MÁSTER UNIVERSITARIO EN
INGENIERÍA INDUSTRIAL
TRABAJO FIN DE MÁSTER
PROPUESTA DE PROFILÓMETRO ÓPTICO
LÁSER PARA LA CARACTERIZACIÓN DE
PANELES DE MADERA CLT UTILIZADOS
EN CONSTRUCCIÓN
Es udian e Ba giela Mengod, Danel
Di ec o /Di ec o a Du ana Apaolaza, Gaizka
Depa amen o Fo ónica Aplicada
Cu so académico 2019-2020
Bilbao, 31 de agos o de 2020
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
i
Índice
DATOS BÁSICOS DEL PROYECTO .......................................................................................... 1
MEMORIA ................................................................................................................................... 2
In oducción: ..................................................................................................................................... 2
Con ex o .............................................................................................................................................. 3
Obje i os y alcance del abajo: ................................................................................................. 5
Bene icios que apo a el abajo: ............................................................................................... 7
Análisis del Es ado del A e: ........................................................................................................ 8
Técnicas de sensado usadas en sis emas come ciales: ................................................ 9
Ensayo de Delaminación (UNE-EN 16351): ...................................................................20
Análisis de iesgos: .......................................................................................................................21
Desc ipción de la solución p opues a. Diseño básico: ....................................................21
METODOLOGÍA SEGUIDA EN EL DESARROLLO DEL TRABAJO ................................... 22
Desc ipción de a eas, ases, equipos y p ocedimien o:.................................................22
Elección del sis ema de medición: ......................................................................................24
Ven ajas de la medición láse en e a mé odos con con ac o:................................25
Diseño de la Ca casa deslizan e y la Es uc u a de sopo e pa a la cabeza láse :
..........................................................................................................................................................27
Diag ama de Gan : .......................................................................................................................29
Cálculos y algo i mos: ..................................................................................................................30
Hipó esis y plan eamien o sob e componen es de ugosidad y ondulación: ....30
Pa áme os de ugosidad: .....................................................................................................34
Desa ollo del Algo i mo: ......................................................................................................36
Análisis de los esul ados: ..........................................................................................................45
ASPECTOS ECONÓMICOS: ..................................................................................................... 54
Desc ipción del p esupues o: ...................................................................................................54
Análisis de la en abilidad: ........................................................................................................54
CONCLUSIONES: ...................................................................................................................... 56
BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 58
ANEXO I: Pliego de condiciones. No ma i a aplicable. Plan de p uebas: ................... 62
ANEXO II: Planos, esquemas, diseño de de alle, código: ................................................ 62
ANEXO III: Manuales de usua io y/o de adminis ado . ................................................ 62
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
ii
Lis a de ablas, ilus aciones, g á icas y ac ónimos
Fig. 2.1.- Paneles “EGO_CLT” de Egoin S.A. ................................................................................. 3
Fig. 2.2.- Ca il de p oducción de paneles CLT de la emp esa Egoin S. A. ..................... 4
Fig. 2.3.- Esquemas del uncionamien o de senso es óp icos basadas en in ensidad.
..................................................................................................................................................................... 9
Fig. 2.4.- G á ica es ánda “Señal Emi ida-Dis ancia”, pa a senso es basados en
in ensidad. ............................................................................................................................................10
Fig. 2.5. – Obje o plano s. inclinado ..........................................................................................11
Fig. 2.6. - Rugosidad a iable en la supe icie de un obje o. .............................................12
Fig. 2.7. - E ec o de la aslación la e al sob e dis in os obje os: ....................................12
Fig. 2.8. - P incipio de uncionamien o del senso de iangulación óp ica. ...............13
Fig. 2.9.- Obje o se encuen a en la in e sección en e dos ec as y dos a cos. .........14
Fig. 2.10.- a) Las medidas de “ ime-o - ligh ” mues an es escena ios dis in os: .15
Fig. 2.11.- El p incipio de de ección de ib a óp ica monoc omá ica y polic omá ica
con ocal ..................................................................................................................................................16
Fig. 2.12.- Con igu ación básica pa a la in e e ome ía WLI y ípico pa ón de
in e e encia ........................................................................................................................................18
Fig. 2.13.- De alle de p obe a de CLT delaminada .................................................................20
Fig. 3.1.- Compa ación medición po con ac o con S ylus s medición sin con ac o
con haz láse . .......................................................................................................................................26
Fig. 3.2.- Es uc u a de MungiMa ik S.A., una ez inalizado su mon aje. ....................27
Fig. 3.3.- Pe il de MungiMa ik (20x20mm), is a isomé ica del mismo y sección de
la guía de la p opia ca casa. ...........................................................................................................27
Fig. 3.4.- Imagen CAD de Fusion360 del mon aje de la ca casa (g is) jun o con la
cabeza láse (na anja). ....................................................................................................................28
Fig. 3.5.- Di e en es pe spec i as y de alles de la ca casa ealizada en Fusion 360.
...................................................................................................................................................................28
Fig. 3.6.- Lis a de a eas del p oyec o. ........................................................................................29
Fig. 3.7.- Diag ama de Gan del p oyec o. ...............................................................................29
Fig. 3.8.- Esquema del il ado en unción de las espec i as longi udes de onda de
co e: λs, λc y λ . ..................................................................................................................................31
Fig. 3.9.- Desplazamien o de ase en il o RC. La línea media su e un e aso
espec o del pe il eal. ....................................................................................................................32
Fig. 3.10.- Segmen o de Raw Da a con pe il de con olución. (z(x) ep esen ado en
azul y m(x) ep esen ado en na anja). ......................................................................................33
Fig. 3.11.- Segmen o de ugosidad, no malizado espec o al il o m(x). ....................34
Fig. 3.12.- Pe iles con la misma Ra, pe o con un compo amien o di e en e ............34
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Fig. 3.13.- Al u a o al del pe il de ugosidad (R ), p o undidad de ugosidad media
(Rz) y p o undidad máxima de ugosidad (Rz1max) ..........................................................35
Fig. 3.14.- Con igu ación usada pa a el sis ema de medición Mic o-Epsilon. Incluye
la cabeza, la uen e de alimen ación e in e az en el o denado ......................................37
Fig. 3.15.- In e az del so wa e ILD2300-10 de Mic o-Epsilon. .....................................37
Fig. 3.16.- Pe il p ima io de mues a de Calib ado. ...........................................................38
Fig. 3.17.- Ma iz de pesos del il o gaussiano, pa a una longi ud de onda de co e
de 0,8 mm (λc = 0,8 mm). ..............................................................................................................39
Fig. 3.18.- Ilus ación de la longi ud de co e (lc) y longi ud de e aluación (ln) .......41
Fig. 3.19.- Región del segmen o donde el il o gaussiano ac úa sin p o oca
dis o sión alguna (ama illo). ........................................................................................................42
Fig. 3.20.- Resul ado de la aplicación del il o gaussiano a lo la go de odo el pe il.
...................................................................................................................................................................42
Fig. 3.21.- Solución omada pa a e i a la pé dida de da os en e dos il ados en
subin e alos consecu i os. ...........................................................................................................43
Fig. 3.22.- Ejemplo de il ado co egido sob e subin e alo del pe il calib ado....44
Tabla. 3.23.- Tabla pa a dos mues as de made a dis in as, mos ando alo es de Ra
media y su des iación es ánda . ..................................................................................................45
Tabla. 3.24.- Tabla esumen de los alo es es adís icos pa a Ra y Rq. .........................45
Tabla. 3.25.- Tabla con los ni eles de signi icación e in e alos de con ianza pa a las
mues as de 95 y 99% (Ra, Rq). ...................................................................................................45
Fig. 3.26.- Tabla pa a dos mues as de made a dis in as, mos ando alo es de R
media y su des iación es ánda . ..................................................................................................46
Fig. 3.27.- Tabla esumen de los alo es es adís icos pa a Rp, R y R . .......................46
Fig. 3.28.- Tabla con los ni eles de signi icación e in e alos de con ianza pa a las
mues as de 95 y 99% (Rp, R y R ). .........................................................................................46
Fig. 3.29.- G á ica del pe il p ima io, en el p ime subin e alo. ..................................47
Fig. 3.30.- G á ica de la ugosidad, en el p ime subin e alo. .........................................48
Tabla. 3.31.- Tabla de Mues a 1, pa a un il ado gaussiano con una longi ud de onda
de co e de λc = 0,8 mm. .................................................................................................................48
Tabla. 3.32.- Tabla esumen de los pa áme os de ugosidad, pa a di e en es
longi udes de onda de co e. ..........................................................................................................49
Fig. 3.33.- G á ica con los pa áme os de ugosidad de una mues a, jun o con los
di e en es il os usados ..................................................................................................................49
Fig. 3.34.- Cu a R s. λc, ajus e loga í mico. .........................................................................50
Fig.3.35.- Explicación g á ica de la adición de componen es de ecuencia sob e el
pe il eal. ..............................................................................................................................................51
Fig. 3.37.- Pe il p ima io con il o y pe il de ugosidad, pa a λc = 3,5 mm. ...........51
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u ilizados en cons ucción
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Fig. 3.38.- Op imización de la cu a R s. λc. .........................................................................52
Fig. 3.39.- Compa a i a de las ugosidades en e las mues as Calib adas y
Cepilladas. .............................................................................................................................................53
Fig. 4.1.- P esupues o gene al inicial ap oximado del p oyec o. ....................................54
Fig. 4.2.- Desglose de los cos es o ales del p oyec o. ..........................................................54
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u ilizados en cons ucción
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DATOS BÁSICOS DEL PROYECTO
Equipo de P oyec o: Danel Ba giela Mengod, Gaizka Du ana Apaolaza.
