ES2711004B2

ES2711004B2 - Sistema de inspeccion en vuelo y procedimiento para dicho sistema

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Publication number: ES2711004B2
Application number: ES201731255A
Authority: ES
Inventors: Borragan Ignacio Jose Alonso
Original assignee: Ingenio 3000 S L
Current assignee: Ingenio 3000 S L
Priority date: 2017-10-25
Filing date: 2017-10-25
Publication date: 2020-06-11
Anticipated expiration: 2037-10-25
Also published as: ES2711004A1

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de inspección en vuelo y procedimiento para dicho sistema.

Objeto de la invención

La presente invención se refiere a un sistema de inspección en vuelo y a un procedimiento para dicho sistema, utilizable por ejemplo para la inspección de líneas y tendidos eléctricos.

Antecedentes de la invención

En la actualidad en la revisión de líneas aéreas eléctricas según normativa debe realizarse a pie, pudiendo utilizarse otros medios -desde helicóptero principalmente- siempre que produzcan resultados similares. Interesa lógicamente la inspección mediante helicóptero, ya que permite desplazarse a gran velocidad en comparación con una inspección a pie por el terreno, y directamente de punto a punto sin verse perjudicada por la existencia de obstáculos o por la orografía

La inspección mediante helicóptero tiene dos vertientes: la inspección de elementos fijos, principalmente los apoyos de las líneas y la inspección de los cables del tendido. La inspección de elementos fijos, se realiza en la actualidad mediante visual directa pudiendo apoyarse en imágenes tomadas desde helicóptero. Al tratarse de elementos fijos con coordenadas por lo general conocidas, puede programarse el sistema de toma de imágenes desde el helicóptero para, mediante un gimbal giroestabilizado motorizado, tomar dichas imágenes desde el vuelo a una velocidad y puntería aceptables. Para realizar la puntería mediante estos gimbales se requiere la intervención de un operador para realizar una puntería en continuo (para apuntar continuamente al objeto según se va moviendo el helicóptero), o realizar una puntería previa manual y disponer de un sistema de visión artificial para, una vez realizada la puntería previa y sacadas las referencias de la misma, permitir al gimbal seguir automáticamente al objeto en cuestión en coordenadas relativas (referenciadas a la aeronave). No se utilizan coordenadas absolutas (GPS) ya que la obtención de coordenadas absolutas en tiempo real en este sistema no tiene la exactitud necesaria debido al ruido o demora de la señal en función de la posición, al recorrer la distancia entre el satélite y el receptor atravesando la atmósfera, que es un distorsionador importante cuando se busca la precisión.

La segunda vertiente consiste en la inspección de los cables del tendido, la cual, dadas las características de movilidad de los cables por dilataciones y por el viento y su pequeño tamaño, no puede programarse posicionalmente ni pueden utilizarse sistemas de visión artificial. Por tanto requiere el vuelo cercano al tendido mientras un operador va manejando la cámara para que en todo momento apunte a los cables.

En ambos casos, y sobre todo en la inspección de cables de los tendidos, el vuelo cercano a las líneas resulta muy comprometedor desde el punto de vista de la seguridad, requiriendo pilotos expertos capaces de volar sin desviarse apenas nada de la distancia establecida a la línea a inspeccionar, y habiéndose dado casos de accidentes por alcance del helicóptero a la línea.

En ambos casos, además, la toma de imágenes es continua, esto es, lo que se toma es un video ya que luego hay que analizar dichas imágenes y seleccionar las válidas para obtener los resultados de la inspección en términos aceptables por la normativa. Por tanto la resolución máxima de las imágenes es la máxima resolución alcanzable en video actualmente (4K), que muchas veces no es suficiente, por lo que la utilización de dichas imágenes es auxiliar de la inspección visual directa.

Por otro lado, ninguno de los sistemas descritos permite realizar fotogrametrías sobre las imágenes tomadas durante las inspecciones, ya que durante el vuelo varían inevitablemente las distancias a los elementos grabados, por lo que no se disponen de referencias fiables para establecer un patrón de medida en dichas imágenes. Por tanto, si se desea efectuar fotogrametrías hay que realizar un vuelo mucho más lento y preciso, muy rígido respecto a la distancia lateral al tendido, y por supuesto a altura constante respecto al suelo, o completamente horizontal.

