Ajuste con luz
Sistema de alineación y medición asistido por cámara para medir de forma rápida y precisa la rectitud y la planitud en ingeniería mecánica
La rectitud y la alineación son esenciales para el correcto funcionamiento de una instalación, especialmente en el caso de grandes componentes de máquinas y sistemas de raíles. Cualquier discrepancia, por pequeña que sea, puede provocar un desgaste elevado y paralizar todo un sistema. Por consiguiente las operaciones previas de alineación y medición precisas de guías lineales, por ejemplo, son esenciales para garantizar la calidad y la vida útil de una instalación. Con el sistema ELWI-GER 3000, la empresa muniquesa HOFBAUER OPTIK Mess- & Prüftechnik ofrece una excelente herramienta para ese fin al sector de la ingeniería mecánica y de la construcción de maquinaria especial. Este sistema óptico de alineación y medición trabaja con rapidez y precisión utilizando cámaras industriales uEye y se puede utilizar también con distancias de hasta 100 m.
Aplicación
Los autocolimadores electrónicos utilizan la rectitud absoluta de la luz para efectuar mediciones de alta precisión sin contacto. Gracias a los cambios angulares se pueden detectar incluso desviaciones mínimas en la rectitud de un plano o de una guía. Para reconocerlos se utiliza un sistema óptico que emite un haz de luz colimado, es decir, un haz de rayos de luz paralelos, que se vuelve a reflejar en dicho sistema mediante un espejo plano. Este es el método que utiliza el autocolimador electrónico ELWI-GER 3000 de HOFBAUER OPTIK para realizar una medición bidimensional rápida y precisa de la rectitud y la planitud. Este versátil sistema se puede utilizar tanto en superficies técnicas para la alineación y el control de guías lineales como para la medición de la curvatura de elementos de grandes dimensiones y sistemas de raíles, por lo que es adecuado para la construcción tanto de instalaciones como de vías y túneles. Pero también lo es para tareas como la comprobación de reglas de piedra natural utilizadas como patrón de rectitud. Por ejemplo, una regla de granito con una longitud de 160 cm se puede medir con una precisión < 0,5 µm/m en menos de 5 minutos. El dispositivo óptico de comprobación registra simultáneamente la rectitud en los ejes X e Y y admite cualquier posición (eje espacial). Además del cabezal de medición, el sistema incluye una gran variedad de accesorios como un soporte ajustable, un espejo de medición, un láser para fijación y una conexión USB para la unidad de visualización. Aun así es compacto y alcanza una autonomía de hasta 8 horas con batería, lo que resulta idóneo para trabajos de mantenimiento.
El mando del sistema se efectúa de forma práctica y eficaz en una robusta tablet con pantalla táctil intuitiva y compatible con el grado de protección IP65. No obstante, también es posible el mando remoto y la transferencia de datos por medio de un smartphone. El análisis de la rectitud se puede llevar a cabo directamente sin necesidad de utilizar un ordenador. Se puede realizar un registro automático con seguimiento de documentación justo después de cada medición como informe en formato PDF.
Sistema de cámara que garantiza rapidez y precisión
"Con el sistema ELWI-GER 3000 seguimos avanzando en el desarrollo consecuente de metrología de precisión para la ingeniería mecánica. La cámara industrial uEye de IDS Imaging Development Systems integrada en el sistema contribuye a ello en gran medida", explica el Dr. Engelbert Hofbauer, propietario y director de desarrollo de HOFBAUER OPTIK Mess- & Prüftechnik.
Ésta visualiza un retículo o un área de luz viñeteada, es decir, con bordes sombreados, en una luz LED monocromática. Estos resultan de una función matemática de correlación de dos áreas circulares del mismo diámetro. A su vez, estas últimas se generan mediante la autocolimación, es decir, mediante la reflexión del haz de luz emitido en un espejo alejado, tal y como se ha descrito anteriormente. La distribución de la intensidad en la imagen o en la cámara genera un cono circular regular, aunque en distintas aplicaciones también se pueden observar varios de los llamados V-SPOT. La posición precisa de los V-SPOT se calcula con una precisión de subpíxel (< 1/50 pico valle de píxel y 1/100 de desviación de la media cuadrática). En base a esto, se calculan ángulos correspondientes en hasta 3 dimensiones (grados de libertad) y simultáneamente hasta 3 grados de libertad de posición.
Gracias al método patentado de viñeteado, Hofbauer es la única empresa del mundo capaz de superar los problemas del método clásico de autocolimación, además de registrar longitudes de medición de más de 100 m incluso con ángulos extremos (1000 s = 17 mm/m) con una precisión de segundos angulares y de evaluarlas con el método de inclinación.
Métodos de medición
El usuario tiene a su disposición dos posibles métodos de medición: En el método de inclinación se desplaza sobre la muestra un espejo de medición colocado en una base al efecto o en un carro de una guía lineal en pasos equidistantes y se mide la variación de la inclinación. Mediante la adición (integración) de las diferencias de altura calculadas a partir de las secciones parciales se determina y se representa la rectitud. Con este método se puede lograr la máxima precisión con la mínima incertidumbre de medición. No obstante, como alternativa también se puede utilizar para la medición el método de altura . Con este procedimiento también se fija el reflector en una base adecuada, en el carro lineal, o en el eje móvil (bancada, travesaño, etc.) y se puede colocar en el punto que se desee del recorrido. El sistema mide de forma inmediata y directa la desviación con respecto a la recta ideal (eje óptico). La ventaja de este método es que permite efectuar directamente procesos de ajuste.
