Repositorio Institucional de Documentos

Proyecto Fin de Carrera Calibración y estudio de capacidad de un sistema de medición sin contacto de intercambiadores de calor Autor: Ignacio Calavia Traín Director: Juan José Aguilar Martín Codirector: Francisco Javier Brosed Dueso Febrero 2012 Calibración y estudio de capacidad de un sistema de medición sin contacto de intercambiadores de calor Resumen El objetivo de este proyecto es continuar con el desarrollo de un sistema de medición por visión creado en el Departamento de Ingeniería de Diseño y Fabricación de la Universidad de Zaragoza. Para ello en primer lugar se hace una introducción que permita conocer la evolución de este tipo de sistemas de medición, las diferentes técnicas de medición sin contacto existentes y los campos de aplicación que tienen en la actualidad. También se describen los componentes y el funcionamiento del equipo de visión, para a continuación llevar a cabo diferentes tipos de estudios que permitan tener un conocimiento más profundo del equipo de medición, así como aportar datos, que contribuyan a su mejora. Con ello, se realizan estudios de repetibilidad y sensibilidad. Ambos se llevan a cabo empleando tres modelos diferentes de intercambiadores de calor para la toma de datos. Se estandariza el procedimiento de calibración y se implementa un segundo método para establecer una comparativa entre ambos. A partir de este segundo procedimiento, también se hace un estudio de sensibilidad modificando la dirección del sistema de visión, con el objeto de tener más datos sobre la influencia de este parámetro en los resultados finales. Por último se realiza un rediseño de los calibradores empleados en la calibración del equipo, integrando ambos en uno solo, con el fin de hacer más fácil y rápido el procedimiento de calibración. Tabla de contenidos 1 Introducción............................................................................................................................1 2 Ensayos a realizar....................................................................................................................3 2.1 Estudio de repetibilidad..................................................................................................3 2.2 Recalibración del equipo.................................................................................................7 2.2.1 Estudio de resultados de medición.......................................................................12 2.3 Calibración del equipo por el 2º método y medición de piezas....................................15 2.4 Comparación de métodos de calibración......................................................................17 2.5 Modificación de las direcciones en el 2º método de calibración..................................18 2.6 Estudio de sensibilidad variando las direcciones..........................................................21 2.6.1 Variación en el plano XY........................................................................................21 2.6.2 Variación en el plano YZ........................................................................................24 2.7 Diseño de un nuevo calibrador.....................................................................................27 3 Conclusiones y trabajo futuro...............................................................................................31 Bibliografía..................................................................................................................................33 Anexo I.........................................................................................................................................37 Anexo II........................................................................................................................................45 Anexo III.......................................................................................................................................49 Anexo IV......................................................................................................................................59 Índice de figuras Figura 2.1.......................................................................................................................................3 Figura 2.2.......................................................................................................................................3 Figura 2.3.......................................................................................................................................3 Figura 2.4.......................................................................................................................................3 Figura 2.5.......................................................................................................................................4 Figura 2.6.......................................................................................................................................4 Figura 2.7.......................................................................................................................................4 Figura 2.8.......................................................................................................................................4 Figura 2.9...................................................................................................................................... 8 Figura 2.10...................................................................................................................................12 Figura 2.11...................................................................................................................................12 Figura 2.12...................................................................................................................................13 Figura 2.13...................................................................................................................................13 Figura 2.14...................................................................................................................................13 Figura 2.15...................................................................................................................................13 Figura 2.16...................................................................................................................................14 Figura 2.17...................................................................................................................................14 Figura 2.18...................................................................................................................................14 Figura 2.19...................................................................................................................................14 Figura 2.20...................................................................................................................................15 Figura 2.21...................................................................................................................................28 Figura 2.22...................................................................................................................................28 Figura 2.23...................................................................................................................................28 Figura 2.24...................................................................................................................................28 Figura 2.25...................................................................................................................................29 Figura 2.26...................................................................................................................................29 Figura Anexo II.1..........................................................................................................................45 Figura Anexo II.2..........................................................................................................................47 Figura Anexo II.3..........................................................................................................................48 Figura Anexo II.4..........................................................................................................................48 Figura Anexo II.5..........................................................................................................................48 Figura Anexo II.6..........................................................................................................................48 Figura Anexo III.1.........................................................................................................................49 Figura Anexo III.2.........................................................................................................................50 Figura Anexo III.3.........................................................................................................................50 Figura Anexo III.4.........................................................................................................................50 Figura Anexo III.5.........................................................................................................................52 Figura Anexo III.6.........................................................................................................................53 Figura Anexo III.7.........................................................................................................................54 Figura Anexo III.8.........................................................................................................................54 Figura Anexo