Al respecto de los antecedentes, se han recuperado los documentos siguientes:

-US 9740200 B2 (BETHKE et al.), referente a sistema de inspección mediante vehículo aéreo no tripulado, que describe métodos, sistemas y aparatos, incluidos programas informáticos codificados en medios de almacenamiento informáticos, para un sistema de inspección de sistemas aéreos no tripulados. Uno de los métodos es realizado por un vehículo aéreo no tripulado (un dron) e incluye la obtención de información relativa a una estructura vertical. Dicha información incluye la toma de la información desde una o más ubicaciones seguras para inspección vertical. Desde una primera ubicación segura del dron se realiza una primera inspección de la estructura mediante la activación de las cámaras. Luego se cambia a una segunda ubicación segura y se realiza una segunda inspección de la estructura. La información asociada con la inspección se muestra en un dispositivo del usuario. Tiene el inconveniente de que se trata de una inspección apoyo por apoyo en una línea eléctrica, en cada uno de los cuales se toman imágenes en varios recorridos verticales del dron alrededor del mismo. No consigue inspeccionar en vuelo y de corrido, una línea eléctrica

En este documento, se recoge la disposición de, al menos, un sensor óptico para toma de imágenes montado en un gimbal, a su vez montado en una aeronave. El gimbal comprende un mecanismo de orientación del sensor de, al menos, tres ejes, y el gimbal se encuentra controlado por una unidad procesadora que comprende, al menos, un GPS y una unidad inercial provista de giróscopos y acelerómetros; y la unidad procesadora comprende una interfaz para la introducción de parámetros de funcionamiento, comprendiendo dichos parámetros, al menos, las coordenadas absolutas del objeto, y las alineaciones de los puntos de vista deseados. No obstante no consigue un buen grado de precisión en el gimbal y en el sistema GPS como para poder ejecutar la inspección en vuelo con precisión y a buena velocidad.

- US 9609288 B1 (RICHMAN et al.) referente a sistema de inspección de tejados mediante vehículo aéreo no tripulado que describe métodos, sistemas y aparatos, incluidos programas informáticos codificados en medios de almacenamiento informáticos, para un sistema de inspección de sistemas aéreos no tripulados. Uno de los métodos lo realiza un dron e incluye recibir, por el dron, información de vuelo que describe un trabajo para realizar una inspección de una azotea o tejado. Se asciende a una altitud particular y se realiza una inspección de la azotea, incluida la obtención de información de una cámara que describe la azotea. Se recibe información de ubicación que identifica un área dañada de la azotea o tejado. Se recorre el área dañada de la azotea o tejado. Se realiza una inspección del área dañada del techo, incluida la obtención de información detallada del sensor que describe el área dañada.

Se viaja a un lugar de aterrizaje seguro. Tampoco recoge características que posibiliten realizar una inspección de un tendido eléctrico a alta velocidad de vuelo

US 6816112 B1 (CHETHIK), que describe un sistema y método híbrido de adquisición y seguimiento de RF/óptica para conseguir mejorar sistemas de puntería láser, mediante captura y seguimiento de haz de onda milimétrica y óptica, donde una plataforma host incluye un identificador y un GPS para generar datos de geolocalización, receptores ópticos y de RF, y una apertura óptica / RF común. Una interfaz está acoplada a la plataforma host por medio de un cardán mecánico e incluye un divisor de haz, un cardán óptico y una apertura óptica, y una apertura de RF. Una CPU en la interfaz incluye un procesador de error de seguimiento óptico para adquirir el haz óptico buscando sistemáticamente un punto de luz enfocado en un plano focal del receptor óptico, un procesador de error de seguimiento de RF para emitir ángulos de cardán del cardán mecánico que se derivan de la apertura del receptor de RF que hace referencia al sistema de navegación inercial, y un procesador de búsqueda y seguimiento que genera una señal de control de cardán óptico para el cardán óptico y una señal de control de cardán mecánico para el cardán mecánico para el seguimiento de los haces ópticos y de RF. No describe elementos significativos de cara a la invención

CN 203864994 U (STATE GRID CORPORPORATION OF CHINA et al.), que describe una aeronave no tripulada para inspección de líneas de transmisión de energía, que dispone entre otros elementos de, un sistema de captación de imágenes, una cuna, una nanobatería, un sistema de control, un sistema de lanzamiento inalámbrico, un GPS y un sistema de tratamiento de control de recepción en tierra, con una configuración específica de una estructura del avión con partes plegables, de forma que en configuración plegada es de tamaño pequeño y cómoda de transportar; y en configuración configuran un cuadrado, y puede volar en equilibrio, reduciendo la pérdida de corriente y aumentando la autonomía. Tampoco incorpora elementos relevantes de cara a la invención.

Descripción de la invención

El sistema de la invención sirve de una manera óptima para realizar inspecciones de tendidos eléctricos, así como para cualquier otra finalidad que requiera la toma desde helicóptero o similar de imágenes con gran velocidad y precisión de puntería, a distancias seguras, todo ello mediante el procedimiento de la invención.

