ES3004982A1 - Method and system for adapting a theoretical work to a surface region of a real piece - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPCIÓNDESCRIPTION
Método y sistema de adaptación de un trabajo teórico a una región superficial de una pieza realMethod and system for adapting a theoretical work to a surface region of a real piece
SECTOR DE LA TÉCNICATECHNICAL SECTOR
La presente invención se refiere de manera general al campo de los trabajos de superficies de piezas y, más concretamente, al campo de los trabajos de superficies divididas por regiones. The present invention relates generally to the field of surface work on workpieces and, more specifically, to the field of surface work divided into regions.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
En los trabajos de superficies con herramientas que no tienen un alcance suficiente para toda la superficie a trabajar, la superficie a trabajar se puede dividir por regiones de un tamaño adecuado al alcance de la herramienta, de modo que el trabajo se puede realizar por regiones. Sin embargo, es necesario controlar las uniones entre regiones para que no existan solapes entre las mismas que hagan que el acabado final del trabajo no sea correcto. When working on surfaces with tools that don't have enough reach to cover the entire surface to be worked, the surface to be worked can be divided into regions of a size appropriate to the tool's reach, allowing the work to be performed in regions. However, it is necessary to control the joints between regions to ensure that there are no overlaps between them, which would impair the final finish of the work.
Existen varios documentos que proponen sistemas para realizar decapados por regiones mediante sistemas laser como, por ejemplo, los documentos WO2023147315A1, CN114207157A, pero no proponen en ningún caso un método que permita evitar los solapes. There are several documents that propose systems for performing regional stripping using laser systems, such as documents WO2023147315A1 and CN114207157A, but they do not propose a method to avoid overlaps.
Por otro lado, si el trabajo a realizar ha de estar encajado en la propia pieza dentro de algunos límites definidos por la geometría de la pieza o por la propia localización de la pieza, es necesario definir dichos límites para que el acabado del trabajo sea correcto. On the other hand, if the work to be performed must fit into the part itself within certain limits defined by the geometry of the part or by the location of the part itself, it is necessary to define these limits so that the work is finished correctly.
SUMARIO DE LA INVENCIÓNSUMMARY OF THE INVENTION
La presente invención resuelve los inconvenientes de la técnica anterior dando a conocer un método y un sistema de adaptación de un trabajo teórico a una región superficial de una pieza real. The present invention solves the drawbacks of the prior art by providing a method and system for adapting a theoretical work to a surface region of a real part.
Más concretamente, según un primer aspecto de la invención se da a conocer un método de adaptación de un trabajo teórico a una región superficial de una pieza real, denominada región a trabajar, a partir de un patrón teórico que incluye la geometría y la ubicación del trabajo teórico. El método comprende las siguientes acciones implementadas por ordenador: More specifically, according to a first aspect of the invention, a method is provided for adapting a theoretical workpiece to a surface region of a real workpiece, called the work region, based on a theoretical pattern that includes the geometry and location of the theoretical workpiece. The method comprises the following computer-implemented actions:
- Se divide espacialmente una región del patrón teórico correspondiente a la región a trabajar mediante planos seccionadores imaginarios, generando cada plano una sección del patrón teórico denominada sección teórica. - A region of the theoretical pattern corresponding to the region to be worked on is spatially divided by imaginary sectioning planes, each plane generating a section of the theoretical pattern called a theoretical section.
- Se divide espacialmente una imagen de la región a trabajar mediante planos seccionadores imaginarios, generando cada plano una sección de la región a trabajar, denominada sección real, con la particularidad de que la región a trabajar y la correspondiente región del patrón teórico quedan divididas espacialmente de la misma manera. - An image of the region to be worked on is spatially divided by imaginary sectioning planes, each plane generating a section of the region to be worked on, called a real section, with the particularity that the region to be worked on and the corresponding region of the theoretical pattern are spatially divided in the same way.
Según una realización particular, la distribución espacial de los planos seccionadores y su número son los que permiten detectar el detalle más pequeño del límite teórico de la región a trabajar, según un umbral preestablecido. El término "límite” se utiliza con el sentido de contorno. According to a particular embodiment, the spatial distribution of the sectioning planes and their number allow for the detection of the smallest detail of the theoretical boundary of the region to be worked on, according to a pre-established threshold. The term "boundary" is used in the sense of contour.
Según una realización más particular, la detección del detalle más pequeño del límite teórico de la región a trabajar se consigue mediante una distribución espacial y un número de los planos seccionadores suficientes para que, en cada sector, el valor de un parámetro "d” sea menor que el umbral preestablecido. El término "sector” ha de entenderse como el espacio de la región a trabajar comprendido entre planos seccionadores adyacentes. El parámetro "d” de un sector se define como la distancia máxima que existe en el sector entre el contorno del trabajo teórico y la línea recta que une la intersección de los planos seccionadores con dicho contorno, considerando la distancia máxima en dirección perpendicular a la línea recta. According to a more particular embodiment, the detection of the smallest detail of the theoretical boundary of the region to be worked on is achieved by means of a spatial distribution and a number of sectioning planes sufficient so that, in each sector, the value of a parameter "d" is less than the pre-established threshold. The term "sector" must be understood as the space of the region to be worked on between adjacent sectioning planes. The parameter "d" of a sector is defined as the maximum distance existing in the sector between the contour of the theoretical work and the straight line joining the intersection of the sectioning planes with said contour, considering the maximum distance in a direction perpendicular to the straight line.
