Digitalización sin contacto de superficies complejas mediante sistemas de triangulación láser

Resumen

Los sistemas de digitalizado mediante triangulación láser han supuesto un gran avance en la reducción del tiempo empleado en las tareas de inspección dimensional de piezas. Hasta el momento, no hay aplicaciones comerciales para la planificación automática del proceso de digitalizado, por lo que esta tarea debe de realizarse de forma manual. En esta Tesis se presenta una metodología para la planificación automática del proceso de digitalizado. A partir del modelo CAD de la pieza a inspeccionar, se genera un modelo estereolitográfico (STL) de la pieza, con el cual se discretiza la superficie de la pieza a digitalizar en pequeños triángulos. A continuación se realizan distintos análisis de visibilidad y accesibilidad para determinar las mejores orientaciones del sistema de digitalizado. En los análisis de visibilidad se emplea un sistema de trazado de rayos para determinar las orientaciones válidas, y que no producen interferencias entre los rayos (el haz incidente del sistema de triangulación y el rayo correspondiente a la dirección en la que el sensor captura los puntos) con ninguna parte de la superficie de la pieza. Para reducir el tiempo de cálculo se emplean algoritmos típicos de la informática gráfica, como son la división espacial (kd-tree) o el back-face culling. En el análisis de accesibilidad se tienen en cuenta las dimensiones del sistema de digitalizado para eliminar aquellas orientaciones que producen colisiones del cabezal. En este análisis también se aprovechan las técnicas de división del espacio para reducir el número de cálculos de intersecciones entre los volúmenes ocupados por el equipo y los triángulos que componen la superficie de la pieza. La siguiente etapa del proceso consiste en reducir el número de orientaciones necesarias para el digitalizado completo de la superficie de la pieza. De esta forma se trata de reducir el tiempo de inspección, al reducir el número de cambios de orientación y reducir los tiempos de calibración del equipo. En esta fase los triángulos que componen la pieza son agrupados en clusters, y cada cluster es digitalizado empleando una única orientación del cabezal de digitalizado. Por último, se obtienen las trayectorias para el digitalizado de la pieza. Para ello se analiza cada cluster, y se generan las trayectorias para digitalizar los triángulos asignados al mismo y se añaden las trayectorias para realizar los desplazamientos y cambios de orientación del sistema evitando los riesgos de colisiones. El sistema desarrollado se ha aplicado a piezas reales para demostrar su validez.