ITTO970549A1 - Procedimento e dispositivo per il rilevamento geometrico di grossi og- getti con un sistema a telecamere multiple. - Google Patents

Description

DESCRIZIONE dell'invenz ione industriale dal titolo "Procedimento e dispositi vo per il rilevamento geometrico di grossi oggetti con un sistema a telecamere multiple"

DESCRIZIONE

L 'inven ione riguarda un procedimento e un dispositivo per il rilevamento geometrico di grossi aggetti. di preferenza oer oggetti .sviluppati praticamente secondo due dimensioni,.ad esemoio lamiere ili grandi dimensioni o .parti di carrozzerie. Esso viene impiegato negli impianti che rilevano per inesco di una Pluralità di telecamere dati di immagini primarie di oggetti, isometrici o in funzione della posizione, che mediante una successiva elaborazione elettronica arrivano a indicazioni di dimensioni geometriche o a caratteristiche dipendenti dalla posizione.

Sono noti nello stato della tecnica impianti e procedimenti nei quali per la misura e per il rilevamento di grandi oggetti vengono impiantati sistemi a telecamere multiple.

Un tale sistema viene presentato da RADINGER ed al. in "Mehrkamerasvateme fiir die Kontrolle von grofìen Blechen" (Rivista delle lamiere, rostri, tubi 9-1993, rag. SA-38. edizioni Vogel. e Druck GmbH 3.Co KG Wurzhurg). Il sistema prevede una pluralità dì telecamere posizionate le quali si trovane» in tratti .importanti del profilo, in questo caso sugli spigoli. In questo modo possibile determinare i profili importanti dall'oggetto rispetto ari un sistema unitario di coordinate, viene effettuata i.n modo costante’ una taratura per mezzo di una sorta di reticolo dell'oggetto il quale presenta ì cosiddetti contrassegni rii accoppiamento per l'intero possibile campo di lavoro delle quattro telecamere, e ari esempio viene montato al di sotto dell'oggetto sul . supporto dell'oggetto. E' svantaggioso il fatto che per tutte le possib variazioni di posizione dell'oggetto deve essere assicurato con un controllo On-line i-1 fatto che all'interno di ciascun campo della immagine della telecamera gli spigoli degli oggetti e i contrassegni di accoppiamento (reticoli dell 'oggetto ) non si sovrappongono oppure si ricoprano. Altre soluzioni analoghe orevadono degli adatti impianti di taratura che siano adattati agli oggetti in Funzione ideile loro dimensioni, e presentino dei contrassegni di misura sui tratti importanti del -profilo, ossia delle posizioni. di montaggio delle, telecamere. Oltre al fatto che un tale impianto di taratura ha dimensioni rilevanti, si riscontra anche partisolarmente svantaggioso il fatto che per oggetti diversi e di conseguenza per un diverso posizionamento . delle telecamere' sono sempre necessari -nuovi impianti di taratura adattaii. Alla base della invenzione sta il Problema di trovare una nuova possibilità per il rilevamento geometrico di grandi oggetti con un dispositivo di telecamere multiple che pub venire tarata, e che si possa commutare secondo oggetti di dimensioni diverse con una semplice esecuzione dell' impianto di taratura e in in modo non complicato.

Il problema viene 1 risol to secondo l 'invenzione un procedimento per il rilevamento geometrico di grandi oggetti con una disposizione di telecamere multiple nel quale viene disposto nello spazio un numero di telecamere a piacere, adattato in funzione della complicazione e dimensione dell'oggetto, oor cui le telecamere vengono indirizzate verso parti caratteristiche dell'oggetto, senza che i loro singoli campi dell'oggetto ricoprano necessariamente' l'intero oggetto. e senza che avvenga un accoppiamento metrico dei loro campi dell'oggetto e ouindi dei loro campi di immagine mediante una operazione di taratura, per il fatto che un impianto di taratura, che è notevolmeinte più piccolo degli oggetti da misurare e presenta elementi geometrici per il fissaggio rii punti in uno spazia dell'oggetto, viene spostato a scatti in morie definito. l'impianto di taratura riceve per mezzo di un dispositivo di posizionaménto sufficientemente preciso un abbinamento ad una posizione in un sistema di coordinate unitaria del vano dell'oggetto e onesto abbinamento della posizione viene rilevato e raccolto in una memoria. e 1'impianto di taratura viene posizionato almeno secondo un numero di scatti tale,,per cui almeno tre punti caratteristici. che vengono prestabiliti per mezzo di almeno un elemento geometrico dell'impianto di taratura, vengono rilevati all'interno nell 'ambito di una operazione di taratura nel campo dell'oggetto' di' ciascuna telecamera e avviene una trasformazione di eoordinate nella quale le coordinate dei punti caratteristici di elementi geometrici vengono trasformate dal sistema di coordinate locale dell'impianto di taratura nel sistema di coordinate unitario del dispositivo di posizionamento

Per lo svolgimento di una operazione di taratura- .a causa delle diverse forme possibili dell'impianto locale di taratura si ricavano varianti diverse della sequenza degli scatti di posizionamento.

Se si impiega un impiantodi taratura di piccole dimensioni provvisto soltanto di un singolo elemento geometrico, il quale definisce con precisioni? il punto caratteristico. onesto viene posizionato vantaggiosamente nel campo del1'oouetto di ciascuna telecamera almeno- tre volte in diverse posizioni. '

Con 1'impiego di un impianto d.i taratura di' piccole dimensioni provvisto soltanto di un singolo elemento geometrico, il quale definisce almeno tre punti caratteristici. viene convenientemente effettuato un posizionamento almeno una volta nel campo dell'oggetto di ciascuna telecamera .

Il posizionamento dell'impianto di taratura si riduce convenientemente ad un movimento mono dimensionale, quando l'mpianto di taratura è sviluppato oraticamenio. soltanto secondo ,.,una dimensione, per cui il movimento avviene pressoché ortogonalinente alla direzione dello sviluppo longitudinale dell'impianto , e nel campo dell'oggetto di ciascuna telecamera vengono ogni volta posizionati tre punti caratteristici. In tal modo nel rampo dell'oggetto di ciascuna telecamera viene convenientemente posizionata . almeno un elemento geometrico con almeno tre ounti caratteristici e almeno per una volta.

