Dispositivo y procedimiento para la detección de la posición de un objeto en una máquina herramienta.

Dispositivo para la detección de la posición de un objeto en una máquina herramienta,

con una cámara (3), que proporciona una imagen del objeto (2) y de un soporte del objeto (1), con el que está conectado el objeto (2) y cuya posición dentro de la máquina herramienta se conoce, con un primer medio de procesamiento para el reconocimiento de la posición del objeto (2) con relación a la cámara (3) con la ayuda de características geométricas el objeto (2) obtenidas a partir de la imagen, caracterizado por un segundo medio de procesamiento para el reconocimiento del soporte del objeto (1) con relación a la cámara con la ayuda de características geométricas del soporte del objeto (1) obtenidas a partir de la imagen, así como por un tercer medio de procesamiento para la determinación de la posición relativa entre el soporte del objeto (1) y el objeto (2) a partir de las posiciones relativa entre la cámara (3) y el objeto (2) o bien la cámara (3) y el soporte del objeto (1).

Dispositivo y procedimiento para la detección de la posición de un objeto en una máquina herramienta

La invención se refiere a un dispositivo y a un procedimiento para la detección de la posición de un objeto en una máquina herramienta. Tales procedimientos son necesarios, por ejemplo, para calcular, después del empotramiento de una pieza de trabajo, la posición exacta de la pieza de trabajo dentro de la máquina herramienta. El conocimiento de esta posición es decisivo para una mecanización exacta de la pieza de trabajo, pero también, por ejemplo, para una supervisión de la colisión. A tal fin, no sólo debe calcularse la posición de la pieza de trabajo, sino también la posición de los medios de fijación, que se utilizan para la fijación de la pieza de trabajo.

Puesto que la fijación y la alineación de una pieza de trabajo en una máquina herramienta representa a menudo una parte considerable del tiempo de mecanización, es ventajoso que la detección de la posición exacta de la pieza de trabajo y de sus medios de fijación se consiga lo más rápidamente posible. A tal fin se conocen ya diferentes dispositivos o procedimientos, que se basan en la detección de la situación de fijación con la ayuda de cámaras. Así, por ejemplo, en el documento DE 11 27 1 977 T5 se describe un procedimiento, en el que a partir de una imagen de la cámara de una pieza de trabajo se extrae un modelo de la pieza de trabajo. Los procedimientos conocidos a tal fin, como por ejemplo la localización de cantos, se representan detalladamente. El modelo es comparado a continuación con objetos conocidos para identificar el objeto presente en cada caso. A partir de la imagen de la cámara se calcular la posición y la situación posteriores del objeto y se utilizan, por ejemplo, para una supervisión de la colisión.

Se conoce también a partir del documento DE 1 25 22 344 A1 determinar la posición de una pieza de trabajo al menos aproximadamente con la ayuda de parámetros geométricos obtenidos a partir de una imagen de la cámara, los cuales son comparados con un modelo de la pieza de trabajo. La información obtenida de esta manera se utiliza como punto de partida para una medición todavía más exacta por medio de un dispositivo de exploración, o también directamente para determina runa matriz, que describe el desplazamiento y/o rotación de la pieza de trabajo frente a un punto de referencia de la máquina herramienta. De esta manera, se posibilita una mecanización exacta de la pieza de trabajo, aunque la situación de fijación real no corresponda exactamente a la situación de fijación prevista por el programa NC.

En el Artículo "Position-Based Visual Servoing in Industrial Multirobot Cells Using a Hybrid Camera Configuration" (Vinzenzo Lippiello y col. IEEE TRANSACTIONS ON ROBOTICS, 2721 IEEE SERVICE CENTER, PICATAWAY, NJ, US - ISSN 1552-398, Vol. 23, N° 1, páginas: 73 - 86) se describe la determinación de la posición de una pieza de trabajo con la ayuda de características, que son extraídas desde una Imagen de la cámara.

En los procedimientos conocidos aquí es un inconveniente que además de una calibración Intrínseca de la cámara, en la que los parámetros ópticos de la cámara son calculados para la consideración posterior, es necesaria también una calibración extrínseca, en la que se calculan la posición y la alineación de la cámara. Esta calibración extrínseca debe repetirse en este caso en oposición a la calibración Intrínseca a menudo y, dado el caso, antes de cada medición, cuando la cámara no está fijada totalmente rígida con relación al sistema de coordenadas de la máquina herramienta. Esto significa un gato muy alto o bien durante el montaje de la cámara o para la calibración externa regular de la cámara.

