ES2851235T3 - Sensor láser con mecanismo de giro integrado - Google Patents
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Abstract
Sensor láser con mecanismo de giro integrado que comprende: una cámara (1); un láser (2); y un chasis (3) configurado para girar sobre su propio eje (4); que dispone de un mecanismo de giro indexado que comprende, a su vez: un conjunto motorizado (14), que consiste en un motor de giro (5) situado en un eje paralelo al eje de giro (4), y conectado con dicho eje de giro (4) a través de un engranaje (11); y un conjunto motorizado (6) que consiste en un motor de enclavamiento (8) alojado en el interior del eje (4) en un soporte (9); y donde el soporte (9) comprende inferiormente unos cilindros de enclavamiento (10) y un husillo (13) acoplado a dicho soporte (9) de tal forma que el enclavamiento se produce por contacto de unas esferas alojadas en el chasis (3) y los cilindros (10) adosados en el inferior del soporte (9).
Description
DESCRIPCIÓN
Sensor láser con mecanismo de giro integrado
La presente invención tiene como objeto un sensor láser con mecanismo de giro integrado, cuya función principal es permitir el giro del mismo sobre su propio eje de forma precisa, para alcanzar y mantener la orientación más adecuada para el escaneo 3D de zonas de la superficie de una pieza a analizar y que hasta ahora no era posible escanear.
Estado de la técnica
Es conocido en el ámbito de la medición de precisión, el uso de escáneres 3D, que funcionan mediante la proyección de una luz láser, para obtener una serie de imágenes a través de una cámara, que se posiciona alrededor de la pieza a medir mediante un movimiento de giro indexado. Para alcanzar todos los puntos posibles en el escaneado de una superficie, es necesario que el escáner esté montado sobre el extremo final de una máquina compuesta por una serie de brazos unidos mediante elementos de traslación o de giro que permitan llevar a dicho escáner a todos los puntos posibles de la superficie a medir. Es necesario posicionar el sensor láser 3D mediante estos elementos articulados, de manera que mantenga cierta orientación respecto a la línea seguida al escanear superficies, para llegar a zonas de difícil acceso sin necesidad de mover la pieza, la máquina u otros componentes.
Ejemplo de esto es la patente USRE35510 que describe un cabezal con palpador en dirección radial que permite girarlo a diferentes posiciones indexadas gracias al encaje entre un conjunto de esferas y cilindros.
La patente US5735180 se refiere a dos cuerpos que pueden girar uno en relación con el otro consiguiendo distintas posiciones angulares, gracias a que los cilindros de uno de los cuerpos encajan en las muescas del otro cuerpo, y para realizar este giro es necesario que se separen axialmente. La patente WO2009106833A2 consiste en dos partes que rotan entre sí en posiciones angulares, gracias al encaje entre diferentes acoples en cada una de ellas. La patente US5084981 se refiere a un mecanismo de indexado que permite girar angularmente un cuerpo respecto a otro, contando con un cuerpo intermedio que puede girar libremente en relación con los otros dos. Entre todos los cuerpos existe un
conjunto de elementos que permiten enclavar los cuerpos en diferentes posiciones, pueden ser dientes de engranajes o superficies convergentes (esferas) que encajen con un grupo de 3 o más elementos, como cilindros. Puede llevar uno o dos motores que mediante engranajes permiten girar los cuerpos a las posiciones necesarias. La patente US5806200 es sobre un cabezal con palpador, con dos ejes longitudinales, el segundo de los cuales puede ajustarse en diferentes ángulos fijos. Las patentes US6854195B2, US7213344B2, US7281433B2 y US7415775B2 se refieren a palpadores con diferentes ángulos de giro.
Finalmente el solicitante conoce de la existencia del documento CN202304767U, que divulga un dispositivo de medición de contorno tridimensional sobre la base de múltiples sensores. Comprende una placa base, una plataforma en movimiento vertical, una mesa de trabajo y componentes de medición óptica. Cada componente de medición óptica comprende un láser, una cámara y un soporte de la cámara. El campo visual y los aumentos a utilizar se ajustan de acuerdo con las características de la forma de la superficie de la pieza a medir, y el dispositivo de medición de contorno tridimensional es adecuado para la medición de superficies curvas complicadas de paletas, engranajes cónicos y similares, que no se pueden medir con eficacia por el método convencional.
El presente documento, se diferencia frente a dicho documento chino, en que se basa en la inclusión de unos medios que permitan posicionar el sensor láser de tal forma que se mantenga la orientación necesaria para facilitar el escaneo en 3D, que por la propia geometría de la pieza, no eran accesibles para un escaneado eficaz.
Por otra parte, el documento GB2335274 describe un mecanismo de indexación para activar el desplazamiento angular discreto de un primer cuerpo con respecto a un segundo cuerpo, que se diferencia frente a la invención aquí preconizada, en que comprende una estructura diferente que comprende el soporte y al menos un husillo, cuya principal ventaja es aumentar la repetitividad en el enclavamiento, problema que dicho documento inglés no soluciona.