Lo stesso effetto s.i ricava mediante il posizionamento effettuato almeno una volta di almeno tre elementi geometrici. i duali definiscono ciascuno un solo punto caretteristico e non sono disposti lungo una retta.

Si ottiene un'altra variante con un impianto di taratura sviluppato nel senso della lunghezza. quando vengano posizionati. due elementi geometrici, ciascuno con un punto caratteristico. almeno per. due volte nel campo dell'oggetto di ciascuna telecamera.

Nel caso di interventi di misura necessari su duo dimensioni, l'impianto di .taratura viene convenientemente guidato per mezzo di un supporta piano per l'oggetto parallelamente a ouest'ultimo tradite un diapositivo di posizionamento x-y, mentre . la telecamera viene indirizzata 'pràticamente in senso perpendicolare'sul supporta dell'oggetto.

Per necessità di misura sulle tre dimensioni è conveniente Posizionare nel vano dell'oggetto elementi geometrici s disporre la telecamera almeno a coppie in.modo da formare un sistema stereoscopica. La produzione di punti caratteristici , disposti- almeno in due piani diversi.. nel campo dell'oggetto di. ciascuna telecamera, avviene convenientemente con un impianto di taratura provvisto di almeno un elemento, geometrico per mezzo di un manipolare (3D) che funziona sulle tre dimensioni, il quale Fa avanzare l'impianto di' taratura nel camop dell'oggetto di ciascuna telecamera. Nel caso di un impianto di taratura impiegato in via preferenziale, il quale presenta di per sè un numero, adatto d.i punti caratteristici disposti secondo almeno due piani, questo impianto viene convenientemente spostato seconda due dimensioni, al fine di presentarli ai campi deali oggetti dei sistemi stereoscopici di telecamere.

Il compito opposto viene risolto secondo l'invenzione con un dispositivo per il rilevamento geometrico di grandi oggetti con una disposizione di telecamere multiple, la quale presenta un numero di telecamere scelto in funzione della grandezza e della complicazione degli oggetti, per cui le telecamere sono montate in modo da essere posizionate nello spazio su un dispositivo di posizionamento , e sono indirizzate verso le caratteristiche interessanti dell'oggetto,, senza che i .loro singoli campi dell'oggetto ricoprano necessariamente l'intero oggetto, e coti un dispositivo di supporto per l'oggetto che' deve venire ogni volta analizzato, per cui, lungo il dispositivo di supporto si PUÒ inserire un impianto per la taratura delle telecamere, per il fatte che l' impianto di taratura è notevolmente più piccolo .degli oggetti da misurare e presenta almeno un elemento geometrico per stabilire dei punti in uno spazio dell'oggetto, e. un elemento geometrico del1'impianto d.i taratura contiene ogni volta almeno,un punto caratteristico il quale si può facilmente interpolare ed estrarre dalle immagini della telecamera, per cui a ciascuna telecamera si possono addurre nell'ambito di un operazione di taratura almeno tre punti caratteristici, i quali comprendono una superficie sufficientemente oraride nel carneo dell'oggetto della telecamera, e l'impianto di taratura è accoppiato rigidamente ad un dispositivo di posizionamento sufficientemente preciso con il anale si .può abbinare all'impianto di taratura una precisa posizione nello ‘spazio dell'oggetto lungo il dispositivo di supporto, per cui questo abbinamento della posizione viene rilevato e raccolto in una memoria. e viene impiegata una unità di elaborazione per la trasformazione delle coordinate, per mezzo della quale le coordinate dei.sunti caratteristici degli elementi «geometrici vengono trasformate dal sistema locale delle coordinate dell'impianto di taratura nel sistema unitario delle coordinate del dispositiva di posizionamento.

Per le operazioni rii misura su due dimensioni, vengono convenientemente impiegate come elementi geometrici delle superficie bordate rettilinee. In tal caso la forma più semplice e un triangolo, i cui punti di vertice vengono impiegati come punti caratteristici, Sono anche adatti allo scopo elementi geometrici sotto forma di un quadrilatero di preferenza un quadrato, per cui sono disponibili come punti caratteristici i punti di spigolo e il punto di intersezione tra le diagonali,

Quali elementi geometrici per gli interventi di misura bidimensionali, vengono inoltre considerate le superfici delle sezioni coniche chiuse. per cui sono disponibili come punti caratteristi ci i punti, centrali o i punti focali. Di preferenza viene impiegato quale punto 'caratteristico il centro di, urta superficie circolare.

Per gli interventi di misura tridimensionali, si possono impiegare quali elementi geometrici convenienti dei corpi bordati- rettilinei, come piramidi, tronchi rii piramide . cubi. parallelogrammi, ecc. Sono anche convenienti, perù con una "resa" più ridotta, in termini di punti caratteristici, i corpi di rotazione, come i coni, le sfere, gli elissoidi di rotazione. Di preferenza vengono impiegate sfere con il loro centro

Se si impiegano quali elementi geometrici superfici bordate e corpi .bordati rettilinei è sufficiente in modo conveniente che nel1'ambito di una operazione di taratura soltanto un elementi? geometrico si possa posizionare nel campo della immagino di ciascuna telecamera.

Mei. caso delle superfici o dei corpi bordati con andamento curvilineo e nel caso di un fabbisogno ridondante di taratura, si .possono convenientemente posizionare una' pluralità di elementi geometrici nel campo dell'aggetto di ciascuna telecamera„ Ciò -avviene di preferenza mediante un collegamento rigido tra gli elementi all'interno dell'impianto di taratura, però si può anche ottenere mediante un posizionamento multiplo dello stesso elemento geometrico per mezzo del dispositivo di posizionamento.