Tí ulo del P oyec o: P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización
de paneles de made a CLT u ilizados en cons ucción.
Resumen: En es e documen o se desc ibe el análisis y diseño de allado de
un p o ilóme o óp ico láse basado en la ugosidad supe icial,
modelando su uso pa a la ca ego ización de mues as de
made a. Se especi ican los elemen os, p oceso de calib ación y
mon aje, desa ollo so wa e, p esupues o y u u a
implemen ación en la indus ia.
Palab as cla e:
T iangulación láse , p o ilóme o, CLT, Py hon.
Labu pena: Dokumen u hone an zimu asunan oina i u ako p o ilome o
op iko lase ba en analisia e a diseinua desk iba zen da, be e
zu ako lagin ka ego izazioko e abilpena molda uz. Ha en
elemen uak, kalib azio e a mon ake a p ozezuak, so wa e-
ga apena, au ekon ua e a ge oko implemen azioa indus ian
zehaz en di a.
Hi z-gakoak:
Lase iangulazioa, p o ilome o, CLT, Py hon.
Abs ac : In his documen he analysis and de ailed design o a
oughness based lase op ic p o ilome e is desc ibed,
modelling i s use o he ca ego iza ion o wooden samples.
Elemen s, calib a ion and assembly p ocess, so wa e
de elopmen , budge and u u e implemen a ion in he
indus y a e desc ibed.
Keywo ds:
Lase iangula ion, p o ilome e , CLT, Py hon.
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MEMORIA
In oducción:
Es e documen o con iene la p opues a de p oyec o en el cual se de alla el
p oceso de diseño, medición, a amien o de da os y pos e io op imización de los
mismos pa a su aplicación en la ca ac e ización supe icial de paneles de made a
CLT de ugosidad di e sa, pa a lo cual se u iliza á medición láse y so wa e
desa ollado en Py hon.
En una p ime a pa e, se explica el con ex o en el que se lle a a cabo el p oyec o,
jun o con los aspec os ca ac e ís icos más impo an es a ene en cuen a. Po ello,
se analizan ambién los obje i os que se p e enden alcanza con la ealización de
es e p oyec o.
A con inuación, se explican las ca ac e ís icas écnicas ela i as al mon aje y a los
elemen os que han o mado pa e del mismo, incluyendo in o mación g á ica y cla a
del p oceso lle ado a cabo. Asimismo, se explica el uncionamien o de cada una de
las pa es, dis inguiendo así en e los pun os de mues as, medida y adquisición de
da os y a amien o de los mismos.
Pos e io men e, se hace una b e e mención a la in e sión necesa ia que hab ía que
ealiza pa a la co ec a inalización del p oyec o y el cumplimien o de los obje i os:
in e sión en el equipo, so wa e o en ecu sos humanos.
Finalmen e, se mues a y explican de alladamen e los bene icios apo ados po el
p oyec o en el ámbi o emp esa ial y p oduc i o, adjun ando cálculos ealizados y
las explicaciones necesa ias pa a su implemen ación. Además, se incluye un
apa ado inal de conclusiones ace ca del p oyec o ealizado.
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Con ex o:
El come ido de es e p oyec o es el de consegui un esul ado expe imen al
aplicable en la indus ia a a és de la ecnología o ónica, uno de los pila es sob e
los que se basa á la Indus ia 4.0 en los p óximos años.
Si bien es cie o que en un p ime momen o se conside ó la idea de inclui machine
lea ning pa a lle a lo a cabo, es a opción acabó desca ándose más adelan e debido
a la escasez de medios disponibles –núme o educido de p obe as y mues as, al a
de au oma ización del p oceso de medición, e c.- pa a desa olla una base de da os
iable con la que abaja .
Los paneles CLT (C oss Lamina ed Timbe ) de la emp esa Egoin S.A. son paneles de
made a macizos o mados po capas encoladas y c uzadas en sen ido ans e sal
en e sí. Una ez es ablecidas odas las capas del panel, se p ocede con el p ensado
de las mismas. La ca ac e ís ica p incipal de es e ipo de paneles es su es abilidad
dimensional, la cual se log a g acias a la acción de la ib a de made a, colocada
al e nando la di ección de la misma espec o a las ablas longi udinales adyacen es.
Fig. 2.1.- Paneles “EGO_CLT” de Egoin S.A.
G acias a su g an e sa ilidad, los paneles CLT se u ilizan en la edi icación de
i iendas, na es indus iales y edi icios de uso público. Tiene una al a capacidad de
ca ga a pesa de su bajo peso, pe mi iendo así cons ui oladizos y mu os de ca ga
y eliminando g an pa e de los pila es que aca ea la cons ucción con encional.
Los paneles se ab ican en líneas de con ol numé ico, incidiendo en la disminución
de los e o es y iempos mue os en ob a, con la consiguien e educción de los
cos os de cons ucción. Si es os paneles allan en e a es ue zos que la edi icación
exige, odo el p oceso p e io esul a inú il, p o ocando an o pé didas económicas
como pé didas medioambien ales, de ma e ia p ima y de ecu sos na u ales en la
emp esa y su en o no.
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Po eso, esul a c ucial el pode conoce , moni o iza y manipula las ca ac e ís icas
supe iciales de los paneles CLT. Es as ca ac e ís icas de la ugosidad de la made a
son los pa áme os de e minan es –como se e á más adelan e en el abajo- del
desempeño que dichos paneles end án en los ensayos mecánicos a los que son
some idos y en la p opia ob a in si u.
Debido a ello, en es e p oyec o se han que ido incidi sob e dos aspec os p incipales:
En p ime luga , el de ob ene una solución indus ial aplicable a un p oceso
p oduc i o conc e o, que p opo ciona á una in o mación de g an alo ace ca de las
ca ac e ís icas y p es aciones del p oduc o.
En segundo luga , el mos a la aplicación de la o ónica -en es e caso, a a és de la
me ología láse - como ins umen o de al a p ecisión que ac úa como he amien a
ú il pa a su implemen ación.
Todos es os obje i os a cumpli , se lle a on a cabo median e una se ie de ensayos
en el labo a o io de Fo ónica Aplicada de la Uni e sidad del País Vasco/Euskal
He iko Unibe si a ea (UPV/EHU), g acias a di e sas mues as de made a CLT
acili adas po Egoin S.A.
Egoin S.A (E eño, Bizkaia) es una emp esa líde en lo que a cons ucción en made a
se e ie e, con p oyec os como La Bo da (P emio A qui ec u a BBCons uma 2019)
a ni el nacional o más de 30 ob as ealizadas, en e o os, en el Reino Unido, de en e
las cuales a ios p oyec os ecep o es de nume osos p emios RIBA. Po an o, se
p e ende apo a una solución ecnológica que pueda se in eg ada den o del
p oceso p oduc i o de paneles CLT de Egoin S.A.
Fig. 2.2.- Ca il de p oducción de paneles CLT de la emp esa Egoin S. A.
