LA MEDIDA SIN CONTACTO METROLOGÍA

 LA MEDIDA SIN CONTACTO

La medida sin contacto es cada vez más solicitada en el mundo industrial. Una de las técnicas más utilizadas es la denominada metrología por vía óptica con la que actualmente existen en el mercado aparatos que consiguen precisiones de 2 micras, 300 aumentos y cuentan con cámaras a color de alta resolución y zooms con enfoque automático. Estos sistemas son la evolución de los proyectores de perfiles tradicionales. 

La gran ventaja de la medición óptica es su rapidez. Cada vez es más importante reducir los tiempos de medición para poder reducir los costes y acortar los plazos de entrega para poder dar una respuesta rápida. Estos sistemas permiten medir en 2D, 3D y con software de medición (COSMOS) o comparativa CAD (Metrolog, PCDMIS o software propio de los fabricantes). Los digitalizados en 2D se consiguen con una gran precisión y rapidez, de forma automática, por que la máquina se encarga de reconocer el contorno y reseguirlo sin ninguna ayuda del metrólogo. 

Otra ventaja importante es que permiten medir piezas de tamaño muy reducido con gran precisión y comodidad. Su tecnología, que por el momento ofrece todavía algunas dudas respecto a la medición en 3D, se está comparando con la fotogrametría, el escáner láser y la luz blanca, que son otras tecnologías que ya funcionan muy bien. Por el momento se ha optado por instalar en los sistemas de visión, sondas TP2 de contacto, para complementar las mediciones 3D.

Las tecnologías convencionales de escaneo masivo (láser, luz blanca, etc.) obtienen la medición de las coordenadas espaciales de millones de puntos (proceso muy rápido comparado con la medición por contacto para el mismo número de puntos). Su argumentación tecnológica es que al obtener los puntos masivamente éstos se pueden usar para mediciones “virtuales” a posteriori y dan más riqueza de información. Los sistemas ópticos se fundamentan en el cálculo de la profundidad mediante la técnica de triangulación. 

Un sistema óptico activo siempre consta, como mínimo, de 2 elementos en el cabezal de medida: un emisor de luz y un receptor, estos están separados entre sí en una distancia d conocida y forman entre sí unos ángulos determinados. El sistema emite luz hacia la superficie que se pretende medir y ésta la refleja, llegando parte de esta reflexión al receptor. Conociendo la dirección del rayo emitido y la del rayo recibido se pueden resolver las dimensiones del triángulo formado y, por tanto, obtener la profundidad del punto inspeccionado. La principal ventaja de estos sistemas es que la medición se realiza sobre la superficie misma de la pieza y no necesita, compensación de radio.

El escáner con luz blanca 

El escáner por haz de luz Blanca, y escáner láser. Ambos sistemas, aunque utilizan una tecnología diferente, están basados en la reflexión de la luz sobre la pieza. Se proyecta un haz de luz, éste se refleja en la pieza y vuelve al lector del scanner. Y en ese momento, el lector captura la luz y establece la coordenada del punto en donde se ha reflejado la luz. (A grandes rasgos). 

La principal ventaja es que pueden digitalizar un área completa sin mover ningún cabezal y obtener en una sola captura más de un millón de puntos situados sobre la superficie de la pieza. Su precisión es similar a la del láser, pero no podemos ver lo que estamos escaneando en tiempo real. Según vamos sacando fotografías debemos ir alineándolas mediante software para comprobar que estamos digitalizando correctamente.

Después de este proceso, se utilizan diversos programas para unir estos puntos en una malla de triángulos, en dónde cada triángulo forma un diminuto plano. (Aquí intervienen factores como la tolerancia del escáner, la tolerancia del mallado de los triángulos, etc.).

Una vez que se tiene la malla de triángulos, existen programas específicos para ingeniería inversa, que permiten seccionar los triángulos, suavizarlos, proyectar sobre ellos curvas, obtener perfiles, etc. Todo ello se convierte en curvas que posteriormente utilizaremos para la creación de superficies 3D en un software CAD 3D de superficies. También existe la posibilidad de construir superficies en los mismos softwares que facilitan el tratamiento de triángulos, pero normalmente no tienen tantas herramientas como un software de CAD. Por último, es imprescindible un software que nos permita comparar el archivo de triángulos con las superficies generadas, para depurar errores.

Aplicaciones 

 Escáner 3D de luz blanca estructurada SIDIOPro de nub3d 

El escáner 3D SIDIO Pro permite la medición de superficies en 3D para dar soporte a los procesos de diseño e ingeniería inversa, control de calidad e inspección. 

Dispone de una nueva tecnología de proyección, basada en su totalidad en componentes digitales, que reduce el tiempo de adquisición de datos convirtiéndolo en el escáner más rápido del mercado en esta gama de resolución, según señala la empresa. 

Entre sus ventajas destacan el poder digitalizar sin necesidad de marcas físicas sobre la pieza y una nueva tecnología de proyección que permite la digitalización de chapa sin spray. Esto lo hace ideal para su utilización en sectores como chapa, estampación, fundición, etc.

Control dimensional en la línea de producción de nub3d 

Las principales características de este sistema son una velocidad de disparo de 0,26 segundos con una adquisición de 1,4 millones de puntos por disparo, la posibilidad de medir sin necesidad de marcas físicas sobre la pieza, la capacidad de medir piezas de chapa sin necesidad de utilizar spray matizador y un cabezal preparado para los entornos de fabricación más exigentes. 

