ES2937708T3 - Procedimiento para el control de una pieza en curso de fabricación - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un método para controlar una pieza montada en un conjunto de fabricación entre dos operaciones de fabricación por medios que comprenden: - un sensor; - un robot para soportar y mover el sensor; - un ordenador que comprende una parte tridimensional del modelo digital, y capaz de adquirir las coordenadas de los puntos adquiridos por el sensor; cuyo método comprende pasos que consisten en: - muestreo por tesalización de las superficies del modelo digital y segmentación (1010) de este último en un conjunto de nodos, correspondiendo cada nodo a una superficie visible en una sola adquisición de acuerdo con las características del sensor ; - la determinación (1020) de la visibilidad de cada nodo desde cada posición relativa del sensor con respecto a dicho nodo; - la determinación de las visibilidades comunes (1030), entre nodos. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Procedimiento para el control de una pieza en curso de fabricación

Campo de la técnica

La invención se refiere al campo de la fabricación, más particularmente, pero no exclusivamente, la fabricación aditiva, el mecanizado por arranque de materia o la combinación de estos modos de fabricación.

La invención se refiere más en particular al control dimensional o geométrico automatizado de una pieza realizada por este tipo de procedimiento en máquina-herramienta, entre dos operaciones de fabricación, es decir, sin desmontaje o reposicionamiento de la pieza controlada en la máquina y sin modificación de la configuración de la máquina.

Más en concreto, la invención se refiere a un procedimiento que permite la adquisición optimizada de las superficies de la pieza objeto de control, para una pieza dada, en un entorno de máquina definido y por medio de un sensor específico.

No obstante, la invención puede aplicarse a otras situaciones como, por ejemplo, al control de una pieza montada en palé en una célula de fabricación paletizada que comprende un puesto de control automatizado.

Técnica anterior

La fabricación de una pieza comprende, según los ejemplos de implementación, etapas de conformado, organizadas según una gama de fabricación, que implementan una o varias máquinas-herramientas que operan por arranque de materia, por adición de materia o por deformación, en una pieza en bruto o desbaste, para crear formas definidas geométricamente y acercar progresivamente la forma de dicha pieza a su forma final.

Por convenio, una gama de fabricación se divide en una sucesión de fases y comprende al menos una fase.

Cada fase se divide en una sucesión de operaciones, de manera que una fase comprende al menos una operación. Así, en la máquina-herramienta, una fase corresponde a una sucesión de operaciones de conformado, por adición o arranque de materia, durante las cuales no se modifica el posicionamiento de la pieza en la máquina-herramienta, y durante las cuales no se modifica la configuración de la máquina.

Una operación corresponde a una secuencia de conformado durante una misma fase realizada sin cambio de herramienta o de efector.

Es habitual que la implementación de un control dimensional entre dos operaciones o entre dos fases de conformado en máquina-herramienta sea de fabricación unitaria o de fabricación en serie automatizada.

Esta operación de control persigue verificar la adecuación del ajuste de la máquina en relación con las características esperadas de la pieza y, en función del resultado, modificar estos ajustes o incluso devolver la pieza a un estadio temprano de su fabricación.

Por motivos de precisión de esta cadena de corrección, pero también por cuestiones de productividad, resulta ventajoso que la operación de medida se realice sin desmontar la pieza, es decir, en una misma fase, y, en su caso, entre dos operaciones de fabricación.

Así, la operación de medida se realiza in situ es decir, la pieza es controlada en su entorno de fabricación, directamente en la máquina-herramienta o en la célula de transferencia sin desmontaje de la pieza de su soporte portapiezas entre la operación de control y la operación anterior.

Según un ejemplo de implementación, la operación de medida comprende la adquisición, por medio de un sensor óptico u otro, llevado por un robot, de una nube de puntos en una o varias superficies de la pieza objeto de control. Al estar la pieza controlada en su entorno de máquina, por definición estricta, la realización automática de la operación de medida implica colocar el sensor de forma que permita realizar la adquisición de la nube de puntos, de manera que dicho sensor pueda «ver» las superficies objeto de control.

Además, en determinadas circunstancias, la configuración del entorno no permite asegurar la total visibilidad de las superficies objeto de control desde un punto de vista único, y el sensor debe realizar varias adquisiciones desde diferentes puntos de vista para asegurar esta cobertura.

El sensor se asocia así a un efector, robot o manipulador, capaz de desplazar dicho sensor en el entorno de la máquina.

En el caso de un brazo manipulador o de un robot externo a la máquina, este se lleva al entorno de máquina antes de la operación de medida, y después se desacopla una vez realizada la operación de medida.

El posicionamiento adaptado de la pieza y de sus superficies objeto de control con respecto al sensor de adquisición puede realizarse también mediante el desplazamiento de la pieza, en su portapiezas, en el espacio de la máquina o de la célula de transferencia.

Según la técnica anterior, el control automático de una pieza se realiza en general en una máquina de medida tridimensional, es decir, en un entorno casi ideal en términos de espacio ocupado y de accesibilidad de las superficies para el sensor de medida, estando la pieza montada en un soporte de medida específico y, por tanto, desmontada de su soporte portapiezas que se usa para el mecanizado.

En la implementación de este procedimiento de la técnica anterior, se sabe optimizar la realización de la medida, es decir, determinar mediante un algoritmo la minimización del número de adquisiciones.

Matemáticamente, el problema se enuncia de la manera siguiente: dado un conjunto de elementos {1,2,3,...,n}, que representa el conjunto de las superficies de la pieza concernidas por la medida y A una lista de subconjuntos que corresponden a las superficies que pueden ser objeto de una adquisición por el medio de medida, y donde la unión de dichos subconjuntos es igual a S, se busca la lista más pequeña de subconjuntos en A de tal forma que la unión de esta lista sea igual a S.

Se trata de un problema de optimización denominado NP-completo cuya dificultad de resolución, y por consiguiente, el tiempo de resolución, aumenta de manera exponencial con el número de datos.

Este problema que ha de resolverse se vuelve todavía más complejo en el caso de una medida in situ, en la que, para una pieza dadaa el entorno, en general saturado, es además modificable, bien porque la pieza se realiza en varias máquinas diferentes o bien porque la configuración de la máquina puede cambiar, especialmente entre las fases de fabricación.

El documento de Michéle Germani y col. «Automation of 3D view acquisition for geometric tolerances verification» IEEE 12th International Conference on Computer Vision Workshops, 27 de septiembre de 2009, ISBN: 978-1-4244­ 4442-7, describe un sistema de medida automático de las tolerancias geométricas que puede usarse durante la fase de diseño de una pieza. Se basa en tres herramientas principales: una herramienta de software modular basada en CAD, para simular y pilotar el conjunto del proceso de verificación, un sensor óptico como sistema de adquisición de la forma de la pieza, y un robot multieje capaz de desplazar dicho sensor.

Exposición de la invención

La invención pretende definir, para un par formado por pieza y sensor de medida/adquisición dado, las posiciones espaciales relativas del sensor y de la pieza que permiten la adquisición de las superficies de la pieza necesarias para la realización de un control.

El resultado del procedimiento objeto de la invención permite para este par de sensor/pieza determinar, para cualquier máquina en la que se realiza la pieza y para cualquier efector, especialmente un robot, que soporta el sensor de medida, una secuencia de adquisición optimizada, minimizando el número de adquisiciones para realizar una medida en la que intervengan una o varias superficies de la pieza.

Para este fin, la invención se refiere a un procedimiento para el control dimensional o geométrico de una o varias caras de una pieza montada en un montaje de fabricación entre dos operaciones de fabricación, por medios que comprenden:

- un sensor de medida adaptado a la adquisición de puntos en la cara de la pieza objeto del control, definido por una distancia de adquisición, un volumen de adquisición y un cono de dirección de adquisición desde una posición fija;

- un robot, capaz de soportar y de desplazar el sensor;

- un ordenador que comprende medios de memoria, medios de cálculos y medios de visualización, que comprende en sus medios de memoria un modelo digital tridimensional de la pieza, y capaz de adquirir las coordenadas de los puntos adquiridos por el sensor;

tal que el procedimiento comprende las etapas, implementadas por el ordenador, que consisten en:

i. obtener un modelo digital de la pieza que comprende la cara objeto de control y muestrear este modelo en una nube de puntos por teselación de las caras de dicho modelo CAD;

ii. obtener las características del sensor;

iii. crear un grafo de visibilidad GV de la pieza objeto de control:

iii.a segmentando el modelo digital de la pieza en nodo, estando cada nodo comprendido en el volumen de adquisición del sensor y cuyas normales están en el interior del cono de adquisición de dicho sensor;

iii. b determinando la visibilidad de cada nodo desde cada posición relativa del sensor con respecto a dicho nodo; iii.c determinando las visibilidades comunes, o aristas, entre los nodos, estando dos nodos unidos por una arista cuando una adquisición, realizada en una posición relativa fija del sensor con respecto a la pieza, permite cubrir simultáneamente una parte al menos de la superficie de cada uno de los dos nodos;

iv. a partir del grafo de visibilidad obtenido en la etapa, iii) definir una secuencia de adquisiciones que permita cubrir la o las caras en un número reducido de adquisiciones en recubrimiento definiendo el camino que une todos los nodos de la o las caras por un número mínimo de aristas en el grafo de visibilidad;

v. implementar la secuencia de adquisición definida en la etapa iv) por medio del robot desplazando el sensor de medida o la pieza en su montaje entre las posiciones que permiten realizar la secuencia de adquisición.