III.9.........................................................................................................................56 Figura Anexo III.10.......................................................................................................................56 Índice de tablas Tabla 2.1........................................................................................................................................4 Tabla 2.2........................................................................................................................................5 Tabla 2.3........................................................................................................................................6 Tabla 2.4........................................................................................................................................9 Tabla 2.5......................................................................................................................................10 Tabla 2.6......................................................................................................................................10 Tabla 2.7................................................................................................................................ .....16 Tabla 2.8......................................................................................................................................16 Tabla 2.9......................................................................................................................................17 Tabla 2.10....................................................................................................................................19 Tabla 2.11....................................................................................................................................20 Tabla 2.12....................................................................................................................................20 Tabla 2.13....................................................................................................................................22 Tabla 2.14....................................................................................................................................23 Tabla 2.15....................................................................................................................................23 Tabla 2.16....................................................................................................................................25 Tabla 2.17....................................................................................................................................25 Tabla 2.18....................................................................................................................................26 Tabla Anexo I.1............................................................................................................................38 Tabla Anexo I.2............................................................................................................................39 2 Ensayos a realizar 4 Fig. 2.5 y 2.6 Posicionamiento de las piezas con el robot para la medición de las bridas 1 y 2. Fig. 2.7 y 2.8 Bridas 1 y 2. Con la comparación de estas dos formas de medición lo que se hace es determinar la validez del procedimiento de calibración empleado en el sistema de visión, ya que la exactitud en las mediciones hechas con la MMC es muy alta, por lo que son unos valores muy fiables para poder compararlos con los otros [13-19]. Otro factor que podría influir como es la precisión en el posicionamiento de la pieza por parte del robot, tiene una repetibilidad muy buena [2,20-24, 28], lo cual hace que las posibles diferencias que se obtengan entre unos resultados de medición y otros dependerán fundamentalmente de lo buena o no que sea la calibración del equipo de visión. Las operaciones requeridas para la obtención de los resultados que se exponen en las tablas resumen (Tablas 2.1, 2.2 y 2.3) se detallan con más precisión en el Anexo IV. BRIDA 1 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Diámetro 1 Recorrido 0.123 1.379 0.492 1.589 Corrección local -0.726 -0.617 -0.845 -0.294 Corrección global -0.621 -0.621 -0.621 -0.621 Máximo error global 0.159 0.851 0.588 1.213 Diámetro 2 Recorrido 0.097 0.082 0.102 0.286 Corrección local -0.528 -0.828 -0.819 -1.059 Corrección global -0.808 -0.808 -0.808 -0.808 Máximo error global 0.330 0.061 0.058 0.399 2 Ensayos a realizar 5 Diámetro 3 Recorrido 0.268 0.324 0.043 0.588 Corrección local -0.767 -0.947 -0.954 -0.524 Corrección global -0.798 -0.798 -0.798 -0.798 Máximo error global 0.185 0.255 0.182 0.159 BRIDA 2 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Diámetro 1 Recorrido 0.025 0.097 0.036 0.078 Corrección local -0.536 -0.499 -0.565 -0.502 Corrección global -0.526 -0.526 -0.526 -0.526 Máximo error global 0.026 0.080 0.056 0..066 Diámetro 2 Recorrido 0.018 0.03 0.016 0.023 Corrección local -5.025 -4.973 -4.795 -5.161 Corrección global -4.989 -4.989 -4.989 -4.989 Máximo error global 0.046 0.033 0.202 0.185 Diámetro 3 Recorrido 0.039 0.059 0.030 0.041 Corrección local -0.654 -0.642 -0.394 -0.636 Corrección global -0.581 -0.581 -0.581 -0.581 Máximo error global 0.085 0.086 0.201 0.074 Tabla 2.1 Resultados de la medición de los diámetros de los agujeros de las piezas. Los valores de los recorridos para el diámetro 1 de la brida 1 en los modelos 2 y 3 son demasiado grandes. Si se observan los valores de las 10 medidas tomadas para este agujero, se ve como hay algunas que se salen de los valores normales, por ello el recorrido aumenta. Esto puede deberse a que el agujero que se mide es roscado con lo que la exactitud de la medición disminuye, al ser más fácil que aparezcan reflejos en las imágenes tomadas, que hagan que en su posterior procesamiento para calcular el valor de los diámetros, estos varíen. Esto también provoca que el máximo error global, por lo general, sea mayor en este primer diámetro, ya que es donde la diferencia entre el valor de medición con la MMC y el obtenido con el sistema de visión aplicándole la corrección global es más grande. BRIDA 1 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Recorrido 0.056 0.018 0.072 0.119 Corrección local -0.149 -0.044 -0.074 -0.17 Corrección global -0.109 -0.109 -0.109 -0.109 Máximo error global 0.064 0.075 0.065 0.140 BRIDA 2 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Recorrido 0.030 0.110 0.020 0.020 Corrección local -0.075 -0.418 -0.059 -0.082 Corrección global -0.158 -0.158 -0.158 -0.158 Máximo error global 0.100 0.301 0.109 0.084 Tabla 2.2 Resultados de la medición de las planitudes de las piezas. En esta segunda tabla cabe destacar los valores de planitud obtenidos para la brida 1 del modelo 3 y el de la brida 2 en el modelo 2. En ambos, las 10 mediciones realizadas eran 2 Ensayos a realizar 6 grandes comparándolas con las que se tienen para los otros modelos, por ello el valor de corrección local es mayor y con variaciones significativas, lo que hace que el recorrido también sea elevado. Comprobando las dos bridas, se observa que el acabado, que se consiguió después de mecanizarla, es diferente al de los otros modelos y por esto, a la hora de realizar la medición con las cámaras, los valores de planitud obtenidos son diferentes. A continuación, para poder comparar los valores de X e Y obtenidos por uno y otro método de medición, para la brida 2, se debe hacer un cambio de coordenadas para los datos de X e Y que se consiguen mediante la medición sin contacto (se detalla en el Anexo IV). Para la brida 1 los valores de X e Y que obtenemos por ambos métodos están en el mismo sistema de coordenadas, por lo que no se tiene que hacer nada. BRIDA 1 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 X1 Recorrido 0.061 0.599 0.252 0.427 Corrección local 0.237 0.058 0.071 0.265 Corrección global 0.158 0.158 0.158 0.158 Máximo error global 0.104 0.348 0.241 0.294 X2 Recorrido 0.100 0.277 0.213 0.272 Corrección local 0.116 -0.002 -0.017 -0.167 Corrección global -0.018 -0.018 -0.018 -0.018 Máximo error global 0.185 0.151 0.107 0.323 Y1 Recorrido 0.071 0.267 0.101 0.347 Corrección local -0.076 -0.125 -0.077 -0.234 Corrección global -0.128 -0.128 -0.128 -0.128 Máximo error global 0.093 0.138 0.108 0.310 Y2 Recorrido 0.199 0.459 0.249 0.646 Corrección local 0.173 -0.155 -0.196 0.078 Corrección global -0.025 -0.025 -0.025 -0.025 Máximo error global 0.324 0.376 0.268 0.349 BRIDA 2 Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 X1 Recorrido 0.058 0.042 0.044 0.027 Corrección local 0.207 -0.036 0.073 -0.745 Corrección global -0.125 -0.125 -0.125 -0.125 Máximo error global 0.363 0.110 0.217 0.634 X2 Recorrido 0.075 0.060 0.034 0.027 Corrección local -0.083 -0.169 -0.093 -0.552 Corrección global -0.224 -0.224 -0.224 -0.224 Máximo error global 0.180 0.098 0.147 0.344 Y1 Recorrido 0.020 0.034 0.015 0.015 Corrección local 0.042 0.020 0.030 -1.020 Corrección global -0.232 -0.232 -0.232 -0.232 Máximo error global 0.283 0.262 0.269 0.795 Y2 Recorrido 0 0 0 0 Corrección local 0 0 0 0 Corrección global 0 0 0 0 Máximo error global 0 0 0 0 Tabla 2.3 Resultados de la medición de las coordenadas XY de los agujeros de las piezas. 