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Po o a pa e, la esolución de la pendien e pos e io de la cu a puede llega a se
de 1μm o mayo dependiendo del obje o (ob eniéndose mejo esolución en obje os
b illan es). Aun así, es a écnica iene a ias limi aciones, como las siguien es:
a) Es necesa ia la p ecalib ación de la cu a, independien emen e del obje o
que se desee medi .
b) Debido a que la in ensidad de la señal medida y la dis ancia es án
elacionadas, el senso in e p e a á cualquie cambio en la in ensidad
ecibida como un cambio p opo cional en la dis ancia. Po ello, a iaciones
imp e is as de la in ensidad de iluminación, a iaciones en la e lec i idad
sob e la supe icie del obje o [6], así como suciedad o pol o, se án
in e p e ados como a iaciones de dis ancia.
c) La señal es sensible a la inclinación de la supe icie del obje o. Como puede
e se en la Fig. 2.5, un senso con obje o inclinado “óp imamen e” ecoge á
más luz que uno no inclinado. Además, es a inclinación se á di e en e a lo
la go de odo el ango de medidas del senso , a iando pa a cada pun o e
inclinación del eje.
Fig. 2.5. – Obje o plano s. inclinado. A una dis ancia “d” del senso e leja á más luz
hacia la ib a ecep o a en un ángulo de inclinación conc e o (
𝜃=𝑎/𝑑)
( igu a
in e io ), en compa ación con un obje o plano ( igu a supe io ).
Las a iaciones de señal ecibidas en el senso a lo la go de oda la oma de medidas
pueden explica se al es udia la supe icie del obje o como un conjun o de
segmen os inclinados o ien ados de mane a alea o ia a lo la go de la misma [7] y
eniendo en cuen a que la luz se e leja de mane a especula y no mal con espec o
a cada una de es as inclinaciones.
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Pa a cuan i ica lo, se simula la in ensidad de señal ela i a median e el azado de
ayos y se cuen a el núme o inal de ayos e lejados en la ib a del senso (Fig. 2.6).
Fig. 2.6. - Rugosidad a iable en la supe icie de un obje o. Las ib as ecep o as
ecogen dis in as can idades de luz dependiendo de la ugosidad supe icial de la
supe icie.
En cambio, es e e ec o no se da pa a un obje o con supe icie especula , dada su
sime ía anslacional. Po lo an o, el senso cen al ( e Fig. 2.7) de 100 μm no
exhibe ninguna i egula idad con la aslación la e al en el caso de un espejo.
Fig. 2.7. - E ec o de la aslación la e al sob e dis in os obje os: supe icie especula
(azul), supe icie de dispe sión blanca es ánda ( ojo) y supe icie mecanizada
( e de) desde un senso con ib a ansmiso a monomodo
2
y ib a ecep o a con
núcleo de 100μm
[8]
.
2
En las ib as monomodo (
SMF, Single Mode Fibe
) an sólo se p opaga el modo LP01, impidiendo los
modos de o den supe io (LP11, LP20, e c.) y ob eniendo una excelen e calidad del haz a la salida.
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En el caso de que se deseen elimina los e ec os de la a iación de e lec i idad del
obje o en cues ión, a in de ga an iza una medida más iable, se usa á la elación
en e las señales de dos ib as ecep o as a di e en es dis ancias de la supe icie. [6]
[9] [10] [11] O as con igu aciones de ib as que son usadas ac ualmen e pa a
co egi y mejo a la señal ecibida incluyen disposiciones ci cula es de ib as
ecep o as. [7] [12]
2.- Senso es de T iangulación:
Las medidas po iangulación hacen e e encia a un p ocedimien o en el cual
una dis ancia, posición o pun o queda de inido po conside aciones basadas en las
geome ías de simili ud de iángulos (Teo ema de Tales).
Los senso es óp icos basados en iangulación [13], ope an de mane a gene al
usando el p incipio geomé ico mos ado en la Fig. 2.8.
Fig. 2.8. - P incipio de uncionamien o del senso de iangulación óp ica. La
dis ancia o desplazamien o (D) queda de e minado po las dis ancias conocidas (E
y F) y la dis ancia ob enida en el senso (G). Es a úl ima se ob iene con la dis ancia
al pixel si uado en el de ec o sensible a la posición (PSD, Posi ion Sensi i e
De ec o ) que egis a la imagen del pun o medido.
Pa a es a ecnología, los angos exis en es son de 10mm~1m [14]. Den o del p opio
senso PSD, se án las ubicaciones y esoluciones de los píxeles más ce canos y
lejanos los que impongan los lími es, jun o con el aumen o óp ico del sis ema. La
esolución del senso de iangulación depende á del amaño de los píxeles de
de ección, así como del amaño del ayo láse inciden e. [15] Así pues, la esolución
más al a se encon a á en los píxeles más ce canos a la dis ancia mínima de
de ección.
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Las en ajas más impo an es de es e ipo de senso es es que o ecen una medición
ápida (de decenas o cien os de kHz) a un p ecio ela i amen e bajo. Además, al se
capaces de escanea la posición del pun o láse en el plano del obje o, son capaces
de de ec a la o ma del mismo. [14] [16] [17]
Po o a pa e, es e ipo de senso es ienen a ias limi aciones:
a) Su endimien o baja conside ablemen e en obje os cla os y anspa en es.
3
b) La p opia geome ía del senso necesi a de un ancho mínimo en el senso
pa a p opo ciona la dis ancia ansmiso -de ec o . Es e hecho hace que sea
di ícil la medición de obje os a a és de abe u as es echas o en espacios
limi ados.
Fig. 2.9.- Obje o se encuen a en la in e sección en e dos ec as y dos a cos. a)
T iangulación basada en las medidas de los ángulos θP y θQ a pa i de los pun os de
obse ación P y Q, conocidos. b) T iangulación basada en las medidas de los ángulos
ZP y ZQ a pa i de los pun os de obse ación P y Q, conocidos.
3. Senso es de iempo de uelo (ToF: Time-o -Fligh ):
O o de los mé odos más usados pa a ealiza las mediciones de las dis ancias
es el denominado “ ime-o - ligh ” ( iempo de uelo), donde la dis ancia se ob iene
en iando ondas elec omagné icas al obje o en cues ión, y midiendo después el
iempo que a dan las ondas en iaja del senso al obje o y ice e sa. [18] Po
no ma gene al, es os senso es usan pulsos de luz – de unos nanosegundos de
anchu a- pa a medi dicha dis ancia. (Fig. 2.10.a.)
3
Debido a la poca isibilidad del pun o láse sob e es as supe icies, ma e iales como id io, agua o
líquidos es án desaconsejados pa a es a écnica de medición.
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u ilizados en cons ucción
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Fig. 2.10.- a) Las medidas de “ ime-o - ligh ” mues an es escena ios dis in os: (i)
demasiado la go, (ii) simila y (iii) demasiado co o, en compa ación con la anchu a
de pulso emi ido. Pa a pulsos de nanosegundos, es os casos co esponden,
espec i amen e, a dis ancias > 50m, algunos me os y < 1m.
b) Es a écnica, modulada en in ensidad, es un mé odo al e na i o óp imo pa a las
dis ancias simila es a la anchu a del pulso. El cambio de ase se indica con la lecha
de dos pun as.
Un en oque al e na i o pa a la iluminación de pulso es usa una luz con inua
modulada en ampli ud ( e Fig. 2.10.b) [19] [20], aunque las dis ancias ambién se
pueden medi po luz modulada en ecuencia (en ez de ampli ud). Pa a dis ancias
de mayo esolución que 50m, la écnica de sensado dominan e es la de pulso
modulado, donde la p ecisión de la medida depende á de la p ecisión de la p opia
elec ónica usada.
La dis ancia máxima de alcance depende á a su ez de la po encia del láse , la
sensibilidad del de ec o , la e lec i idad y la isibilidad del obje o. Po su pa e, la
elación señal/ uido ob enida ambién juga á un papel impo an e en dicha
dis ancia.
O o caso pa icula de es a écnica de sensado es la de ección de la elocidad del
á ico. Aun así, son los senso es acús icos los que se usan de mane a habi ual en
de ección obó ica y en senso es pa a es acionamien o y ma cha a ás en los
ehículos, donde no es eque ida una p ecisión an al a y es necesa io un cos e
ela i amen e bajo pa a su implemen ación.
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
16
4.- Senso es con ocales:
El p incipio con ocal se basa en u iliza la óp ica pa a en oca la luz que
emana de una abe u a sob e el obje o que se desea medi y de ec a la luz
dispe sada desde el obje o de uel a a la abe u a o iginal. [21] [22]
Las aplicaciones más habi uales pa a un senso de es e ipo son las mediciones de
desplazamien o y pe ilados de supe icie, es deci , aplicaciones en las cuales se
ealizan mediciones de cambio de dis ancia cuando el senso se aslada
la e almen e con espec o al obje o.