Así, el procedimiento objeto de la invención permite abordar el problema NP-completo de la determinación de una secuencia de adquisición optimizada para un problema de resolución de camino en un grafo, problema para el que existen algoritmos y heurísticas de resolución robustos.

El muestreo del modelo CAD por teselación permite realizar las etapas iiia) a iiic) mediante operaciones de clasificación de los puntos en ficheros.

Ventajosamente, el fichero CAD usado en la etapa i) corresponde al estado de la pieza en la gama de fabricación en el momento de la operación de control.

Ventajosamente, la etapa iiia) comprende, para una cara, la segmentación de la nube de puntos por dicotomía según el cono de dirección de adquisición del sensor y según el volumen de medida del sensor.

Este modo de implementación recursivo por dicotomía permite segmentar rápidamente la nube de puntos.

Ventajosamente, la segmentación de la nube de puntos comprende una etapa que consiste en obtener un grafo de conectividad de las caras del modelo CAD de la pieza, y en el que la etapa iiia) comprende las etapas que consisten en:

- realizar la segmentación de una primera cara;

- explorar la proximidad de los nodos así creados en una segunda cara vecina a la primera cara según el grafo de conectividad;

- cuando la nube de puntos de la segunda cara y no incluidos ya en un nodo y los puntos de un nodo de la primera cara entran en el volumen de adquisición y el cono de dirección de adquisición del sensor, integrar los puntos de la segunda cara en el nodo de la primera cara.

Esta realización permite reducir el número de nodos y así reducir el número de adquisiciones necesarias para el control de la pieza así como reducir el tiempo de cálculo.

Ventajosamente la etapa iiib) comprende las etapas implementadas por el ordenador que consisten en:

- definir por medio de la distancia de adquisición del dispositivo de medida un espacio voxelizado alrededor de la pieza; - proyectar desde cada nodo rayos contenidos en el cono de dirección de adquisición del sensor centrado en la normal al nodo;

- determinar los vóxeles atravesados por un rayo;

- determinar una cartografía de la visibilidad de cada cara, a partir de los vóxeles así atravesados por un rayo.

Este modo de implementación permite cartografiar el espacio de visibilidad de la pieza desde el sensor independientemente del entorno de máquina.

Según una realización, para la implementación de la etapa iiib), el espacio voxelizado comprende un conjunto de vóxeles que contienen la pieza y la proyección de los rayos se realiza desde cada vóxel de este conjunto que comprende una parte de nodo usando la normal a esta parte de nodo comprendida en dicho vóxel.

Ventajosamente, la etapa iv) comprende la determinación de un subgrafo de visibilidad GVbis del grafo de visibilidad GV mediante la implementación de etapas que consisten en:

a. determinar los nodos que cubren las caras objeto de control;

1. calcular, a partir del grafo de visibilidad GV, los caminos más cortos que unen uno de dichos nodos a los otros nodos de las caras objeto de control;

2. repetir la etapa b) para cada uno de los nodos determinados en la etapa a) separando sucesivamente los nodos ya tratados;

3. a partir del resultado de la etapa c), determinar un grafo GVbis optimizado minimizando el número de aristas de GV de un camino que pasa por todos los nodos determinados en a).

Esta realización permite determinar rápidamente un número minimizado de adquisiciones.

Según una realización, el montaje de fabricación está en el interior de una máquina-herramienta que comprende una zona de trabajo y el robot es capaz de acceder y de desplazar el sensor en el espacio de trabajo de la máquina y la etapa v) se realiza en el espacio de trabajo de la máquina-herramienta.

Según esta realización, la etapa v) comprende el desplazamiento de la pieza en la zona de trabajo de la máquina.

Según una variante de implementación, el montaje de fabricación es paletizado y permite el desplazamiento de la pieza en su montaje entre diferentes puestos de fabricación.

Breve descripción de los dibujos

La invención se expone a continuación según sus realizaciones preferidas, en ningún modo limitativas y en referencia a las figuras 1 a 14 en las que:

Fig. 1 la figura 1, de intención ilustrativa, es un ejemplo de una pieza realizada por arranque de materia y que implementa operaciones de control que implementan el procedimiento objeto de la invención, representado en las etapas 1A a 1D de su realización;

Fig. 2

la figura 2 muestra la pieza de la figura 1 en una configuración de avance de la gama de fabricación durante la cual se realiza una operación de control;

Fig. 3

la figura 3 es una vista de conjunto de un sistema que muestra el contexto de implementación del procedimiento según un ejemplo de implementación de la invención;

Fig. 4

la figura 4 representa según una vista en perspectiva un ejemplo de volumen de medida de un sensor implementado en el marco del procedimiento objeto de la invención;

Fig. 5

la figura 5 ilustra, según una vista en perspectiva, el principio de segmentación de las caras;

Fig. 6

la figura 6 ilustra, según una vista en perspectiva, el principio de determinación de las cartografías de visibilidad:

Fig. 7

la figura 7 es un ejemplo de organigrama del procedimiento de segmentación de las caras;

Fig. 8

la figura 8 es un ejemplo de organigrama de la determinación de la cartografía de visibilidad;

Fig. 9

la figura 9 muestra un ejemplo de grafo de visibilidad;

Fig. 10

la figura 10 muestra el organigrama global del procedimiento objeto de la invención;

Fig. 11

la figura 11 muestra un ejemplo parcial de un grafo de conectividad entre las superficies de un modelo CAD; Fig. 12

la figura 12 es un ejemplo de organigrama de segmentación del modelo que comprende una exploración de las caras adyacentes;

Fig. 13

la figura 13 representa, según un esquema de principio en plano, la etapa de expansión de los nodos hacia las caras adyacentes, durante la segmentación del modelo;

Fig. 14

y la figura 14, ilustra un ejemplo de cálculo de un nuevo grafo de visibilidad cuando las posiciones relativas de control no son accesibles.

Realización(es) de la invención

Para facilitar la exposición, la implementación del procedimiento objeto de la invención se describe según un ejemplo no limitativo que implementa una pieza obtenida en torneado-fresado, cuya medida se realiza por medio de un sensor óptico por proyección de luz estructurada, en el entorno de la máquina de torneado-fresado.

El experto en la materia comprende que el procedimiento se aplica a otras configuraciones, especialmente cuando la pieza es producida por medio de una célula de fabricación y en el que la pieza se desplaza, en general de manera automática, en un montaje de fabricación paletizado entre diferentes puestos/máquinas de fabricación.

En este último ejemplo, no representado, la pieza sigue montada en su palé durante el control, lo cual se realiza, según las variantes, en un puesto de control específico o en el espacio de trabajo de uno de los puestos/máquinas de fabricación.

El principio de funcionamiento del sensor óptico, según un ejemplo de implementación, consiste en proyectar una secuencia de franjas sobre un objeto y en registrar, con ayuda de una cámara integrada en general en el sensor, las imágenes de estas franjas deformadas por el relieve del objeto. El tratamiento de la secuencia de imágenes suministra, para cada píxel de la imagen suministrada por la cámara, la distancia del punto correspondiente de la superficie en la que se proyectan dichas franjas.

Así, dicho sensor permite obtener, para una superficie analizada, una nube de puntos, estando cada punto definido por un vector que lo une al centro óptico del sensor, y así deducir a partir de él las coordenadas tridimensionales de cada punto de la nube en un indicador relacionado con el sensor.

No obstante, la invención no se limita a este tipo de pieza y de sensor, y se aplica a cualquier forma de pieza y a cualquier tecnología de sensor derivadas del procedimiento objeto de la invención.

En todo el texto, por el término «adquisición» se entiende la adquisición por el sensor y del registro de una nube de puntos en la superficie de la pieza objeto de control realizada en una posición relativa fija de la pieza y del sensor. En un centro de torneado-fresado y según un ejemplo de realización, la pieza se mantiene en un mandril rotatorio, tal que el mandril se usa para la colocación y el mantenimiento en su posición de la pieza en la máquina, así como para arrastrar la pieza en rotación y comunicarle un movimiento de corte de rotación alrededor de un eje z.

