2018137351A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Викторович СТЕПАНОВ
Артем Юрьевич Синицын
Вадим Олегович Петров
Александра Владиславовна Синицына
Александр Владимирович Горлов
Original Assignee
Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина" filed Critical Акционерное общество "Обнинское научно-производственное предприятие "Технология" им. А.Г. Ромашина"
Priority to RU2018137351A priority Critical patent/RU2696932C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2696932C1 publication Critical patent/RU2696932C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/02—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness
    • G01B11/03—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring length, width or thickness by measuring coordinates of points

Abstract

FIELD: aircraft engineering.
SUBSTANCE: invention relates to aircraft engineering. Method includes arrangement of article surface in working area of projector, installation of light-reflecting markers on it in points, coordinates of which are marked in electronic 3D model of working surface of laser projector, determining coordinates of location of markers within search area exceeding preset, from which error of location of working surface of article relative to projector is determined by comparing coordinates of points of light-reflecting markers with coordinates of points of working surface of article in electronic 3D model, and detecting deviations between them, step-by-step re-installation of light-reflecting markers in accordance with detected deviations. Repeated finding of their location within smaller area of search and detection of deviations between coordinates of their points and coordinates of points of control 3D model with decreasing at every step of determination of location of working surface of article up to specified.
EFFECT: reduced labor intensity and material consumption due to exclusion of manufacturing and installation of auxiliary devices.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области авиастроения и космической техники, судостроения и автомобилестроения и может применяться при изготовлении или сборке изделий из полимерных композиционных материалов (ПКМ) с использованием технологии лазерного проецирования.The invention relates to the field of aircraft and space technology, shipbuilding and the automotive industry and can be used in the manufacture or assembly of products from polymer composite materials (PCM) using laser projection technology.

Аналогом изобретения является патент US №7986417 МПК В23К 26/00 от 26.07.2011, в котором описан способ определения местоположения относительно лазерного проектора рабочей поверхности изделия большого размера, используя два набора метрологических датчиков: первый набор датчиков устанавливается на рабочей поверхности изделия либо на фиксированном и известном расстоянии от нее в рабочей области проектора, второй набор датчиков устанавливают на специальной раме или приспособлении, которая также является жесткой опорой лазерного проектора и выполнена с большим проемом по контуру, через который проходит проецирование контуров элементов слоев или другой требуемой проекции. С помощью специальных передатчиков определяется местоположение метрологических датчиков первого и второго типа, и осуществляется передача данных в программное устройство рабочей станции, где определяется местоположение рабочей поверхности по координатам датчиков первого типа, и местоположение проектора по координатам датчиков второго типа. Обрабатывая полученную информацию с использованием известных алгоритмов в программном устройстве рабочей станции, определяется местоположение рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора, и осуществляется передача данных в его программное устройство.An analogue of the invention is US patent No. 7986417 IPC ВК 23/26 dated 07/26/2011, which describes a method for determining the location relative to a laser projector of a large working surface of a product using two sets of metrological sensors: the first set of sensors is installed on the working surface of the product or on a fixed a known distance from it in the working area of the projector, the second set of sensors is mounted on a special frame or device, which is also a rigid support for the laser projector and with a large opening on the contour through which the projecting contour elements or layers other desired projection. Using special transmitters, the location of the metrological sensors of the first and second types is determined, and data is transferred to the workstation software, where the location of the work surface is determined by the coordinates of the sensors of the first type, and the location of the projector by the coordinates of the sensors of the second type. Processing the obtained information using well-known algorithms in the software device of the workstation, the location of the work surface of the product relative to the laser projector is determined, and data is transferred to its software device.

Недостатком данного метода является необходимость в применении передатчиков, специальной рамы или приспособления и специализированных метрологических датчиков, использование которых приводит к повышению материалоемкости способа. При этом предъявляемые жесткие требования по точности расположения датчиков увеличивают трудоемкость реализации способа.The disadvantage of this method is the need for transmitters, a special frame or device, and specialized metrological sensors, the use of which leads to an increase in the material consumption of the method. Moreover, the stringent requirements for the accuracy of the location of the sensors increase the complexity of the method.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора по патенту US 5663795 МПК G01B 11/00 от 02.09.1997 - прототип.The closest in technical essence to the claimed invention is a method for determining the location of the working surface of the product relative to the laser projector according to patent US 5663795 IPC G01B 11/00 from 09/02/1997 - prototype.