Fig. 2.11.- El p incipio de de ección de ib a óp ica monoc omá ica y polic omá ica
con ocal: (i) Senso con ocal monoc omá ico con un obje o en el plano de la imagen
(caso pa a el cual la señal ob enible es máxima).
(ii) Senso con ocal monoc omá ico con un obje o desplazado del plano de la
imagen.
[23]
(iii) Senso polic omá ico donde la posición del plano de imagen a ía con la
longi ud de onda y una longi ud de onda di e en e sa is a á la geome ía con ocal
pa a cada posición del obje o.
La señal ob enida en la ape u a as la in e acción con el obje o a ía de una mane a
no able con el desplazamien o de és e. Po ello, es os senso es pe mi en ealiza
medidas muy p ecisas –con esolución de a ios mic óme os- ce ca del plano del
obje o. [24] [25] [26] [27]
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
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E incluso, con un sis ema de len es adecuado, esa esolución puede man ene se en
angos de a ios milíme os de dis ancia.
Po el con a io, en mues as o ma e iales con baja e lec i idad se ob end á una
elación más baja en e señal y uido (
SNR, Signal o Noise Ra io
), que en ma e iales
al amen e e lec an es. Es o di icul a á la ob ención de medidas iables, aunque
puede co egi se con iempos de medición más la gos y/o p omedios de señal.
5.- Senso es In e e omé icos:
En la con igu ación ípica del in e e óme o de Michelson se u iliza un láse
al amen e cohe en e pa a medi los desplazamien os de un obje o po debajo de la
p opia longi ud de onda (en el ango nanomé ico, del o den de 1/100 de la longi ud
de onda). [28]
Además, la in e e ome ía es más ap opiada pa a la moni o ización de
desplazamien os que pa a la medición de dis ancia absolu a, aunque la longi ud de
onda múl iple y la in e e ome ía de explo ación ambién pe mi en la medición de
dis ancia absolu a. Las écnicas pa a es e ipo de senso es gene almen e equie en
una con igu ación óp ica al amen e es able. A pesa de ello, los senso es de dis ancia
in e e omé icos come cializados con éxi o han sido basados p incipalmen e en
uen es de baja cohe encia
4
(Fig. 2.12).
En un p ime momen o [29] [30] pa a es a écnica se acuño el é mino
“in e e ome ía de luz blanca” (WLI, Whi e-Ligh In e e ome y). Aun así, más
ecien emen e y desde el sec o biosani a io, se ha ex endido el é mino “ omog a ía
de cohe encia óp ica” (Op ical Cohe ence Tomog aphy, OCT). [31] [32] [33] Po
no ma gene al, hoy en día se usa el e mino WLI pa a de ini la in e e ome ía en
el dominio del iempo y el e mino OCT pa a de ini la en el dominio de la ecuencia.
La écnica WLI combina las salidas de los dos b azos del in e e óme o. Si la
di e encia de ayec o ia de los dos b azos es mayo que la longi ud de cohe encia
de la uen e de baja cohe encia, en onces no se egis a á a iación alguna en la
salida o al a medida que a íe la longi ud del b azo de e e encia.
4
Las aplicaciones come cializadas usan una baja cohe encia empo al (combinada con una al a
cohe encia espacial) pa a ob ene una al a esolución espacial, al educi el mo eado láse (lase
speckle) en supe icies ugosas o enómenos de in e e encia simila es.
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18
Sin emba go, si la di e encia en e ayec o ias es meno que la longi ud de
cohe encia, se medi án las a iaciones sinusoidales ípicas en la salida a medida que
se a íe la dis ancia del b azo de e e encia, egis ándose el con as e máximo
cuando las longi udes de ambas ayec o ias es én comple amen e equilib adas
( ase cons uc i a) ( e Fig. 2.12)
Fig. 2.12.- Con igu ación básica pa a la in e e ome ía WLI y ípico pa ón de
in e e encia en unción de la e e encia del mo imien o del b azo (Fuen e de baja
cohe encia).
La uen e de luz puede se un diodo ce cano al espec o IR o bien una uen e
incandescen e, aunque cabe deci que los diodos supe luminiscen es (SLED)
acoplados a la ib a óp ica ecien emen e desa ollados han o ecido muy buenos
esul ados pa a es a aplicación.
Dado que los sis emas WLI equie en un escaneo comple o del e lec o de
e e encia pa a de e mina la dis ancia de un solo obje o, es una écnica len a, que
la hace po an o adecuada solo pa a medi dis ancias o desplazamien os de obje os
es á icos.
Además, aunque es os sis emas pueden llega a de e mina los desplazamien os con
una p ecisión de una acción de una longi ud de onda [29] [34] en la p ác ica o as
cues iones como la elación señal/ uido y la p ecisión del escaneo de e e encia a
menudo limi an la p ecisión a al ededo de 1μm.
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19
Pa a que es a écnica uncione de mane a p ecisa, se á necesa io asegu a que los
dos b azos del in e e óme o es én siemp e a empe a u as idén icas. En caso de
que es e é mino no pudie a asegu a se, debe ían busca se o os mé odos pa a
implemen a el diseño WLI. [35]
Una al e na i a pa a escanea la posición del e lec o de e e encia es escanea en
el dominio de la ecuencia (longi ud de onda) – el OCT, pa a el cual hab á que:
i) Usa una uen e de banda ancha como en WLI y analiza el con enido
espec al con il os o monoc omado es.
ii) Usa una uen e de banda es echa que se pueda ajus a en un ango
amplio [36]
En la p ác ica, la p ecisión en la dis ancia del escaneo con OCT es a á limi ada po el
ango de ecuencia y, po lo an o, los sis emas OCT a a ez o ecen mejo es
p ecisiones de 5μm. Aun así, su p incipal en aja sob e los sis emas WLI es su mayo
elocidad de escaneo, lo que ha log ado que, po ejemplo, se haya gene alizado el
uso de los sis emas OCT en o almología pa a exámenes ocula es. [37] [38]
El sis ema OCT ambién es u ilizado en ca diología pa a ob ene imágenes de las
a e ias bloqueado as de la placa [39] y en oncología, ya que la OCT basada en luz
in a oja puede pene a en la piel, a a esando ejidos has a localiza cie os ipos
de cánce . [40].
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20
Ensayo de Delaminación (UNE-EN 16351):
Es e ensayo, que si e pa a e alua la calidad de encolado en e las capas y
consis e en la gene ación de ensiones in e nas en la made a median e la inducción
de un ue e g adien e en el con enido de humedad, es á p esen e en odas las
no mas de p oduc os es uc u ales, an o de los laminados como de los encolados.
Debido a es e cambio de olumen a causa de la humedad, en el panel se c ean
ensiones de acción pe pendicula es al plano de encolado. En caso de da se un
encolado de ec uoso en la pieza, apa ece án las delaminaciones –sepa aciones de
los planos de encolado- en e las capas del panel CLT (Fig. 2.13).
Fig. 2.13.- De alle de p obe a de CLT delaminada. Se obse a la sepa ación en e
capas as un ensayo de delaminación UNE-EN 16351 (imagen, co esía de Egoin
S.A.).
Es e enómeno indeseado es ca ego izado no malmen e según lo siguien e [41]:
- La medición de las longi udes en elación a la longi ud o al de líneas de cola
e aluadas (% de delaminación o al y % de delaminación media).
- La medición del % de a anque po made a (% de supe icie sepa ada, en la
que la o u a se ha p oducido po la made a y no po el adhesi o).
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27
Diseño de la Ca casa deslizan e y la Es uc u a de sopo e pa a la cabeza láse :
Pa a lle a a cabo la oma de medidas den o del labo a o io, se lle a on a
cabo dos p ocesos en pa alelo, como más a de se e á en el diag ama de Gan ,
encuad ados den o de la “ges ión de comp as” del ma e ial.
Po un lado, se ha con ac ado con MungiMa ik S.A. pa a la ab icación de una
pequeña es uc u a me álica sob e la cual ija el equipo de medida. Fo mada po
pe iles de aluminio ex uidos, una ez ijada sob e la mesa óp ica, ha do ado de
es abilidad al equipo de medida.
Fig. 3.2.- Es uc u a de MungiMa ik S.A., una ez inalizado su mon aje.