El eje z es horizontal o vertical.

Según un ejemplo de realización corriente y no limitativo, una torreta unida a un carro soporta una pluralidad de herramientas de torneado, intercambiables por la rotación de la torreta, tal que el carro es capaz de desplazarse en paralelo al eje z de rotación de la pieza, así como según un eje x perpendicular a este último, según movimientos de control numérico, a velocidades y posiciones programadas, para realizar operaciones de torneado, es decir, generar por arranque de materia formas que presentan una simetría de rotación con respecto al eje z.

Algunas máquinas incluyen varias torretas y varios carros, que son también capaces de desplazarse según un eje y perpendicular a los ejes z y x.

Este tipo de máquina comprende en general un carro axial, capaz de desplazarse según el eje z y de realizar, por ejemplo, operaciones de perforado y de escariado según el eje z en el centro de la pieza, de manera que el movimiento de corte se comunica a la pieza.

La máquina comprende además un carro que soporta una clavija motorizada capaz de soportar una herramienta de fresado, de perforado o de escariado, herramienta a la que se le comunica el movimiento de corte mediante dicha clavija motorizada.

El carro que soporta esta clavija es capaz de desplazarse según los ejes x, y y z de la máquina, e incluso según un eje de rotación alrededor del eje x, según movimientos pilotados por control numérico, a velocidades y posiciones programadas para realizar operaciones de fresado.

El pilotaje del mandril es también de control numérico. Durante una operación de torneado, el mandril comunica a la pieza la velocidad de corte correspondiente a dicha operación, durante una operación de fresado, el mandril se desplaza a una posición fija programada o comunica a la pieza la velocidad de avance correspondiente a la operación de fresado realizada.

En el marco de una operación de medida in situ, las torretas, los carros y el mandril constituyen un entorno de máquina y elementos de este entorno de máquina susceptibles de ocultar la vista o la accesibilidad del sensor de medida, y con los cuales el sensor o su efector que lo soporta pueden entrar en colisión.

En la Figura 1, según un ejemplo de realización no limitativo de una pieza que ilustra la implementación del procedimiento objeto de la invención, la pieza final (190, etapa 1D) se realiza por arranque de materia partiendo de una pieza en bruto cilíndrica (100, etapa 1A), por ejemplo una barra.

Según un ejemplo de realización, la pieza se realiza en una sola fase, es decir, sin modificación del posicionamiento de la pieza en la máquina, alternativamente se realiza en dos fases, por ejemplo con un retorno entre los estados que corresponden a la etapa 1B y la etapa 1C.

Las operaciones de mecanizado comprenden operaciones de torneado en avance transversal para el paso del estado de la etapa 1A al de la etapa 1B y después operaciones de fresado según varios planos y de perforado-escariado para la realización de la horquilla (130) y del escariado (140) de dicha horquilla, etapa 1C, así como una operación de ranurado en fresado, para la realización de la ranura (150), etapa 1D.

Finalmente una operación de corte permite separar la pieza (190) de la barra que constituye la pieza en bruto.

El procedimiento objeto de la invención se implementa para definir el posicionamiento relativo del sensor de medida con respecto a la pieza en el entorno de máquina, con el fin de controlar la pieza en situaciones de realización intermedias, entre operaciones de mecanizado.

Así, a modo de ejemplo no limitativo, una primera operación de control consiste en controlar, en la configuración de la etapa 1B, el posicionamiento y el diámetro de la parte cilíndrica de desbaste de la horquilla, una segunda operación de control consiste en controlar la horquilla (130) y el escariado (140) durante o después de las operaciones de fresado correspondientes.

A modo de ejemplo, los controles que se realizarán durante esta segunda operación de control se refieren a controles dimensionales tales como el diámetro del escariado (140) o la abertura de la horquilla (130). Dichos controles pueden realizarse sin desmontar la pieza mediante técnicas de palpado conocidas en la técnica anterior, aunque estas técnicas de la técnica anterior usan las indicaciones suministradas por los codificadores de los ejes de la máquina y, por tanto, dependen de la geometría de la máquina y de la validez de las informaciones suministradas por dichos codificadores.

Según otros ejemplos, los controles geométricos realizados se refieren también a: el paralelismo de las caras exteriores (231, 232) así como de las caras interiores (241, 242) de la horquilla, la perpendicularidad del eje (245) del escariado, con respecto a las caras (231, 232, 241, 242) de la horquilla, así como con respecto al eje de la parte cilíndrica (200) de la pieza, la simetría de las ramas de la horquilla con respecto a la parte cilíndrica (200) o la coplanaridad del eje (245) del escariado y del eje de la parte cilíndrica (200).

El experto en la materia comprende que si la pieza debe desmontarse de la máquina y colocarse en una máquina de medida tridimensional para efectuar estos controles, será imposible volver a colocar la pieza en la máquina con suficiente precisión para efectuar las operaciones siguientes, aunque solo sea porque la pieza debe separarse de la barra que constituye la pieza en bruto. Por este motivo, el procedimiento objeto de la invención pretende un control denominado in situ es decir, sin desmontaje de la pieza de su soporte de mecanizado y conservando esta en el entorno de máquina.

La otra ventaja de un control in situ es que permite la corrección de las operaciones de fabricación siguientes de manera que se detecte una cota fuera de tolerancia o se evite que una operación siguiente se encuentre fuera de tolerancia debido al resultado de una operación anterior.

Así, la operación de control, según un ejemplo de realización, forma parte integral de la gama de fabricación, y permite mejorar la precisión y reducir las tasas de rechazos, o al menos rechazar lo antes posible una pieza no conforme.

En la Figura 3, para este fin, el procedimiento objeto de la invención se refiere a la implementación de un sistema que comprende una máquina-herramienta (300) de control numérico, en este caso un centro de torneado-fresado. Dicha máquina-herramienta comprende una zona de trabajo segura (310), que corresponde al entorno de máquina y a la zona en la que se transforma la pieza.

El acceso a esta zona segura está protegido por una puerta (311) y por medios de seguridad de manera que, cuando dicha puerta está abierta, la máquina se encuentra en una configuración de seguridad que, a modo de ejemplo, solo permite movimientos del eje a velocidad reducida y no permite los movimientos de corte.

Para las operaciones de mecanizado, la máquina es pilotada por un director de control numérico (320) programable.

El sistema comprende un efector que lleva un dispositivo de medida (350).

Según un ejemplo de realización el efector es un robot (360) poliarticulado, antropomórfico, tal que el robot está montado en un carro de soporte (340) que permite desplazar dicho robot (360) con respecto a la máquina (300) especialmente para acercar o alejar el robot de la zona de trabajo segura (310) de la máquina.

Así, cuando el robot (360) se encuentra en posición de repliegue (361), es posible acceder sin impedimentos a la máquina, especialmente para la carga de una pieza en bruto o la descarga de una pieza terminada, o bien para instalar herramientas en la torreta.

Para efectuar una operación de control, el robot (360) se desplaza a una posición de control (362) que le permite acceder a la zona de trabajo

El robot (360) soporta y permite desplazar un dispositivo de medida sin contacto (350), por ejemplo un sensor óptico por proyección de luz estructurada.

El sistema comprende un puesto de supervisión (390) que comprende un ordenador con medios de memoria y de cálculo, así como medios de captura y de visualización.

El puesto de supervisión se conecta e intercambia informaciones con el director de control numérico (320) de la máquina, con el robot (360) y su carro móvil (340) especialmente para desplazar el robot a lo largo de sus ejes y con respecto la máquina, así como con el dispositivo de medida (350) especialmente para recuperar las coordenadas de los puntos de la nube de puntos adquiridos por este dispositivo.

El procedimiento objeto de la invención pretende la preparación de operaciones de control implementadas por medio del sistema descrito anteriormente o de otro sistema equivalente en términos de funcionalidades.

Más en concreto, el procedimiento objeto de la invención pretende suministrar un par de pieza-sensor determinado, de manera que los posicionamientos relativos de dicho sensor con respecto a dicha pieza permiten realizar la adquisición del conjunto de las superficies objeto de control en un mínimo de posicionamientos relativos.

El resultado del procedimiento objeto de la invención no es específico de un entorno de máquina dado, es genérico y puede adaptarse a cualquier entorno de máquina y efector que implemente dicho par de sensor-pieza.

En la implementación del procedimiento objeto de la invención, el sensor, sea cual sea su tipo, se caracteriza por distancias de adquisición máximas y mínimas con respecto a la superficie objeto de la adquisición, se trata de distancias que se pueden calificar de distancias de focalización.