В данном изобретении описывается способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора, включающий ее размещение под проектором в строго определенном месте рабочего пространства с помощью упоров и на известном расстоянии относительно установленного количества светоотражающих маркеров, расположенных около нее, идентификацию положения маркеров, решение ПК калибровочных уравнений и определение местоположения рабочей поверхности изделия относительно проектора.This invention describes a method for determining the location of the product’s working surface relative to the laser projector, including its placement under the projector in a strictly defined place of the workspace using stops and at a known distance relative to the set number of reflective markers located near it, identifying the position of the markers, solving PC calibration equations and determining the location of the working surface of the product relative to the projector.

К недостаткам данного способа относится необходимость в решении калибровочных уравнений и точного размещения рабочей поверхности изделия и маркеров относительно проектора.The disadvantages of this method include the need to solve the calibration equations and the exact placement of the working surface of the product and markers relative to the projector.

Кроме того, данный метод мало применим к крупногабаритным изделиям, поскольку требует высоких затрат для изготовления вспомогательного оборудования, что приводит к увеличению трудоемкости способа, а применение дополнительного вспомогательного оборудования к увеличению материалоемкости.In addition, this method is of little use for large-sized products, since it requires high costs for the manufacture of auxiliary equipment, which leads to an increase in the complexity of the method, and the use of additional auxiliary equipment to increase the material consumption.

Задачей настоящего изобретения является снижение трудоемкости и материалоемкости за счет исключения изготовления и установки вспомогательных приспособлений.The objective of the present invention is to reduce the complexity and material consumption by eliminating the manufacture and installation of auxiliary devices.

Указанная задача решается следующим образом.The specified problem is solved as follows.

Способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора, включающий ее размещение в рабочей области проектора, установку на ней светоотражающих маркеров, нахождение их проектором и определение местоположения рабочей поверхности изделия, отличающийся тем, что светоотражающие маркеры устанавливают ориентировочно в точках, координаты которых предварительно обозначены в электронной 3D модели рабочей поверхности, загруженной в программное устройство лазерного проектора, определяют координаты расположения маркеров в пределах области поиска, превышающей заданную, по которой определяют погрешность местоположения рабочей поверхности изделия относительно проектора путем сопоставления координат точек светоотражающих маркеров с координатами точек рабочей поверхности изделия в электронной 3D модели и выявляют отклонения между ними, затем проводят пошаговую переустановку светоотражающих маркеров в соответствии с выявленными отклонениями на предыдущем шаге, повторно находят их расположение в пределах меньшей области поиска и выявляют отклонения между координатами их точек и координатами точек контрольной 3D модели с уменьшающейся на каждом шаге погрешностью определения местоположения рабочей поверхности изделия вплоть до заданной.A method for determining the location of the product’s working surface relative to the laser projector, including its placement in the projector’s working area, installing reflective markers on it, finding them by the projector and determining the location of the product’s working surface, characterized in that the reflective markers are set approximately at points whose coordinates are previously indicated in the electronic 3D model of the work surface loaded into the software of the laser projector, determine the coordinates of the position of the markers within the search area that exceeds the specified one, which determines the error of the location of the product’s work surface relative to the projector by comparing the coordinates of the points of the reflective markers with the coordinates of the points of the work surface of the product in the electronic 3D model and identifies deviations between them, then step-by-step reinstall the reflective markers in accordance with identified deviations in the previous step, re-find their location within a smaller search area and deviations between the coordinates of their points and the coordinates of the points of the control 3D model with decreasing at each step the error in determining the location of the working surface of the product up to a predetermined one.

К преимуществам предлагаемого технического решения относится то, что нет необходимости в первоначальном точном размещении светоотражающих маркеров и рабочей поверхности изделия относительно проектора. Это позволяет определять местоположение рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора без использования дополнительного высокоточного оборудования и снизить трудоемкость и материалоемкость процесса.The advantages of the proposed technical solution include the fact that there is no need for the initial accurate placement of reflective markers and the working surface of the product relative to the projector. This allows you to determine the location of the working surface of the product relative to the laser projector without the use of additional high-precision equipment and reduce the complexity and material consumption of the process.

Кроме этого, предлагаемый способ позволяет использовать только программное устройство проектора без решения дополнительных калибровочных уравнений с использованием дополнительных программных средств, что также приводит к снижению материалоемкости способа.In addition, the proposed method allows you to use only the software device of the projector without solving additional calibration equations using additional software, which also leads to a decrease in the material consumption of the method.

