Acerca de los palpadores de escaneo láser

El escaneo láser en un contexto de metrología industrial se puede usar para diversos propósitos. Los equipos ROMER de siete ejes SI Absolute Arms están equipados con un software PC-DMIS y escáneres láser 3D y llevan a cabo con precisión todas estas funciones en un solo sistema. Sus decodificadores absolutos 'saben' donde se encuentra el brazo en cualquier momento (eliminando los procedimientos de retorno) y la ergonomía de contrapeso de cero G hacen que aparentemente flote en la mano del operador.

Con los resultados de un escáner láser es posible crear un modelo tridimensional de una superficie, cuya alta densidad (a menudo, del orden de millones de puntos) se denomina "nube de puntos". Muestra una gran nube de puntos que representa un vehículo. Los diferentes colores representan los barridos de escaneo individuales sobre la pieza.

Inspección y validación del objetivo

La nube de puntos 3D creada por el Absolute Arm de 7 ejes combinada con PC-DMIS se puede usar para inspección de dimensiones o GD&T, y los resultados se comparan nuevamente con los valores CAD nominales. Con la comparación de nube a CAD, las grandes nubes de puntos se pueden sobreponer al modelo CAD para una rápida inspección visual de las desviaciones (a veces denominada "mapa del clima" o "mapa de color". El escaneo láser también se puede usar para una inspección tradicional (no-CAD) usando la construcción y dimensionamiento del elemento.

 Ejemplo de aplicaciones de inspección y validación:

• La comprobación de una pieza con CAD, para la inspección de entrada, inspección de procesos en curso o la validación final
•  Comprobación de las dimensiones de herramienta y troqueles para determinar el desgaste, evaluar las reparaciones o comprobar las modificaciones
• Inspección del primer artículo
• Medición del contorno, comparando piezas con el modelo CAD correspondiente, secciones transversales 2D o cartografía topográfica 3D.
• Sintonización precisa de la línea de producción o del proceso de ensamblado
• Inspección del acoplamiento de dos piezas.

Ingeniería inversa

La ingeniería inversa es el proceso de tomar una pieza física, medirla para determinar sus características y el procesamiento de datos para crear un modelo CAD. A menudo se usa en casos donde el proceso de diseño del producto tiene una etapa de operación manual significativa, como el diseño de automoción. A pesar de los avances en CAD, muchos diseños comienzan su existencia como un modelo físico que debe ser convertido a una forma electrónica.

Las nubes e puntos creadas por un escáner láser se procesan de diversas formas para dejarlas listas para su conversión a CAD. Un software de ingeniería inversa, como PC-DMIS Reshaper, se usa para crear o importar la nube de puntos escaneada, manipular, suavizar matemáticamente y combinar los datos escaneados para poder crear un modelo de superficie representativa.

Ejemplo de aplicaciones de la ingeniería inversa:

• Crear un modelo 3D para posteriores diseños CAD o adaptaciones.
•  Caracterización de una superficie de acoplamiento para que otra pieza pueda ser conectada o unida a ella.
• Crear una pieza "heredada" o "valiosa" cuando no existe un dibujo CAD o una pieza.
• Crear un modelo "conforme a obra" de una herramienta, para que sea posible comparar el desgaste con el paso del tiempo
• Análisis competitivo de la pieza o producto
• Conservación de archivos o histórica de artefactos para crear una registro o copia 3D.

Copia o escala del fresado y elaboración rápida de prototipos

Las réplicas únicas pueden no requerir la creación de un modelo CAD completo. Los modelos de estereolitografía o CAM basados en el fresado muchas veces se pueden crea directamente desde los datos escaneados de la nube de puntos o desde el modelo de la malla. Es posible efectuar el redimensionamiento básico o escalado del modelo. El software CAM se usa para leer los datos de la nube de puntos y producir instrucciones para el mecanizado para las herramientas de la máquina CNC.