De acuerdo con la invención, el sistema de inspección en vuelo, es del tipo que comprenden, al menos, un sensor óptico (una cámara de imágenes y/o cámara térmica por ejemplo) para toma de imágenes montado en un gimbal a su vez montado en una aeronave; y de acuerdo con la invención:

- el gimbal comprende un mecanismo de orientación del sensor de, al menos, tres ejes, con supresión de holguras, y

- el gimbal se encuentra controlado por una unidad procesadora que comprende, al menos, un GPS de doble captación con refinado de la posición (esto es, que recibiendo correcciones diferenciales GNSS en tiempo real vía satélite, le permite obtener una posición y un acimuth precisos en tiempo real), y una unidad inercial con los correspondientes giróscopos y acelerómetros, y comprendiendo la unidad procesadora una interfaz para introducción de los parámetros de las imágenes a tomar, que incluirán en todo caso las coordenadas absolutas del objeto, y las alineaciones de puntos de vista deseados de las imágenes a registrar, pudiendo comprender también el tamaño de escena deseado, si se van a realizar fotogrametrías sobre las imágenes tomadas.

Obviamente el sistema también comprende medios de almacenamiento y/o retransmisión de las imágenes tomadas.

Por su parte, el procedimiento de la invención comprende las siguientes etapas realizadas por la unidad procesadora:

- introducir previamente las coordenadas del objeto u objetos a registrar (pueden ser varias coordenadas de un mismo objeto, por ejemplo varias coordenadas de un tendido de alta tensión que recojan sus apoyos y coordenadas intermedias del tendido), y las alineaciones de toma de imágenes que definen los puntos de vista desde los que se desea registrar imágenes del objeto (así no es necesario controlar la distancia de la aeronave al objeto, ya que efectuará la toma de imagen al pasar por la alineación prevista, ya que el sensor óptico siempre va a estar apuntando al objeto),

- obtener en la posición GPS de la aeronave desde un sistema GPS (5) de doble captación con refinado de la posición, y a partir de las lecturas de posición obtener también la altura de vuelo de la aeronave, su trayectoria, velocidad y su posición rotada respecto a la trayectoria (ángulo de guiñada),

- obtener aceleraciones en los tres ejes de la aeronave desde una unidad inercial, y obtener a partir de las mismas los ángulos de cabeceo y alabeo de la aeronave,

- predecir la postura siguiente de la aeronave (posición GPS y ángulos de navegación), y calcular la dirección de apuntamiento del sensor (2) óptico a las coordenadas siguientes (las que fueron previamente introducidas) del objeto a registrar. Esta etapa se realiza idealmente mediante un filtro de kalman, y es necesaria para conocer la posición de la aeronave ya que su movimiento es más rápido que la velocidad de respuesta del GPS,

- determinación de un PID diferencial (control de velocidad y ángulo de giro) para que los motores del gimbal alineen el sensor con la dirección de apuntamiento calculada, de forma que así se consigue en todo momento que el sensor está apuntando a las coordenadas objetivo del objeto,

- comparar la dirección de apuntamiento calculada con las alineaciones introducidas (programadas) y efectuar una toma de imágenes por parte del sensor en caso de coincidencia con alguna de ellas, y

- volver sucesivamente a la etapa de obtención en la posición GPS de la aeronave para realizar la siguiente captación de imagen programada.

En el presente documento, como GPS de doble captación se entiende un GPS con dos antenas dispuestas a distancia suficiente -o a dos GPS con sus respectivas antenas dispuestas a distancia suficiente- para obtener dos lecturas simultáneas y calcular a partir de las mismas el ángulo de guiñada de la aeronave. Por ejemplo si ambas antenas están situadas en el eje longitudinal de la aeronave, a proa y popa, la localización de estos dos puntos determina el eje de la aeronave, y como su trayectoria es conocida se puede determinar el ángulo entre el eje y la trayectoria (también conocida, que es la dirección entre la posición del GPS entre dos lecturas simultáneas), que es precisamente el ángulo de guiñada.

