Sistemas de medición 3D: Una solución alternativa a los sistemas de inspección visual para inspección en línea en fábricas inteligentes

Realizar inspecciones incorrectas y entregar piezas defectuosas son escenarios que las empresas de fabricación quieren evitar imperiosamente. Por lo tanto, deben detectar anomalías antes de que se conviertan en defectos importantes y deben realizar acciones correctivas antes de producir y enviar piezas defectuosas a los clientes. Para ello, disponen de dos tipos de sistemas de inspección.

Sistemas de inspección visual

Equipados con cámaras, video e iluminación, los sistemas de inspección por visión 2D y 3D se utilizan comúnmente para el control de calidad automatizado y para la inspección basada en imágenes en línea. Particularmente adecuados para reconocer la presencia de entidades y características geométricas, como orificios y soldaduras, generalmente se integran en las líneas de fabricación para medir las dimensiones de las piezas, verificar que las piezas estén en la posición correcta y reconocer su forma.

Ventajas

Debido a la capacidad de sus cámaras para capturar imágenes a altas velocidades, los sistemas de inspección por visión son extremadamente rápidos. La pieza llega y, en una fracción de segundo, todas las cámaras toman una foto simultáneamente y la pieza continúa en la línea de producción. Mientras el software informático procesa las imágenes, el sistema de visión evalúa, dentro de una función de aprobación/remisión, la calidad de las piezas. Por lo tanto, los sistemas de inspección por visión permiten a las empresas de fabricación inspeccionar el 100 % de sus piezas para garantizar que todos los productos estén dentro de las tolerancias y cumplan con los requisitos de los clientes.

Además, gracias a su óptica de rendimiento, los sistemas de inspección por visión ofrecen una precisión excelente. La configuración de los sensores también es relativamente simple y solo requiere una calibración básica.

Desventajas

Aunque los sistemas de inspección por visión ofrecen una precisión excelente en su campo de visión, no son herramientas fiables para validar las diferencias dimensionales entre dos entidades situadas en campos de visión diferentes. En otras palabras, carecen de precisión volumétrica. Debido a que los campos de visión de las cámaras no ofrecen precisión volumétrica, es imposible validar la distancia entre un orificio y otro en el otro lado de la pieza. En consecuencia, es difícil inspeccionar el 100 % de las dimensiones o características que deben inspeccionarse.

Además, un sistema de inspección por visión requiere la instalación de varias cámaras colocadas en una plantilla de alineación o dispositivo dedicado a una aplicación, proyecto o pieza específica. Esta falta de flexibilidad es restrictiva porque si ciertos parámetros de las piezas inspeccionadas cambian, es posible que la posición de las cámaras ya no sea correcta y que sea necesario reemplazar la plantilla de alineación o el dispositivo. Dado que la industria automotriz se está moviendo hacia una producción de bajo volumen y alta combinación, es decir, los modelos de automóviles cambian cada año, los fabricantes de automóviles deben, en consecuencia, ser flexibles y adaptar sus líneas de producción. Por lo tanto, una instalación fija, rígida, permanente y costosa que sea adecuada para una producción de baja mezcla/alto volumen, es menos apropiada para esta nueva realidad.

En respuesta, las empresas de fabricación han comenzado a buscar soluciones para superar la falta de flexibilidad de los sistemas de visión. Por ejemplo, en lugar de tener 4-8-12 cámaras fijas en una plantilla de alineación o dispositivo, pueden colocar una cámara en un robot que se moverá para capturar imágenes en 4-8-12 posiciones. El robot sirve como una herramienta de posicionamiento externa que expande el volumen de trabajo de la cámara y graba diferentes imágenes en el espacio 3D. Esta forma de hacer las cosas se reduce a confiar en la repetibilidad del robot, que, lamentablemente, puede proporcionar una falsa sensación de seguridad.

En realidad, las variaciones de temperatura y las vibraciones en la planta de producción, además del desgaste, harán que el robot se desvíe ligeramente con el tiempo, impidiendo que vuelva siempre a la misma posición. La precisión volumétrica se desplomará rápidamente para mediciones de <100 µm. Este patrón es tan pernicioso que los profesionales del control de calidad pueden concluir que las dimensiones de una pieza son incorrectas y no se ensamblarán correctamente cuando, en realidad, es la medición la que falla.