Po o o lado, se ha diseñado median e el p og ama de CAD Au odesk Fusion360 un
modelo de ca casa pa a la sujeción de la cabeza láse op oNCDT-2300 sob e la
es uc u a de aluminio. En p ime luga , el diseño ha enido en cuen a que la ca casa
debe desliza se sob e un pe il de 20x20mm. Tal y como se ap ecia en la imagen
in e io , ap o echando la geome ía del pe il, se ha conseguido un guiado iable de
la ca casa ( ep esen ado en colo na anja), lo que pe mi ido posiciona con
p ecisión el sis ema espec o de la mues a.
Fig. 3.3.- Pe il de MungiMa ik (20x20mm), is a isomé ica del mismo y sección de
la guía de la p opia ca casa.
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28
En la imagen in e io se mues a la ca casa inal, p ime o sin la apa supe io , una
ez acabado el p oceso de diseño. Se obse a ambién en la imagen de la de echa la
cabeza láse (en colo na anja), además de los es pasado es especi icos de mé ica
M4.
Fig. 3.4.- Imagen CAD de Fusion360 del mon aje de la ca casa (g is) jun o con la
cabeza láse (na anja).
Además de las co espondien es sujeciones -guía en el la e al pa a coloca la sob e
el pe il- y aguje os pa a cables, indicado es LED y la en ana de medición, se
añadie on anu as de en ilación ya que, as un uso p olongado du an e las
p uebas en el labo a o io, la cabeza láse alcanzaba empe a u as ela i amen e
al as.
Fig. 3.5.- Di e en es pe spec i as y de alles de la ca casa ealizada en Fusion 360.
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29
Diag ama de Gan :
A con inuación, se mues a el diag ama de Gan del p oyec o, donde las
a eas ealizadas a lo la go del mismo se mues an de mane a cla a y en o den
c onológico. El p o ocolo seguido pa a la consecución de los obje i os queda
esquema izado en la siguien e abla y g á ica, de allando así las ases p incipales
desc i as en el apa ado an e io , como son el diseño, la ins alación de elemen os, la
ealización de p uebas o la e aluación de los esul ados:
Fig. 3.6.- Lis a de a eas del p oyec o.
Fig. 3.7.- Diag ama de Gan del p oyec o.
Ac i idad
Nomb e Fecha de Inicio Du ación Fecha de Te minación
1Diseño de la solución écnica 11/02/2020 35 17/03/2020
2 Con ex ualización 11/02/2020 7 18/02/2020
3 P ime os boce os 18/02/2020 11 29/02/2020
4 Elección del ha dwa e y elemen os 29/02/2020 17 17/03/2020
5Ges ión de comp as 17/03/2020 12 29/03/2020
6Ins alación y mon aje de elemen os 29/03/2020 14 12/04/2020
7Realización p uebas labo a o io 12/04/2020 42 24/05/2020
8 Toma de medidas 12/04/2020 25 07/05/2020
9 P og amación del algo i mo so wa e 07/05/2020 17 24/05/2020
10 E aluación de esul ados 24/05/2020 53 16/07/2020
11 Nue a oma de medidas 24/05/2020 17 10/06/2020
12 Op imización del algo i mo 10/06/2020 21 01/07/2020
13 Co ección de medidas 01/07/2020 15 16/07/2020
14 Conclusiones 16/07/2020 21 06/08/2020
15 Redacción del Documen o 06/08/2020 21 27/08/2020
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Cálculos y algo i mos:
Hipó esis y plan eamien o sob e componen es de ugosidad y ondulación:
Fil ado de la medida:
El acabado supe icial in luye en di e en es ca ac e ís icas, como son el
desgas e, la es anqueidad, el compo amien o a a iga, adhe encia de
ecub imien os, aspec o es é ico, e c. [43]
A la ho a de e alua el acabado supe icial de una pieza, se dis ingue en e ugosidad
y de ec os de o ma. És os se di e encian en el espaciado de la des iación en la
supe icie eal, es deci , en la ecuencia de dicha pe u bación. A medida que la
ecuencia aumen a, se a desde de ec o de o ma has a ugosidad pu a.
En e los de ec os de o ma más comunes en piezas se encuen an la inclinación o la
al a de plani ud, lo que a la pos e supond án una al a de ajus e y holgu as, en e
o os. En cambio, la ugosidad a ec a a la supe icie en pa áme os como el
ozamien o y el desgas e.
El pe il eal de la mues a es el esul ado de la in e sección de la supe icie de la
pieza de mecanizado y un plano pe pendicula a dicha supe icie. En cambio, el pe il
medido se á el esul ado del escaneo de es e mismo pe il eal con un pun e o,
sonda o medido gené ico que il a á en cie o g ado las ugosidades mínimas
debido al diáme o de la pun a de dicho medido . [44]
Es deci , el pe il medido no se á en ningún caso el pe il eal, ya que és e se
ob end á como una señal en ol en e ap oximada y sua izada del o iginal.
A la ho a de medi los pe iles, debe án e i a se abolladu as, muescas o g ie as en
la medida de lo posible, ya que des i ua ían la medición de la supe icie eal de la
mues a. Si uese necesa io, pod ían es ablece se ole ancias según DIN-EN-ISO
8785, o bien UNE-EN-ISO 4287 (Fig.3.8).
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Fig. 3.8.- Esquema del il ado en unción de las espec i as longi udes de onda de
co e: λs, λc y λ . (Se il an los componen es ecuenciales meno es que λs y
mayo es que λ , no eque idos).
[45]
Po an o, se dis inguen es ipos de pe iles: pe il p ima io, de ondulación y de
ugosidad [44], siendo las des iaciones de ondulación las in e medias en e los
de ec os de o ma y la ugosidad. La longi ud de co e (Lc, o bien, ca ac e izada
median e λc como se e á más adelan e) se i á pa a sepa a la ondulación y la
ugosidad [43].
El pe il p ima io es el esul ado ob enido as un il ado paso-bajo del pe il
medido, en el que se il a án odas las ecuencias con una longi ud de onda meno
a λs. [44] Con ello, se consigue elimina cie os componen es conside ados no
ele an es, además del posible uido que pudie a habe se ob enido en la medición
de la supe icie.
Los pa áme os del pe il p ima io se designan como P y se e alua án den o de la
p opia longi ud de mues eo, es deci , la longi ud o al del pe il de la supe icie.
El pe il de ugosidad, po o a pa e, es el esul ado ob enido as un il ado paso-
al o del pe il p ima io, una ez il adas odas las ecuencias con una longi ud de
onda mayo a λc. [44] Es deci , se a a de un pe il compues o po ecuencias cuya
longi ud de onda se encuen a comp endida en e λs (ya ealizado en la ob ención
del pe il p ima io) y λc.
En es e caso, los pa áme os se designan como R y se e alúan den o de la longi ud
de e aluación Ln, cons ando no malmen e de 5 longi udes de mues eo L (según
no ma gene al), explicado en p o undidad en los siguien es apa ados. És a úl ima
(L ) co esponde á a la longi ud de onda de co e λc del il o usado sob e el pe il
de la supe icie.
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El pe il de ondulación, po úl imo, es el esul ado ob enido as un il ado paso-
bajo y o o paso-al o en el pe il p ima io, con longi udes de onda de co e de λc y
λ , espec i amen e [44] ( e Fig. 3.8).
Los co espondien es pa áme os se designan como W y se e alúan a lo la go de la
longi ud de e aluación Ln, de la misma mane a en la que se p ocede á pa a el caso
del pe il de ugosidad.
La longi ud de onda de co e que pe mi i á dis ingui en e ondulación o ugosidad
se a a de mane a gene al median e il os. La aplicación del il o si e pa a il a
an o las componen es ecuenciales de ondulación como las de e o es de o ma,
pe mi iendo la ob ención de pe iles de ugosidad a pa i del pe il p ima io. Pa a
elimina las ondulaciones de és e, se aplica un il o gaussiano (ISO 16610-21), cuya
campana de p obabilidad queda de inida po S(x):
𝑆(𝑥)= 1
𝛼∗𝜆𝑐∗𝑒−𝜋∗( 𝑥
𝛼∗𝜆𝑐)2
𝛼= √ln2
𝜋=0,4697
La unción S(x) eco e los pun os ob enidos del pe il, aplicando el peso
co espondien e al ec o de da os medidos pa a ob ene el nue o pe il il ado. En
es e caso, el il o a ia á únicamen e en unción de λc, ya que el es o de pa áme os
es án p ede inidos. [46]
El il o gaussiano ha eemplazado al il o 2RC (elec ónico) desde hace más de 10
años. Se a a de un il o sin co imien o de ase debido a su unción de peso
simé ica. [47] De hecho, dicha dis o sión de ase es el mayo incon enien e que
his ó icamen e p esen a es e ipo de il o, ya que gene a p oblemas c í icos
al ededo de pequeñas muescas (po ejemplo, en be as de la made a).