De esta forma, mediante el sistema GPS con refinado de posición se obtiene la posición del objeto y de la aeronave en coordenadas absolutas con la mayor precisión posible tecnológicamente, lo cual es el primer efecto esperado para obtener una buena precisión de puntería en la toma de imágenes. Pero no solo esto, dado que una aeronave es un objeto sujeto a derivas (por la acción del viento o por otras) en las tres dimensiones, la única forma de predecir de alguna forma estos cambios de posición con la inmediatez y precisión necesarias para el funcionamiento del sistema en los parámetros buscados (ya que los datos ofrecidos por el GPS no se disponen con la alta frecuencia requerida por la velocidad buscada) es mediante la unidad de medida inercial, que detectará en los tres ejes los cambios de aceleración instantáneos de la aeronave respecto de las coordenadas absolutas y dado que se trata de variables físicas bien conocidas, la unidad procesadora será capaz de calibrar y cuantificar las derivas, de forma que se podrá obtener la posición exacta en coordenadas absolutas, y dado que también se conocen las coordenadas absolutas de los elementos fijos a inspeccionar, se podrán establecer los necesarios giros de las estructuras del gimbal para realizar la puntería en tiempo real. Esto fundamentalmente aporta la velocidad buscada en el sistema. El tercer elemento principal, que es el mecanismo de orientación del sensor con supresión de holguras es necesario para poder mantener una distancia suficiente al objeto a inspeccionar sin que las necesarias holguras de los accionamientos hagan que el objeto se salga del encuadre buscado. Dado que además el sistema calcula las posiciones localmente entre lecturas del GPS en función de las mediciones de la unidad inercial, esto es, en coordenadas relativas, es necesaria esta elevada precisión, ya que de otra forma cualquier error se va arrastrando en las sucesivas mediciones haciendo que al final el sistema fallase.

Así, se consigue tomar imágenes con velocidad y puntería suficientes para realizar inspecciones en vuelo a velocidades de hasta 200 Km/h, y con resoluciones máximas alcanzables actualmente por la tecnología (hasta 50 MP hoy en día, y siendo es sistema funcional con mejores resoluciones incluso), sin imponer un trayecto excesivamente rígido a la aeronave (normalmente un helicóptero) ya que la velocidad de funcionamiento y precisión del sistema permiten variaciones de la distancia lateral al tendido y de altura del helicóptero, razón por la cual puede disponerse en el sensor o cámara principal una óptica variable o zoom para obtener un tamaño suficiente de las imágenes tomadas. Dada, además, la implementación de este zoom, se obtuvo un resultado indirecto o inesperado adicional, que es que podía ajustarse mediante el zoom un GSD constante (ground sample distance o distancia real correspondiente a un pixel) de forma que se permite realizar mediciones sobre las imágenes tomadas (fotogrametría) obteniendo resultados válidos para todas las exigencias normativas de la inspección, y por tanto obviando la necesidad de la inspección visual directa de estos elementos fijos, por lo que el sistema permite configurarse en el medio de inspección único de elementos fijos de la red, en lugar de ser un complemento.

Además de lo anterior, fue una sorpresa para el solicitante en las pruebas realizadas comprobar que, gracias a la rapidez de la puntería y de la toma de imágenes y a su alta resolución, el sistema era capaz de seguir en vuelo a los cables del tendido desde las distancias de operación de inspección para elementos fijos, sirviendo por tanto también para realizar inspecciones válidas de los cables del tendido a gran velocidad, sin necesidad de realizar vuelos lentos y peligrosamente cercanos a los cables del tendido, y con todas las prestaciones del sistema (gran resolución y fotogrametría). Además, en cualquier caso y dada la gran cantidad de imágenes tomadas de los elementos a inspeccionar desde varios puntos de vista no coplanares (al ir desplazándose el helicóptero durante la inspección) el sistema sirve para la obtención de estereoimágenes (en 3 dimensiones) de los objetos inspeccionados. Tan es así que es capaz por ejemplo de detectar venas salientes rotas de los cables a velocidades de 200Km/h y a distancias seguras de la línea eléctrica.

Breve descripción de los dibujos

Figura 1.- Muestra un esquema de bloques del sistema de la invención.

Figura 2.- Muestra una vista en detalle del gimbal del sistema de la invención, en la cual no se representan los elementos accionadores de la primera y segunda estructura para mejor apreciación del resto de los elementos.

Figura 3.- Muestra una vista parcial del gimbal del sistema de la invención.

Figura 3a.- Muestra una vista de la base superior de la primera estructura giratoria del mecanismo de orientación del sensor provisto en el gimbal.

Figura 4.- Muestra una vista parcialmente despiezada de la tercera estructura giratoria del gimbal donde se aprecia un primer soporte para fijación de un sensor óptico.

Figura 5.- Muestra una vista parcialmente despiezada de la tercera estructura giratoria del gimbal desde un punto de vista opuesto al de la figura 4, donde se aprecia un segundo soporte para fijación de una óptica variable para el sensor óptico.

Descripción de la forma de realización preferida

El sistema (1) de inspección en vuelo de la invención (ver fig 1) es del tipo que comprenden, al menos, un sensor (2) óptico para toma de imágenes montado en un gimbal (3) a su vez montado en una aeronave, no representada, y de acuerdo con la invención:

- el gimbal (3) comprende un mecanismo de orientación del sensor (2) de, al menos, tres ejes, con supresión de holguras, y

- el gimbal (3) se encuentra controlado por una unidad procesadora (4) que comprende, al menos, un GPS (5) de doble captación con refinado de posición y una unidad inercial (6) provista de giróscopos y acelerómetros, y comprendiendo la unidad procesadora (4) una interfaz para introducción de parámetros de funcionamiento, comprendiendo dichos parámetros, al menos, las coordenadas absolutas del objeto, y las alineaciones de los puntos de vista deseados.

