Mejora de la precisión del escaneo 3D para el control de calidad automotriz

ARIS Technology afirma mejorar el escaneo 3D

Aunque el escaneo 3D ya ha sido adoptado por muchos fabricantes de piezas automotrices, sus casos de uso en Control de Calidad (CC) han sido limitados. Esto se debe principalmente a las siguientes limitaciones:

1. El escaneo 3D ha sido manual.
2. Los sistemas «supuestamente» automatizados de escaneo 3D tienden a ser improductivos.
3. El escaneo 3D intentó ser una solución todo en uno, mientras que aún existen razones para usar dispositivos de contacto (MMC) para ciertos tipos de medición.

Superar el escaneo 3D manual

Normalmente, cuando un fabricante compra un escáner 3D independiente, debe realizar compras adicionales de software de procesamiento de imágenes 3D como Geomagic o PolyWorks, mesa giratoria de dos ejes, trípode para escáner 3D, u otros. Tras estas adquisiciones, un trabajador debía ser capacitado en:

• Cómo operar un escáner 3D (encendido/apagado, cambio de ajustes, etc.).
• Cómo realizar los escaneos correctos desde los ángulos y distancias adecuados para una pieza específica.
• Cómo tener en cuenta las características de la superficie del objeto (ej. ajustar la exposición según la reflectividad).
• Cómo combinar múltiples escaneos en un solo archivo y procesar los datos escaneados.
• Cómo realizar técnicas de procesamiento de imagen para completar la comparación de datos escaneados con CAD.
• Otros procedimientos como calibración del escáner, maestrado del fijador, etc.

Esto significaba que siempre habría una nueva curva de aprendizaje para mano de obra capacitada en un nuevo proyecto. Primero, para una nueva inspección de pieza, el trabajador debe aprender a escanear esa pieza específica. Segundo, si la empresa reproduce un modelo antiguo, el trabajador debe revisar el proyecto antiguo para recordarlo o reaprender a escanear la pieza desde cero. Aunque ha habido mejoras incrementales en el software comercial para aumentar la productividad del trabajador, aún no existe una solución que elimine fundamentalmente esta pronunciada curva de aprendizaje.

El sistema colaborativo ARIS, respaldado por la simple experiencia de usuario (UX) del software ARIS, permite una configuración fácil de una nueva pieza.

¿Por qué los sistemas ARIS son mejores?

Muchas empresas han introducido soluciones para mejorar la intensidad laboral del escaneo 3D mediante automatización robótica. Sin embargo, las soluciones disponibles actualmente presentan las siguientes limitaciones:

• La mayoría de las soluciones existentes son proporcionadas por fabricantes de hardware de escáneres 3D, lo que te encadena a una marca o tipo específico. Por ejemplo, una popular solución de automatización de escaneo 3D, desarrollada y promovida por un fabricante de escáneres, utiliza luz azul estructurada, no ideal para superficies brillantes, obligando a pulverizar la pieza; tienen una larga distancia entre los «ojos», limitando la capacidad de escanear orificios estrechos; y a menudo requieren colocar marcadores en la pieza, lo que irónicamente hace la automatización muy manual.
• La mayoría de las soluciones no están diseñadas para ser flexibles. Es decir, el sistema puede volverse obsoleto en cuanto el usuario deba reutilizarlo para una nueva línea de producción. Cuando un fabricante decide reutilizar el sistema de escaneo 3D automatizado para una aplicación diferente, puede requerir el reemplazo del escáner 3D, el robot y/o el software de procesamiento de imágenes. Tal cambio suele requerir una integración de sistemas totalmente nueva, recapacitación y recalibración.
• ARIS resuelve estas limitaciones mediante sus productos de software propietarios.

• Plataforma de integración modular: ARIS recomienda sensores y robots óptimos probados en el mercado y luego realiza la integración e implementación.
• Software de automatización (Ejecución): ARIS proporciona software para que trabajadores con mínima capacitación ejecuten inspecciones programadas de forma repetible.
• Software de configuración: ARIS proporciona software que permite una fácil configuración de nuevos programas y análisis post-escaneo a medida que evolucionan las necesidades de los fabricantes.

¿Cómo pueden los sistemas ARIS complementar a las MMC?