2 Ensayos a realizar 7 Se pueden ver en la tablas resumen de resultados cómo los valores de recorrido para los diámetros y coordenadas XY son mayores en la brida 1 que en la 2. Ello es debido, como ya se comentó antes, a que en la brida 1 los agujeros son roscados y en la brida 2 no, por lo que a la hora de tratar las imágenes, para calcular los valores de diámetros y coordenadas, en los roscados se producen reflejos que dificulta el obtener medidas iguales. Como conclusión de este estudio de repetibilidad y prestando especial atención al parámetro de la planitud, cabe destacar que exceptuando una brida para el modelo 2 y otra para el modelo 3, en los que como ya se comentó los resultados se desviaban de los obtenidos en los otros modelos, la repetibilidad en las medidas es buena. Esto se contrasta haciendo el cálculo de la incertidumbre para los 3 parámetros según la GUM [29] y usando un nivel de confianza del 95% para k = 2. Los resultados que se obtienen son para la planitud de 0.05 y en el caso de los diámetros y de su posición de 0.2. Se comprueba que la mayor parte de las mediciones hechas entran dentro de estos valores, sólo quedan excluidas aquellas en las que se ha visto que hay problemas de reflejos o de acabado superficial. 2.2 Recalibración del equipo El primer método de calibración consiste en relacionar una serie de puntos, cuyas coordenadas 3D en el espacio son perfectamente conocidas, con las coordenadas 2D que se obtienen al capturar imágenes de los mismos [25]. De esta forma se consigue una matriz de perspectiva del modelo cámara, que junto con la imagen del laser incidiendo en el calibrador, nos permite ajustar un mejor plano y con sus coeficientes más los parámetros de la Matriz de Transformación de Perspectiva (MTP), se puede reconstruir los puntos espaciales de la superficie de las piezas a partir de sus imágenes tomadas [27]. El sistema de referencia utilizado es ortogonal y dextrógiro para poder obtener la matriz y los coeficientes del plano y se define a continuación (Fig. 2.9): Eje X: su dirección está definida por la intersección del plano que contiene a todos los puntos del calibrador con el plano que contiene a la superficie donde están alojados y su sentido es positivo cuando se avanza hacia la derecha, visto desde la cámara. El origen está en el primer punto del calibrador que aparece a la izquierda de la imagen. Eje Y: su dirección es la de desplazamiento del carro de la posicionadora y su sentido coincide con el movimiento positivo que tiene la posicionadora definido por defecto. El origen estaría situado en la posición ¨cero¨ o ¨home¨ de la posicionadora. Eje Z: su dirección es la normal al plano medio entre las dos almenas, donde está definido el origen y el sentido es positivo hacia arriba. 2 Ensayos a realizar 8 Fig. 2.9 Sistema de referencia en el primer método de calibración. En la calibración del equipo se modifican dos parámetros de la óptica de las cámaras, enfoque y diafragma, que una vez variados se mantienen fijos para el resto del proceso de calibración y posterior captura de imágenes. Para ajustarlos se emplea una pieza representativa de las que posteriormente se medirán. Una vez realizado el enfoque hay que llegar a un compromiso entre el menor cierre del diafragma que permita mayor profundidad de campo (para tener una imagen nítida y enfocada correctamente alrededor del punto de enfoque) y la mayor iluminación posible de la imagen, para poder emplear tiempos de exposición más cortos (mayor número de captura de imágenes) y ganancias pequeñas (mejor respuesta del sensor ante el ruido). También hay que tener en cuenta que la línea del laser debe estar enfocada a la distancia de trabajo a la pieza (cuando la línea del laser aparece en la parte central de la imagen) y que en el proceso de calibración se captan diversas imágenes del calibrador (desplazándose de un extremo a otro del campo de visión de la cámara) y por lo tanto, la profundidad de campo debe ser suficiente para captar con nitidez los puntos de un extremo y otro. Para lograr este compromiso se ajusta el diafragma para la pieza y posteriormente se comprueba que la profundidad de campo impuesta es suficiente para el calibrador. A la vez que se hace esto, es importante ajustar el valor de la ganancia, de forma que la línea del laser destaque sobre el fondo sin que comience a saturar la imagen ni a aparecer un ruido excesivo. Es recomendable dejar un margen entre el mayor valor de ganancia de la cámara y el valor impuesto por si hubiese alguna pieza cuya superficie fuese más especular, lo que implicaría una menor iluminación en niveles de gris de la línea laser, y se necesitase aumentar este valor [13, 14]. Existen otros parámetros ajustables, que pueden ser modificados sin recalibrar el equipo, como son el tiempo de exposición (tiempo que permanece expuesto el sensor y durante el que capta fotones) y la ganancia (que aumenta el nivel de gris de los píxeles de la imagen para llevarlos a niveles en los que sea posible su correcto análisis), ambos asociados a la operación de la cámara y variables desde software. El primero de ellos no se modifica, dejando su valor en 5 ms y el segundo se varía para hacer un estudio de sensibilidad y ver cómo afectaba a las distintas mediciones. Se empleó una ganancia de 4.6, pero con este valor no se podía efectuar la medición del modelo 2, por lo que para él se tuvo que aumentar hasta 11.6. Para los otros modelos se buscó una ganancia máxima para la cual se pudiesen medir y con ella se hizo la 2 Ensayos a realizar 9 medición del modelo 1. A continuación se muestran los resultados de las distintas mediciones (Tablas 2.4, 2.5 y 2.6). BRIDA 1 Ganancia Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Media Tendencia Diámetro 1 Recorrido 16.9 0.123 1.379 0.492 1.589 0.896 0.551 4.6 0.139 0.066 0.828 0.344 0.000 11.6 1.495 1.495 1.151 Max. 9.8 0.183 0.183 -0.161 Corrección local 16.9 -0.726 -0.617 -0.845 -0.294 -0.621 -0.199 4.6 -0.773 -0.787 -0.898 -0.819 0.000 11.6 -0.630 -0.630 -0.190 Max. 9.8 -0.583 -0.583 -0.237 Diámetro 2 Recorrido 16.9 0.097 0.082 0.102 0.286 0.142 0.047 4.6 0.09 0.057 0.137 0.095 0.000 11.6 2.331 2.331 2.236 Max. 9.8 0.118 0.118 0.023 Corrección local 16.9 -0.528 -0.828 -0.819 -1.059 -0.809 -0.071 4.6 -0.668 -0.902 -1.067 -0.879 0.000 11.6 -0.298 -0.298 -0.581 Max. 9.8 -0.446 -0.446 -0.433 Diámetro 3 Recorrido 16.9 0.268 0.324 0.043 0.588 0.306 0.054 4.6 0.306 0.04 0.41 0.52 0.000 11.6 0.249 0.249 -0.003 Max. 9.8 1.092 1.092 0.840 Corrección local 16.9 -0.767 -0.947 -0.954 -0.524 -0.798 -0.118 4.6 -0.907 -1.002 -0.840 -0.916 0.000 11.6 -0.867 -0.867 -0.049 Max. 9.8 -0.435 -0.435 -0.482 BRIDA 2 Ganancia Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Media Tendencia Diámetro 1 Recorrido 16.9 0.025 0.097 0.036 0.078 0.059 0.004 4.6 0.04 0.083 0.042 0.055 0.000 11.6 0.063 0.063 0.008 Max. 9.8 0.021 0.021 -0.034 Corrección local 16.9 -0.536 -0.499 -0.565 -0.502 -0.526 -0.054 4.6 -0.662 -0.558 -0.519 -0.579 0.000 11.6 -0.397 -0.397 -0.182 Max. 9.8 -0.534 -0.534 -0.045 Diámetro 2 Recorrido 16.9 0.018 0.03 0.016 0.023 0.022 0.007 4.6 0.019 0.013 0.011 0.014 0.000 11.6 0.016 0.016 0.002 Max. 9.8 0.01 0.010 -0.004 Corrección local 16.9 -5.025 -4.973 -4.795 -5.161 -4.989 -0.047 4.6 -5.052 -4.847 -5.209 -5.036 0.000 11.6 -4.912 -4.912 -0.124 Max. 9.8 -4.968 -4.968 -0.068 2 Ensayos a realizar 10 Diámetro 3 Recorrido 16.9 0.039 0.059 0.03 0.041 0.042 0.008 4.6 0.018 0.04 0.044 0.034 0.000 11.6 0.064 0.064 0.030 Max. 9.8 0.03 0.030 -0.004 Corrección local 16.9 -0.654 -0.642 -0.394 -0.636 -0.582 -0.050 4.6 -0.732 -0.461 -0.703 -0.632 0.000 11.6 -0.517 -0.517 -0.115 Max. 9.8 -0.616 -0.618 -0.014 Tabla 2.4 Resultados de la medición de los diámetros de los agujeros de las piezas. BRIDA 1 Ganancia Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Media Tendencia Recorrido 16.9 0.056 0.018 0.072 0.119 0.066 0.017 4.6 0.071 0.021 0.057 0.050 0.000 11.6 0.033 0.033 -0.017 Max. 9.8 0.042 0.042 -0.008 Corrección local 16.9 -0.149 -0.044 -0.074 -0.170 -0.109 0.025 4.6 -0.109 -0.026 -0.117 -0.084 0.000 11.6 -0.078 -0.078 -0.006 Max. 9.8 -0.137 -0.137 0.053 BRIDA 2 Ganancia Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Media Tendencia Recorrido 16.9 0.03 0.11 0.02 0.02 0.045 0.032 4.6 0.01 0.02 0.01 0.013 0.000 11.6 0.05 0.050 0.037 Max. 9.8 0.05 0.050 0.037 Corrección local 16.9 -0.075 -0.418 -0.059 -0.082 -0.159 0.127 4.6 -0.035 -0.011 -0.05 -0.032 0.000 11.6 -0.172 -0.172 0.140 Max. 9.8 -0.092 -0.092 0.060 Tabla 2.5 Resultados de la medición de las planitudes de las piezas. BRIDA 1 Ganancia Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Media Tendencia X1 Recorrido 16.9 0.061 0.599 0.252 0.427 0.335 0.186 4.6 0.09 0.077 0.278 0.148 0.000 11.6 1.929 1.929 1.781 Max. 9.8 0.082 0.082 -0.066 Corrección local 16.9 0.237 0.058 0.071 0.265 0.158 -0.166 4.6 0.372 0.276 0.324 0.324 0.000 11.6 0.506 0.506 0.182 Max. 9.8 0.315 0.315 -0.009 2 Ensayos a realizar 11 X2 Recorrido 16.9 0.1 0.277 0.213 0.272 0.216 0.120 4.6 0.109 0.077 0.101 0.096 0.000 11.6 1.068 1.068 0.972 Max. 9.8 0.166 0.166 0.070 Corrección local 16.9 0.116 -0.002 -0.017 -0.167 -0.018 -0.044 4.6 -0.185 0.043 -0.045 0.061 0.000 11.6 0.219 0.219 0.158 Max. 9.8 0.086 0.086 0.025 Y1 Recorrido 16.9 0.071 0.267 0.101 0.347 0.197 0.080 4.6 0.073 0.038 0.239 0.117 0.000 11.6 0.240 0.240 0.123 Max. 9.8 0.142 0.142 0.025 Corrección local 16.9 -0.076 -0.125 -0.077 -0.234 -0.128 0.016 4.6 -0.074 -0.118 -0.143 -0.112 0.000 11.6 -0.140 -0.140 0.028 Max. 9.8 -0.143 -0.143 0.031 Y2 Recorrido 16.9 0.199 0.459 0.249 0.646 0.388 0.215 4.6 0.188 0.056 0.276 0.173 0.000 11.6 0.991 0.991 0.818 Max. 9.8 0.714 0.714 0.541 Corrección local 16.9 0.173 -0.155 -0.196 0.078 -0.025 0.012 4.6 0.051 -0.247 0.157 -0.013 0.000 11.6 -0.164 -0.164 0.151 Max. 9.8 0.255 0.255 0.242 BRIDA 2 Ganancia Modelo 1 Modelo 2 Modelo 2B Modelo 3 Media Tendencia X1 Recorrido 16.9 0.058 0.042 0.044 0.027 0.043 0.002 4.6 0.031 0.065 0.028 0.041 0.000 11.6 0.047 0.047 0.006 Max. 9.8 0.025 0.025 -0.016 Corrección local 16.9 0.207 -0.036 0.073 -0.745 -0.125 0.012 4.6 0.247 0.110 -0.696 -0.113 0.000 11.6 -0.016 -0.016 -0.097 Max. 9.8 0.287 0.287 0.174 X2 Recorrido 16.9 0.075 0.06 0.034 0.027 0.049 0.008 4.6 0.036 0.054 0.033 0.041 0.000 11.6 0.074 0.074 0.033 Max. 9.8 0.046 0.046 0.006 Corrección local 16.9 -0.083 -0.169 -0.093 -0.552 -0.224 0.037 4.6 -0.014 -0.053 -0.495 -0.187 0.000 11.6 -0.130 -0.130 -0.058 Max. 9.8 0.002 0.002 -0.185 Y1 Recorrido 16.9 0.020 0.034 0.015 0.015 0.021 -0.003 4.6 0.018 0.023 0.032 0.024 0.000 11.6 0.030 0.030 0.006 Max. 9.8 0.012 0.012 -0.012 Corrección local 16.9 0.042 0.020 0.030 -1.020 -0.232 -0.081 4.6 0.054 0.036 -1.028 -0.313 0.000 11.6 0.059 0.059 -0.254 Max. 9.8 0.043 0.043 -0.270 2 Ensayos a realizar 12 Y2 Recorrido 16.9 0 0 0 0 0 0 4.6 0 0 0 0 0 11.6 0 0 0 Max. 9.8 0 0 0 Corrección local 16.9 0 0 0 0 0 0 4.6 0 0 0 0 0 11.6 0 0 0 Max. 9.8 0 0 0 Tabla 2.6 Resultados de la medición de las coordenadas XY de los agujeros de las piezas. Se realiza la media de los recorridos y de las correcciones locales para posteriormente, tomando como referencia la medición con ganancia de 4.6, hacer un estudio de la tendencia de los mismos. Al analizar el recorrido se observa que no se puede sacar una tendencia en ninguno de los parámetros estudiados. En cuanto a la corrección local, se ve, que en el diámetro de los agujeros, al aumentar la ganancia, la corrección disminuye y en la planitud, cuando aumenta la ganancia, la corrección local también se incrementa. En las coordenadas XY del centro de los agujeros no se puede sacar una tendencia clara de la corrección. 