BRPI0620380A2

BRPI0620380A2 - padrão de posicionamento

Info

Publication number: BRPI0620380A2
Application number: BRPI0620380-9A
Authority: BR
Inventors: Olle Takman; Manne Stenberg; Jonas Nilsagard
Original assignee: Gcoder Systems Ab
Priority date: 2005-12-23
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2011-11-08
Also published as: CN101331384B; AU2006327353A1; CA2634908C; BRPI0620380B1; JP2009521671A; RU2008130404A; US20090177416A1; CA2634908A1; EP1963786B1; WO2007073272A1; AU2006327353B2; CN101331384A; JP5314428B2; ES2431632T3; EP1963786A4; HK1122095A1; EP1963786A1; RU2431804C2; US7957931B2

Abstract

A presente invenção se refere a um dispositivo, sistema e método de detecção de posição absoluta, usando um padrão que compreende dois tipos de dados de posição: localização do padrão em relação a um objeto e posição dopadrão em relação a um dispositivo de detecção, por exemplo, uma câmera. O dispositivo compreende o dispositivo de detecção de aquisição de imagens do padrão, localizado sobre o objeto e uma unidade computacional que analisa asimagens para determinar a posição absoluta do objeto emrelação ao dispositivo de detecção. A presente invenção é executada em um determinado número de aplicações, tais como, fazendo parte de um sensor de torque, de um teodolito, de um braço de articulação ou de um detector angular.

Description

"PADRÃO DE POSICIONAMENTO"

Campo Técnico

A presente invenção se refere a um dispositivo, método e sistema para determinar uma posição de um objeto e, em particular, a uma solução baseada em uma visualização, utilizando um padrão que compreende dados de posição absoluta.

Antecedentes da Invenção

Diversos e diferentes tipos de dispositivos de controle têm sido construídos para diversas finalidades. 0 dispositivo de controle mais comum é o chamado mouse, que proporciona posicionamentos variáveis em duas dimensões, para uso em operação de controle de aplicações em um computador. Outros dispositivos de controle de interface incluem o chamado joystick, o qual proporciona variáveis de posicionamento também em duas dimensões, a partir do bastão, entretanto, mediante uso de botões extras em conjunto com o bastão, torna-se possível o aumento do número de "variáveis de posicionamento", porém, deve ser entendido que este dispositivo, fisicamente, somente mede variáveis de posicionamento em duas dimensões. Um trackball também libera dados para duas dimensões; uma almofada de jogo, normalmente, usa um pequeno joystick, como uma alça, para medição de variáveis de posicionamento e pode estender a amplitude de funcionalidade do controlador para mais dados de controle mediante uso de botões extras; um volante de direção (para jogos de computador) libera dados em uma dimensão.

Em diversas soluções encontradas, o dispositivo de controle somente fornece medições de referência e não medições absolutas, o que significa que para uma aplicação que confia em coordenadas absolutas do dispositivo de controle para funcionar apropriadamente a computação complexa, é necessário continuamente manter a trilha de localização do dispositivo de controle. Além disso, esses dispositivos precisam ser calibrados regularmente ou irão continuamente construir um erro, o qual, rapidamente, pode se tornar critico, dependendo da aplicação.

Também, em outras áreas técnicas, diferentes dos dispositivos de controle mencionados acima, dados de posicionamento são usados para determinar a posição de um objeto e, em muitos casos, são usadas soluções de medição absoluta, entretanto, normalmente, tais soluções são bastante complexas e dispendiosas para serem usadas em aplicações de baixo custo. Sistemas baseados na visualização foram utilizados anteriormente e são muitas vezes usados em conjunto com pontos de referência, por exemplo, nos sistemas de posicionamento baseado na visualização para determinar a posição de veículos ou objetos em movimento. Esses sistemas podem ser montados no veículo ou objeto, determinando a posição através do uso de pontos de referência na área envolvente ou numa posição externa, determinando a posição mediante uso de pontos de referência no veículo ou objeto. Esses sistemas, geralmente, são bastante complexos e exigem sistemas de visualização de alta qualidade e altas forças computacionais. Tal sistema é apresentado na Patente U.S. No. 5.965.879, em que é mostrado um codificador linear ou rotativo óptico de dimensão absoluta. Esta solução utiliza marcadores fiduciais idênticos para encontrar uma posição de um objeto. A posição fiducial é calculada em uma direção, notadamente, a direção do percurso. Outro tipo de sistema é apresentado na Patente U.S. No. 6.765.195, onde é mostrado um codificador óptico bidimensional absoluto. A solução utiliza dois diferentes marcadores fiduciais para determinar a posição de um objeto. Os marcadores fiduciais são idênticos ao longo de todas as posições codificadas e dispostos de uma maneira estritamente periódica em cada direção de percurso. Ambos os sistemas ilustram sistemas que precisam soluções ópticas complexas e onde o tamanho dos padrões é da ordem de alguns micrômetros de dimensão. Esses sistemas não proporcionam informação em curva ou rotativa.

Resumo da Invenção

Portanto, constitui um objeto da presente invenção prover um dispositivo de alta precisão e baixo custo, que proporcione dados de posição absoluta, de custo relativamente efetivo e tecnologia não-complexa e que possa também proporcionar ainda informação de posição em três ou quatro dimensões (x, y, z e rotação).

Isso é conseguido conforme um determinado número de aspectos da presente invenção, apresentados a seguir.

Em um primeiro aspecto, é provido um sistema de detecção de posição, compreendendo:

um grupo padrão, compreendendo, pelo menos, uma parte de nó e, pelo menos, uma parte de informação e uma pluralidade de grupos padrões que são dispostos sobre um objeto, no qual uma posição é para ser determinada;

- pelo menos, um dispositivo de aquisição de imagem para detectar o padrão; e

- um dispositivo computacional de análise de sinais provenientes do dispositivo de aquisição de imagem; em que a análise compreende a determinação de centros geométricos em, pelo menos, duas direções das partes padrão do nó e determinação do tipo da parte para cada parte padrão detectada; e, em que, as partes de nó proporcionam um posicionamento relativo do dispositivo de detecção e as partes de informação proporcionam a localização da parte de nó em relação ao objeto.

O objeto pode ser um objeto tridimensional, em que o grupo padrão é provido sobre uma superfície curva do objeto.

As linhas do grupo padrão podem ser localizadas essencialmente paralelas entre si, a uma distância afastada (d), numa direção longitudinal de um eixo. Duas câmeras podem ser fornecidas, cada qual lendo uma das duas linhas de grupo padrão.

O sistema de detecção de posição pode compreender ainda, pelo menos, um dispositivo de iluminação. A intensidade de saida de iluminação do dispositivo de iluminação pode ser controlada pelo dispositivo computacional.