В свою очередь универсальность способа позволяет применять его к рабочим поверхностям любого типа, форм и габаритов, для реализации которого не требуется дополнительного оборудования, приспособлений, программных средств, что также приводит к сокращению материалоемкости и трудоемкости процессов.In turn, the universality of the method allows you to apply it to work surfaces of any type, shape and size, for the implementation of which additional equipment, devices, software are not required, which also leads to a reduction in material consumption and laboriousness of processes.

На фиг. 1 изображено ориентировочное расположение светоотражающих маркеров на рабочей поверхности изделия.In FIG. 1 shows the approximate location of reflective markers on the working surface of the product.

На фиг. 2 изображен выносной элемент А, на котором показано взаимное расположение маркера и точки, обозначенной в электронной 3D модели рабочей поверхности, а также отклонение координаты b точки маркера от координаты точки контрольной 3D модели.In FIG. 2 shows a remote element A, which shows the relative position of the marker and the point indicated in the electronic 3D model of the work surface, as well as the deviation of the coordinate b of the marker point from the coordinate of the point of the control 3D model.

На фиг. 3 изображен пример с определением местоположения рабочей поверхности с заданной погрешностью.In FIG. 3 shows an example with determining the location of the working surface with a given error.

Для реализации способа необходимо: разместить рабочую поверхность изделия 1 в рабочей области лазерного проектора 2, обозначить контрольные точки 5 в 3D модели рабочей поверхности изделия 1, загрузить ее в программное устройство лазерного проектора, разместить ориентировочно светоотражающие маркеры 3 на рабочей поверхности изделия 1. В точках, соответствующих обозначенным в 3D модели рабочей поверхности, произвести поиск проектором 2 светоотражающих маркеров 3, установленных на поверхности изделия в пределах области поиска 4, превышающей заданную, и определить местоположение рабочей поверхности изделия 1 проектором 2 с погрешностью 6, определяющейся областью поиска, путем сопоставления координат точек светоотражающих маркеров с координатами точек рабочей поверхности изделия в электронной 3D модели, и выявить их отклонения b.To implement the method it is necessary: to place the working surface of the product 1 in the working area of the laser projector 2, mark the control points 5 in the 3D model of the working surface of the product 1, load it into the software device of the laser projector, place roughly reflective markers 3 on the working surface of the product 1. At the points corresponding to those indicated in the 3D model of the work surface, search the projector 2 for reflective markers 3 mounted on the surface of the product within the search area 4, exceeding 3 this, and determine the location of the working surface of the article 1 with an error of 2 projector 6 defining the search area, by comparing the coordinates of the points with coordinates of retro-reflective markers products working surface points electronically 3D model, and reveal their deviation b.

Далее необходимо пошагово, переустановить светоотражающие маркеры 3 в соответствии с выявленными отклонениями. Провести повторный поиск проектором 2 нового расположения маркеров 3 с заданной меньшей областью поиска 4 и определить с уменьшающейся на каждом шаге погрешностью местоположение рабочей поверхности относительно лазерного проектора вплоть до заданной, путем сопоставления координат точек светоотражающих маркеров с координатами точек, обозначенными в 3D модели, и выявленных отклонений. Пример выполнения изобретения.Next, you must step by step, reinstall the reflective markers 3 in accordance with the identified deviations. Projector 2 will search again for a new location of markers 3 with a given smaller search area 4 and determine with each error decreasing the location of the working surface relative to the laser projector up to a given one by comparing the coordinates of the points of reflective markers with the coordinates of the points indicated in the 3D model and identified deviations. An example embodiment of the invention.

Рабочую поверхность изделия в виде усеченного конуса с диаметром у основания 3,6 м и 1,5 м при вершине расположили в рабочей области лазерного проектора LPT-8 производства Laser Projection Technologies, incorporated. В системе автоматизированного проектирования (ПО) NX Siemens PLM Software, используя созданную ранее электронную 3D модель рабочей поверхности изделия, обозначили 6 контрольных точек с координатами, указанными в таблице.The working surface of the product in the form of a truncated cone with a diameter at the base of 3.6 m and 1.5 m at the apex was located in the working area of the LPT-8 laser projector manufactured by Laser Projection Technologies, incorporated. In the computer-aided design (software) system NX Siemens PLM Software, using the previously created electronic 3D model of the work surface of the product, 6 control points with the coordinates indicated in the table were designated.