2.2.1 Estudio de resultados de medición A continuación se hace un estudio en profundidad de aquellos valores que se salen de los resultados normales en la medición de alguno de los parámetros que se consideran. Análisis de los valores que difieren de los normales en la medición del diámetro 1 de la brida 1 (Fig. 2.10–2.14). Fig. 2.10 Imagen del diámetro 1 de la brida 1 en el modelo 2. Se observa en la imagen, que en el modelo 2 con una ganancia de 11.6, aparece un reflejo debido a la presencia de un chaflán, el cual es el causante de que a la hora de medir el diámetro y calcular las coordenadas del agujero, la medición no sea correcta. Comparando esta imagen con otra tomada del mismo modelo, pero con ganancia 16.9 y donde el error de medición es pequeño, no se aprecia una gran una diferencia. Fig. 2.11 Imagen del diámetro 1 de la brida 1 en el modelo 2, con una ganancia de 16.9. 2 Ensayos a realizar 13 De igual manera comparando las imágenes anteriores con otras tomadas de diferentes modelos, se observa un problema similar. Fig. 2.12 Imagen del diámetro 1 de la brida 1 en el modelo 1. Fig. 2.13 Imagen del diámetro 1 de la brida 1 en el modelo 2B. Fig. 2.14 Imagen del diámetro 1 de la brida 1 en el modelo 3. Por lo tanto se puede concluir que existe un problema con el agujero 1, sobretodo en los modelos 2 y 3, ya que en estos tanto para una ganancia como para otra los valores del recorrido son de los más altos. Una posible solución sería mejorar el software existente de forma que estos puntos gordos los despreciase. Otra sería posicionar la pieza con el robot de forma que se minimizasen los reflejos. Análisis de los valores de recorrido, para el diámetro 2 también de la brida 1 (fig. 2.15- 2.17), que difieren de los normales. Se observa que el mayor valor de recorrido se da en el modelo 2. Fig. 2.15 Imagen del diámetro 2 de la brida 1 en el modelo 2. Si se compara esta imagen con la que se obtiene en la medición de este mismo modelo pero a ganancia 16.9, no se observa gran diferencia. 2 Ensayos a realizar 20 BRIDA 1 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Dirección 1 0.073 -0.114 0.435 -0.679 0 0 Dirección (0,1,0) 0.067 -0.108 0.414 -0.667 -0.006 -0.006 Dirección 2 0.073 -0.114 0.435 -0.679 0 0 Dirección 3 0.074 -0.114 0.440 -0.679 0.001 0 BRIDA 2 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Dirección 1 0.010 -0.037 0.114 -0.420 0 0 Dirección (0,1,0) 0.010 -0.036 0.115 -0.414 0 -0.001 Dirección 2 0.010 -0.037 0.114 -0.420 0 0 Dirección 3 0.010 -0.036 0.115 -0.414 0 -0.001 Tabla 2.11 Resultados medición de planitudes. BRIDA 1 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local X1 Dirección 1 0.075 0.198 0.001 0.002 0 0 Dirección (0,1,0) 0.096 0.534 0.001 0.006 0.021 0.336 Dirección 2 0.076 0.179 0.001 0.002 0.001 -0.019 Dirección 3 0.077 0.156 0.001 0.002 0.002 -0.042 X2 Dirección 1 0.111 0.099 0.003 0.002 0 0 Dirección (0,1,0) 0.108 0.308 0.003 0.007 -0.003 0.209 Dirección 2 0.112 0.086 0.003 0.002 0.001 -0.013 Dirección 3 0.112 0.071 0.003 0.002 0.001 -0.028 Y1 Dirección 1 0.074 -0.074 1 -1 0 0 Dirección (0,1,0) 0.073 -0.034 2.141 -0.997 -0.001 -0.04 Dirección 2 0.073 -0.077 0.954 -1.007 -0.001 0.003 Dirección 3 0.073 -0.080 0.914 -1.001 -0.001 0.006 Y2 Dirección 1 0.209 0.144 0.003 0.002 0 0 Dirección (0,1,0) 0.178 -0.072 0.003 -0.001 -0.031 -0.072 Dirección 2 0.208 0.157 0.003 0.003 -0.001 0.013 Dirección 3 0.208 0.174 0.003 0.003 -0.001 0.030 2 Ensayos a realizar 21 BRIDA 2 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local X1 Dirección 1 0.031 0.240 0.001 0.008 0 0 Dirección (0,1,0) 0.031 0.240 0.001 0.008 -0.0001 -0.0002 Dirección 2 0.031 0.240 0.001 0.008 0 -0.0002 Dirección 3 0.031 0.240 0.001 0.008 0 -0.0002 X2 Dirección 1 0.038 -0.014 0.001 -0.0002 0 0 Dirección (0,1,0) 0.036 -0.014 0.001 -0.0002 -0.002 -0.0004 Dirección 2 0.037 -0.014 0.001 -0.0002 -0.002 -0.0004 Dirección 3 0.037 -0.014 0.001 -0.0002 -0.002 -0.0004 Y1 Dirección 1 0.019 0.063 0.225 0.766 0 0 Dirección (0,1,0) 0.019 0.063 0.225 0.763 0 -0.0002 Dirección 2 0.019 0.063 0.231 0.758 0.001 -0.0006 Dirección 3 0.019 0.063 0.231 0.765 0.001 -0.0001 Y2 Dirección 1 0 0 0 0 Dirección (0,1,0) 0 0 0 0 Dirección 2 0 0 0 0 Dirección 3 0 0 0 0 Tabla 2.12 Resultados medición de coordenadas XY. Analizando los valores de recorridos y correcciones locales para los diámetros, planitudes y coordenadas XY, se extrae que no se puede sacar ninguna tendencia relacionada con la variación de las direcciones. Lo único a destacar es que para la dirección (0,1,0), tanto para el recorrido como para la corrección local, en la mayoría de los casos y especialmente al hacer la medición de las coordenadas de la brida 1, es donde se producen las mayores variaciones, ya sean positivas o negativas. 2.6 Estudio de sensibilidad variando las direcciones En este estudio se modifica el vector director de la posicionadora, primero en el plano XY y posteriormente en el YZ. Para ello se realizan los siguientes cálculos. 2.6.1 Variación en el plano XY Se modifica el vector director únicamente en este plano, por lo que la componente en Z del mismo no se modifica. Se emplea como valor de partida el vector de la dirección 1: 2 Ensayos a realizar 22 Con estos datos de I y J se calcula el ángulo de la posicionadora con respecto a la dirección Y en el plano XY. Teniendo este valor de referencia se va incrementando el valor del ángulo y calculando el vector unidad correspondiente hasta conseguir el máximo ángulo posible, para el cual ya no se puede hacer la medición de la pieza. El valor máximo de α es 2⁰ y para obtener los correspondientes valores de I y J se opera de la siguiente manera. Como el valor máximo posible de α es 2⁰ y el que se toma de referencia está próximo a 0.5⁰, se cogen como valores intermedios 1⁰ y 1.5⁰, para poder ver si hay alguna tendencia en el recorrido y la corrección local al variar este ángulo. A continuación se muestra las tablas con los resultados obtenidos en las distintas mediciones de los diámetros (Tabla 2.13), las planitudes (Tabla 2.14) y las coordenadas XY (Tabla 2.15). BRIDA 1 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Diámetro 1 Dirección 1 0.142 -0.767 0.019 -0.101 0 0 Dirección 1⁰ 0.131 -0.754 0.017 -0.100 -0.011 -0.013 Dirección 1.5⁰ 0.131 -0.757 0.017 -0.100 -0.011 -0.010 Dirección 2⁰ 0.132 -0.754 0.017 -0.100 -0.010 -0.013 Diámetro 2 Dirección 1 0.108 -0.671 0.014 -0.090 0 0 Dirección 1⁰ 0.121 -0.664 0.016 -0.089 0.013 -0.007 Dirección 1.5⁰ 0.134 -0.663 0.018 -0.089 0.026 -0.008 Dirección 2⁰ 0.162 -0.641 0.022 -0.086 0.054 -0.030 Diámetro 3 Dirección 1 0.310 -0.906 0.040 -0.117 0 0 Dirección 1⁰ 0.303 -0.909 0.039 -0.117 -0.007 0.003 Dirección 1.5⁰ 0.318 -0.912 0.041 -0.118 0.008 0.006 Dirección 2⁰ 0.329 -0.908 0.043 -0.117 0.019 0.002 BRIDA 2 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Diámetro 1 Dirección 1 0.039 -0.662 0.004 -0.072 0 0 Dirección 1⁰ 0.04 -0.662 0.004 -0.072 0.001 -0.0003 Dirección 1.5⁰ 0.039 -0.661 0.004 -0.072 0 -0.0008 Dirección 2⁰ 0.04 -0.662 0.004 -0.072 0.001 -0.0002 2 Ensayos a realizar 23 Diámetro 2 Dirección 1 0.02 -5.053 0.0005 -0.1357 0 0 Dirección 1⁰ 0.02 -5.051 0.0005 -0.1357 0 -0.001 Dirección 1.5⁰ 0.02 -5.050 0.0005 -0.1356 0 -0.002 Dirección 2⁰ 0.048 -5.159 0.0013 -0.1382 0.028 0.107 Diámetro 3 Dirección 1 0.019 -0.733 0.002 -0.080 0 0 Dirección 1⁰ 0.019 -0.733 0.002 -0.080 0 0.0002 Dirección 1.5⁰ 0.018 -0.733 0.002 -0.080 -0.001 0.0006 Dirección 2⁰ 0.018 -0.733 0.002 -0.080 -0.001 0.0004 Tabla 2.13 Resultados medición de diámetros. BRIDA 1 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Dirección 1 0.073 -0.114 0.435 -0.679 0 0 Dirección 1⁰ 0.08 -0.118 0.462 -0.682 0.007 0.004 Dirección 1.5⁰ 0.076 -0.126 0.420 -0.696 0.003 0.012 Dirección 2⁰ 0.072 -0.157 0.341 -0.744 -0.001 0.043 BRIDA 2 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Dirección 1 0.01 -0.037 0.114 -0.420 0 0 Dirección 1⁰ 0.01 -0.036 0.115 -0.414 0 -0.001 Dirección 1.5⁰ 0.01 -0.036 0.115 -0.414 0 -0.001 Dirección 2⁰ 0.01 -0.034 0.118 -0.400 0 -0.003 Tabla 2.14 Resultados medición de planitudes. BRIDA 1 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local X1 Dirección 1 0.075 0.198 0.001 0.002 0 0 Dirección 1⁰ 0.124 -0.158 0.001 -0.002 0.049 -0.040 Dirección 1.5⁰ 0.160 -0.504 0.002 -0.006 0.085 0.306 Dirección 2⁰ 0.210 -0.828 0.002 -0.010 0.135 0.630 X2 Dirección 1 0.111 0.099 0.003 0.002 0 0 Dirección 1⁰ 0.126 -0.129 0.003 -0.003 0.015 0.030 Dirección 1.5⁰ 0.113 -0.345 0.003 -0.008 0.002 0.246 Dirección 2⁰ 0.127 -0.560 0.003 -0.013 0.0016 0.461 Y1 Dirección 1 0.074 -0.074 1 -1 0 0 Dirección 1⁰ 0.080 -0.122 0.654 -1 0.006 0.048 Dirección 1.5⁰ 0.070 -0.164 0.426 -1 -0.004 0.090 Dirección 2⁰ 0.063 -0.216 0.292 -1 -0.011 0.142 Y2 Dirección 1 0.209 0.144 0.003 0.002 0 0 Dirección 1⁰ 0.389 0.389 0.006 0.006 0.180 0.245 Dirección 1.5⁰ 0.636 0.631 0.010 0.010 0.427 0.487 Dirección 2⁰ 0.878 0.867 0.014 0.014 0.669 0.723 2 Ensayos a realizar 24 BRIDA 2 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local X1 Dirección 1 0.031 0.240 0.001 0.008 0 0 Dirección 1⁰ 0.032 0.241 0.001 0.008 0.001 0.001 Dirección 1.5⁰ 0.033 0.241 0.001 0.008 0.003 0.001 Dirección 2⁰ 0.034 0.160 0.001 0.005 0.003 -0.080 X2 Dirección 1 0.038 -0.014 0.001 0 0 0 Dirección 1⁰ 0.040 -0.015 0.001 0 0.002 0 Dirección 1.5⁰ 0.043 -0.015 0.001 0 0.005 0.001 Dirección 2⁰ 0.049 -0.016 0.001 0 0.012 0.001 Y1 Dirección 1 0.019 0.063 0.231 0.765 0 0 Dirección 1⁰ 0.019 0.063 0.224 0.762 0 0 Dirección 1.5⁰ 0.018 0.063 0.219 0.752 0 -0.001 Dirección 2⁰ 0.035 0.015 0.264 0.115 0 -0.048 Y2 Dirección 1 0 0 0 0 Dirección 1⁰ 0 0 0 0 Dirección 1.5⁰ 0 0 0 0 Dirección 2⁰ 0 0 0 0 Tabla 2.15 Resultados de medición de coordenadas XY. En la comparación de los diámetros y las planitudes no se puede sacar una tendencia clara. Sin embargo, en el caso de las coordenadas, en especial en la brida 1, sí se observa una clara tendencia, al aumentar el recorrido y la corrección global conforme se aumenta el ángulo α. Lo cual es lógico, ya que conforme se incrementa este ángulo la posicionadora cada vez se encuentra en una situación más alejada respecto a las coordenadas de los agujeros. 