Los términos «distancia de focalización» hacen referencia más en particular a un sensor óptico, pero el experto en la materia entiende que también un sensor mecánico (palpador) comprende una distancia mínima y una distancia máxima de medida con respecto a una superficie, en función de la tecnología del sensor. Estos términos deben interpretarse también en este sentido.

En la Figura 4, cuando el sensor se coloca a una distancia de una superficie en el interior de este intervalo de focalización, el sensor es capaz de realizar una adquisición de la posición de cualquier punto de esta superficie que se encuentra en un volumen (400) de medida, tal que el volumen de medida es definido por el intervalo de medida (410) del sensor, que puede calificarse de profundidad de campo. Según el tipo de sensor este intervalo es de espesor variable en el volumen de medida; un área barrida definida por su anchura (420) y su longitud (430) y un ángulo relativo máximo de adquisición con respecto a la normal (440) a dicha superficie.

La forma del volumen (400) de medida, representada en la figura 4, es puramente ilustrativa y depende de la tecnología y de los rendimientos del sensor usado.

Cuando todos los puntos de la superficie cuya adquisición se contempla se encuentran en el interior de este volumen de medida (400), la adquisición de la nube de puntos correspondiente a esta superficie puede realizarse en potencia mediante una única adquisición, sin desplazamiento del sensor o de la pieza que lleva dicha superficie.

Según un ejemplo puramente ilustrativo y no limitativo, un sensor óptico dado tiene, por ejemplo, una distancia de focalización comprendida entre 200 mm y 320 mm, una superficie de adquisición de anchura (420) de 200 mm y de longitud (430) de 150 mm, un intervalo de medida (410) de 120 mm y un ángulo de medida posible en un cono de semiángulo de 45° con respecto a la dirección del eje del sensor.

Así, según una primera condición, para que dos puntos cualesquiera, a y b, de la pieza puedan ser adquiridos durante una misma adquisición por el sensor, estos dos puntos deben encontrarse los dos en el volumen (400) de medida del sensor.

Según una segunda condición, ninguno de los dos puntos debe estar ocultado ópticamente por otra superficie de la pieza.

Volviendo por ejemplo a la figura 2, no es posible realizar, durante la misma adquisición, la adquisición de las dos superficies exteriores (231, 232) de la horquilla, ya que estas se ocultan mutuamente.

Según una tercera condición, ninguno de los dos puntos debe estar ocultado ópticamente por un obstáculo del entorno en el momento de la medida. Esta condición es específica del entorno de máquina.

Si una de estas condiciones no se verifica, los dos puntos no pueden ser adquiridos durante una misma adquisición por medio del sensor y existen entonces dos posibilidades para realizar una medida en la que intervengan estos dos puntos.

Según una primera posibilidad, existe otra posición relativa del sensor con respecto a la pieza en la que se cumplen las tres condiciones con respecto a a y a b .

Si esta primera posibilidad no es realizable, entonces una medida en la que intervengan estos dos puntos a y b debe ser objeto como mínimo de dos adquisiciones distintas.

Estas dos adquisiciones son realizadas entonces según posicionamientos relativos diferentes del sensor con respecto a la pieza.

Un posicionamiento relativo del sensor con respecto a la pieza se entiende como un desplazamiento del centro óptico del sensor con respecto a la pieza o como una orientación diferente del sensor con respecto a su centro óptico, de manera que el «o» es inclusivo.

En este último caso, para que la medida sea posible, debe existir al menos un tercer punto c intermedio, tal que las 3 condiciones enunciadas anteriormente se verifiquen con respecto a a y c y a b y c.

Según este principio, resulta sencillo comprender que es posible realizar una medida entre dos puntos o dos grupos de puntos alejados sobre la base de varias adquisiciones distintas, dado que existe siempre al menos un punto intermedio, tal como el punto c, entre dos adquisiciones, de manera que las adquisiciones puedan ser recalibradas entre sí.

El posicionamiento relativo del sensor con respecto a la pieza durante cada adquisición se obtiene por el desplazamiento del sensor por medio de un efector (360, figura 3), o por el desplazamiento de la pieza.

En un entorno definido, la proporción de la superficie del objeto para controlar que es visible desde el sensor, teniendo en cuenta las características de este último, es también función de la posición relativa del sensor con respecto a la pieza.

Esta posición relativa depende de los posicionamientos respectivos de la pieza y del sensor en este espacio y de sus orientaciones respectivas.

En un entorno definido, es preciso además verificar que estas posiciones relativas de adquisición pueden alcanzarse, es decir, que no haya ningún obstáculo que impida una de las posiciones relativas, que la posición definida esté en el espacio de posicionamiento alcanzable por el efector y que exista una trayectoria fuera de colisión entre dos posiciones relativas de adquisición.

Estas limitaciones, así como la tercera condición evocada anteriormente, son específicas de un entorno de máquina dado, del efector específico que soporta el sensor y del sensor.

El experto en la materia comprende que ante una situación de medida de cara(s)/sensor dada existe una infinidad de posibilidades para realizar una medida.

Si el número de medida es demasiado bajo o está mal organizado, existe un riesgo de que las medidas no se recubran correctamente para realizar su recalibrado relativo y conduzcan, por tanto, a un control no fiable. Si el número de adquisición es demasiado elevado, el tiempo de medida crece rápidamente sin aportar ganancias en materia de precisión.

El procedimiento objeto de la invención pretende así definir, de manera automática, una cartografía del espacio en función de la visibilidad que ofrece de una pieza dada con respecto a un sensor de medida de características dadas, y determinar las posiciones relativas de la pieza y del sensor, lo que permite la adquisición de todas las superficies de la pieza mediante un mínimo de adquisiciones.

La cartografía y las posiciones de adquisiciones obtenidas son específicas de la pieza y del sensor e independientes del entorno de máquina.

A continuación pueden usarse en cualquier entorno de máquina, introduciendo las especificidades de este entorno en este espacio cartografiado.

Retomando el ejemplo de los puntos a y b anteriores, es sencillo comprender que la incertidumbre de medida, por ejemplo de una medida de la distancia entre a y b, será tanto más baja cuando esta medida se realice basándose en un número mínimo de adquisiciones.

También es evidente que el control de una pieza será tanto más rápido cuanto más reducido sea el número de adquisiciones para realizar este control.

Así, el procedimiento objeto de la invención permite a la vez mejorar la productividad de la operación de control in situ y mejorar la precisión.

El procedimiento objeto de la invención comprende así una pluralidad de etapas dirigidas a determinar dicha cartografía para implementar la operación de control pretendida. Estas etapas son implementadas por el ordenador y comprenden en entrada el modelo CAD de la pieza objeto de control y las características del sensor, en concreto, sus distancias mínimas y máximas de focalización, su volumen de medida y sus ángulos límite de medida.

Al ser el objetivo realizar un control in situ de la pieza en curso de fabricación, el modelo CAD considerado es el que corresponde al estado de la pieza en el estadio de fabricación en el que se encuentra durante la operación de medida contemplada. Según los ejemplos de implementación, este modelo CAD se obtiene a partir de un software de CAD/CAM (diseño y fabricación asistidos por ordenador) o se construye específicamente para reflejar el estado de la pieza en el estadio de fabricación que corresponde a la realización del control.

El modelo CAD comprende una pluralidad de caras.

Una cara es una entidad geométrica que es objeto de un control.

Así, volviendo a la figura 2, dicho control se aplica, por ejemplo, en una cara única, por ejemplo en la cilindricidad de la cola cilíndrica (200) de la pieza, o en varias caras, por ejemplo en el paralelismo de las caras exteriores (231, 232) de la horquilla.

Según estos dos ejemplos, ninguno de estos dos controles puede realizarse con una adquisición única. Así, la adquisición de la forma de la cola cilíndrica (200) no puede realizarse en una sola adquisición, de manera que los ángulos límite de adquisición del sensor se extienden como mucho a 180°.

Se plantea el mismo problema para el control que implementa las dos caras externas (231,232) de la horquilla, incluso en la hipótesis de que cada una de estas caras, tomada individualmente, puede adquirirse en una sola adquisición.

En los dos ejemplos anteriores será preciso recurrir a una pluralidad de adquisiciones, de manera que las superficies cubiertas por cada una de estas adquisiciones presentan, al menos dos a dos, un recubrimiento suficiente para permitir su recalibrado relativo.

En el ejemplo de las dos caras planas exteriores (231,232) de la horquilla, las dos caras no tienen ninguna superficie o parte de superficie en común. Además, para realizar una medida entre estas dos caras será necesario realizar la adquisición de al menos una parte de al menos otra cara (237), que se extiende entre las dos caras en cuestión de manera sea posible recalibrar las medidas entre sí.