El cometido de la invención de crear un dispositivo y un procedimiento, que posibilitan una localización simplificada de un objeto en una máquina herramienta por medio de una cámara, siendo reducido el gasto para el montaje y la calibración de la cámara.

Esto se consigue a través de un dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1 o bien a través de un procedimiento de acuerdo con la reivindicación independiente del procedimiento.

Los detalles ventajosos se deducen a partir de las reivindicaciones dependientes respectivas.

Se describe un dispositivo o bien un procedimiento para la detección de la posición de un objeto en una máquina herramienta. En este caso, se emplea una cámara, que suministra una imagen del objeto y de un soporte del objeto, con el que está conectado el objeto y cuya posición se conoce dentro de la máquina herramienta. Un primer medio de procesamiento posibilita el reconocimiento de la posición del objeto con relación a la cámara con la ayuda de características geométricas del objeto obtenidas a partir de la imagen. Un segundo medio de procesamiento sirve para el reconocimiento de la posición del soporte del objeto con relación a la cámara con la ayuda de características geométricas del soporte del objeto obtenidas a partir de la imagen. Un tercer medio de procesamiento sirve finalmente para la determinación de la posición relativa entre el soporte del objeto y el objeto a partir de las posiciones relativas entre la cámara y el objeto o bien la cámara y el soporte del objeto.

Por lo tanto, no es necesaria una calibración extrínseca de la cámara, puesto que la posición y la alineación de la cámara no son importantes para un cálculo de las posiciones relativas. En la imagen de la cámara solamente debe reconocerse en cada caso una sección suficientemente grande del objeto y del soporte del objeto, que posibilita un

reconocimiento automático. Por lo tanto, incluso cuando la cámara está montada en un lugar, en el que se mueve a través de influencias mecánicas o térmicas, no se modifica la posición relativa determinada en cada caso entre el objeto y el soporte del objeto. De esta manera, por ejemplo una pared de limitación del espacio interior de la máquina herramienta puede servir como lugar de montaje de la cámara, aunque aquí se trate de un simple revestimiento de chapa, que se puede doblar de forma relativamente fácil y en este caso se puede modificar claramente sobre todo la alineación de la cámara.

En el soporte del objeto se puede tratar de la mesa de la pieza de trabajo, sobre la que está dispuesto directamente el objeto, por lo tanto, por ejemplo, la pieza de trabajo o un medio de fijación. Tales mesas de piezas de trabajo presentan a menudo estructuras muy significativas y definidas de ranuras en T o taladros, cuyos cantos se pueden reconocer bien en la imagen de la cámara, y que, por lo tanto, son bien adecuados para el procesamiento

automático de imágenes.

Pero como soporte del objeto en el sentido de la invención pude servir también otro componente de la máquina herramienta, cuya posición se conoce dentro de la máquina herramienta y que está conectado de manera definida con la mesa de la pieza de trabajo, sobre la que está dispuesta directamente la pieza de trabajo. Asi, por ejemplo, se podría utilizar un puente que soporta la mesa de la pieza de trabajo como soporte del objeto en el sentido de la invención, o cualquier otra estructura marcada de la máquina herramienta, cuando se conoce su posición, y desde la que existe una conexión definida con la mesa de la pieza de trabajo.

En el objeto se puede tratar de una pieza de trabajo, que debe mecanizarse con una herramienta de la máquina herramienta. La herramienta se mueve en este caso sobre una trayectoria previamente establecida en un programa NC con relación a la pieza de trabajo y en este caso erosiona material desde la pieza de trabajo. Pero en el objeto se puede tratar también de un medio de fijación, con el que se retiene la pieza de trabajo, por lo tanto, por ejemplo

de un tornillo de banco.