Modelos de cámara
El sistema ELWIMAT-GER 3000 contiene una cámara industrial de la familia de cámaras uEye que se adapta a las necesidades de la aplicación del cliente en cada caso. Para este fin existen varios modelos disponibles con interfaz GigE o USB 3.1 Gen 1, y como variante board level o con carcasa. Tanto en versión de cámara de proyecto como de potente paquete compacto, todas ellas ofrecen un manejo especialmente sencillo, una gran durabilidad y una disponibilidad a largo plazo. Todos los modelos se calibran previamente y su calidad se comprueba al 100 %. Gracias al completo paquete de software de IDS y a la funcionalidad plug & play clásica de IDS, se puede integrar de forma rápida, sencilla y eficaz.
Concretamente se utiliza la UI-3272LE-M-VU, una cámara de proyecto económica y versátil de la serie uEye LE USB 3.1 Gen 1 con la innovadora interfaz reversible USB Type-C. A través de USB Power Delivery se puede conectar un suministro de energía para periféricos de tensión variable en el puerto I/O. Está equipada con el sensor de superficie Sony IMX265, uno de los mejores sensores de imagen en la categoría de 3 MP. El tamaño de 1/1.8" del sensor CMOS global shutter garantiza la compatibilidad con una gran cantidad de objetivos. Esta cámara industrial ofrece frecuencias de imagen de hasta 57 fps con la máxima resolución (3,2 MP: 2056x 1542 px) y 80 fps con Full HD. Esto hace que la cámara USB 3.1 Gen 1 sea perfecta para tareas de visualización en aplicaciones de visión artificial. Las variantes board level están disponibles con el conector USB Type-C orientado en vertical (-VU), como en el sistema ELWIMAT, o en horizontal, y disponen además de un conector I/O SMD de 10 polos para GPIO, disparador y flash.
Gracias a la rápida tecnología USB 3.1 Gen 1 ha sido posible aumentar la velocidad de transferencia de datos de 480 MBit/s a 5 GBit/s con un cable de una longitud idéntica o superior. La frecuencia de medición en modo de pantalla completa prácticamente se ha quintuplicado, pasando de los apenas 12 fps a los 57 fps. Para aplicaciones especiales en el análisis de vibraciones y frecuencia, gracias a la tecnología AOI y a los procedimientos de subsampling y binning, las velocidades de ciclo se pueden ampliar hasta el rango de los KHz.
Software
Hofbauer utiliza el IDS Software Development Kit para integrar la cámara industrial en su sistema. "El SDK de IDS nos ofrece la ventaja de tener una interfaz de programación unificada para todas las cámaras IDS. De modo que la programación es independiente del modo en que se conecta el modelo, ya sea con USB 2, USB 3.1 Gen 1 o GigE", explica el Dr. Hofbauer, y sigue diciendo: "También se podrán utilizar nuevos modelos de cámara sin cambiar el software. Esto coincide con nuestro objetivo de combinar las más altas exigencias en metrología con un manejo sencillo." La facilidad de uso de funciones complementarias como EEPROM y GPIO fue otra razón que motivó el uso del software de IDS. El SDK es compatible con Windows y Linux.
Perspectiva
La rectitud y la alineación son dos condiciones indispensables en la construcción de máquinas e instalaciones. El sistema ELWI-GER 3000 permite realizar de forma sencilla mediciones, ajustes y registros de los resultados en las más variadas aplicaciones. No se le escapan ni los cambios de ángulo más mínimos. A diferencia de los sistemas de la competencia, puede trabajar con longitudes de medición de hasta 100 m con una precisión y una medición de la rectitud de 0,5 micrómetros por metro, es decir, de 0,05 mm en un tramo de medición de 100 m. Un alto nivel de flexibilidad y movilidad en las aplicaciones y una amplia gama de accesorios garantizan auténticas ventajas para los clientes. Asistido por cámara y solo con luz, el sistema se ocupa de que todo esté "debidamente proporcionado" sin contacto.
1) Cámara industrial GigE uEye CP: Potencia concentrada con función PoE para aplicaciones industriales
Modelo utilizado: UI-5240CP-NIR-GL Rev.2
Familia de cámaras: uEye CP
2) Cámara industrial board level GigE uEye LE: Cámara compacta CMOS de una platina con una extraordinaria calidad de imagen y múltiples funciones adicionales
Modelo utilizado: UI-5244LE-NIR-GL
Familia de cámaras: uEye LE
3) uEye LE USB 3.1 Gen 1: La cámara de proyecto asequible y versátil
Modelo utilizado: UI-3272LE-M-VU
Familia de cámaras: uEye LE
Cliente
HOFBAUER OPTIK Mess- & Prüftechnik es una ingeniería dirigida por su propietario especializada en metrología óptica. Desarrolla equipos, software y soluciones para la industria óptica y la ingeniería mecánica, siempre con el compromiso de combinar las más altas exigencias en metrología con un manejo sencillo.