En la Figura 10, para este fin, el procedimiento objeto de la invención comprende esencialmente 3 etapas denominadas de cartografía que comprenden:

- una segmentación (1010) del modelo CAD en un conjunto de superficies, o nodos, correspondiendo cada nodo a una superficie visible en una sola adquisición en función de las características del sensor;

- la determinación (1020) de la visibilidad de cada nodo desde cada posición relativa del sensor con respecto a dicho nodo;

- la determinación de las visibilidades comunes (1030), o aristas, entre los nodos, estando dos nodos unidos por una arista cuando una adquisición permite cubrir simultáneamente una parte al menos de la superficie de cada uno de los dos nodos.

En la Figura 9, la realización de estas tres etapas de cartografía permite obtener un grafo de visibilidad (900).

Dicho grafo de visibilidad permite determinar, durante una etapa de optimización (1040), para una cara, un conjunto de caras o, más en general, el conjunto de la pieza, de manera que una secuencia de adquisición permite cubrir en un mínimo de adquisiciones, presentando los recubrimientos apropiados, el conjunto de las caras de la pieza que son objeto de un control.

La optimización consiste en determinar a partir del grafo de visibilidad el camino más corto que recorre las aristas del grafo y que pasa una sola vez por cada uno de los nodos que definen las caras objeto del control.

Este problema es un problema NP-completo que se resuelve mediante la implementación de una heurística y de un algoritmo.

Volviendo a la figura 10, durante una etapa de implementación (1050), las posiciones que corresponden a la secuencia de adquisición se traducen en posiciones relativas de la pieza y del sensor y en trayectorias relativas de posicionamiento del efector que lleva el sensor y los ejes de la máquina.

Finalmente, durante una etapa de control (1060) el programa de desplazamiento y de adquisición es así determinado e implementado por el robot y la máquina, por medio de sus directores de control, según las instrucciones recibidas del puesto de supervisión para realizar las operaciones de adquisición necesarias para el control.

Segmentación del modelo CAD

Según un ejemplo de realización, la segmentación del modelo CAD incluye una primera etapa que consiste en muestrear el modelo en forma de una nube de puntos.

De hecho, las superficies del modelo CAD se definen, en general, matemáticamente en forma de entidades geométricas (cilindros, planos, esfera, etc.) o en forma de NURBS (No-Uniform Rational B-Spline). Las operaciones descritas a continuación consisten esencialmente en clasificar partes de estas superficies en conjuntos y en establecer las relaciones entre estos conjuntos.

Según un ejemplo de realización ventajoso, estas operaciones se realizan así en conjuntos de puntos obtenidos de este muestreo.

Al estar el modelo dividido en caras, es decir, entidades de superficie separadas por aristas, una operación de control se aplica a una o varias caras.

Así, una primera operación consiste en una teselación del modelo CAD de la pieza, es decir, que las superficies están enmalladas por elementos poligonales planos elementales unidos, por ejemplo, mallas triangulares, de dimensiones adaptadas según una tolerancia de flecha con respecto a la superficie real. Esta operación es un tratamiento conocido en la técnica anterior y no se expone a continuación.

Como resultado de la operación de teselación, en el caso de un enmallado triangular, cada malla comprende 3 puntos, cada uno de estos puntos es común a 3 mallas y cada malla incluye una normal a su superficie.

Así, a cada punto se le asocia una dirección normal media que corresponde a la combinación vectorial de las 3 normales de sus mallas comunes.

La operación de teselación entrega así un conjunto de mallas que se traduce en una lista de puntos, estando cada uno de los puntos asociado a coordenadas espaciales y a una dirección normal en un indicador relacionado con la pieza.

Según una realización ventajosa, la superficie enmallada se somete a muestreo en un número de puntos reducidos según una densidad de superficie de puntos predefinida.

Con independencia de la realización, cada punto de la nube que corresponde al modelo está asociado a una cara.

Las nubes de puntos que corresponden a cada cara del modelo se dividen en subconjuntos, comprendiendo cada subconjunto puntos de la cara cuya adquisición es posible durante una sola adquisición. Dicho subconjunto constituye un nodo.

En la Figura 5, partiendo de una superficie cualquiera (500), para que el conjunto de los puntos muestreados en esta superficie pueda ser adquirido en una sola adquisición, la separación de normales a máxima entre los puntos de esta superficie debe estar comprendida en el cono de ángulo 8 de medida del sensor.

Si no sucede así, como en esta figura, la superficie, en realidad la nube de puntos, se divide en 2, para suministrar así 2 nubes de puntos (501, 502). Estas dos nubes de puntos están unidas pero sin recubrimiento.

Según este ejemplo, la condición de separación máxima de normal se verifica en cada una de los 2 nubes de puntos (501, 502), por ejemplo, siendo la separación ai en la nube 501 inferior a d, con lo que el conjunto de los puntos de esta nube (501) puede adquirirse en una sola adquisición, siempre que entren en el volumen de medida del sensor (510).

Si el espacio ocupado espacial de la nube de puntos (501) entra en el volumen de medida (510) del sensor, como sucede en esta figura, entonces el conjunto de los puntos de la nube (501) constituye un nodo cuya adquisición por el sensor puede realizarse en una sola adquisición.

Si el espacio ocupado espacial de la nube de puntos (501) es superior al volumen de medida (510) del sensor, entonces dicha nube (501) se divide en 2 y cada uno de los subconjuntos de puntos resultante de esta división se examina con respecto al volumen de medida (510) del sensor.

Según un ejemplo de realización las divisiones de la nube de puntos (500) son realizadas implementando un algoritmo de agrupación o «clustering» de tipo Kmeans. Este algoritmo agrupa los puntos de la nube en dos clústeres (501, 502), es decir, K=2, basándose en la minimización de una distancia con respecto a un centroide. Las distancias consideradas son, por ejemplo, para la condición de separación angular, la separación angular de cada punto con respecto a los centroides y, para la condición de espacio ocupado, la distancia euclídea con respecto a los centroides.

El algoritmo de agrupación de tipo Kmeans es conocido en la técnica anterior y no se expone a continuación.

Estas operaciones se repiten en todas las caras del modelo hasta que estén todas segmentadas en una pluralidad de nodos, unidos, pero sin recubrimiento. Cada nodo es así un conjunto de puntos cuya distribución espacial y orientaciones de las normales permiten su adquisición en una sola adquisición por el sensor de medida.

En la Figura 7, para este fin, cada cara se analiza según el esquema recursivo ilustrado a continuación.

Partiendo de la nube de puntos (700) asociada a la cara y determinada durante la operación de muestreo anterior, según una primera prueba (710) se verifica la distancia angular a entre las normales de los puntos de la nube. Si esta distancia es superior (712) a una tolerancia angular (8) dada, que corresponde al límite angular de medida del sensor, la nube de puntos se divide en 2, durante una operación de división (715) relativa a la distancia angular, para dar lugar a 2 subconjuntos.

El proceso se repite en cada uno de los subconjuntos así obtenidos, hasta que la cara se divida en varios subconjuntos, cada uno de ellos incluido en la tolerancia angular de medida del sensor.

Por ejemplo, si el intervalo angular de medida del sensor es de /- 45°, entonces la cara cilindrica (200, figura 2) se divide en 4 subconjuntos. Por el contrario, en una cara plana (232, figura 2) el subconjunto, en este estadio, está constituido por el conjunto de la cara.

Cuando todos los puntos del subconjunto considerado están comprendidos en la tolerancia angular (711), el subconjunto correspondiente se analiza según una prueba (720) con respecto al volumen de medida del sensor. Según un ejemplo de realización, la nube de puntos se representa por una caja envolvente y la prueba (720) se aplica a la distancia entre los vértices de la caja.

Esta distancia d entre los vértices de la caja que engloba la nube de puntos se compara con una distancia admisible l, entre los vértices de la caja (610, figura 6) que corresponde al volumen de medida del sensor.

Si (722) d es superior a l, entonces el subconjunto considerado ocupa un volumen superior al volumen del sensor. Se divide durante una operación de división (725) relativa al volumen de medida.

El proceso se repite en los 2 subconjuntos resultantes y hasta que todos los puntos de cada subconjunto se encuentren en un volumen compatible con el volumen de medida del sensor. Al estar los puntos de dicho subconjunto también distantes entre sí con una distancia angular compatible con las características del sensor, la adquisición de este subconjunto puede realizarse en una sola adquisición.

Así, cuando se verifica esta condición en el volumen de medida (721) para un subconjunto, dicho subconjunto constituye un nodo.

