Metrología óptica (grande, audaz, rápida)

Escrito por Cliff Bliss, director de operaciones comerciales de sensores ópticos 3D en Hexagon Manufacturing Intelligence

Ingrese al mundo de la metrología óptica y una cosa está clara. Este vibrante sector empresarial continúa innovando nuevos diseños de máquinas portátiles de medición por coordenadas (PCMM) para la inspección de grandes componentes y accesorios. Los fabricantes a gran escala aún buscan métodos ópticos actualizados para abordar la medición 3D in situ en grandes áreas de superficie que se encuentran en las industrias aeroespacial, de construcción naval, automotriz y otras. La necesidad de analizar cuidadosamente las superficies en detalle está impulsando la tendencia de mejores herramientas de medición óptica que proporcionen conjuntos de datos más grandes, a diferencia de los accesorios de control de estilo antiguo con calibre duro.

Los nuevos sistemas de fotogrametría óptica basados ​​en cámaras están introduciendo nuevos diseños que se alejan mucho de las versiones anteriores de los conjuntos de herramientas ópticas tradicionales. Dado que estos sistemas se utilizan en entornos industriales hostiles o en entornos remotos al aire libre, los ingenieros se centran especialmente en la robustez y resistencia de estos sistemas al impacto de la tensión mecánica, como vibraciones o golpes. Durante la fase de investigación y desarrollo, se utilizan pruebas prolongadas para verificar la precisión del sistema en un volumen de medición completo. Los sistemas más nuevos incorporan dos cámaras de alto rendimiento dentro de una carcasa robusta, lo que permite la inspección, el seguimiento y el posicionamiento incluso en entornos de producción difíciles con polvo y vibraciones.

Nuevos diseños, devoluciones rápidas

Los sistemas ópticos modernos basados ​​en fotogrametría vienen en muchas configuraciones diferentes. Un diseño más nuevo contendrá dos cámaras digitales de 8 megapíxeles de alta resolución en un haz de cámara cerrado. Estas cámaras digitales integradas son capaces de capturar rápidamente cualquier tipo de objetivo colocado en el componente a medir o en un dispositivo de sondeo portátil. Las imágenes generadas se procesan automáticamente y los datos de coordenadas 3D se calculan en tiempo real. Problemas como la vibración, el ruido y los cambios de posición que han afectado a los metrólogos durante años ya no son problemáticos. Hay sistemas ópticos en el mercado que ofrecen una nueva tecnología llamada referenciación dinámica, que permite que el sistema detecte y compense automáticamente estas perturbaciones ambientales mediante el seguimiento óptico. Esta funcionalidad garantiza la estabilidad constante del proceso, incluso si el sistema se mueve durante una sesión de medición.

Más avances

La aguja tecnológica también ha avanzado en términos de precisión. Actualmente, existen sistemas de medición óptica en el mercado que pueden medir objetos de hasta cinco metros de volumen con un rango de precisión de 40 a 80 micrones. Una nueva capacidad para las soluciones basadas en cámaras es la capacidad de capturar múltiples puntos simultáneamente y expandir su uso a pruebas de carga y pruebas de fatiga en entornos de laboratorio, así como otras aplicaciones estáticas y dinámicas. Combine estos avances con la referenciación dinámica, y el usuario ahora tiene un conjunto de herramientas que puede detectar condiciones geométricas con precisión y usarse en un entorno industrial de alta actividad con un tiempo de inactividad mínimo o nulo.

Hacer un trabajo rápido

Cualquier técnico que haya intentado alguna vez alinear un componente de forma rápida y precisa puede apreciar la complejidad de la tarea. Un buen ejemplo es colocar la puerta de un automóvil en un panel lateral. Este no es un trabajo fácil, pero los fabricantes de automóviles luchan cada día en el proceso de creación de prototipos. Cada vez que se ajusta un tornillo en un lado de la puerta y luego se revisa en el otro lado, se deforma. Este ejercicio puede ser un proceso largo y tedioso, que normalmente toma hasta 30 minutos para alinear una puerta según sus datos CAD y ajuste. Este escenario también supone que nadie toca nada durante el procedimiento.