Aplicaciones de ejemplo:

• Conservación del patrimonio histórico o cultural, donde los elementos se escanean para observar el desgaste o el deterioro
•  Elaboración rápida de prototipos de modelos hechos a mano
• Reescala de un modelo físico escaneado
• El escaneo de modelos para fines electrónicos, como películas o videojuegos

Conozca nuestras soluciones de escaneo láser.

¿Qué tan rápido es el escaneo?

La velocidad del escaneo depende significativamente del palpador y del campo visual del palpador. Generalmente, en los palpadores láser es posible observar en tiempo real los puntos tomados "en pantalla". A veces, se denomina como "pintar la pieza". Efectuar escaneos con diferentes ángulos para garantizar que toda la geometría relevante sea capturada a menudo resulta en una nube de puntos como la capturada en Liberty Bell en la figura 3, donde parece que alguien hizo un trazo desordenado con pintura en spray.

Otros factores que también resultan importantes para la velocidad en general es la capacidad del número de puntos por segundo del escáner, el ancho del haz del escaneo y la densidad de los puntos por línea. La animación que se presenta a continuación compara la diferencia que existe entre distintos escáneres, uno con una línea estrecha y el otro con una línea más ancha, capturando una placa plana de 1m cuadrado con un campo visual medio. El escáner con una línea más ancha (105mm) en un campo visual medio, captura la superficie en menos de 3 minutos, mientras que el escáner con la línea más estrecha tardaría aproximadamente 13 minutos para la misma pieza.

La aplicación puede ser un factor decisivo para elegir el escáner. Las aplicaciones donde la velocidad y la cobertura sean sumamente importantes, pero no tanto los detalles finos, puede requerir un escáner con mayor velocidad. Otras aplicaciones con piezas más pequeñas y complejas pueden funcionar mejor con una línea de escaneo menos ancha. Algunos escáneres, como el HP-L-20.8, permiten al usuario seleccionar el ancho de línea que mejor se adapte a su aplicación.

¿Es mejor más puntos?

Depende en parte del uso que le dará a los datos. Las superficies que son extremadamente complejas y con muchas curvaturas se beneficiarán con el escaneo de alta densidad. No así las superficies más planas. La extracción de características, como huecos, ranuras, cilindros y otras formas prismáticas, así como los bordes se benefician también con datos de mayor densidad. Analice las dos imágenes siguientes, cuyos escaneos a un hueco de 15mm son iguales. El escaneo de la izquierda fue obtenido con un palpador de baja densidad y el de la derecha se obtuvo con un palpador V5 La extracción de la medición del hueco a la derecha será más preciso gracias a la mayor densidad de los datos. Los datos de mayor densidad capturan texturas con mayor eficiencia, si esta característica resulta de interés para el usuario.

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¿La luz ambiental afecta al sensor?

Muchas veces existen diversos tipos de iluminación en un laboratorio, estudio y en el taller que pueden tener un efecto adverso en el equipo óptico. Algunos tipos de equipos de escaneo deben trabajar en un entorno de luz controlada, pero no es el caso de los palpadores usados en los brazos ROMER. Los brazos ROMER equipados con escáneres láser usan diversas técnicas para superar los efectos de la iluminación ambiental, incluyendo filtros ópticos y controles de exposición diseñados para ignorar las longitudes de onda de la luz, excepto aquellas que estén cerca del láser que se usará. El efecto neto es que la luz incandescente, de mercurio, halógeno y otros sistemas populares de iluminación son rechazados y no afectan al sensor.

¿Las condiciones de la superficie afectan al sensor?

La precisión de la medición se ve afectada por los acabados de la superficie. Las superficies de cromo altamente pulido y las superficies negras y brillantes fueron lo más difícil de escanear. Las superficies multicolor o aquellas con transición en la reflectividad también pueden presentar problemas para muchos escáneres. Los brazos ROMER equipados con escáneres láser usan herramientas para resolver estas situaciones, permitiendo que sea posible escanear sin problema alguno la mayoría de los terminados de las superficies y sus colores. Nuestro sensor más destacado, el HP-L-20.8, usa un control automático de exposición y una tecnología de punto volador para efectuar los ajustes en tiempo real para los cambios en el color del material y reflectividad, facilitando el escaneo en prácticamente cualquier objeto. En la imagen de la derecha, se muestra una pieza con tres diferentes colores y terminados de superficie y diversos niveles de reflectividad, que puede ser fácilmente escaneada con el HP-L-20.8.

