Integración en máquinas CNC de sistemas de verificación basados en holografía conoscópica

Abstract

Esta Tesis Doctoral analiza la capacidad de integración de sensores sin contacto basados en la tecnología de Holografía Conoscópica (HC) en máquinas de producción CNC, así como su aplicabilidad a tareas de inspección y verificación. Con este objetivo, se ha desarrollado una metodología práctica de aplicación en la que la integración de un sensor HC dentro de una máquina CNC se divide en tres niveles: la instalación física del sensor en la máquina, la calibración del sistema máquina-sensor y la automatización del proceso de medida. Como muestra de aplicación, se integró el sensor en dos máquinas CNC, un Centro de Mecanizado de 3 ejes (CM) y una Máquina de Medición por Coordenadas de 3 ejes (MMC). La instalación del sensor en ambos casos se realizó permitiendo el mayor número posible de grados de libertad (GDL) y preservando la integridad tanto de la máquina como del sensor. En el caso de la integración en el CM se alcanzaron 3 GDL, instalando el sensor en el husillo. Para la MMC se consiguieron 2 GDL, instalando el sensor en el carro de la máquina. Además, en el caso de la MMC se pudieron conectar directamente las señales de los transductores de la máquina al hardware del sensor, lo que permitió realizar operaciones de digitalizado punto a punto y en modo continuo. Estas conexiones no se pudieron realizar para la integración en el CM, limitando en este caso el digitalizado al de tipo punto a punto. Con el fin de expresar la información capturada por el sensor HC en el sistema de referencia de la máquina (segundo nivel de integración), se desarrolló un procedimiento de calibración extrínseco del sistema sensor-máquina basado en el modelo de sólidos-rígidos para ambos casos de integración. La gran ventaja de este modelo de calibración es que utiliza el modelo de compensación de errores de la máquina para conocer en el sistema de referencia de la máquina, tanto la posición del origen del sensor, como la del punto digitalizado (spot láser del sensor). El último nivel de integración se refiere a la automatización del proceso de medida e incluye desde la planificación y realización del digitalizado hasta el procesado de la información capturada por el sensor. Para ello, se optó por desarrollar una aplicación informática específica con interfaz gráfica que permite al usuario interactuar y extraer información de la misma. Además de las herramientas citadas, la aplicación cuenta con herramientas de reglaje del sistema y de visualización de resultados. Finalizada la integración, se realizaron diversos ensayos de caracterización con el fin de explorar el comportamiento del conjunto sensor-máquina y la calidad de los resultados obtenidos con el mismo bajo diferentes condiciones (parámetros de configuración del sensor, modo de utilización del sensor y características de las piezas a medir). Los resultados fueron contrastados con los obtenidos por técnicas convencionales de medición por contacto. A partir de la integración y de los ensayos de caracterización del sensor, se puede concluir que es posible la aplicación de los sensores HC analizados a la inspección y digitalizado sobre máquinas CNC. En cualquier caso, esta integración está condicionada a las características de las máquinas, especialmente al tipo de transductores de medida de desplazamiento de la máquina y a la posibilidad de comunicación entre el hardware y software del sensor y el control de la máquina. En la calidad de la información capturada por el sensor HC, además de las características de la máquina en la que se ha integrado, influyen factores propios de los dispositivos de digitalizado de tipo óptico, tanto los relacionados con la pieza digitalizada (material, acabado, inclinación, etc.) como con el propio sensor (distancia focal, profundidad de campo, etc.). Es importante hacer notar que, aunque algunos de estos factores no pueden ser eliminados, un ajuste adecuado de los parámetros de proceso puede llevar a una importante reducción de su efecto.