El proceso se repite hasta que todos los puntos de la nube de puntos que corresponde a la cara sean atribuidos a un nodo.

La implementación de este principio por dicotomía es rápida y permite definir nodos distintos entre sí.

En este estadio, cada punto de la nube resultante del muestreo pertenece a un nodo, cada nodo pertenece a una cara y se obtiene un fichero (730) que asocia cada punto a un nodo y a una cara.

Así, según este procedimiento, cada nodo cubre como máximo una cara y una cara está cubierta por al menos un nodo.

El volumen espacial ocupado por cada nodo es como máximo igual al volumen de medida del sensor pero puede ser inferior a este volumen.

La separación angular entre las normales a los puntos comprendidos en el nodo es como máximo igual a la capacidad angular de medida del sensor.

Expansión de los nodos

El esquema recursivo expuesto más adelante puede aplicable cara por cara al conjunto de la nube de puntos correspondiente al modelo. En este caso, como resultado de la operación de segmentación, cada punto pertenece a un nodo, cada nodo pertenece a una cara y los puntos comprendidos en un nodo se inscriben en el volumen de adquisición y el cono de medida del sensor.

Sin embargo, en la figura 12, según una realización ventajosa que permite reducir el número de nodos, la construcción de los nodos comprende una etapa (1220) de expansión de los nodos a las caras vecinas.

Así, partiendo de una primera cara, dicha cara se segmenta (1210) en nodos según el principio expuesto en las etapas de la figura 7.

Durante una etapa de exploración (1220) se exploran los puntos que pertenecen a caras adyacentes a esta primera cara.

Las caras adyacentes a la primera cara se definen por un grafo de conectividad (1221).

La figura 11 ofrece un ejemplo parcial de dicho grafo de conectividad entre las caras (A, B, C, D, E, F, G, H) de un modelo.

Dos caras están conectadas, y son adyacentes, cuando incluyen una arista común.

Así según este ejemplo parcial, la cara C está conectada a las caras E, F, G y B.

En la Figura 13, según el principio, en un ejemplo en el que la primera cara que se segmentará es la cara C, como consecuencia de esta etapa de segmentación, se exploran las caras adyacentes, E, F, G y B.

La figura 13 es un esquema de principio ilustrativo del procedimiento aplicado a un nodo de la cara en una representación plana para facilitar su lectura.

Según un ejemplo, la cara C está cubierta inicialmente por 4 nodos (C¹, C² , C³ , C⁴).

Durante la exploración de las caras vecinas, según este ejemplo simplificado, el nodo C¹ puede extenderse potencialmente hacia la cara E y la cara B, el nodo C² hacia la cara E y la cara F, el nodo C³ hacia la cara G y el nodo C⁴ hacia la cara B.

Según este ejemplo, solo una parte de los puntos de la cara B (C¹B) y de la cara E (C¹E) pueden entrar en el volumen de medida del sensor al mismo tiempo que los puntos del nodo C¹.

Sucede lo mismo para los puntos de la cara E con respecto al nodo C² , solo una parte de los puntos (C²E) de esta cara pueden entrar en el volumen de medida del sensor al mismo tiempo que los puntos del nodo C².

Por el contrario, según este ejemplo, la integridad de los puntos de la cara F (C²F) puede entrar en el volumen de medida del sensor y la adquisición de estos puntos C²F puede realizarse en una sola adquisición al mismo tiempo que los puntos que corresponden al nodo C².

Así, el nodo C² se extiende a la cara F y se refiere así al conjunto de puntos C² U C²F, de manera que la cara F, integrada en el nodo C² , no es objeto de una segmentación ulterior.

Por el contrario según este ejemplo de realización, las caras E y B que solo pueden ser cubiertas parcialmente durante una adquisición de un nodo de la cara C son objeto de una segmentación específica.

Así, como resultado de la operación de segmentación según esta realización, cada punto de la nube de puntos correspondiente al modelo pertenece a un nodo único, cada nodo se extiende en una o varias caras y cada punto de un mismo nodo se inscribe en el volumen de adquisición y el cono de adquisición del sensor.

Volviendo a la figura 12, al ser una primera cara segmentada durante una etapa de segmentación (1210), durante una etapa de exploración (1220) se exploran los puntos que pertenecen a las caras adyacentes.

Si (1230) la nube de puntos que pertenece a una cara vecina así explorada pertenece ya a un nodo la cara no se tiene en cuenta y la exploración continúa en otra cara adyacente. Si la cara no se atribuye ya a un nodo, entonces, si (1240) la superficie cubierta por el nodo con la inclusión de la nube de punto correspondiente a esta cara se inscribe en el volumen de adquisición y en el cono de medida del sensor, con lo que la nube de puntos correspondiente a la cara se añade al nodo en una etapa (1250) de expansión del nodo.

Si (1260) se han tratado todas las caras vecinas del nodo, entonces se tiene en cuenta una nueva cara entre las que se han añadido al nodo (1270) y el proceso se retoma con esta nueva cara.

El proceso se repite hasta que ya no sea posible añadir nubes de puntos que corresponden a una cara completa en el nodo actual.

Este proceso global (1200) se retoma en tantas iteraciones como sean necesarias hasta que todos los puntos de la nube correspondientes al modelo de la pieza hayan sido atribuidos a nodos.

Así, como resultado de la etapa de segmentación, sea cual sea su realización, con o sin exploración de las caras adyacentes, cada punto de la nube que corresponde al modelo se atribuye a un nodo único, para definir un conjunto V de los nodos del modelo.

Determinación de la visibilidad de los nodos

En la Figura 6, según un ejemplo de implementación, el modelo muestreado (690), es decir, la nube de puntos correspondiente a la pieza, o a las caras que son objeto del control, se coloca en el centro de un espacio voxelizado (600).

Un espacio voxelizado se define como un espacio discretizado en una pluralidad de vóxeles (601), o elementos de volumen elementales. Cada vóxel (601) está definido por su volumen elemental, en este caso la longitud de arista del cubo que corresponde a este elemento, y la posición de su centro en un indicador (650) ligado al espacio voxelizado. El espacio voxelizado comprende una caja envolvente (630) que comprende el modelo de la pieza (690). El resto del espacio (600) se extiende alrededor de esta caja según distancias que son función de las distancias de medida o de las distancias de focalización del sensor.

A modo de ejemplo, en cada dirección del indicador (650), los límites exteriores de la etapa voxelizada se sitúan a una distancia de focalización máxima del sensor desde el límite de la caja envolvente (630) del modelo (690).

Cuando el sensor comprende una distancia mínima de focalización, solo se consideran los vóxeles situados a una distancia superior a esta distancia mínima.

De una manera general, el espacio voxelizado (600) adopta cualquier forma basada en las distancias mínimas y máximas de focalización del sensor con respecto a la caja envolvente de la pieza.

En la caja envolvente (630), algunos vóxeles (631, 632, 633) son atravesados por un nodo, es decir, que los puntos que pertenecen a este nodo están comprendidos en dichos vóxeles teniendo en cuenta su localización espacial. Así, según este ejemplo, cada uno de estos vóxeles (631, 632, 633) comprende una cierta proporción (número de puntos) del nodo.

Desde cada vóxel (631,632, 633) se extrae una pluralidad de rayos (611) según las direcciones que corresponden al ^{cono de tolerancia angular del sensor y centrado en la normal (}610 ^{) media de los puntos del nodo comprendidos en} el vóxel.

Cada vez que uno de estos rayos (611) interseca un vóxel del espacio fuera de la caja envolvente (630), y que dicho vóxel se sitúa entre las distancias mínimas (691) y máximas (692) de focalización del sensor, la parte del nodo situada en el vóxel (631,632, 633) desde la que se emite el rayo (611) puede verse desde cada vóxel (sombreado en la figura) atravesado por dicho rayo.

La operación se repite para cada vóxel ocupado del modelo.

Como resultado de este proceso se obtiene una tarjeta de visibilidad (930) del conjunto del espacio, es decir, para cada vóxel del espacio (600), los vóxeles ocupados, y por tanto los nodos, que pueden verse desde este vóxel. Así, en la figura 8, según un ejemplo de realización, partiendo de la retícula de vóxeles (800), según una primera etapa (810) de clasificación, los vóxeles de la retícula se clasifican en vóxeles que comprenden un nodo y, en su caso, el porcentaje del nodo comprendido en este vóxel. Así, se establece un vínculo entre el conjunto de nodos y el conjunto de vóxeles de la retícula.

Durante una etapa (820) de proyección, para cada vóxel ocupado se calcula un conjunto de rayos según un cono cuyo ángulo con el vértice es igual al ángulo de visibilidad (6) del sensor, definido en un fichero (801) de características del sensor, y que tiene como eje la normal de la superficie del nodo que ocupa dicho vóxel.