Se 1'impianto di taratura utilizzato Presenta solamente un elemento geometrico con un punto caratteristico (cerchio oppure sfera), 1'.impianto di taratura si. .può convenientemente spostare all'interno del campo dell'oggetto di ciascuna telecamera almeno per due volte secondo direzioni, diverse del piano o dello stazio e secondo il medesimo modello. D'altra parte è conveniente che l'impianto di taratura non si sviluppi. in modo rilevante lungo la superficie di un campo della immagine di una telecamera, presenti una pluralità di elementi geometrici e si possa spostare secondo due dimensioni da un campo all'altro dell'oggetto delle telecamera- Un'altra variante conveniente prevede che l'impianto di taratura si sviluppi praticamente seconde una sola dimensione lungo una dimensione (di preferenza la più corta) del dispositivo di.supporto e presenti una pluralità di elementi geometrici con una disposizione .regolare, per -cui .l'impianto di taratura si può spostare praticamente soltanto in una sala dimensione perpendicolsfinente alla sua dilatazione longitudinale. In tal modo, gli. elementi geometrici vengono allineati convenientemente in iiianiera equidistante lungo una retta. Di preferenza essi vengono addirittura allineati lungo due rette parallele, per cui le file degli elementi geometrici possono essere spostare l'ima rispetto all'altra (ad esempio sono disposte con degli spazi intermedi).

L'invenzione si basa sulla,constatazione di tarare con un .impianto locale di taratura e a scatti un sistema di telecamere mu ltiple il viene impiegato per le misura dei grandi oggetti. Questa idea di base è adatta per tutti i dispositivi i quali determinano parametri dell'oggetto e caratteristiche dipendenti dalia posizione sia nello spazio bidimensionale sia anche in quello tridimensionale.

L 'impianto. utilizzato per la taratura' è formato mediante elementi geometrici, la cui posizione .'rispetto a.punti caratteristici è nota con elevata precisione e che permettono nella immagine della telecamera, mediante una semplice estrazione e interpolazione. un abbinamento univoco dei punti caratteristici, anche quando ad esempio un lavaggio degli spigoli compromette l'immagine 'della telecamera.

Per mezzo di una determinazione sufficientemente precisa della posizione dell'impianto di taratura nello spazio mediante il dispositivo di posizionamento, i punti caratteristici degli elementi geometrici spostati nel senso della spazio possono essere illustrati in un sistema di coordinate unitario e permettono il collegamento metrico reciproco dei campi di immagine delle telecarnere .in modo noto.

Con il procedimento secondo l 'invenzione con il dispositivo proposto a. questo scopo è possibile misurare mediante fotogrammetria grandi oggetti con un dispositivo tarato di telecameremultiple, per cui l 'impianto di taratura à semplice e di piccole dimensioni, e il dispositivo rii telecamere multiple s.i. può tarare a piacere s si pub nuovamente tarare in modo semplice per j diversi oggetti.

L'invenzione verrà descritta in maggiore dettaglio nel seguito sulla base di un esempio di esecuzione. 1 disegni mostrano quanto segue:

la figura 1 mostra una.schema panoramico del dispositivo secondo., l'invenzione per un controllo continuo su d.i un nastro di oggetti praticamente piani, secondo,una vista laterale,

la figura 3 mostra una vista .in pianta della figura 1;'

la figura.3 mostra un .oggetto con campi selezionati dell'oggetto delle singole telecamere. i quali sono indirizzati verso caratteristiche geometriche rilevanti dell'oggetto.

la figura 4· mostra una forma conveniente di un sistema di taratura, nel nuale l'impianto di taratura presenta soltanto un elemento geometrico;

la figura 5 mostra una immagine di una telecamera combinata in modo elettronico., nella quale, nel campo dell'aggetto della telecamera, è stato posizionato per quattro volte in modo diverso un elemento geometrico, il quale definisce con precisione un punto caratteristico.

a figura 6 mostra un impianto di taratura con quattro elementi geometriri. :L quali definiscono fino a venti, punti, caratteristici, con collegamento del sistema 'di coordinate locali nel sistema di coordinate unitaria del dispositiva di posizionamento ;

la figura 7 mostra un impianto di taratura con una distribuzione ereticamente Hionodimensionale, il quale viene posizionato in senso peroendicolare al suo sviluppo longitudinale;

la figura B mostra un'altra esecuzione di un impianto di taratura sviluppato secondo una sola dimensione e che pub venire posizionato perpendicolarmente a questa secondo una sola dimensione:

la figura 9 mostra un esempio per l'esecuzione di un dispositivo secondo l'invenzione per interventi d i

tridimensionalii;

la figura 10 mostra una forma. di esecuzione di un impianto di taratura tridimensionale.

Il procedimento secondo l'invenzione è formato oraticarnente dalle seguenti operazioni:

- allestimento di una pluralità di telecamere secondo caratteristiche geometriche scelte di un oggetto,

- taratura delle telecamere in un sistema di coordinate unitario dello spazio dell'oggetto Diediante:

* spostamento a scatti di un impianto di taratura. il quale è notevolmente inferiore agli oggetti da misurare e presenta elementi geometrici per la definizione dei punti nello spazio dell'oggetto,

* abbinamento locale dell'impianto di taratura mediente rilevazione e raccolta in memoria dei parametri'di scostamento di un dispositivo di. posizionamento,

• regolazione di operazioni di spostamento definite, le quali vengono scelte ili funzione del numero e della grandezza- in modo tale per cui nel campo dell oggetto di ciascuna telecamera nell'ambito di una operazione di taratura vengono posizionai·1! almeno tre punti carette ristici, i quali venoono arestabiliti mediante almeno un elemento geometrico dell'impianto di taratura .

* esecuzione di una trasformazione di coordinate. nella anale le coordinate note dei punti caratteristici di. elementi geometrici vengono trasformate dal sistema di coordinate locali, dell'impianto di taratura nel sistema di coordinate unitario del dispositivo di posizionamento, determinazione di caratteristiche" geometriche (dimensioni della grandezza, distanze, angoli. variazioni di linearità, ecc,) in base alle effettive immagini sulle telecamere degli, oggetti presentati.

Vengono inoltre descritte le operazioni. elei procedimento secondo .l'invenzione, .le oua.li si possono riscontrare principalmente nella esecuzione e nella forma del procedimento di taratura, in relazione al dispositivo secondo l'invenzione- senza che il procedimento si limiti a questo tipo di impianti o dispositivi.

Nella figura 1 viene mostrato il. caso più semplice di una misurazione di superfici piane, ad esempio per la prova in lamiere tagliate,, in uno schema panoramico di insieme. Un nastro tra portatore 1 quale dispositivo di supporto per gli oggetti da misurare (in onesto caso: lamiere viene spostato al di sotto di un dispositivo di telecamere multiple 2 regolabile in modo flessibile. Il dispositivo ?.a telecamere multiple viene messo in grado di misurare solamente con l'aggiunta di un sistema di taratura 3 nel senso di . effettuare operazioni di misura fotogrammetriche più.precise, poiché i campi degli oggetti delle singole telecamere del dispositivo ?. a telecamere multiple non si sovrappongono (se non in speciali casi eccezionali).