Según una realización particular, los planos seccionadores se sitúan perpendicularmente al contorno del trabajo teórico en la región a trabajar. According to a particular embodiment, the sectioning planes are placed perpendicular to the contour of the theoretical work in the region to be worked.
Según una realización particular, la imagen de la región a trabajar se obtiene capturándola por medio de un subsistema de sensorización. According to a particular embodiment, the image of the region to be worked on is obtained by capturing it by means of a sensor subsystem.
- Se analiza cada sección real en comparación con la correspondiente sección teórica, y, en el caso de encontrar alguna discrepancia, se corrige el trabajo teórico, obteniendo uno o varios puntos límite de trabajo real en cada sección objeto de análisis, denominados puntos límite reales. - Each real section is analyzed in comparison with the corresponding theoretical section, and, if any discrepancy is found, the theoretical work is corrected, obtaining one or more limit points of real work in each section under analysis, called real limit points.
- En el caso de que el trabajo teórico deba adaptarse en continuidad espacial con un trabajo realizado anteriormente, se analiza una última sección real del trabajo realizado en busca de límites del trabajo realizado, y, en el caso de encontrar alguna discrepancia con el patrón teórico, se corrige el trabajo teórico de manera que no haya discrepancias de continuidad con el trabajo realizado. La última sección real del trabajo realizado ha de entenderse como aquella que se encuentra más cerca de la región a trabajar. - If the theoretical work must be adapted in spatial continuity with previously performed work, a final real section of the completed work is analyzed to identify the limits of the work performed. If any discrepancies with the theoretical pattern are found, the theoretical work is corrected so that there are no discrepancies in continuity with the work performed. The final real section of the completed work is understood to be the one closest to the region to be worked on.
- Se definen límites de trabajo real a realizar uniendo los puntos límite reales de secciones sucesivas. - Actual work limits to be performed are defined by joining the actual limit points of successive sections.
Según una realización particular, previamente a las acciones descritas, se realiza un desplazamiento relativo entre la pieza real y una herramienta configurada para trabajar la región a trabajar, de manera que dicha región queda enfrentada a la herramienta. According to a particular embodiment, prior to the actions described, a relative displacement is carried out between the real piece and a tool configured to work the region to be worked, such that said region faces the tool.
Según una realización particular, posteriormente a las acciones descritas, la herramienta actúa sobre la región a trabajar trasladando el trabajo teórico corregido. According to a particular implementation, after the actions described, the tool acts on the region to be worked on, transferring the corrected theoretical work.
Según un segundo aspecto, la presente invención proporciona un sistema de adaptación de un trabajo teórico a una región superficial de una pieza real, denominada región a trabajar, que comprende un medio de procesamiento programable configurado para llevar a cabo el método según el primer aspecto de la presente invención. According to a second aspect, the present invention provides a system for adapting a theoretical work to a surface region of a real workpiece, called the work region, comprising a programmable processing means configured to carry out the method according to the first aspect of the present invention.
Según una realización particular, el sistema de adaptación también comprende un subsistema de sensorización, configurado para capturar una imagen de la región a trabajar. Preferiblemente, el subsistema de sensorización se conforma por un medio de visión 2D o 3D, por ejemplo, una cámara. Según esta realización, el medio de procesamiento programable está configurado para llevar a cabo el método a partir de datos obtenidos por el subsistema de sensorización. Según una realización particular, el subsistema de sensorización comprende una unidad de cálculo integrada en el propio subsistema de sensorización. According to a particular embodiment, the adaptation system also comprises a sensing subsystem, configured to capture an image of the area to be processed. Preferably, the sensing subsystem consists of a 2D or 3D vision means, for example, a camera. According to this embodiment, the programmable processing means is configured to carry out the method based on data obtained by the sensing subsystem. According to a particular embodiment, the sensing subsystem comprises a calculation unit integrated into the sensing subsystem itself.
Según una realización particular, el sistema de adaptación también comprende los siguientes componentes: According to a particular embodiment, the adaptation system also comprises the following components:
- una herramienta, configurada para trabajar la región a trabajar; y - a tool, configured to work the region to be worked; and
- un medio de desplazamiento relativo entre la pieza real y la herramienta, por ejemplo, un brazo robot configurado para manipular la pieza real. - a means of relative movement between the actual workpiece and the tool, for example, a robotic arm configured to manipulate the actual workpiece.
La presente invención también se refiere a un programa de ordenador con instrucciones que, al ejecutarse el programa en un ordenador, hacen que el ordenador lleve a cabo el método según el primer aspecto de la invención. La presente invención también se refiere a un medio de almacenamiento de datos legible por ordenador, que comprende el programa de ordenador. The present invention also relates to a computer program with instructions that, when executed on a computer, cause the computer to carry out the method according to the first aspect of the invention. The present invention also relates to a computer-readable data storage medium comprising the computer program.
