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1. WO2021099648 - SISTEMA DE CONTROL DIMENSIONAL MEDIANTE VISION FOTOGRAMETRICA

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DESCRIPCIÓN

SISTEMA DE CONTROL DIMENSIONAL MEDIANTE VISIÓN FOTOGRA MÉTRICA

Sector de la técnica

La presente invención se refiere al control dimensional de objetos de alta complejidad geométrica, proponiendo un sistema de control dimensional con una configuración mejorada que mediante visión por computador usando fotogrametría permite medir dichos objetos de alta complejidad geométrica de una forma precisa, rápida, eficiente y flexible.

Estado de la técnica

Es conocido en el sector logístico el empleo de contenedores para alojar y transportar diferentes tipos de productos, presentado dichos contenedores una forma específica de acuerdo con los productos que se alojan. Estos contenedores suelen estar fabricados en base a una estructura metálica de soporte a la que se adjuntan elementos metálicos y/o plásticos para la fijación de los productos.

Estos contenedores son unos objetos de alta complejidad geométrica cuya medición precisa es crítica para su correcto funcionamiento e integración en líneas de producción y sistemas robotizados. Cualquier desviación, o deformación, en el contenedor puede conllevar a problemas en el uso de los mismos, como daños en los sistemas robotizados que trabajan manipulándolos, o paradas en las líneas de producción, por lo que el control dimensional de los contenedores es crítico.

En la actualidad existen diferentes sistemas de comprobación y metrología para controlar la forma dimensional de los contenedores.

Por un lado, son conocidos los útiles mecánicos para el control de cotas. Estos útiles son elementos mecánicos que permiten comprobar las tolerancias y posicionamiento de los componentes de un contenedor, pero tienen una serie de problemáticas. Los útiles están construidos exprofeso para cada tipo de contenedor, lo cual resulta en que no sean elementos versátiles que puedan ser aplicables a diferentes tipos de contenedores. Asimismo, el tiempo de control es elevado debido a la cantidad de puntos a controlar, y además implican procesos manuales de inspección en donde el operario puede olvidar fácilmente el control de algún punto. Además, las medidas pueden verse afectadas debido a cambios de temperatura en la planta en donde se emplean los contenedores.

Por otro lado, son conocidos los sistemas de medición basados en palpadores. Se trata de sistemas robotizados en los que un elemento palpador localiza posiciones concretas del objeto a medir. Una de las principales desventajas de estos equipos de medición es el coste de los mismos. Además, el personal al cargo de estas operaciones ha de estar muy formado en cuestiones de control dimensional, cálculo de tolerancias, cálculos matemáticos, etc. Además, en el caso de los palpadores, la medición es lenta debido, a que en el proceso hay que acercar un brazo robotizado a cada punto de control y éste debe ser reconocido por el aparato de control y en ocasiones se debe trasladar la posición del aparato. Aún, es más, como en el caso de los útiles de control, el operador puede olvidar el control de algún punto.

También son conocidos los sistemas de visión láser, en donde la medición es realizada mediante una reconstrucción 3D de la geometría del contenedor usando triangulación con láser de puntos de su superficie. Son sistemas que pueden obtener una gran precisión de medida, pero son costosos y su uso requiere la realización de múltiples pasadas de medida, para eliminar zonas a las que el haz láser no puede alcanzar debido a las oclusiones producidas por elementos del contenedor. La cantidad de datos generada por este tipo de sistema y la velocidad de procesamiento y de adquisición de los mismos hace que no sean útiles para aquellas aplicaciones en las que se necesita una gran rapidez en el proceso de medición.

Los escáneres 3D también permiten una reconstrucción precisa de la geometría de un objeto. En el caso de los escáneres manuales, el operario pasa el escáner por toda la superficie del objeto a medir. En el caso de geometrías complejas, como las de los contenedores, este proceso es lento y complejo, ya que existen muchas superficies a medir y existen zonas de difícil acceso para el escáner.

Se hace por tanto necesario un sistema alternativo que puede emplearse en la medición de objetos de alta complejidad geométrica, tal como por ejemplo los contenedores.

Objeto de la invención

La presente invención tiene por objeto un sistema de control dimensional mediante visión fotogramétrica para medir un objeto de alta complejidad geométrica de una forma precisa, rápida, eficiente y flexible.

El sistema propone una solución de medición basada en fotogrametría de corto alcance. La fotogrametría permite obtener información cuantitativa de calidad de objetos o entornos a partir de la información obtenida mediante fotografías o sensores relacionados. La técnica se basa fundamentalmente en la triangulación de puntos de referencia existentes en distintas fotografías tomadas desde distintos puntos de vista.