Il sistema di taratura è anche la chiave per il collegamento metrico reciproco delle immagini delle telecamere come pure della taratura dimensionale all'interno di un singolo campo della immagine.

La figura 2 mostra nella vista in pianta, il sistema di prova delle lamiere fissato nella figura Sul nastro trasportatore 1 viene t rasportata una lamiera 4 da rpovare , quale esempio di oggetti bidimensionali a piacere). Mediante un dispositivo rilevatore, viene segnalata la presenza della lamiera 4 nella zona di ripresa delle telecamere elettroniche da 16 a 21 e viene effettuata una registrazione della immagine .

Le telecamere da 16 a 21 si ' possono posizionare {ad esempio accoppiate) su ‘ guide trasversali 7, 8, 9 in senso trasversale rispetto alla direzione ‘ di scostamento del- nastro trasportatore 1, per cui le guide trasversali da 7 a 9 si possono scostare da parte .loro per mezzo dei carrelli da 10 a su guide longitudinali 5 e 6. Questa possibilità di ' spostamento delle telecamere da 16 a 21 serve per selezionare le zone importanti del orofilo dell'oggetto. Nel caso che vengano misurate lamiere 4, nell'esempio sono stati scelti gli spigoli e un tratto dello spigolo longitudinale. Il numero delle telecamere si pub anch'esso scegliere liberamante in funzione dello scopa dèlia misura. Di solito per una lamiera di forma rettangolare. la quale viene provata soltanto in funzione del mantenimento dimensionale degli spigoli. sono già sufficienti le quattro telecamere 16, 17, 20 e 21. Le telecamere 18 e 19 servono per rilevare la rettilinearità deoli spigoli e favoriscono la orava della perpendicolarità.

A questo proposito, la figura 3 mostra il posizio namento dei campi degli oggetti da 22 a 27 delle telecamere da 1A a 21 di. frante agli spigali e ai vertici della lamiera 4.

Un sistema di taratura non illustrato in figura 2 sarebbe formato secondo lo stato della tecnica da una lamiera 4 che mantiene . con precisione le sue dimensioni in cooperazione con un reticolo dell'oggetto (ad es. contrassegni di accoppiamento sul supporto dell'oggetto), oer cui nel caso di grosse lamiere 4 si dovrebbero spostare scomodi impianti di . taratura. Contrariamente a ciò, l'invenzione compie un progresso in una nuova direzione, la quale viene stabilità nella figura 4 come schema fondamentale .

Il sistema di taratura 3 secondo l'invenzione

è formato da un dispositivo di posizionamento 30 con un impianto di taratura 33 di superficie ridotta (ossia, notevolmente inferiore rispetto alta grandezza dell'oggetto da misurare).

Si può derivare dalla figura 4 che il dispositivo di posizionamento 30 per interventi di misuraa bidimensionali permette di solito un posizionamento bidimenaionale de11'imcianto di taratura "33, il quale viene realizzato per mezzo di quipie 1ornaitlidiriali 28 e mediante una quida trasversale 29, accoppiata per mezzo dei carrelli 31. .Il dispositivo di posizionamento 30 permette quindi di posizionare con precisione in caso di necessità l'impianto ili taratura 33 nell'intero spazio dell'oggetto regolabile dalle telecamere da 16 a 21. e relativo ai campi degli'oggetti da ΞΞ a 27 . .indipendentemente dalla regolazione del formato del sistema delle telecamere. secondo l'invenzione quindi anche l'impianto di. taratura 33 viene posizionato a scatti nel campo da 22 a 27 dell'oggetto di ciascuna telecamera da 16' a .21. Ciò avviene nel caso dell'impianto di taratura 33 impiegato in figura 4, il quale presenta soltanto un elemento geometrico singolo 34. (ani ad esempio: un cerchio) con soltanto un' punto caratteristico (centro del cerchio·)·. per il fatto che. l'impianto di taratura 33 viene posizionato almeno tre volte, in modo conveniente Quattro volte, in ciascun campo da 22 a 27 dell'oggetto della telecamera. Quindi in ciascuna .immagine 36 i una telecamera (combinata in modo elet ronico s.i formano, come illustrata in figura 3, riproduzioni di cerchi, dalle quali si possono interpolare ed estrarre con una precisione a piacere ogni volta i centri da 37 a 62 a guisa di punti caratteristici, per cui' nel particolare esempio ciuattrc punti che non sono discosti su di una stessa retta sono disponibili per la taratura all'interno delle immagini 36 della telecamera e delle immagini 36 della telecamera le une rispetto alle altre, i.a taratura avviene in questo caso in moda completo per mezzo del dispositivo di posizionamento e dell'indirizzo di posizione in ciascun sistema unitario di coordinate.

Un'altra variante è mostrata nella figura 6. l'impianto di. taratura 33 presenta in questo caso elementi geometrici 36 a forma di quadrilateri,di preferenza quadrati da 61 a 66, i quali mettono a disposizione . quali punti caratteristici ogni volta i punti di intersezione 65 tra le diagonali e i punti degli spigoli 66. .Inquesto caso, l'immagine 36 della telecamera indicata in figura 5 conterrebbe all'interno di una ripresa della immagine l'intero impianto di taratura 33 (D per lo meno tutti gli elementi geometrici 34 sotto forma del

44), in base alla figura 6.

Anche nel caso della riproduzione di un solo singolo quadrato 4 1, è già disponibile per una sufficiente grandezza del quadrato 41 una Quantità sufficiente di punti caratteristici, la quale -presentata una volta di fronte a' ciascun carneo dell 'oggetto della telecamera - permette una taratura. Con l'impianto di taratura 33 secondo la figura 6 viene anche ottenuta una ridondanza della taratura.

Diversamente si può anche naturalmente scegliere soltanto . determinati ount-i caratteristici degli,elementi geometrici 34 (ad es. i punti dì intersezione 45 tra le 'diagonali dei quadrati da 41 a 44) e utilizzare i punti rimanente (in onesto caso di..conseguenza i punti dei ver.ti.ci 46) per una migliore interpolazione ed estrazione dei punti scelti 45 di intersezione tra le diagonali.