Fig. 3.9.- Desplazamien o de ase en il o RC. La línea media su e un e aso
espec o del pe il eal.
En el pe il de ugosidad, es e e o p oduce picos (2 y 3)
ampli icados. [48]
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u ilizados en cons ucción
33
De acue do con la no ma, el il o Gaussiano es el único il o aplicable al es udio de
acabados supe iciales de o ma es anda izada, siendo ecomendado pa a
de e mina la línea media en es udios me ológicos. És e no sup ime de o ma
ab up a aquellas longi udes de onda meno es a la de co e, sino que las a enúa de
o ma g adual.
Además, se a a de una unción pu amen e ma emá ica aplicada al pe il ob enido,
e i ándose así la dis o sión de ase y co igiendo los e o es que o o ipo de il os
pudie an ene . [49] Aun así, debido a es a misma sime ía de la unción de peso, el
il o p esen a p oblemas (dis o siones de bo de) en los ex emos de la señal [47] y
en e a “ou lie s” que se den en el pe il.
Exis en o os il os, que no an a se desc i os en es e abajo, denominados como
“ il os obus os”. Con ellos se co igen los p oblemas p e ios, como il os de
Splines Cúbicos (que usan una cons an e pa a con ola el compo amien o del il o
y calcula así el pe il p ima io espec o del pe il eal median e cu as
geomé icas), il os de Wa ele s ( eescalando y econs uyendo la señal), il os
mo ológicos (disco i ual que desliza sob e el pe il eal) o il os FFT
( ans o mada y ans o mada in e sa de Fou ie ).
Po o o lado, exis en dos mé odos al aplica el mé odo de il ado gaussiano:
- Con olución disc e a, en el dominio del iempo.
- T ans o mada de Fou ie , en el dominio de la ecuencia.
En es e p oyec o, se ha usado el p oceso de con olución disc e a (dominio del
iempo), consis en e en el p oceso de ob ención de un pe il de ondulación m(x) una
ez hecha la con olución a odos los pun os del pe il ob enido [49]:
𝑚(𝑥)=𝑧(𝑥)∗𝑆(𝑥)
Fig. 3.10.- Segmen o de Raw Da a con pe il de con olución. (z(x) ep esen ado en
azul y m(x) ep esen ado en na anja).
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
34
Una ez hecho eso, se ob end á el pe il de ugosidad (x) pa a abaja con él:
𝑟(𝑥)=𝑧(𝑥)−𝑚(𝑥)
Fig. 3.11.- Segmen o de ugosidad, no malizado espec o al il o m(x).
Dado además que dichos picos y alles su gen de mane a alea o ia sob e la
supe icie del ma e ial, se hace necesa io es ablece unos pa áme os es adís icos
po los cuales cuan i ica la ugosidad de la mues a analizada [43].
Pa áme os de ugosidad:
Ra: La media a i mé ica de los alo es absolu os de ugosidad. Es el alo más
u ilizado. Se miden las des iaciones del pe il espec o de la línea media de la
ugosidad (Fig. 3.12). El alo de Ra apenas se e a ec ado po la can idad de picos
o alles po que es un alo medio de odo el pe il.
Fig. 3.12.- Pe iles con la misma Ra, pe o con un compo amien o di e en e
[43]
.
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
35
De hecho, puede da se que pe iles con un mismo Ra mues en un compo amien o
al ozamien o comple amen e dis in o (Fig. 3.12). Es po ello que se a a de un alo
con una impo ancia ela i a y que p ecisa de un análisis más p o undo con o o ipo
de alo es pa a ca ac e iza la ugosidad de la supe icie.
Rm : La componen e ma e ial del pe il. Se a a á como la acción de una línea
imagina ia azada a lo la go del pe il y a una al u a (en μm) po encima de la línea
media. No malmen e, se mide en po cen aje y se usa pa a supe icies de guía y
supe icies que se mue en y deslizan unas con a o as [44].
RSm: La anchu a media de pico. Se cuan i ica el alo medio del ancho de los
elemen os del pe il ob enido, es ipulando umb ales, an o e ical como
ho izon almen e [44].
Rp: La al u a máxima de pico. Al u a del mayo pico localizado a lo la go de cada
longi ud de co e.
R : La p o undidad máxima de alle. P o undidad del mayo alle localizado a lo
la go de cada longi ud de co e.
R : La al u a o al del pe il de ugosidad. És a mues a la di e encia en e la al u a
del pico más al o y la p o undidad del alle más p o undo a lo la go de cada longi ud
de co e. (
Denominado como Rzi, en Fig. 3.13.
)
Rz1max: La p o undidad máxima de ugosidad. El mayo R de las longi udes de
mues eo e aluadas. Es e pa áme o es usado no malmen e pa a supe icies en las
que las des iaciones indi iduales ienen una in luencia signi ica i a en unción de la
supe icie [44].
Rz: La p o undidad de ugosidad media. El alo medio de los alo es Rzi de las
longi udes de mues eo e aluadas. Usada como la egla gene al pa a odas las demás
supe icies [44].
Fig. 3.13.- Al u a o al del pe il de ugosidad (R ), p o undidad de ugosidad
media (Rz) y p o undidad máxima de ugosidad (Rz1max).
[44]
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
36
Como da o a ene en cuen a, los alo es de medición de ugosidad a ían –po
no ma gene al- en el ango de ±20%. Es po ello que una sola medición pod ía no
p opo ciona oda la p ecisión de los pa áme os ole ados.
Po an o, en es e p oyec o se han omado a ias mues as de pe il en dis in as
zonas, así como di e sas mediciones empo ales en la misma zona [44], al in de
ob ene la in o mación su icien e que nos ga an ice unos alo es de los pa áme os
de ugosidad del ma e ial lo más p ecisos posibles.
Desa ollo del Algo i mo:
Una ez es ablecidos de mane a eó ica odos los pa áme os de ugosidad
que se debían usa en la aplicación del p oyec o, se desa olló el código con el cual
ob ene los mismos. Usando la pla a o ma de so wa e lib e Anaconda (lenguaje
Py hon), con odas sus he amien as de p og amación, especialmen e Jupy e y
Spyde , se esc ibió el código comple o, mos ado ín eg amen e en el Anexo II.
En p ime luga , se p ocedió con el análisis de una mues a de made a CLT conc e a.
Es deci , se delimi ó un amo sin e as ni cue pos ex años en la supe icie de la
mues a de made a (ca a B de la mues a “Calib ado”). T as ello, se p ocedió
midiendo la misma supe icie en 5 momen os empo ales dis in os: momen o
cualquie a, un minu o más a de, al día siguien e, al p óximo en un momen o
cualquie a y al p óximo un minu o después del an e io .
G acias a ello pudo cons a a se la es abilidad del mé odo de ob ención de da os,
log ándose pa áme os muy simila es pa a odas las mues as, den o del umb al
de a iación espe ado.
Pa a lle a a cabo la oma de medidas sob e la supe icie, se ha usado conexión
E he ne en e el equipo de medición y la e minal de con ol ( e Fig. 3.14). El
cabezal láse , den o de su ango hábil de ac uación –en es e caso, comp endido en
una dis ancia de en e 30 y 40mm- mide median e e lexión di usa la dis ancia al
pe il de la mues a, de ol iendo és e como una a iación de al u a del ház láse
( e Fig. 3.14).
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
43
Así, ha sido posible consegui un núme o mayo de subin e alos en cada mues a
y, po an o, una mayo iabilidad en los da os ob enidos debido a dicho p oceso de
supe posición.
[ … ]
Fig. 3.21.- Solución omada pa a e i a la pé dida de da os en e dos il ados en
subin e alos consecu i os.