As partes de nó e partes de informação podem compreender, pelo menos, um dentre um circulo completo, um anel ou um anel com uma marcação central e/ou as partes podem ser codificadas por cor.

O grupo padrão e câmera podem ser localizados em uma disposição de confinamento que proporciona proteção dos parâmetros ambientais.

O dispositivo computacional pode ainda ser disposto para determinar posições centrais simétricas de pontos de nó, usando um algoritmo baseado na visualização, mediante uso de análise de gradiente. 0 centro simétrico é determinado para ambas as partes de nó e de informação do padrão.

As partes de nó podem compreender uma pluralidade de diferentes tipos, por exemplo, ponto cheio, ponto não- cheio, ou ponto não-cheio com um ponto no centro. O ponto pode apresentar um formato escolhido dentre os formatos circular, retangular, quadrático ou triangular.

As partes de informação podem compreender uma pluralidade de diferentes tipos, por exemplo, ponto cheio, ponto não-cheio, ou ponto não-cheio com um ponto no centro.

O dispositivo computacional pode ser disposto para determinar uma distância entre o objeto e o dispositivo de aquisição de imagem, através de medição de, pelo menos, uma dentre o tamanho de uma parte de nó, o tamanho de uma parte de informação, a distância entre duas partes de nó, a distância entre duas partes de informação e a distância entre uma parte de nó e uma parte de informação.

Um segundo aspecto da presente invenção se refere a um sensor de torque, para medição de um torque em um objeto, o sensor compreendendo:

- um sistema de detecção de posição, que compreende:

um grupo padrão, compreendendo, pelo menos, uma parte de nó e, pelo menos, uma parte de informação e uma pluralidade de grupos padrões que são dispostos direta ou indiretamente sobre o objeto;

- um dispositivo computacional de análise de sinais provenientes do dispositivo de aquisição de imagem, o dispositivo compreendendo ainda meios para determinação de centros geométricos em, pelo menos, duas direções das partes padrão de nó e determinação do tipo de parte para cada parte padrão detectada; as partes de nó sendo dispostas para proporcionar uma posição relativa do dispositivo de aquisição de imagem e as partes de informação proporcionando a localização da parte de nó em relação ao objeto;

- pelo menos, duas capas, cada qual com uma pluralidade de grupos padrão, as capas sendo montadas sobre o objeto; e

em que o sistema de detecção de posição obtém dados de posicionamento de cada capa e o dispositivo computacional compreende ainda meios para detectar uma diferença angular entre a posição das capas e para determinar um torque proveniente da diferença angular.

Ainda outro aspecto da presente invenção se refere a um método para determinar uma posição de um objeto, compreendendo as etapas de:

- detectar, através de um dispositivo de detecção, um grupo padrão localizado no objeto;

- determinar, mediante uso de análise de simetria em, pelo menos, duas direções, posições centrais de pontos de nó que fazem parte do grupo padrão;

- determinar o tipo do ponto de nó;

- determinar o tipo e posição de pontos de informação localizados no objeto; e

- determinar a posição absoluta do objeto em relação ao dispositivo de detecção, usando informação combinada da posição e tipo de pontos de ambos os pontos de nó e informação.

Ainda, outro aspecto da presente invenção, se refere a um programa de computador armazenado em um meio legível por computador, para determinar uma posição de um objeto mediante análise de dados indicativos de um grupo padrão localizado no objeto, em que os dados são recebidos de uma câmera, caracterizado pelo fato de que o programa de computador é disposto para determinar posições centrais geométricas em, pelo menos, duas direções dos pontos de nó no grupo padrão, para determinação de uma posição do objeto em relação à câmera e, disposto ainda para determinar o tipo e posição relativa dos pontos de informação no grupo padrão, para determinação da localização dos pontos de nó em relação ao objeto.

As posições simétricas centrais dos pontos de nó podem ser determinadas mediante uso de um algoritmo baseado na visualização, usando análise de gradiente.

Um outro aspecto ainda é proporcionado, o qual consiste de um detector angular para determinação de uma posição angular de um objeto, compreendendo:

- um sistema de detecção de posição que compreende:

- um dispositivo computacional de análise de sinais provenientes do dispositivo de aquisição de imagem; em que a análise compreende a determinação de centros geométricos em, pelo menos, duas direções das partes padrão de nó e determinação do tipo de parte para cada parte padrão detectada; e, em que, as partes de nó proporcionam um posicionamento relativo do dispositivo de aquisição de imagem e as partes de informação proporcionam a localização das partes de nó em relação ao objeto; e,

em que o dito dispositivo computacional compreende ainda meios para determinar uma posição angular do dito objeto, a partir da dita análise de sinais.

Breve Descrição dos Desenhos

A seguir, a invenção será descrita de uma maneira não-limitativa e em maiores detalhes com referência às modalidades exemplificativas ilustradas nos desenhos anexos, nos quais:

- a figura 1a ilustra uma vista em seção transversal de um dispositivo de posicionamento aplicado a uma modalidade da presente invenção;

- a figura 1b ilustra uma vista lateral da modalidade mostrada na figura la;

- a figura 2 ilustra esquematicamente um dispositivo de processamento, de acordo com a presente invenção;

- a figura 3 ilustra uma vista detalhada de um padrão de posicionamento, de acordo com a presente invenção;

- a figura 4 ilustra uma aplicação da presente invenção;

- a figura 5 ilustra outra aplicação da presente invenção;

- a figura 6 ilustra esquematicamente um diagrama em bloco de um método de acordo com a presente invenção; e

- a figura 7 ilustra outra modalidade da presente invenção.

Breve Descrição de Modalidades Preferidas

Na figura 1, a referência numérica (1) indica, geralmente, um dispositivo de medição (1), visto a partir de uma vista em seção transversal, de acordo com uma modalidade da presente invenção. O dispositivo (1) compreende um dispositivo de aquisição de imagem (3), posicionado numa distância afastada de um objeto (2) de interesse. 0 dispositivo (1) é incluído em um invólucro (8) e conectores elétricos (9) e, opcionalmente, uma interface de controle (10) . Na figura 1, o objeto de interesse é um eixo (2) e o dispositivo (1) é montado no eixo (2) suportado por dois mancais (5) e (6). 0 dispositivo de aquisição de imagem (3) é montado próximo à superfície do objeto (2) e o dispositivo (1) pode ser disposto de tal modo a formar uma cavidade (7), a qual pode ser essencialmente vedada, a fim de diminuir o risco da entrada de sujeira ou outros fatores de perturbação dentro da dita cavidade (7). A figura Ia representa uma vista em seção transversal da modalidade Ia da figura lb, que representa uma vista lateral da modalidade.