Nell 'ultima definizione dei punti caratteristici, l'operazione di taratura ha allora una caratterietica seguente.

All'inizio della taratura di una telecamera. ad esempio la telecamera 16 della figura 2, l'impianto di taratura 33 viene posizionato nel campo 22 dell'oggetto di onesta telecamera 16. in modo che vengono rilevati contemporaneamente tutti i quadrati da 41 a 44. I punti di intersezione 45 tra le diagonali vengono definiti come punti caratteristici dell'impianto di taratura 33 mediante la posizione degli elementi. geometrici 34. che .in questo caso sono inquadrati da 41 a 44. I punti di intersezione 45 tra le diagonali sono noti con precisione in un sistema di coordinate locali (x', y') dell'impianto di taratura 33 con la sue origine 50 delle coordinate, per cui oub avere luogo con semplicità la trasformazione delle coordinate x' e y nel sistema unitario di coordinate x, y del dispositiva di posizionamento 30 con la sita origine 51 delle coordinate, oer il fatto che vengano sommate le variazioni tra l.e coordinate Δ x e Δ y tra le origini delle, coordinate 50 e 51 e le coordinate locali x' e y' dei punti 45 di intersezione tra le diagonali. Le variazioni tra le coordinate Δ y. e Δ y si ottengono .in tal caso dalla posizione effettiva dell'impianto di taratura 33 all'interno - del sistema di coordinate unitario (x. Δ y) del dispositiva dì posizionamento 30.

Gli elementi geometrici rilevati uana telecamere 16 permettono una estrazione sufficientemente precisa dei punti caratteristici stabiliti. Questi punti caratteristici servono per il 'calcolo della norma di·trasformazione tra le coordinate della immagine e. le coordinate dell'oggetto in modo nato, per cui avviene una taratura delle telecamere in funzione delle coordinate.

Là figura 7 comprende una. esecuzione del orocedimento di taratura secondo l'invenzione, nel quale l'impianto di taratura 33 deve venire posizionato soltanto secondo una singola dimensione. A questo scopo vengono impiegate due guide 25 sulle quali si spostano due carrelli 31. tra i quali è disposto rigidamente un impianto di taratura 33 sviluppato nel senso della lunghezza, il quale,è distribuito pràticamente secondo una sola dimensione. l.a particolarilà di onesto impianto di taratura 33 consiste in un allineamento lineare di elementi geometrici 34 il quale deve essere realizzato in modo così ristretto per cui per ciascuna posizione- teorica possibile delle telecamere da 16 a 21, nei loro campi delle immagini da 22 a 27 si possono posizionare aimeno tre punti caratteristici non sono disposti su di una medesima retta.

Ciò avviene convenientemente con elementi geometrici 34 aventi la forma di cerchi, come è illustrato in figura 7. per i duali la distanza tra i cerchi deve essere inferiore alla dimensione del campo dell'oggetto delle telecamere, per cui almeno due cerchi sono presenti contemporaneamente in un singolo campo dell'oggetto. In aggiunta a ciò, in questa variante preferita è necessario un secondo posizionamento per ciascun campo dell'oggetto della telecamera. I cerchi sono convenientemente disposti in maniera equidistante.

Se si impiega una successione di elementi geometrici 34. i quali definiscono almeno tre punti caratteristici, come ad esempio triangoli, rettangoli. Quadrati. ecc.. è sufficiente che per ciascun campo di un oggetto si possa posizionare almeno un elemento geometrico 34. Ciò viene assicurato con regolarità dal momento che le loro distanze sono a loro volta inferiori alla dimensione dei campi dell'oggetto nella telecamera. Un maggiore addensamento o posizionamento multiplo all'interno di un campo di immagine della telecamera provoca. come è oià stato ricordato,una ridondanza e un aumento di precisione.

Se si ritorna ai cerchi quali elementi geometrici 34·. e se ciò malgrado si volesse evitare un posizionamento multiplo all'interna di un campo dell'oggetto di una telecamera, la figura 8 indica una soluzione adequata per la forma dell 'impianto di taratura 33. I..e file di cerchi disposte parallele sono in tal caso allineate con precisione l'una rispetto all.'altra. oer cui davanti a ciascuna telecamera viene guidato almeno un quadrato formato da quattro cerchi, aliando l'impianto di taratura 33 viene posizionato in modo corrispondente, oppure essi sono disposti di fatto paralleli, però spostati l'uno rispetto all'altro, per cui si PUÒ vedere almeno una configurazione di cerchi disposta seconda un triangolo'nel campo dell'oggetto della telecamera, tenendo conto della posizione degli elementi geometrici 34- (in questa caso: cerchi), la quale varia'agni volta soltanto in moda unidimensionale praticamente perpendicolarmente alla distribuzione longitudinale dell'impianto di taratura 33, vengano allora convertite mediante una semplice trasfoririazione della direzione delle coordinate locali x'+ x= x (con y y) le coordinate del punti caratteristici <in onesto caso: i centri dei cerchi) nel sistema unitario delle coordinate ( x,· v).

l..a figura 9 mostra ora come ampliamento dei dispositivi e delle operazioni descritti in precedenza un dispositivo per rilevare là posizione nello spazio di un corno. nel caso concreto una carrozzeria 64 di una automobile illustrata stilizzata prima della operazione tecnologica di un trattamento della parte inferiore del fondo. Il trattamento della parte inferiore,del fondo deve essere realizzato con il braccio di un robot (manipolare 65). Quindi, debbano essere imparate le singole operazioni del ciclo. per cui i.l .manipolare 65 viene guidato nella corrispondente posizione. In tal caso, i.l manipolare 65 si sposta in un sistema unitario di coordinate (x, y, z) con una origine 69 delle coordinate .

Per evitare che variazioni di posizione di una carrozzeria 64 nel processo di produzione possano provocare disturbi in una carrozzeria campione impiegata per .l'apprendimento, si - deve tener conto (e tarare) di queste variazioni all'atta del posizionamento del manipolatore

nel processo di produzione.