El sistema también comprende unos medios de almacenamiento de las imágenes tomadas o de retransmisión para visualización o registro desde un puesto de observación o de registro remoto. En este ejemplo dichos medios de almacenamiento comprenden una memoria (21) incorporada en el propio sensor (2).

Por su parte, el mecanismo de orientación del sensor (2) del gimbal (3) puede comprender por ejemplo, en al menos uno de sus ejes de posicionamiento, al menos, (ver figs 2, 3 y 3a) dos elementos accionadores (76, 86, 96) de direcciones de accionamiento opuestas entre sí alimentados con potencias diferentes; mientras que la salida accionada de dicho eje comprende un eje accionado único funcional. De esta forma, de los dos elementos accionadores de cada eje, el de mayor potencia manda el movimiento del eje correspondiente arrastrando al de menor potencia, cuya función se limita a mantener una tensión contrapuesta que elimina cualquier holgura en los elementos de transmisión (engranajes, correas, etc.). La alimentación de potencias diferenciales opuestas a los dos elementos accionadores (76, 86, 96) de cada eje por ejemplo puede realizarse mediante la incorporación en la unidad procesadora (4) de un regulador variable, no representado, en función de las velocidades de giro. Esto permite adaptar las potencias suministradas a las velocidades de giro y un funcionamiento más rápido, preciso y suave.

En este ejemplo no limitativo, se ha previsto que dicho mecanismo de orientación del sensor (2) del gimbal (3) con supresión de holguras comprenda una primera estructura (7) giratoria según un primer eje (70) de posicionamiento vertical de guiñada (yaw) (ver fig 3), una segunda estructura giratoria (8) según un segundo eje (80) de posicionamiento horizontal de cabeceo (pitch) y una tercera estructura (9) giratoria (ver fig 2) según un tercer eje (90) de posicionamiento variable de alabeo (roll), lo que simplifica los cálculos al hacer coincidir los parámetros de cálculo con los ejes de navegación y de orientación del gimbal (3).

La primera estructura (7) giratoria comprende en esta realización (ver fig 3) dos bases (71, 72), una superior y una inferior, en contacto a través de un primer rodamiento (73) (ver fig 3a) común que permite la rotación libre e independiente de cada base alrededor del primer eje (70) de guiñada; comprendiendo la base superior (71) unos anclajes (74) para su fijación directa o indirecta a la aeronave; y encontrándose en la base inferior (72) fijada la segunda estructura (8); y comprendiendo en una de las bases (71, 72) solidariamente una primera corona (75) concéntrica al primer eje (70), y en la otra base solidariamente dos primeros elementos accionadores (76), que en el despiece de la figura 3 se muestran acoplados a la primera corona (75) para mejor comprensión del funcionamiento. En este caso el eje accionado funcional es la base inferior, que gira alrededor del primer eje (70).

La segunda estructura (8) giratoria comprende por ejemplo dos brazos (81) enfrentados provistos en sus extremos de un portaejes (82) para fijación de la tercera estructura (9) como se muestra en las figuras 2 y 3; comprendiendo en, al menos, uno de dichos brazos (81) una transmisión (83) acoplada mecánicamente a un engranaje axial (91) perteneciente a la tercera estructura (9) (se representa en la fig 3, pero no en la fig 2) y cuyo eje de sustentación coincide con el segundo eje (80) de cabeceo y se encuentra sustentado en el portaejes (82); encontrándose acoplados mecánicamente a dicha transmisión (83) dos segundos elementos accionadores (86). El acoplamiento entre dichos segundos elementos accionadores (86) y el engranaje axial (91) puede realizarse por ejemplo mediante una correa de transmisión, no representada. En este caso el eje accionado funcional es el portaejes (82), que gira alrededor del segundo eje (80).

En cuanto a la tercera estructura (9) giratoria (ver fig 2), comprendería dos sectores cilíndricos (91, 92) huecos y concéntricos, un sector exterior (91) montado en el portaejes (82) de la segunda estructura (8) de forma giratoria alrededor del segundo eje (80) de cabeceo para sustentación giratoria de la tercera estructura (9) alrededor de este segundo eje (80), y un sector interior (92) giratorio concéntricamente respecto al sector exterior (91) alrededor del tercer eje (90) de alabeo; comprendiendo en el sector interior (92), al menos, un primer soporte (93) (ver fig 4) para fijación del sensor (2) óptico y un segundo soporte (94) (ver fig 5) para fijación de una óptica (20) variable para el sensor (2); comprendiendo en uno de los sectores (91, 92) una segunda corona (95) concéntrica con el tercer eje (90) de alabeo y en el otro sector dos terceros elementos accionadores (96) (ver fig 2). Cada sector cilíndrico (91, 92) hueco comprendería dos aros planos (97), paralelos entre sí, unidos por barras de fijación (98); comprendiendo unos segundos rodamientos (99) planos de aro interpuestos entre las caras internas de los aros (97) del sector exterior (91) y las caras externas de los aros (97) del sector interior (92). En este caso el eje accionado funcional es el sector interior (92), que gira alrededor del tercer eje (90).