El escaneo 3D puede recopilar millones de datos de medición en segundos, por lo que tiene alta resolución y tiempo de ciclo rápido. Sin embargo, no funciona tan bien como las MMC en la medición de superficies transparentes/translúcidas, brillantes o detalles internos. Por esta razón, incluso para medir todas las anotaciones requeridas (puntos de interés) de una pieza específica, puede ser más deseable usar tanto MMC como escaneo 3D.

Reconociendo esto, los fabricantes de MMC han montado escáneres 3D en el brazo de la MMC, aunque este es un proceso muy lento e improductivo. Por otro lado, lidiar con la complejidad de tener un robot industrial en un laboratorio de inspección no parece tan óptimo.

ARIS supera este problema integrando robots colaborativos con escaneo láser multilínea rápido. Este sistema tiene una precisión ligeramente inferior comparado con los sistemas ARIS con escáneres de área 3D (ej. luz azul estructurada), mientras maximiza la velocidad y productividad, y supera a otros tipos de escaneo 3D para superficies reflectantes.

Además, puede escanear piezas significativamente más grandes de manera más efectiva sin perder precisión, ya que se pueden usar mecanismos de seguimiento externo para unir imágenes en vivo mientras el robot está en movimiento (capturando los datos).

Finalmente, al usar robots colaborativos, este sistema puede desplegarse en áreas con procesos humanos existentes y, por lo tanto, configurarse justo al lado de una MMC complementando las mediciones de la MMC en tiempo real.

Estudio de caso real para el sistema de precisión

Se genera un informe de inspección completo para una pieza de fundición a presión usando un sistema de referencia ARIS, con una gama de anotaciones necesarias para garantizar la calidad. Luego, se realiza un estudio Gage R&R en las mediciones, donde se prueba y compara la precisión (repetición y reproducibilidad) contra estándares industriales bien aceptados.

Esta prueba de precisión busca informar si los sistemas de escaneo 3D automatizados pueden desplegarse en producción, en lugar de solo en el laboratorio, tanto para FAI (Inspección de Primer Artículo) como para inspección en producción, lo que conduce a ahorros de costos significativos.

La elección de escáneres 3D suele ser más importante que la del brazo robótico, ya que las variaciones de tolerancias, acabados superficiales y tamaños de pieza pueden requerir diferentes dispositivos de precisión óptica y/o campo de visión. Generalmente, los dispositivos más precisos y con mayor campo de visión son más caros; y es debido a este factor de precio que la capacidad de conectar y usar varios tipos de escáneres 3D ofrecida por el software de integración ARIS es importante para lograr la precisión y tiempo de ciclo requeridos dentro del presupuesto asignado. Como ejemplo, hay escáneres 3D precisos al nivel de ±2,5 µm, pero estos fácilmente costarían más de 100.000 dólares.

Una vez colocados y cableados el escáner y el robot, se realiza una configuración inicial de calibración de las posiciones relativas del escáner 3D y el robot. Esto es manejado por el software de automatización ARIS, en el que el operador, con un solo clic, puede realizar la calibración necesaria automáticamente. En algunos casos, el escáner 3D también necesita calibrarse tan frecuentemente como diariamente (especialmente con cambios de temperatura) y esto nuevamente se maneja automáticamente a través del software de automatización de ARIS con mínima intervención humana. Para el sistema de referencia utilizado, el proceso de calibración inicial tomó menos de 15 minutos de tiempo manual del operador.

El resultado muestra que incluso en un entorno de producción, con una inversión mínima, la solución es capaz de proporcionar una precisión similar a las MMC. Mostró una precisión ligeramente peor comparada con MMC de laboratorio, pero demostró ser superior a las portátiles. Especialmente desde que muchas MMC de alta precisión en laboratorio requieren controles como piso de concreto y habitación con temperatura/vibración controladas, los escáneres 3D al ser menos susceptibles a tales externalidades manifiestan la flexibilidad y eficiencia que una solución de control de calidad con escaneo 3D robótico automatizado puede ofrecer.

El sistema ARIS puede trabajar con la infraestructura existente de los fabricantes automotrices y proporcionar un fuerte retorno de inversión (ROI). Tal ROI puede obtenerse sin tener que reemplazar los procesos de MMC existentes mediante el uso de sistemas ARIS colaborativos.

Editado por el editor del Anuario Bill Koenig a partir de información suministrada por ARIS Technology.