Desarrollo de sistemas de visión por triangulación láser aplicados a la inspección en línea de intercambiadores y refrigeradores de vehículos

Resumo

Esta tesis se enmarca dentro de la metrología dimensional y de la ingeniería de la calidad. Dentro de los diferentes tipos de sensores ópticos que emplean diversos principios de funcionamiento, se vienen desarrollando en la última década, sondas comerciales de palpado sin contacto por triangulación láser de propósito general para el escaneo o digitalizado de superficies con alta velocidad de captura de puntos, operando conjuntamente sobre otros dispositivos de movimiento más o menos precisos como son las MMCs, los brazos articulados de medida o los robots industriales. Su empleo se ha extendido en el ámbito de la ingeniería inversa con requerimientos de precisión no muy exigentes, así como en metrología dimensional para fines de inspección, con resultados más o menos satisfactorios en función de la precisión requerida por la aplicación (la precisión final de estos sistemas depende mucho de las condiciones específicas de operación y de las características particulares del producto). Las mediciones obtenidas con estas sondas pueden llegar a desviarse significativamente respecto a las que se obtienen con las sondas de contacto sobre MMC o sobre brazo de medida, por lo que estableciendo las condiciones adecuadas en sus diseños y configuraciones, es posible dirigirlos hacia tareas de metrología dimensional buscando conseguir las más altas precisiones (con el desarrollo de sistemas de propósito específico) para la inspección de un producto en particular. En el anterior contexto, la presente tesis analiza distintas posibilidades de medición geométrica de piezas de geometría compleja en el sector de la automoción, implementando equipos específicos de medición tridimensional basados en triangulación láser, para la inspección 100% en línea de intercambiadores y refrigeradores. Sus diseños están orientados a buscar máximas prestaciones para la medición de ciertas características geométricas críticas en diversos modelos de producto. Por tanto, el trabajo comprende el diseño, la fabricación, la caracterización y el estudio y evaluación del comportamiento y prestaciones de tales equipos en la medición de dichos productos. En un primer estudio recogido en la tesis, se realiza el análisis, caracterización y mejora de la precisión de un sistema de medición por coordenadas óptico diseñado para el control dimensional de carrocerías de vehículos, que integra un conjunto de sensores por visión y triangulación óptica. Se estudian sus fuentes de error y se analiza su influencia en los resultados de la medición, utilizando simulación y ensayos experimentales. Se presenta un procedimiento de optimización para aumentar la precisión del sistema, reduciendo así el error final. Posteriormente y en base a la experiencia acumulada en el anterior estudio, se aborda la implementación de un sistema específico de visión por triangulación láser mediante barrido en un eje, con altas prestaciones y orientado a la inspección 100% en línea de los diversos modelos de placas base o bridas de intercambiadores SPOC. A continuación, se describe el desarrollo de un sistema de visión de doble sonda de triangulación láser por barrido para la inspección de un modelo de intercambiador EGR de doble brida para camión. Finalmente, se describe la integración del sistema de barrido de una sonda junto con un robot industrial, presentando un modelo singular y novedoso en el que el robot constituye un mero instrumento posicionador altamente repetible y es el sistema de visión por barrido en un eje el encargado de realizar las mediciones. La estrategia que propone este modelo, plantea un enfoque diferente y presenta ventajas frente a los tradicionales sistemas de triangulación por láser a bordo del robot. Con esta estrategia propuesta, se resuelve la medición precisa de una extensa tipología de intercambiadores.