2.6.2 Variación en el plano YZ Se opera de la misma forma que antes al variar la dirección en el plano YZ, pero ahora la componente que no se modifica es la X. Se calcula el ángulo β que forma la posicionadora con la dirección Y, en este caso en el plano YZ. Se varía el ángulo β hasta conseguir el mayor valor posible para el que se pude hacer la medición. Y en este caso se observa que no existe un límite, por lo que tomamos un valor mayor de 20⁰ y unos intermedios de 5⁰ ,10⁰ y 15⁰ para poder ver si hay alguna tendencia. Seguidamente se muestran las tablas con los resultados de las mediciones de los diámetros (Tabla 2.16), las planitudes (Tabla 2.17) y las coordenadas XY (Tabla 2.18). 2 Ensayos a realizar 25 BRIDA 1 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Diámetro 1 Dirección 1 0.142 -0.767 0.019 -0.101 0 0 Dirección 5⁰ 0.132 -0.763 0.017 -0.101 -0.010 -0.004 Dirección 10⁰ 0.131 -0.759 0.017 -0.100 -0.011 -0.008 Dirección 15⁰ 0.129 -0.757 0.017 -0.100 -0.013 -0.010 Dirección 20⁰ 0.130 -0.754 0.017 -0.100 -0.012 -0.013 Diámetro 2 Dirección 1 0.108 -0.671 0.014 -0.090 0 0 Dirección 5⁰ 0.109 -0.652 0.015 -0.087 0.001 -0.019 Dirección 10⁰ 0.344 -0.675 0.046 -0.090 0.236 0.004 Dirección 15⁰ 0.119 -0.635 0.016 -0.085 0.011 -0.036 Dirección 20⁰ 0.104 -0.632 0.014 -0.085 -0.004 -0.039 Diámetro 3 Dirección 1 0.310 -0.906 0.040 -0.117 0 0 Dirección 5⁰ 0.289 -0.900 0.037 -0.116 -0.021 -0.006 Dirección 10⁰ 0.300 -0.893 0.039 -0.116 -0.010 -0.013 Dirección 15⁰ 0.295 -0.896 0.038 -0.116 -0.015 -0.010 Dirección 20⁰ 0.290 -0.894 0.038 -0.116 -0.020 -0.012 BRIDA 2 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Diámetro 1 Dirección 1 0.039 -0.662 0.004 -0.072 0 0 Dirección 5⁰ 0.041 -0.650 0.004 -0.071 0.002 -0.012 Dirección 10⁰ 0.041 -0.637 0.004 -0.069 0.002 -0.025 Dirección 15⁰ 0.042 -0.627 0.004 -0.068 0.003 -0.035 Dirección 20⁰ 0.042 -0.617 0.004 -0.067 0.003 -0.045 Diámetro 2 Dirección 1 0.02 -5.053 0.0005 -0.136 0 0 Dirección 5⁰ 0.021 -5.030 0.001 -0.135 0.001 -0.023 Dirección 10⁰ 0.026 -5.007 0.001 -0.135 0.006 -0.046 Dirección 15⁰ 0.031 -4.986 0.001 -0.134 0.011 -0.067 Dirección 20⁰ 0.034 -4.966 0.001 -0.134 0.014 -0.087 Diámetro 3 Dirección 1 0.019 -0.733 0.002 -0.080 0 0 Dirección 5⁰ 0.036 -0.713 0.004 -0.078 0.017 -0.020 Dirección 10⁰ 0.037 -0.694 0.004 -0.076 0.018 -0.039 Dirección 15⁰ 0.033 -0.676 0.004 -0.074 0.014 -0.057 Dirección 20⁰ 0.034 -0.660 0.004 -0.073 0.015 -0.073 Tabla 2.16 Resultados medición e diámetros. BRIDA 1 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Dirección 1 0.073 -0.114 0.435 -0.679 0 0 Dirección 5⁰ 0.064 -0.106 0.401 -0.664 -0.009 -0.008 Dirección 10⁰ 0.054 -0.098 0.356 -0.646 -0.019 -0.016 Dirección 15⁰ 0.052 -0.088 0.366 -0.620 -0.021 -0.026 Dirección 20⁰ 0.049 -0.079 0.369 -0.594 -0.024 -0.035 2 Ensayos a realizar 26 BRIDA 2 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local Dirección 1 0.010 -0.037 0.114 -0.420 0 0 Dirección 5⁰ 0.010 -0.034 0.118 -0.400 0 -0.003 Dirección 10⁰ 0.010 -0.032 0.120 -0.386 0 -0.005 Dirección 15⁰ 0 -0.029 0 -0.363 -0.01 -0.008 Dirección 20⁰ 0.010 -0.026 0.130 -0.338 0 -0.011 Tabla 2.17 Resultados medición de planitudes. BRIDA 1 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local X1 Dirección 1 0.075 0.198 0.001 0.002 0 0 Dirección 5⁰ 0.097 0.170 0.001 0.002 0.022 -0.028 Dirección 10⁰ 0.098 0.148 0.001 0.002 0.023 -0.050 Dirección 15⁰ 0.085 0.123 0.001 0.001 0.010 -0.075 Dirección 20⁰ 0.093 0.100 0.001 0.001 0.018 -0.098 X2 Dirección 1 0.111 0.099 0.003 0.002 0 0 Dirección 5⁰ 0.088 0.061 0.002 0.001 -0.023 -0.038 Dirección 10⁰ 0.103 0.031 0.002 0.001 -0.008 -0.068 Dirección 15⁰ 0.093 0.003 0.002 0 -0.018 -0.096 Dirección 20⁰ 0.088 -0.024 0.002 -0.001 -0.023 -0.075 Y1 Dirección1 0.074 -0.074 1 -1 0 0 Dirección 5⁰ 0.057 -0.098 0.585 -1.005 -0.017 0.024 Dirección 10⁰ 0.058 -0.116 0.501 -1.002 -0.016 0.042 Dirección 15⁰ 0.067 -0.131 0.513 -1.002 -0.007 0.057 Dirección 20⁰ 0.071 -0.146 0.487 -1.002 -0.003 0.072 Y2 Dirección 1 0.209 0.144 0.003 0.002 0 0 Dirección 5⁰ 0.192 0.131 0.003 0.002 -0.017 -0.013 Dirección 10⁰ 0.203 0.113 0.003 0.002 -0.006 -0.031 Dirección 15⁰ 0.227 0.098 0.004 0.002 0.018 -0.046 Dirección 20⁰ 0.223 0.083 0.004 0.001 0.014 -0.061 BRIDA 2 Recorrido Corrección local Recorrido relativo Corrección local relativa Tendencia Recorrido Corrección local X1 Dirección 1 0.031 0.240 0.001 0.008 0 0 Dirección 5⁰ 0.759 0.034 0.024 0.001 0.728 -0.207 Dirección 10⁰ 0.111 0.290 0.003 0.009 0.080 0.050 Dirección 15⁰ 0.126 0.292 0.004 0.009 0.095 0.052 Dirección 20⁰ 0.030 0.321 0.001 0.010 -0.002 0.081 X2 Dirección 1 0.038 -0.014 0.001 0 0 0 Dirección 5⁰ 0.024 0.025 0 0 -0.014 0.011 Dirección 10⁰ 0.461 0.017 0.007 0 0.423 0.003 Dirección 15⁰ 0.055 0.101 0.001 0 0.017 0.087 Dirección 20⁰ 0.078 0.137 0.001 0 0.040 0.123 2 Ensayos a realizar 27 Y1 Dirección 1 0.019 0.063 0.231 0.765 0 0 Dirección 5⁰ 0.356 0.031 3.099 0.270 0.337 -0.032 Dirección 10⁰ 0.164 0.051 1.734 0.539 0.145 -0.012 Dirección 15⁰ 0.064 0.070 0.849 0.928 0.045 0.007 Dirección 20⁰ 0.025 0.067 0.316 0.847 0.006 0.004 Y2 Dirección 1 0 0 0 0 Dirección 5⁰ 0 0 0 0 Dirección 10⁰ 0 0 0 0 Dirección 15⁰ 0 0 0 0 Dirección 20⁰ 0 0 0 0 Tabla 2.18 Resultados medición de coordenadas XY. Por norma general, se puede establecer que conforme aumenta el ángulo β, la corrección local disminuye en todos los parámetros, exceptuando en las coordenadas XY de la brida 2 en la que aumenta. Para el recorrido es difícil encontrar algún tipo de tendencia, ya que para cada parámetro siempre hay alguna medición que la rompe. 2.7 Diseño de un nuevo calibrador A la hora de realizar la calibración del equipo, se presentan una serie de inconvenientes que provocan el plantearse el diseño de un nuevo calibrador: En el primer método se requiere hacer un cambio de patrón cuando se pasa de la calibración de una cámara a otra del equipo. Esto implica la consiguiente pérdida de tiempo por el propio cambio, y por la necesidad de tener que volver a ajustar la altura y orientación del calibrador. En este procedimiento también, cuando se procede a calibrar la cámara de avellanados, se disponen de pocos puntos. En el segundo método cuando se capta la imagen de puntos se dispone de muy pocos de ellos, y aunque son suficientes, siempre es mejor contar con una mayor cantidad. Problemas en el correcto enfoque de las almenas superiores e inferiores en ambos calibradores. Problemas de reflejos a la hora de captar los puntos del calibrador. A continuación se muestra el calibrador empleado para la cámara de planitud en el primer método de calibración (Fig. 2.21) y el que se usa para la cámara de avellanados en el primer método y para ambas en el segundo (Fig. 2.22). 2 Ensayos a realizar 28 Fig. 2.21 y 2.22 Calibrador cámara de planitud y cámara de avellanados. Los problemas relacionados con la escasez de puntos en las imágenes captadas por la cámara de avellanados, derivan de que en la amplitud del campo de visión de esta cámara, unos 22 mm, entran pocos puntos según la actual distribución de estos, por ello en el nuevo patrón se plantea el hacer una zona central de almenas de pequeña anchura con un número de puntos similar a los captados por la cámara de planitud en su calibración. En total esta zona tiene 21 mm, las almenas son de 3.5 mm y hay dos escalones que la delimitan de 1.75 mm (Fig. 2.23 y 2.24). Fig. 2.23 y 2.24 Vista isométrica y frontal del calibrador nuevo. El equipo siempre se centra en el calibrador según la cámara de avellanados, por ello las almenas de menor anchura están en la zona central. En el caso de la cámara de planitud, existen dos tipos de equipos, unos en los que también se encuentra centrada, y otros en los que está desplazada lateralmente 10 mm. Para no tener problemas a la hora de captar los puntos en ambas situaciones el nuevo patrón dispone de dos zonas laterales de almenas de mayor anchura, que las de la zona central, en las que para la anchura del campo de visión de esta cámara, unos 120 mm, se ha aumentado el número de puntos, reduciendo a la mitad las almenas, de 20 a 10 mm. 2 Ensayos a realizar 29 En el nuevo diseño del calibrador se tienen 12 filas de puntos en las almenas laterales y 7 filas en las centrales, además de una única fila de puntos, apartada de las anteriores, que se hizo con la idea de ser la imagen de puntos centrada que antes, en el primer método de calibración, se tomaba en la posición 0 de la posicionadora. Otros de los problemas que se planteaba era la dificultad en el enfoque de las almenas superiores e inferiores en ambas cámaras, pero más acentuado en la de avellanados. Para ello se disminuye la cota de las almenas, pasando de Z = ± 2 en