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Alineación automatizada de grandes piezas en máquinas-herramienta

06/11/2017

Los métodos de fotogrametría se están utilizando cada vez más como una técnica 3D a gran escala dentro de la metrología en la industria. Se colocan marcadores ópticos en un objeto y se toman imágenes donde la medición de la trazabilidad es proporcionada por un proceso digital con cámaras pre-calibradas y barras de escala. De acuerdo con las coordenadas de la imagen objetivo 2D, las coordenadas 3D objetivo se calculan conjuntamente con las vistas de la cámara. Una de las aplicaciones de la fotogrametría es la medición de las superficies de las piezas en bruto antes de su mecanizado. Alberto Mendikute de IK4-IDEKO explica esta técnica.

En los últimos años, debido al crecimiento de sectores como la aeronáutica, la generación de energía, etc., se ha incrementado la necesidad de fabricar grandes piezas. Esto conduce a nuevos retos en el diseño de sistemas de fabricación capaces de cumplir con nuevos requisitos, incluyendo el desarrollo de nuevos conceptos de máquina. Además, la verificación eficiente y efectiva de estas grandes partes también se ha convertido en un tema clave.

Las piezas más pequeñas normalmente se verifican utilizando máquinas de medición de coordenadas (CMM) cuando se requiere una incertidumbre de medición estricta. Sin embargo, para estas partes grandes, una CMM a gran escala rara vez está disponible. Además, sacar la pieza de la máquina herramienta, prepararla en el CMM y corregir los posibles errores en la máquina herramienta es un proceso que consume mucho tiempo y tiene elevados costes económicos. Los sistemas de medición óptica, como los láser trackers son, en este caso, una alternativa. Sin embargo, la incertidumbre resultante, el coste del sistema, el tiempo de medición y la accesibilidad a la pieza siguen siendo un problema.
Por estas razones, el uso de sistemas de medición dimensional integrados directamente en la máquina-herramienta -es decir, en sistemas de medición en la máquina (OMM) para medir la pieza que se está mecanizando es una tecnología relativamente reciente que ayuda a evitar la mayoría de los problemas mencionados. Estos sistemas permiten la integración de fabricación y verificación bajo las mismas condiciones, lo que acelera el proceso a un costo relativamente bajo.
Otro problema que se presenta, cuando estamos trabajando con grandes piezas, es que las grandes piezas sin procesar requieren un largo proceso para que queden con una correcta alineación con respecto a la máquina en la que van a ser procesadas, este proceso de alineación se realiza antes de comenzar el mecanizado. Para poder llevar a cabo la alineación en la máquina es necesario haber caracterizado geométricamente la pieza (Figura 1) y se necesitan trabajadores con capacitación especial con un gran consumo de tiempo de la mano de obra y de la máquina. Por otro lado, existe el riesgo de no tener material en las zonas de mecanizado. La solución adoptada es la integración de un sistema de visión 3D integrado en la máquina. Este sistema está basado en la estereo-fotogrametría capaz de verificar autónomamente la alineación y calcular las correcciones necesarias de la parte de la pieza bruta.

Que es la fotogrametría
La fotogrametría ha sido definida por la Sociedad Americana de Fotogrametría y Teleobservación (ASPRS) como el arte, la ciencia y la tecnología para obtener información confiable sobre objetos físicos y el medio ambiente a través de procesos de recodificación, medición e interpretación de imágenes fotográficas y patrones de energía electromagnética radiante registrada y otros fenómenos. En aplicaciones de metrología industrial precisa, se calculan las coordenadas 3D de un número discreto de objetivos ópticos en un objeto basado en sus coordenadas de imagen 2D. Se obtienen varias fotografías de un objeto desde diferentes posiciones de la cámara. Por detección del objetivo óptico de las coordenadas 2D en diferentes imágenes es posible calcular las posiciones y orientaciones de la cámara para cada una de las fotografías (los llamados parámetros extrínsecos), y también para calcular las coordenadas 3D de los puntos objetivo por triangulación de múltiples vistas (Figura 2). El marco de medición está dado por un conjunto predefinido de objetivos ópticos codificados con coordenadas 3D inicialmente conocidas y la trazabilidad del proceso se establece por barras de escala apropiadas con longitudes calibradas entre pares correspondientes de objetivos.

Reducción del tiempo de proceso de alineado
La solución es reducir el tiempo de proceso de alineación de las piezas brutas en las máquinas-herramienta, esto es una tarea relevante dentro del proceso de mecanizado y lleva cierta problemática.
Una cuestión importante a resolver por los operadores de la máquina es la ubicación inicial de la pieza sin procesar. Las piezas en su origen son producidas por procesos que generan geometrías inexactas como la fundición o la soldadura, y no tienen superficies de referencia fiables o características que facilitan el proceso del posicionamiento inicial.
La alineación inicial de la pieza en la máquina es un proceso crítico, ya que el exceso de material de la pieza en bruto (exceso de stock) con respecto a la parte final tiene que distribuirse en todas las superficies a mecanizar. Si la pieza se encuentra de manera que exista un exceso de material en una superficie, es muy posible que haya escasez de material en el sitio opuesto y, por lo tanto, la pieza será defectuosa. El costo de deterioro puede ser muy alto, no sólo por el costo de la pieza en bruto, sino también por el costo del proceso de mecanizado realizado hasta que ha surgido el problema de la falta de material.

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