Desarrollo y calibración de un sistema flexible de medición sin contacto de productos de geometría compleja

Resumen

La tesis: Desarrollo y calibración de un sistema flexible de medición sin contacto de productos de geometría compleja; se centra en la integración de un brazo robotizado con un sistema óptico de especial diseño, basado en la triangulación por láser, para la verificación del 100% de la producción de piezas de geometría compleja. El análisis de las diferentes geometrías de los productos es el punto de partida para seleccionar el sistema de posicionamiento y los sensores más adecuados que tengan la precisión suficiente para inspeccionar las tolerancias exigidas. Se realiza un estudio de los factores de influencia para seleccionar los componentes y la distribución espacial de los elementos del sistema óptico y se realizan ensayos a dos modelos de robot utilizando un láser tracker para seleccionar el más adecuado para la aplicación. Una vez que se han seleccionado los componentes, se establecen las posiciones adecuadas de los equipos dentro del sistema y se diseñan y fabrican los elementos auxiliares necesarios para llevar a cabo el proceso de medición (garras del robot, soportes de los elementos, etc.). Ha sido necesario desarrollar los procedimientos de calibración del sistema óptico para posibilitar el trabajo conjunto del mismo con el robot. Se ha desarrollado un procedimiento de calibración que resuelve en un paso la obtención de los parámetros de la cámara del sistema óptico y el cálculo de la posición relativa entre el sistema de referencia global del robot y el sistema de referencia global de la cámara lo que permite digitalizar las superficies de las piezas asociando las diferentes imágenes capturadas del láser incidiendo en la superficie en cuestión a la posición del robot cuando se captura la imagen. La sonda óptica y el robot se han sincronizado para obtener una posición del robot correspondiente a la captura de cada imagen. También ha sido necesario desarrollar los algoritmos de análisis de imagen y de tratamiento de nubes de puntos para verificar las tolerancias establecidas en las diferentes características de las piezas (agujeros, superficies). Tras calibrar el sistema óptico y caracterizar la posición relativa entre los equipos, se realiza un estudio de precisión del sistema desarrollado. En un primer paso, se implementa el modelo geométrico del robot y se trabaja, en el estudio de precisión realizado, con las medidas nominales de la geometría del robot. Y en un segundo paso, se establece un procedimiento de identificación de los parámetros del modelo geométrico que minimicen el error de posicionamiento del robot. Para la identificación de parámetros se utilizan dos estrategias, una en la que se miden la posición y la orientación del efector final del robot utilizando un láser tracker, y otra en la que se utilizan los resultados de medición de varias piezas de geometría conocida para identificar los parámetros geométricos del robot que minimizan los errores de medición de las piezas. El equipo desarrollado permite verificar piezas de geometría compleja con alta precisión y flexibilidad, además se han desarrollado los procedimientos de calibración del sistema óptico y del robot que permiten obtener los parámetros de cada modelo sin la utilización de equipos como máquinas de medir por coordenadas o láser trackers por lo que es posible realizarlos en planta mediante la utilización de piezas patrón.