El primer soporte (93) (ver fig 4) está atravesado por unos primeros tornillos, no representados, para fijación del sensor (2) al sector interior (92) a una altura exacta, mientras que al segundo soporte (94) se encuentra fijada la óptica (20).

Las conexiones de alimentación y datos hacia los sensores (2) y ópticas (20) se encuentran muy preferentemente materializadas mediante colectores circulares, no representados, y delgas de contacto contra dichos colectores, dispuestas entre las estructuras (7, 8, 9) del gimbal (3). Esto permite el giro libre de las estructuras si tener que volver a posiciones de inicio para evitar enredos de cables, que es un problema típico de las conexiones cableadas.

Los elementos accionadores (76, 86, 96) comprenden preferentemente motores paso a paso con encoders 1/50 dispuestos en su eje primario. Dichos encoders comprenden muy preferentemente encoders de lectura directa (puramente magnéticos, sin mecanismos).

Se ha previsto que el sistema (1) pueda incorporar opcionalmente un sistema de visión artificial (40) (ver fig 1) que puede servir para refinado del apuntamiento en movimiento. Dicho sistema de visión artificial (40) comprende en este ejemplo un segundo sensor (41) de imagen y un procesador de imágenes (42) para identificar el objeto en la escena y calcular la desviación respecto a la posición esperada mediante la unidad procesadora (4).

El procedimiento de inspección en vuelo de la invención, que se implementa en sistema (1) de la invención, comprende las siguientes etapas realizadas en una unidad procesadora (4): - introducir previamente las coordenadas del objeto u objetos a registrar, y las alineaciones de toma de imágenes que definen los puntos de vista desde los que se desea registrar imágenes del objeto,

- obtener la posición GPS de la aeronave desde un sistema GPS (5) de doble captación con refinado de la posición, y a partir de las lecturas de posición obtener también la altura de la aeronave, su trayectoria, su velocidad y su ángulo de guiñada,

- obtener aceleraciones en los tres ejes de la aeronave desde una unidad inercial (6), y obtener a partir de las mismas los ángulos de cabeceo y alabeo de la aeronave,

- predecir la postura siguiente de la aeronave (posición GPS y ángulos de navegación), y calcular la dirección de apuntamiento del sensor (2) óptico a las coordenadas siguientes previamente introducidas del objeto a registrar,

- determinación de un PID diferencial para accionamiento del gimbal (3) para alinear el sensor (2) con dicha dirección de apuntamiento

- comparar la dirección de apuntamiento calculada con las alineaciones introducidas y efectuar una toma de imágenes por parte del sensor (2) en caso de coincidencia con alguna de ellas, y - volver sucesivamente a la etapa de obtención en la posición GPS de la aeronave para realizar la siguiente captación de imagen programada.

La predicción de la postura siguiente de la aeronave y el cálculo de la dirección de apuntamiento del sensor óptico a las coordenadas siguientes previamente introducidas del objeto a registrar se realizan muy preferentemente mediante un filtro kalman con, al menos, las siguientes entradas:

- posición y velocidad,

- ángulo de guiñada,

- posición rotada del sistema, velocidad de giro y aceleraciones en los tres ejes,

- posición del sensor (2) en el gimbal (3) (mediante los encoders dispuestos en todos los ejes del gimbal (3).

- tiempo

- coordenadas de los objetos y alineaciones de toma de imágenes, y cuyas salidas son la posición de la aeronave, y la dirección de apuntamiento del conjunto de cámaras en cada instante.

El proceso de funcionamiento de un filtro kalman es conocido, y mediante el cual la posición y orientación del gimbal (3) en un instante determinado se obtiene empleando las ecuaciones de navegación de la aeronave ampliadas a las rotaciones propias del gimbal, de forma que, en cada lectura de entradas que se recibe, el algoritmo las filtra y predice los estados en un instante posterior.