Os sinais provenientes do dispositivo de aquisição de imagem (3) são transferidos para um dispositivo de processamento (200), ilustrado na figura 2, através de um conector (207), para processamento da imagem e condicionamento do sinal, a fim de prover um sinal ou sinais indicativo(s) da posição do objeto (2) para algum dispositivo externo conectado ao dispositivo de processamento, usando um conector (203). 0 dispositivo de processamento pode incluir um processador (201), unidade de memória (ou unidades de memória) (202), unidade de processamento de imagem (204) e outras unidades (205) e (206), dependendo da aplicação para o dispositivo de medição (1). A unidade de processamento pode apresentar uma interface de comunicação para se comunicar com dispositivos externos ou opcionais unidades fixadas ao dispositivo de controle (1) . Essas unidades opcionais podem incluir, sem qualquer limitação quanto a isso, retroalimentação de força, dispositivos de aperto ou dispositivos similares de interação para interagir com um usuário do dispositivo de controle. Também, podem ser fornecidas interfaces para comunicação com dispositivos externos ou entradas de sensores internos, através de qualquer adequado conector ou conectores, conforme é do entendimento de um especialista versado na técnica, incluindo, sem que seja a isso limitado, USB (Universal Serial Bus - Barramento em Série Universal), Firewire, RS232, RS485, Ethernet, porta paralela Centronics, GPIB (General Purpose Interface Bus - Barramento de Interface de Uso Geral) , diferentes interfaces sem fio (por exemplo, Bluetooth e WLAN) , etc. As interfaces listadas são todas de acordo com as interfaces padrão existentes, mas, deverá ser entendido que isso poderá também envolver soluções padrões futuras ou até interfaces patenteadas.

O dispositivo de processamento (200) pode, convenientemente, se dispor dentro do próprio dispositivo de medição ou ser provido como um dispositivo independente externo, dependendo da aplicação.

Na modalidade ilustrada na figura 1, um dispositivo de aquisição de imagem (3) é utilizado para obtenção da posição do objeto (2), entretanto, outros tipos de sensor podem ser utilizados, os quais são dispostos para obtenção de dados de posicionamento, por exemplo, um sensor magnético de aquisição de posições de "pontos" magnéticos no objeto (2) .

Um dispositivo sensor sem contato pode ser vantajosamente utilizado, uma vez que uma parte do objeto (2) é encapsulada dentro do invólucro (8) do dispositivo de medição (1); entretanto, esses tipos de sensores podem ser usados mesmo que não exista encapsulamento. Portanto, ocorre uma pequena quantidade de perturbações que podem influenciar a leitura, tais como, poeira, luz ou campos magnéticos erráticos. Em uma modalidade, o invólucro (8) é feito de um material eletricamente condutor, com propriedades de proteção magnética, a fim de reduzir o risco de influenciar um sensor magnético na medição da posição do objeto (2) . O padrão (4) e a câmera (3) podem ser providos em uma disposição de confinamento para reduzir o risco de contaminação a partir do ambiente externo, por exemplo, poeira ou luz.

Entretanto, a invenção não se limita a medições sem contato da posição do objeto (2), pelo que, sensores de contato podem também ser utilizados, incluindo, sem que seja a isso limitado, anéis corrediços, medidores de impedância, divisores de voltagem, codificadores digitais e medidores capacitivos.

Voltando agora para a figura 3, é descrito um padrão funcional, o qual compreende pontos de nó (301) a (304) e pontos de informação (305) a (311). Os pontos podem apresentar diferentes tamanhos e diferentes proporções de enchimento, pelo que essas configurações terão um efeito funcional quando da leitura das mesmas com um dispositivo de leitura, tal como, uma câmera. Na figura 3, são também indicados pontos virtuais (312-315), os quais não são marcações que estão presentes na solução real, mas, opcionalmente, podem ser usados para fins de análise como pontos de referência no algoritmo de análise. A fim de ler os pontos usando uma câmera, pode ser necessário a presença de iluminação (320), (330), (340), (350), dependendo da aplicação e do ambiente. Nesse caso, quatro dispositivos emissores de luz (por exemplo, diodos de emissão de luz (LED), bulbos de luz (com um filamento), diodos a laser, emissores de infra-vermelho (os emissores de infra-vermelho podem ser adequados, por exemplo, quando existe algum tipo de contaminação que não absorve ou reflete a luz infra- vermelha) ou lâmpadas fluorescentes) são usados para proporcionar uma luz uniforme sobre o padrão, na área de leitura da câmera. 0 padrão é repetido com variações sobre todo o objeto que passa na frente da câmera, de modo a prover a possibilidade de obtenção de uma posição absoluta do objeto. No entanto, a invenção não se limita a quatro dispositivos de iluminação, podendo ser usado qualquer número adequado e, em alguns casos, quando a luz do ambiente é suficiente, não se fez necessário nenhuma iluminação extra. A iluminação pode ser de qualquer freqüência adequada, por exemplo, sem que seja a isso limitado, luz visível, luz infra-vermelha, luz ultravioleta, raios X ou microondas. Os pontos de nó (301-304) podem se apresentar na forma de um anel (301), (302) ou de um anel com um ponto (303, 304) no interior (podem também se apresentar na forma de um círculo cheio). Os pontos de nó (301-304) são usados para determinação da posição na abertura da câmera e do tipo de ponto para uma determinada aplicação e a determinação é feita em duas etapas: uma primeira etapa para detecção dos pontos de nó e uma segunda etapa para determinação da posição dos pontos de nó com alta precisão. A razão para executar a análise em duas etapas é reduzir a força computacional necessária em cada determinada unidade de tempo. A determinação mais precisa pode ser feita usando uma análise de simetria, um centro de análise de gravidade ou método similar, para determinar o centro do ponto, um assim chamado, cálculo centróide. O cálculo centróide, usando, por exemplo, análise de gradiente, é feito em, pelo menos, duas direções, a fim de adquirir a informação sobre a posição em, pelo menos, duas direções (e, possivelmente, também, a direção dimensionalmente rotacional do objeto). Os pontos de nó precisam ser grandes o suficiente para prover um adequado número de pixéis, para possibilitar a análise. A fim de aumentar a precisão da determinação, os pontos de nó, vantajosamente, não são cheios, mas, sim, os anéis, com ou sem um ponto no centro. Isto proporciona ao método de análise escolhido uma característica de gradiente no exterior e interior do ponto de nó, o que aumenta a precisão do centro da análise do nó. O ponto no centro do anel pode ser usado para prover uma característica direcional do padrão, isto é, ele será mais fácil para o sistema de análise, uma vez que o mesmo irá adquirir pontos de referência (ou linhas) em uma base regular. Esses tipos de anéis proporcionam pontos que podem ser usados a cada cinco graus ou um valor aproximado, em torno do objeto. Por exemplo, é possível se usar anéis sem pontos ou uma linha "equatorial" de grupos padrão e sobre cada "sudeste" e "nordeste", são usados 5 graus a partir da linha equatorial de grupos padrão com anéis com pontos. Outros formatos de pontos podem ser usados, por exemplo, pontos no formato retangular ou elíptico (estes podem ser usados para prover outro modo de obtenção de informação direcional e rotacional, isto é, a elipse possui uma construção no comportamento direcional do formato). Outros formatos podem incluir as formas quadrática, triangular ou formas de formato irregular.