El sistema de control dimensional mediante visión fotogramétrica comprende:

• unos marcadores de referencia disponibles sobre el objeto a medir;

• unas cámaras para visualización de los marcadores de referencia;

• una estructura sobre la que son disponibles las cámaras, siendo el objeto disponible en el interior de la estructura, y en donde la estructura comprende:

o unos perfiles fijos, y

o unos perfiles móviles desplazables con respecto a los perfiles fijos,

disponiendo los perfiles móviles de unos primeros medios de fijación para la fijación de los perfiles móviles en los perfiles fijos, y

disponiendo los perfiles fijos y móviles de unos segundos medios de fijación para la fijación de las cámaras en los perfiles; y

• una unidad de control configurada para obtener información dimensional del objeto a partir de la visualización de los marcadores de referencia obtenida por las cámaras.

Este sistema permite por una parte realizar las medidas de una forma rápida y con una precisión suficiente al contar con la captura de múltiples cámaras fijas en la estructura. Asimismo, la estructura en donde son fijables las cámaras resulta en un sistema flexible que puede adaptarse fácilmente a objetos de geometrías diferentes, gracias a disponer de perfiles móviles y medios para la fijación de los perfiles móviles y de las cámaras en la posición requerida. Además, el sistema resulta en una solución económica en comparación con los sistemas de comprobación y metrología de contenedores empleados actualmente.

Descripción de las figuras

La figura 1 muestra una vista en perspectiva del sistema de control dimensional propuesto por la invención.

La figura 2 muestra una vista en perspectiva del sistema de control dimensional con un objeto de alta complejidad geométrica dispuesto en su interior.

La figura 3 muestra una vista en detalle de uno de los marcadores de referencia que se disponen sobre el objeto a medir.

Descripción detallada de la invención

En la figura 1 se muestra el sistema de control dimensional mediante visión fotogramétrica propuesto por la invención para la medición de un objeto (1) de alta complejidad geométrica.

El sistema de control dimensional comprende una estructura (2,3) formada por unos perfiles fijos (2) y unos perfiles móviles (3), unas cámaras (4) disponibles en los perfiles (2,3) de la estructura y unos marcadores de referencia (5) disponibles en el objeto (1) a medir.

En la figura 2 se muestra el sistema de la figura 1 con el objeto (1) de alta complejidad geométrica que se pretende medir dispuesto dentro de la estructura formada por los perfiles fijos (2) y los perfiles móviles (3). Por motivos de claridad en dicha figura 2 no están representadas las cámaras (4).

Los perfiles móviles (3) son desplazables con respecto a los perfiles fijos (2), disponiendo los perfiles móviles (3) de unos primeros medios de fijación para la fijación de los perfiles móviles (3) en los perfiles fijos (2). De esta manera las cámaras (4) que se disponen sobre los perfiles móviles (3) son desplazables mediante el desplazamiento de los perfiles móviles

(3), siendo los perfiles móviles (3) fijables en la posición requerida con respecto a los perfiles fijos (2).

Asimismo, los perfiles fijos (2) y los perfiles móviles (3) tienen unos segundos medios de fijación para la fijación de las cámaras (4) en los perfiles (2,3). De esta manera, las cámaras

(4) son disponibles en los perfiles (2.3) según la ubicación y orientación requeridas de

acuerdo con la geometría del objeto (1) a medir.

Con esta disposición las cámaras (4) se pueden disponer en la estructura (2,3) según la posición y orientación requerida, de forma que se obtiene un sistema de gran flexibilidad que se puede adaptar a objetos (1) de diferentes geometrías.

Los medios de fijación para fijar los perfiles móviles (3) en los perfiles fijos (2), o los medios de fijación para fijar las cámaras (4) en los perfiles (2,3), pueden ser cualquier elemento de fijación convencional, tal como por ejemplo tornillos roscados y tuercas de apriete, sin que la realización de dichos medios de fijación resulte limitativa para la invención.

El sistema de control dimensional adicionalmente comprende una unidad de control que está configurada para obtener información dimensional del objeto (1) a medir a partir de la visualización de los marcadores de referencia (5) con las cámaras (4).

La unidad de control dispone de algoritmos y métodos de fotogrametría y estereovisión para la determinación de las posiciones espaciales de los marcadores de referencia (5). La unidad de control permite implementar algoritmos de detección de los marcadores (5), así como métodos para resolver la posición espacial de los marcadores (5) mediante triangulación.

De acuerdo con ello, la unidad de control permite determinar la geometría del objeto (1) y compararla con su geometría ideal, pudiéndose determinar si el objeto (1) está fuera de geometría.

Cada cámara (4) está dispuesta en la estructura (2.3) con una orientación de forma que cada marcador de referencia (5) es observable por al menos dos de las cámaras (4) del sistema. De esta manera, la posición espacial de cada marcador (5) es determinable mediante técnicas de triangulación a partir de la información obtenida de al menos dos fotografías tomadas por cada una de las dos cámaras (4).

Las cámaras (4) se disponen en la estructura (2.3) de forma que se orientan para visualizar la geometría completa del objeto (1).

El numero de cámaras (4), y su posición y orientación en la estructura (2.3), se seleccionan en función de la geometría del objeto (1) a medir, y del número y tipo de marcadores de referencia (5) empleados. En la figura 1 se han representado un conjunto de cámaras (4) dispuestas en la estructura (2,3) según posiciones y orientaciones meramente ilustrativas, que en ningún caso resultan limitativas para la invención.

