Precisión digital en la construcción aeronáutica
La cámara 3D Ensenso permite un posicionamiento exacto de los puntos de instalación.
En la producción aeronáutica moderna, la precisión lo es todo. Cada taladro, cada punto de fijación debe encajar con precisión para garantizar la seguridad y la calidad. En el marco del proyecto DiCADeMA (Digital Cabin Architectures and Design for Manufacturing) del Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. (DLR)) , se ha desarrollado un proceso innovador totalmente conectado en red digital. Con él, la fabricación de cabinas de avión alcanza un nuevo nivel gracias a la automatización inteligente. En este proceso desempeña un papel importante una cámara 3D Ensenso de IDS Imaging Development Systems GmbH, que garantiza el registro y la alineación de alta precisión de las posiciones de taladrado.
Cadena de procesos digitales desde el diseño hasta la fabricación
El objetivo del proyecto es tender un hilo conductor digital que abarque desde el diseño hasta la fabricación. Los cambios en el diseño de la cabina, como la distancia entre asientos y la nueva posición de los compartimentos para equipaje, se registran directamente en los datos de diseño digital y se transfieren automáticamente a la planificación de la producción. Las simulaciones permiten comprobar estas variantes antes incluso de que se fabrique un componente físico. Una vez completada la validación digital, la producción puede comenzar inmediatamente.
Para hacer tangible este proceso digital, se desarrolló un sistema automatizado para marcar las posiciones de taladrado en una maqueta de la estructura del fuselaje de un avión. Aquí trabajan conjuntamente varios sistemas interconectados: Un robot móvil autónomo (AMR) se desplaza hasta el bastidor y se posiciona cerca del punto de destino. Sobre él hay montado un robot ligero que coloca la unidad de marcado, incluida la cámara 3D, en la posición de captura. Allí, la cámara Ensenso se encarga del trabajo de precisión. Un sistema integrado de ejecución de la fabricación (MES) controla todos los subprocesos.
El rol de la cámara 3D
La cámara utilizada, una Ensenso N36, captura el entorno como una nube de puntos tridimensional y la compara con los datos CAD del fuselaje del avión. De esta manera, se pueden detectar incluso las desviaciones más pequeñas entre el modelo de referencia y la geometría real. A partir de estos datos, el sistema calcula valores de corrección precisos que se transmiten al MES superior. La comunicación se realiza a través de una interfaz OPC UA estandarizada, que permite un intercambio de datos fluido y seguro entre la cámara, el robot y el sistema de control. El MES traduce la información obtenida en comandos de control concretos para el robot, que a continuación marca el punto de perforación.
El robot autónomo alcanza una precisión de posicionamiento de unos cinco milímetros. De este modo, se puede alcanzar la posición de grabación de la cámara sin colisiones.
La cámara Ensenso se convierte en un importante nexo de unión entre el diseño digital y la fabricación real: Reconoce geometrías locales, en este caso varios remaches y la superficie sobre la que se han colocado, y compara las nubes de puntos registradas con los datos de referencia del CAD. Esta comparación es posible, entre otras cosas, gracias a la calibración mano-ojo y a un proceso de minimización iterativo. Como resultado, se proporciona una matriz de transformación que describe la corrección exacta de la posición de taladrado. La posición de taladrado se carga con el valor de corrección y se puede ajustar con precisión.
Un trabajador sigue al vehículo y perfora el agujero justo después en el lugar marcado. Este proceso se repite para cada punto de instalación, mientras que los robots y las personas pueden trabajar de forma segura muy cerca unos de otros.
Para la aplicación concreta en la construcción aeronáutica, se requiere una cámara compacta con una distancia focal muy reducida, a fin de que la distancia entre la posición de captura y la posición de taladrado sea lo más corta posible. De este modo, se mantiene una alta precisión y se evitan movimientos excesivos del robot. El Ensenso N36 ofrece estas características. La serie Ensenso N ha sido diseñada específicamente para su uso en entornos exigentes. Gracias a su diseño compacto, se puede instalar de forma fija o móvil en un brazo robótico, lo que ahorra espacio. Por lo tanto, es adecuada tanto para el escaneo 3D de objetos en movimiento como de objetos estáticos. El proyector integrado garantiza una textura con gran contraste incluso en condiciones de iluminación difíciles: Utilizando una máscara con un patrón aleatorio de puntos, proyecta estructuras adicionales sobre la superficie del objeto, completando así las características que faltan o que son débiles. Todas las cámaras vienen precalibradas de fábrica, por lo que se pueden poner en funcionamiento de forma rápida y sencilla.
Ventajas para la fabricación
El proceso digital ofrece varias ventajas al DLR. La alineación asistida por cámara aumenta considerablemente la precisión y la repetibilidad. Al mismo tiempo, el registro continuo de datos permite una documentación completa y la trazabilidad de los pasos de trabajo. El personal de montaje se ve aliviado, ya que el robot se encarga de la laboriosa tarea de determinar la posición, mientras que los especialistas pueden concentrarse en el proceso de montaje propiamente dicho. A esto se suma la notable reducción de los tiempos de producción, ya que ya no son necesarias las mediciones manuales ni los reajustes.
Perspectiva
La demostración en la maqueta muestra el potencial que encierra la combinación de la cadena de procesos digitales, la robótica y el procesamiento de imágenes en 3D. En otras fases del proyecto se analizará con mayor detalle la precisión del sistema y el rendimiento de los algoritmos de evaluación. No se trata solo de la cámara en sí, sino también de la optimización de los procesos matemáticos con los que se comparan las nubes de puntos teóricas y reales.
Lo que hoy se prueba en la construcción aeronáutica, en el futuro también se podrá utilizar en otras industrias. El sistema demuestra de manera impresionante cómo la tecnología de sensores ópticos y el Software inteligente allanan juntos el camino hacia una nueva era de la fabricación: interconectada, eficiente y precisa.
Centro Aeroespacial Alemán (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.)
El Centro Aeroespacial Alemán (DLR) es el centro de investigación de la República Federal de Alemania dedicado a la aeronáutica y la astronáutica. Sus trabajos de investigación y desarrollo en los ámbitos de la aeronáutica, la astronáutica, la energía, el transporte y la seguridad se integran en cooperaciones nacionales e internacionales.
Cámara Ensenso 3D
Modelo utilizado: Ensenso N36
Desde hace más de diez años, diseña perfiles empresariales, folletos y estudios de casos, y se encarga tanto de temas corporativos como de la comunicación técnica de productos. Con su experiencia en comunicación estratégica B2B, se encarga de transmitir mensajes claros y contenidos bien fundamentados.
Su proyecto
¿Cómo podemos ayudarle en su proyecto? ¡Juntos encontraremos la solución que necesita!
Vision Channel
Vídeos y sesiones en directo sobre visión artificial.
Boletín de noticias
Manténgase al día y suscríbase a nuestro boletín informativo.
Aplicaciones
Descubra cómo las cámaras industriales están diseñando el futuro.