Po an o, la secuencia de subin e alos a conside a pa a consegui que las señales
il adas es én de inidas en odo el pe il medido es la siguien e:
{ [0,200],
[200−2𝑞,2𝑥200−2𝑞],
[2𝑥200−4𝑞,3𝑥200−4𝑞],
[3𝑥200−6𝑞,4𝑥200−6𝑞],
[4𝑥200−8𝑞,5𝑥200−8𝑞], …}
De o ma gené ica podemos ep esen a dicha secuencia de la siguien e o ma:
[ 𝑛𝑥200−𝑛𝑥2𝑞,(𝑛+1)200−𝑛𝑥2𝑞], 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑛=0,1,2,…
De o ma compac a:
[ 𝑛(200−2𝑞),200+𝑛(200−2𝑞)], 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑛=0,1,2,…
Sabiendo que “len(xsub)” se e ie e al núme o de pun os en cada subin e alo “x”, en
es e caso conc e o, su alo se ía 𝑙𝑒𝑛(𝑥𝑠𝑢𝑏)=200.
q200 - q
0200
200 - q 400 -3 q
200 - 2q 400 - 2q
400 - 3q 600 -5 q
400 - 4q 600 - 4q
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
44
Finalmen e, se han usado las ecuaciones y elaciones p e ias pa a calcula el alo
máximo de “n” pa a caso conc e o, de iniendo así el núme o o al de subin e alos
consecu i os que pueden llega a se analizados den o del pe il sin llega a
solapa se:
𝑙𝑒𝑛(𝑥𝑠𝑢𝑏)+𝑛(𝑙𝑒𝑛(𝑥𝑠𝑢𝑏)−2𝑞)+1≤𝑙𝑒𝑛(𝑥𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙)
𝒏≤𝒍𝒆𝒏(𝒙𝒇𝒖𝒍𝒍)−𝒍𝒆𝒏(𝒙𝒔𝒖𝒃)−𝟏
𝒍𝒆𝒏(𝒙𝒔𝒖𝒃)−𝟐𝒒
Se ilus a a modo de ejemplo la g á ica siguien e, donde se mues a el pe il il ado
(componen es de ondulación, en na anja) sob e el pe il p ima io (componen es de
ugosidad + ondulación, en azul), pa a dos subin e alos consecu i os.
Fig. 3.22.- Ejemplo de il ado co egido sob e subin e alo del pe il calib ado.
Se ap ecia la con inuidad del il ado (en dis ancia del pe il, 11mm) en e
subin e alos consecu i os.
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u ilizados en cons ucción
45
Análisis de los esul ados:
La bondad de los da os ob enidos as la medición del pe il se ha con i mado
es adís icamen e. Se ha ce i icado po medio de la des iación es ánda que odos
los da os ob enidos pa a los alo es medios en los subin e alos e an cong uen es
en e sí independien emen e de su alo , quedando aco ados den o de un ango en
unción de la des iación es ánda expe imen al y la longi ud de onda de co e.
En es e ejemplo conc e o, ealizado sob e las mues as de pe il calib ado y con una
longi ud de onda de co e de 0,8mm – alo ípico u ilizado pa a sepa a la ugosidad
de la ondulación-, se iene que:
Tabla. 3.23.- Tabla pa a dos mues as de made a dis in as, mos ando alo es de
Ra media y su des iación es ánda .
En la Tabla. 3.23. se incluye el núme o de subin e alos en los que se ha di idido el
pe il o iginal comple o. Po ello, pa a el análisis an o de Ra como Rq, se u iliza á el
alo de N ( amaño de población) igual a 25. La media y des iación, po su pa e, se
mues an en mic as.
Tabla. 3.24.- Tabla esumen de los alo es es adís icos pa a Ra y Rq.
Según el análisis es adís ico, no se obse a on di e encias signi ica i as en e las
dis in as medidas de los alo es de ugosidad de la supe icie, an o pa a calib ado
como cepillado, a un ni el de con ianza del 95%. Con ello, se ha comp obado an o
la ep oducibilidad empo al como espacial de las medidas a lo la go de los pe iles
medidos.
Tabla. 3.25.- Tabla con los ni eles de signi icación e in e alos de con ianza pa a
las mues as de 95 y 99% (Ra, Rq).
Ra, Rq → 25. Rp, R , R → 129 Ra (Mean) Ra (S d)
abla2020-06-17 21.16.13.608 3,626 0,532
abla2020-06-19 15.41.00.304 3,715 0,539
N (Poblac.) 25
Media 3,72
S andDe 0,54
Ni el signi icación pa a 95% 0,05 95%
Ni el signi icación pa a 99% 0,01 99%
In e alo de con ianza 95% 3,49 3,94
In e alo de con ianza 99% 3,41 4,02
Alpha (α)
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u ilizados en cons ucción
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Es deci , siguiendo el c i e io de la abla an e io , nues o in e alo de con ianza
pa a el alo de las medias –usando una media de 3,715 μm y una des iación de
0,539- debe ía encon a se en e [3’49~ 3’93] μm. E ec i amen e, odas las medidas
de ugosidad cumplen la condición. Repi iendo es e p oceso de e i icación pa a
odos los alo es, se han a i icado las condiciones de una buena epe i i idad del
mé odo y de la calidad los esul ados.
Del mismo modo, se ha p ocedido pa a el caso de Rp, R y R , donde se ienen las
siguien es medidas, en la misma o ma que en el caso an e io pa a Ra y Rq:
Fig. 3.26.- Tabla pa a dos mues as de made a dis in as, mos ando alo es de R
media y su des iación es ánda .
De nue o, pa a una N ( amaño de población) es a ez de 129 subin e alos, se
enma can los alo es ob enidos como se mues a a con inuación:
Fig. 3.27.- Tabla esumen de los alo es es adís icos pa a Rp, R y R .
De la misma mane a que an es, se ha comp obado como pa a Rp, R y R se sigue
cumpliendo con las conside aciones p e ias, a un ni el de con ianza del 95%:
Fig. 3.28.- Tabla con los ni eles de signi icación e in e alos de con ianza pa a las
mues as de 95 y 99% (Rp, R y R ).
En es e ejemplo, la abla mues a un in e alo de con ianza con unos alo es en
[18’12 ~ 19,95] μm. De nue o, los in e alos log ados a i ican pa a es os
pa áme os de ugosidad la buena epe i i idad y los buenos esul ados.
Ra, Rq → 25. Rp, R , R → 129 R (Mean) R (S d)
abla2020-06-17 21.16.13.608 19,038 5,260
abla2020-06-19 15.41.00.304 19,282 4,980
N (Poblac.) 129
Media 19,04
S andDe 5,26
Ni el signi icación pa a 95% 0,05 95%
Ni el signi icación pa a 99% 0,01 99%
In e alo de con ianza 95% 18,12 19,95
In e alo de con ianza 99% 17,83 20,25
Alpha (α)
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
47
Es os cálculos, ex apolados al es o de medidas ob enidas, han cons a ado la
hipó esis inicial, en la cual el p oceso expe imen al, las mues as y el mon aje inal
e an iables pa a lle a a cabo el p oyec o.
Asegu ada la bondad de los esul ados del p oceso y sus co ecciones pos e io es,
se obse a án dos g á icas dis in as du an e la sucesión de i e aciones a lo la go de
oda la longi ud del pe il medido:
- La g á ica del pe il p ima io:
P ima y P o ile s. P o ile Dis ance, (mm).
- La g á ica de la ugosidad:
Roughness s. P o ile Dis ance (mm).
La g á ica del pe il p ima io (Fig. 3.29) mues a la longi ud del subin e alo
analizado, 14mm. Se puede e , en colo na anja como en ejemplos an e io es, el
nue o pe il de la mues a una ez las componen es de ugosidad han sido
eliminadas del mismo den o del in e alo de ac uación del il o [2 < x < 12] (mm).
Fig. 3.29.- G á ica del pe il p ima io, en el p ime subin e alo.
La g á ica de la ugosidad (Fig. 3.30), mues a el pe il eliminado as la acción del
il o. Desde es os conjun os de da os “Roughness” es desde donde se han ob enido
los pa áme os de ugosidad de supe icie pa a el es o de subin e alos del pe il.
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u ilizados en cons ucción
48
Fig. 3.30.- G á ica de la ugosidad, en el p ime subin e alo.
Los da os es adís icos ob enidos median e el algo i mo se han abulado, a in de
pode abaja con ellos más ácilmen e. En la abla in e io (Tabla. 3.31), se mues a
una de las ablas, a modo de ejemplo.
En ella, apa ece el mismo amo de la mues a, medido en 5 momen os di e en es,
como se ha explicado p e iamen e. Después, apa ecen los alo es medios y la
des iación es ánda de los dis in os pa áme os de ugosidad –Ra, Rq, e c.- en cada
uno de esos ins an es.