Al fine di ottenere riprese delle posizioni nello spazio- vengono discoste le telecamere da 58 a A3, (almeno) accoppiate sotto forma di sistemi stereoscopici- e vengono indirizzate verso particolari interessanti dell'oggetto (carrozzaria A4- di una automobile). Nell'esempio ogni volta due telecamere rilevano un punto di riferimento 66. 67 o 68 della carrozzeria 64. Le telecamere da 59 a 63 vengono tarate secondo il sistema di coordinate unitario del manipolatore 65.

La taratura avviene secondo il procedimento che segue, per il fatto che con il manipolatore 65 un impianto di taratura 33 a 30 viene portato nel relativo campo dell'oggetto delle coppie di telecamere (oppure nel caso generale: di un gruppo formato dà una pluralità di telecamere). Quale luogo per il posizionamento dell'impianto di taratura 33 viene ad esempio regolata là posizione dei punti di riferimento 66, 67, 6Θ (in presenza della carrozzeria 64). Questa posizione nello spazia dell'impianto di taratura 33 è nota mediante la regolazione del manipolatore 65 nel suo proprio sistema di coordinate (x, y, z). l.a posizione dell'impianto di taratura viene considerata secondo l'invenzione come base per la trasformazione dei punti caratteristici di elementi geometrici dell'impianto di taratura 33 nel sistema di coordinate unitario (x, y, z).

I.'impianto di taratura 33 a 3D descritto in precedenza come "black-box'' per interventi di misura sulle tre dimensioni verrà .illustrato in una vantaggiosa esecuzione in figura 10- Esso è formato-di preferenza da una piastra di base Diana 70, sulla quale sona montati gli elementi Geometrici sotto forma di sfere 71 su aste ortogonali 72 di lunghezze-diverse. Le sfere. 71 definiscono mediante i" loro centri, i punti caratteristici in ciani diversi all'interno del sistema locale delle coordinate (χ', y'. z') dell'impianto di taratura 33 con la sua origine delle coordinate 73. La 'trasforinazione delle coordinate locali x'; y‘. z' avviene nello stesso modo come nella struttura di misura bidimensionale descritta in precedenza.

Se, per guanto riguarda gli oggetti di misura. come ad esempio nel caso della parte inferiore del fondo di una carrozzeria 64, si tratta di oggetti pressoché sviluppati in superficie con risalti cavi tà trascurabili rispetto alla loro superficie di base., in certi casi pub anche essere conveniente che .1'imoiant-o di taratura 33 venga spostata solamente secondo due dimensioni (in questo caso: ad esempio esclusivamente con la sua piastra di base 70 lunga un oiano parallelo al ciano y-x). Quali elementi geometrici 34 sona adatti., anche in moda analogo al caso di SD, dei corpi con superficie piana, per cui al fine di utilizzare i vertici come punti caratteristici vengono impiegati possibilmente quei corpi nei quali mediante una disposizione stereoscopica delle telecamere gli stessi punti d.i vertice possono essere visti con precisione da tutte le telecamere di un gruppo abbinato (ad esempio da una coppia di telecamere) e contemporaneamente. Sono adatte a questo SCOPO in particolare proprio le piramidi e i tronchi di piramide. 'Se si vuole ottenere con corpi di rotazione una ridondanza della taratura oppure si vuole rappresentare con un numero ridotto di elementi geometrici la necessaria quantità di punti caratteristici dell'impianto di taratura 33. sono adatti. (in modo ugualmente analogo all'impianto di taratura 33 a 2D) i punti focali o i centri di ellissionidirotazione vertici, il punto di base più alto oppure i punti. centrali di superfici circolari di coni circolari rettilinei oppure di tronchi di coni circolari.

Il tioo deali elementi geometrici 34 richiede allora nuovamente all'interna di tutti i campi degli oggetti. delle telecamere dei dispositivi multipli di posisionamento (ad esempio nel caso di sfere. ellissoidi, coni, ad esempio nel caso di corpi che non forniscono singolarmente il numero necessario di punti caratteris tici oppure mediante un posizionamento effettuato una singola volta dell'impianto di.taratura 33, oliando un solo elemento geometrico 34 definisce più di. tre punti caratteristici. oppure quando i punti caratteristici vengono messi a disposizione secondo il numero necessario mediante una pluralità di elementi geometrici 34, rigidamente collegati mediante .l'impianto d.i taratura 33.

Se si scelgono ora per gli elementi geometrici 34 adatte superfici piane e oneste vengono disposte in piani diversi (senza che sì sovrappongano le superfici nel carneo dell'oggetto della telecamera) queste possono anche venire .impiegate in un impianto di taratura a 3D 33 al posto dell e sfere 71 nella figura 10 per il fatto che esse vendono fissate sulle aste 72 parallelamente alla piastra di base 70. A Questo scopo vengono impiegati di preferenza cerchi oppure Quadrati.

Anche se fondamentalmente nell'ambito di un impianto di taratura 33 non è limitata la scelta degli elementi geometrici convenienti, per motivi ili interpolazione e di estrazione dei punti caratteristici si dovrebbe stabilire una sola forma in base alle immagini delle telecamere.

Si deve anche preferire una taratura ridondante mediante il posizionamento effettuato una volta sola e .per mezzo di punticaratteristici collegati rigidamente nell'ambito di un singolo .impianto di taratura ,33 (indipendentemente' dal fatto che sia definito da. uno o più elementi, geometrici) di un posizionamento multiplo di un singolo punto □ di due punti caratteristici all'interno dei campi dell'oggetto delle telecamere.

