Progreso del seguimiento: Reevaluación de la tecnología láser tracker

Los láseres tracker han sido las herramientas de metrología portátiles que han sido elegidas por las empresas aeroespaciales, de automoción y otros sectores de fabricación de gran escala. Las aplicaciones para estos sistemas incluyen la inspección in situ, la alineación asistida por metrología y ensamblado, elaboración de prototipos, herramientas para la industria aeroespacial, mediciones de carrocerías en bruto, ingeniería inversa y la unión de piezas para piezas de gran tamaño y ensamblados. Un sistema láser tracker destaca en términos de precisión, fiabilidad y durabilidad para aplicaciones de larga escala en metrología. Así es, su principal ventaja es la portabilidad. El peso, tamaño y longitud de algunas piezas hacen imposible medirlas con un sistema tradicional de máquinas de medición por coordenadas (MMC).

En el pasado, los láseres tracker eran considerados prohibitivos por su costo en pequeñas empresas. Para ellas, las tareas de alineación y certificación se llevan a cabo, con diversos grados de éxito, mediante soluciones emergentes. Actualmente, ya que las especificaciones de los clientes requieren tolerancias más exigentes, en el intérvalo de milésimas de pulgadas, los fabricantes investigan la factibilidad de los láseres tracker con renovado interés. La documentación de los procesos de control de calidad es otra de las tendencias de la industria que empuja a las empresas a reevaluar sus procedimientos de medición. Desde su concepción a principios de los años 90, la maduración del mercado ha permitido que los precios de los láseres tracker disminuyan, incrementando por lo tanto su accesibilidad. Los principales avances en la tecnología láser tracker también han provocado mayor atención para su uso extendido y funcionalidad.

Un láser tracker es una máquina de medición por coordenadas (MMC) que usa un rayo láser para medir e inspeccionar con precisión las propiedades de un objeto en un espacio tridimensional. El rayo láser se envía a un retroreflector instalado de forma esférica (SMR) hacia diversos ángulos de medición a partir de los dos ejes mecánicos del tracker, los ejes del acimut y la elevación o los ejes cenitales. Estos datos se combinan con una distancia desde el láser para calcular una coordenada X, Y, Z.

Los primeros antecesores de los actuales láseres tracker usaban interferómetros para medir la distancia y eran tediosos y lentos. Cada vez que el rayo láser se interrumpía, el operador debía colocar nuevamente el reflector en la posición inicial del tracker. Esto representaba una pérdida de tiempo y de dinero, especialmente si se efectuaba un seguimiento del reflector de 20 a 30 pies (6.09 m a 9.1 m) durante el ciclo de medición. Existieron varias soluciones alternativas, pero no era infrecuente romper el rayo repetidamente si la herramienta encontraba diversos obstáculos en la línea de puntería, como trabajadores o cables.

En 1995, un distanciómetro absoluto (ADM) se incorporó a los láseres tracker y revolucionó la forma como se usaban. Si el rayo era interrumpido, el operador ya no tenía que regresar a una ubicación conocida para “reiniciar” la unidad. Solo era necesario que el operador reubicara el rayo y continuar con la inspección. En su primera iteración, los ADMs eran lentos y significativamente menos precisos que los interferómetros, sus antecesores. La tecnología avanzó rápidamente y actualmente, existen ADMs que son incluso más precisos que los interferómetros con los cuales alguna vez fueron comparados. Incluso, algunas unidades han incorporado ambas tecnologías: un ADM individual y un interferómetro en una sola unidad de medición llamada interferómetro absoluto o AIFM.

Con determinados láseres tracker, como el Leica Geosystems AT901 Absolute Tracker (Hexagon Manufacturing Intelligence, North Kingstown, RI), el operador no encuentra el rayo, sino que el rayo encuentra al operador. Una cámara PowerLock incorporada en el interior del tracker usa un campo visual cónico para detectar al reflector. Este avance agiliza el tiempo de la inspección, ya que el operador solo necesita ubicarse en la proximidad del tracker para detectar un rayo con el reflector.
Aunque es extremadamente preciso, un láser tracker está limitado a mediciones dentro de su línea de puntería. Sin una línea de puntería libre, puede ser necesario mover varias veces el tracker para completar una inspección total de una sola herramienta o pieza. Además de la pérdida de tiempo valioso, el movimiento de la estación degrada la precisión de las mediciones como errores compuestos en cada movimiento. La solución a esta situación ha sido la introducción de accesorios de medición portátiles.

Los accesorios portátiles de láser tracker funcionan al controlar un patrón conocido de diodos infrarrojos en un palpador o escáner. Al palpar un punto, el tracker calcula la posición X, Y, Z del palpador, mientras que una cámara calcula los valores de rotación RX, RY, RZ del palpador. Los dos se combinan para obtener datos con 6 grados de libertad (6 DoF). Estas herramientas proporcionan una amplia gama de nuevas capacidades e innovaciones que no eran posibles en generaciones previas de láseres tracker.

1. No se requiere mover la estación

Al usar la tecnología portátil, no se requiere una línea de puntería directa hacia el punto de medición. Basado en este avance, es posible configurar el tracker en una posición para medir toda la pieza dentro de un volumen esférico de hasta 328 ft. (99.9 m). Conservar el tracker en su posición original ayuda a garantizar la precisión y la integridad de los datos. Esto resulta benéfico en objetos grandes con elementos obscuros ya que un palpador o escáner se puede manipular para obtener datos 3D dentro o por detrás de la pieza e incluso de cabeza.