. El proceso se repite para cada nodo del conjunto V de los nodos del modelo.

Así, se establece una lista clasificada (830) que atribuye a cada punto de la nube coordenadas, una pertenencia a una cara, una pertenencia a un nodo y una lista de vóxeles del espacio voxelizado (800) desde el que el punto es visible con las coordenadas de estos vóxeles.

Este resultado (830) permite determinar, por ejemplo desde qué vóxel o posición relativa del sensor con respecto a la pieza son visibles un punto, un nodo o una cara, o a la inversa, desde un vóxel dado, cuáles son los puntos, los nodos o partes de nodos, y la cara o partes de cara que son visibles desde esta posición relativa del sensor con respecto a la pieza.

Establecimiento del grafo de visibilidad.

El grafo de visibilidad establece, en el interior de la lista que corresponde al resultado de la etapa anterior, las relaciones entre los nodos según su visibilidad desde el espacio voxelizado.

En la Figura 9, el grafo de visibilidad (900) comprende nodos (901,..., 910) y aristas (921,...,930). Cada nodo corresponde a un conjunto de puntos obtenido de la operación de segmentación de la nube de puntos, y este conjunto de puntos cubre una superficie cuya adquisición puede realizarse en potencia por medio del sensor de medida seleccionado en una sola adquisición.

Existe una arista (921,..., 932) entre dos nodos si existe en el espacio voxelizado un vóxel desde el cual una proporción dada de cada uno de estos nodos es visible en una sola adquisición con el sensor en la posición relativa con respecto a la pieza correspondiente a dicho vóxel.

A modo de ejemplo, esta proporción se toma como igual al 80% sin que este ejemplo sea limitativo.

Así, entre dos nodos (901, 902) separados por una arista (921) existe una posición relativa del sensor desde la que es visible al menos el 80% de cada nodo (901, 902).

Así, para cada conjunto de puntos, denominado de inicio, que tiene en común un nodo y un vóxel de visibilidad, y que comprende al menos el 80% de los elementos del nodo, se busca entre los otros conjuntos de puntos que tienen el mismo vóxel de visibilidad los que comprenden al menos el 80% de los elementos de otro nodo, y si se encuentra dicho conjunto, se establece una arista entre el nodo de inicio y este otro nodo, hasta que se hayan considerado todos los vóxeles del espacio voxelizado, cuya visibilidad cubre al menos el 80% de los elementos de un nodo.

Como resultado de esta operación se unen dos nodos entre sí por medio de una arista cuando existe al menos un vóxel del espacio voxelizado, desde el que es visible al menos el 80% de la superficie de cada uno de los nodos. Esta operación de clasificación suministra, en consecuencia, una lista de aristas con, para cada arista, los nodos entre los cuales se entiende y los vóxeles del espacio voxelizado del que se obtiene esta visibilidad.

En un nodo pueden partir o terminar varias aristas.

Optimización

Para realizar un control en el que interviene una cara o una pluralidad de caras de la pieza es necesario cubrir todos los nodos que corresponden a estas caras, y en su caso, los nodos que pertenecen a otras caras que permiten el recubrimiento y el recalibrado de las adquisiciones entre sí.

Las caras objeto de control son definidas por el usuario, por ejemplo apuntando a dichas caras por medio de una interfaz gráfica que representa la imagen de la pieza en su estado de avance en la gama de fabricación.

A partir del fichero obtenido como resultado de la segmentación, los nodos que corresponden a cada cara son conocidos y definen el conjunto V que comprende todos los nodos del modelo.

Asimismo, el grafo de visibilidad GV determinado anteriormente proporciona las relaciones entre todos los nodos del modelo en términos de visibilidad común.

El control, teniendo en cuenta la o las caras en que se aplica, se refiere a un conjunto S de nodos incluidos en el conjunto V.

La optimización de la secuencia de adquisición consiste en extraer del grafo de visibilidad GV un subgrafo GVbis que cubre todos los nodos de S y en el que se minimiza la suma de las aristas que deben recorrerse, o camino, para cubrir estos nodos.

Determinación de GVbis

A modo de ejemplo ilustrativo, en la figura 9, el control se aplica a dos caras, la cara X que comprende los nodos 901 y 904 y la cara Y con los nodos 906, 910 y 907. Al aplicarse el ejemplo en este caso a un control relativo a las dos caras, el experto en la materia comprende que se aplican los mismos principios a un control en el que interviene solo una cara o más de dos caras.

Según una primera etapa, partiendo de uno de los nodos que pertenecen a una cara objeto de control, se buscan los caminos más cortos entre este nodo y cada uno de los nodos objeto de control.

Así, partiendo del nodo 904 el camino más corto para ir al nodo 901 es la arista 927. El camino más corto para ir al nodo 907 pasa por las aristas 925 y 922, etc.

En el grafo de la figura 9, esta búsqueda es trivial pero, en la práctica, el grafo de visibilidad es más complejo e incluye muchos más nodos, esta búsqueda del camino más corto se realiza también mediante un algoritmo apropiado como, por ejemplo, por medio del algoritmo de Dijsktra.

Este algoritmo es conocido en la técnica anterior y no se expone a continuación. Se ofrece una descripción de este algoritmo en: «E.W. DIJKSTRA, A note on two problems in connexion with graphs, Numerische Mathematik 1, pág.

269 - 271 (1959)».

Para la implementación de este algoritmo la longitud de cada arista es la misma y se toma como igual a 1.

Al tratarse el nodo (904) se actualiza la longitud de los caminos de este nodo hacia los otros y ya no se vuelve a considerar en el resto del análisis.

Se realiza entonces el mismo análisis desde el nodo más próximo a este primer nodo, en este caso el nodo 901 según este ejemplo.

Así, la trayectoria más corta del nodo 901 hacia el nodo 907 toma prestadas las aristas 921, 929, 924 y 922 o 921, 929, 923 y 932, ya que el nodo 904 no se tiene ya en cuenta en el análisis.

En tal caso, estos caminos (4 aristas) son más largos que la suma de los caminos entre el nodo 904 y el nodo 901 (1 arista) y de la trayectoria entre el nodo 904 y el nodo 907 (2 aristas), por lo que se elige esta última solución entre el nodo 901 y el nodo 907. En caso contrario se habría elegido la primera solución.

Se prosigue con el análisis según el mismo principio desde el nodo 901 hacia los nodos 906 y 910. Los caminos se actualizan, el nodo 901 ya no se considera y se prosigue el análisis a partir del nodo más cercano al nodo 901, en concreto, el nodo 910, y así sucesivamente hasta que se hayan tratado todos los nodos de todas las caras objeto de control.

A partir de aquí, basta con recrear el camino más corto tomando los caminos más cortos desde cada uno de los nodos, con lo que se obtiene el grafo GVbis, mostrado en trazo grueso en la figura 9.

Implementación

Desde un punto de vista práctico, cada arista de GVbis corresponde a una adquisición realizada desde al menos un punto del espacio, es decir, un vóxel en el espacio voxelizado, según una orientación dada del sensor de medida. Cada arista representa así al menos una posición relativa del sensor de medida con respecto a la pieza, y esta posición puede alcanzarse mediante la combinación de una posición/orientación del sensor en el espacio máquina asociada a una posición/orientación de la pieza en este mismo espacio.

Así, el número de aristas del grafo GVbis, corresponde a una optimización del número de adquisiciones que se van a realizar para cubrir la o las superficies objeto del control, asegurando al mismo tiempo un recubrimiento entre las adquisiciones. Este resultado depende solo de la pieza y de las características del sensor y es independiente de la máquina.

En la Figura 10, durante la etapa de implementación (1050) estas posiciones relativas se traducen en posiciones de los ejes del robot y los ejes de la máquina, introduciendo las cinemáticas del robot y de la máquina, el entorno de la máquina y el posicionamiento de la pieza en este entorno.

Esta etapa se recupera de la programación asistida del robot y de la máquina según procedimientos conocidos de la técnica anterior, que, además de los posicionamientos relativos, permiten generar trayectorias fuera de colisiones tanto para el robot como para los ejes de la máquina entre las diferentes posiciones relativas.

Una vez establecido este programa, la operación de medida se realiza mediante las adquisiciones sucesivas que corresponden a este programa.

Debe precisarse que estas adquisiciones dan lugar a la adquisición de un volumen de medida que corresponde al del sensor de medida, tal que el volumen de medida es superior o igual al volumen de los nodos considerados para la determinación de las posiciones optimizadas de adquisición.