¿Es necesario polvear las piezas?

En casi todas las superficies, menos las transparentes, la respuesta es no. La preparación de la superficie al rociar talco (para reducir la reflectividad y crear una superficie uniforme) no es lo más recomendable por muchas razones que van desde el tiempo adicional que lleva preparar la superficie, hasta el hecho de agregar la variabilidad de la medición con el talco mismo (los estudios muestran que puede ser del orden de hasta 100 micrones/.004" de la variabilidad de la medición). Anteriormente era muy común que fuera necesario agregar talco a las piezas, pero ya no es así.

¿La temperatura y en entorno afectan al sensor?

Los entornos comunes de las plantas y los talleres son aceptables para el funcionamiento de los brazos ROMER con escáneres láser. Los sensores no son adecuados para los entornos donde se vierte agua directamente o se rocía aceite, ya que se pueden adherir a los objetivos del láser y de la cámara. La temperatura debe estar entre 15 y 35 °C y la humedad entre 0 y 90% sin condensación. Es necesario evitar los entornos donde el polvo, el aceite u otros contaminantes estén presentes y puedan adherirse al sensor, ya que puede tener influencia en el desempeño de la medición. Estos sensores tienen la capacidad de ofrecer un funcionamiento fiable 24/7 en entornos de talleres durante muchos años.

Datos filtrados vs. no filtrados... ¿Cuál es realmente la diferencia?

Los datos filtrados son datos del sensor que han sido "filtrados" o "procesados" durante la creación de la nube de puntos. Generalmente esto se lleva a cabo por los paquetes de software externos mientras los datos del sensor se leen en el software. Los datos sin procesar del sensor están comprometidos ya que se han filtrado "durante la captura" y por lo tanto, la calidad de los datos es una entidad desconocida.

Los datos sin filtrar son datos del sensor en su estado crudo, incluyendo todos los datos discrepantes, independientemente de su origen. Es posible evaluar los datos originales de forma independiente. Al usar datos sin filtrar, el sensor tiene la capacidad de efectuar escaneos precisos, de comparar los datos verdaderos con los datos nominales (impresos o en CAD).

Es preferible la capacidad de capturar datos crudos y de escaneo sin filtrar, de forma independiente a un software externo, ya que le permite decidir sus acciones y lo que desea incluir en los datos. A menudo, los datos discrepantes se presentan por un pobre funcionamiento del escáner, por lo que entre mejor capacidad tenga el escáner de capturar la superficie real y que no sea "engañada" por factores externos como la iluminación, el color y la reflectividad de la superficie, mayor fiabilidad tendrá en los resultados. La mayoría de los paquetes de nubes de puntos o de inspección tienen herramientas para eliminar o ignorar los datos discrepantes a su discreción.

Al escanear una pieza ¿se obtiene un modelo CAD al finalizar?

Quizás este sea el aspecto con el mayor número de malinterpretaciones en el uso del escaneo láser. El brazo y el escáner capturan la geometría de la pieza en un formato de nube de puntos 3D. Este resultado es solo un archivo de puntos relacionados unos con otros y no un archivo CAD. Para obtener un archivo CAD, es necesario crear primero una especie de modelo basado en un polígono a partir de las nubes de puntos y después, trabajar para caracterizar las superficies y los elementos como un modelo CAD, a menudo en un sistema CAD. Estos son procesos offline que se llevan a cabo una vez que la colección de datos escaneados está completa, y es la parte más tardada al trabajar con datos de escaneo 3D. La imagen a la izquierda es una nube de puntos, nuevamente, mostrando las diversas áreas escaneadas como parches de diferentes colores, el modelo a la derecha son los mismos datos convertidos en un modelo de malla de polígono, precisamente el primer paso para obtener una conversión CAD completa.