Os grupos de pontos de informação (305-311) são centralizados em torno de um ponto de nó, entre dois pontos de nó ou entre quatro pontos de nó. Os pontos de informação são usados para determinação da posição absoluta do grupo padrão. Os pontos de informação possuem, vantajosamente, um tamanho diferente dos pontos de nó, a fim de distinguir os mesmos dos pontos de nó. Eles são normalmente menores, uma vez que não são usados para determinação da posição do padrão com relação à abertura da câmera, sendo usados para determinação da coordenada absoluta do grupo identificado com relação ao objeto que contém o padrão. Também, esses pontos menores de informação podem ser de diferentes características: círculos cheios, anéis e pontos não existentes (a não-existência de um ponto também proporciona informação se o sistema souber que uma determinada área geométrica compreende pontos). 0 sistema de análise determina o grupo padrão dos pontos de informação e determina a posição relativa entre si e o tipo de característica do ponto. Uma vez que o sistema conhece o número de pontos de informação usados nos grupos padrão de informação, o sistema pode determinar quais tipos de pontos está presente em cada localização e a partir dessa análise, determinar a posição absoluta daquele grupo padrão de informação. Usando sete pontos de informação, conforme ilustrado na figura 3 com essas três diferentes características, um número acentuadamente grande de uma combinação única se torna disponível, o que é suficiente para objetos dimensionados razoavelmente e de precisão escolhida; entretanto, deverá ser entendido que um número diferente de pontos de informação pode ser usado, dependendo da aplicação. Diferentes formatos de pontos de informação e/ou pontos de nó podem ser utilizados, porém, a invenção não é limitada a formatos arredondados, mas, formatos quadráticos, triangulares ou de qualquer outra forma geométrica (até mesmo formatos irregulares) podem ser usados. O tamanho dos pontos de nó e/ou de informação pode ser usado para prover os pontos com diferentes tipos de informação e, em tal caso, o tamanho pode ser determinado a partir da área de cada ponto. O tamanho pode, então, ser usado de modo uniforme para os formatos irregulares, uma vez que cada ponto pode ser determinado pelo número de pixéis que constroem uma imagem do ponto. Os pontos de nó e de informação podem ser os mesmos pontos, isto é, eles não precisam ser de tamanho, tipo ou localização diferente, na medida em que o sistema pode usar o padrão para determinar a localização do ponto no objeto e uma posição relativa do dispositivo de detecção.

Numa aplicação com superfícies curvas, o padrão é aplicado em um sistema angular diferente do sistema de coordenadas Cartesiano, isto é, a cada quinto grau do perímetro dos objetos para um objeto esférico, ao invés de a cada 5 mm em torno do perímetro. Desse modo, as irregularidades do objeto podem ser compensadas. No entanto, deverá ser entendido por um especialista versado na técnica que o padrão poderá ser aplicado em um sistema de coordenadas Cartesiano, com apropriados ajustes na calibração e/ou análise do padrão adquirido, mesmo para uma superfície não plana, isto é, uma superfície curva.

O padrão pode ser aplicado mediante qualquer técnica adequada de aplicação, dependendo do tipo de superfície e do objeto, por exemplo, marcações a laser, gravação, cauterização, fresagem, serrilhamento, riscagem, tingimento, técnicas de jateamento de tinta, podendo ser aplicado diretamente sobre o objeto ou sobre um filme ou qualquer outro material adequado que possa ser afixado ao objeto e, também, conforme o conhecimento de um especialista versado na técnica. Por exemplo, uma capa moldada por injeção pode ser proporcionada com grupos padrão, já durante a produção da capa e, dessa forma, a capa pode ser aplicada a um objeto de interesse.

Os pontos no grupo padrão podem apresentar diferentes profundidades e perfis de profundidade no material sobre o qual os pontos são aplicados. Isto pode ser conveniente para a provisão de diferentes configurações de contraste. Por exemplo, um ponto com uma profundidade de estreitamento cônico será visto por uma câmera como sendo mais escuro do que um ponto com uma superfície de base plana. Também, o padrão pode se projetar para fora do objeto, por exemplo, na forma de cones que se salientam para fora do material; isso pode ser de utilidade, por exemplo, para a determinação da distância entre o dispositivo de detecção e o objeto.

O padrão pode ser disposto de modo adequado e vantajoso, dependendo do tipo da superfície, por exemplo, para superfícies essencialmente planas ou superfícies curvas. A presente invenção é particularmente adequada para uso em superfícies curvas.

O padrão pode prover informação sobre a posição "x" e posição "y" do objeto, assim como, a rotação ou curvatura do objeto em relação ao dispositivo de detecção. Ao medir a distância entre dois pontos de informação ou nó (ou mesmo entre um nó e uma parte de informação) ou o tamanho de um código ou um ponto de nó, é também possível se determinar a distância entre o objeto e o dispositivo de detecção, isto é, a posição "z".

No caso de um dispositivo de aquisição de imagem ser usado como dispositivo de detecção, é utilizado um algoritmo para determinar o tipo de padrão e as posições relativas e o grau de enchimento de cada ponto.