ambos calibradores, a Z = ± 1.5 en las almenas laterales y Z = ± 0.5 en las de la zona central. Debido a la disminución de la anchura en las almenas se requiere la realización de un estudio sobre la posible ocultación de algunos puntos (Fig. 2.25). De él se concluye que el caso más desfavorable es cuando la cámara de planitud está desplazada 10 mm (Fig. 2.26), ya que en este caso la altura de trabajo debería ser como mínimo de 60.6 mm para que no quedasen ocultos los puntos de esa línea, considerando un radio de 0.2 mm y una distancia de seguridad de 0.3 mm. De todas formas si hubiese ocultamiento tampoco sería demasiado problema, debido a que con la nueva anchura de las almenas ya se tendrían incluso más de los 12 puntos por línea de los que se captaban en el calibrador antiguo. Fig. 2.25 y 2.26 Cámara de planitud centrada en el calibrador y desplazada 10 mm lateralmente. Otro de los estudios necesarios es la comprobación de que no supone ningún problema la eliminación de las acanaladuras que antes había en el calibrador de la cámara de avellanados y que se empleaban para tener aristas vivas en las almenas de las cota Z = +2 y Z = -2. Como con el nuevo diseño se pretende tener el mayor número de puntos dentro de la amplitud de campo de ambas cámaras, el introducir estas acanaladuras hubiese impedido conseguir este objetivo. De esta manera, en el segundo método de calibración, sólo se podrán reconstruir las direcciones en Y, a partir de los puntos de las aristas captados de las cotas Z =-1.5 y Z = -0.5, en lugar de cómo se hacía antes, a partir de las cotas Z = +2 y Z = -2. Esto no supondrá un problema ya que en el estudio que se hace sobre el error de posición de las direcciones reconstruidas a partir de los puntos de las aristas captados en Z = +2 y Z = -2, los errores son similares, pero los recorridos son mayores en las de Z =+2, que son las que se eliminan. 36 37 Anexo I. Introducción a los sistemas de medición sin contacto Evolución de los sistemas de medición tridimensional En los últimos años la demanda de sensores ópticos tridimensionales ha tenido un crecimiento incesante, permitiendo el desarrollo de instrumentos comercialmente disponibles en la actualidad. Durante la década de 1970 y 1980 su desarrollo estuvo principalmente circunscrito a los laboratorios de investigación y tenía por objeto el diseño de nuevas técnicas de explotación en la utilización de los rayos de luz (tanto coherentes como incoherentes) en lugar de las sondas por contacto, en vista de la gran cantidad de aplicaciones potenciales para la industria de fabricación mecánica, como el control de calidad y la medición. Se propusieron nuevos principios de medición y se desarrollaron y caracterizaron prototipos para probar sus prestaciones. En paralelo, se ha estado realizando un esfuerzo considerable encaminado a la miniaturización e integración de fuentes de luz ópticas, detectores y componentes, en el equipamiento electrónico y en la estructura mecánica de los sensores. En la última década, la disponibilidad de técnicas y componentes ha provisto a la producción de un amplio espectro de dispositivos comercialmente disponibles, con resolución de medida desde unos pocos nanómetros a fracciones del metro, y rangos desde micrómetros a unos pocos kilómetros. Más recientemente, la tendencia ha estado dirigida a la producción de dispositivos de coste decreciente con una creciente robustez y portabilidad. Los problemas de la manipulación, edición y almacenaje de los datos medidos, fueron abordados a nivel de software mediante el desarrollo de un conjunto de potentes programas que importan y manipulan los ficheros de datos, dándoles salida en formatos estandarizados y ampliamente difundidos, tales como los formatos DXF e IGS para aplicaciones CAD, el formato STL para máquinas de prototipado rápido y el VRML para visualización. Como resultado, el interés en el uso de sensores de imagen 3D ha aumentado. En la industria mecánica y de fabricación, el control de calidad de las superficies es a menudo llevado a cabo sin contacto, en base a técnicas ópticas. Las sondas ópticas y sondas por contacto, son utilizadas a menudo en combinación, debido a que constituyen puntos críticos tanto la precisión de las medidas, como la eficiencia en el proceso. Esto último es tan significativo, que una de las exigencias de partida típica en el diseño de Máquinas de Medir por Coordenadas (MMC), es que se permita tanto el montaje de sensores ópticos de medición 3D, como los sensores de contacto. Adicionalmente, los sensores de imagen 3D son de interés en combinación con sensores de visión de dos dimensiones (2D), especialmente en aplicaciones con robots, para chequeo y eliminación de colisiones, y para solucionar ciertos problemas de ensamblado. Como resultado, aquellas compañías que tradicionalmente se habían centrado en el desarrollo de sistemas de visión 2D, están ahora ampliando su abanico de producto mediante la introducción de sensores 3D. Anexo I 38 Descripción de las técnicas de medición sin contacto Los sensores de imagen tridimensional operan generalmente mediante la proyección (de forma activa) o adquisición (en la forma pasiva) de energía electromagnética sobre o desde un objeto (respectivamente) y mediante la captura de la energía transmitida o reflejada. El ejemplo más importante de palpado por transmisión es la tomografía industrial computerizada (CT), la cual usa rayos-X de alta energía y mide la radiación transmitida a través del objeto. Los sensores de reflexión para la adquisición de superficies pueden ser subdivididos en sensores ópticos o no-ópticos. Los sensores no ópticos incluyen sensores acústicos (ultrasónicos, sísmicos), electromagnéticos (infrarrojos, ultravioletas, radar de micro-ondas, etc) y otros. Estas técnicas miden normalmente distancias al objeto, mediante la medición del tiempo requerido para que un pulso (de energía sónica o de microonda) rebote y vuelva desde un objeto al sensor. En los sensores ópticos de reflexión, la luz transporta la información correspondiente a la medida. Hay una notable variedad de técnicas ópticas 3D y su clasificación no es única. En la Tabla Anexo I.1 se muestran las más utilizadas. Triangulación Tiempo de retardo (time delay) Imágenes Monoculares Pasivo Activo Directo Indirecto Trianguladores Láser X X X Luz estructurada X X X Estéreo Visión X X X Fotogrametría X X X Tiempo de vuelo X X X Interferometría X X X Contornos por franjas de Moiré X X X Tabla Anexo I.1 Clasificación de técnicas de imagen tridimensional. Las técnicas 3D están basadas en triangulación óptica, en el tiempo de retardo (time delay), y en el uso de imágenes monoculares. Pueden ser clasificadas en métodos activos o pasivos. En los métodos pasivos, son utilizadas la reflectividad del objeto y la propia iluminación de la escena para obtener la información de la forma, por lo que no es necesario un dispositivo Anexo I 39 activo. En la forma activa, son utilizadas fuentes de luz apropiadas, como un vector interno de información. También es posible hacer una distinción entre mediciones directas e indirectas. De las técnicas directas resultan un rango de datos, por ejemplo, un conjunto de distancias entre una superficie desconocida y el rango del sensor. Las medidas indirectas son inferidas a partir de imágenes monoculares y a partir del conocimiento previo de las propiedades del objeto. Fortalezas y debilidades de las técnicas de medición sin contacto Las principales características de las técnicas ópticas más frecuentes se resumen en la Tabla Anexo I.2. Tecnología Fortalezas Debilidades Trianguladores laser Relativa Simplicidad. Prestaciones generalmente independientes de la luz ambiente. Alta tasa de adquisición de datos. Restricciones de seguridad asociadas con el uso de la fuente láser. Volumen de medida y rango limitado. Perdida de datos debidos a ocultaciones. Luz estructurada Alta tasa de adquisición de datos. Volumen de medida intermedio. Prestaciones generalmente dependientes de la luz ambiente. Restricciones de seguridad, si hay láser. Complejidad computacional media. Perdida de datos correspondientes a ocultaciones y sombras. Coste. Estéreo visión Sencillo y barato. Alta precisión en objetivos o targets bien definidos. Requerimientos de computación. Poca densidad de datos. Limitado a escenas bien definidas. Baja tasa de adquisición de datos. Fotogrametría Sencillo y barato. Alta precisión en objetivos o targets bien definidos. Requerimientos de computación. Poca densidad de datos. Limitado a escenas bien definidas. Baja tasa de adquisición de datos. Anexo I 40 Tiempo de vuelo Medio-largo rango de medida. Buena tasa en adquirir datos. Prestaciones generalmente independientes de la luz ambiente. Costoso. La precisión es inferior a la triangulación en rangos cercanos. Interferometría Precisión submicrométrica en microrangos. Medición limitada a superficies casiplanas. Coste. Aplicación limitada en entorno industrial. Contornos por franjas de Moiré Sencillo y de bajo coste. Rangos cortos. Limitado a la medición de superficies suaves. Tabla Anexo I.2 Fortalezas y debilidades de las principales técnicas de imagen tridimensional. Los comentarios de la tabla son de carácter general, por lo que pueden existir excepciones en diseños específicos. Las fortalezas y debilidades dependen en gran medida de la aplicación. Las técnicas de medición sin contacto tienen una cualidad común de importante consideración, son idóneas en aquellas aplicaciones de medición de objetos frágiles o deformables, o en entornos hostiles en líneas de fabricación (suciedad, etc..). El tiempo de adquisición es otro aspecto importante, especialmente cuando el coste global de todo el proceso de medida aconseja una reducción de tiempo del operador, incluso a expensas de una posible disminución en la calidad de los datos obtenidos. Por otro lado, en los sistemas de visión activos que usan rayo láser para iluminar al objeto, se