Mientras tanto, el documento US 2012105867 describe un dispositivo de medición que se compone de una unidad de proyección y medición e incluye una unidad de rotación que puede rotar un objeto en dos direcciones. Además de eso, el dispositivo tiene una unidad de rotación de patrón, que está conectada a la unidad de proyección, que permite rotar el patrón alrededor de la unidad de rotación del objeto. El hecho de que exista un único
motor para un eje de rotación, en la unidad de proyección de dispositivo asociada con el sensor láser, produce un mecanismo impreciso y poco fiable.
La falta de fiabilidad en el mecanismo de giro indexado se soluciona en la patente de invención GB 2335274. Esta patente describe un mecanismo de indexación que es más fiable y preciso, gracias a la adición de dos ejes de rotación paralelos asociados a dos motores de rotación. Estos motores se vinculan entre sí por un sistema de transmisión complejo mediante un elemento de rotación intermedio. Este elemento complica y aumenta significativamente el coste del mecanismo, dando como resultado una solución poco interesante debido a su complejidad.
Descripción de la invención
El problema técnico que resuelve la presente invención es conseguir posicionar un sensor láser 3D de tal forma que se mantenga una cierta orientación para escanear zonas de difícil acceso, sin necesidad de mover la pieza analizada, u otros componentes que se empleen en dicho procedimiento. Para ello, el sensor láser con mecanismo de giro integrado, objeto de la presente invención está caracterizado esencialmente por comprender un sensor láser 3D compuesto por un emisor láser y una cámara receptora colocadas sobre un chasis en un ángulo adecuado para captar la imagen de las piezas a medir. Este chasis, además, se acopla con una máquina de medición por coordenadas, con un brazo motorizado, o con cualquier elemento articulado que sitúe al sensor en diferentes posiciones respecto de la pieza a escanear.
El mecanismo de giro integrado está configurado para permitir el giro del chasis respecto de su propio eje. El mecanismo de giro se compone de dos motorizados, un encórder y un enclavamiento o acoplamiento. El elemento base del primer motorizado es un motor situado en un eje paralelo y no coincidente con el eje de giro y que transmite al sensor un movimiento de rotación respecto de dicho eje de giro. El elemento base del segundo motorizado es un motor de enclavamiento, colocado dentro del eje de giro y que está configurado para enclavar y desenclavar el chasis.
Finalmente, dentro del chasis existe un conjunto de cilindros y esferas que permiten la colocación del chasis en diferentes posiciones angulares con precisión y alta repetitividad. Gracias al motor de enclavamiento, estos cilindros y esferas pueden separarse y encajarse produciéndose el enclavamiento y desenclavamiento del chasis.
Gracias a su especial diseño, el sensor aquí preconizado permite y compatibiliza el uso de elementos articulados más sencillos, ya que el propio sensor aporta un giro adicional que hace mantener al escáner la orientación necesaria para facilitar el escaneo en 3D, que habilita el escaneo de zonas que por la propia geometría de la pieza, no eran accesibles para un escaneado eficaz.
Breve descripción de las figuras
A continuación se pasa a describir de manera muy breve una serie de dibujos que ayudan a comprender mejor la invención y que se relacionan expresamente con una realización de dicha invención que se presenta como un ejemplo no limitativo de ésta.
FIG. 1. Muestra una primera vista en sección del sensor aquí preconizado.
FIG. 2. Muestra una segunda vista en perfil del mecanismo que forma parte del sensor, objeto de la presente invención.
Realización preferente de la invención
En las figuras adjuntas se muestra una realización preferida de la invención. Más concretamente, el sensor láser con mecanismo de giro integrado, objeto de la presente invención está caracterizado esencialmente por comprender un primer mecanismo de giro indexado, unido a un dispositivo de captación de imagen o cámara (1) y un láser (2), diseñados y encargados de la digitalización de la imagen; todo ello, solidariamente acoplado a un chasis (3) capaz de girar sobre su propio eje, y protegido por una carcasa.
El mecanismo de giro indexado está compuesto esencialmente de al menos dos motorizados, uno principal (14) y otro secundario (6); un encórder (7) y un sistema de enclavamiento y/o acoplamiento.
El motorizado principal (14) es el encargado de hacer girar el conjunto, mediante el motor de giro (5), alrededor del eje de giro (4), el cual alberga el motorizado secundario (6) encargado del enclavamiento del sistema en cada posición angular.
El motorizado principal (14) incorpora un encórder (7) en su mismo eje, y cuya función es
controlar su posición exacta; y un juego de engranajes (11) que le permite girar respecto del eje de giro (4).
Con el sistema de enclavamiento liberado, se hace girar el sensor mediante el motorizado principal (14) hasta la posición elegida detectada mediante el uso del encórder (7). El sistema de enclavamiento es el encargado de posicionar correctamente el sensor con precisión.