Uma vez que cada padrão é único, é possível se determinar a posição absoluta do padrão (e, dessa forma, do objeto sobre o qual o padrão é fixado). Uma análise baseada na simetria apresenta benefícios por ser rápida e não tão dependente de intenso esforço computacional e, portanto, possível de usar em soluções de baixo custo. Os valores de pixel obtidos da câmera compreendem, por exemplo, dados em escala cinza (ou podem ser codificados em cor se os pontos de nó e/ou informação em questão compreenderem dados em cor), por exemplo, valores na faixa entre 0 e 255. A análise compreende ajustar um valor limite, para o qual o sistema determina se um pixel compreende ou não uma marcação. Esse limite é ajustável (mediante software ou hardware), podendo ser controlado de acordo com a luz ambiente ou poeira sobre o objeto, após o que as marcações são ajustadas. Se um pixel for completamente cheio com um ponto marcado, ele pode ser lido, por exemplo, como 40 e um pixel completamente sem marcação pode ser lido, por exemplo, como 180; um pixel apenas parcialmente cheio com uma marcação pode ser lido, por exemplo, como 90, o que estaria abaixo de um limite de 100 e, portanto, determinado como compreendendo uma marcação. É possível se utilizar esses pixéis parcialmente cheios na análise, de modo a aumentar a precisão da determinação do posicionamento. A análise examina todos os pixéis recebidos em uma estrutura e determina quaisquer pontos de nó e informação na estrutura. A análise pode ser disposta para filtrar os pontos abaixo de um determinado número de pixéis, uma vez que os pontos de nó e informação apresentam um tamanho conhecido nos pixéis; por exemplo, os pontos abaixo de 5 ou superiores a 15 podem ser filtrados para uma aplicação onde os pontos de nó possuem um tamanho na estrutura da câmera de aproximadamente 10 pixéis e pontos de informação de um tamanho de aproximadamente 6 pixéis. A presente invenção não é limitada aos valores exemplificados acima da escala cinza e aos tamanhos de leitura de câmera. Esses fatores são muito dependentes da aplicação e buscam pela precisão do sistema, podendo ser variados em grande amplitude. Por exemplo, nas soluções da escala cinza, uma tonalidade completamente negra pode ser representada por 0 ou um número 255 e uma tonalidade completamente branca, conseqüentemente, por 255 ou 0. Os tamanhos dos pixéis dos pontos de nó ou informação podem ser escolhidos para qualquer outro valor adequado, conforme é entendido por um especialista versado na técnica, dependendo, por exemplo, do ajuste da câmera, da aplicação e da distância entre a câmera e o padrão.

A figura 4 ilustra esquematicamente um dispositivo de medição de torque (400), usando a presente invenção. Ao utilizar os padrões para aquisição de posição de um objeto, é possível se medir as tensões no objeto (402). Isso pode ser feito mediante comparação de duas diferentes posições do objeto (402) e medição da posição relativa entre os mesmos. Se existir um desvio entre os ditos objetos, isto pode ser o resultado de esforços; isto é verdadeiro, por exemplo, para um torque presente em um eixo (402), onde o torque induz um desvio angular no eixo (402), entre dois diferentes pontos, na direção longitudinal do eixo (402). No entanto, a precisão do dispositivo de medição é dependente do espaçamento dos dois pontos de medição; quanto maior for a distância entre os dois pontos, maior será a deflexão angular e, assim, melhor será a precisão. Na figura 4, um dispositivo de detecção único (por exemplo, um dispositivo de aquisição de imagem) é usado para medição de dois padrões separados ao mesmo tempo e, a fim de aumentar a deflexão angular, são usadas duas capas (403) e (404), de tal modo a ampliar o desvio angular. Isso é conseguido mediante fixação de um lado (406) e (405) de cada capa (403) e (404) ao eixo (402). Qualquer desvio angular em cada um dos pontos de fixação será transferido para cada capa (403) e (404) e, portanto, cada extremidade livre (408), (409) de cada capa (403), (404) irá se desviar com o mesmo desvio angular, assim como, cada extremidade fixa (405), (406). Os padrões (4) e (4') sobre as capas (403), (404), em cada extremidade livre (408), (409), podem ser medidos com o mesmo dispositivo de detecção (401). Esse tipo de solução apresenta um beneficio em que não há necessidade de calibração entre uma pluralidade de dispositivos de detecção, por exemplo, características de sincronização que devem ser um problema se o eixo (402) estiver girando em velocidades similares ou superiores à velocidade de detecção. Por exemplo, no caso dos dispositivos de aquisição de imagem, a velocidade de projeção do dispositivo de aquisição de imagem, se comparada à velocidade de giro do eixo (402) irá se ajustar ao limite superior da precisão. No entanto, para aplicações que usam dispositivos de detecção com altas velocidades de detecção, ou em aplicações em que o objeto (402) se movimenta a uma velocidade abaixo da velocidade de detecção, pode ser usada uma pluralidade de dispositivos de detecção e nesses casos, as capas (403), (404) não são necessárias, ao invés disso, o padrão pode ser localizado diretamente no eixo (402). O sistema pode também prover informação sobre a posição translacional do eixo (402) e/ou da curvatura do eixo (402). Ao prover uma câmera (não mostrado) em uma diferente posição angular (por exemplo, 90 graus de afastamento da primeira câmera (401)), mas, na mesma posição longitudinal do eixo, o sistema pode operar como um dispositivo de posicionamento de X, Y e Z, assim como, prover informação sobre o torque e curvatura. O sistema pode também prover informação sobre a velocidade rotacional do eixo.

A figura 5 ilustra uma modalidade da presente invenção utilizada em uma estrutura tipo esférica ou parcialmente esférica, para uso, por exemplo, em um dispositivo de interface de computador, tal como, um trackball, ou como uma interface de braço de robô para manter a trilha da posição do braço de robô, em um meio digitador tridimensional, para medir e digitalizar a forma de um objeto tridimensional. Um sistema de posicionamento de acordo com essa modalidade, compreende uma esfera (501) com um padrão (504), de acordo com a presente invenção, disposto na esfera (501) . Um sistema de detecção de padrão (503), compreendendo uma unidade computacional (não mostrado) e, por exemplo, uma câmera (502), a qual detecta a posição do padrão com relação ao sistema de detecção e sendo capaz de produzir através de uma interface (não mostrado) imagens ou coordenadas absolutas da esfera (501), dependendo se o sistema possui ou não uma unidade computacional. Uma vez que a esfera e o padrão podem ser feitos de um material resiliente, tal disposição pode ser usada como um elemento de suporte de carga. Isto será discutido mais adiante em maiores detalhes.

A figura 6 representa um diagrama em bloco esquemático de um método, etapas (601) a (605), para calibração do dispositivo de medição, de acordo com a presente invenção. Durante a aplicação do padrão sobre o objeto que se deseja conhecer a posição, é possível se calibrar o padrão; isto pode ser feito em uma plataforma de fabricação, em que o objeto é fixado de um modo rotativo (se o objeto for, pelo menos, parcialmente, de uma geometria esférica ou cilíndrica). A plataforma de fabricação pode ser dotada de um dispositivo de determinação de posição referencial, tal como, um codificador angular para determinação da posição angular do objeto durante a rotação na plataforma. O objeto pode girar enquanto o padrão é aplicado, garantindo, dessa forma, que o padrão é aplicado de um modo angular (isto é, diferentemente do sistema de coordenadas Cartesiano, conforme explicado anteriormente). Na mesma plataforma ou, pelo menos, em conexão com a plataforma, um sistema de calibração pode ser localizado, proporcionando a leitura de valores de pontos quando o objeto gira e obtendo dados de medição angular do dispositivo de determinação de posição referencial. Assim, é possível se obter valores referenciais de posições dos pontos de nó e, de forma correspondente, um banco de dados de calibração pode ser criado, o qual pode ser usado em dispositivos que utilizam a presente invenção, a fim de aumentar mais ainda a precisão das medições de posição absoluta do objeto em aplicação. Uma técnica de calibração similar pode ser aplicada ao sistema no local, para nova calibração ou quando o sistema é aplicado em uma aplicação existente, por exemplo, uma capa ou filme, com o grupo padrão aplicado a um eixo já montado na sua apropriada aplicação, em que esses tipos de circunstâncias podem ser de interesse para calibrar o sistema no local.