Se ha previsto la disposición adicional de una etapa de seguimiento del objeto en las imágenes tomadas que comprende las siguientes subetapas:

- buscar en las imágenes tomadas unos puntos de referencia establecidos del objeto mediante sistema de visión artificial,

- determinar el desvío de la posición de dichos puntos de referencia respecto de la posición esperada en la imagen por medio del sistema de visión artificial, y

- enviar el desvío obtenido a la unidad procesadora para corrección de sus estimaciones. De esta forma se pueden corregir desvíos en las predicciones realizadas por el filtro kalman.

Para poder efectuar mediciones sobre las imágenes tomadas, y dada la utilización en el sistema (1) de una óptica (20) variable, el procedimiento prevé una etapa opcional de ajuste de dicha óptica (20) para ajuste a un tamaño real fijo (esto es, para ajustar un GSD constante, o distancia real equivalente a un pixel) de forma que contando el número de pixeles en una dirección se obtiene una medición de distancia en la imagen, en dicha dirección (fotogrametría)

No obstante lo anterior, y puesto que la descripción realizada corresponde únicamente a un ejemplo de realización preferida de la invención, se comprenderá que dentro de su esencialidad podrán introducirse múltiples variaciones de detalle, asimismo protegidas, que podrán afectar a la forma, el tamaño o los materiales de fabricación del conjunto o de sus partes, sin que ello suponga alteración alguna de la invención en su conjunto, delimitada únicamente por las reivindicaciones que se proporcionan en lo que sigue.

Claims

REIVINDICACIONES

1. - Sistema (1) de inspección en vuelo, del tipo que comprenden, al menos, un sensor (2) óptico para toma de imágenes montado en un gimbal (3) a su vez montado en una aeronave; donde el gimbal (3) comprende un mecanismo de orientación del sensor de, al menos, tres ejes; y donde el gimbal (3) se encuentra controlado por una unidad procesadora (4) que comprende, al menos, un GPS (5) y una unidad inercial (6) provista de giróscopos y acelerómetros; comprendiendo la unidad procesadora (4) una interfaz para introducción de parámetros de funcionamiento, comprendiendo dichos parámetros, al menos, las coordenadas absolutas del objeto, y las alineaciones de los puntos de vista deseados; caracterizado porque:

- el mecanismo de orientación del sensor de, al menos, tres ejes, del gimbal (3) comprende supresión de holguras, y

- el GPS (5) de la unidad procesadora (4) comprende doble captación con refinado de posición.

2. - Sistema (1) de inspección en vuelo según reivindicación 1 caracterizado porque comprende unos medios de almacenamiento o retransmisión de las imágenes tomadas.

3. - Sistema (1) de inspección en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque comprende una óptica (20) variable asociada al sensor (2) y un control de accionamiento de la óptica (20) para ajuste a una distancia real fija

4. - Sistema (1) de inspección en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el mecanismo con supresión de holguras comprende en, al menos, uno de sus ejes de posicionamiento, al menos, dos elementos accionadores (76, 86, 96) de direcciones de accionamiento opuestas entre sí alimentados con potencias diferentes; mientras que la salida accionada de dicho eje comprende un eje accionado único funcional.

5. - Sistema (1) de inspección en vuelo según reivindicación 4 caracterizado porque la unidad procesadora (4)).comprende un regulador variable en función de las velocidades de giro para la alimentación diferencial de potencia a los motores de los elementos accionadores (76, 86, 96)

6. - Sistema (1) de inspección en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque el mecanismo con supresión de holguras comprende una primera estructura (7) giratoria según un primer eje (70) de posicionamiento vertical de guiñada (yaw), una segunda estructura giratoria (8) según un segundo eje (80) de posicionamiento horizontal de cabeceo (pitch) y una tercera estructura (9) giratoria según un tercer eje (90) de posicionamiento variable de alabeo (roll)

7. - Sistema (1) de inspección en vuelo según reivindicación 6 caracterizado porque la primera estructura (7) giratoria comprende dos bases (71, 72), una superior y una inferior, en contacto a través de un primer rodamiento (73) común; comprendiendo la base superior (71) unos anclajes (74) para su fijación directa o indirecta a la aeronave; y encontrándose en la base inferior (72) fijada la segunda estructura (8); y comprendiendo en una de las bases solidariamente una primera corona (75) concéntrica al primer eje (70), y en la otra base solidariamente dos primeros elementos accionadores (76).

8. - Sistema (1) de inspección en vuelo según reivindicación 6 o 7 caracterizado porque la segunda estructura (8) giratoria comprende dos brazos (81) enfrentados provistos en sus extremos de un portaejes (82) para fijación de la tercera estructura (9); comprendiendo en, al menos, uno de dichos brazos (81) una transmisión (83) acoplada mecánicamente a un engranaje axial (91) perteneciente a la tercera estructura (9) y cuyo eje de sustentación coincide con el segundo eje (80) de cabeceo y se encuentra sustentado en el portaejes (82); encontrándose acoplados mecánicamente a dicha transmisión (83) dos segundos elementos accionadores (86).