han de tener en cuenta inexcusablemente consideraciones de seguridad, así como los posibles efectos de interacción con la superficie. La rápida evolución de las CPUs y de las memorias, ha permitido en los últimos años dotar de prestaciones que eran, de lejos, imposibles de alcanzar antes (en paralelo con una disminución en su coste). Por estas razones, las técnicas que requieren de una fuerte exigencia de computación (por ejemplo, la visión estero pasiva) son ahora más factibles y eficientes. La selección de qué tipo de sensor debe ser utilizado para resolver un determinado problema de medición, es una tarea relativamente compleja en la que se debe considerar, el tiempo de medición, el presupuesto disponible y la calidad esperada en la medición. Además, los sensores de imagen 3D son susceptibles a la posible pérdida de datos o a la adquisición de datos de mala calidad. Las razones están relacionadas con la geometría óptica del sistema, con el tipo de dispositivo óptico de adquisición y/o proyector, con la técnica empleada y con las características de los objetos a medir. Las prestaciones del sensor pueden depender de las dimensiones, forma, textura y acabado superficial, temperatura y accesibilidad al objeto. Factores relevantes que influencian la elección son también la robustez, la portabilidad, la adaptabilidad del sensor al problema, la facilidad en la manipulación de los datos y la simplicidad en el uso del sensor. Anexo I 41 Aplicaciones de las técnicas de medición sin contacto Un amplio abanico de operaciones es posible hoy en día gracias a la disponibilidad de los sensores desarrollados, de los prototipos de laboratorio y de los apropiados entornos de software, para la obtención de medidas. Aplicaciones industriales Los típicos problemas de medición en el campo industrial están relacionados con el control de superficies mecanizadas, para la medición cuantitativa de su rugosidad, ondulación y forma, con la medición dimensional y el control de calidad de productos y con la ingeniería inversa de formas complejas. Control de calidad de superficies Las técnicas y sensores en microperfilometría son los más adecuados para llevar a cabo los procesos de medición en el campo del control de superficies. En estas aplicaciones, el objetivo consiste en obtener la representación cuantitativa 3D de las superficies en intervalos de medida que van desde unos pocos micrómetros hasta decenas de milímetros, con resoluciones que van desde unas pocas decenas de nanómetros hasta las decenas de micrómetros. Una aplicación típica es la medición de rugosidad y ondulación (medición de la topología 3D) de superficies mecanizadas, en los que se emplean interferómetros y sensores por triangulación. Medición dimensional y control de calidad La medición dimensional de superficies complejas es un campo de aplicación realmente amplio, dado que abarca la adquisición tridimensional de formas en un intervalo que va de las decenas de milímetros hasta los pocos metros y con resoluciones de medida que van desde cien micrómetros hasta unos pocos centímetros. La elección del sensor depende de la forma y dimensión del objeto, de las condiciones del entorno donde se vaya a realizar la medición, del tiempo disponible para efectuarla y, por supuesto, de los requisitos de medición. Ingeniería Inversa de superficies con forma libre La ingeniería inversa es el proceso de creación de un conjunto de especificaciones y planos a partir de la inspección de un objeto directamente. El modelo geométrico se obtiene a partir de los datos capturados por un sensor. En el caso de objetos con geometría regular, es habitual generarlos analíticamente. Para superficies de forma libre que no presentan propiedades geométricas regulares, es necesario realizar su medición y crear un modelo 3D para la representación de sus características. La actual tecnología industrial para la medición precisa de objetos 3D, utiliza el escaneo por contacto mediante la utilización de sondas sobre Máquinas de Medir por Coordenadas (MMCs). Esta técnica es precisa y ampliamente utilizada para la creación de un modelo de la superficie. Sin embargo, como ya se ha mencionado anteriormente, la primera desventaja de Anexo I 42 esta estrategia es el tiempo empleado. Por otro lado, el uso de sensores ópticos 3D permite recoger una gran cantidad de datos dimensionales en un razonable corto espacio de tiempo. Como contraprestación, las características metrológicas de los sensores sin contacto son normalmente más bajas que las que proporciona la MMC. Por consiguiente, es conveniente la utilización combinada de sondas mecánicas y ópticas como estrategia para obtener una alta calidad en la descripción del CAD en un tiempo significativamente inferior. Conservación del patrimonio cultural En los últimos años el uso de sensores de imagen 3D para la adquisición sin contacto de elementos del patrimonio cultural, ha ganado una atención creciente por parte de museos y para los especialistas en arqueología. Un cierto número de investigadores han trabajado en el modelado de estatuas de especial interés, en la documentación 3D y virtualización de lugares arqueológicos, en la clasificación automatizada de piezas y en aplicaciones de visualización. La cadena de medición y elaboración es aún un proceso de ingeniería inversa, similar al expuesto en la industria. Incluso los objetivos son los mismos, adquisición, modelizado y visualización son necesarios en el ámbito cultural, con el fin de controlar los hallazgos arqueológicos. Adicionalmente, la disponibilidad de modelos 3D abre la posibilidad de la reproducción virtual, para propósitos didácticos y de divulgación. Copias físicas de los originales son realizadas usando técnicas de prototipado rápido. Medicina Ciertos sensores ópticos tridimensionales han sido diseñados específicamente para la digitalización de cuerpos humanos (parcial o completamente) y están siendo cada vez más extendidos. Proporcionan datos de relativa alta resolución de las superficies para construir modelos digitales precisos del cuerpo. Los datos tridimensionales son utilizados en el diseño de prótesis, en cirugía, cirugía plástica, en ortopedia, ortodoncia protésica y en dermatología. Una interesante actividad de investigación se centra en la construcción de modelos digitales dinámicos 3D para el estudio de la postura y de la marcha, y para aplicaciones de cirugía a tiempo real. El uso de estos sensores ha sido propuesto en medicina, incluso en combinación con datos radiológicos, para la documentación completa de heridas. Otro ámbito de actividad está relacionado con el análisis de tejidos blandos y huesos. En este ámbito se estudia la viabilidad de la utilización de sensores de imágenes 3D a fin de evaluar un método único, preciso y fiable en la investigación, proporcionando información precisa sobre el origen de las lesiones. De esta forma, el modelo 3D obtenido y almacenado en una base de datos, constituye una información cuantificable y objetiva, que puede ser consultada y compartida para su posterior análisis por diferentes personas. Para ello, la selección del sensor debe ser adecuado a la aplicación, en términos de calidad de las medidas y en la velocidad de adquisición de los datos. Anexo I 43 Conclusiones La presentación de los sistemas de adquisición 3D mencionados, ofrece ciertas conclusiones. La primera concierne al coste del equipo: la mayoría de los equipos disponibles son relativamente caros, y esto representa un obstáculo para una más amplia distribución de los sistemas de medición óptica 3D, tanto en la industria como en el resto de ámbitos. Sin embargo, se observa una tendencia hacia la disminución en los costes, principalmente debido al incremento del número de fabricantes de equipos y componentes para integradores, y de ahí la creciente competencia y la rápida evolución en la tecnología que integran estos sistemas, que ofrece componentes electrónicos y ópticos a cada vez más bajo coste. La segunda conclusión hace referencia al hecho de que, para la mayoría de las aplicaciones de relevancia en industria, el uso de la adquisición 3D no es una tarea trivial. Los sistemas son aún bastante complejos en su uso y es necesario personal con adiestramiento y cierta experiencia para manejarlos. En este punto, de nuevo, existe una tendencia progresiva hacia una simplificación y automatización en los equipos y sistemas de adquisición (especialmente en el ámbito de la industria y paulatinamente en otros ámbitos), para conseguir que el uso sea asequible para los operarios. Una tercera conclusión, la cual es crucial desde el punto de vista metrológico, es la necesidad de normas que garanticen la trazabilidad de las mediciones 3D a partir de estándares reconocidos y extensamente difundidos. Dado que la adquisición 3D es relativamente nueva, estás normas sí que están desarrolladas pero todavía no están instauradas a nivel industrial. Por último también se debe comentar que, en algunos casos de complejidad metrológica, los sistemas ópticos 3D no representan la solución al problema cuando son usados exclusivamente, el uso simultáneo de sistemas de contacto y sin contacto puede ser necesario para dar una completa solución metrológica. Sin embargo, es patente que las aplicaciones de adquisición 3D se están incrementando notablemente, constituyendo esta tecnología en la actualidad una parte fundamental en automoción, robótica, prototipado rápido y modelado 3D. Anexo I 44 45 Anexo II. Estudio en detalle del equipo de medición sin contacto Descripción del sistema de visión El equipo de medición se muestra en la Fig. Anexo II.1 y consta de dos cámaras CCD (a) con su óptica (b), filtro (c) y el sistema de iluminación láser (d), como la mayoría de los sistemas de visión por triangulación láser. Además incluye una estación lineal de traslación (ELT) de alta precisión (e) y su control (f). Sobre el carro de la ELT están montados los componentes en el soporte (g). Fig. Anexo II.1 Componentes del sistema de visión. Se dispone de dos modelos de cámaras cuya única diferencia es la disposición de la lente. En una el objetivo está colocado de manera horizontal al cuerpo de la cámara y en el otro está a 90⁰, en cuanto al resto de características, son similares para ambos. Tienen una resolución de 1280 x 1024 píxeles, que determina la cantidad de puntos a obtener de cada imagen y el tamaño de píxel es de 6.7 m. Esos 1280 puntos se reparten por los 130 mm que tiene el CMx. Este factor es función de la lente y de su distancia de trabajo. La resolución a lo largo del eje X es de 0.1 mm/píxel. Anexo III 52 Posición =-13 --> Imagen 20 Posición =-15 --> Imagen 21 Posición =-17 --> Imagen 22 Tratamiento de imágenes 13. Empleando el PAINT dar la vuelta a las imágenes (IMAGE --> FLIP/ROTATE --> FLIP VERTICAL --> OK). La imagen 11+laser NO se necesita. 