Los marcadores de referencia (5) pueden ser visualizados por más de dos cámaras (4), de forma que se emplean las múltiples medidas de dichas cámaras (4) para mejorar la precisión de la estimación de la posición espacial del marcador (5).

El sistema de control dimensional de la invención adicionalmente comprende unos medios de iluminación para iluminar los marcadores de referencia (5) y el objeto (1) a medir.

Para determinar las condiciones de iluminación se tienen en cuenta las condiciones del entorno en el que se realizan las medidas, tal como la luz del entorno y la posible existencia de polvo ambiental. Los medios de iluminación establecen unas condiciones de iluminación que evitan la presencia de sombras o zonas brillantes sobre los marcadores (5) y el objeto (1) a medir.

Los medios de iluminación pueden comprender lámparas que trabajan en el espectro visible, o lámparas que trabajan en el infrarrojo, siendo estas últimas menos sensibles a los efectos de variaciones de la iluminación del entorno en el que se realizan las medidas.

En la figura 3 se muestra un ejemplo de realización de los marcadores de referencia (5) del sistema de control dimensional. Cada marcador de referencia comprende una parte de acoplamiento (5.1) para fijar el marcador (5) sobre el objeto (1) a medir, y unas esferas de referencia (5.2) que están unidas a la parte de acoplamiento (5.1) por medio de unos vástagos (5.3).

La parte de acoplamiento (5.1) tiene una forma reciproca a una parte del objeto (1), de forma que se puede establecer una rápida colocación y desmontaje del marcador (5), de forma que se reduce el tiempo total de medición del objeto (1).

La forma esférica (5.2) permite una identificación inequívoca del marcador de referencia (5) por parte de la unidad de control con independencia de la cámara (4) desde la que haya sido visualizado.

Además, los vástagos (5.3) permiten establecer una separación de las esferas de referencia

(5.2) con respecto a la parte de acoplamiento (5.1) y por tanto con respecto al objeto (1), de forma que se facilita la identificación de dichas esferas de referencia (5.2) que son la parte del marcador (5) que es identificada por las cámaras (4).

Según el ejemplo de realización mostrado en las figuras 1 y 2, la estructura (2,3) de soporte de las cámaras (4) tiene una forma cúbica, o rectangular, preferentemente formada por doce perfiles fijos (2) y seis perfiles móviles (3), en donde cada uno de los perfiles móviles (3) está dispuesto entre dos de los perfiles fijos (2).

Como se observa en detalle en la figura 2, la parte de la estructura formada por los doce perfiles fijos comprende un primer conjunto de cuatro perfiles fijos frontales (2.1, 2.2, 2.3,

2.4), un segundo conjunto de cuatro perfiles fijos traseros (2.5, 2.6, 2.7, 2.8) y cuatro perfiles fijos longitudinales (2.9, 2.10, 2.11, 2.12) que unen los cuatro perfiles fijos frontales (2.1, 2.2, 2.3, 2.4) con los cuatro perfiles fijos traseros (2.5, 2.6, 2.7, 2.8).

Cada conjunto de perfiles fijos frontales y traseros está formado por un perfil fijo horizontal superior (2.1, 2.5), un perfil fijo horizontal inferior (2.2, 2.6), un primer perfil fijo lateral (2.3, 2.7) y un segundo perfil fijo lateral (2.4, 2.8), estando el perfil fijo horizontal superior (2.1,

2.5) de cada conjunto unido al perfil fijo horizontal inferior (2.2, 2.6) por medio de los perfiles fijos laterales (2.3, 2.4, 2.7, 2.8).

Los cuatro perfiles fijos longitudinales comprenden un primer perfil fijo longitudinal superior (2.9), un segundo perfil fijo longitudinal superior (2.10), un primer perfil fijo longitudinal inferior (2.11) y un segundo perfil fijo longitudinal inferior (2.12).

La parte de la estructura formada por los seis perfiles móviles comprende un perfil móvil frontal (3.1) que está dispuesto en deslizamiento entre los dos perfiles fijos laterales (2.3, 2.4) del primer conjunto, un perfil móvil trasero (3.2) que está dispuesto en deslizamiento entre los dos perfiles fijos laterales (2.7, 2.8) del segundo conjunto, un perfil móvil superior

(3.3) que está dispuesto en deslizamiento entre los dos perfiles fijos longitudinales superiores (2.9, 2.10), un perfil móvil inferior (3.4) que está dispuesto en deslizamiento entre los dos perfiles fijos horizontales inferiores (2.2, 2.6) del primer y segundo conjuntos de perfiles fijos frontales y traseros, un primer perfil móvil lateral (3.5) que está dispuesto en

deslizamiento entre el primer perfil fijo longitudinal superior (2.9) y el primer perfil fijo longitudinal inferior (2.11), y un segundo perfil móvil lateral (3.6) que está dispuesto en deslizamiento entre el segundo perfil fijo longitudinal superior (2.10) y el segundo perfil fijo longitudinal inferior (2.12).