9. - Sistema (1) de inspección en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 8 caracterizado porque la tercera estructura (9) giratoria comprende dos sectores cilíndricos (91, 92) huecos y concéntricos, un sector exterior (91) montado en el portaejes (82) de la segunda estructura (8) de forma giratoria alrededor del segundo eje (80) de cabeceo para sustentación giratoria de la tercera estructura (9) alrededor de este segundo eje (80) y un sector interior (92) giratorio concéntricamente respecto al sector exterior (91) alrededor del tercer eje (90) de alabeo; comprendiendo en el sector interior (92), al menos, un primer soporte (93) para fijación del sensor (2) óptico y un segundo soporte (94) para fijación de la óptica (20) variable para el sensor (2); comprendiendo en uno de los sectores (91, 92) una segunda corona (95) concéntrica con el tercer eje (90) de alabeo y en el otro sector dos terceros elementos accionadores (96).

10. - Sistema (1) de inspección en vuelo según reivindicación 9 caracterizado porque cada sector cilíndrico (91, 92) hueco comprende dos aros planos (97), paralelos entre sí, unidos por barras de fijación (98); comprendiendo unos segundos rodamientos (99) planos de aro interpuestos entre las caras internas de los aros (97) del sector exterior (91) y las caras externas de los aros (97) del sector interior (92).

11. -Sistema (1) de inspección en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 10 caracterizado porque las conexiones de alimentación y datos hacia los sensores (2) y ópticas (20) se encuentran materializadas mediante colectores circulares y delgas de contacto contra dichos colectores dispuestas entre las estructuras (7, 8, 9) del gimbal (3).

12. - Sistema (1) de inspección en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones 4 a 11 caracterizado porque los elementos accionadores (76, 86, 96) comprenden motores paso a paso con encoders 1/50 dispuestos en su eje primario.

13. - Sistema (1) de inspección en vuelo según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizado porque opcionalmente comprende un sistema de visión artificial (40)

14. - Sistema (1) de inspección en vuelo según reivindicación 13 caracterizado porque el sistema de visión artificial (40) comprende un segundo sensor (41) de imagen y un procesador de imágenes (42) para identificar el objeto en la escena y calcular la desviación respecto a la posición esperada mediante la unidad procesadora (4).

15. - Procedimiento de inspección en vuelo, que comprende introducir previamente en una unidad procesadora (4) las coordenadas del objeto u objetos a registrar, y las alineaciones de toma de imágenes que definen los puntos de vista desde los que se desea registrar imágenes del objeto caracterizado porque comprende las siguientes etapas realizadas en dicha unidad procesadora (4):

- obtener la posición GPS de la aeronave desde un sistema GPS (5) de doble captación con refinado de la posición, y a partir de las lecturas de posición obtener también la altura de vuelo de la aeronave, su trayectoria, su velocidad y su ángulo de guiñada,

- predecir la postura siguiente de la aeronave, y calcular la dirección de apuntamiento del sensor (2) óptico a las coordenadas siguientes previamente introducidas del objeto a registrar, - determinación de un PID diferencial para accionamiento del gimbal (3) para alinear el sensor (2) con dicha dirección de apuntamiento,

- comparar la dirección de apuntamiento calculada con las alineaciones introducidas y efectuar una toma de imágenes por parte del sensor (2) en caso de coincidencia con alguna de ellas, y - volver sucesivamente a la etapa de obtención de la posición GPS de la aeronave para realizar la siguiente captación de imagen programada.

16. - Procedimiento de inspección en vuelo según reivindicación 15 caracterizado porque la predicción de la postura siguiente de la aeronave y el cálculo de la dirección de apuntamiento del sensor óptico a las coordenadas siguientes previamente introducidas del objeto a registrar se realizan mediante un filtro kalman con, al menos, las siguientes entradas:

- posición y velocidad,

- ángulo de guiñada,

- posición del sensor (2) en el gimbal (3),

- tiempo,

-coordenadas de los objetos y alineaciones de toma de imágenes,

y cuyas salidas son la postura de la aeronave, y la dirección de apuntamiento del conjunto de cámaras en cada instante.

17. - Procedimiento de inspección en vuelo según reivindicación 15 o 16 caracterizado porque comprende una etapa adicional de seguimiento del objeto en las imágenes tomadas que comprende las siguientes subetapas:

- enviar el desvío obtenido a la unidad procesadora (4).

18. - Procedimiento de inspección en vuelo según reivindicación 15, 16 o 17 caracterizado porque comprende una etapa de ajuste de una óptica asociada al sensor (2) para ajuste a un tamaño real fijo para poder ajustar el tamaño de la imagen tomada para medición de distancias mediante fotogrametría