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Repositorio de la Universidad Proyecto Fin de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Escuela de Ingeniería y Arquitectura Universidad de Zaragoza – Zaguan http://zaguan.unizar.es Proyecto Fin de Carrera LUZ BLANCA Autor Ignacio Leiva Sanagustín Director Juan José Aguilar Martín Escuela de Ingeniería y Arquitectura Año 2013 http://zaguan.unizar.es Proyecto Fin de Carrera UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura INDICE 1. INTRODUCCION …………………………………………………………………………………………………………………………. 3 1.1 Marco ………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 3 1.2 Objetivos y alcance ………………………………………………………………………………………………………………………. 3 1.3 Sistemas escáner 3D …………………………………………………………………………………………………………………….. 4 2. PROTOTIPO INICIAL PARA ENSAYOS ……………………………………………………………………………………………… 5 2.1 Descripción del material empleado ………………………………………………………………………………………………. 5 2.2 Creación de soporte para pruebas iniciales …………………………………………………………………………………… 7 2.2.1 Disposición de elementos ……………………………………………………………………………………………………. 7 2.2.2 Estudio de reflejos ……………………………………………………………………………………………………………... 12 2.2.3 Fijación de soportes ……………………………………………………………………………………………………………. 14 3. ANALISIS DE IMAGEN …………………………………………………………………………………………………………………… 17 3.1 Software comercial ……………………………………………………………………………………………………………………… 17 3.2 Programas desarrollados …………………………………………………………………………………………………………….. 18 3.2.1 Programa inicial, detector de picos ……………………………………………………………………………………... 18 3.2.2 Desarrollo de software ………………………………………………………………………………………………………… 20 LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 1 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 4. ENSAYOS ……………………………………………………………………………………………………………………………………… 29 4.1 Pruebas iniciales ………………………………………………………………………………………………………………………….. 29 4.2 Estudio de repetibilidad ………………………………………………………………………………………………………………. 38 4.2.1 Estudio de varias disposiciones …………………………………………………………………………………………… 39 4.2.2 Disposición 4 ………………………………………………………………………………………………………………………. 46 4.2.2.1 Angulo máximo de trabajo ……………………………………………………………………………………… 46 4.2.2.2 Valor mínimo de repetibilidad obtenible …………………………………………………………………. 51 4.2.2.3 Estudio de luz ………………………………………………………………………………………………………….. 52 4.2.3 Resumen de resultados ………………………………………………...…………………………………………………….. 53 4.3 Estudio de paso …………………………………………………………………………………………………………………………... 54 4.4 Estimación de la resolución …..……………………………………………………………………………………………………. 58 4.5 Comparativa con el sistema laser ………………………………………………………………………………………………… 60 5. COMPARATIVA DE PROYECTORES ………………………………………………………………………………………………… 61 5.1 Análisis de resultados obtenidos ………………………………………………………………………………………………….. 61 5.2 Estudio de mercado ……………………………………………………………………………………………………………………… 62 6. DISEÑO DE SOPORTE PARA DISPOSITIVO FINAL ……………………………………………………………………………. 66 6.1 Análisis de resultados obtenidos …………………………………………………………………..……………………………… 66 6.2 Diseño de elementos y mejoras para el soporte ……………………………………………….………………………….. 68 7. CONCLUSIONES Y TRABAJO FUTURO ……………………………………………………………………………………………. 73 ANEXOS Anexo 1 - Hojas de características de los proyectores y de la cámara Anexo 2 - Referencias LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 2 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 1. INTRODUCCION 1.1 Marco El presente proyecto se ha llevado a cabo en la Escuela de Ingeniería y Arquitectura de la Universidad de Zaragoza dentro de la actual línea de investigación sobre sistemas de medición sin contacto. Actualmente se han realizado estudios con un sistema laser sobre la superficie de un intercambiador de calor en la cual interesa que exista la máxima planitud para evitar fugas. Se quieren estudiar, como alternativa al laser , los sistemas de escaneo de luz blanca. La pieza sobre la cual se lleva a cabo el estudio en el proyecto es el mismo intercambiador de calor usado en los estudios con el sistema laser. Se parte de un equipo compuesto por una cámara industrial que ya ha sido usada y verificada en ensayos con el sistema laser, dos lentes de distinta distancia focal y dos proyectores basados en diferente tecnología de funcionamiento. 1.2 Objetivos y alcance El objetivo final de la línea de investigación, es desarrollar un prototipo de sistema de escaneo sin contacto basado en la luz blanca. En el presente proyecto se tendrá como objetivo el plantear un prototipo de este sistema con el que sin llegar a medir se pueda hacer un estudio de repetibilidad. Para ello se llevan a cabo las siguientes etapas: Por un lado, encontrar una disposición de trabajo adecuada de los elementos para llevar a cabo estudio comparativo con plantillas y así poder elegir un grosor de franjas adecuado para trabajar en un futuro, comparándolo a la vez con los resultados obtenidos con el laser. Por otro lado, se compararan resultados obtenidos con elementos de diferentes características, dos lentes y dos proyectores como se ha mencionado antes. Además, con los resultados obtenidos con estos dos proyectores, se realizara un estudio de las posibilidades que nos da el mercado para contemplar la posibilidad de adquirir otro. También, durante todo el proyecto, se desarrollara un software de análisis de imagen basándonos en los resultados obtenidos en los diferentes ensayos. Este servirá para analizar las capturas obtenidas. Por ultimo, se llevara a cabo el diseño de un soporte para los distintos elementos del prototipo que permita trabajar con el en un futuro de manera rápida y eficaz. Durante los distintos ensayos se desarrollara un soporte ajustable y una vez obtenidas las conclusiones se fijara de cara al trabajo futuro con el dispositivo, pensando ya en portabilidad, industrialización y su uso para la medición. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 3 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 1.3 Sistemas escáner 3D Un escáner 3D es un dispositivo que analiza un objeto o una escena para reunir datos de su forma y ocasionalmente su color. La información obtenida se puede usar para construir modelos digitales tridimensionales que se utilizan en una amplia variedad de aplicaciones. Desarrollados inicialmente en aplicaciones industriales ( metrología, automóvil ), han encontrado un vasto campo de aplicación en actividades como la arqueología, arquitectura, ingeniería, y entretenimiento (en la producción de películas y videojuegos ). Este sistema consta de una cámara industrial y un proyector. Se basa en una serie de patrones de luz (plantillas de franjas monocromáticas) que se generan y se proyectan sobre un determinado área, dentro de la cual está situado el objeto a escanear. Dentro de lo que es una toma de escaneado, estos patrones se van variando en anchura y fase. De esta manera el escáner 3D va calculando las coordenadas tridimensionales en base a la imagen que capta de los patrones proyectados, deformados sobre la superficie a escanear. En la figura 1.1 se muestra un escáner comercial 3D. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 1.1 - Sistema escáner 3D 4 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2. PROTOTIPO INICIAL PARA ENSAYOS En este capitulo se describe la construcción de un soporte que permita con los elementos fijados en una posición adecuada, realizar el estudio de repetibilidad. En el apartado ‘’2.1 Descripción del material empleado’’ se detallan los elementos que se utilizan a lo largo del proyecto y en el apartado ’’2.2 Creación de soporte para pruebas iniciales’’, se analizan los resultados obtenidos con varias capturas de la cámara y se lleva a cabo un estudio de reflejos de la luz de proyección sobre la superficie de la pieza. Con los resultados obtenidos se busca una disposición adecuada de los elementos que sirva de referencia para poder diseñar un primer soporte que servirá para tenerlos fijados en las siguientes pruebas. 2.1 Descripción del material empleado En este apartado se detallan los elementos que se utilizan a lo largo del proyecto y el papel que van a desempeñar en los diferentes ensayos. El material del cual se dispone es el siguiente:  Pieza: Es un intercambiador de calor de Toyota sobre el cual se han realizado pruebas con el sistema laser. Sobre su superficie es donde se va a llevar a cabo el estudio.  Cámara: Una cámara industrial Pixelink modelo PL-B781, la cual se ha usado y verificado en diferentes pruebas. El tamaño de las imágenes captadas con esta será 3000x2208 pixeles. Se adjunta hoja de características en anexos.  Lente: Dos lentes de distinta distancia focal, 12 mm HR F1.4 y 50 mm HR F2.8, para realizar un estudio comparativo de los resultados obtenidos con cada una de ellas.  Proyector: Dos proyectores basados en distinta tecnología, LED y lámpara. Se adjunta hoja de características de cada uno de ellos en anexos. Durante la presente memoria se hará mención a estos de la siguiente manera: LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 5 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Proyector 1 : Modelo ACER DLP Projector P1266 Tecnología de lámpara (2500 lúmenes) Resolución nativa de 1024x768 pixeles, lo que equivale a un tamaño de imagen de 27.09x20.32 cm. Proyector 2: Modelo Philips Picopix PPX2055 Tecnología LED (55 lúmenes) Resolución nativa de 854x480 pixeles, lo que equivale a un tamaño de imagen de 12.7x22.6 cm. Se van a realizar pruebas con ambos y un estudio comparativo de los dos. Con los resultados obtenidos , se estudiara en el apartado ‘’6. Comparativa de proyectores’’ , la posibilidad de comprar otro mediante un análisis de lo que nos ofrece el mercado.  Soportes: Para todo el proyecto usaremos perfiles de aluminio cuadrados de 40x40 mm y distintas longitudes.  Ordenador: Para capturar imágenes y ajustar los valores de la cámara se emplea un ordenador de mesa. Para proyectar plantillas y analizar las imágenes se utiliza un ordenador portátil capaz de adaptar la resolución de la pantalla a la máxima del proyector. Durante la redacción de la memoria nos referiremos a estos de la siguiente manera: Ordenador 1: Procesador Pentium 4 3 GHz de RAM Sistema operativo Windows Xp Ordenador 2: Modelo Packard bell EasyNote TS Procesador Intel Pentium core i5 Sistema operativo Windows 7 LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 6 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 2.2 Creación de soporte para pruebas iniciales 2.2.1 Disposición de elementos El primer objetivo es encontrar una disposición adecuada de los elementos para comenzar a trabajar y llevar a cabo las primeras pruebas en las cuales queremos encontrar un grosor adecuado de las franjas de las plantillas que se van a proyectar sobre la pieza. Las pruebas se van a llevar a cabo con el Proyector 1 y la lente de 12 mm. Mas adelante se realizara el estudio comparativo con el Proyector 2. El modo en el que trabajaremos de manera general será el siguiente: 1. Posicionamiento de los elementos. 2. Proyección de la plantilla a través del proyector sobre la superficie de la pieza 3. Ajuste del tiempo de exposición de la cámara a través del Ordenador 1, ajuste del diafragma y enfoque del objetivo de manera manual . Una vez ajustados los valores, se capturan las imágenes para su posterior análisis (se giraran si es necesario en el Ordenador 2). 4. Inspección visual, estudio y análisis de las imágenes mediante el software adecuado. Lo primero que se debe hacer es crear una plantilla inicial. Se usa el programa Microsoft Paint. Para este apartado se crea una plantilla de franjas negras y blancas de grosor 8 pixeles. El estudio de grosores se realizara mas adelante cuando ya tengamos una disposición adecuada. El formato en el cual guardaremos la plantilla será mapa de bits monocromático (.bmp), ya que solo tendrá valores negro (0) y blanco (256) y la resolución (tamaño) en pixeles de la imagen será la máxima del proyector para poder aprovecharla , 1024x768. Esta plantilla se proyectara mediante el proyector el cual estará conectado al Ordenador 2 en el cual se ajustara la resolución de la pantalla a la máxima del Proyector 1. Mediante Microsoft Power Point se ejecutará una presentación con la plantilla. En las figura 2.1 se observa la creación de la plantilla con Microsoft Paint. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 2.1 - Creación de plantilla de 8px con Microsoft Paint 7 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura El esquema general del montaje visto en planta será el siguiente: En gris se representa la pieza, en azul el proyector y en negro la cámara. El ángulo ‘’a’’ , formado por el eje óptico de la cámara y el eje de proyección del proyector, se obtiene tomando distancias desde el centro de la superficie de la pieza, el centro del cañón de proyección del proyector y el eje óptico de la cámara (desde el centro de la lente) . Una vez creada la plantilla y posicionados los elementos, se ajusta el diafragma del objetivo de la cámara intentando que esté lo mas cerrado posible para poder ganar así enfoque. Desde el Ordenador 1 se introduce un valor de 150 ms como tiempo de exposición de la cámara. Con todo esto se enfoca manualmente el objetivo y se procede a capturar la imagen. Se realizan dos montajes variando entre ellos únicamente el ángulo a. La cámara apoyada en dos perfiles de aluminio y girada 90 grados con respecto al eje óptico, el proyector 1 en la mesa y la pieza también sobre perfiles. En uno de los montajes el ángulo será lo mas cercano a cero y en el otro lo mas cercano a 90 grados. Al primero de ellos lo llamaremos Montaje a 0 y al segundo Montaje a 90. A continuación se muestra una imagen de cada uno de los montajes y la captura obtenida en cada caso. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 2.2 - Esquema de distancias. Cámara en negro, proyector en y pieza en gris. Angulo a, entre eje óptico de la cámara y eje de proyección del proyector. 8 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Una vez seleccionados los elementos y con la idea del soporte, se realizan las siguientes operaciones en el taller sobre los perfiles y los bloques. Dos ranurados con la fresadora en el perfil en el cual se amarra el Proyector 1. Uno de ellos con una anchura ligeramente mayor que la rosca del tornillo de amarre y el otro de anchura mayor para permitir el paso de la cabeza del tornillo. En la figura 2.12 se pueden observar dichos ranurados. Por otro lado, para el sistema de sujeción de la cámara se realizan con el taladro las siguientes operaciones. En uno de los bloques un agujero pasante del diámetro del tornillo de amarre y otro que permitirá alojar la cabeza, este nos permitirá amarrar el bloque al perfil. Para el amarre con el otro bloque se realiza la misma operación pero en horizontal. Para el bloque que alojara la cámara, se realiza un agujero pasante que permitirá el amarre con el bloque amarrado al perfil y 4 agujeros pasantes con su correspondiente alojamiento para la cabeza de los tornillos que amarraran la cámara. En la figura 2.13 se muestra el soporte con la cámara y los grados de libertad que posee. Podrá girarse en torno al eje z y en torno al eje x. Con el primer giro se regulara el ángulo a una vez fijado el brazo móvil y con el segundo el encuadre dependiendo de la altura de la pieza. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 2.12 - Ranurados en el perfil de sujeción del Proyector 1 15 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura El aspecto final del soporte será el siguiente: LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 2.13 - Soporte de la cámara con los giros posibles Figura 2.14 - Diseño soporte final 1. Articulación regulable 2. Cámara con soporte regulable 3. Soporte proyector con barra horizontal para dar estabilidad 16 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 3. ANALISIS DE IMAGEN A lo largo de todo el proyecto se van a utilizar varios programas comerciales como controladores y para la inspección, tratamiento y análisis de imágenes. A continuación se detalla una lista con todos ellos y una breve descripción de cada uno en el apartado ‘’3.1 Software comercial empleado’’. En el apartado ‘’3.2 Programas desarrollados’’ se describira el software de análisis de imagen desarrollado durante todo el proyecto. 3.1 Software comercial empleado Sistemas operativos: -Microsoft Windows: Es el sistema operativo utilizado tanto en el ordenador 2 (Windows 7) como en el ordenador 1 (Windows Xp). Controladores: -Pixelink: El controlador de la cámara industrial con el cual visualizamos lo que esta capta en tiempo real. Se realizaran las capturas una vez ajustados los valores de la cámara. -Picopix viewer 2: Controla el proyector 2, dando opción de modificar el brillo y el modo de proyección. El proyector 1 se controla mediante reguladores en la propia carcasa. Proyección de plantillas: -Microsoft Powerpoint: Para la proyección de las plantillas. Se debe ajustar el tamaño de diapositiva a la resolución del proyector. Se crean presentaciones en el caso de varias plantillas para facilitar el trabajo. Análisis e inspección de imagen: -Microsoft Paint: Se emplea principalmente para la creación de plantillas como hemos mencionado antes , aunque también se usara para la inspección visual de las imágenes en algún caso. -Xnview: Es un visualizador de imágenes que permite la inspección de cada pixel de manera rápida. También permite rotar imágenes sin modificar las características (el visor de Windows las modifica para darles un mejor aspecto visual). -Matlab: Es el programa principal en el apartado de análisis de imagen. Se obtendrá información sobre las capturas tomadas para su posterior análisis. Se usara para programar el algoritmo (software) para el análisis de las imágenes a lo largo de todo el proyecto . -Excel: Se almacenan y tratan los datos obtenidos en Matlab. También representaremos los resultados obtenidos con graficas. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 17 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 3.2 Programas desarrollados En este apartado se enumeran y explican las diferentes etapas de desarrollo de software del proyecto, conforme se han ido añadiendo mejoras, basándose en los resultados obtenidos en los distintos ensayos. 3.2.1 Programa inicial—detector de picos El primer objetivo que se plantea en el proyecto es encontrar un grosor de franja para las plantillas con el cual poder trabajar. Con este objetivo se desarrolla un programa mediante el editor de Matlab que se usa en las pruebas iniciales las cuales tienen como objetivo la comparativa de varias capturas de la pieza, proyectando sobre esta varias plantillas de diferente grosor de franjas. Como se ha explicado antes , se proyecta la plantilla sobre la superficie de la pieza, se captura con el software de la cámara y se procede a su análisis. Se ve en la figura 3.1 como el resultado es una imagen en escala de gris con valores de 0 a 255. Lo primero que interesa es conocer el salto de nivel de gris que hay entre franjas dentro de la superficie de la pieza y así tener una idea de las líneas que podríamos obtener con dicha plantilla. Lo primero es cargar la imagen en Matlab teniendo en cuenta la resolución. El formato por defecto al capturar con el software de la cámara no es el adecuado, por tanto será necesario convertir las capturas con Xnview a escala de grises de 0 a 255 para que Matlab cargue correctamente el mapa de grises de la imagen. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 3.1 - Captura con la plantilla 2x2 y la lente 50 mm en la Disposición 1. 18 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Una vez cargada la imagen correctamente en Matlab y ajustado el programa a la resolución de esta, se piensa en estudiar la imagen en horizontal, creando un vector que la recorra en esta dirección, almacenando el nivel de gris de todos los pixeles y representándolo para tener así la posibilidad de comparar los saltos entre los valores máximos y mínimos y hacer un conteo de estos. Para poder reconocer si un valor se trata de un máximo o un mínimo, se crea un bloque que trabajara con la representación de pixeles almacenados realizando cálculos con la pendiente de la recta tangente a esta grafica. Mediante la pendiente realiza cálculos de derivadas. Si la derivada pasa de negativa a positiva, buscara un mínimo y si es al contrario, buscara un máximo. Los valores de los picos (máximos y mínimos) se almacenaran y se representaran en una grafica. En ocasiones aparece saturación en la imagen (varios pixeles seguidos con el mismo color) , por tanto se crea otro bloque dentro de este para que el programa reconozca estas zonas y no coja todos los puntos. Se obtiene la grafica mostrada en la figura 3.2. En azul se representan el nivel de gris de todos los puntos obtenidos unidos mediante una línea para dar forma a la grafica. En negro se representa el pico máximo y en amarillo el pico mínimo. En la zona de abajo, en rojo se representan los cálculos de derivadas y en amarillo el paso por cero para poder observarlo. Este programa va a ser usado para las pruebas iniciales como hemos mencionado y de base para el desarrollo del software que se usara a lo largo de todo el proyecto. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 3.2 - Gráfica obtenida con Matlab. En azul el nivel de gris de los puntos obtenidos En negro los picos máximos de nivel de gris En amarillo los picos mínimos En rojo el calculo de la derivada 19 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 3.2.2 Desarrollo de software Partiendo de la idea del programa inicial para detectar picos, se desarrolla el software de análisis de imagen que se usa durante todo el proyecto. Conforme han transcurrido las pruebas, basándose en los resultados del análisis de las imágenes, se han añadido mejoras hasta obtener el código final. A lo largo de todo el desarrollo del software se introducen varias mejoras que vienen impuestas por los resultados obtenidos en los diferentes ensayos del proyecto. Con objetivo de tener claridad del código utilizado en cada prueba, se clasifica el software en varias etapas que se nombran a continuación con mas detalle. Software 1 Tras los resultados obtenidos en las pruebas iniciales con el programa inicial, se observan varios aspectos a mejorar de cara a las siguientes pruebas. Lo primero que interesa es eliminar las zonas de ruido de la imagen. En estas zonas, el programa inicial detectaba varios picos sin pertenecer a la superficie de la pieza. Para ello el software trabajara con dos variables (inicial y final) que introduciremos para cada imagen en función de la superficie de la pieza y así se podrá ajustar el análisis solo a esta. Por otro lado, en una variable vector se introducirá el valor de este, constante en la horizontal que recorrerá la imagen y en el cual estarán los puntos a analizar como ocurría con el detector de picos. Ahora es necesario saber la posición exacta de los picos de cara al análisis. Para ello se crea un bloque que calculara el centro de gravedad de varios puntos, obteniendo así una ponderación de la posición del pico. Se trabajara con una variable rango que tendrá como valor los puntos a coger para calcular el centro y que se ajustara en función de la anchura de las franjas de las plantillas. Los centros de gravedad se almacenaran en 2 variables así como su nivel de gris y el salto entre estos. Por pantalla se obtendrá el dibujo del vector v3 sobre la pieza y una grafica parecida a la del detector de picos pero con los centros de gravedad y el rango ajustado. En negro se representaran los centros de gravedad de los picos máximos y en rojo los cálculos de derivadas basados en la pendiente. Aquí es donde influirá la variables rango cogiendo mas o menos puntos para el calculo. En la figura 3.3 se muestra la grafica que se obtiene por pantalla al ejecutar el programa en Matlab. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 20 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Por otro lado, en dos matrices se obtendrá, en 1, el centro de gravedad de la posición de los picos máximos y mínimos, en 2, el nivel de gris de dichos centros y en 3, el salto entre centros máximo y mínimo consecutivos. Se muestra en la figura 3.4 las matrices que se obtienen por pantalla. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 3.3 - Gráfica obtenida por pantalla. En negro se representan los centros de gravedad. Figura 3.4 - Matrices por pantalla 1.Centro de gravedad de la posición de los máximos 2.Nivel de gris de los centros de gravedad 3. Salto entre centro máximo y mínimo 21 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Software 1.2 Tras el primer ensayo de repetibilidad (se explica con detalle en el apartado ´´4. Ensayos´´) con la lente de 12 mm, la plantilla 2x2 y el Proyector 1, se observa que tras la toma de 10 capturas sin mover ningún elemento y representar los valores del rango de la diferencia entre las posiciones de cada captura y la posición media de las 10, existen varios puntos dispersos en la grafica. Para dar una explicación a estos puntos, se aíslan las posiciones y niveles de gris que se han obtenido con Matlab en Excel y se realiza un estudio por separado comparando los valores con los que se observan en Xnview. Al no observar ningún valor atípico se concluye en que el software necesita una mejora y se analizan varios aspectos. Realizando una media de las posiciones de los máximos obtenidos con las 10 capturas y restando las posiciones obtenidas con 2 de las capturas, se obtiene la siguiente grafica de diferencias mostrada en la figura 3.5. Como se observa hay muchos valores dispersos. Representando la diferencia de la posición del mismo pico en capturas diferentes se obtiene la siguiente grafica en la escala decimal representada en la figura 3.6. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 22 Figura 3.5 - Diferencia entre la posición de los centros de gravedad de dos capturas y la media de las posiciones de 10 capturas. Figura 3.6 - Diferencia de la de un mismo pico en varias capturas distintas UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Se observa que dicha diferencia, o vale cero o vale 1 pero no aparecen valores intermedios lo que hace pensar que el cálculo del centro de gravedad que realiza el software no es correcto. Por tanto se estudia la forma en la que se realiza este cálculo. Tras este estudio se concluye que para una misma distribución de los niveles de gris en una ventana de píxeles el resultado se ve afectado por la componente de continua que presenta la distribución, valores que se observan en dos distribuciones detalladas en la figura 3.7. Finalmente, se introducen mejoras en la fórmula tradicional. Esta mejora consiste en convertir los valores del nivel de gris de cada pixel a una escala, de forma que queden comprendidos entre los valores 0 y 1 de manera proporcional respecto de los valores máximo y mínimo de la distribución. De esta forma, se obtiene el mismo resultado independientemente de la componente de continua de la distribución. En la figura 3.7 se muestran las dos distribuciones iguales pero con niveles de gris distintos. Se observa la componente de continua en los extremos. Con la fórmula sin mejora se obtendría una posición de centro de gravedad de 129,79 para la distribución representada en azul y un valor de 129,83 para la representada en rojo, observándose así el problema mencionado con anterioridad. Una vez introducida la mejora, con la ponderación se obtendría el mismo valor de 127,77 para las dos distribuciones a pesar de tener distintos niveles de gris sus puntos. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 23 Figura 3.7 - Distribuciones de puntos simétricas con niveles de gris distintos UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Representando dos histogramas en escala decimal de las diferencias que se obtenían en la figura 3.6,se observa como la tendencia de diferencias entre 0 y 1 se suaviza con la mejora del software. En la figura 3.8 sin la mejora y en la figura 3.9 con los valores de nivel de gris convertidos a la escala . LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 24 Figura 3.8 - Histograma decimal de diferencias de un pico en una captura con software 1.2 Figura 3.9 - Histograma decimal de diferencias de un pico en una captura con software 1.3 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura A continuación se muestran 2 capturas de cómo quedaría el montaje con cada una de las lentes y las distancias obtenidas. Como se puede observar, el montaje con la lente de 50 mm ocupa un espacio demasiado grande. A parte de necesitar perfiles de mas de 1 m de longitud , de cara a la portabilidad del método una vez diseñado e industrializado , esto seria un inconveniente. A pesar de esto se estudian los resultados obtenidos con dicha lente. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.1 - Montaje con la lente de 12 mm y distancias obtenidas entre elementos. 31 Figura 4.2 - Montaje con la lente de 50 mm y distancias obtenidas entre elementos. UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Comparativa de plantillas: En las figuras 4.3 y 4.4 se muestran dos capturas obtenidas con cada una de las lentes y la plantilla de 2x2. Como ya se ha mencionado antes, se observa una mayor nitidez en la captura con la lente de 50 mm debido a la mejora del enfoque. Para cargar las imágenes en Matlab y analizarlas se deben girar. Este procedimiento deberá ser realizado con Xnview ya que si se giran con el visor de Windows el mapa gris es modificado. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.3 - Captura obtenida con la lente de 12 mm en la Disposición 1 y la plantilla 2x2 32 Figura 4.4 - Captura obtenida con la lente de 50 mm en la Disposición 1 y la plantilla 2x2 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Una vez cargada la imagen en Matlab, se procede al análisis de una línea en horizontal constante que recorrerá la imagen de manera horizontal (como se ha explicado habrá que rotar las imágenes). En la figura 4.5 se muestra el vector que recorre la imagen y en la figura 4.6 la grafica obtenida con Matlab. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.5 - Dibujo obtenido por pantalla del vector constante en v que recorre la imagen para su análisis. Figura 4.6 - Gráfica de picos obtenida en Matlab. En negro picos máximos, en amarillo picos mínimos y en rojo los cálculos de la derivada. 33 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Se distinguen varias zonas en la grafica analizando en horizontal: Zona 0-200: zona de ruido en la que el programa reconoce varios picos (pixeles con niveles de gris máximo o mínimo dentro del rango de análisis) que no interesa analizar al no formar parte de la superficie de la pieza. Zona 200-400: zona mas estable aunque con poca luz que da valores de gris entre 15 y 50. Zona de flux con agujero, 400-900: se tienen valores muy altos, 70-160, al ser una zona muy clara entre 60 y 110 bajando entre 15 y 30 en la zona del agujero. Zona estable, 1250-1750: una zona estable en donde se podría llevar a cabo un buen análisis salvo por las marcas del número de la pieza. Zona final: Se repite lo mismo en los agujeros y como se observa al haber tomado la captura vertical con la Disposición 1 y girado la imagen, no perdemos nivel de gris conforme se avanza en horizontal. Se observa también que los mínimos (negros) son bastante mas estables que los máximos (blancos) en cuanto a valor de nivel de gris. A pesar de esto trabajaremos con los máximos ya que es la luz que se proyecta con el proyector. Además, los mínimos pueden ser mas difíciles de detectar por problemas de sombras en la imagen (se realiza un ensayo para verificarlo en las siguientes pruebas) De cara al estudio del salto que hay entre picos, es decir, lo fácil o difícil que sea detectarlos, se establece un valor mínimo entre picos de 10. Con esto descartamos la plantilla de 1x1 tanto para la lente de 12 mm como para la de 50 mm ya que los saltos están muy cerca del limite y en muchos casos por debajo. Se puede observar este hecho en la figura 4.7. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.7 - Gráfica obtenida con la plantilla 1x1 y la lente de 12 mm 34 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Para la plantilla de 2x2 y la lente de 12 mm , se obtienen valores aceptables de salto, en torno a 20 en la mayoría de los casos, y un numero de picos mayor que con las plantillas siguientes como se observa en la figura 4.8. Por todo esto se intuye que el grosor de franja deberá ser como mínimo 2 pixeles. Para la misma plantilla con la lente de 50 mm se obtienen valores mucho mayores de salto, esto es debido a la mayor nitidez de la imagen. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.8 - Grafica obtenida con la plantilla 2x2 y lente de 12 mm Figura 4.9 - Grafica obtenida con la plantilla 2x2 y la lente de 50 mm 35 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Conforme aumentamos el tamaño de la franja tanto en 12 como 50 mm, perdemos picos y el salto no aumenta prácticamente, por lo tanto se descartan plantillas por encima de los 3 pixeles. Se puede observar en las figuras 4.10 y 4.11. Cabe mencionar que a partir de 5 pixeles perdemos información de la superficie de la pieza como se observa en la imagen como se observa en la figura 4.12. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.12 - Grafica obtenida con la plantilla 8x8 y lente de 50 mm Figura 4.10 - Plantilla 5x5, lente 12 mm Figura 4.11 - Plantilla 6x6, lente 12 mm 36 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Otra observación realizada en las capturas es que las franjas blancas, aun con el mismo grosor, parecen mas anchas que las negras como se puede ver a continuación en la figura 4.13. Por todo lo anterior se decide trabajar con la plantilla de 2x2 que nos dará un numero de líneas suficiente con el salto entre picos que se busca y por otro lado se comprobara si aumentando en 1 pixel las franjas blancas de la plantilla se obtienen mejores resultados con una plantilla de 2x3. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 37 Figura 4.13 - Se observa como las franjas blancas aparecen mas gruesas que las negras sobre todo en las zonas del perfil de la pieza. UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 4.2 Estudio de repetibilidad Una vez seleccionados los valores del grosor de las franjas de la plantilla, se va a estudiar a fondo varias configuraciones posibles con los distintos elementos que componen el prototipo con objetivo de seleccionar la mas adecuada de cara a usar el dispositivo para la medición. Este sistema de medición tiene que tener repetibilidad , es decir, para una misma situación (entrada de datos) la identificación del centro de gravedad de las franjas debe ser la misma. En caso contrario las variaciones en los resultados de salida se convertirían en variación de los resultados de medición (cuando esta se aplique) influyendo en la calidad de los resultados. Por tanto se va a llevar a cabo un estudio de repetibilidad sobre 10 capturas sin mover los elementos en cada una de las configuraciones, que nos permitirá decidir si la diferencia entre estas 10 capturas es significativa y así poder elegir la configuración optima para el prototipo. Los ensayos se realizaran con el Proyector 1 y Proyector 2 en cada una de las disposiciones, la lente de 12 mm en todos los casos salvo en la Disposición 1 que se realiza una comparativa con la de 50 mm y las plantillas de 2x2 y 2x3 en cada una de las disposiciones y con cada uno de los proyectores. El procedimiento general a seguir será el siguiente: 1. Tomaremos 10 capturas seguidas con todos los elementos fijados e inmovibles. Para ello se seguirá el proceso general mencionado en el apartado 2.2 . 2. Se cargaran las imágenes en Matlab una a una, y se almacenara la posición de los máximos obtenidos en cada una de ellas en la hoja Excel. Para obtener el valor de repetibilidad: 2.1. Se realiza un promedio de la posición de los máximos de las 10 capturas y se almacena en una columna. 2.2. Para cada una de las 10 capturas, se calcula la diferencia entre las posiciones de los máximos y la media y se almacena en otra columna. 2.3. Finalmente se calcula, con las 10 columnas de diferencias, el promedio, la desviación estándar y el rango. Los dos primeros valores no tienen demasiada relevancia pero nos dan una idea de cómo son los datos. El rango es el valor de repetibilidad que se busca. Se representara en una grafica para ver su evolución a lo largo de la imagen. En el eje de ordenadas se representara el valor de repetibilidad y en abscisas la posición de los máximos. Un valor de cero indicara que el método es totalmente repetible y valores por encima del pixel indicaran que el método no tiene una buena repetibilidad. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 38 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 4.2.1 Estudio de varias disposiciones Antes de hacer un estudio de las diferentes disposiciones, se realiza una toma con la lente de 12 mm, el proyector 1 y la plantilla 2x2 para ver como funciona el software e introducir mejoras para que funcione de manera correcta. De aquí se obtiene primera mejora (software 1.2) mencionado en el apartado ‘’3.2 Programas desarrollados’’. Con el software mejorado se procede a estudiar el comportamiento de las dos plantillas en cada una de las disposiciones posibles y con cada proyector. A continuación se detalla cada una de ellas y los resultados obtenidos. Para cada disposición se describen las posiciones de cada elemento, los ajustes y los resultados obtenidos. DISPOSICION 1 : La posiciones de los elementos son las concluidas en el apartado de 2.2 como se ve en la figura 4.14. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.14 - Montaje en Disposición 1 con el Proyector 2 39 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Aunque se ha descartado la lente de 50 mm debido a que el montaje con esta ocuparía un gran espacio y de cara a la portabilidad del método seria un inconveniente, se realiza como se ha dicho una comparativa de la repetibilidad obtenida con esta y la de 12 mm con el Proyector 1. Los resultados obtenidos son los siguientes: La repetibilidad obtenida con la lente de 12 mm esta en torno a 1,25 y la obtenida con la de 50 mm en torno a 0,8. La diferencia es grande como era de esperar. Esta es debida a la mayor nitidez de las capturas obtenidas con la lente de 50 mm como se ha mencionado. Realizando una comparativa entre plantillas con el Proyector 1 se obtiene lo siguiente: LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.15 - Comparativa de repetibilidad obtenida con cada lente Figura 4.16 - Comparativa de repetibilidad obtenida con cada plantilla 40 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Como se observa en la captura, en esta disposición aparecen unas primeras franjas blancas en la pieza que no interesan debido a su deformación. Estas líneas se eliminaran en el análisis puesto que podrían llevar a error en los resultados. Se observa en la figura 4.25. Se plantean 4 distancias posibles. Como se ha mencionado anteriormente, el salto mínimo entre picos fijado como limite para poder trabajar con una plantilla o disposición es de 10. Con esto se procede al análisis obteniéndose los siguientes resultados. En la tabla se muestran las distancias D, entre la cámara y el proyector, el ángulo a en grados y el numero de líneas obtenidas. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 47 Figura 4.25 - Grafica obtenida tras ajustar el rango para evitar las primeras líneas D 500 440 400 360 a (grados) 87 72 63 54 nº líneas 23 61 67 67 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Representando el nivel de gris de las líneas obtenidas y el salto entre picos frente al numero de máximo se obtiene para el ángulo de 87 grados : Como se observa, con dicho ángulo, aparte de obtener pocas líneas, los niveles de gris son muy bajos, 25- 45 y el salto solo llega a 10 en un caso. Por todo esto el ángulo deberá ser mayor. Para el ángulo de 72 grados , se obtienen casi el triple de líneas y los niveles de gris son ligeramente mas altos , el salto esta en casi todos los casos en el limite de 10 . En este caso se empieza a observar como decae tanto el nivel de gris como el salto conforme se avanza en horizontal por razones de perspectiva. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.26 - Nivel de gris con ángulo 87 Figura 4.27- Salto entre picos con ángulo 87 Figura 4.28 - Nivel de gris con ángulo 72 Figura 4.29 - Salto entre picos con ángulo 72 48 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Para el ángulo de 63 grados se obtienen casi el mismo numero de líneas y los siguientes valores: Los valores de gris vuelven a aumentar ligeramente y el salto ya esta en casi todos los casos por encima de 10. El numero de líneas no aumenta y se mantiene como antes. Por otro lado se vuelve a notar la influencia de la perspectiva y como los valores decaen con el avance en horizontal. Para el ángulo de 54 se obtienen graficas similares con valores de gris 40-90 y saltos entre 40-15. Por todo lo anterior , se deduce que el ángulo de trabajo deberá estar entre 72 y 63 , con 87 no podemos trabajar debido a saltos mínimos y valores de gris muy bajos y con 54 se obtienen valores mejores pero no aumenta el numero de líneas con lo cual no interesa ya que la prioridad es tener un ángulo lo mas cercano a 90 grados. Con todo esto se realiza un estudio de repetibilidad con los ángulos 72 y 63 para ver cual de los dos podría proporcionar mejores resultados. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.30 - Nivel de gris, ángulo 63 Figura 4.31 - Salto entre picos, ángulo 63 49 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Se lleva a cabo por tanto el estudio de repetibilidad con ángulos 72 y 63. Se sigue el procedimiento general mencionado en el primer capitulo y se utiliza la plantilla 2x3 y el Proyector 2. Los resultados obtenidos son los mostrados en las siguientes figuras. Como se observa el ángulo no estará dentro de estos limites ya que la repetibilidad obtenida es un valor demasiado alto. Estará en 1,7 en el caso de 72 y 1,2 en el caso de 63. Por tanto se busca un ángulo intermedio entre estos dos, 58 grados, y se realiza una comparativa con la plantilla 2x3 y los dos proyectores. El resultado es el siguiente: LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.32- Repetibilidad, ángulo Figura 4.33 - Repetibilidad, ángulo 63 Figura 4.34 - Comparativa de repetibilidad en Disposición 4 y ángulo 58 50 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Como se observa e la grafica, los valores de repetibilidad son mas bajos. Con el Proyector 1 se obtienen valores de 0,7 y con el Proyector 2 valores de 0,85. Por otro lado se observan varios ... Las distancias entre elementos obtenidas en los ensayos para la Disposición 4 se detallan en el apartado ‘’6.Diseño de soporte para prototipo final’’. 4.2.2.2 Valor mínimo de repetibilidad obtenible Con objeto de saber si los valores obtenidos de repetibilidad se pueden mejorar, se realiza un ensayo para estudiar el valor mas bajo obtenible con el método. Se empleara el software 1.3 con la ultima mejora . Se creara una plantilla con una línea blanca central de 1 pixel. Esto quiere decir que las franjas serán del máximo grosor posible y por tanto la reducción del valor de repetibilidad obtenido mediante el aumento del tamaño de las franjas negras seria la máxima. Se obtienen valores : Proyector 1: 0,0782 Proyector 2: 0,1528 Por tanto lo que se plantea es doblar el tamaño de la franja negra de la plantilla y tener 2x6. Se obtendrán menos líneas pero la repetibilidad debería mejorar notablemente. Tras realizar los ensayos con los dos proyectores se obtiene los siguiente: Se obtienen un valor de 0,18 para el Proyector 1 y 0,25 para el Proyector 2. Tan solo 0,1 pixeles de diferencia con respecto al valor mínimo obtenible. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín Figura 4.35 - Repetibilidad 2x6, proyector 1 51 Figura 4.36 - Repetibilidad 2x6, proyector 2 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 4.2.2.3 Estudio de luz Como ultimo ensayo en este apartado se realiza una comparativa entre 2 tomas de repetibilidad, uno en el que las capturas están tomadas con luz externa de fondo y otro con el que las capturas se toman con la menor luz posible. Con esto tendremos una idea de en que medida afecta la luz externa a la repetibilidad. Las dos tomas se llevan a cabo con el Proyector 1 y la plantilla 2x2 y el software 1.3b. Los resultados obtenidos son los siguientes: Como se observa, el principal efecto que tendrá la luz de fondo se produce en las zonas limite en donde la superficie de la pieza queda mas definida con poca luz y por tanto el software reconoce de manera correcta los primeros máximos. A pesar de esto no afecta al valor de repetibilidad obtenido. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 52 Figura 4.37 - Comparativa repetibilidad con y sin luz de fondo UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 4.2.3 Resumen de resultados A continuación se muestra una tabla con todos los datos obtenidos en las diferentes configuraciones. Para cada disposición, repetibilidad y líneas obtenidas con los dos proyectores y las dos plantillas. En la Disposición 4, se indican los valores con el ángulo 58 con el que se trabaja finalmente y los valores con la plantilla de 2x6. Como observaciones a destacar, con la plantilla de 2x3 se obtienen en todos los casos valores de repetibilidad mas bajos que con la de 2x2, aunque por contrapartida nos dará un numero de líneas en la superficie del intercambiador menos. Con el Proyector 1 en todos los casos también se obtiene un valor menos de repetibilidad que con el Proyector 2, esto se debe a la potencia lumínica que se traduce en mayor nitidez en las capturas. Los resultados obtenidos con la plantilla 2x6 en la Disposición 4 con el ángulo 58 se analizan mas adelante en el apartado ‘’7. Conclusiones y trabajo futuro’’. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 53 TABLA DE RESULTADOS 2x2 2x3 2x6 Repet. Líneas Repet. Líneas Repet. Líneas Disposición 1 Proyector 1 1 227 0,9 178 - Proyector 2 1,25 206 1 158 Disposición 2 Proyector 1 1 164 0,7 176 Proyector 2 1,4 148 1,3 135 Disposición 4, ángulo 58 Proyector 1 1 77 0,7 61 0,18 44 Proyector 2 1,45 62 0,85 52 0,25 36 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 4.3 Estudio de paso Como comprobación y para conocer la distancia en pixeles que hay entre los picos consecutivos con determinada disposición, plantilla y proyector, se realiza un ensayo que consistirá en proyectar una secuencia de plantillas en las que las franjas cambiaran de posición pixel a pixel de manera ordenada, de izquierda a derecha, empezando por el limite del lado izquierdo, hasta llegar de nuevo a su posición de partida. Dichas plantillas tendrán el formato adecuado para cada proyector y disposición como en los demás ensayos . Tomando capturas de dicha secuencia sobre la pieza, se obtendrá mediante análisis con Matlab y Excel dicha distancia entre picos. Para el caso de 2x2 se crean 4 plantillas y para el caso de 2x3 , 5 plantillas. A continuación se muestra un ejemplo de creación para 2x2. El procedimiento general de toma de imágenes será el mencionado. Tras ajustar los valores y distancias, se proyectan las plantillas mediante una presentación Power Point sin modificar nada entre una y otra. Una vez se tienen las capturas se procede al análisis de un vector en horizontal exactamente igual que en los demás ensayos y se almacena la posición de los picos. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 54 Figura 4.38 - Creación de plantillas de paso UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Por un lado se calcula la distancia que hay entre picos máximos consecutivos dentro de cada plantilla, restando una posición respecto a la siguiente con todas las líneas detectadas. Por otro lado se calcula la distancia entre franjas restando la posición de los máximos obtenidos con la plantilla n a la de los obtenidos con la plantilla n-1, es decir, la posición de 2 menos la 1, la de 3 menos la 2 … consecutivamente. Así se obtiene la separación entre una misma franja de plantillas consecutivas, es decir, la mínima distancia entre franjas a obtener en el proceso de medición. Antes de llevar a cabo el estudio de paso con la Disposición final y la plantilla 2x6, se realiza con las distintas configuraciones, plantillas y proyectores. Como resultados a destacar, en el calculo del paso para la Disposición 1 , la diferencia no varia con respecto se aumenta en horizontal, a diferencia de la Disposición 2 y Disposición final en donde se aprecia un decrecimiento de este conforme se avanza en horizontal debido a la perspectiva. En las figuras se muestran las distancias en pixeles obtenidas frente a el numero de máximo. En la figura 4.39 y 4.40 se observan varios valores dispersos debido a que se realizo el calculo con el software 1.2 en la Disposición 1. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 55 Figura 4.39 - Distancia en pixeles entre franjas frente a numero de máximo Figura 4.41 - Distancia entre franjas con Disp.2 Figura 4.40 - Distancia en pixeles entre picos dentro de una captura frente a numero de máximo Figura 4.42 - Distancia entre picos con Disp.2 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Se obtienen resultados similares para la disposición 4 en la que se observa el mismo problema de decaimiento con el avance en horizontal. Para la plantilla 2x6 se obtienen los siguientes resultados: Se observa la tendencia a decaer pero los valores son mucho mas regulares debido a que el análisis se lleva a cabo con el software 1.3. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 56 Figura 4.43 - Distancia en pixeles entre franjas frente a numero de máximo con Disposición 4, Proyector 1 y plantilla 2x6 Figura 4.44 - Distancia en pixeles entre franjas frente a numero de máximo con Disposición 4, Proyector 1 y plantilla 2x6 Figura 4.45 - Distancia en pixeles entre franjas frente a numero de máximo con Disposición 4, Proyector 2 y plantilla 2x6 Figura 4.46 - Distancia en pixeles entre franjas frente a numero de máximo con Disposición 4, Proyector 1 y plantilla 2x6 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura De 300 a 500 euros: -Proyectores de lámpara: En este rango encontramos proyectores con resoluciones de WXGA 1280x800 pero con mas lúmenes de brillo. Modelo: Acer P1303PW Resolución: WXGA 1280x800 Brillo: 3100 lúmenes ANSI Tamaño y peso: 96x269x206 mm y 2,59 kg Consumo y durabilidad: 230 W y 2500 h Coste: 500 euros Como se ve , la durabilidad de la lámpara desciende conforme se aumentan los lúmenes. -Proyectores LED: En cuanto a LED , en este rango de precio encontramos una gama amplia de productos en la que tenemos varias opciones interesantes. Modelo: Asus P1 Resolución: HD 1280 x 800 Brillo: 200 Lúmenes ANSI Tamaño y peso: peso de 415g Consumo y durabilidad: 30.000 horas consume tan solo 50W Coste: 380 euros Este proyector nos dará una buena resolución, mayor que el proyector 1, un peso de 415 g frente a los 115 del proyector 2. Aumentaremos los lúmenes hasta 200 frente a los 55 de este y el consumo y la durabilidad son similares. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 63 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Modelo: Acer K130 Resolución: WXGA (1280 x 800) Brillo: 300 lúmenes Tamaño y peso: 431 gr Consumo y durabilidad: 20.000 horas consume tan solo 50W Coste: 415 euros En torno a los 35 euros mas, encontramos este modelo que nos dará como ventaja 100 lúmenes mas. El peso aumenta en pocos gramos pero la durabilidad será de 20.000 horas. Modelo: Acer K330 Resolución: HD de alta calidad listos (1280 x 800 píxeles) Brillo: 500 Lúmenes Tamaño y peso: 1,22 kg Consumo y durabilidad: hasta 20.000 Coste: 471 euros Este modelo, nos da una durabilidad aceptable y 200 lúmenes mas, el problemas es el peso y el coste. Mas de 500 euros: En esta franja encontramos proyectores de lámpara con brillos superiores a 4000 lúmenes y resoluciones elevadas. Modelo: Acer P5390W Resolución: WXGA 1.280 x 800 Brillo: 4000 Lúmenes Tamaño y peso: 4.7x13.4x10.3 y 2,5 kg Consumo y durabilidad: hasta 3000 horas Coste: 860 euros Si queremos aumentar también la resolución el precio se eleva considerablemente Modelo: InFocus IN5108 Resolución: SXGA+ (1.400 x 1.050) Brillo: 4000 lúmenes Precio: 2500 euros LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 64 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura En cuanto a LED, en esta franja se tienen proyectores híbridos Laser-LED con características similares a los proyectores de lámpara de la franja de 300 a 500 euros en cuanto a brillo y resolución pero con una durabilidad tan elevada como las de los proyectores de LED de las anteriores franjas. Modelo: Casio XJ-M245 Resolución: 1280 x 800 píxeles Brillo: 2500 Lúmenes Tamaño y peso: 3,9 kg 311 x 84 x 244 mm Consumo y durabilidad: 190 W hasta 20.000 horas Coste: 1400 euros Como vemos el peso aumenta considerablemente y el precio seria demasiado elevado. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 65 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 6. DISEÑO DE SOPORTE PARA DISPOSITIVO FINAL En este apartado se va a llevar a cabo el diseño de un soporte que sirva para tener los elementos fijados en la Disposición 4 con el ángulo de 58 grados obtenido de cara a poder trabajar en un futuro con ambos proyectores. En el apartado ‘’6.1 Análisis de resultados’’ se deducirán las posiciones en el plano y en altura de los elementos en base a los resultados obtenidos en los ensayos. En el apartado ‘’6.2 Diseño de elementos y mejoras para el soporte’’ se introducen varias mejoras en el soporte inicial usado en los ensayos del proyecto y se realizan los planos de fabricación de los elementos que lo compondrán. 6.1 Análisis de resultados obtenidos Pensando en poder usar los dos proyectores de los cuales se dispone se plantea el diseño de un soporte que permita un manejo rápido y eficaz del método a la hora de realizar las primeras mediciones en un trabajo futuro. El diseño estará basado en el soporte diseñado para los ensayos del proyecto y se usan los mismos perfiles de aluminio. Para llevar a cabo el diseño se toman distancias y referencias con los montajes en la Disposición 4 y las distancias obtenidas. En el caso de el Proyector 1, la pieza esta elevada sobre un bloque del cual se disponía de 40 mm y el proyector tiene un ligero giro hacia arriba, que se traduce en una elevación delantera de 10 mm. La cámara a su vez esta girada hacia abajo también, 5 mm elevada medidos desde la parte delantera hasta el perfil. Esto quiere decir que si la pieza estuviera a 45 mm, la cámara no necesitaría dicho giro. Por otro lado el proyector necesitaría estar 15 mm mas arriba. Con todo esto las referencias de los elementos quedan, desde cota cero sin contar el perfil pieza a 45 mm, proyector a 105 mm, cámara a 145 mm. Realizando la misma operación con el proyector 2 se obtienen, pieza a 55 mm, proyector a 140 mm y cámara a 145 mm. A continuación se muestra en la figura 6.1 la elevación de 40 mm sobre la pieza cuando se utiliza el Proyector1. En la figura 6.2 aparece el pequeño giro que debe tener la cámara cuando el montaje esta echo con el Proyector 2. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 66 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura Una vez referenciados los elementos en altura, se tienen las distancias entre los elementos en el plano obtenidas en el apartado ‘’4.2.2 Disposición 4’’ que se representan a continuación en las figuras 6.3 y 6.4. Con todas los elementos referenciados en altura y en el plano se procede al diseño de los elementos y mejoras para el soporte. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 67 Figura 6.1 - Elevación de la pieza en el montaje con el Proyector 1 Figura 6.2 - Giro de la cámara en el montaje con el Proyector 2 Figura 6.3 - Distancias entre elementos en la Disposición 4 con ángulo de 58 grados para el Proyector 1 en mm Figura 6.4 - Distancias entre elementos en la Disposición 4 con ángulo de 58 grados para el Proyector 2 en mm UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura 6.2 Diseño de elementos y mejoras para el soporte Con todo esto se procede al diseño de los elementos que compondrán el soporte. A continuación se describen y se representa el esquema de montaje en cada caso. En los anexos se adjuntan los planos de fabricación de cada elemento. Se emplearan 6 perfiles de aluminio como los utilizados hasta ahora cuadrados de 4x4 mm y longitudes: 1. 100 mm , perfil vertical de sujeción de la pieza. 2. 200mm, parte de la base horizontal sobre el cual ira el perfil 1. 3. 550 mm, parte de la base horizontal, unirá los perfiles 1 y 6. 4. 350 mm, perfil vertical de sujeción del proyector sobre el cual se realiza el ranurado. 5. 500 mm, parte de la base horizontal sobre el cual ira el perfil 4. 6. 350 mm, parte de la base del soporte de la cámara. Además de estos perfiles se fabricara un soporte similar al que se ha usado para la cámara pero en aluminio y con menos material para ahorrar costes. En la figura 6.5 se muestra la parte de amarre al perfil del soporte de la cámara y en la figura 6.6 la parte que se amarrara a esta y que servirá de base para la cámara. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 68 Figura 6.5 - Amarre al perfil del soporte de la cámara UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura En la figura 6.6 se muestra la segunda parte del soporte de la cámara que ira amarrada a la mostrada en la figura 6.5 y que podrá girar en torno al punto de amarre. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 69 Figura 6.6 - Amarre al perfil del soporte de la cámara UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura El ranurado que se realizara en el perfil de soporte de los proyectores será el siguiente. LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 70 Figura 6.7 - Ranurado en el perfil de amarre de los proyectores UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura A continuación se muestra el montaje de los elementos con las referencias de distancias entre ellos para que se tengan las distancias obtenidas que se han descrito al comienzo de este capitulo 6 con el Proyector 1 LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 71 Figura 6.8 - Esquema de distancias y montaje para el Proyector 1 UNIVERSIDAD DE ZARAGOZA | Escuela de Ingeniería y Arquitectura LUZ BLANCA Proyecto Final de Carrera Ignacio Leiva Sanagustín 72 Figura 6.9 - Esquema de distancias y montaje para el Proyector 2