O método de calibração pode compreender as seguintes etapas:

- montagem do objeto na plataforma de calibração (601);

- obtenção de imagens padrão do referido padrão no objeto (602);

- obtenção de dados de posição absoluta a partir de um detector de posição separado (603);

associação das imagens padrão obtidas com a posição absoluta do objeto (604); e

- provisão de um banco de dados de calibração para o objeto calibrado (605).

O banco de dados de calibração pode compreender uma lista de dados simples de dados de calibração, isto é, pares de posições de calibração referenciais e pontos nas imagens padrão obtidas ou um algoritmo de associação de pontos no padrão com posições absolutas.

O ajuste dos limites e das condições de iluminação pode ser utilizado pelas áreas de leitura de segundo plano (isto é, as áreas sem pixéis) para obtenção de uma condição de luz corrente. Em seguida, é possível se ajustar um novo valor limite entre os pixéis marcados e não-marcados e também possível se ajustar a intensidade dos dispositivos de iluminação (320), (330), (340), (350), mediante controle da produção de luz desses dispositivos de iluminação. Um método para determinação das condições de iluminação de segundo plano pode ser como segue: a abertura da estrutura de câmera pode ser dividida em 16 setores e com o padrão exemplificado anteriormente, é possível se encontrar quatro setores onde os pontos não estão presentes (ou, pelo menos, somente parcialmente presentes), podendo se encontrar esses quatro setores mediante descoberta de quatro pontos virtuais (312-315) localizados entre cada ponto de nó, sobre uma linha entre os pontos de nó (uma linha que não compreende pontos de informação). Os setores onde esses quatro pontos virtuais se encontram localizados podem ser usados como setores de segundo plano para determinação das condições de iluminação de segundo plano. Um determinado número de tais leituras pode ser usado em um algoritmo cumulativo e de aferição, para aumentar a precisão da determinação de iluminação de segundo plano. 0 número de setores e de setores de segundo plano não está limitado ao acima mencionado e diferente número desses setores pode ser utilizado.

Voltando agora para a figura 7, é apresentada uma ilustração de uma modalidade da presente invenção de um dispositivo de medição de torque (710), em que duas linhas (4, 4') dos grupos padrão são localizadas sobre um eixo (702). Duas câmeras (703), (706), individualmente, tomam leituras de tais linhas (4, 4') e disponibilizam a informação de imagem ou dados de posição para um dispositivo central de processamento (730) , através de cabos (701), (702) e unidades de interface (704), (706). Uma vez que as duas linhas de grupos padrão são separadas ao longo da direção longitudinal do eixo, quando um torque é aplicado ao eixo, as ditas linhas irão se desviar ligeiramente entre si, devido a uma torção angular que ocorre no eixo quando o mesmo é submetido a um torque. Esse desvio é proporcional ao torque aplicado, dessa forma, é possível medir o torque através da medição da torção angular ocorrida no eixo. As duas linhas de grupos padrão devem ser suficientemente separadas por uma distância (d), de modo a prover uma torção angular mensurável. A separação necessária a fim de adquirir uma suficiente torção angular mensurável é uma função da resolução da câmera, da faixa do torque aplicado e da desejada resolução da medição, e do diâmetro externo e diâmetro interno do eixo, se o eixo for um tubo.

Em outra alternativa do dispositivo de medição de torque (710) descrito acima, as duas câmeras são reduzidas a uma câmera, para medição em ambos os padrões, ao mesmo tempo em que se disponibilizam imagens para a câmera a partir das duas localizações. Isso pode ser feito mediante disponibilização das imagens usando fibras ópticas, usando espelhos ou um prisma.

A câmera pode ser uma câmera sensível à radiação de raio infra-vermelho, detectando diferentes temperaturas no objeto e o padrão sobre o objeto pode ser disposto com diferentes características de temperatura. A iluminação na faixa do inf ra-vermelho pode ser fornecida nesse tipo de solução, a fim de prover um adequado contraste de iluminação e outros parâmetros.

A presente invenção de determinação de posições absolutas sobre objetos pode ser utilizada em diversos tipos de aplicações, uma vez que a câmera e os sistemas computacionais podem compreender dispositivos de baixo custo. A variedade de aplicações inclui, por exemplo, um dispositivo medidor de torque para medição de torque em um modo sem contato, para uso em veículos que medem o torque em um eixo na linha de transmissão (para otimização do processo de combustão ou da potência produzida para cada roda), ou no eixo do volante de direção (para uso na direção mecânica), para uso em uma bicicleta (por exemplo, um ciclo de repuxamento usado para fins de exercício) ou em qualquer tipo de eixo onde o torque é de interesse de ser medido. A invenção pode também ser usada para medição de outros parâmetros correlacionados a uma posição do objeto de interesse, tais parâmetros incluindo, sem que seja a isso limitado, força, velocidade rotacional, posição e curvatura. A presente invenção pode ser usada, por exemplo, também como um sensor para aplicação em ABS (Automatic Brake Systems - Sistemas de Frenagem Automática) , para sensores anti-repuxo ou na fabricação de máquinas de CNC (Computerized Numerical Control - Controle Numérico Computadorizado), quando do posicionamento da ferramenta usada na máquina de CNC.

A solução com uma câmera para medição de grupos padrão sobre um objeto com apenas translação rotacional irá proporcionar uma solução precisa e de baixo custo para determinação da posição angular do objeto, por exemplo, como um codificador angular, mas com um grande aumento da resolução. Por exemplo, quando o objeto se apresenta como um objeto tipo roda, por exemplo, um disco com uma espessura suficiente para proporcionar espaço para o padrão, o padrão pode ser fornecido sobre o perímetro externo da roda ou sobre um lado da roda.