A partir del punto de mecanización de la pieza de trabajo (el Tool Center Point o TCP) se define la posición entre la herramienta y la pieza de trabajo con frecuencia a través de la llamada cadena cinemática. En este caso, se tiene en cuenta la geometría de la máquina herramienta lo mismo que la posición de cada eje de la máquina herramienta. De este modo, en una máquina fresadora de 5 ejes se establece la posición de la herramienta de acuerdo con la posición y la alineación con relación a mesa de la pieza de trabajo en cada momento a través de la cadena cinemática. La medición de una pieza de trabajo empotrada nueva sirve en último término para integrar también esta pieza de trabajo en la cadena cinemática, para que se pueda posicionar y guiar la herramienta de la manera establecida en el programa NC con relación a la pieza de trabajo. Para ello es suficiente para... [Seguir leyendo]

1.- Dispositivo para la detección de la posición de un objeto en una máquina herramienta, con una cámara (3), que proporciona una imagen del objeto (2) y de un soporte del objeto (1), con el que está conectado el objeto (2) y cuya posición dentro de la máquina herramienta se conoce, con un primer medio de procesamiento para el reconocimiento de la posición del objeto (2) con relación a la cámara (3) con la ayuda de características geométricas el objeto (2) obtenidas a partir de la imagen, caracterizado por un segundo medio de procesamiento para el reconocimiento del soporte del objeto (1) con relación a la cámara con la ayuda de características geométricas del soporte del objeto (1) obtenidas a partir de la imagen, así como por un tercer medio de procesamiento para la determinación de la posición relativa entre el soporte del objeto (1) y el objeto (2) a partir de las posiciones relativa entre la cámara (3) y el objeto (2) o bien la cámara (3) y el soporte del objeto (1).

2.- Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el primer medio de procesamiento dispone de una zona de memoria, en la que están registradas informaciones geométricas de diferentes objetos (2).

3.- Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 2, caracterizado porque el primer medio de procesamiento está instalado para reconocer un objeto mostrado en la imagen de la cámara con la ayuda de las informaciones geométrica almacenadas.

4.- Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque en el objeto (2) se trata de una pieza de trabajo a mecanizar o de un medio de fijación para la fijación de una pieza de trabajo en un soporte de la pieza de trabajo (1).

5.- Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el segundo medio de procesamiento dispone de una zona de memoria, en la que están registradas informaciones geométricas del soporte del objeto (1).

6.- Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones 2, 3 ó 5, caracterizado porque las informaciones geométricas están presentes en forma de un modelo - CAD o como cámara de formación de imágenes.

7.- Dispositivo de acuerdo con una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el soporte del objeto (1) es componente de una cadena cinemática de la máquina herramienta, de manera que su posición con respecto a una herramienta de mecanización se conoce en un control (4) de orden superior.

8.- Dispositivo de acuerdo con la reivindicación 7, caracterizado porque la cámara (3) está fijada en una parte de la máquina herramienta, que no es componente de la cadena cinemática de la máquina herramienta, de manera que la posición de la cámara con relación a los componentes de la cadena cinemática es indefinida.

9 - Procedimiento para la detección de la posición de un objeto en una máquina herramienta por medio de una cámara (3), que suministra una imagen del objeto (2) y del soporte del objeto (1), con el que está conectado el objeto (2) y cuya posición dentro de la máquina herramienta se conoce, en el que un primer medio de procesamiento calcula la posición del objeto con relación a la cámara (3) con la ayuda de características geométricas del objeto (2), caracterizado porque un segundo medio de procesamiento calcula la posición del soporte del objeto (1) con relación a la cámara (3) con la ayuda de características geométricas del soporte del objeto (1) obtenidas a partir de la imagen y porque un tercer medio de procesamiento calcula la posición relativa entre el soporte del objeto (1) y el objeto (2) a partir de las posiciones relativas entre la cámara (3) y el objeto (2) o bien la cámara (3) y el soporte del objeto (1).

1.- Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, caracterizado porque el primer medio de procesamiento compara las informaciones geométricas del objeto (2) obtenidas a partir de la imagen con las informaciones geométricas almacenadas en una biblioteca de objetos posibles, y en el caso de coincidencia suficiente de uno de estos objetos posibles se reconoce como el objeto (2) dispuesto realmente sobre el soporte del objeto.

11.- Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 9 ó 1, caracterizado porque el soporte del objeto (1) es componente de una cadena cinemática de la máquina herramienta, de manera que se conoce su posición con respecto a una herramienta de mecanización en un control (4) de orden superior, y porque el objeto (2) propiamente dicho se convierte, después del cálculo de su posición relativa con respecto al soporte del objeto (1), en el componente de la cadena cinemática y de esta manera se conoce su posición con respecto a la herramienta de mecanización en el control (4) de orden superior.