En el presente documento, la palabra "comprende" y sus variantes han de interpretarse como expresiones de tipo abierto que no pretenden excluir la posibilidad de otras características técnicas o componentes adicionales a los citados explícitamente. Además, la palabra "comprende” incluye el caso "consiste en”, interpretándose como una expresión de tipo cerrado que se limita únicamente a las características técnicas o componentes citados explícitamente. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones aquí indicadas. In this document, the word "comprises" and its variants are to be interpreted as open-ended expressions that are not intended to exclude the possibility of other technical features or components in addition to those explicitly recited. Furthermore, the word "comprises" includes the case "consists of", and is interpreted as a closed-ended expression limited only to the technical features or components explicitly recited. For those skilled in the art, other objects, advantages, and characteristics of the invention will be apparent in part from the description and in part from the practice of the invention. Furthermore, the present invention covers all possible combinations of embodiments indicated herein.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOSBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
La presente invención se entenderá mejor con referencia a las siguientes figuras, en donde con carácter ilustrativo y no limitativo, se ha representado lo siguiente: The present invention will be better understood with reference to the following figures, where the following has been represented for illustrative and non-limiting purposes:
La figura 1 muestra esquemáticamente la distribución espacial y el número de planos seccionadores imaginarios de dos ejemplos particulares, según diferentes tipos de regiones. En la parte izquierda de la figura se muestra una región de forma rectangular, seccionada longitudinal y transversalmente por múltiples planos que dividen la región. En la parte derecha de la figura se representa una región de forma circular, seccionada diametralmente por múltiples planos que dividen la región. Figure 1 schematically shows the spatial distribution and number of imaginary sectioning planes for two specific examples, according to different types of regions. The left side of the figure shows a rectangular region sectioned longitudinally and transversely by multiple planes dividing the region. The right side of the figure shows a circular region sectioned diametrically by multiple planes dividing the region.
La figura 2 muestra esquemáticamente un contorno de región seccionada según dos ejemplos, uno de ellos con una cantidad incorrecta de planos seccionadores (parte superior de la figura), y el otro con una cantidad correcta de planos seccionadores (parte inferior de la figura). Figure 2 shows schematically a sectioned region outline according to two examples, one with an incorrect number of sectioning planes (top of the figure), and the other with a correct number of sectioning planes (bottom of the figure).
La figura 3 muestra una imagen real de una pieza sobre la que se quiere realizar un decapado mediante láser en una zona determinada de la misma. Figure 3 shows a real image of a part on which laser pickling is to be performed in a specific area of the part.
La figura 4 muestra gráficamente una división por regiones del trabajo teórico a realizar sobre la pieza de la figura 3, según una realización particular de la presente invención. Figure 4 graphically shows a division by regions of the theoretical work to be performed on the piece in Figure 3, according to a particular embodiment of the present invention.
La figura 5 muestra la distribución y el espaciado de los planos seccionadores del trabajo teórico en la región 17 de la figura 4, según una realización particular de la presente invención. Figure 5 shows the distribution and spacing of the sectioning planes of the theoretical work in region 17 of Figure 4, according to a particular embodiment of the present invention.
La figura 6 muestra una representación CAD del trabajo teórico a realizar en la región 17 de la figura 4, así como una de las secciones teóricas de la región, marcada con una secuencia de puntos. Los puntos límite teóricos en esta sección, que determinan los límites del trabajo a realizar en la sección, están indicados con dos flechas. Figure 6 shows a CAD representation of the theoretical work to be performed in region 17 of Figure 4, as well as one of the theoretical sections of the region, marked with a sequence of points. The theoretical boundary points in this section, which determine the limits of the work to be performed in the section, are indicated by two arrows.
La figura 7 muestra una nube de puntos reales correspondientes a la región 17 de la figura 4, capturados por el subsistema de sensorización, y un plano que secciona dicha nube de puntos. La sección de la nube de puntos se muestra con una secuencia de puntos de color negro. Esta sección es la sección real correspondiente a la sección teórica representada en la figura 6. Figure 7 shows a real point cloud corresponding to region 17 of Figure 4, captured by the sensing subsystem, and a plane that sections said point cloud. The section of the point cloud is shown with a sequence of black points. This section is the real section corresponding to the theoretical section represented in Figure 6.
La figura 8 muestra una comparación entre la sección real representada en la figura 7 y la sección teórica correspondiente representada en la figura 6, con el fin de encontrar los límites del trabajo de la sección real en base a la geometría de la pieza, según una realización particular de la presente invención. Los puntos límite teóricos de la sección teórica son trasladados a la sección real, obteniendo así los puntos límite reales en la sección real. Dichos puntos de la sección real están indicados en la figura con dos flechas. Figure 8 shows a comparison between the actual section represented in Figure 7 and the corresponding theoretical section represented in Figure 6, in order to determine the working limits of the actual section based on the geometry of the part, according to a particular embodiment of the present invention. The theoretical limit points of the theoretical section are transferred to the actual section, thus obtaining the actual limit points in the actual section. Said points of the actual section are indicated in the figure by two arrows.