La determinación de los nodos y la segmentación del modelo son necesarias para la determinación de las posiciones de adquisición óptimas pero ya no se usan en el resto de la operación de control.

En el caso en que una de las posiciones relativas del sensor con respecto a la pieza no pueda alcanzarse, por ejemplo, porque un elemento del entorno, no desplazable, impide que el sensor alcance esta posición, el resultado de las operaciones de optimización anteriores permite encontrar rápidamente un resultado.

Así, según un primer ejemplo de solución, como se precisa anteriormente, una arista corresponde a al menos una posición relativa del sensor con respecto a la pieza, lo que significa que a una arista pueden corresponderle varias posiciones relativas del sensor con respecto a la pieza.

Estas posiciones se definen en el fichero (830, figura 8). Así, si una de las posiciones relativas que corresponden a una arista no puede alcanzarse en el entorno real en el que se realiza el control, una primera etapa consiste en explorar las otras posiciones relativas, clasificadas en dicho fichero (830), que corresponden a esta misma arista.

En el caso en que esta primera etapa no ofrezca una solución se determina una nueva secuencia de adquisición a partir del grafo GVbis.

Así, en el ejemplo de la figura 14, se considera que ninguna de las posiciones relativas que corresponden a las aristas 925 y 922 del grafo GVbis es accesible, lo que se traduce en prohibir que el camino pase por estas aristas.

Aplicando el mismo procedimiento que se ha descrito anteriormente es posible determinar mediante el mismo algoritmo un nuevo camino, es decir, un nuevo grafo GVbis, que responde a la necesidad, suprimiendo del grafo de visibilidad GV(900) las aristas 922 y 925, la figura 14 ofrece, en trazo grueso, un ejemplo de grafo GVbis optimizado en este nuevo contexto.

La descripción anterior y los ejemplos de implementación muestran que la invención alcanza el objetivo que pretende y permite definir una secuencia de adquisiciones optimizada para el control automático in situ de una cara o de un conjunto de caras de una pieza en su entorno de producción, siendo este problema, en la base, un problema NP-completo.

El procedimiento objeto de la invención obtiene este resultado por la segmentación del modelo CAD de la pieza según un procedimiento recursivo a partir de las características del sensor de medida, y después por la proyección de los nodos así obtenidos en un espacio virtual, siempre según las características del sensor, y de llevar así el problema a la resolución de un problema de grafo para el que existen heurísticas robustas de resolución.

El experto en la materia comprende que si el procedimiento de Dijkstra es un medio eficaz de resolución de este problema existe un arsenal de procedimientos de determinación de un camino óptimo en un grafo, que en su caso, pueden usarse en función de la complejidad del grafo y del problema.

El procedimiento de resolución del problema NP-completo inicial es indisociable de la operación de control ya que condiciona la posibilidad de realización, la precisión y la eficacia en términos de tiempo de realización.

Este procedimiento usa como entrada, según el ejemplo de realización expuesto, un modelo CAD de la pieza, modelo que a continuación es sometido a muestreo en una nube de puntos. El experto en la materia comprende que la implementación del procedimiento objeto de la invención puede realizarse a partir de una nube de puntos correspondiente a la pieza, obtenida por medio de una medida en una maqueta o una muestra física de esta pieza.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1. Procedimiento para el control dimensional o geométrico de una o varias caras de una pieza montada en un montaje de fabricación entre dos operaciones de fabricación por medios que comprenden:

- un sensor de medida (350) adaptado a la adquisición de puntos en la cara de la pieza objeto del control, definido por una distancia de adquisición, un volumen de adquisición y un cono de dirección de adquisición desde una posición fija;

- un robot (360), capaz de soportar y de desplazar el sensor (350);

- un ordenador (391) que comprende medios de memoria, medios de cálculos y medios de visualización, que comprende en sus medios de memoria un modelo digital tridimensional de la pieza, y capaz de adquirir las coordenadas de los puntos adquiridos por el sensor (350);

caracterizado porque comprende etapas, implementadas por el ordenador (391), que consisten en:

i. obtener un modelo digital CAD de la pieza que comprende la cara objeto de control y muestrear dicho modelo en una nube de puntos por teselación de las caras del modelo CAD;

ii. obtener las características del sensor (350);

iii. crear un grafo de visibilidad GV (900) de la pieza objeto de control:

iii.a segmentando (1010) el modelo digital de la pieza en nodos (901...910), estando cada nodo comprendido en el volumen de adquisición del sensor y cuyas normales están en el interior del cono de adquisición de dicho sensor;

iii.b determinando (1020) la visibilidad de cada nodo desde cada posición relativa del sensor con respecto a dicho nodo;

iii. c determinando visibilidades comunes (1030), o aristas (921 ...932), entre los nodos, estando dos nodos unidos por una arista cuando una adquisición, realizada en una posición relativa fija del sensor con respecto a la pieza permite cubrir simultáneamente una parte al menos de la superficie de cada uno de los dos nodos; iv. a partir del grafo de visibilidad (900) obtenido en la etapa, iii) definir (1050) una secuencia de adquisiciones que permitan cubrir la o las caras en un número reducido de adquisiciones en recubrimiento definiendo el camino que une todos los nodos de la o las caras por un número mínimo de aristas en el grafo de visibilidad; v. implementar la secuencia de adquisición (1060) definida en la etapa iv) por medio del robot (360) desplazando el sensor de medida (350) o la pieza en su montaje entre las posiciones que permiten realizar la secuencia de adquisiciones.

2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el modelo CAD corresponde al estado de la pieza en la gama de fabricación en el momento de la operación de control.

3. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa iiia) comprende, para una cara, la segmentación de la nube de puntos por dicotomía según el cono de dirección de adquisición del sensor (710, 715) y según el volumen de adquisición (720, 725) del sensor.

4. Procedimiento según la reivindicación 3, que comprende una etapa que consiste en obtener un grafo de conectividad (1221) de las caras del modelo CAD de la pieza, y en el que la etapa iiia) comprende las etapas que consisten en:

- realizar la segmentación de una primera cara (1210) según la reivindicación 3;

- explorar (1220) la proximidad de los nodos así creados en una segunda cara vecina a la primera cara según el grafo de conectividad (1221);

- cuando los puntos de la segunda cara y no incluidos ya en un nodo y los puntos de un nodo de la primera cara entran en el volumen de adquisición y el cono de dirección de adquisición del sensor, integrar (1250) los puntos de la segunda cara en dicho nodo.

5. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa iiib) comprende las etapas implementadas por el ordenador que consisten en:

- definir por medio de la distancia de adquisición del dispositivo de medida un espacio voxelizado (600) alrededor de la pieza;

- proyectar desde cada nodo rayos (611) contenidos en el cono de dirección de adquisición del sensor centrado en la normal (610) al nodo;

- determinar los vóxeles atravesados por un rayo (611);

- determinar una cartografía de la visibilidad de cada cara, a partir de los vóxeles así atravesados por un rayo (611).

6. Procedimiento según la reivindicación 5, en el que, para la implementación de la etapa iiib), el espacio voxelizado comprende un conjunto de vóxeles (650) que contienen la pieza y que la proyección de los rayos (611) se realiza desde cada vóxel de este conjunto que comprende una parte de nodo usando la normal a esta parte de nodo comprendida en dicho vóxel.

7. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la etapa iv) comprende la determinación de un subgrafo de visibilidad GVbis del grafo de visibilidad G V (900) mediante la implementación de etapas que consisten en:

a) determinar los nodos (901, 904, 906, 907, 910) que cubren las caras objeto de control;

b) calcular, a partir del grafo de visibilidad GV, los caminos más cortos que unen uno de dichos nodos a los otros nodos de las caras objeto de control;

c) repetir la etapa b) para cada uno de los nodos determinados en la etapa a) separando sucesivamente los nodos ya tratados;

d) a partir del resultado de la etapa c), determinar un grafo GVbis optimizado minimizando el número de aristas (927, 925, 922, 932, 923, 930) de GV de un camino que pasa por todos los nodos determinados en a).

8. Procedimiento según la reivindicación 7, en el que la etapa b) implementa el algoritmo de Dijkstra.

9. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el montaje de fabricación está en el interior de una máquina-herramienta (300) que comprende una zona de trabajo (310) en la que el robot (360) es capaz de acceder y de desplazar el sensor (350) en el espacio de trabajo de la máquina y en el que la etapa v) se realiza en el espacio de trabajo (310) de la máquina-herramienta.

10. Procedimiento según la reivindicación 9, en el que la etapa v) comprende el desplazamiento de la pieza en la zona de trabajo (310) de la máquina (300).

11. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que el montaje de fabricación es paletizado y permite el desplazamiento de la pieza en su montaje entre diferentes puestos de fabricación.