Figure 00000001
Figure 00000001

Загрузили в программное устройство проектора 3D модель рабочей поверхности изделия с обозначенными точками. В соответствии с их координатами установили на рабочую поверхность изделия ориентировочно шесть светоотражающих маркеров. Установив в специализированном ПО «RayTracer» Laser Projection Technologies incorporated область поиска точек светоотражающих маркеров площадью в 9 дм (таблица), определили проектором их расположение. Путем сопоставления координат точек установленных светоотражающих маркеров и обозначенных координат контрольных точек в 3D модели, определили местоположение рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора с определенной погрешностью.The 3D model of the product’s work surface with the indicated points was loaded into the projector’s software device. In accordance with their coordinates, approximately six reflective markers were installed on the working surface of the product. Having installed in the specialized software “RayTracer” Laser Projection Technologies incorporated the search area for points of reflective markers with an area of 9 dm (table), the projector determined their location. By comparing the coordinates of the points of the installed reflective markers and the indicated coordinates of the control points in the 3D model, we determined the location of the working surface of the product relative to the laser projector with a certain error.

В ПО «RayTracer» Laser Projection Technologies incorporated определили отклонение координат точки каждого маркера от соответствующих координат точек контрольной 3D модели с вычислением разницы координат по каждой оси (X, Y, Z) в системе координат модели (таблица). В соответствии с полученными результатами переустановили светоотражающие маркеры. Установив в ПО «RayTracer» Laser Projection Technologies incorporated область поиска координат точек светоотражающих маркеров площадью в 0,25 дм2, осуществили нахождение проектором расположения светоотражающих маркеров. Путем сопоставления координат их точек и обозначенных координат контрольных точек в 3D модели с выявлением их отклонений, определили в ПО проектора местоположение рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора с погрешностью, соответствующей необходимой точности.In RayTracer Laser Projection Technologies incorporated software, we determined the deviation of the coordinates of the points of each marker from the corresponding coordinates of the points of the 3D control model with the calculation of the difference in coordinates on each axis (X, Y, Z) in the model coordinate system (table). In accordance with the results, re-reflective markers were reinstalled. Having installed in the RayTracer Laser Projection Technologies software incorporated a search area for the coordinates of the points of reflective markers with an area of 0.25 dm 2 , the projector found the location of the reflective markers. By comparing the coordinates of their points and the designated coordinates of the control points in the 3D model with the identification of their deviations, we determined in the projector software the location of the product’s working surface relative to the laser projector with an error corresponding to the required accuracy.

Таким образом, предлагаемый способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора позволяет сократить материалоемкость и трудоемкость изготовления изделий из ПКМ с применением технологии лазерного проецирования за счет исключения необходимости использования вспомогательных приспособлений, дорогостоящего оборудования, предварительной подготовки и дополнительного технического обслуживания рабочей поверхности изделия. Способ применим к определению местоположения поверхностей изделий любых типов, форм и габаритов.Thus, the proposed method for determining the location of the working surface of the product relative to the laser projector can reduce the material consumption and the complexity of manufacturing products from PCM using laser projection by eliminating the need for auxiliary devices, expensive equipment, preliminary preparation and additional maintenance of the working surface of the product. The method is applicable to determining the location of the surfaces of products of any types, shapes and dimensions.

Claims (1)

Способ определения местоположения рабочей поверхности изделия относительно лазерного проектора, включающий ее размещение в рабочей области проектора, установку на ней светоотражающих маркеров, нахождение их проектором и определение местоположения рабочей поверхности изделия, отличающийся тем, что светоотражающие маркеры устанавливают ориентировочно в точках, координаты которых предварительно обозначены в электронной 3D модели рабочей поверхности, загруженной в программное устройство лазерного проектора, определяют координаты расположения маркеров в пределах области поиска, превышающей заданную, по которой определяют погрешность местоположения рабочей поверхности изделия относительно проектора путем сопоставления координат точек светоотражающих маркеров с координатами точек рабочей поверхности изделия в электронной 3D модели, и выявляют отклонения между ними, затем проводят пошаговую переустановку светоотражающих маркеров в соответствии с выявленными отклонениями на предыдущем шаге, повторно находят их расположение в пределах меньшей области поиска и выявляют отклонения между координатами их точек и координатами точек контрольной 3D модели с уменьшающейся на каждом шаге погрешностью определения местоположения рабочей поверхности изделия вплоть до заданной.A method for determining the location of the product’s working surface relative to the laser projector, including its placement in the projector’s working area, installing reflective markers on it, finding them by the projector and determining the location of the product’s working surface, characterized in that the reflective markers are set approximately at points whose coordinates are previously indicated in the electronic 3D model of the work surface loaded into the software of the laser projector, determine the coordinates of the position of the markers within the search area that exceeds the specified one, which determines the error of the location of the working surface of the product relative to the projector by comparing the coordinates of the points of the reflective markers with the coordinates of the points of the working surface of the product in the electronic 3D model, and identifies deviations between them, then step-by-step reinstall the reflective markers in according to the identified deviations in the previous step, re-find their location within a smaller search area and you vlyayut deviation between the coordinates of points and the coordinates of the control points with 3D models decreasing at each step of positioning accuracy of the working surface of the article up to a predetermined.
RU2018137351A 2018-10-22 2018-10-22 Method of determining location of article working surface relative to laser projector RU2696932C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137351A RU2696932C1 (en) 2018-10-22 2018-10-22 Method of determining location of article working surface relative to laser projector