La figura 9 muestra el análisis de una sección pará la búsqueda de los límites de trabajos ya realizados, según una realización particular de la presente invención. Figure 9 shows the analysis of a section for searching the limits of work already carried out, according to a particular embodiment of the present invention.
La figura 10 representa esquemáticamente los límites del trabajo real a realizar que encajan perfectamente en la región 17 de la pieza, obtenidos según una realización particular de la presente invención. Figure 10 schematically represents the limits of the actual work to be performed that fit perfectly in region 17 of the piece, obtained according to a particular embodiment of the present invention.
La figura 11 muestra los resultados de la figura 10 sobre una imagen 3D. Figure 11 shows the results of Figure 10 on a 3D image.
MODOS DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓNMODES OF EMBODIMENT OF THE INVENTION
La presente invención divulga un método para adaptar un trabajo teórico a una pieza real, implementado por ordenador, aplicable a trabajos de superficie de pieza en los que la superficie a trabajar se divide en regiones, por ejemplo, porque es más grande que la zona abarcable por la herramienta. The present invention discloses a method for adapting a theoretical job to a real part, implemented by computer, applicable to part surface jobs in which the surface to be worked is divided into regions, for example, because it is larger than the area that can be covered by the tool.
Tal y como se usa en el presente documento, el término "ordenador” ha de entenderse en sentido amplio y no limitativo, abarcando tanto un ordenador como cualquier otro medio de procesamiento programable, por ejemplo, un microcontrolador, una consola, una tableta electrónica, una PDA, un móvil, una red informática, etc. As used herein, the term "computer" is to be understood in a broad and non-limiting sense, encompassing both a computer and any other programmable processing means, for example, a microcontroller, a console, an electronic tablet, a PDA, a mobile phone, a computer network, etc.
El método incluye la detección de límites de cada región. Para detectar los límites de una región que se desea trabajar se plantea seccionar la región mediante planos seccionadores imaginarios, de forma que se pueda hacer un análisis correcto de los límites de la región a trabajar a partir de sus secciones. Estos límites permiten hallar el lugar en el que se ha de realizar el trabajo en la superficie de la pieza a partir de la geometría o localización de la misma, y/o de regiones adyacentes que ya han sido trabajadas y no se desea un solape con ellas. The method includes the detection of the boundaries of each region. To detect the boundaries of a region to be worked, the region is sectioned using imaginary sectioning planes, allowing for a correct analysis of the boundaries of the region to be worked from its cross-sections. These boundaries allow for the location of the work to be performed on the surface of the part to be determined based on the geometry or location of the workpiece and/or adjacent regions that have already been worked and no overlap is desired.
Según una realización particular, la distribución espacial de los planos seccionadores y su número son los que permiten detectar el detalle más pequeño del límite teórico de la región a trabajar, según un umbral preestablecido. A continuación, se explica más detalladamente este concepto, según una realización más particular: According to a particular embodiment, the spatial distribution of the sectioning planes and their number allow for the detection of the smallest detail within the theoretical boundary of the work area, according to a pre-established threshold. This concept is explained in more detail below, according to a more specific embodiment:
Cada plano seccionador determina el extremo de la región que se desea trabajar. Teniendo en cuenta que la región que se va a trabajar tiene un contorno continuo, el seccionado de la misma provoca una discretización del contorno de la región, según una aproximación lineal. Esto significa que la unión entre los extremos detectados con dos planos seccionadores adyacentes se realiza con una línea recta. Por lo tanto, la distribución espacial de los planos seccionadores y su número deben ser suficientes para que, en cada sector (por sector se entiende el espacio de la región a trabajar comprendido entre planos seccionadores adyacentes), la línea recta que une la intersección de dos planos seccionadores adyacentes con el contorno del trabajo teórico sea lo más parecida posible al contorno del trabajo teórico. En el presente documento, se utiliza el término "contorno teórico” para referirse de manera simplificada al contorno del trabajo teórico. Each sectioning plane determines the end of the region to be worked. Considering that the region to be worked has a continuous contour, its sectioning results in a discretization of the region's contour, according to a linear approximation. This means that the connection between the detected ends and two adjacent sectioning planes is made with a straight line. Therefore, the spatial distribution of the sectioning planes and their number must be sufficient so that, in each sector (a sector is understood as the space of the region to be worked between adjacent sectioning planes), the straight line joining the intersection of two adjacent sectioning planes with the contour of the theoretical work is as similar as possible to the contour of the theoretical work. In this document, the term "theoretical contour" is used to refer to the contour of the theoretical work in a simplified manner.