El elemento motorizado secundario (6) comprende en su parte superior un motor de enclavamiento (8) alojado en un primer soporte externo (9) del sensor láser, en donde en su parte inferior se sitúan unos cilindros de enclavamiento (10) insertados en un segundo soporte (12). Y donde finalmente incorpora un husillo (13) en su interior acoplado al primer soporte externo (9) del sensor láser mediante un prisionero, convirtiendo el movimiento de giro del motor en un movimiento lineal que permite liberar o enclavar el eje de giro (4).
El enclavamiento se produce a través del contacto de unas esferas alojadas en el chasis (3) y los cilindros (10) adosados a la parte inferior del primer soporte (9) del sensor láser, ya que al girar el motor de enclavamiento (8) junto con el husillo (13), hace que el conjunto de los cilindros (10) suba, ejerciendo una presión suficiente para mantener el contacto con las esferas y enclavar la posición. Así, los cilindros de enclavamiento inferiores (10) y las esferas pueden separarse y encajar entre sí para bloquear y desbloquear el chasis (3). La forma geométrica de estos elementos hace que el contacto se produzca en un punto concreto y siempre el mismo, consiguiendo así una repetitividad óptima. Controlando el número de esferas y el número de pares de cilindros colocados radialmente, se puede determinar el número de posiciones angulares que puede adoptar el sistema.
En la parte superior del eje de giro (4) se acopla un conector configurado para la conexión del sistema con el cabezal de la máquina o brazo que maneja un sistema de digitalizado, distribuyendo y redireccionando las señales del exterior y del control electrónico del sistema completo.
El sensor aquí presentado incorpora unos medios electrónicos en forma de placas de control o circuitos electrónicos, instalados en el interior de la carcasa para ejercer el control del encórder (7) y del resto de elementos susceptibles de ser controlados, tales
como motores_(5,8), láser (2) y cámara (1).
En una realización práctica no limitativa, el sensor aquí preconizado incorporará un sistema para la monitorización de la temperatura y/o un sistema para la monitorización de consumo de energía, y cuya finalidad, en ambos casos, será la de garantizar un correcto funcionamiento del sistema.
Los medios electrónicos permiten mediante una serie de comandos, controlar y asegurar el movimiento y la posición del sistema así como el escaneado de las piezas. Las fases para el movimiento del sistema son: accionamiento del motorizado secundario (6) para liberación del eje, accionamiento del motorizado principal (14) para giro del sensor hasta la posición deseada, controlada mediante el encórder (7) y accionamiento del motorizado secundario (6) para el enclavamiento del eje.
Claims (6)
1. Sensor láser con mecanismo de giro integrado que comprende: una cámara (1); un láser (2); y un chasis (3) configurado para girar sobre su propio eje de giro (4); incluyendo un mecanismo de giro indexado que comprende, a su vez: un primer conjunto motorizado (14), que consiste en un primer motor de giro (5) caracterizado por que el primer motor de giro (5) está situado en un eje paralelo y no coincidente con el eje de giro (4), y conectado con dicho eje de giro (4) a través de un conjunto de engranajes (11); incluyendo un segundo conjunto motorizado (6) que consiste en un segundo motor de enclavamiento (8) acoplado sobre el eje de giro (4) en un primer soporte (9) del sensor láser; y donde el primer soporte (9) comprende inferiormente unos cilindros de enclavamiento (10) y un husillo (13) acoplado a dicho primer soporte (9) de tal forma que el enclavamiento se produce a través del contacto de unas esferas alojadas en el chasis (3) y los cilindros (10) adosados a la parte inferior del soporte (9).
2. El sensor de la reivindicación 1 en el que dichos cilindros de enclavamiento (10) están insertados en un segundo soporte (12), en donde los cilindros de enclavamiento inferiores (10) y las esferas pueden separarse y encajar entre sí para enclavar y desenclavar el chasis (3).
3. El sensor de cualquiera de las reivindicaciones 1-2 en el que el husillo (13) está acoplado al primer soporte (9) mediante un prisionero acoplado al primer soporte (9), que convierte el movimiento de giro del motor en un movimiento lineal que permite que el eje de giro (4) se libere o enclave.
4. El sensor de cualquiera de las reivindicaciones 1-3 en el que en la parte superior del eje de giro (4) se acopla un conector configurado para la conexión con el cabezal de la máquina o brazo.
5. El sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 en el que se han incorporado medios para la monitorización de la temperatura y el consumo de energía.
6. El sensor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 en el que se ha incorporado un control electrónico, estando configurado este control electrónico para el accionamiento del elemento motorizado secundario (6) para liberación del eje (4); accionamiento del motorizado principal (14) para giro del sensor hasta la posición
deseada; control de un encórder (7) incluido en el mecanismo de giro indexado; y accionamiento del motorizado secundario (6) para el enclavamiento del eje (4).
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