2. SMRs son opcionales

Los retrorreflectores instalados de forma esférica, también denominados como reflectores de esquina, generalmente son pequeños y a menudo se caen, se rompen o se mueven de lugar Su uso puede ser difícil, especialmente en aplicaciones desafiantes donde un operador puede necesitar una mano libre para sujetar una guía. También tienen un alcance limitado de medición. Al usar un reflector de esquina, el rayo emitido por el láser tracker debe incidir en un ángulo de ±22 grados o menor. Al usar un palpador portátil, el ángulo de incidencia se amplía a ±45 grados, lo cual facilita la inspección e incrementa notablemente su velocidad.

Además, los juegos de señales de puntería que se usan en combinación con los retrorreflectores, pueden inducir un error de origen potencial. Un error común consiste en la confusión entre unidades imperiales y métricas. Por ejemplo, un soporte para retrorreflector de 25 mm no se puede distinguir visualmente desde el tamaño de 1 pulgada (25.4 mm).

Leica T-Probe y AT960 Red Bull Racing

3. Los equipos portátiles interactúan con el Tracker

Los palpadores portátiles contienen múltiples controles en ambos lados del equipo para la adquisición de datos de coordenadas 3D y para interactuar con el software de medición. Estos controles permiten ahorrar tiempo ya que el operador no requiere una computadora para introducir los datos. Esto reduce potencialmente la mano de obra requerida, ya que solo se necesita una persona en vez de dos para efectuar las mediciones.

Algunos sistemas de láser laser permiten introducir la información con un control remoto. Sin embargo, esto no proporciona la realimentación necesaria en tiempo real para garantizar que la inspección se complete correctamente. Un sistema con un control remoto también está en desventaja en aplicaciones con accesibilidad limitada.

4. Las aplicaciones de escaneo son mejoradas

En el pasado, la única forma de escanear una pieza con láser tracker consistía en frotar un SMR sobre su superficie. Para aplicaciones que se benefician del escaneo láser, los escáneres portátiles que pueden colectar cientos de miles de puntos por segundo tienen seguimiento de un láser tracker para obtener grandes nubes de puntos que tienen una precisión inherente en grandes volúmenes. Al usar esta tecnología, el modelo CAD se puede cuestionar al vuelo, reduciendo el tiempo de inspección de días a tan solo horas. 

5. Los elementos de sujeción se vuelven flexibles

Al desconocer la posición absoluta de un objeto en el espacio, puede ser necesario usar elementos de sujeción para sostener una pieza para su inspección. Las iteraciones del diseño requieren cambios en los elementos de sujeción que pueden resultar costosos y consumir tiempo. La capacidad para inspeccionar todos los lados de un objeto permite crear modelos matemáticos dentro del software, creando básicamente elementos de sujeción virtuales. El operador puede entonces manipular los modelos desde un entorno virtual en vez de crear nuevos elementos de fijación dentro del entorno físico. Los ingenieros de diseño se benefician considerablemente de las grandes variaciones del producto en un ciclo de ensamblado, de las capacidades de creación de prototipos a gran escala, el ahorro en los costos de material y en la introducción del producto en el mercado con mayor rapidez.

6. Automatización de los sistemas robóticos

Los sistemas láser tracker facilitan la automatización robótica y permiten usar robots menos precisos y de menor costo en aplicaciones de mayor precisión. Los reflectores de esquina también ayudan a un láser tracker a calibrar un robot industrial al tomar en cuenta las longitudes de enlace, los ángulos de giro, los ceros de unión. los desplazamientos de enlace y los parámetros de rigidez.

Otra forma de automatizar un robot consiste en guiarlo a sus posiciones necesarias usando 6 grados de libertad. Esta cap

acidad permite a los fabricantes de robots corregir el reflector final durante un ciclo de calibración con menos puestas. También permite obtener la ubicación exacta del punto central de la herramienta (TCP) que se conocerá en tiempo real.

La forma final de automatizar los robots industriales consiste en permitir la inspección con la máquina de las piezas grandes. La forma más sencilla de imaginarlo es considerar al robot como un operador que trabaja de forma repetitiva. Aunque el robot mueve un dispositivo portátil sobre la pieza para inspeccionarla. las mediciones se registran por el láser tracker en vez de la máquina. Esto garantiza que la precisión de los resultados se basa en la precisión del tracker y no en la máquina NC menos precisa.

Ya que la tecnología láser tracker se ha hecho más accesible económicamente, los láseres trackers en si mismos también se han hecho más pequeños, ligeros, rápidos y cada vez más amigables para el usuario. El escaneo portátil, el palpado y los productos para el control de maquinaria han incrementado la flexibilidad del láser tracker y el número de posibles aplicaciones ha crecido de forma exponencial. Opciones como el funcionamiento con una batería y la norma IP54 (Ingress Protection) permiten llevar a los láseres tracker a sitios inimaginables. Ya que la demanda de estos productos sigue creciendo, su disponibilidad se ha extendido aún para los talleres más pequeños. Es necesario que los láseres tracker sean considerados nuevamente por una audiencia más grande.