Para una aplicación concreta se preestablece el umbral a partir del cual el parecido del contorno teórico con la aproximación lineal se considera correcto. Este umbral puede ser mayor o menor en función del grado de detalle que se desee (más detalle cuanto menor sea el umbral). En cada sector de la región a trabajar se compara el umbral preestablecido con un parámetro "d” . El parámetro "d” de un sector se define como la distancia máxima que existe en el sector entre el contorno teórico y la línea recta que une la intersección de los planos seccionadores con dicho contorno, considerando la distancia máxima en dirección perpendicular a la línea recta. A modo aclaratorio, en la figura 2 se representa el parámetro "d” de un sector. El parámetro "d” determina si la distribución y el número de los planos seccionadores de una región es correcto (concretamente, si el valor del parámetro "d” de cada sector de la región es menor que el umbral preestablecido) o incorrecto (concretamente, si el valor del parámetro "d” de al menos un sector de la región es mayor que el umbral preestablecido). For a specific application, a threshold is pre-established beyond which the similarity of the theoretical contour to the linear approximation is considered correct. This threshold can be higher or lower depending on the desired level of detail (the lower the threshold, the more detailed). In each sector of the region to be worked on, the pre-established threshold is compared with a parameter "d". The parameter "d" of a sector is defined as the maximum distance in the sector between the theoretical contour and the straight line joining the intersection of the sectioning planes with said contour, considering the maximum distance in a direction perpendicular to the straight line. For clarification, Figure 2 represents the parameter "d" of a sector. The parameter "d" determines whether the distribution and number of sectioning planes in a region is correct (specifically, if the value of the parameter "d" for each sector of the region is less than the pre-established threshold) or incorrect (specifically, if the value of the parameter "d" for at least one sector of the region is greater than the pre-established threshold).
La figura 1 muestra distintas distribuciones espaciales y número de planos seccionadores para una región determinada. La distribución espacial y el número de planos seccionadores debe ser analizado particularmente para cada región. La figura 2 muestra cómo seccionar la región para conseguir detectar el detalle más pequeño. En la parte superior de la figura se representa un seccionado incorrecto, ya que no tiene en cuenta todos los detalles del contorno teórico de la región, porque el valor del parámetro "d” supera el umbral preestablecido para una aplicación determinada. La unión entre puntos detectados en cada sección se hace con una línea que no "copia” el contorno teórico de la región. En la parte inferior de la figura se representa un seccionado correcto, en el que el número de planos seccionadores es mayor, permitiendo "copiar” de esta manera el contorno teórico de la región. En este caso, el valor del parámetro "d” para cada pareja de planos seccionadores adyacentes es inferior al umbral preestablecido para la aplicación concreta. Figure 1 shows different spatial distributions and the number of sectioning planes for a given region. The spatial distribution and number of sectioning planes must be analyzed individually for each region. Figure 2 shows how to section the region to detect the smallest detail. The upper part of the figure represents an incorrect sectioning, as it does not take into account all the details of the theoretical contour of the region, because the value of the parameter "d" exceeds the preset threshold for a given application. The connection between the points detected in each section is made with a line that does not "copy" the theoretical contour of the region. The lower part of the figure represents a correct sectioning, in which the number of sectioning planes is greater, thus allowing the theoretical contour of the region to be "copied." In this case, the value of the parameter "d" for each pair of adjacent sectioning planes is lower than the preset threshold for the specific application.
A continuación, se incluye un ejemplo de realización de la presente invención: An exemplary embodiment of the present invention is shown below:
Se tiene una pieza en la que hay que realizar un decapado mediante láser en una zona determinada de la misma. Se tiene un patrón teórico de la pieza, concretamente una representación CAD (representación gráfica realizada por un programa de diseño asistido por ordenador) con la geometría de la pieza y las zonas en las que hay que hacer el decapado. Debido a que el área a decapar es más grande que el área de trabajo del láser, se hace el trabajo por regiones. There is a part that requires laser stripping in a specific area. There is a theoretical model of the part, specifically a CAD representation (a graphic representation created by a computer-aided design program) with the part's geometry and the areas to be stripped. Because the area to be stripped is larger than the laser's working area, the work is done in regions.
La figura 3 muestra una imagen real de la pieza y la figura 4 representa gráficamente una división por regiones del trabajo teórico a realizar sobre la pieza de la figura 3. La figura 4 tiene las siguientes particularidades: Cada región en la pieza está delimitada por líneas rectas verticales y horizontales, que conforman un rectángulo. Las líneas curvadas representan la silueta del trabajo teórico a realizar sobre la pieza de la figura 3. Estas líneas corresponden a los límites de dos surcos que discurren por la pieza, uno de ellos por la mitad derecha y el otro por la mitad izquierda. Los segmentos de líneas numerados del 1 al 20 representan la localización de la región respecto del láser para que se cumplan las condiciones de decapado óptimas. A cada región de la pieza y al láser se asocia un sistema de coordenadas. Figure 3 shows a real image of the part, and Figure 4 graphically represents a division by regions of the theoretical work to be performed on the part in Figure 3. Figure 4 has the following particularities: Each region on the part is delimited by vertical and horizontal straight lines, which form a rectangle. The curved lines represent the silhouette of the theoretical work to be performed on the part in Figure 3. These lines correspond to the limits of two grooves that run through the part, one on the right half and the other on the left half. The line segments numbered 1 to 20 represent the location of the region relative to the laser to ensure optimal pickling conditions. A coordinate system is associated with each region of the part and the laser.