Con il procedimento secondo l'invenzione e con i dispositivi indicati a questo scopo è possibile tarare con mezzi semplici di un impianto di taratura locale 33 di forma speciale, e con un dispositivo di posizionamento con un abbinamento locale definito e sufficientemente precise. le telecamere di un dispositivo a telecamere multiole per interventi di misura fotogrammetrici di elevate prestaiioni, senza che si sovrappongano i loro campi degli oggetti o l'impianto di taratura si debba poter vedere contemporaneamente da tutte le telecamere

Claims (1)

1. RIVENDICAZIONI 1. - Procedimento per il ri levamento geometrici di grossi oggetti con una disposizione di telecamere multiple, nel quale viene discosto nello spazio un numero di telecamere a piacere, adattato in funzione della complicazione e della grandezza dell'oggetto, per cui. le telecamere vengono indirizzate secondo le parti caratteristiche dell'oggetto in uno spazia dell'oggetto, senza che i loro singoli campi dell'oggetto ricoprano necessariamente l'intero oggetto, e senza che l'accoppiamento metrico dei loro campi dell'oggetto e quindi dei loro campi di immagine avvenga per mezzo di una operazione di taratura, caratterizzato dal fatto, che . -un impianto di taratura (33), il quale è di dimensioni notevolmente inferiori rispetta a Quelle degli oggetti da misurare, e presenta elementi geometrici (34-, 41', 4P, 43, 44, 71) per la definizione di punti nello spazio dell'oggetto. viene spostato a scatti inmodo definito, - l'impianto di taratura (33·) viene ad avere, per mezzo di ' un dispositivo di posizionamento (30, 65) sufficientemente preciso, un abbinamento locale in un sistema di coordinate unitarie dello sipario dell 'oggetto, e questo abbinamento locale viene rilevato e raccolto in una memoria, l'impianto di taratura (33) viene posizionato almeno secondo un numero tale di operazioni, per cui almeno tre punti caratteristi ci (37. 38. .39. 40. 45, 46). che vengono prestabiliti mediante almeno un elemento geometrico (34, 41. 45. 43. 44, 71) dell'imoianto di taratura (33), vengano rilevati nell'ambito di .una operazione di taratura nel campo (52. 33, 24. 55, 26, 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera, e - avviene una trasformazione di coordinate, nella quale le coordinate dei punti caratteristici di.elementi geometrici (34. 41, 42. 43, 44, ’71) vengono trasformate dal sistema locale di coordinate dell'impianto di taratura (53) nel sistema di coordinate unitario del dispositivo di posizionamento (30„ 65). 3. ~ Procedimento secondo la rivendicazione 1- caratterizzato dal fatto. che- l'impianto di taratura (33) viene posizionato quale impianto locale di taratura (33) con un solo elemento geometrico (34), il quale definisce con precisione un punto caratteristico (37. 38. 39. 40). nel campo (32. 23, 24. 23, 26. 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera almeno tre volte in posizioni diverse, che non sono disposte lungo una stessa retta. 3. Procedimento secondo la rivendicacione 1. caratterizzato dal fatto. che l'impianto di taratura (33), quale impianto di taratura (33) locale con un solo. elemento geometrico (41, 42, 43, 44), il quale definisce almeno tre punti caratteristici (45. .46), viene posizionato almeno una volta nel campa (22. 23. 24, 25. 26. 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera. 4.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dalfatto, che l'impianto di taratura (33), a forma d.i un imoianto di taratura (33) sviluppato praticamente secondo una sola dimensione, e con una pluralità di elementi geometrici (34) viene spostato praticamente secondo una sola dimensione oeroendicolaimente alla direzione ' del suo allungamento longitudinale, per cui per effetto del movimento di posizionamento, vengono prodotti almeno tre punti caratteristici (37, 33, 39, 40) di. elementi, geometrici (34) nel campo (22. 23. 24. 25. 26. 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera. 3. - Procedimento secondo la rivendicazione 4. caratterizzato dal fatto. che nel campo (22, 23, 24, 25, 26, 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera viene posizionata) almeno una volta almeno un elemento geometrico (41, 42. 43. 44) con almeno tre punti caratteristici (45,46)·. 6. - Procedimento secondo la rivendicazione 4, caratterizzata dal fatto, che nel campo (22.23.24,25,26, 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera vengono posizionati almeno una volta almeno tre elementi geometrici, (34), ciascuno con un punto caratteristico (37. 33. 39. 40). 7. - Procedimento seconda la rivendicazione 4. caratterizzato dal.-fatto. che nel campo (22, 23, 24, 25, 26, 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera' vengono, posizionati almeno per due volte due elementi geometrici (34). ciascuno con un punto caratteristico (37, 33, 39, 40). 3. - Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto, che nel caso di operazioni di misura bidimensionali l'impianto di taratura (33) viene guidato direttamente per mezzo di un supporto piana (1) dell'oggetto parallelamente a quest'ultimo e per mezzo di un dispositivo di posizionamento (30) x-y, per cui le telecamere sono posizionate praticamente perpendicolari rispetto al supporto (1) dell'oggetto. 9.- Procedimento secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal -Fatto. che per interventi 1 .di misura tridimensionali per mezzo dell'impianto di taratura (33)., elementi geometrici (71) disposti nello spazio vengono posizionati nello spazio dell'oggetto e le telecamere vengono montate almeno in coppia sotto forma di un sistema stereografico, 10. Procedimento secondo la rivendicazione 9- caratterizzato dal fatto, che l'impianto di taratura (33), formato da. almeno un elemento geometrico (71) disposto nello spazio, viene guidato per mezzo di un .manipolare (65) a 30 di fronte ai carnai (22. 23. 24, 25, 36, 37) dell'oggetto della telecamera. 11. - Procedimento secondo la rivendicazione 9, caratterizzato dal fatto, che l'impianto -di taratura (33), i quale presenta in almeno due piani dei punti caratteristici disposti nello, spazio, viene spostato in un solo ciano secondo due dimensioni nello spazio dell'oggetto e viene guidato di fronte ai sistemi stereo delle telecamere.