Dependiendo del alo conside ado pa a la longi ud de onda de co e del il o
gaussiano –en es e caso λc = 0,8 mm- se ob end á una abla di e en e, además de un
núme o dis in o de segmen os del pe il pa a analiza los pa áme os.
En es e caso, como se obse a en la esquina supe io izquie da, pa a calcula Ra y
Rq se di idió el pe il de 106 mm en 25 amos de igual medida, y pa a el caso de Rp,
R y R , en 129 amos.
Tabla. 3.31.- Tabla de Mues a 1, pa a un il ado gaussiano con una longi ud de
onda de co e de λc = 0,8 mm.
Ra, Rq = 25. // Rp, R , R = 129 Ra (Mean) Ra (S d) Rq (Mean) Rq (S d) Rp (Mean) Rp (S d) R (Mean) R (S d) R (Mean) R (S d)
abla2020-06-17 21.16.13.608 0,00363 0,00053 0,00459 0,00067 0,01000 0,00331 0,00903 0,00279 0,01904 0,00526
abla2020-06-17 21.18.26.219 0,00363 0,00057 0,00460 0,00076 0,01005 0,00330 0,00889 0,00270 0,01894 0,00516
abla2020-06-18 10.11.35.249 0,00373 0,00058 0,00471 0,00077 0,01023 0,00366 0,00925 0,00261 0,01948 0,00525
abla2020-06-19 15.38.53.047 0,00371 0,00053 0,00469 0,00067 0,01028 0,00318 0,00927 0,00242 0,01955 0,00477
abla2020-06-19 15.41.00.304 0,00372 0,00054 0,00469 0,00065 0,01000 0,00285 0,00924 0,00314 0,01928 0,00498
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u ilizados en cons ucción
49
Del mismo modo, se han calculado los pa áme os de ugosidad de la mues a pa a
el il o con dis in as longi udes de onda de co e. Como se obse a en la abla
siguien e, es os alo es cambian con cada ipo de il ado, ya que a medida que c ece
la longi ud de onda de co e, se deja pasa mayo componen e de ondulación jun o
a la ugosidad, lo que esul a en un aumen o del amaño de picos y alles den o del
pe il il ado.
Tabla. 3.32.- Tabla esumen de los pa áme os de ugosidad, pa a di e en es
longi udes de onda de co e.
A con inuación, se mues a de mane a isual los esul ados de la abla p e ia (Fig.
3.33). Se obse a la endencia explicada an e io men e, donde a medida que el il o
c ece sus componen es lo hacen ambién de mane a p opo cional.
Fig. 3.33.- G á ica con los pa áme os de ugosidad de una mues a, jun o con los
di e en es il os usados
,
donde se obse a la endencia comen ada p e iamen e.
Rugosidad (μm) Ra (Mean) Ra (S d) Rq (Mean) Rq (S d) Rp (Mean) Rp (S d) R (Mean) R (S d) R (Mean) R (S d)
λc = 0,8 mm 3,683 0,550 4,654 0,703 10,112 3,261 9,136 2,733 19,258 5,085
λc = 1 mm 4,004 0,530 5,067 0,696 11,429 3,541 10,211 2,861 21,640 5,417
λc = 1,5 mm 4,524 0,617 5,727 0,782 13,963 4,083 12,295 3,030 26,258 5,934
λc = 2 mm 4,888 0,500 6,203 0,638 15,767 4,366 13,705 3,061 29,472 6,155
λc = 2,5 mm 5,123 0,503 6,500 0,641 17,006 4,435 14,565 3,109 31,571 6,301
λc = 3 mm 5,348 0,470 6,776 0,569 18,010 4,631 15,353 3,060 33,364 6,448
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
50
Analizando los da os, se p ocedió analizando la ugosidad, iendo si el inc emen o
en el alo de los mismos seguía alguna endencia conc e a. En la Fig. 3.34 puede
obse a se como el inc emen o en la longi ud de onda de co e (λc) y el inc emen o
del alo de R (el pa áme o que más signi ica i amen e a ía) se ajus an a una
endencia loga í mica con un índice de co elación R del 99’35%.
Fig. 3.34.- Cu a R s. λc, ajus e loga í mico.
Pese a que pod ía espe a se una endencia lineal de c ecimien o en los pa áme os
de ugosidad -R , en es e caso- en la g á ica se obse a un le e pun o de in lexión en
el in e alo de [1,25 < λc < 2,25] (mm) el cual cambia la endencia de c ecimien o
ápido que mos aban los alo es iniciales de R espec o de a λc, aplanándose su
c ecimien o en longi udes de onda de co e mayo es.
Con ello, se e ue za la hipó esis de la exis encia de un λc capaz de sepa a de mane a
óp ima el conjun o de las componen es de onda de ugosidad y de ondulación.
Debido a la endencia de los da os ob enidos pa a los pa áme os de ugosidad (en
el ejemplo de la Fig. 3.34, se usa R ) se ap ecia como es os siguen una endencia cla a
loga í mica, lo que a su ez mues a la posibilidad de descompone la señal en
a mónicos de dis in as ecuencias, que con ibui án en mayo o meno medida al
amaño inal de los picos y alles del pe il de la supe icie analizada.
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
51
Fig.3.35.- Explicación g á ica de la adición de componen es de ecuencia sob e el
pe il eal
.
[49]
Fig. 3.36.- Pe il p ima io con il o y pe il de ugosidad, pa a λc = 0,5 mm.
Fig. 3.37.- Pe il p ima io con il o y pe il de ugosidad, pa a λc = 3,5 mm.
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
52
A medida que las ecuencias meno es (componen es de ondulación) ayan siendo
acep adas debido al inc emen o de la longi ud de onda de co e del il o (λc), los
picos y alles aumen a án su amaño, pasando de un alo máximo ap oximado de
10μm pa a λc = 0,5 mm (Fig. 3.36) a un alo máximo ap oximado de 25 μm pa a
λc = 3,5 mm (Fig. 3.37).
Además, se obse a como el pe il de ugosidad pasa de no ene una endencia cla a
de oscilación (Fig. 3.36) a mos a cie as subidas y bajadas pe iódicas (Fig. 3.37),
lo que ad ie e de la admisión de cie os componen es- aunque pequeños- de
ondulación.
Po o o lado, is o el compo amien o de los da os en e a la a iación del il o, se
ha p ocedido con la búsqueda del pun o máximo de la endencia, el cual ma ca á la
zona ce ca de la cual la dis inción en e componen es de ugosidad y de ondulación
se á óp ima.
Se obse a en la g á ica in e io como a pa i de λc =1,5mm, la endencia de la cu a
comienza a in e i se, llegando al pun o máximo en o no a λc=2mm y
descendiendo a pa i de en onces. Con ello, se ob iene que ese ango, de en e [1,5
< λc < 2] (mm) pod ía se el más adecuado pa a sepa a ambos componen es.
Es deci , pa a λc meno es de 1’5mm, pod ía llega a asegu a se el análisis de
ugosidad con componen es “pu os” de la misma, al desca a casi po comple o los
componen es de la ondulación.
Fig. 3.38.- Op imización de la cu a R s. λc.
P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
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P opues a de p o ilóme o óp ico láse pa a la ca ac e ización de paneles de made a CLT
u ilizados en cons ucción
62
ANEXO I: Pliego de condiciones. No ma i a aplicable. Plan de p uebas:
Geome ical P oduc Speci ica ions (GPS) – Fil a ion – Pa 21: Linea p o ile il e s:
Gaussian il e s. [ISO 16610 - 21:2011]
h ps://www.iso.o g/s anda d/50176.h ml
Su ace Tex u e (Su ace Roughness, Wa iness, and Lay) – The Ame ican Socie y o
Mechanical Enginee s. [ASME – B46.1 – 2002]
h ps:// iles.asme.o g/Ca alog/Codes/P in Book/17866.pd
ANEXO II: Planos, esquemas, diseño de de alle, código:
“Rugosidades y P esupues o”. Excel. A chi o adjun o.
Sep iemb e 2020.
“U ils” (Py hon File). A chi o adjun o.
Sep iemb e 2020.
“Main P og am” (Py hon File). A chi o adjun o.
Sep iemb e 2020.
ANEXO III: Manuales de usua io:
Mic o-Epsilon: Ins uc ion Manual – op oNCDT 2300. [PDF]
Mic o-Epsilon: Assembly Ins uc ions – op oNCDT 2300. [PDF]