Para llevar a cabo el trabajo por regiones se implementa un sistema electromecánico que comprende los siguientes componentes: un brazo robot configurado para manipular la pieza a trabajar (el brazo robot actúa como medio de desplazamiento relativo entre la pieza y la herramienta), una cámara 3D (la cámara 3D actúa como subsistema de sensorización), un subsistema láser para realizar el trabajo (el subsistema láser actúa como herramienta), y un medio de procesamiento programable configurado para gestionar el funcionamiento del sistema electromecánico. A partir de este sistema electromecánico, es posible calcular las posiciones del robot para que la pieza quede enfrentada al láser para trabajar cada una de las regiones. Con los cálculos realizados, se coloca la pieza delante de la herramienta por regiones y el subsistema de sensorización corrige los parámetros de localización del trabajo para que el acabado sea correcto, de forma que los límites teóricos del trabajo a realizar se adapten a la pieza real. El término “parámetros de localización” se refiere a coordenadas X, Y, Z de los puntos a decapar. El subsistema de sensorización utilizado puede ser, por ejemplo, un sistema de visión 3D junto con una unidad de cálculo que se encarga de realizar esta tarea. Debido a deformaciones de la pieza y resolución en el proceso de colocación de la pieza, el trabajo previsto para cada región no encaja correctamente con la región de la pieza real y es necesario adaptar el trabajo a la pieza real. To carry out the work by regions, an electromechanical system is implemented that comprises the following components: a robotic arm configured to manipulate the workpiece (the robotic arm acts as a means of relative displacement between the workpiece and the tool), a 3D camera (the 3D camera acts as a sensor subsystem), a laser subsystem to perform the work (the laser subsystem acts as a tool), and a programmable processing means configured to manage the operation of the electromechanical system. From this electromechanical system, it is possible to calculate the robot positions so that the workpiece faces the laser to work each of the regions. With the calculations made, the workpiece is placed in front of the tool by regions and the sensor subsystem corrects the work location parameters so that the finish is correct, so that the theoretical limits of the work to be performed are adapted to the real piece. The term "location parameters" refers to the X, Y, Z coordinates of the points to be stripped. The sensing subsystem used could be, for example, a 3D vision system coupled with a computing unit responsible for this task. Due to part deformations and resolution during the part placement process, the work planned for each region does not match correctly with the actual part region, and the work must be adapted to the actual part.
El método para adaptar el trabajo a la pieza real comprende las siguientes acciones: a) Un subsistema de sensorización captura la superficie de la región de la pieza a trabajar. The method for adapting the work to the real piece comprises the following actions: a) A sensor subsystem captures the surface of the region of the piece to be worked.
En este caso se plantea un sistema de visión 2D o 3D que captura la superficie a trabajar, por ejemplo, una cámara 3D. In this case, a 2D or 3D vision system is proposed that captures the surface to be worked on, for example, a 3D camera.
b) La región a trabajar se divide mediante planos seccionadores imaginarios. En este caso se sitúan los planos perpendicularmente al contorno teórico en la región. El término “perpendicularmente” ha de entenderse en sentido amplio y no limitativo, abarcando tanto “perpendicularmente” como “lo más perpendicularmente posible” . b) The work area is divided by imaginary sectioning planes. In this case, the planes are placed perpendicular to the theoretical contour of the area. The term "perpendicularly" should be understood in a broad, non-limiting sense, encompassing both "perpendicularly" and "as perpendicularly as possible."
La figura 5 muestra la distribución y el espaciado de los planos seccionadores del trabajo teórico en una región de la pieza, concretamente, en la región 17. Los planos marcados en gris significan que las secciones correspondientes no han sido trabajadas anteriormente y los planos marcados en negro indican que las secciones correspondientes ya han sido trabajadas previamente. Figure 5 shows the distribution and spacing of the sectioning planes of the theoretical work in a region of the piece, specifically, in region 17. The planes marked in grey mean that the corresponding sections have not been previously worked and the planes marked in black indicate that the corresponding sections have already been previously worked.
c) El trabajo teórico se divide mediante los planos que se deciden en b). La figura 6 muestra una representación CAD del trabajo teórico a realizar en la pieza, concretamente en la región 17. El trabajo teórico es el hueco que queda entre las dos superficies grises. En la figura 6 se representa con una secuencia de puntos negros la sección teórica correspondiente a uno de los planos seccionadores. Se indican mediante flechas los límites del trabajo teórico a realizar en dicha sección, que son dos puntos límite teóricos. c) The theoretical work is divided by the planes decided in b). Figure 6 shows a CAD representation of the theoretical work to be performed on the part, specifically in region 17. The theoretical work is the gap between the two gray surfaces. Figure 6 represents the theoretical section corresponding to one of the sectioning planes with a sequence of black dots. The limits of the theoretical work to be performed on said section, which are two theoretical limit points, are indicated by arrows.