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018137351A RU2696932C1 (en) 2018-10-22 2018-10-22 Method of determining location of article working surface relative to laser projector

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2696932C1 true RU2696932C1 (en) 2019-08-07

Family

ID=67586634

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018137351A RU2696932C1 (en) 2018-10-22 2018-10-22 Method of determining location of article working surface relative to laser projector

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2696932C1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5663795A (en) * 1995-09-07 1997-09-02 Virtek Vision Corp. Method of calibrating laser positions relative to workpieces
US6125197A (en) * 1998-06-30 2000-09-26 Intel Corporation Method and apparatus for the processing of stereoscopic electronic images into three-dimensional computer models of real-life objects
US7623687B2 (en) * 2002-10-07 2009-11-24 Technion Research & Development Foundation Ltd. Three-dimensional face recognition
US20160044301A1 (en) * 2014-08-06 2016-02-11 Dejan JOVANOVICH 3d modeling of imaged objects using camera position and pose to obtain accuracy with reduced processing requirements

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5663795A (en) * 1995-09-07 1997-09-02 Virtek Vision Corp. Method of calibrating laser positions relative to workpieces
US6125197A (en) * 1998-06-30 2000-09-26 Intel Corporation Method and apparatus for the processing of stereoscopic electronic images into three-dimensional computer models of real-life objects
US7623687B2 (en) * 2002-10-07 2009-11-24 Technion Research & Development Foundation Ltd. Three-dimensional face recognition
US20160044301A1 (en) * 2014-08-06 2016-02-11 Dejan JOVANOVICH 3d modeling of imaged objects using camera position and pose to obtain accuracy with reduced processing requirements

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10157458B2 (en) Laser projection system and method
EP2381214B1 (en) Optical measurement system
US11253991B1 (en) Optimization of observer robot locations
US6618505B2 (en) Method, apparatus and computer program product for determining shim shape
CN102435512B (en) Visual measurement method of plate forming limit curve (FLC)
EP3607264B1 (en) Machine vision system
US10824312B2 (en) Method and system for assisting installation of elements in a construction work
KR20170087996A (en) Calibration apparatus and the method for robot
US9905026B1 (en) Photogrammetric identification of locations for performing work
US9855661B2 (en) Collision prevention in robotic manufacturing environments
CN104182095A (en) Mobile self-positioning laser three-dimensional projection system
US9996946B2 (en) Maintenance supporting system and maintenance supporting method utilizing a reference image and indicator
RU2696932C1 (en) Method of determining location of article working surface relative to laser projector
US10434555B2 (en) Metrology Assisted Part Forming System and Method
US9091530B1 (en) Calibration system and method for a three-dimensional measurement system
JP6830766B2 (en) Systems and methods for generating paths for processing physical profiles of parts
CN111256592B (en) External parameter calibration device and method for structured light sensor
US20140176935A1 (en) Measuring Method And System For Measuring Positions Of Elements Of A Structure
US20220357153A1 (en) Calibration method for computer vision system and three-dimensional reference object for use in same
US20060271332A1 (en) Method for calibrating a non-contact sensor using a robot
JP5951075B1 (en) Installation adjustment height calculation device, installation adjustment height calculation program, and installation method
TWI702851B (en) Coordinate system integration method and device with columnar body
JP7362524B2 (en) Markers, detection methods and detection programs
US11940269B1 (en) Feature location detection utilizing depth sensor
US20230375343A1 (en) Photogrammetry system