Finalmente, debido a que el sistema de inspección visual proporciona información simplista, las empresas de fabricación no tienen la capacidad de realizar l dimensionamiento geométrico y el tolerado (GD&T), es decir, el sistema no proporciona perfiles de superficie ni posicionamiento de orificios.

Sistemas de medición 3D

Los sistemas de medición 3D también se utilizan a menudo para el control de calidad automatizado y para la inspección en línea en fábricas inteligentes. La industria automotriz y aeroespacial utilizan esta alternativa a los sistemas de visión para inspecciones dimensionales de piezas mecánicas con el fin de mejorar la productividad, aumentar el tiempo de actividad y reducir los gastos.

Ventajas

Con seguimiento óptico y referencia dinámica, los sistemas de medición 3D ofrecen una precisión volumétrica óptima, que es esencial para abordar los problemas del control dimensional y la inspección del perfil de la superficie. Además, la precisión de la medición se vuelve insensible a las inestabilidades ambientales, como las vibraciones y las variaciones térmicas que ocurren constantemente en las plantas de producción.

Gracias al poder de las tecnologías ópticas y de láser azul, los sistemas de medición 3D también pueden generar escaneados 3D altamente eficientes en superficies brillantes o en objetos con variaciones en la reflectividad, sin preparar la superficie, y medir varios tamaños de piezas y diferentes geometrías de superficie.

En el contexto de la Industria 4.0, las empresas de fabricación no solo quieren que se les avise cuando hay un problema; también quieren comprender la causa raíz del problema y saber cómo corregirlo. Para hacer esto, necesitan rapidez, pero, sobre todo, necesitan tener una comprensión global de la imagen completa. Por eso es importante utilizar herramientas con alta precisión volumétrica y excelente versatilidad para medir cualquier tipo de superficie sin preparación.

Finalmente, debido a su simplicidad operativa y programación fuera de línea, los sistemas de medición 3D son accesibles para todos, independientemente de su nivel de conocimientos o experiencia en robótica y escaneado 3D. El nuevo software de entorno digital gemelo permite a los usuarios de todos los niveles programar fácil y rápidamente las rutas del robot y optimizar la línea de visión del sistema robótico, resolviendo los problemas de programación.

Desventajas

Debido a que proporciona mucha información que es más útil para comprender una pieza como un todo, los sistemas de medición 3D no están diseñados para controlar la presencia de características geométricas específicas, como los diámetros de los orificios, las soldaduras u otros artefactos. La inspección de piezas definidas, como las placas de circuito impreso (PCB), también está más adaptada a los sistemas de inspección por visión porque la superficie completa está encerrada dentro del campo de visión de la cámara.

Sistemas de medición 3D: Una mejor solución para fábricas inteligentes

Hoy en día, las empresas de fabricación deben enfocarse en resolver problemas complejos y críticos que impactarán en su productividad y eficiencia de fabricación. Hacerlo implica saber que todas las características están bien posicionadas, que los perfiles de la superficie son correctos y asegurarán un buen nivel y espacio al montar las piezas, que el tinte debe reemplazarse debido al desgaste excesivo, y más. Todos estos controles no son posibles a través del análisis local solamente. Abordar cuestiones de control dimensional, donde la naturaleza de los problemas es generalmente más compleja que la inspección del diámetro de un orificio, solo es posible con controles volumétricos y con mapas de color de las diferentes superficies. En consecuencia, los sistemas de medición 3D pueden marcar la diferencia en la vida de las empresas de fabricación.

Finalmente, debido a los beneficios mencionados anteriormente, las soluciones de medición 3D son herramientas muy eficaces que reducen la carga que supone el inicio de una nueva producción, que es un momento crítico cuando se requieren muchos controles dimensionales e inspecciones y deben ajustarse en un lapso muy corto de tiempo. Por lo tanto, permiten a las empresas de fabricación ahorrar tiempo, esfuerzo y dinero.