d) Los datos reales de la región a trabajar se analizan por secciones. La figura 7 muestra cómo la región a trabajar (representada en la figura con una nube de puntos) es seccionada y se obtiene una sección real (representada en la figura con una secuencia de puntos oscuros). La sección representada en la figura 7 es la sección real correspondiente a la sección teórica representada en la figura 6. d) The real data from the work area are analyzed in sections. Figure 7 shows how the work area (represented in the figure by a point cloud) is sectioned, and a real section is obtained (represented in the figure by a sequence of dark points). The section represented in Figure 7 is the real section corresponding to the theoretical section represented in Figure 6.
e) Se compara la sección teórica obtenida en c) con la sección real de la pieza obtenida en d) para corregir el trabajo teórico a realizar y saber su posición sobre la pieza real. La corrección se realiza mediante un algoritmo de “matching” entre las dos secciones, el cual permite transformar el trabajo teórico para adaptarse a la pieza real. En el estado de la técnica existen algoritmos de “matching” que pueden utilizarse en la presente invención. Según una realización particular, se utiliza un algoritmo de “matching” basado en mínimos cuadrados. e) The theoretical section obtained in c) is compared with the actual section of the part obtained in d) to correct the theoretical work to be performed and determine its position on the actual part. The correction is performed using a matching algorithm between the two sections, which allows the theoretical work to be transformed to fit the actual part. Matching algorithms are available in the prior art and can be used in the present invention. In one particular embodiment, a least-squares-based matching algorithm is used.
La comparación entre la sección real y la sección teórica se muestra en la figura 8. En este caso, se trata de una sección no trabajada todavía, donde la línea negra representa la sección teórica, y el conjunto de puntos grises representa la sección real. El resultado del algoritmo de “matching” entre las dos secciones hace que los puntos del trabajo teórico (es decir, los puntos límite teóricos) se trasladen al conjunto de puntos reales, obteniendo así los puntos límite del trabajo real a realizar sobre la pieza real para la sección objeto de análisis, denominados puntos límite reales. Estos puntos límite reales están marcados con dos flechas en la figura 8. En este caso, el trabajo se adapta a la geometría de la pieza real y el análisis de la sección se realiza con este motivo. La unión consecutiva de los puntos límite reales obtenidos en un conjunto de secciones dentro de la región define los límites del trabajo real a realizar sobre la pieza real. Estos puntos límite reales obtenidos de forma consecutiva en diferentes secciones se muestran con cruces en la figura 10. La unión de todos los puntos límite reales genera el límite del trabajo real a realizar sobre la pieza real. Este límite se muestra con la línea gris claro en la figura 10. The comparison between the actual and theoretical sections is shown in Figure 8. In this case, it is a section that has not yet been processed, where the black line represents the theoretical section, and the set of gray points represents the actual section. The result of the matching algorithm between the two sections causes the theoretical work points (i.e., the theoretical limit points) to be transferred to the set of actual points, thus obtaining the limit points of the actual work to be performed on the actual part for the section under analysis, called actual limit points. These actual limit points are marked with two arrows in Figure 8. In this case, the work is adapted to the geometry of the actual part, and the section analysis is performed for this purpose. The consecutive union of the actual limit points obtained in a set of sections within the region defines the limits of the actual work to be performed on the actual part. These actual limit points obtained consecutively in different sections are shown as crosses in Figure 10. The union of all the actual limit points generates the limit of the actual work to be performed on the actual part. This limit is shown by the light grey line in Figure 10.
f) En el caso de querer adaptar el trabajo teórico para que no solape trabajos ya realizados en otra u otras regiones, se realiza un análisis para encontrar los puntos límite reales de los trabajos anteriores que sirvan para el trabajo actual. Básicamente, se puede decir que el método que se utiliza consiste en analizar la última sección que pertenece a una región ya trabajada y detectar los límites reales del trabajo ya realizado. Los límites reales del trabajo ya realizado se utilizan para que el nuevo trabajo a realizar sea enlazado a ellos. Dependiendo del material con el que se esté trabajando y el recubrimiento del mismo, la estrategia a seguir puede variar. La figura 9 muestra el análisis de una sección pará la búsqueda de los límites reales de los trabajos ya realizados. En este caso, dado que la retirada de material de una sección ya trabajada hace que una cámara no sea capaz de capturar datos en la zona decapada, la ausencia de datos en la sección se utiliza para establecer los límites reales de la sección ya trabajada (en la figura 9 se muestran los puntos límite reales de una sección ya trabajada mediante dos círculos negros de mayor tamaño que el resto de las marcas de la figura). f) If the theoretical work is to be adapted so that it does not overlap work already performed in another region or regions, an analysis is performed to find the actual boundary points of previous work that can be used for the current work. Basically, the method used consists of analyzing the last section belonging to a previously worked region and detecting the actual boundaries of the work already performed. The actual boundaries of the work already performed are used to link the new work to them. Depending on the material being worked and its coating, the strategy to be followed may vary. Figure 9 shows the analysis of a section to find the actual boundaries of work already performed. In this case, since the removal of material from a previously worked section makes it impossible for a camera to capture data in the stripped area, the absence of data in the section is used to establish the actual boundaries of the already worked section (in Figure 9, the actual boundary points of a previously worked section are shown by two black circles larger than the rest of the marks in the figure).