A presente invenção pode ser utilizada em um braço de articulação (para determinação e digitalização de proporções geométricas de um objeto), mediante combinação de um determinado número de diferentes modalidades da presente invenção. Um braço de articulação, normalmente, compreende um determinado número de juntas, cada qual com um sensor de posicionamento para determinar a posição de cada parte compreendida pelo braço. Com um determinado número de tais juntas angulares, o braço de articulação pode ser usado para determinação das dimensões geométricas do objeto e provisão destas para um sistema de projeto auxiliado por computador (CAD) para obtenção de dimensões geométricas em um sistema computacional. Um braço de articulação, de acordo com a presente invenção, pode compreender juntas com uma combinação de dispositivos de detecção tridimensionais e unidimensionais, por exemplo, um primeiro sensor unidimensional localizado na base do braço, um segundo sensor unidimensional em cada junta unidimensional, entre cada seção de braço e um dispositivo sensor tridimensional sustentando uma sonda, usado para determinação da posição de um objeto de teste sob o exame minucioso do braço de articulação. O número e tipo de dispositivos de detecção que fazem parte do braço de articulação pode ser variado nas presentes configurações, obtendo a mesma funcionalidade. 0 primeiro dispositivo de detecção unidimensional mantém a trilha do posicionamento rotacional global do braço com relação à superfície, onde, depois, a disposição de braço de articulação de apóia, o segundo e subseqüente dispositivo de detecção unidimensional em cada junta entre cada seção de braço, mantém a trilha numa posição de rotação e o dispositivo de detecção tridimensional mantém a trilha da posição da sonda em relação ao braço. A tomada de medições de cada dispositivo de detecção em relação à posição da sonda, relativa ao objeto de teste, pode ser determinada e a configuração geométrica do objeto de teste digitalizada.

A presente invenção pode também ser usada em um teodolito, que é um instrumento para medição de ângulos horizontais e verticais, por exemplo, para uso em aplicações de triangulação. O teodolito compreende um telescópio montado de tal modo a poder ser movido dentro de dois eixos perpendiculares, um eixo horizontal e um eixo vertical. O teodolito é normalmente montado sobre um tripé colocado precisamente e verticalmente sobre o ponto a ser medido e o seu eixo vertical é alinhado com a gravidade local. A presente invenção pode ser usada para aquisição de dados de posicionamento absoluto para o teodolito, com relação ao ambiente, por exemplo, a posição de solo, onde, depois, o teodolito é centralizado por cima. O sistema de detecção pode ser disposto como uma junta intermediária entre uma placa de base do tripé e o telescópio. No entanto, deverá ser entendido por um especialista versado na técnica, que outras partes e disposições de confinamento poderão ser providas com o objetivo de construir tal dispositivo, por exemplo, botões de ajuste mecânico para calibrar mecanicamente o dispositivo para uma adequada posição com relação à gravidade e/ou ao plano do solo, monitores de leitura, para um usuário ler os dados de posicionamento, interface de comunicação para comunicar esses dados ao dispositivo externo (por exemplo, um computador portátil (Iaptop)), suprimento de energia (por exemplo, energia externa ou energia interna de bateria). A composição e funcionamento global dos teodolitos são, geralmente, conhecidas para os especialistas versados na técnica e não serão descritas no presente documento.

Um beneficio da presente invenção é que o padrão pode ser provido sobre elementos de suporte de carga, em construções de diferentes aplicações, nas quais a invenção pode ser aplicada. Por exemplo, no caso de um sensor de torque, o padrão é provido sobre o eixo, o qual, por sua vez, faz parte da aplicação global na qual o eixo está localizado, numa disposição de braço de articulação, o padrão é provido sobre os elementos que suspendem as cargas formadoras das juntas, e numa aplicação de suporte, o padrão pode ser provido sobre os elementos suportadores de carga, tais como, as esferas ou cilindros que fazem parte dos mancais esféricos ou cilíndricos. Esse benefício é proveniente do fato de que o padrão pode ser provido como parte do material do objeto em si (tais como, ondulações ou recortes) ou sobre um material resiliente para desgaste mecânico fixado ao objeto.

Geralmente, a invenção também apresenta um benefício de ser capaz de prover medições altamente precisas e de alta velocidade de dados de posição absoluta, entretanto, o limite superior da velocidade é limitado ao padrão de velocidade de aquisição, por exemplo, no caso de um dispositivo de aquisição de imagem proporcionar imagens do padrão, a velocidade de projeção dessa aquisição de imagens irá ajustar o limite superior da velocidade. A presente invenção proporciona uma precisão que pode exceder a 10 vezes a precisão normal encontrada em aplicações similares, as quais apresentam soluções mais dispendiosas e complexas em muitas das aplicações.

Deve ser observado que o termo "compreendendo" não exclui a presença de outros elementos ou etapas que aquelas listadas e os termos "um" ou "uma" que precedem um elemento, não excluem a presença da pluralidade de tais elementos. Deve ser ainda observado que quaisquer sinais de referência não limitam o escopo das reivindicações, e que a invenção pode ser implementada, pelo menos, parcialmente, por meio de dispositivos de hardware e software e que diversos "meios", "unidades" ou "dispositivos" podem ser representados pelo mesmo item de hardware.

As modalidades mencionadas e descritas acima são apenas fornecidas como exemplos e não devem ser limitativas para a presente invenção. Outras soluções, usos, objetivos e funções dentro do escopo da invenção, conforme reivindicadas nas reivindicações apresentadas em anexo, devem ser evidentes para um especialista versado na técnica.

Claims

1. Sistema de detecção de posicionamento (1), para detectar uma posição de um objeto, o sistema sendo caracterizado por compreender: - um grupo padrão (4) que compreende, pelo menos, uma parte de nó (301-304) e, pelo menos, uma parte de informação (305-311) e uma pluralidade dos ditos grupos padrão dispostos direta ou indiretamente sobre o dito objeto (2); - pelo menos, um dispositivo de aquisição de imagem (3) para detectar o dito padrão (4); e - um dispositivo computacional (200) , o qual compreende meios para analisar sinais, para determinação de centros geométricos em, pelo menos, duas direções de cada das ditas partes padrão do nó (301-304) e determinação do tipo da parte para cada parte padrão detectada (301-311) ; as ditas partes de nó (301-304) sendo dispostas para proporcionar uma posição relativa do dito dispositivo de aquisição de imagem (3) e as ditas partes de informação (305-311) proporcionando a localização da dita parte de nó em relação ao dito objeto.

2. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o dito objeto (2) é um objeto tridimensional.

3. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-2, caracterizado pelo fato de que o dito grupo padrão (4) é provido sobre uma superfície curva do dito objeto (2).

4. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-3, caracterizado pelo fato de que duas linhas de grupos padrão (4, 4') são localizadas essencialmente paralelas entre si, a uma distância (d) entre si, numa direção longitudinal de um eixo (2).

5. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que são providos dois dispositivos de aquisição de imagem (3), cada um deles lendo uma das ditas linhas de grupo padrão (4, 4').

6. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-5, caracterizado pelo fato de compreender ainda, pelo menos, um dispositivo de iluminação (320, 330, 340, 350) e onde a iluminação é uma dentre os tipos de luz visível, luz infravermelha, luz de raios X e luz ultravioleta.

7. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que a intensidade de iluminação do dito dispositivo de iluminação é controlada pelo dito dispositivo computacional.

8. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-7, caracterizado pelo fato de que as ditas partes de nó e partes de informação compreendem, pelo menos, uma forma dentre um círculo cheio, um anel ou um anel com uma marcação central.

9. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-8, caracterizado pelo fato de que, pelo menos, uma das ditas partes de nó e partes de informação são codificadas por cor.

10. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-9, caracterizado pelo fato de que o dito grupo padrão (4) e o dispositivo de aquisição de imagem (3) são localizados em uma disposição de confinamento, o que proporciona proteção de parâmetros ambientais.

11. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-10, caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo computacional é disposto ainda para determinar posições centrais simétricas de pontos de nó, usando um algoritmo baseado na visualização, que utiliza análise de gradiente.

12. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-11, caracterizado pelo fato de que o centro simétrico é determinado para ambas as partes de nó e de informação do dito padrão.

13. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-12, caracterizado pelo fato de que as partes de nó compreendem uma pluralidade de diferentes tipos, por exemplo, ponto cheio, ponto não-cheio ou ponto não-cheio com um ponto no centro.

14. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado pelo fato de que o ponto apresenta um formato escolhido dentre as formas circular, retangular, quadrada ou triangular.

15. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-14, caracterizado pelo fato de que as partes de informação compreendem uma pluralidade de diferentes tipos, por exemplo, tipo ponto cheio, ponto não-cheio, ou ponto não-cheio com um ponto no centro.

16. Sistema de detecção de posicionamento, de acordo com quaisquer das reivindicações 1-15, caracterizado pelo fato de que o dispositivo computacional é disposto para determinar uma distância entre o objeto e o dispositivo de aquisição de imagem, através de medição de, pelo menos, uma dentre o tamanho de uma parte de nó, o tamanho de uma parte de informação, a distância entre duas partes de nó, a distância entre duas partes de informação e a distância entre uma parte de nó e uma parte de informação.

17. Sensor de torque, para medição de um torque em um objeto (2), o sensor compreendendo: - um sistema de detecção de posição (1) que compreende: - um grupo padrão (4, 4'), compreendendo, pelo menos, uma parte de nó (301-304) e, pelo menos, uma parte de informação (305-311) e uma pluralidade dos ditos grupos padrões que são dispostos direta ou indiretamente sobre o dito objeto (2); - pelo menos, um dispositivo de aquisição de imagem (3) para detectar o dito padrão (4); e - um dispositivo computacional (200) compreendendo meios para analisar sinais provenientes do dito dispositivo de material(ais) em folha, são conhecidos, incluindo soldagem, caldeamento e adesivos. Outra vez, tais meios são muito eficazes na fixação de materiais em folha sobrepostos, juntos, porém tais meios também aumentam o tempo, trabalho e/ou custos envolvidos. Por exemplo, soldagem requer o uso de trabalho especializado e/ou o uso de equipamento de soldagem automatizado dispendioso e complexo. Uma desvantagem principal de tais meios se refere ao alinhamento das porções sobrepostas, isto é, o alinhamento exato de uma porção sobreposta com relação à outra, deve ser realizado por outro meio adicional. Por exemplo, grampos ou gabaritos devem ser usados para temporariamente alinhar e prender as porções sobrepostas entre si até que as porções sejam fixadas mediante soldagem caldeamento, e semelhante. Embora outros métodos tenham sido concebidos para permitir a união de materiais em folhas sobrepostas sem o uso de prendedores mecânicos padrão, esses outros métodos também requerem meios adicionais para alinhamento das folhas sobrepostas entre si antes das folhas serem presas umas às outras. Por exemplo, a Patente dos Estados Unidos -4.760.634 de Rapp revela um método de conectar chapas finas. A Patente de Rapp, contudo, falha em revelar qualquer meio provido nas chapas finas adjacente à conexão forjada que efetua o alinhamento das chapas finas entre si antes da forjadura das chapas. São necessários um aparelho e método de unir entre si os segmentos planares de material(ais) em folha de uma maneira que permitirá união sem o uso de prendedores e de auto-alinhamento dos segmentos planares dos materiais em

18. Metodo para determinar uma posicao de um objeto, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - detectar, atraves de um dispositivo de deteccao, um grupo padrao localizado no dito objeto; - determinar a posição absoluta do dito objeto em relação ao dito dispositivo de detecção, usando informação combinada da dita posição e tipo de pontos de ambos os pontos de nó e informação.

19. Programa de computador armazenado em um meio legível por computador, para determinar uma posição de um objeto (2), mediante análise de dados indicativos de um grupo padrão localizado no dito objeto, em que os ditos dados são recebidos de uma câmera, caracterizado pelo fato de que o dito programa de computador é disposto para determinar posições centrais geométricas em, pelo menos, duas direções dos pontos de nó no dito grupo padrão, para determinação de uma posição do dito objeto (2) em relação à dita câmera e, disposto ainda, para determinar o tipo e a posição relativa dos pontos de informação no dito grupo padrão, para determinação da localização dos ditos pontos de nó em relação ao dito objeto (2).

20. Programa de computador, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado pelo fato de que as posições simétricas centrais dos pontos de nó são determinadas mediante uso de um algoritmo baseado na visualização, usando análise de gradiente.

21. Detector angular para determinação de uma posição angular de um objeto (2), compreendendo: - um sistema de detecção de posicionamento (1), que compreende: - um grupo padrão (4), compreendendo, pelo menos, uma parte de nó (301-304) e, pelo menos, uma parte de informação (305-311) e uma pluralidade dos ditos grupos padrão dispostos direta ou indiretamente no dito objeto (2) ; - pelo menos, um dispositivo de aquisição de imagem (3) para detectar o dito padrão (4); e um dispositivo computacional (200) , o qual compreende meios de análise de sinais provenientes do dito dispositivo de aquisição de imagem (3), para determinação de centros geométricos em, pelo menos, duas direções das ditas partes padrão de nó (301-304) e determinação do tipo da parte para cada parte padrão detectada (301-311) ; as partes de nó (301-304) sendo dispostas para proporcionar um posicionamento relativo do dito dispositivo de detecção e as ditas partes de informação (305-311) proporcionando a localização da dita parte de nó em relação ao dito objeto; caracterizado pelo fato de que o dito dispositivo computacional compreende ainda meios para determinar uma posição angular do dito objeto, a partir da dita análise de sinais.