· 12. - Dispositivo per il rilevamento geometrico di grossi oggetti con una disposizione di telecamere multiple, il quale presenta una pluralità di telecamere scelta in funzione alia grandezza e alla complicazione degli oggetti, per cui le telecamere sono montate su di un dispositivo di posizionamento con possibilità di posizionamento nello spazio e sono allineate in funzione delle caratteristiche interessanti dell'oggetto. senza che i loro singoli campi dell'oggetto ricoprano nécessariamente l'intero oggetto. e con un dispositivo di supporto per l'oggetto che deve venire ogni volta analizzato,, per cui. lungo il dispositivo di supporto si può inserire un impianto '(33) per la taratura delle condizioni geometriche d.i distanza dei campi della immagine della telecamera, caratterizzato dal. fatto che l'impianto di taratura (33) è notevolmente pifi piccolo degli oggetti da misurare e presenta almeno un elemento geometrico (34-, 41. 4?, 43, 44, 71) per definire i punti nello spazio dell'oggetto. un elemento geometrico (34, 41, 4P., 43. ' 44. 71) dell'impianto di taratura (33) presenta ogni volta almeno un punto caratteristico (37,· 38. 39, 40. 45. 46). il quale può venire facilmente interpolato ed estratto dalle immagini delta telecamera. per cui davanti a ciascuna telecamera si possono guidare nell'ambito di una operazione di taratura almeno tre . punti caratteristici (37, 38, 39, 40, 45, 46), i .quali, formano una superficie sufficientemente grande nel campo (22, 23, 24, 35, 2.6, 27) dell'oggetto della telecamera. l'impianto .di taratura (33) ‘è accoppiato rigidamente ad un dispositivo di posizionamento (30»,65) sufficientemente precisa, per mezzo del oliale si pub abbinare all'impianto di taratura (33) una precisa posizione locale nello spazio dell'oggetto. per cui onesto abbinamento- locale viene rilevato e raccolto in memoria, una unità di trattamento per la trasformazione delle coordinate, permezzo della quale le coordinate dei punti caratteristici (37, 33, 39, 40, 45, 46) degli elementi geometrici (34, 41- 4P, 43- 44. 71) vengono .trasformate dal sistema locale delle coordinate dell'impianto di taratura (33) nel sistema di coordinate unitario del dispositivo di posizionamento (30, 65). 13. Dispositivo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto, che quali elementi geometrici (34. 41. 4P, 43, 44, 71) per operazioni di. misura bidimensionali vengono impiegate superflui bordate rettilinee. 14. Dispositivo secondo la rivendicazione 13. caratterizzato dal fatto. che l'elemento geometrico (34, 41,· 4P, 43. 44. 71) è un triangolo, nel quale quali punti caratteristici vengono impiegati i. punti dei vertici. 15. - Dispositivo serondo la rivendicazione 13. caratterizzato Hai fatto. che l'elemento geometrico (34, 41, 42‘, 43. 44. 71) è un quadrilatero, di preferenza un quadrato, nel quale quali punti caratteristici. sono disponibili i punti dei vertici (46) il punto (45) di intersezione-tra le avagona.ii 16. — Dispositivo secando la rivendicazione 12. caratterizzato dal Fatto. che gli elementi geometrici (34,·41, 43, 43. 44. 71) per gl.i interventi di misura bidimensionali sono superfici chiuse di sezione conica. nelle anali sono disponibili come punti caratteristici i centri e i punti focali. 17. Dispositivo secondo la rivendicazione 16, caratterizzato dal fatto, . che l'elemento geometrico (34) è un cerchio, per cui viene impiegato quale punto caratteristico il suo centro (37.38.39.40). 18. Dispositivo secondo la rivendicazione 12- earatterizzato dal fatto, che gli elementi geometrici (34, 41, 43, 43. 44. 71) per interventi di misura tridimensionali sono corpi rettilinei bordati. 19. - Dispositivo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto, che gli elementi geometrici (34, 41.43. 43, 44, 71) per interventi' di misura tridimensionali sono corni di rotazione. 80. - Dispositivo secondo,la rivendirazione 19. caratterizzato dal fatto. che l 'elemento geometrico (34) è una sfera (71). 2.1. - Dispositivo secondo la rivendicazione 12- caratterizzato dal fatto. che gli elementi geometrici (34, 41, 42, 43. 44. 71) per. interventi ' di misura tridimensionali sono superfici piane, le quali sono disposte in piani diversi di' preferenza parallelamente ad una superficie di f-ondo dell'impianto di taratura (33). 22. - Dispositivo secondo una delle rivendicazioni 13- 14, 15 e 18, caratterizzato dal fatto, che ogni volta soltanto un elemento geometrico (34, 41, 42. 43. 44, 71) può venire posizionato nell 'ambito di una operazione di taratura nel campo (28. 23,' 24. 25. 26. 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera. 23. - Dispositivo secondo una delle rivendicazioni da 13 a 21, caratterizzato dal fatto. che ogni volta una pluralità di elementi geometrici (34. 41. 42. 43. 44, 71) possono venire posizionati nell'amhito di una operazione di. taratura nel campo (22. 23. 24. 25. 26. 27) dell'oggetto di ciascuna telecamera. al fine di produrre almeno tre punti caratteristici (37, 38, 39, 40, 45. 46) per ciascun camoo (22. 23. 24, 25. 26, 27) di un oggetto della telecamera. 24. -- Dispositivo secondo la rivendicazione 12.. caratterizzato dal fatto, che il piatto di taratura (33) presenta soltanto un elemento geometrico (34, 71), il quale definisce soltanto un stinto caratteristico (37,38,. 49, 40), per cui l'impianto di taratura (33) si sub spostare anche all'interno del campo (22, 23. 24, 25, 26, 27) dell'oggetto di ciascune telecamera, per almeno due volte secondo direzioni diverse. 25. -Dispositivo secondo la rivendicazione 12, caratterizzato dal fatto. che l'impianto di taratura (33) si porta praticamente non oltre la superficie di un campo (36) della immagine'della telecamera, presenta una pluralità di elementi geometrici (34, 41, 42. 43. 44., 715 e si può spostare secondo due dimensioni, dal campo .(22. 23, 24. 25. 26, 27) dell'oggetto della telecamera al campo (22, 23, 24, 25, 26, 27)-dell'oggetto della telecamera. 26. - Dispositivo secondo la rivendicazione 13- caratterizzato dal fatto. che l'impianto di taratura (33) si sviluppa praticamente secondo una sola dimensione nel senso dello sviluppo del dispositiva di supporto (1) e presenta una Pluralità di elementi geometrici (34) disposti regolarmente, per cui 1'.impianto di taratura (33) si può posizionare praticamente in una sola dimensione perpendicolarmente al suo sviluppo longitudinale. 37. - Dispositivo seconda la rivendicazione 36. caratterizzato dal fatto. che gli elementi geometrici (34) sono allineati in modo .equidistante lungo una linea retta 38. Dispositivo secondo la rivendicazione 36. caratterizzato dal-fatto. che gli elementi geometrici (34) sono allineati in modo equidistante lungo due rette parallele, per cui le file degli elementi geometrici (34) sono spostate l'una rispetto all'altra.