g) Gracias a la comparación realizada en e) entre la sección teórica obtenida en c) y la sección real obtenida en d) se consigue adaptar el trabajo teórico a la pieza real. Con los puntos límite reales obtenidos en cada sección se puede definir perfectamente los límites del trabajo real a realizar que encajan perfectamente en la región actual de la pieza real. Los límites del trabajo real se definen uniendo los puntos límite reales de secciones sucesivas (es decir, uniendo sucesivamente los puntos límite reales de una sección con los puntos límite reales correspondientes de la sección siguiente, desde la primera hasta la última sección objeto de análisis). La figura 10 muestra este resultado. Las líneas exteriores representan los límites teóricos de la pieza (en este caso un surco teórico). Las líneas interiores representan el trabajo real a realizar que se adapta perfectamente a la pieza (es decir, los límites teóricos adaptados a la pieza real). Las cruces representan puntos límite reales obtenidos como resultado de e) o f) para cada sección. Las cruces que representan puntos límite reales de secciones con trabajos ya realizados, resultado de f), se unen con líneas negras. Las cruces que representan puntos límite reales de trabajos a realizar, resultado de e), se unen con líneas grises. En la figura 10 se observa como la línea gris utiliza resultados obtenidos de las secciones con trabajos realizados para conseguir una unión correcta. En la figura 10 se observa como los límites teóricos del trabajo a realizar se adaptan a la silueta de la pieza real. La figura 11 muestra los resultados del método sobre una imagen 3D de la región 17 de la pieza real. Las líneas de puntos blancos representan el trabajo a realizar sobre la pieza real. g) Thanks to the comparison made in e) between the theoretical section obtained in c) and the actual section obtained in d), it is possible to adapt the theoretical work to the actual part. With the actual limit points obtained in each section, the limits of the actual work to be performed can be perfectly defined, fitting perfectly into the current region of the actual part. The limits of the actual work are defined by joining the actual limit points of successive sections (i.e., successively joining the actual limit points of one section with the corresponding actual limit points of the following section, from the first to the last section under analysis). Figure 10 shows this result. The outer lines represent the theoretical limits of the part (in this case, a theoretical groove). The inner lines represent the actual work to be performed, which perfectly fits the part (i.e., the theoretical limits adapted to the actual part). The crosses represent actual limit points obtained as a result of e) or f) for each section. The crosses representing actual limit points of sections with work already performed, resulting from f), are joined by black lines. The crosses representing actual work limits (e) are connected by gray lines. Figure 10 shows how the gray line uses results obtained from sections with work performed to achieve a correct connection. Figure 10 shows how the theoretical work limits are adapted to the silhouette of the actual part. Figure 11 shows the results of the method on a 3D image of region 17 of the actual part. The white dotted lines represent the work to be performed on the actual part.
A continuación, se incluye un resumen sobre cómo se realiza el trabajo por regiones según el ejemplo de realización: Below is a summary of how the work is carried out by region according to the implementation example:
- Se desplaza la pieza colocando la región a trabajar enfrente de la herramienta; el subsistema de sensorización analiza la región por secciones y corrige los parámetros de localización del trabajo referentes a esa región; y la herramienta actúa sobre la región según los parámetros de localización corregidos. - The workpiece is moved, positioning the work area in front of the tool; the sensor subsystem analyzes the area in sections and corrects the work location parameters for that area; and the tool acts on the area according to the corrected location parameters.
- Posteriormente, se desplaza la pieza colocando la siguiente región a trabajar delante de la herramienta; el subsistema de sensorización analiza la región por secciones y corrige los parámetros de localización del trabajo referentes a esa región; y la herramienta actúa sobre la región según los parámetros de localización corregidos. - Se procede sucesivamente de la misma manera hasta la última región a trabajar. - The workpiece is then moved, placing the next work area in front of the tool; the sensor subsystem analyzes the area by section and corrects the work location parameters for that area; and the tool acts on the area according to the corrected location parameters. The same procedure continues until the last work area is reached.
Aunque se ha descrito la presente invención con referencia a opciones y realizaciones particulares de la misma, los expertos en la técnica podrán realizar modificaciones y variaciones a las enseñanzas anteriores sin por ello apartarse del alcance y el espíritu de la presente invención. Although the present invention has been described with reference to particular options and embodiments thereof, those skilled in the art may make modifications and variations to the above teachings without departing from the scope and spirit of the present invention.
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| ES202431058A ES3004982A1 (en) | 2024-12-16 | 2024-12-16 | Method and system for adapting a theoretical work to a surface region of a real piece |
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| ES202431058A ES3004982A1 (en) | 2024-12-16 | 2024-12-16 | Method and system for adapting a theoretical work to a surface region of a real piece |
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2024
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