Grande, audaz, rápido: Metrología óptica avanzada para industrias a gran escala

Escrito por Cliff Bliss, Gerente de Operaciones Comerciales de Sensores Ópticos 3D en Hexagon Manufacturing Intelligence

Adéntrese en el mundo de la metrología óptica y una cosa está clara. Este vibrante sector empresarial continúa innovando nuevos diseños de máquinas de medición por coordenadas portátiles (PCMM) para la inspección de componentes y accesorios grandes. Los fabricantes a gran escala siguen buscando métodos ópticos actualizados para abordar la medición 3D in situ sobre grandes áreas superficiales encontradas en aeroespacial, construcción naval, automotriz y otras industrias. La necesidad de analizar superficies en detalle está impulsando la tendencia hacia mejores herramientas de medición óptica que proporcionan conjuntos de datos más grandes, en oposición a los viejos accesorios de verificación con medición dura.

Los nuevos sistemas de fotogrametría óptica basados en cámaras están introduciendo nuevos diseños que son salidas importantes de las versiones anteriores de los conjuntos de herramientas ópticas tradicionales. Como estos sistemas se usan en entornos industriales hostiles o en entornos remotos al aire libre, los ingenieros ponen un enfoque especial de diseño en la robustez y resistencia de estos sistemas al impacto del estrés mecánico como vibraciones o golpes. Durante la fase de investigación y desarrollo, se usan pruebas prolongadas para verificar la precisión del sistema sobre un volumen de medición completo. Los sistemas más nuevos incrustan dos cámaras de alto rendimiento dentro de una carcasa robusta, permitiendo inspección, rastreo y posicionamiento incluso en entornos de producción rudos con polvo y vibraciones.

Nuevos diseños, retornos rápidos

Los sistemas ópticos modernos basados en fotogrametría vienen en muchas configuraciones diferentes. Un diseño más nuevo contendrá dos cámaras digitales de alta resolución, de 8 megapíxeles, 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 palpado manual. Las imágenes generadas se procesan automáticamente y los datos de coordenadas 3D se calculan en tiempo real. Problemas como vibración, ruido y cambios de posición que han plagado 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 al sistema detectar y compensar automáticamente estas perturbaciones ambientales mediante rastreo óptico. Esta funcionalidad garantiza una estabilidad de proceso constante, incluso si el sistema se mueve durante una sesión de medición.

Más avances

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

Haciendo el trabajo rápido

Cualquier técnico que haya intentado alinear un componente rápida y precisamente puede apreciar la complejidad de la tarea. Un buen ejemplo es posicionar una puerta de auto en un panel lateral. Este no es un trabajo fácil, sino una tarea con la que los fabricantes de autos luchan todos los días en el proceso de prototipado. Cada vez que se ajusta un tornillo en un lado de la puerta, y luego se verifica en el otro lado, se deforma. Este ejercicio puede ser un proceso largo y tedioso, normalmente tomando hasta 30 minutos para alinear una puerta basada en sus datos CAD y ajuste. Este escenario también presume que nadie toca nada durante el procedimiento.

Así entra el sistema de rastreo 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 comenzar. Rodillos también pueden adjuntarse al trípode para un movimiento más fácil alrededor del piso de la fábrica. El sistema de fotogrametría se coloca en la mejor posición para medición de línea de vista, y el sensor se orienta hacia el objeto a medir. Todo el proceso de configuración se completa en minutos. Los nuevos sistemas incorporan sensores que son controlados por temperatura, lo que significa que el sensor puede regular su propia estabilidad térmica.

Ahora volvamos a la tarea de posicionar la puerta del auto en el panel lateral usando una técnica óptica. Primero, un operador señalizaría la puerta con algunos objetivos simples. Luego, las características críticas de la puerta serían capturadas usando una sonda manual para el procedimiento de pre-alineación. El mismo proceso se aplicaría al panel lateral. Ambos componentes ahora están capturados en sus respectivos sistemas de coordenadas.

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

Entorno hostil, no hay problema

Una consideración clásica de cualquier metrólogo es si un entorno industrial es lo suficientemente estable para la medición. Basado en el tamaño del objeto o ensamblaje, otra preocupación es si el sistema de metrología tendrá que moverse durante una sesión. Esos dos problemas persistentes han sido abordados con referenciación dinámica, 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.

A medida que las áreas de línea de vista del objeto o ensamblaje se miden simultáneamente, cada disparo se transforma directamente en un sistema de coordenadas global. Las mediciones se toman de manera fiable, incluso si un trabajador toca la pieza o agita un accesorio. No se necesita realineación manual ya que el sistema fotogramétrico permanece en línea y continúa adquiriendo datos mientras las actividades del lugar de trabajo ocurren durante la sesión.

La alternativa emergente

Los proveedores de soluciones de metrología óptica ciertamente están siguiendo las tendencias principales de la industria: operación más fácil del hardware, software más inteligente y adquisición de datos más rápida. Estas características, junto con resultados de medición fiables y estables de los PCMMs más nuevos basados en cámaras, proporcionan una alternativa a los medidores tradicionales o soluciones solo de palpado táctil. Además de la inspección de precisión, estos sistemas también pueden monitorear y simplificar procesos de ensamblaje, y ayudar a guiar a un operador a través de trabajos de posicionamiento y alineación con retroalimentación inmediata. Además de acelerar el proceso de medición, los sistemas ópticos basados en cámaras de hoy operan significativamente más rápido en muchas otras aplicaciones estáticas y dinámicas, resultando en ahorros de tiempo y ventajas de costo para quienes aprovechan el nuevo paradigma.

Publicado anteriormente en Quality Magazine.