El software incluye librerías para integración con robots, fácilmente programables y adaptables a las necesidades del cliente e integración con el software líder en el campo de la inspección a partir de nubes de puntos, Polyworks/Inspector.

El escáner láser 

Los escáneres láser juegan un papel clave en la garantía de calidad. La captura digital 3D de formas y superficies utilizando láseres es un proceso muy preciso y que no requiere esfuerzo. Un escáner 3D puede acoplarse rápida y fácilmente como un sensor a un brazo de medición o puede trabajar con la máxima precisión como parte de un sistema Laser Tracker o una máquina de medición de coordenadas fija. El software genera datos 3D en tiempo real a partir de la nube de puntos creada por el escáner y reconoce inmediatamente las desviaciones respecto a los datos CAD.

Los escáneres láser comprueban si un objeto de medición se corresponde con sus valores nominales. Las áreas de aplicación son muy amplias: control de entrada de piezas de proveedores, comprobación de moldes y herramientas o mediciones de contorno son solo algunas de las típicas aplicaciones en la industria. La mayoría de aplicaciones están enfocadas a la inspección y el control, pero también la ingeniería inversa es un importante ámbito de aplicación de los escáneres láser.

Aplicaciones 

Uso de Láser Tracker en el sector Aeronáutico Una de las principales características constructivas del sector aeronáutico está relacionada con las grandes dimensiones que tienen incluso las aeronaves de capacidad reducida. Este hecho obliga a las empresas de esta industria a disponer de unas infraestructuras dimensionadas de forma que puedan manipularse conjuntos de gran volumen. 

En fase de producción se requiere maquinaria capaz de alojar grandes piezas e incluso en la fase de montaje las gradas y útiles utilizados llegan a tener dimensiones superiores a las de las alas o el fuselaje de la aeronave que se está fabricando. Este hecho dificulta el cumplimiento de los rigurosos estándares de calidad y efectivamente el mayor reto consiste no solamente en la fabricación propiamente dicha de los conjuntos y los útiles necesarios para su montaje, sino en el control dimensional y alineación del conjunto.

El uso de equipos con tecnología de medición por láser permite alcanzar resultados muy fiables y facilita tanto el trabajo de puesta a punto de utillajes, como el montaje y el control final. Por otro lado esta tecnología permite la calibración de los elementos de control y la creación de modelos 3D a partir de las piezas físicas (ingeniería inversa). Existen diferentes tipos de equipos en función de la aplicación, los rangos de medición y la precisión.

En el caso de la fabricación de útiles de moldeo de grandes piezas en materiales compuestos, el uso de equipos de Laser Tracker portátiles ha permitido agilizar el proceso productivo y los controles finales, eliminando la necesidad de medir los conjuntos en máquinas tridimensionales y por lo tanto eliminando también las restricciones en volumen de los conjuntos. Este hecho es particularmente relevante ya que cada vez más se fabrican componentes estructurales de grandes dimensiones en materiales compuestos. 

Otra aplicación importante se encuentra en la puesta a punto de líneas de montaje. Al igual que en el sector automoción, la automatización del proceso de montaje puede verse en cada vez mas ocasiones debido al creciente volumen de producción de aeronaves y a la fuerte necesidad de generación de economías de escala.

    

Sector automotriz 

Dado que en el sector del automóvil hay una constante presión par reducir costes y tiempos (que viene a ser lo mismo…) la metrología y los útiles de control no se escapan a esta tendencia. La metrología dimensional y el control de calidad siempre han estado presentes en la cadena de producción industrial, y en el caso del automóvil las exigencias en este campo se han llevado siempre al límite de lo que nos permite la tecnología en cada momento. 

En los últimos años hemos visto evolucionar el software de medición a pasos agigantados, para mejorar la captación de datos, lectura de ficheros y geometrías, mejorar la usabilidad del software, reducir los tiempos de formación y aprendizaje, automatizar los procesos de medición mediante programación CNC, calibración automática de palpadores y un largo etcétera de aspectos que han mejorado notablemente los tiempos muertos no productivos. Incluso algunos paquetes de CAD, como Catia V5R10 han incorporado un módulo que permiten la interconexión directa con software de metrología para facilitar la programación off-line.

Por otro lado, los fabricantes de maquinas CMM han ido añadiendo mejoras para poder acercar las máquinas tridimensionales al taller y a los lugares de producción, a las células de mecanizado, estampación, inyección, etc. y de este modo poder tener un control a tiempo real y retroalimentar a los sistemas de fabricación en caso necesario para corregir los errores. En definitiva: ganar tiempo al tiempo, reducir las mermas y devoluciones. Una iniciativa bautizada como I++DME, llevada a cabo por varios fabricantes de vehículos europeos (Volvo, Volkswagen, AUDI, Daimler Chrysler y BMW) persigue estandarizar los sistemas de inspección en diferentes puntos de la cadena productiva (metrologia in-line), estandarizando los procesos y las tomas de datos independientemente de la tecnología que se utilice. 

Paralelamente, con la introducción de sensores y tecnologías de medición sin contacto, llamada metrología virtual, que permiten la toma de nubes de puntos mediante sensores CCD, tecnologías láser, luz blanca, escaneado ó fotogrametría y que permiten nuevas prestaciones inalcanzables por los sistemas tradicionales que cubren áreas donde las CMM no podían llegar. El software y el hardware han tenido que mejorar mucho para poder tratar estas nubes de puntos sin dificultad. El tratamiento digital de geometrías es denominado DSSP.