Entra así el sistema de seguimiento óptico basado en cámaras. Estas soluciones de fotogrametría son intrínsecamente fáciles de configurar, de la misma manera que un fotógrafo configura su equipo para una sesión de fotos. Un solo operador monta una barra de cámara en un trípode y está listo para funcionar. También se pueden acoplar rodillos al trípode para facilitar el movimiento en el taller. El sistema de fotogrametría se coloca en la mejor posición para la medición de la línea de visión y el sensor se orienta hacia el objeto a medir. Todo el proceso de configuración se completa en minutos. Los nuevos sistemas incorporan sensores con temperatura controlada, lo que significa que el sensor puede regular su propia estabilidad térmica.

Volvamos ahora a la tarea de colocar la puerta del coche en el panel lateral utilizando una técnica óptica. Primero, un operador señalaría la puerta con algunos objetivos simples. Luego, las características críticas de la puerta se capturarían utilizando una sonda de mano para el procedimiento de prealineación. El mismo proceso se aplicaría al panel lateral. Ambos componentes ahora se capturan en su respectivo sistema de coordenadas.

La tecnología basada en cámara permite la medición simultánea de múltiples puntos en esos componentes y también rastrea dinámicamente cuerpos 6DoF. El software de medición muestra el progreso del proceso de alineación en tiempo real con el uso de indicadores de desviación visual en la pantalla de la computadora como guía. El operador puede usar los datos para girar un tornillo y ajustar, luego verificar cuándo se alcanza la posición deseada. En resumen, las banderas de desviación actúan como indicadores para la alineación rápida de los componentes en unos pocos minutos.

Entorno hostil, sin problemas

Una consideración clásica de cualquier metrólogo es si un entorno industrial es o no lo suficientemente estable para la medición. Según el tamaño del objeto o ensamblaje, otra preocupación es si el sistema de metrología tendrá que moverse durante una sesión. Esos dos problemas persistentes se han abordado con referencias dinámicas, como se discutió anteriormente. Usando objetivos en el panel lateral del automóvil como puntos de referencia, un sistema de fotogrametría puede compensar el movimiento del sensor. Esta misma tecnología también puede compensar la medición de un objeto en un área donde hay vibración u otros factores que contribuyen a un entorno inestable.

Como las áreas de la línea de visión del objeto o ensamblaje se miden simultáneamente, cada disparo se transforma directamente en un sistema de coordenadas global. Las medidas se toman de forma fiable, incluso si un trabajador toca la pieza o sacude un accesorio. No es necesaria una realineación manual ya que el sistema fotogramétrico permanece en línea y continúa adquiriendo datos mientras se realizan las actividades diarias en el lugar de trabajo durante la sesión.

La alternativa emergente 

Los proveedores de soluciones de metrología óptica sin duda siguen las principales tendencias de la industria:funcionamiento más sencillo del hardware, software más inteligente y adquisición de datos más rápida. Estas características, junto con los resultados de medición confiables y estables de los PCMM basados ​​en cámara más nuevos, brindan una alternativa a los medidores tradicionales o soluciones de sonda de contacto solamente. Además de la inspección de precisión, estos sistemas también pueden monitorear y simplificar los procesos de ensamblaje y ayudar a guiar al operador a través del trabajo de posicionamiento y alineación con retroalimentación inmediata. Además de acelerar el proceso de medición, los sistemas ópticos basados ​​en cámaras de hoy funcionan significativamente más rápido en muchas otras aplicaciones estáticas y dinámicas, lo que genera ahorros de tiempo y ventajas económicas para quienes aprovechan el nuevo paradigma.

Aparecido anteriormente en la revista Quality.