14. En la imagen central (Imagen 11) tapar con negro, con el PAINT, aquellos agujeros que no se necesitan (Fig. Anexo III.5). Fig. Anexo III.5 Imagen de los agujeros a dejar en la imagen central tomada. Procesamiento de imágenes 15. Meter las imágenes tratadas en la carpeta test (en C:\), junto con el fichero .txt PuntosDavid 16. Abrir el programa MICROSOFT VISUAL C++ 6.0 17. Abrir con él el fichero escribe.dsw 18. Comprobar en el fichero que el código de la cámara activado es el adecuado. Para ello buscar mediante CONTROL F la palabra SENSOR, ver en qué línea de código están los números de las cámaras (ir dando ENTER), comprobar que está activado el correcto (coincide con el código de cámara que aparece en el programa PixeLINK Capture OEM) y que los demás están comentados. 19. Seleccionar en PROJECT --> SETTING --> opción DEBUG. 20. Pulsar F5 21. En la pantalla que aparece darle a CALCULAR --> DIBUJAR --> RETROCEDER --> DIBUJAR, así sucesivamente hasta que vuelve a aparecer la primera imagen, entonces hacer DIBUJAR --> AVANZAR --> DIBUJAR, repetir hasta que de nuevo aparezca la primera imagen. IMPORTANTE: aquellos puntos que al AVANZAR O RETROCEDER aparecen fuera de los círculos, porque el programa no los calcula bien, pinchar sobre ellos con el botón derecho del ratón (aparece una cruz azul) para eliminarlos. Así evitamos que luego salgan puntos que se desvían de los normales en el resultado de la calibración. 22. Dar a CALCULA MTP XYZ. 23. Guardar el Excel generado (lo normal es que los valores de U estén entre (-1.5,+1.5) y los de V entre (-0.5,+0.5)). Anexo III 53 24. Pulsar en LASER --> DIBUJAR (lo normal es que en el plano del laser generado di_max y di_min sean menores de 0.5). 25. Hacer un pantallazo y guardar la imagen generada. 26. Pulsar CALIBRADO.BIN (se genera el fichero de calibración en la carpeta Calibrado_binario (en C:\)). 27. Renombrar el fichero de calibración: calibrado1 NOMBRE DEL EQUIPO.bin Cámara de avellanados Para la calibración de la cámara de avellanados se captan unas imágenes, se tratan y se procesan mediante un programa de software. Captura de imágenes Pasos a seguir: 1. Posicionar el calibrador en la estructura amarrándolo con el sargento (ahora empleamos un calibrador diferente al de la cámara de planitud). 2. Encender el laser (5 ó 6 V). IMPORTANTE: cuando no se emplee, por seguridad, la clavija del laser permanecerá desconectada. 3. Centrar el laser en la imagen (para ello es necesario subir o bajar un poco el patrón) (Fig. Anexo III.6). Abrir el programa de captura de imágenes (PixeLINK Capture OEM) y en la pestaña Basic Controls: o Seleccionar el código de la cámara, en este caso la de planitud, que estamos empleando. o PLAY (para ver con la cámara) Fig. Anexo III.6 Imagen del laser centrado. 4. Apagar el laser. 5. Alineamiento del calibrador y la posicionadora: Encender MMC y el programa Metrolog XG. Seleccionar un palpador (cualquiera). Anexo III 54 Hacer un sistema de coordenadas palpando un punto del patrón. Para ello en Metrolog XG: ALINEAMIENTO --> UN PUNTO --> palpar un punto en la cara superior del patrón --> pulsar OK. Palpar un punto en las 4 esquinas del patrón y ver que la diferencia entre ellos en el eje Z es inferior a 1 décima de milímetro. En caso de que no se cumpla ir ajustando la altura del patrón manualmente hasta conseguirlo. 6. Encender la posicionadora y abrir su programa de control (ESP-Util): GPIB --> Open Port --> Reset HOME --> start (Home switch and index) JOG --> Mode Indexed --> 0.25 mm (X index distance) POSITION (aparece un indicador digital que nos dice la posición en la que está la posicionadora) En JOG pulsando en los cursores +X y -X desplazamos la posicionadora hacia un lado u otro. 7. Encender los 2 focos (colocarlos a ambos lados de la cámara de avellanados y orientarlos para ver los puntos del calibrador lo mejor posible) y conectar la clavija del laser. 8. Centrar bien la posicionadora para la correcta captura de los puntos (Fig. Anexo III.7 y Fig. Anexo III.8) y ajustar en el PixeLINK el valor de la ganancia si fuese necesario. Posicionadora en 0: Fig. Anexo III.7. Imagen de la posicionadora centrada en 0. Posicionadora en -4: Fig. Anexo III.8. Imagen de la posicionadora centrada en -4. 9. Apagar el laser. 10. Llevar la posicionadora a la posición -4.25 y luego a la -4 (nos pasamos para ir luego en el mismo sentido y evitar el posible juego) 11. Seleccionar en PixeLINK la pestaña Image Capture. Anexo III 55 12. Desplazar la posicionadora a la posición que interesa, dar nombre a la imagen, guardar y capturar imagen (botón Capture). REPETIR PARA CADA POSICIÓN A continuación se indican las posiciones en las que hay que capturar las imágenes y la forma de numerarlas: Posición = -4 --> Imagen 00 Posición = -3.75 --> Imagen 01 Posición = -3.5 --> Imagen 02 Posición = -3.25 --> Imagen 03 Posición = -3 --> Imagen 04 Posición = -2.75 --> Imagen 05 Posición = -2.5 --> Imagen 06 Posición = -2.25 --> Imagen 07 Posición = -2 --> Imagen 08 Posición = -1.75 --> Imagen 09 Posición = -1.5 --> Imagen 10 Posición = -1.25 --> Imagen 11 Posición = -1 --> Imagen 12 Posición = -0.75 --> Imagen 13 Posición = -0.5 --> Imagen 14 Posición = -0.25 --> Imagen 15 Posición = 0 --> Imagen 16 Posición = 0 --> Imagen laser (encender laser y apagar focos) IMPORTANTE: AUMENTAR LA GANANCIA PARA LA CAPTURA DEL LASER SI FUESE NECESARIO Posición = 0.25 --> Imagen 17 (apagar el laser y encender los focos) Tratamiento de imágenes 13. Empleando el PAINT dar la vuelta a las imágenes (IMAGE --> FLIP/ROTATE --> FLIP VERTICAL --> OK). 14. Tapar con negro aquellos agujeros que estén en los límites de la imagen y que no se vean completos (para evitar posteriores errores en el cálculo de los centros de los círculos por parte del programa) (Fig. Anexo III.9 y Fig. Anexo III.10). Anexo III 56 Fig. Anexo III.9 Imagen de puntos antes de ser tratada. Fig. Anexo III.10 Imagen de puntos después de ser tratada. Procesamiento de imágenes 15. Meter las imágenes tratadas en la carpeta test (en C:\), junto con el fichero .txt PuntosDavid (diferente fichero para la cámara de avellanados que para la de planitud) 16. Abrir el programa MICROSOFT VISUAL C++ 6.0 17. Abrir con él el fichero escribe.dsw 18. Comprobar en el fichero que el código de la cámara activado es el adecuado. Para ello buscar mediante CONTROL F la palabra SENSOR, ver en qué línea de código están los números de las cámaras (ir dando ENTER), comprobar que está activado el correcto (coincide con el código de cámara que aparece en el programa PixeLINK Capture OEM) y que los demás están comentados. 19. Seleccionar en PROJECT --> SETTING --> opción DEBUG. 20. Pulsar F5 21. En la pantalla que aparece darle a CALCULAR --> DIBUJAR --> RETROCEDER --> DIBUJAR, así sucesivamente hasta que vuelve a aparecer la primera imagen, entonces hacer DIBUJAR --> AVANZAR --> DIBUJAR, repetir hasta que de nuevo aparezca la primera imagen. IMPORTANTE: aquellos puntos que al AVANZAR O RETROCEDER aparecen fuera de los círculos, porque el programa no los calcula bien, pinchar sobre ellos con el botón derecho del ratón (aparece una cruz azul) para eliminarlos. Así evitamos que luego salgan puntos que se desvían de los normales en el resultado de la calibración. 22. Dar a CALCULA MTP XYZ. 23. Guardar el Excel generado (lo normal es que los valores de U estén entre (-1.5,+1.5) y los de V entre (-0.5,+0.5)). Anexo III 57 24. Pulsar en LASER --> DIBUJAR (lo normal es que en el plano del laser generado di_max y di_min sean menores de 0.5). 25. Hacer un pantallazo y guardar la imagen generada. 26. Pulsar CALIBRADO.BIN (se genera el fichero de calibración en la carpeta Calibrado_binario (en C:\)). 27. Renombrar el fichero de calibración: calibrado2 NOMBRE DEL EQUIPO.bin Anexo III 58 59 Anexo IV. Cálculos requeridos para los distintos análisis Cálculos matemáticos Para el cálculo de planitud: Tenemos 10 mediciones ( ) para cada pieza realizadas con el robot, con ellas sacamos un valor medio para los diámetros ( ), la posición de cada uno de ellos y la planitud. Con la medida obtenida en la MMC ( ) podemos sacar un valor de corrección para cada dato: Con las correcciones de cada uno de los modelos sacamos un valor de corrección global: Se corrige cada medición tomada: Con ello se calcula el error como el valor medido con la MMC menos cada una de las medidas corregidas: El recorrido es el máximo valor de los errores menos el mínimo: El cálculo de los errores y del recorrido se hace tanto con la corrección para cada modelo, como con la corrección global para los tres modelos de piezas: Cambio de coordenadas En la MMC para construir el eje X se toman los centros de los agujeros 0 y 2, por ello para calcular α se toma la distancia entre estos dos puntos. Anexo IV 60 Los valores Y2 y X2 los obtenemos de la medición, por lo que de esta ecuación podemos sacar el valor de α. Con este valor de α se puede sacar el valor de X2 corregido. El valor de Y2 siempre será 0. Para el cálculo de las coordenadas X1 e Y1 corregidas se hacen las siguientes operaciones.